單臂液壓鑄造機(jī)的設(shè)計(jì)

單臂液壓鑄造機(jī)的設(shè)計(jì),單臂液壓鑄造機(jī)的設(shè)計(jì),液壓,鑄造,鍛造,設(shè)計(jì) 編 號(hào) 無(wú)錫太湖學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 題目： 單臂液壓鑄造機(jī) 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動(dòng) 化 專 業(yè) 學(xué) 號(hào)： 0923115 學(xué)生姓名： 丁 劍 指導(dǎo)教師： 龔常洪 （職稱：副教授 ） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無(wú)錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 誠(chéng) 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 單臂液壓鑄 造機(jī) 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果，其 內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表示致謝 的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不包含任何其他個(gè)人、集體已 發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級(jí)： 機(jī)械 93 學(xué) 號(hào)： 0923115 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 無(wú) 錫 太 湖 學(xué) 院 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動(dòng) 化 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 任 務(wù) 書 一、題目及專題： 1、題目 單臂液壓鑄造機(jī) 2、專題 二、課題來(lái)源及選題依據(jù) 單臂式液壓鑄造機(jī)主要用于金屬的自由鍛造，8000KN 以下的小 型鍛造液壓機(jī)常采用 C 型單臂機(jī)架，主要用于軸類零件、型材的校 正和軸套類零件的裝配，也可用于板材的彎曲成型、拉伸等工藝過(guò) 程。配置一定的附件式模具后可以進(jìn)行粉末壓制和固型塑料的成型 壓制。 三、本設(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求： 熟悉液壓傳動(dòng)和液壓控制技術(shù)的發(fā)展歷程； 熟練掌握液壓原理； 熟練掌握液壓缸的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度的計(jì)算和校核； 導(dǎo)向、密封、防塵、排氣、和緩沖等裝置的設(shè)計(jì)； 能夠熟練使用 Auto CAD 制圖工具。 四、接受任務(wù)學(xué)生： II 機(jī)械 93 班 姓名 丁 劍 五、開(kāi)始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問(wèn)）： 指導(dǎo)教師簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 學(xué)科組組長(zhǎng)研究所 所長(zhǎng)簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 12 日 III 摘 要 作為現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)與控制的重要技術(shù)手段，液壓技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域得 到了廣泛運(yùn)用。作為世界加工中心,我國(guó)機(jī)械工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的基礎(chǔ)作用越來(lái)越明顯。 液壓機(jī)技術(shù)水平的高低直接影響到國(guó)家機(jī)械工業(yè)的發(fā)展水平。單柱式液壓機(jī)是液壓機(jī)產(chǎn) 品的一個(gè)重要組成部分, 8000KN以下的小型鍛造液壓機(jī)常采用 C型單臂機(jī)架，主要用于軸 類零件、型材的校正和軸套類零件的裝配，也可用于板材的彎曲成型、拉伸等工藝過(guò)程。 配置一定的附件式模具后可進(jìn)行粉末壓制成型和固型塑料的成型壓制，擁有自主的液壓 機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)是使國(guó)家機(jī)械工業(yè)能在世界競(jìng)爭(zhēng)中取勝的重要保證,對(duì)其展開(kāi)研究有重要的理 論和實(shí)際意義。本文完成了160KN單柱式液壓機(jī)本體的設(shè)計(jì),并采用二維制圖軟件 AutoCAD對(duì)其進(jìn)行研究。論文提出了160KN單柱式液壓機(jī)的技術(shù)參數(shù),擬定了機(jī)器的結(jié)構(gòu) 形式，著重對(duì)工作缸做了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)計(jì)算。根據(jù)液壓機(jī)設(shè)計(jì)理論完成了整體機(jī)架結(jié) 構(gòu)及主要結(jié)構(gòu)部件的設(shè)計(jì)與理論計(jì)算。對(duì)液壓機(jī)本體的總體結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵部件進(jìn)行了強(qiáng)度 計(jì)算與分析,主要內(nèi)容包括:結(jié)構(gòu)中應(yīng)力集中情況分析 ,初始設(shè)計(jì)方案修正,最終獲得了滿足 強(qiáng)度和剛度要求的機(jī)架設(shè)計(jì)。最后利用AutoCAD軟件對(duì)160KN單柱式液壓機(jī)總裝配圖及 主要零部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，完成了液壓機(jī)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)。 關(guān)鍵詞：液壓機(jī)；工作缸；強(qiáng)度 IV Abstract As one of the important technical means to achieve the modern machinery equipment transmission and control, hydraulic technology has been widely used in the field of the national economy. As a processing center in the world, Chinas machinery industry foundation function in the national economy is more and more obvious. Hydraulic machine technology level directly affects the development level of the national machinery industry. Single column hydraulic machine is an important part of the hydraulic machine, small forging under 8000KN hydraulic press often uses the “C” type single arm frame, mainly used for shaft parts profile correction and sleeve parts assembly, can also be used for such as tensile plate bending forming process configuration must be the attachment type of mold powder can be suppressed after molding and plastic molding repression, hydraulic machine design technology with independent is an important guarantee to make the national machinery industry can win in the international competition, the expansion has important theoretical and practical significance to study. The design of the 160KN bulk single column hydraulic machine, and the use of 2D drawing software AutoCAD to study the. This paper presents the technical parameters of 160KN single column hydraulic machine, the structure of machine, the working cylinder structure design and calculation of the data. Design and theoretical calculation of the whole frame structure and the main part of the structure was completed according to the design theory of hydraulic machine. The key components of overall structure of the hydraulic machine body and gives the calculation and analysis of the strength, the main contents include: the stress concentration analysis of structure, modify the initial design scheme, finally satisfied frame design strength and stiffness requirements. At the end of the 160KN single column hydraulic machine assembly drawing and the main parts were designed by using AutoCAD software, completed the overall structure design of hydraulic machine. Keywords: hydraulic machine；hydraulic cylinder；strength V 目 錄 摘 要 .III Abstract .IV 目 錄 .V 1 緒論 .1 1.1 課題背景及目的與意義 .1 1.2 液壓機(jī)的發(fā)展概況 .1 1.2.1 液壓機(jī)在現(xiàn)代工業(yè)中的地位 .1 1.2.2 我國(guó)液壓機(jī)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) .1 1.2.3 國(guó)外液壓機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r .3 1.2.4 液壓機(jī)的總體發(fā)展趨勢(shì) .4 1.3 液壓機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn) .4 1.3.1 液壓機(jī)的工作原理 .4 1.3.2 液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) .5 1.4 液壓機(jī)的分類 .6 2 液壓機(jī)本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .8 2.1 液壓機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)參數(shù) .8 2.1.1 液壓機(jī)本體結(jié)構(gòu)特點(diǎn) .8 2.1.2 160KN 液壓機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù) .8 2.2 上橫梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) .9 2.3 工作臺(tái)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) .9 2.3.1 結(jié)構(gòu)形式 .9 2.3.2 加工技術(shù)要求 .10 2.3.3 固定模具的結(jié)構(gòu) .10 3 液壓機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì) .12 3.1 明確設(shè)計(jì)要求，制定基本方案 .12 3.1.1 設(shè)計(jì)要求 .12 3.1.2 確定液壓執(zhí)行元件的形式 .12 3.1.3 確定液壓執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)控制回路 .13 3.1.4 液壓源系統(tǒng) .13 3.2 液壓系統(tǒng)各液壓元件的確定 .13 3.2.1 液壓介質(zhì)的選擇 .13 3.2.2 擬定液壓系統(tǒng)圖 .14 3.3 液壓系統(tǒng)主要參數(shù)計(jì)算 .16 3.3.1 選系統(tǒng)工作壓力 .16 3.3.2 液壓缸設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的的問(wèn)題 .16 3.3.3 液壓缸主要參數(shù)的確定 .16 3.3.3 液壓缸強(qiáng)度校核 .17 VI 3.3.4 液壓缸穩(wěn)定性校核 .18 3.4 液壓閥的選擇 .21 3.4.1 液壓閥的作用 .21 3.4.2 液壓閥的基本要求 .21 3.4.3 液壓閥的選擇 .21 3.5 液壓泵的選擇 .22 3.6 電動(dòng)機(jī)功率的確定 .22 3.7 液壓管件的確定 .23 3.7.1 油管內(nèi)徑確定 .23 3.7.2 管接頭 .23 3.8 本章小結(jié) .23 4 液壓機(jī)的強(qiáng)度與剛度計(jì)算 .25 4.1 上橫梁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與剛度計(jì)算 .25 4.1.1 受力分析 .25 4.1.2 主截面（ ）強(qiáng)度計(jì)算 .26 4.1.3 主截面（ ）強(qiáng)度計(jì)算 .26 4.2 本章小結(jié) .27 結(jié) 論 .28 致 謝 .29 參考文獻(xiàn) .30 單臂液壓制造機(jī) 1 1 緒論 1.1 課題背景及目的與意義 通過(guò) 160KN 單柱液壓機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算，了解液壓機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理，掌握液壓機(jī)的 設(shè)計(jì)計(jì)算步驟，以及液壓缸和橫梁的設(shè)計(jì)與計(jì)算方法。設(shè)計(jì)液壓機(jī)的意義在于其不但具 有較大的通用性，適用于塑性材料的成形如簿板件的落料、拉伸、壓印等；軸類件的校 正；零部件的壓裝；粉末制品的壓制。還具有點(diǎn)動(dòng)、手動(dòng)和半自動(dòng)等操作方式，可按工 藝需要任選定時(shí)或定位控制，壓力和行程可調(diào)，操作靈便、工作可靠。 1.2 液壓機(jī)的發(fā)展概況 1.2.1 液壓機(jī)在現(xiàn)代工業(yè)中的地位 流體傳動(dòng)與控制技術(shù)的主要代表液壓技術(shù)自上世紀(jì)初面世以來(lái)，即“融合”到裝備 制造業(yè)中，成為其一個(gè)十分重要的基礎(chǔ)領(lǐng)域，同時(shí)，液壓技術(shù)將裝備制造業(yè)作為其主要 的應(yīng)用領(lǐng)域，曾經(jīng)引領(lǐng)著裝備制造業(yè)一系列的技術(shù)進(jìn)步 8。因此液壓技術(shù)對(duì)裝備制造業(yè)而 言，從來(lái)就有著較強(qiáng)的推動(dòng)和影響作用，對(duì)裝備制造業(yè)等諸多領(lǐng)域有著前置和后置效應(yīng)， 扮演著重要而關(guān)鍵的角色。21 世紀(jì)初，中國(guó)裝備制造業(yè)得益于國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的歷史 機(jī)遇，在諸多領(lǐng)域取得了重要的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，其中中國(guó)液壓技術(shù)也扮演了重要的角 色，并反映了它與時(shí)俱進(jìn)的技術(shù)進(jìn)步 5。 液壓機(jī)是利用液壓傳動(dòng)技術(shù)進(jìn)行壓力加工的設(shè)備。它與機(jī)械壓力機(jī)相比，具有壓力 和速度可在廣泛的范圍內(nèi)無(wú)級(jí)調(diào)整，可在任意位置輸出全部功率和保持所需壓力，結(jié)構(gòu) 布局靈活，各執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作可很方便地達(dá)到所希望的配合關(guān)系等等很多優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)液壓 元件具有高度的通用化、標(biāo)準(zhǔn)化特點(diǎn)，設(shè)計(jì)及制造均較為簡(jiǎn)單，所以液壓機(jī)在國(guó)民經(jīng)濟(jì) 各部門得到了日益廣泛的應(yīng)用 15。 1.2.2 我國(guó)液壓機(jī)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 我國(guó)液壓機(jī)的現(xiàn)狀:我國(guó)液壓技術(shù)的發(fā)展始于 20 世紀(jì) 50 年代，最初主要應(yīng)用于機(jī)床 和鍛壓設(shè)備上；20 世紀(jì) 60 年代，我國(guó)從國(guó)外引進(jìn)了一些液壓元件生產(chǎn)技術(shù)，同時(shí)自行設(shè) 計(jì)開(kāi)發(fā)出了液壓產(chǎn)品；20 世紀(jì) 80 年代初期，我國(guó)又從美國(guó)、日本、德國(guó)引進(jìn)了一些先進(jìn) 的技術(shù)和設(shè)備，是我國(guó)的液壓技術(shù)水平有了很大的提高。目前，我國(guó)的液壓元件已從低 壓到高壓形成了系列產(chǎn)品，并開(kāi)發(fā)生產(chǎn)出了許多新型的液壓元件；在精度、重載大型設(shè) 備的液壓系統(tǒng)中，國(guó)產(chǎn)元件的應(yīng)用也越來(lái)越多；行走機(jī)械液壓系統(tǒng)中的專用液壓元件也 在大力開(kāi)發(fā)。液壓技術(shù)在我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展中將發(fā)揮越來(lái)越大的基礎(chǔ)性和關(guān)鍵性 的支撐作用 16。下圖 1.1 是滕州機(jī)械廠生產(chǎn)的單臂液壓鑄造機(jī)。 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 圖 1.1 滕州機(jī)械廠生產(chǎn)的單臂液壓鑄造機(jī) 1.2.2.2 發(fā)展趨勢(shì) 1.板材加工設(shè)備： 進(jìn)入 21 世紀(jì)，我國(guó)的汽車制造業(yè)飛速發(fā)展，面對(duì)這一形勢(shì)，我國(guó)的板材加工工藝及 設(shè)備有了長(zhǎng)足的發(fā)展。 (1) 重型機(jī)械壓力機(jī)及覆蓋件生產(chǎn)線、大型多工位壓力機(jī) 單機(jī)連線自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線； 大型多工位壓力機(jī) (2) 數(shù)控板沖、剪、折機(jī)床及柔性加工生產(chǎn)線 數(shù)控沖床； 數(shù)控沖剪復(fù)合機(jī)及柔性加工線； 數(shù)控折彎?rùn)C(jī) (3) 板材無(wú)模多點(diǎn)成形壓力機(jī) (4) 高速壓力機(jī) (5) 數(shù)控激光切割機(jī) 2.大重型鍛造裝備： (1) 水鍛機(jī) (2) 熱模鍛壓力機(jī) (3) 大噸位螺旋壓力機(jī) (4) 大型彎曲校正設(shè)備 3.特種鍛造設(shè)備： 單臂液壓制造機(jī) 3 (1) 特種軋制設(shè)備 輥鍛機(jī)； 楔橫軋機(jī)； 控輾環(huán)機(jī) (2) 擺動(dòng)輾壓機(jī) (3) 冷擠壓機(jī) (4) 數(shù)控彎管機(jī) 1.2.3 國(guó)外液壓機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r 美國(guó)、德國(guó)、日本的汽車工業(yè)如此發(fā)達(dá)，得益于其塑性加工技術(shù)及裝備的領(lǐng)先地位。 當(dāng)前的世界塑性加工技術(shù)及裝備向以下幾個(gè)方面發(fā)展： 1.金屬塑性成型設(shè)備及自動(dòng)化 (1) 冷沖壓設(shè)備 單機(jī)聯(lián)線自動(dòng)化； 大型多工位壓力機(jī) (2) 鍛造設(shè)備 2.高速化復(fù)合化相結(jié)合，提高設(shè)備加工效率 在追求高速化加工的同時(shí)，還必須盡可能縮短生產(chǎn)輔助時(shí)間，以取得良好的技術(shù)經(jīng) 濟(jì)效益。在數(shù)控壓機(jī)上配備伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的三坐標(biāo)上下料裝置，可使沖壓中心實(shí)現(xiàn)高效 板材加工。 3.設(shè)備控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 具有現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備互聯(lián)、互動(dòng)操作性、分散功能模塊、開(kāi)放式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò) 的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，是壓力機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展方向，對(duì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化具有明顯的推動(dòng)作用 6。 4.注重環(huán)境保是當(dāng)今世界性的潮流 許多國(guó)外技術(shù)塑性成型設(shè)備愈來(lái)愈重視環(huán)保問(wèn)題，如在數(shù)控轉(zhuǎn)塔壓力機(jī)上，工作臺(tái) 普遍采用柔性的尼龍刷支撐代替?zhèn)鹘y(tǒng)的滾珠支撐，以減少噪聲污染；變速壓機(jī)實(shí)現(xiàn)快速 下降，慢速?zèng)_裁工件，快速回程，使振動(dòng)和噪聲大大降低。特別是歐洲市場(chǎng)，已基本貫 徹 ISO14000 系列標(biāo)準(zhǔn)，金屬塑性成型設(shè)備必須通過(guò) CE 認(rèn)證 1。圖 1.2 是美國(guó)生產(chǎn)的單 臂液壓鑄造機(jī)。 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 圖 1.2 美國(guó)生產(chǎn)的單臂液壓鑄造機(jī) 1.2.4 液壓機(jī)的總體發(fā)展趨勢(shì) 液壓機(jī)是材料成型設(shè)備中的重要一員，在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中有著舉足輕重的地位， 其發(fā)展趨勢(shì)也倍受關(guān)注。20 世紀(jì) 60 年代以后，金屬塑性成型設(shè)備改變了從 19 世紀(jì)開(kāi)始 的向重型和大型方向發(fā)展的趨勢(shì)。近年來(lái)，隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、自 動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，隨著新工藝、新材料技術(shù)的不斷出現(xiàn)，液壓技術(shù)也在不 斷的發(fā)展創(chuàng)新，液壓技術(shù)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及國(guó)防工業(yè)中占有舉足輕重的地位。目前，液壓 技術(shù)正朝著高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、節(jié)能高效、環(huán)保、小型化及輕量化 等方向發(fā)展；同時(shí)，液壓系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試、計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制、機(jī)電一體化技術(shù)、 計(jì)算機(jī)仿真和優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)、可靠性研究及污染控制等，也是當(dāng)前液壓技術(shù)發(fā)展和研究 的一個(gè)重要方向 16。 1.3 液壓機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1.3.1 液壓機(jī)的工作原理 液壓機(jī)是一種以液體為介質(zhì)用來(lái)傳遞能量以實(shí)現(xiàn)多種鍛壓工藝的機(jī)器。 液壓機(jī)是根據(jù)帕斯卡原理制成，其工作原理如圖 1.3 所示。兩個(gè)充滿液體具有柱塞的 封閉容腔由管道相連通，當(dāng)柱塞 1 上作用有力 P1 時(shí)，液體的壓強(qiáng)為 p=P1/A1,A1 為柱塞 1 的橫截面積。根據(jù)帕斯卡原理：在密閉容器中液體壓力在各個(gè)方向上完全相等，壓強(qiáng) p 將傳遞到容腔內(nèi)的每一個(gè)點(diǎn)，大柱塞 2 上將產(chǎn)生向上的作用力 P2，使工件 3 變形，且 P2=P1(A2/A1) 單臂液壓制造機(jī) 5 式中 A2柱塞 2 的橫截面積。 液壓機(jī)一般由本體（主機(jī)）及液壓系統(tǒng)兩部分組成 2。 圖 1.3 液壓機(jī)工作原理 圖 1.4 液壓機(jī)本體結(jié)構(gòu)圖 1-小柱塞 2-大柱塞 3-工件 1-上橫梁 2-立柱 3-下橫梁 4-回程缸 5 工件 6-回程柱塞 7-活動(dòng)橫梁 8-工作柱塞 9-工作缸 最常見(jiàn)的液壓機(jī)本體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖如圖 1.4 所示。它由上橫梁 1，下橫梁 3，四個(gè)立柱 2 和 16 個(gè)內(nèi)外螺母組成一個(gè)封閉框架，框架承受全部工作載荷。工作缸 9 固定在上橫梁 1 上，工作缸內(nèi)裝有工作柱塞 8，它與活動(dòng)橫梁 7 相連接，活動(dòng)橫梁以 4 根立柱為導(dǎo)向，在 上、下橫梁之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)，活動(dòng)橫梁下表面一般固定有上模，而下模則固定于下橫梁 3 的工作臺(tái)上。當(dāng)高壓液體進(jìn)入工作缸并作用于工作柱塞上時(shí)，產(chǎn)生了很大的作用力，推 動(dòng)柱塞，活動(dòng)橫梁及上模向下運(yùn)動(dòng)，使工件 5 在上、下模之間產(chǎn)生塑性變形?；爻虝r(shí)， 工作缸通低壓液體，高壓液體進(jìn)入回程缸，推動(dòng)回程活塞 6 及活動(dòng)橫梁向上運(yùn)動(dòng)，回到 原始位置，完成一個(gè)工作循環(huán)。 液壓機(jī)的工作循環(huán)一般包括停止、沖液行程、工作行程及回程。上述的不同行程是 由操縱系統(tǒng)控制液壓系統(tǒng)中各種功能的閥門動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)包括各種高低壓泵、高低壓容器（油箱、沖液罐、蓄勢(shì)器等）、 閥門及相應(yīng)的連接管道等。其傳動(dòng)方式可分為泵直接傳動(dòng)和泵-蓄勢(shì)器傳動(dòng)兩種 15。 1.3.2 液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)與機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)等系統(tǒng)相比，具有如下主要優(yōu)、缺點(diǎn) 16。 優(yōu)點(diǎn)： (1) 液壓傳動(dòng)借助油管的連接可以方便靈活地布置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，這比機(jī)械傳動(dòng)優(yōu)越 (2) 液壓傳動(dòng)裝置重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、慣性小。 (3) 可在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。 (4) 傳遞運(yùn)動(dòng)均勻平穩(wěn)，負(fù)載變化時(shí)速度較穩(wěn)定。正因?yàn)榇颂攸c(diǎn)，金屬切削機(jī)床中的 磨床傳動(dòng)現(xiàn)在幾乎都采用液壓傳動(dòng)。 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 (5) 液壓裝置借助于設(shè)置溢流閥等易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，同時(shí)液壓件能自行潤(rùn)滑，因此 使用壽命長(zhǎng)。 (6) 液壓傳動(dòng)容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 液壓元件以實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化，便于設(shè)計(jì)、制造和推廣應(yīng)用。 缺點(diǎn)： (1) 液壓傳動(dòng)是以液壓油為工作介質(zhì)，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面間很難避免漏油等因素，同時(shí) 油液又是可以壓縮的，因此使得液壓傳動(dòng)不能保證嚴(yán)格的傳動(dòng)比。 (2) 液壓傳動(dòng)對(duì)油溫的變化比較敏感，溫度變化時(shí)，液體黏度變化，引起運(yùn)動(dòng)特性的 變化，使得工作的穩(wěn)定性受到影響，所以它不宜在溫度變化很大的環(huán)境下工作。 (3) 為了減少泄露，以及為了滿足某些性能上的要求，液壓元件的配合件制造精度要 求較高，加工工藝較復(fù)雜。 (4) 液壓出動(dòng)要求有單獨(dú)的能源，不像電源那樣使用方便。 (5) 液壓系統(tǒng)發(fā)生故障不易檢查和排除。 (6) 由于采用油管傳輸壓力油，距離較長(zhǎng)，沿程壓力損失大，故不宜遠(yuǎn)距離輸送動(dòng)力。 1.4 液壓機(jī)的分類 液壓機(jī)有如下幾種分類方法 2： (1) 按傳遞壓強(qiáng)的液體種類分類：可分為油壓機(jī)和水壓機(jī)兩大類。 (2) 按機(jī)身結(jié)構(gòu)形式分類： 可分為梁柱式（如三梁四柱式） 、單臂式（C 型） 、框架式和臥式等。 (3) 按工藝用途分類： 可分為如下幾種： 鑄造液壓機(jī)：用于自由鍛造、鋼錠開(kāi)坯以及有色與黑色金屬模鍛； 沖壓液壓機(jī)： 用于各種板材沖壓，其中有單動(dòng)、雙動(dòng)等結(jié)構(gòu)形式； 一般用途液壓機(jī)：如各種萬(wàn)能式通用液壓機(jī)； 校正壓裝液壓機(jī)：用于零件校形及裝配； 層壓液壓機(jī)：用于膠合板、刨花板、纖維板、絕緣材料板、等的壓制； 擠壓液壓機(jī)：用于各種有色金屬和黑色金屬的線材、管材、棒材及型材擠壓； 壓制液壓機(jī)：用于粉末冶金、塑料制品壓制成型； 打包、壓塊液壓機(jī)：用于將金屬切屑及廢料的壓塊與打包； 手動(dòng)液壓機(jī)：一般為小型液壓機(jī)，用于試壓、壓裝等要求力量不大的手工工序。 (4) 按活動(dòng)橫梁的運(yùn)動(dòng)方式分類 可分為： 壓式液壓機(jī)：該類液壓機(jī)的工作缸安裝在機(jī)身上部，操作方便，容易實(shí)現(xiàn)快速下 行，應(yīng)用最廣； 雙動(dòng)式液壓機(jī)：上活動(dòng)橫梁分為內(nèi)、外滑塊，分別由不同的液壓缸驅(qū)動(dòng)，壓力為 內(nèi)外滑塊壓力的總和。工作方式靈活，適合金屬板料的拉伸成型，在汽車制造業(yè) 應(yīng)用廣泛； 單臂液壓制造機(jī) 7 下拉式液壓機(jī)：該類液壓機(jī)的工作缸裝在機(jī)身下部，重心位置較低，穩(wěn)定性好， 制品可避免漏油污染； (5) 按傳動(dòng)形式分類 可分為： 泵直接傳動(dòng)液壓機(jī)：每臺(tái)液壓機(jī)單獨(dú)配備高壓泵，中小型液壓機(jī)多為這種傳動(dòng)形 式； 泵-蓄勢(shì)器傳動(dòng)液壓機(jī)：高壓液體采用集中供應(yīng)的辦法，可節(jié)省資金，提高液壓設(shè) 備的利用率，但需要高壓蓄能器和一套中央供壓系統(tǒng)，以平衡低負(fù)荷和負(fù)荷高峰時(shí)對(duì)高 壓液體的需要。 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 2 液壓機(jī)本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1 液壓機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)參數(shù) 液壓機(jī)的本體是液壓機(jī)的兩大組成部分之一，一般由機(jī)架、液壓缸部件，運(yùn)動(dòng)部分 及其導(dǎo)向裝置所組成 14。 2.1.1 液壓機(jī)本體結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 液壓機(jī)本體結(jié)構(gòu)最顯著的特點(diǎn)是工作空間寬敞、便于四面觀察和接近模具。整機(jī)結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性較好，但立柱需要大型圓鋼或鍛件。 液壓機(jī)最大的缺點(diǎn)是承受偏心載荷能力較差，最大載荷下偏心距一般為跨度（即左 右方向的中心距）的百分之三左右；由于立柱剛度較差，在偏載下活動(dòng)橫梁與工作臺(tái)間 易產(chǎn)生傾斜和水平位移；同時(shí)立柱導(dǎo)向面磨損后不能調(diào)整和補(bǔ)償。這些缺點(diǎn)在一定程度 上限制了它的應(yīng)用范圍 13。 2.1.2 160KN 液壓機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù) 主要技術(shù)規(guī)格是表述機(jī)器工作性能的指標(biāo)。通常包括以下部分：第一，主要規(guī)格， 又稱主參數(shù)，它是表示液壓機(jī)主要特性的參數(shù)。第二，各執(zhí)行機(jī)構(gòu)各工藝動(dòng)作的壓力。 第三，工作空間，包括各執(zhí)行機(jī)構(gòu)固定模具的工作表面對(duì)主機(jī)工作臺(tái)面的最大距離和最 小距離、工作臺(tái)尺寸等。第四，各工藝動(dòng)作的速度。第五，機(jī)器外形尺寸、總功率和總 重量。設(shè)計(jì)模型如圖 2.1 圖 2.1 設(shè)計(jì)模型 本設(shè)計(jì)為 160KN 單柱液壓機(jī)，其主要技術(shù)規(guī)格為： 1.公稱壓力：160KN 2.液體最大工作壓力：13MPa 3.操縱方式：電 動(dòng) 4.壓頭距下工作臺(tái)最大距離：500mm 5.壓頭最大行程：350mm 6.壓頭下行最大速度：V 下 MAX =50mm/s 單臂液壓制造機(jī) 9 7.壓頭回程最大速度：V 回 MAX=100mm/s 8.喉深：L0=300mm 9.工作臺(tái)尺寸(左右前后)：600500mm 10.工作臺(tái)距地面高度：710mm 11.落料孔孔徑：100mm 12.滿負(fù)載時(shí)允許變形：1 mm 2.2 上橫梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 上橫梁位于整機(jī)的上部，用于安裝工作缸，承受工作缸的反作用力，亦可安裝回程 缸及其他輔助裝置。 對(duì)于中小型液壓機(jī)，其結(jié)構(gòu)形式有：鑄造及焊接兩種 1。 本設(shè)計(jì)為 160KN 單柱液壓機(jī)，上橫梁采用焊接結(jié)構(gòu)，材料為 Q235，其結(jié)構(gòu)形式如圖 2.2 所示。 不論采用鑄造或焊接形式的上橫梁，都應(yīng)進(jìn)行必要的熱處理，消除其內(nèi)應(yīng)力。 上橫梁結(jié)構(gòu)無(wú)論采用鑄造或是焊接形式，都應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)成上、下封閉的箱式結(jié)構(gòu)， 以便受力后使應(yīng)力分布較合理 9。 圖 2.2 焊接上橫梁結(jié)構(gòu)圖 2.3 工作臺(tái)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 2.3.1 結(jié)構(gòu)形式 工作臺(tái)是主機(jī)的安裝基礎(chǔ)，臺(tái)面上固定模具，工作中承受機(jī)器本體的重量及全部載 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 荷。亦可安裝頂出缸，回程缸及其他輔助裝置。 本設(shè)計(jì)為 160KN 單柱液壓機(jī)之工作臺(tái)，采用鑄造結(jié)構(gòu)，材料選用生鐵。中間的孔為 卸料孔，其結(jié)構(gòu)如圖 2.3 所示。 圖 2.3 工作臺(tái)結(jié)構(gòu) 2.3.2 加工技術(shù)要求 工作臺(tái)是整機(jī)的基礎(chǔ)性零件，是安裝模具的基準(zhǔn)。此外，在工作臺(tái)上還要安裝頂出 缸和其他零部件。因此，對(duì)工作臺(tái)面的不平度、各部件安裝定位基面均應(yīng)有必要的技術(shù) 要求 12。根據(jù)生產(chǎn)情況，具體要求為： (1) 工作臺(tái)臺(tái)面不平直度，按 JB293-73 標(biāo)準(zhǔn)允差0.05/1000mm。 (2) 安裝頂出缸孔的軸線與頂出缸臺(tái)肩貼合平面間不平行度允差小于 0.03/300mm。 (3) 頂出油缸臺(tái)肩之貼合面與工作臺(tái)面間不平行度允差小于 0.05/300mm。 (4) 立柱鎖緊螺母之貼合平面與工作臺(tái)臺(tái)面間不平行度允差小于 0.16/300mm。 (5) 立柱孔尺寸一般比立柱插入端直徑大 1mm 左右。 2.3.3 固定模具的結(jié)構(gòu) 為了固定模具，一般情況在工作臺(tái)面上設(shè)有 T 型槽，按 GB158-59 標(biāo)準(zhǔn)尺寸進(jìn)行加工。 用于中小型液壓機(jī)的 T 型槽型式尺寸見(jiàn)表 2-1。 表 2-1 T 型槽（GB158-59） （mm） 注：1.盡可能不采用括號(hào)內(nèi)的尺寸。 2.“a”尺寸公差根據(jù)用途可按 D1、D4、D6 或自由公差選取。 3.“a”兩邊光潔度按采用精度等級(jí)決定，其余均按3 加工。 單臂液壓制造機(jī) 11 4.可做成帶有鑄造后不加工的槽。 （a）交叉布置 （b）平行布置 圖 2.4 T 型槽布置圖 T 型槽的尺寸和數(shù)量主要根據(jù)液壓機(jī)回程噸位（即加壓制件后的拔模力）和頂出制件 的最大壓力設(shè)計(jì)。對(duì)于尺寸較小的工作臺(tái)，T 型槽常用交叉布置（圖 2.4a） ，尺寸較大的 工作臺(tái)的 T 型槽，常采用平行布置（圖 2.4b） 。 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 3 液壓機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì) 3.1 明確設(shè)計(jì)要求，制定基本方案 3.1.1 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)要求是進(jìn)行每項(xiàng)工程設(shè)計(jì)的依據(jù)。在制定基本方案并進(jìn)一步著手進(jìn)行液壓系統(tǒng) 各部分設(shè)計(jì)之前，必須把設(shè)計(jì)要求以及與該設(shè)計(jì)內(nèi)容有關(guān)的其他方面的情況了解清楚。 單柱液壓機(jī)主機(jī)概況： 1.公稱壓力：160KN 2.液體最大工作壓力：13MPa 3.操縱方式：電 動(dòng) 4.壓頭距下工作臺(tái)最大距離：500mm 5.壓頭最大行程：350mm 6.壓頭下行最大速度：V 下 MAX =50mm/s 7.壓頭回程最大速度：V 回 MAX=100mm/s 8.喉深：L0=300mm 9.工作臺(tái)尺寸(左右前后)：600500mm 10.工作臺(tái)距地面高度：710mm 11.落料孔孔徑：100mm 12.滿負(fù)載時(shí)允許變形：1 mm 液壓缸動(dòng)作順序： 工進(jìn)快退停止 3.1.2 確定液壓執(zhí)行元件的形式 在本設(shè)計(jì)中,液壓缸是液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，它是一種把液體的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械 能以實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的能量轉(zhuǎn)換裝置。液壓缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，在液壓系統(tǒng)中得 到了廣泛的應(yīng)用。 液壓缸按其結(jié)構(gòu)形式，可以分為活塞缸、柱塞缸兩類?；钊缀椭椎妮斎霝閴?力和流量，輸出為推力和速度 15。 液壓缸除了單個(gè)地使用外，還可以組合起來(lái)或和其它機(jī)構(gòu)相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)特殊的功 能。 根據(jù) 15表 3-1 我們選擇活塞缸類中的單桿活塞液壓缸，其特點(diǎn)及適用場(chǎng)合見(jiàn)表 3-1。 表 3-1 運(yùn)用場(chǎng)合 名稱 特點(diǎn) 適用場(chǎng)合 單桿活塞 液壓缸 有效工作面積大， 雙向不對(duì)稱 往返不對(duì)稱的直 線運(yùn)動(dòng)等 單臂液壓制造機(jī) 13 3.1.3 確定液壓執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)控制回路 1）為了實(shí)現(xiàn)液壓缸的進(jìn)和退，我們選擇電磁換向閥作為液壓系統(tǒng)的方向控制閥。 電磁換向閥的基本工作原理是通過(guò)電磁鐵控制滑閥閥芯的不同位置，以改變油液的 流動(dòng)方向。當(dāng)電磁鐵斷電時(shí)，滑閥由彈簧保持在中間位置或初始位置（脈沖式閥除外） 。 若推動(dòng)故障檢查按鈕可使滑閥閥芯移動(dòng)。電磁換向閥在液壓系統(tǒng)中的作用是用來(lái)實(shí)現(xiàn)液 壓油路的換向、順序動(dòng)作及卸荷等。由于電磁鐵的推力有限，電磁換向閥應(yīng)用在流量不 大的液壓系統(tǒng)中。 2）為了實(shí)現(xiàn)其工進(jìn)，可以選擇調(diào)速閥或節(jié)流閥作為速度控制閥。 節(jié)流閥的調(diào)節(jié)應(yīng)該輕便、準(zhǔn)確。在小流量調(diào)節(jié)時(shí)，如通流截面相對(duì)于閥心位移的變 化率較小，則調(diào)節(jié)的精確性較高。調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開(kāi)口，便可調(diào)節(jié)執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)速度的大 小。 而調(diào)速閥的工作原理：液壓泵出口（即調(diào)速閥進(jìn)口）壓力，由溢流閥調(diào)整，基本上 保持恒定。調(diào)速閥出口處的壓力由活塞上的負(fù)載決定。所以當(dāng)負(fù)載增大時(shí)，調(diào)速閥進(jìn)出 口壓差將將減小。 調(diào)速閥在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用和節(jié)流閥相仿，它適用于執(zhí)行元件負(fù)載變化大而運(yùn)動(dòng)速 度要求穩(wěn)定的系統(tǒng)中 15。 因此，在本設(shè)計(jì)中選擇調(diào)速閥作為速度控制閥。 3.1.4 液壓源系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來(lái)提供，液壓源的核心是液壓泵。在無(wú)其它輔助 油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱， 溢 流閥同時(shí)起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用 10。 為節(jié)省能源提高效率，液壓泵的供油量盡量與系統(tǒng)所需流量相匹配。 油液的凈化裝置是液壓源中不可缺少的。在此，我們?cè)诒玫男】谘b上粗濾油器。 （進(jìn) 入系統(tǒng)的油液根據(jù)被保護(hù)元件的要求，通過(guò)相應(yīng)的精濾油器再次過(guò)濾。為防止系統(tǒng)中雜 質(zhì)流回油箱，可在回油路上設(shè)置磁過(guò)濾器或其他型式的濾油器。根據(jù)液壓設(shè)備所處環(huán)境 及對(duì)溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。 3.2 液壓系統(tǒng)各液壓元件的確定 3.2.1 液壓介質(zhì)的選擇 液壓介質(zhì)應(yīng)具有適宜的粘度和良好的粘溫特性；油膜強(qiáng)度要高，具有較好的潤(rùn)滑性 能；能抗氧化，穩(wěn)定性好；腐蝕作用小，對(duì)涂料、密封材料等有良好的適應(yīng)性；同時(shí)液 壓介質(zhì)還應(yīng)具有一定的消泡能力 15。 選擇液壓介質(zhì)時(shí)，除專用液壓油外，首先是介質(zhì)種類的選擇。根據(jù)液壓系統(tǒng)對(duì)介質(zhì) 是否有抗燃性的要求，決定選用礦油型液壓油或抗燃型液壓液。 其次，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)中所用液壓泵的類型選用具有合適粘度的介質(zhì)。 最后，還應(yīng)考慮使用條件等因素，如環(huán)境溫度、工作壓力、執(zhí)行機(jī)構(gòu)速度等。當(dāng)工 作溫度在 60以下，載荷較輕時(shí)，可選用機(jī)械油；工作溫度超過(guò) 60時(shí)，應(yīng)選用汽輪機(jī) 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 油或普通液壓油。若設(shè)備在很低溫度下啟動(dòng)時(shí)須選用低凝液壓油 15。 據(jù) 16中各普通液壓油質(zhì)量指標(biāo)及應(yīng)用以及本設(shè)計(jì)中單柱液壓機(jī)液壓系統(tǒng)的要求選用 N32 號(hào)普通液壓油，其各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)見(jiàn)表 3-2。 表 3-2 N32 號(hào)液壓油指標(biāo) 名稱 N32 號(hào)普通液壓油 代號(hào) / 原牌號(hào) YA-N32 / 20 號(hào) 運(yùn)動(dòng)粘度 mm2/s (40) 28835.2 運(yùn)動(dòng)粘度 mm2/s (50) 1723 粘度指數(shù) 90 抗氧化安定性(酸值達(dá) 2mgKOH/g) h 1000 凝點(diǎn) -10 閃點(diǎn)(開(kāi)口 ) 170 防銹性(蒸鎦水法) 無(wú)銹 臨界載荷 N 600 抗泡沫性(93 ) ml 起泡 50 / 消泡 0 抗磨性（四球，DB） N 800 應(yīng)用 適用于環(huán)境溫度 040的各 類中高壓系統(tǒng)（適用工作壓力為 6.3-2.1MPa 3.2.2 擬定液壓系統(tǒng)圖 在這種單柱液壓機(jī)上，實(shí)現(xiàn)了“工進(jìn) 快退 停止”的動(dòng)作循環(huán)（見(jiàn)圖 3.1） 。 可以進(jìn)行沖剪、彎曲、翻邊、裝配、冷擠、成型等多種加工工藝。表 3- 3 示此單柱液壓 機(jī)的動(dòng)作循環(huán)表，圖 3.2 則是這種液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)圖，其滑塊的工作情況如圖所示。 停停停停 停停 停停停停停停 圖 3.1 單柱液壓機(jī)動(dòng)作循環(huán)圖 單臂液壓制造機(jī) 15 圖 3.2 單柱液壓機(jī)液壓系統(tǒng)圖 進(jìn)油路：液壓泵 1 電磁換向閥 5（左位） 單向調(diào)速閥 7 液壓油缸 8 上腔 回油路：液壓油缸 8 下腔 單向順序閥 6 電磁換向閥 5（右位） 油箱 表 3-3 單柱液壓機(jī)液壓系統(tǒng)的動(dòng)作循環(huán)表 動(dòng)作名稱 信號(hào)來(lái)源 電磁換向閥 2 的工作狀態(tài) 工進(jìn) 1YA 通電 左位 滑塊 快退 2YA 通電 右位 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 3.3 液壓系統(tǒng)主要參數(shù)計(jì)算 3.3.1 選系統(tǒng)工作壓力 公稱力為 160KN 的單柱液壓機(jī)屬小型液壓機(jī)類型，一般情況下，載荷不會(huì)太高。系 統(tǒng)給定整個(gè)系統(tǒng)的最大壓力為 13MPA，參考資料 11表 37.5-3，初步確定系統(tǒng)工作壓力為 10MPa。 3.3.2 液壓缸設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的的問(wèn)題 液壓缸的設(shè)計(jì)和使用正確與否，直接影響它的性能和是否容易發(fā)生故障。在這方 面，經(jīng)常碰到的是液壓缸安裝不當(dāng)、活塞桿承受偏載、液壓缸或活塞桿下垂及活塞桿的 壓桿失穩(wěn)等問(wèn)題。所以，在設(shè)計(jì)液壓缸時(shí)，必須注意一下幾個(gè)方面 16。 (1) 盡量使液壓缸的活塞桿在受拉狀態(tài)下承受最大負(fù)荷，或在受壓狀態(tài)下具有良好的 穩(wěn)定性。 (2) 考慮液壓缸行程終了處的制動(dòng)問(wèn)題和液壓缸的排氣問(wèn)題。缸內(nèi)若無(wú)緩沖裝置和排 氣裝置，系統(tǒng)中則須有相應(yīng)的措施，否則會(huì)引起液壓系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)沖擊，使系統(tǒng)損壞或 降低系統(tǒng)使用壽命。但是并非所有的液壓缸都要考慮這些問(wèn)題。 (3) 正確確定液壓缸的安裝、固定方式。如承受彎曲的活塞桿不能用螺紋連接，要用 止口連接；液壓缸不能在兩端口用鍵或銷定位，只能在一端定位，為的是不致阻礙它在 受熱時(shí)的膨脹；沖擊載荷使活塞桿壓縮；定位件須設(shè)置在活塞桿端，如為拉伸則設(shè)置在 缸蓋端。 (4) 液壓缸各部分的結(jié)構(gòu)需根據(jù)推薦的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，盡可能做到結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、加工、裝配和維修方便。 (5) 在保證能滿足運(yùn)動(dòng)行程和負(fù)載力的條件下，應(yīng)盡可能地縮小液壓缸的輪廓尺寸。 (6) 要保證密封可靠，防塵良好。液壓缸可靠地密封是其正常工作的重要因素。如果 泄露嚴(yán)重，不僅降低液壓缸的工作效率，甚至?xí)蛊洳徽９ぷ鳎ㄈ鐫M足不了負(fù)載力和 運(yùn)動(dòng)速度要求等） 。良好的防塵措施有助于提高液壓缸的工作壽命。 (7) 當(dāng)那個(gè)液壓缸很長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)防止活塞桿由于自重產(chǎn)生過(guò)大的下垂，避免局部磨損加 劇。 3.3.3 液壓缸主要參數(shù)的確定 鑒于液壓系統(tǒng)的最大工作壓力 P1=13Mpa7Mpa 由 16推薦初定 d=0.7D 取液壓缸 =0.9m 則此時(shí)活塞所受推力 NF1789.06 由式 （3-1261 m01.AP ） （3-2）)1A4(D 單臂液壓制造機(jī) 17 =14.1cm 則 d= 0.7D =9.87cm 參考 3對(duì)這些直徑圓整成就近標(biāo)準(zhǔn)值時(shí) 得： D =140mm d =100 mm 由此求得液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積為： 221cm86.534A2.7)(d 3.3.3 液壓缸強(qiáng)度校核 液壓缸的缸筒壁厚 、活塞桿直徑 d 和缸蓋處固定螺栓直徑在高壓系統(tǒng)中必須進(jìn)行 強(qiáng)度校核。 取：液壓缸材料為 45#鋼，無(wú)縫鋼管； 活塞桿材料 45#鋼。 3.3.3.1 壁厚強(qiáng)度校核 根據(jù) 11選擇液壓缸外徑為 194mm 即液壓缸壁厚 =27.5mm 對(duì)于本系統(tǒng)： 10 為厚壁D 按壁厚計(jì)算： （3-3）13.402Dy 式中，D 為缸筒內(nèi)徑； 為缸筒試驗(yàn)壓力,yP 當(dāng)缸的額定壓力 16Mpa 時(shí)，取 =1.5 ；nynP 為缸筒材料的許用應(yīng)力， ， 為材料抗拉強(qiáng)度，n 為安全系數(shù)，一般取b n = 516 。 所以: =1.510=15yPaMP （3-4）nb 式中 N/mm21760b n = 5 則 N/m26 6b10250n 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 18 得 mDy8.213.1402 mm57 故缸體壁厚強(qiáng)度滿足。 3.3.3.2 液壓缸內(nèi)活塞桿直徑校核 活塞桿的直徑 d 按下式進(jìn)行校核 （3-5）F4d 式中，F(xiàn) 為活塞桿上的作用力； 為活塞桿材料的許用應(yīng)力 , 4.1b 則 ： mm d231064.3.786 故活塞桿強(qiáng)度滿足。 3.3.3.3 液壓缸蓋固定螺栓直徑計(jì)算 液壓缸蓋固定螺栓直徑按下式計(jì)算： （3-6）F2.5ds 式中，F(xiàn) 為液壓缸負(fù)載；Z 為固定螺栓個(gè)數(shù)；K 為螺紋擰緊系數(shù)； K=1.121.5，取 K=1.316； ；a180236MPs 則： mKds 234.375ZF. 6 取 =23 mmsd 3.3.4 液壓缸穩(wěn)定性校核 活塞桿受軸向壓縮負(fù)載時(shí)，它所承受的力 F 不能超過(guò)使它保持穩(wěn)定工作所允許的臨 界負(fù)載 ，以免發(fā)生縱向彎曲，破壞液壓缸的正常工作。 的值與活塞桿材料性質(zhì)、截kF k 面形狀、直徑和長(zhǎng)度以及液壓缸的安裝方式等因素有關(guān)。活塞桿穩(wěn)定性的校核依下式進(jìn) 行： （3-7）knF 式中， 為安全系數(shù)，一般取 = 2 4，這里取 = 4。knkk 當(dāng)活塞桿的細(xì)長(zhǎng)比 時(shí)krl1 單臂液壓制造機(jī) 19 （3-8）2KlEJF 當(dāng)活塞桿的細(xì)長(zhǎng)比 時(shí)，且krl21 = 20 120 時(shí)，則21 （3-9）2krla1fAF 式中，l 為安裝長(zhǎng)度，其值與安裝方式有關(guān)，見(jiàn)表 2-1， 為活塞桿橫截面最小回轉(zhuǎn)kr 半徑， ； 為柔性系數(shù)，其值見(jiàn)表 3-2； 為由液壓缸支承方式?jīng)Q定的末端AJrk12 系數(shù)，其值見(jiàn)表 3-4；E 為活塞桿材料的彈性模量，對(duì)鋼取 E=2.061011N/M2；J 為活塞 桿橫截面慣性矩；A 為活塞桿橫截面積，f 為由材料強(qiáng)度決定的實(shí)驗(yàn)值， 為系數(shù)，具體 數(shù)值均見(jiàn)表 3-5。 表 3-4 液壓缸支承方式和末端系數(shù) 2 的值 支承方式 支承說(shuō)明 末端系數(shù) 2 l l F 一端自由一端固定 1/4 l l F 兩端鉸接 1 l l F 一端鉸接一端固定 2 l l F 兩端固定 4 表 3-5 f、a、1 的值 材料 f 108N/M2 1 鑄鐵 5.6 16080 鍛鐵 2.5 9110 軟鋼 3.4 75090 硬鋼 4.9 185 由此，根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)的可得： 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 20 ;901;412 N/M2 ，84.3f750 （3-10）.14dl64dAJr 224k 而 l125mm， 取 l=175mm 10rlk 52901 則活塞桿穩(wěn)定性按式： 2krl1fAF 進(jìn)行校核。 代入數(shù)據(jù)： N61097.4F6k23.n 而 （3-1maxWAP 11） 式中，F(xiàn) w 為活塞所受最大推力 為系統(tǒng)最大壓力為 13Mpa 。maxP A1 為液壓缸無(wú)活塞桿腔的截面積，A1 = 78.5 cm 2 Fw = 131067.8510-3 = 1.02105 N 顯然，F(xiàn) w kn 所以，活塞桿穩(wěn)定性滿足。 單臂液壓制造機(jī) 21 圖 3.3 主缸 3.4 液壓閥的選擇 3.4.1 液壓閥的作用 液壓閥是用來(lái)控制液壓系統(tǒng)中油液的流動(dòng)方向或調(diào)節(jié)其壓力和流量的，因此它可以 分為方向閥、壓力閥和流量閥三大類。一個(gè)形狀相同的閥，可以因?yàn)樽饔脵C(jī)制的不同， 而具有不同的功能。壓力閥和流量閥利用通流截面的節(jié)流作用控制著系統(tǒng)的壓力和流量， 而方向閥則利用通流通道的更換控制著油液的流動(dòng)方向。這就是說(shuō)，盡管液壓閥存在著 各種各樣不同的類型，它們之間還是保持著一些基本共同之點(diǎn)。例如 15： 1）在結(jié)構(gòu)上，所有的閥都由閥體、閥心（座閥或滑閥）和驅(qū)使閥心動(dòng)作的元、部件 （如彈簧、電磁鐵）組成。 2）在工作原理上，所有閥的開(kāi)口大小，閥進(jìn)、出口間的壓差以及流過(guò)閥的流量之間 的關(guān)系都符合孔口流量公式，僅是各種閥控制的參數(shù)各不相同而已。 3.4.2 液壓閥的基本要求 液壓系統(tǒng)中所用的液壓閥，應(yīng)滿足如下要求 15： 1）動(dòng)作靈敏，使用可靠，工作時(shí)沖擊和振動(dòng)小。 2）油液流過(guò)時(shí)壓力損失小。 3）密封性能好。 4）結(jié)構(gòu)緊湊，安裝、調(diào)整、使用、維護(hù)方便，通用性大。 3.4.3 液壓閥的選擇 1）閥的規(guī)格，根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和實(shí)際通過(guò)該閥的最大流量，選擇有定型產(chǎn)品的 閥件。溢流閥按液壓泵的最大流量選取；選擇節(jié)流閥和調(diào)速閥時(shí)，要考慮最小穩(wěn)定流量 應(yīng)滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)最低穩(wěn)定速度的要求。 控制閥的流量一般要選得比實(shí)際通過(guò)的流量大一些，必要時(shí)也允許有 20%以內(nèi)的短 時(shí)間過(guò)流量 12。 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 22 2）閥的型式，按安裝和操作方式選擇。 本系統(tǒng)工作壓力在 10MPa 左右，所以液壓閥均選用中壓閥。所選閥的規(guī)格型號(hào)見(jiàn)表 3-6。 表 3-6 160KN 單柱液壓機(jī)液壓閥名細(xì)表 名稱 選用規(guī)格 單向調(diào)速閥 AQF3-E10B 電磁溢流閥 YDF3-E10B-B 電磁換向閥 34DF30-E10B-D 單向順序閥 AXF3-E10B 3.5 液壓泵的選擇 液壓泵是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，它把驅(qū)動(dòng)電機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成輸?shù)较到y(tǒng)中去的油液的 壓力能，供液壓系統(tǒng)使用 10。 液壓泵的工作壓力是指泵實(shí)際工作時(shí)的壓力。液壓泵的額定壓力是指泵在正常工作 條件下按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最高壓力，超過(guò)此值就是過(guò)載。液壓泵的額定流量 是指在正常工作條件下，按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定必須保證的流量，亦即在額定轉(zhuǎn)速和額定壓力 下由泵輸出的流量。 （1）液壓泵工作壓力的確定 （3-12）1 P1 是液壓缸的工作壓力，對(duì)于本系統(tǒng)： a1MPFA 是泵到液壓缸間總的管路損失。由系統(tǒng)圖可見(jiàn)，從泵到液壓缸之間串接有一個(gè) 單向調(diào)節(jié)器速閥和一個(gè)電磁換向閥，取 = 0.6MPa 液壓泵工作壓力為： Pp =12MPa （2） 液壓泵流量的確定 （3-13）maxQ 由工況圖看出，系統(tǒng)最大流量發(fā)生在快退工況， m3/s，泄漏系數(shù)4ax102.5 K = 1.2, 求得液壓泵流量: (37.8 L/mm)/s.241036 選用 YB1-40 型雙聯(lián)葉片泵。 雙聯(lián)葉片泵是在一個(gè)泵體內(nèi)安裝兩個(gè)雙作用葉片泵，用同一個(gè)傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)。安裝大 小不同的單泵，可以得到兩種大小不同的流量，以適應(yīng)液壓系統(tǒng)各種不同速度的要求。 雙作用葉片泵的工作原理是泵由轉(zhuǎn)子、定子、葉片、配油盤和端蓋等件所組成。定子的 單臂液壓制造機(jī) 23 內(nèi)表雙作用葉片泵的工作原理：面是由兩段長(zhǎng)半徑圓弧、兩段短半徑圓弧和四段過(guò)渡曲 線八個(gè)組成，且定子和轉(zhuǎn)子是同心的。 葉片在轉(zhuǎn)子的槽內(nèi)可靈活滑動(dòng)，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的離心力以及通入葉片根部壓力油的 作用下，葉片頂部貼緊在定子內(nèi)表面上，于是兩相鄰葉片、配油盤、定子和轉(zhuǎn)子間便形 成了一個(gè)個(gè)密封的工作腔。在轉(zhuǎn)子順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的情況下，密封工作腔的容積在左上 角和右下角處逐漸增大，為吸油區(qū)；在左下角和右上角處逐漸減小，為壓油區(qū)；吸油區(qū) 和壓油區(qū)之間有一段封油區(qū)把它們隔開(kāi)。這種泵的轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，每個(gè)密封工作腔完成 吸油和壓油動(dòng)作各兩次，所以稱為雙作用葉片泵。泵的兩個(gè)吸油區(qū)和兩個(gè)壓油區(qū)是徑向 對(duì)稱的，作用在轉(zhuǎn)子上的液壓力徑向平衡，所以又稱為平衡式葉片泵 15。 3.6 電動(dòng)機(jī)功率的確定 注射機(jī)在整個(gè)動(dòng)作循環(huán)中，系統(tǒng)的壓力和流量都是變化的，所需功率變化較大，為 滿足整個(gè)工作循環(huán)的需要，按較大功率段來(lái)確定電動(dòng)機(jī)功率。 由前面的計(jì)算已知泵的供油壓力應(yīng)為 Pp= 5MPa，取泵的總效率 p = 0.65 ，泵的總驅(qū)動(dòng)功率為 （3-14）KWQP51065.3 4 驗(yàn)算其他工況時(shí)，液壓泵的驅(qū)動(dòng)功率均小于此值。查產(chǎn)品樣本，選用 5.5KW 的電動(dòng) 機(jī)。 3.7 液壓管件的確定 3.7.1 油管內(nèi)徑確定 由于本系統(tǒng)并未對(duì)油管內(nèi)油液的流速作出規(guī)定，因此在整個(gè)系統(tǒng)中只需保證各處的 流量滿足要求即可。初定泵吸油管處流速為 1m/s，則由式 計(jì)算得 d = VQ4d 10mm，由于油管的管徑不宜選得過(guò)大，以免使液壓裝置的結(jié)構(gòu)龐大；但也不能選得過(guò)小， 以免使管內(nèi)液體流速加大，系統(tǒng)壓力損失增加或產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，影響正常工作。在強(qiáng) 度保證的情況下，管壁可盡量選得薄些。薄壁易于彎曲，規(guī)格較多，裝接較易，采用它 可減少管系接頭數(shù)目，有助于解決系統(tǒng)泄漏問(wèn)題?？紤]到與各液壓閥的連接，也為了盡 量減少管路中油壓的損失，故統(tǒng)一取油管內(nèi)徑為 12mm。 3.7.2 管接頭 管接頭是油管與油管、油管與液壓件之間的可拆式連接件，它必須具有裝拆方便、 連接牢固、密封可靠、外形尺寸小、通流能力大、壓降小、工藝性好等各項(xiàng)條件。 液壓系統(tǒng)中的泄漏問(wèn)題大部分都出現(xiàn)在它管系中的接頭上，為此對(duì)管材的選用，接 頭形式的確定（包括接頭設(shè)計(jì)、墊圈、密封、箍套、防漏涂料的選用等） ，管系的設(shè)計(jì) （包括彎管設(shè)計(jì)、管道支承點(diǎn)和支承形式的選取等）以及管道的安裝（包括正確的運(yùn)輸、 儲(chǔ)存、清洗、組裝等）都要慎審從事，以免影響整個(gè)液壓系統(tǒng)的使用質(zhì)量 11。 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 24 3.8 本章小結(jié) 總之，液壓缸的設(shè)計(jì)內(nèi)容不是一成不變的，根據(jù)具體的情況有些設(shè)計(jì)內(nèi)容可以不做 或少做，也可增加一些新的內(nèi)容。設(shè)計(jì)時(shí)可能要經(jīng)過(guò)多次反復(fù)修改，才能得到正確、合 理的設(shè)計(jì)結(jié)果。在設(shè)計(jì)液壓缸時(shí)，正確選擇液壓缸的類型是所以設(shè)計(jì)計(jì)算的前提。在選 擇液壓缸的類型時(shí)，要從機(jī)器設(shè)備的動(dòng)作特點(diǎn)、行程長(zhǎng)短、運(yùn)動(dòng)性能等要求出發(fā)，同時(shí) 還要考慮 主機(jī)的結(jié)構(gòu)特征給液壓缸提供的安裝空間和具體位置，如機(jī)器往復(fù)直線 運(yùn)動(dòng)直接采用液壓 缸來(lái)實(shí)現(xiàn)是最簡(jiǎn)單又方便的；對(duì)于要求往返運(yùn)動(dòng)速度一直的場(chǎng)合，可 采用雙活塞桿式液壓缸；若有快速返回的要求，則宜用單活塞桿式液壓缸，并可考慮用 差動(dòng)連接；行程較長(zhǎng)時(shí)，可采用柱塞缸，以減少加工的困難；行程較長(zhǎng)但負(fù)載不大時(shí)， 也可考慮采用一些傳動(dòng)裝置來(lái)擴(kuò)大行程；往復(fù)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，既可用擺動(dòng)式液壓缸，也可 用直線式液壓缸加連桿機(jī)構(gòu)或 齒輪-齒條機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。液壓缸的緩沖計(jì)算也是必不可少的， 主要是估計(jì)緩沖時(shí)缸中出現(xiàn)的最大沖擊壓力，以便用來(lái)校核缸筒強(qiáng)度、制動(dòng)距離是否符 合要求。緩沖計(jì)算中如發(fā)現(xiàn)工作腔中的液壓能和工作部件的動(dòng)能不能全部被緩沖腔所吸 收時(shí)，制動(dòng)中就可能產(chǎn)生活塞和缸蓋相碰現(xiàn)象 16。 單臂液壓制造機(jī) 25 4 液壓機(jī)的強(qiáng)度與剛度計(jì)算 4.1 上橫梁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與剛度計(jì)算 4.1.1 受力分析 上橫梁可視為受一集中力，兩端支承的簡(jiǎn)支梁。圖 4.1 所示受力圖及剪力彎矩圖。其 中： P公稱壓力（ KN） ，P=160KN ； D油缸臺(tái)肩尺寸（mm） ，D=194mm； B立柱中心距（mm） ， B=600mm； 在主截面（）所受彎矩： m5.347)601.392(0164)21(4 KNBDPM 圖 4.1 上橫梁受力圖 截面剪力： 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 26 KN80P21Q 4.1.2 主截面（）強(qiáng)度計(jì)算 表 4-2 主截面（）強(qiáng)度參數(shù) 序 號(hào) 截 面寬度 ( mm) 截面高 度 （mm） 截 面積 iF （ mm 2 ） 面積 重心至 X 軸距離 iY (mm) 截面對(duì) X 軸的靜面 矩 iFS （mm 3 ） 截面矩 與面積重心i 至 X 軸距離乘 積 （mm ）iY4 各截面 積的慣性矩 312ioihbJ （mm 4 ） 1 100 10 100 505 50500 25502500 8333.33 2 430 60 2580 470 1212600 569922000 7740000 3 210 30 630 425 267750 113793750 472500 4 190 180 3420 330 1128600 372438000 92340000 5 210 90 1890 195 368550 71867250 12757500 6 160 80 1280 110 140800 15488000 6826666.67 7 200 20 400 60 24000 1440000 133333.33 8 420 40 1680 30 50400 1512000 2240000 9 110 10 110 5 550 2750 9166.67 總計(jì) 510 11090 3243750 1171966250 122527500 H iFiSiYSoiJ 重心至 X 軸距離： mhiFS291034751182 截面對(duì) X 軸的慣性矩： ； 42937507655YSJioi 截面對(duì) X 軸（形心軸）的慣性矩： 4221 481109943mFhiX 在受壓截面上彎曲應(yīng)力： MPaJM8571壓 在受拉截面上彎曲應(yīng)力： 單臂液壓制造機(jī) 27 MPaJMh2348915072拉 由計(jì)算得在主截面（）上彎曲應(yīng)力小于許用應(yīng)力。 4.1.3 主截面（）強(qiáng)度計(jì)算 根據(jù) 4可知斷面抗剪切力主要由立柱承受，故可按簡(jiǎn)化截面矩形（見(jiàn)圖 4.3）來(lái) 計(jì)算。其