5000KN三梁四柱雙缸油壓機的設計說明書

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1、 XXX大學畢業設計（論文） 摘要 本文簡要介紹了液壓機在現代工業中的地位，綜述了國內外液壓機的現狀及其發展趨勢。 根據液壓機現有的設計計算資料和給定的技術規格,以及液壓機成型的工藝特點,確定了5000KN雙缸四柱液壓機總體設計方案,并對液壓機的主要部件進行了詳細的結構設計,并對工作缸、下橫梁進行了強度與剛度計算，以確保所設計的液壓機工作可靠，性能穩定。最后運用AutoCAD繪圖軟件完成總裝配圖及上述零部件圖的結構設計。 本文所設計的液壓機適用于金屬材料的壓制、沖裁、彎曲、翻邊、薄板拉深等，也可用于校正及小型金屬零件的冷擠成型等工藝。 關鍵詞 雙缸四柱液壓

2、機；強度；橫梁；工作缸 Abstract This paper briefly introduces the position of hydraulic pressure in modern industry, and summarizes the current situation and developing trend of hydraulic machine at home and abroad.. According to the existing hydraulic machine design calc

3、ulation of a given material and technical specifications, as well as hydraulic press molding process characteristics to determine the 5000kN double cylinder four column hydraulic machine overall design scheme, and with the structural design of the main components of hydraulic machine, and the workin

4、g cylinder, a lower beam strength and stiffness calculation, to ensure that the design of the hydraulic machine is reliable and stable performance. At last, the structure design of the total assembly drawing and the parts graph is finished by using AutoCAD drawing software.. In this paper, the desi

5、gn of hydraulic machine applicable to metal pressing, punching, bending, flanging, sheet metal drawing etc., can also be used for correction and small metal parts of the cold extrusion forming process. Keywords： double cylinder hydraulic machine; strength; beam; cylinder 目錄 摘要 I Abstract II

6、 第1章 緒論 1 1.1 課題背景及目的與意義 1 1.1.1課題背景 1 1.1.2 選題目的與意義 1 1.2 液壓機的發展概況 1 1.2.1 液壓機在現代工業中的地位 1 1.2.2 我國金屬塑性成型設備的現狀及發展趨勢 2 1.2.3 國外金屬塑性成型設備的現狀及發展趨勢 3 1.2.4 液壓機的總體發展趨勢 3 1.3 雙缸四柱液壓機的特點 4 1.4 液壓機的分類 5 1.5 本章小結 6 第2章 雙缸四柱液壓機的本體結構方案設計 7 2.1 液壓機的設計參數 7 2.1.1 5000KN雙缸四柱液壓機的設計參數 7 2.2 上橫梁結構方案的設計

7、 7 2.2.1 結構形式 7 2.2.2 形狀尺寸要求 8 2.2.3 上橫梁與工作缸的聯接方式 9 2.3 工作臺的結構設計 10 2.3.1 結構形式 10 2.3.2 加工技術要求 10 2.3.3 工作臺與頂出缸的聯接方式 11 2.3.4 固定模具結構 11 2.4 立柱的結構形式 13 2.4.1 結構形式 13 2.4.2 形狀尺寸要求 15 2.5 活動橫梁結構的設計 15 2.5.1 結構形式 15 2.5.2形狀和尺寸要求 16 2.5.3 立柱導套 17 2.5.4 活動橫梁與活塞桿聯接方式 18 2.5.5固定模具結構 20 2.6

8、 液壓機總體方案設計 20 2.7 本章小結 22 第3章 液壓機的強度與剛度計算 23 3.1 工作缸的設計計算 23 3.1.1 缸體的強度計算 23 3.3 工作臺結構的強度與剛度計算 28 3.2.1 計算條件 28 3.2.2 工作臺的彎矩與剪力計算 29 3.2.3工作臺的撓度計算 29 3.2.4 工作臺的強度校核 34 3.2.5 工作臺的剛度校核 35 3.3 本章小結 35 第4章 液壓機液壓系統的設計 37 4.1 制定液壓系統基本方案 37 4.1.1 確定液壓執行元件的形式 37 4.1.2 確定液壓執行元件運動控制回路 37 4.1.

9、3 液壓源系統 38 4.2 液壓系統各液壓元件的確定 38 4.2.1 液壓介質的選擇 38 4.2.2 擬定液壓系統圖 40 4.3 液壓閥的選擇 41 4.3.1 液壓閥的作用 41 4.3.2 液壓閥的基本要求 42 4.3.3 液壓閥的選擇 42 4.4 本章小結 43 結論 44 致謝 45 參考文獻 46 III

10、 ———————————————————————————————————————— 第1章 緒論 1.1 課題背景及目的與意義 1.1.1課題背景 畢業設計題目為5000KN雙缸四柱液壓機的設計。 1.1.2 選題目的與意義 通過5000KN雙缸四柱液壓機設計與計算的畢業設計，了解液壓機的結構與工作原理，掌握液壓機的設計計算步驟，以及工作臺和工作缸的設計與計算方法。 1.2 液壓機的發展概

11、況 1.2.1 液壓機在現代工業中的地位 流體傳動與控制技術的主要代表液壓技術自上世紀初面世以來,即"融合"到裝備制造業中,成為其中十分重要的基礎領域,同時,液壓技術將裝備制造業作為其主要的應用領域,曾經引領裝備制造業一系列的技術進步。因此液壓技術對裝備制造業而言,從來就有著較強的推動和影響作用,對裝備制造業等諸多領域有著前置和后置效應,扮演著重要而關鍵的角色。21世紀初,中國裝備制造業得益予國民經濟持續發展的歷史機遇,在諸多領域取得了重要的發展和技術進步,其中中國液壓技術也扮演了重要的角色,并反映了它與時俱進的技術進步。 液壓機是利用液壓傳動技術進行壓力加工的設備。它與機械壓力機相比，

12、具有壓力和速度可在廣泛的范圍內無級調整，可在任意位置輸出全部功率和保持所需壓力，結構布局靈活，各執行機構動作可很方便地達到所希望的配合關系等等很多優點。同時液壓元件具有高度的通用化、標準化特點，設計及和制造均較為簡單，所以液壓機在國民經濟各部門得到了日益廣泛的應用。 目前中小型液壓機絕大部分均采用礦物油做介質，例如液壓油、機械油等。同時大多數采用單機直接傳動。 1.2.2 我國金屬塑性成型設備的現狀及發展趨勢 1.2.2.1 我國金屬塑性成型設備的現狀 金屬塑性成性是利用材料的塑性，在成型設備上，通過模具改變毛坯的形狀與尺寸，并改善性能，以獲得所要求的工件。 我國金屬塑性成型設備經半

13、個多世紀的發展，已經從只能生產單機（諸如各種普通、專用壓力機、液壓機、鍛錘）發展到能夠生產裝備機械化、半自動化和自動化鍛壓生產線，大中型鍛壓機和具有各種特殊功能的先進特種金屬塑性成型設備。在引進國際先進技術和合作生產的基礎上，極大地提高了金屬塑性成型設備的設計開發能力和制造水平。近年來，隨著我國以汽車為龍頭的制造業的飛速發展，大大刺激了塑性加工的技術進步，新興的金屬塑性成型裝備可確保通用產品的性能、質量和可靠性。國產大型精密高效的成套設備、自動化生產線、FMC、FMC等高新技術、高附加值的金屬塑性成型生產設備正在裝配著我國的制造業。到目前為止，國產金屬塑性成型設備產品已有一千多種。 1.2.

14、2.2 我國金屬塑性成型設備的發展趨勢 金屬塑性成型設備是材料成型設備中的重要一員，在現代工業生產中有著舉足輕重的地位，其發展趨勢也備受關注。 （1）板材加工設備 進入21世紀，我國的汽車制造業飛速發展，面對這一形勢，我國的板材加工工藝及設備有了長足的發展，出現了許多新型、大重型板材加工設備。 ①重型機械壓力機及覆蓋件生產線、大型多工位壓力； ②數控板沖、剪、折機床及柔性加工生產線； ③板材無模多點成形壓力機； ④高速壓力機；⑤數控激光切割機。 （2）大重型鍛造裝備 ①重型模鍛和鍛造水鍛機；②熱模鍛壓力機；③大噸位螺旋壓力機；④大型彎

15、曲校正設備等。 （3）特種鍛造設備 ①擺動輾壓機；②特種軋制設備（如輥鍛機、楔橫軋機、數控輾環機等）；③冷擠壓機；④數控彎管機。 1.2.3 國外金屬塑性成型設備的現狀及發展趨勢 美國、德國、日本的汽車工業如此發達，得益于其塑性加工技術及裝備的領先地位。當前的世界塑性加工技術及裝備向以下幾個方面發展： 1.金屬塑性成型設備及自動化 ⑴冷沖壓設備 主要向單機聯線自動化和大型多工位壓力機方向發展，以適應汽車車身自動化沖壓生產的需求。 ⑵鍛造設備 國外的鍛造自動化也取得了長足發展?，F代化的大型自由鍛造車間的鍛造液壓機、操作機、鍛造吊車實現了聯動控制，全部機械化，并配有鍛件尺

16、寸自動測量裝置，鍛造壓機與操作機數控聯動，鍛造加熱爐自動控制。中小型自由鍛實現了壓機與操作聯動微要控制、計算機自動編程的自動程序鍛造。 目前國外大型汽車模鍛件大部分采用以多工位熱模鍛壓機為主休的綜合自動線，美國、德國、日本基本采用熱模鍛壓力機取代原有的模鍛錘，中小型模鍛件采用多工位高速自動熱鐓機。 2.高速化復合化相結合，提高設備加工效率 將幾種工藝或幾個工序復合在一臺機床上完成，是當前各類機床大幅壓縮生產輔助間，提高生產率的重要技術途徑，在鍛壓機械上也得到了成功應用，效果十分顯著。 3.設備控制系統的發展趨勢 壓力機控制系統的集成化，可通過單一操作接口實現所有壓機和模具的各項控制功

17、能，包括故障診斷、模具菜單配置、可編程限位開關和模具監控的調整等，并使設備的維修保養更加方便，而且明顯增加壓力機的有效工作時間。 4.注重環境保是當今世界性的潮流。 1.2.4 液壓機的總體發展趨勢 1.配有自動上下料裝置的液壓機或自動生產線將會成為未來液壓機發展的方向。現階段，由于勞動力成本和技術問題， 國內的企業多采用人工上下料。但在一些發達國家，在上世紀六七十年代自動生產線已基本普及。為提升企業的形象和提高生產效率，現在國內企業也開始使用和采購自動生產線和自動上下料的液壓機。一些企業也開始在原人工上下料的液壓機生產線上配上機器人而改造成半自動的生產線。 2.多工位

18、液壓機的需求將會大幅度增加。由于加工設備、技術等原因，現在國內多工位液壓機不是很多。多工位液壓機有很多優點： ⑴多道 工序在一臺液壓機中不同的工位完成，減少了液壓機的臺數，進而減少了設備占用面積；⑵減少了設備的中間送料程序和操作人員；⑶提高了生產效率；⑷減少了投資成本。 3.快速、高速液壓機在批量生產中能成倍地提高效率。如果液壓機的效率能提高一倍，則一條生產線可代替兩條生產線， 在用戶投資增加不大的情況下一條線即可代替兩條線。 4.依托電液比例技術、傳感器、電子、計算機、網絡等提升液壓機的性能。 5.在環保、節能方面，今后在液壓機的設計及制造中應引起各制造企業的足夠重視。這方面要做好以下

19、幾點：⑴ 減少液壓機的裝機功率，減少工作中的能量損失；⑵提高密封質量，減少液壓油泄漏對環境的污染；⑶減少噪聲，對大的噪聲源進行隔離和封閉。 1.3 雙缸四柱液壓機的特點 （1）材料利用率高。多向模鍛大多采用閉式模鍛，鍛件可設計成空心的，可以取消或設計很小的模鍛斜度，借助卸料器鍛件也易于取出， 因而可以節約大量材料， 與一般模鍛工藝相比較可節約金屬 50%左右，材料利用率可達 40-90%。 （2）鍛件性能好。多向模鍛屬閉式模鍛，一般沒有毛邊，金屬流線沿鍛件外形分布，可提高鍛件的機械性能和抗應力腐蝕的能力。一般可提高強度 30%以上。 （3）生產率高。多向模鍛只需毛坯一

20、次加熱和壓力機一次行程便可成形鍛件，生產率高，同時最大限度避免了由于加熱帶來的缺陷和損失。這一點對于高合金鋼、鎳基合金、鈦合金是極為重要的。這些材料價格昂貴，鍛造溫度范圍狹窄， 減少了加熱次數和氧化損失， 便能降低成本， 提高質量， 有利于實現機械化，若配備機械手可大大降低勞動強度。 （4）應用范圍廣。多向模鍛時，毛坯處于強烈的壓應力狀態下變形，可使金屬塑性大大提高， 有利于低塑性材料的成形。多向模鍛不僅可以加工各種復雜形狀的鍛件，而且對鍛件尺寸大小、材料限制也較少。除一般有色金屬、黑色金屬外，也可模鍛高合金鋼、鎳鉻合金等，因為在多向模鍛時能提高材料的塑性。多向模鍛也存在一些缺點。 首

21、先是要求毛坯具有較高的剪切質量，坯料尺寸與重量要求精確。 其次是毛坯加熱后應盡量避免氧化皮，要求對毛坯進行少無氧化加熱或設置去氧化皮的裝置。 要求使用剛性好、精度高的專用設備或在通用設備上附加專用的模鍛裝置。 1.4 液壓機的分類 液壓機一般有如下幾種分類方法： ⑴按傳遞壓強的液體種類分類 可分為油壓機和水壓機兩大類； 水壓機產生的總壓力較大，常用于模鍛和自由鍛工藝的大型和重型設備中。 ⑵按機身結構形式分類 可分為梁柱式（如三梁四柱式）、單臂式（C型）、框架式結構等。 ⑶按工藝用途分類 可分為以下幾種： ①鍛造液壓機 用于自由鍛造、鋼錠開坯以及有色

22、與黑色金屬模鍛； ②沖壓液壓機 用于各種板材沖壓，其中有單動、雙動等結構型式； ③一般用途液壓機 如各種萬能式通用液壓機； ④校正壓裝液壓機 用于零件校形及裝配； ⑤層壓液壓機 用于膠合板、刨花板、纖維板、絕緣材料板等的壓制； ⑥擠壓液壓機 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； ⑦壓制液壓機 用于粉末冶金、塑料制品的壓制成型； ⑧打包、壓塊液壓機 用于將金屬切屑及廢料的壓塊與打包； ⑨手動液壓機 一般為小型液壓機，用于試壓、壓裝等要求力量不大的手工工序。 ⑩其他液壓機。 ⑷按活動橫梁的運動方式分類 可分為： ①上壓式液壓機；②正裝（下

23、壓）式液壓機；③下拉式液壓機 ⑸按傳動形式分類 可分為： ①泵直接傳動液壓機；②泵-蓄能器傳動液壓機。 1.5 本章小結 本章重點介紹了我國液壓機的現狀和發展趨勢，液壓機的分類、特點，以及液壓機的工作原理，同時，對課題的提出做了簡介，對液壓機有了初步的認識，及為本設計的完成奠定了初步依據。 第2章 雙缸四柱液壓機的本體結構方案設計 2.1 液壓機的設計參數 2.1.1 5000KN雙缸四柱液壓機的設計參數 主要技術規格是表述機器工作性能的指標。通常包括以下部分：第一，主要規格，又稱主

24、要參數，它是表示液壓機主要特征的參數。第二，各執行機構各工藝動作的壓力。第三，工作空間，包括各執行機構固定模具的工作表面對主機工作臺面（或中心線）的最大距離和最小距離，工作臺尺寸等。第四，各工藝動作的速度。第五，機器外形尺寸，總功率和總重量。 基本參數是設壓機的基本技術數據，是根據液壓機的工藝用途及結構類型確定的，它們反映了液壓機的工作能力及特點，也基本上定下了液壓機的輪廓尺寸及本體總重?；緟凳怯脩暨x購時的主要依據。 本設計的5000KN雙缸四柱液壓機，其主要參數如下： （1）公稱力 KN

25、5000； （2）滑塊行程 mm 1000； （3）滑塊開口高度 mm 1100； （4）滑塊工作速度 mm/s 10； （5）工作臺尺寸 mm 2100×1500； （6）液體工作壓力 MPa 25； （7）電動機功率 kW

26、 45.5； （8）頂出力 kN 630； （9）頂出行程 mm 350. 2.2 上橫梁結構方案的設計 2.2.1 結構形式 橫梁包括上橫梁、下橫梁（或工作臺）和活動橫梁，是液壓機的重要部件。橫梁有鑄造結構和焊接結構兩種，生產批量較大的中小型液壓機其橫梁多為鑄鐵件（材料多為HT200）或鑄鋼件（材料多ZG275～500)；近年來采用焊接結構的日益增多，材料一般為Q235或16Mn鋼板。上橫梁上安裝工作缸的圓孔，一般做成階梯孔，下孔直徑

27、比上孔大10～20mm,以便于安裝。上橫梁位于立柱上部，用于安裝工作缸，承受工作中全部的反作用力。對于柱塞式工作缸，還可安裝回程缸及其他輔助裝置。 本設計的5000KN雙缸四柱液壓機，上橫梁采用的結構形式如圖2-1所示。 對于中小型液壓機其結構形式主要有：鑄造和焊接兩種。但不論采用鑄造或焊接組成的上橫梁都應該進行必要的熱處理，消除其內應力。 圖 2-1 上橫梁結構圖 2.2.2 形狀尺寸要求 上橫梁通過立柱聯接成機身上半部，并安裝工作油缸。為使其組成的空間合乎要求，以及活塞運行平穩，因此要求上橫梁安裝油缸孔的軸線與安裝油缸的臺肩平面應垂直，上橫梁與調節螺母

28、接觸面與油缸臺肩接觸應平行，以及立柱穿過 孔的上下平面應平行等等。其具體要求為： （1）安裝主油缸孔的軸線與油缸臺肩貼合平面不垂直度允差≤0.06/1000mm； （2）調節螺母接觸平面與油缸臺肩貼合平面的不平行度允差≤0.05/1000mm； （3）鎖緊螺母接觸面與調節螺母接觸面（立柱穿過孔的上表面與下表面）間不平度允差≤0.16/1000mm； （4）油缸鎖緊螺母平面與油缸臺肩貼合平面間不平行度允差≤0.12/1000mm； （5）與油缸外圓配合公差為H8/f9或高于此級； （6)立柱孔尺寸一般比立柱插入端直徑大1～2mm。 2.2.3 上橫梁與工作缸的聯接方式

29、上橫梁與油缸的聯接方式常見有以下兩種： （1）依靠圓螺母固定油缸； （2）依靠法蘭盤固定油缸。 本設計采用的是第一種方式，依靠圓螺母固定油缸。其結構如圖2-2所示。 圖 2-2 用圓螺母固定的結構 1-上橫梁 2-油缸 3-圓螺母 當油缸加壓時，油缸臺肩傳遞反作用力于橫梁，連接零件不受反作用力的作用，只有當油缸回程工作時，回程力作用于連接零件上。故連接零件的強度只滿足回程力要求即可。 2.3 工作臺的結構設計 2.3.1 結構形式 工作臺是主機的安裝基礎，臺面上固定模具，工作中承受機器本體的重量及全部載荷。亦可安裝頂出缸，回程缸及其他輔助裝置。

30、 工作臺所選以及其結構形式與上橫梁相同。本設計的5000KN雙缸四柱液壓機，上橫梁采用鑄造結構。其結構形式如圖2-3所示。 圖 2-3 工作臺的結構形式 2.3.2 加工技術要求 1）鑄件不得有影像質量的氣孔、縮孔、夾渣、裂紋等缺陷； 2）鑄件必須清理凈型砂、毛刺、冒口應鏟除磨光、梁的非加工面一律涂紅色防銹漆； 3）鑄件在加工前，應退火處理，消除內應力； 4）鑄件材料應做機械性能試驗，并符合HT20-40要求后方可實施； 5）工作臺臺面不平直度，按JB1293-73標準允差≤0.05/1000mm。 2.3.3 工作臺與頂出缸的聯接方式 對于中

31、小型通用液壓機，其頂出力不大，頂出缸結構一般采用活塞式。其結構形式如圖2-4所示。此優點為結構簡單，安裝方便。缺點是頂出力集中于頂出活塞端面的很小面積內，因此對較大制件的頂出不方便。 圖2-4 工作臺與頂出缸聯接方式 1-工作臺 2-頂出缸 3-螺母 2.3.4 固定模具結構 為了固定模具，一般情況在工作臺面上設有T型槽，按GB158-59標準尺寸進行加工。用于中小型液壓機的T型槽型式尺寸見表2-1. T型槽的尺寸和數量主要根據液壓機的回程噸位（即加壓制件后的拔模力）和頂出制件的最大壓力設計。對于尺寸較小的工作臺，T型槽常采用交叉布置

32、，尺寸較大的工作臺的T型槽，常采用平行布置（圖2-5）。 表 2-1 T型槽 （GB158-59) (mm) a 8 10 12 14 16 18 20 22 24 28 32 36 42 48 54 螺桿直徑d 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 27 30 36 42 48 b 公稱尺寸 14 16 20 24

33、 27 30 33 36 40 46 52 60 70 80 90 允差 +1.5 +2 +3 c 公稱尺寸 6 7 9 11 12 14 15 16 18 20 22 25 29 34 38 允差 +0.5 +1 +2 h 最小 5 6 8 1

34、0 11 13 14 16 17 21 24 27 32 36 42 最大 9 13 15 18 20 23 25 28 30 36 42 46 54 60 70 e 1 1.5 2 注：1.盡可能不用加粗的尺寸； 2.“a”尺寸公差根據用途可按D1、D4、D6或自由公差選??； 3.“a”兩邊表面粗糙度按采用精度等級決定，其余均按Ra12.5加工； 4.可做成帶有

35、鑄造后不加工的槽。 圖 2-5 T型槽平行布置圖 2.4 立柱的結構形式 2.4.1 結構形式 立柱是四柱式液壓機重要的支撐件和受力件，同時又是活動橫梁的導向基準。因此立柱應有足夠的強度和剛度，導向表面應有足夠的精度、光潔度和必要的硬度。常見的結構形式有： ⑴兩梁都用立柱臺肩支撐，用鎖緊螺母上下加以鎖緊。（圖2-7a) ⑵兩梁都用調節螺母支撐，用鎖緊螺母上下加以鎖緊。(圖2-7b) ⑶上橫梁用立柱肩支撐，調節螺母安裝于工作臺面上，兩端用鎖緊螺母鎖緊。(圖2-7c) ⑷上橫梁用立柱臺調節螺母支撐，立柱肩臺支持于工作臺面上，兩端用鎖

36、緊螺母鎖緊。(圖2-7d) 上述結構中，第一種結構中，上橫梁與工作臺間距右立柱臺肩尺寸來保證。因此，結構簡單，裝配方便。但裝配后機器精度不能調整，預緊也比較困難。因此，僅在無活動橫梁又無精度要求的小型簡易液壓機設計時采用。第二種結構(四螺母結構）組成零件最多。由于調節螺母起立柱臺肩支承作用，且可調節兩梁的支承距離，對立柱有關軸向尺寸要求不嚴格，緊固較容易。但對立柱螺紋精度（與立柱軸線的平行度）以及調節螺母精度（調節螺母的螺紋對于上下橫梁貼合面垂直度）要求嚴格。機器精度調整較麻煩。第三及第四種結構基本相同，精度調整及加工也不復雜，但總裝后立柱預緊不如第二種方便。 由于立柱使用立柱螺母

37、與上下橫梁連接為一剛性框架的，因此，保證立柱螺母的擰緊程度，使其與上、下橫梁的貼合面密切配合并不產生松動是保持機架剛度的基本條件。立柱螺母一般為圓形，可制成整體式和對開式，材料一般可選用45鍛鋼或ZG270～500。安裝時需通過螺母對立柱進行鎖緊，其預緊原理和基本方法與通用曲柄壓力機組合機身的預緊相似。螺母預緊后，必須用防松裝置鎖緊，以防螺母脫落。 本設計采用的是第四種結構形式，因其精度調整和加工不復雜，精度調整簡單可靠。其結構形式如圖2-6所示。 圖 2-6 立柱的結構形式 2.4.2 形狀尺寸要求 立柱為液壓機的重要零件，是活動橫梁的導向基準。其具體的要求有： （1） 立

38、柱導向面表面粗糙度為Ra0.4μm； （2） 立柱導向面錐度及橢圓度不大于公差一半； （3） 立柱導向面軸線不平直度允差不大于0.05/1000mm； （4） 與工作臺貼合之端面對立柱導向表面之跳動量允差不大于0.05mm； （5） 材料一般選用35或45鍛鋼件。毛坯應正火處理，消除鍛造過程的內應力； （6） 立柱導向表面有條件應進行熱處理，表面硬度不低于HRc45，也可進行表面鍍硬鉻處理，鍍層厚度為0.02～0.04mm。 2.5 活動橫梁結構的設計 2.5.1 結構形式 活動橫梁的主要作用為，與主油缸的活塞桿連接傳遞液壓機的壓力，通過導向套沿立柱導向面上下往復運動，安裝固定

39、模具及工具等。因此要有較好的強度、剛度及導向結構?；顒訖M梁選用的材料與上橫梁、工作臺相同，常采用同樣的材料來制造，以使毛坯的制造工藝相類似，便于制造。 活動橫梁的結構設計除考慮導向精度要求外，還應根據壓制工藝中的承載要求來定。 根據壓制工藝性質，若活動橫梁無論在何種情況下都無彎曲，例如：粉末冶金液壓機或軸類零件壓制專用液壓機，計算時就可以僅按承壓能力來設計。因此，活動橫梁常是上面敞開的箱形梁。中部高度也可設計較低。 若被壓制零件尺寸較大，多制件同時加壓和使用中具有偏心載荷等條件下，就要求活動橫梁不但有足夠的承壓強度，還應具有一定的承載剛度與抗彎能力。此時常將它設計成高度略低于上橫梁而壁厚

40、相近的封閉箱形體。 若液壓機設有限程套，而活動橫梁又可能支承在限程套上，并受全壓作用，則活動橫梁應有一定的抗彎能力。一般設成封閉的箱形體，結構高度由計算后決定。 無論何種情況，導向部分應有一定的的高度，以保證足夠的精度。一般情況下，導向部分高度不應小于活塞行程的二分之一。 活動橫梁與柱塞聯接部位，開有環形的集油槽，以便貯存油缸缸口部漏滲的油液。 鑄件應將壁厚設計均勻，防止應力集中，設計必要的加強筋并便于清砂及起重要求。 本設計的活動橫梁材料采用ZG45，為鑄造結構。活動橫梁的上部與柱塞（或活塞桿）連接，下部是安裝模具的平面，四個角上開有安裝導套的立柱孔，立柱可在導套中導向，為使柱塞（

41、或活塞桿）的支撐部位有足夠的承壓能力，柱塞孔多做成圓筒形，活動橫梁的下表面開有T型槽供安裝模具用，對沖壓液壓機該面上常開有打料孔。 2.5.2形狀和尺寸要求 活動橫梁是液壓機主要運動部件，為保證液壓機符合精度要求，因此，要求四立柱導向套孔軸線相互平行，它與聯接活塞桿孔的中心線平行；上述這些孔軸線都應與活動橫梁下平面相垂直；與活塞桿接觸平面對平面亦要求平行等。其具體要求為： （1） 連接活塞桿孔軸線與四立柱孔軸應互相平行，其不平度允差不大于0.10/1000mm； （2） 活動橫梁下表面不平直度，按JB1293-73標≤0.05/1000mm； （3） 聯接活塞桿孔軸線與四立柱孔軸線對

42、下平面不垂直度允差≤0.06～0.10/1000mm； （4） 下平面對上平面（與活塞桿貼合平面）不平行度允差≤0.06/1000mm； （5） 四立柱孔中心距公差，前后、左右均在≤±0.20mm，對角線上孔間距公差按下式計算求出： （6）四立柱孔與導套外圓配合精度為H8/j6。中心孔與活塞桿外圓配合精度為H8/f7。 2.5.3 立柱導套 活動橫梁導向的正確性，關系到機器的精度，工作缸密封件與導向面的磨損情況，加工制件的尺寸精度，模具使用壽命及機身的受力情況。因此，應合理選擇導向結構與配合要求。 中小型液壓機一般采用固定式導套。對于大重型液（水）壓機也有采用雙球面及單球面活動導

43、套。本設計的5000KN雙缸四柱液壓機，采用固定式導套，其結構形式如圖2-7所示。 導套材料可用鑄鐵、青銅等，近年來有些單位改用鐵基粉末冶金，效果及壽命均高于鑄鐵。對于大型液壓機為了便于裝配和維修，常將導套制成對開式。導套分開面也有用與軸線成3°～5°斜角，即斜切分開。每個導套高度取動梁導向部分高度的～左右。導套可用黃油做潤滑劑。外端面上應該裝有毛氈或專用防塵圈，以防止灰塵和臟物進入導套內表面。 導套應有一定的厚度，以防止導套壓入動梁孔后內孔變形。導套內孔與立柱之間配合一般為H8/f8～H8/f9，導套內外圓應同心，要求在一次裝卡下加工成型。較大的導套毛坯應進行時效處理，消除其內應

44、力。 本設計采用的是第一種形式。其結構簡單，潤滑方便。 圖2-7 固定式導套 2.5.4 活動橫梁與活塞桿聯接方式 活動橫梁與活塞（柱塞)桿聯接形式有活塞（柱塞）桿端部結構和活動橫梁相應部分的結構及聯接零件組成。 聯接結構按其性質可區分為可動聯接及固定聯接兩類。 可動聯接結構是以球面鉸鏈聯接的方法，將活塞（柱塞）與活動橫梁聯接。 可動聯接一般在多缸式液壓機側缸上采用。柱塞（或活塞桿）可相對于球面座有一個小的水平位移和偏移，當活動橫梁受偏心載荷作用發生傾斜時，柱塞（或活塞）仍保持垂直，大大減少導套所承受的側推力，有利于減少導套及密封的磨損。 對于單缸式液壓機以及多

45、缸式主作用油缸活塞（柱塞）與活動橫梁聯接形式都采用固定聯接。固定聯接要求活動橫練及主缸安裝基準等有較好的加工精度，否則就可能工作時產生不平穩脈動等現象。當活動橫梁運動時，除以立柱導套導向外，還可利用液壓缸導套做附加導向，增大了導向長度，可提高其導向精度和抗偏載能力。但當活動橫梁承受偏心載荷作用時，活塞（柱塞）將隨之一起傾斜，使缸內的導向部分也承受側向推力，加劇了導套及密封的磨損。 (a) (b) (c) (d) 圖 2-8 活塞與活動橫梁的聯接結構

46、 固定聯接結構是通過活塞（柱塞）端面及圓柱面與活動橫梁配合聯接成不能相對移動的整體，結構形式見圖2-13。圖a中1為活塞（活塞桿）插入活動橫梁2內用螺釘4加以緊固，3為墊圈。圖b活塞1頭部螺紋與螺母3緊固于活動橫梁2內。圖c活塞1與帶螺紋鎖母3用螺釘與動梁2聯接。圖d用兩半環3依靠螺栓4來鎖緊，活塞1圓柱面及端面與動梁2相聯接。 活動橫梁孔與活塞（柱塞）頭部配合一般采用H8/f9或高于此配合精度，并應有一定的插入深度，使活塞（柱塞）與活動橫梁聯接成一鋼體。對于活塞式結構油缸與活動橫梁連接零件的強度應根據回程噸位來計算。 2.5.5固定模具結構 活動橫梁下平面同工作臺相同，并設有T型

47、槽。對T型槽的要求以及其尺寸要求與工作臺要求相同。 2.6 液壓機總體方案設計 經過對《金屬塑性成型設備》以及液壓機的一些相關資料的查閱，對液壓機的總體結構有了一些認識和了解，通過對液壓機的上橫梁、工作臺、立柱、活動橫梁等結構的設計與確定，以及各結構之間的聯接形式的分析與了解，在此基礎上，利用CAD繪圖軟件，將液壓機的總裝配圖繪制出來。 其結構如圖2-9所示。 圖2-9 雙缸四柱液壓機結構圖 2.7 本章小結 本章重點介紹了液壓機的本體結構，其中主要包括對上橫梁、工作臺、立柱以及活動橫梁等結構及形狀尺寸的要求的對，同時對液壓機各部分之間的聯接形式也做了具體的分析。通過查

48、閱《中小型液壓機設計計算》以及液壓機的一些相關資料，對液壓機的本體結構以及液壓機每部分的結構特點和聯接形式有了一些認識與了解，為液壓機的總體結構設計以及工作缸部裝圖的設計奠定了基礎。 第3章 液壓機的強度與剛度計算 3.1 工作缸的設計計算 3.1.1 缸體的強度計算 3.1.1.1 結構尺寸 可根據下列圖3-1形來計算 圖3-1 液壓缸受力圖 （3-1） —— 液壓缸工作腔的壓力 Pa，系統額定壓力為25MPA，最大壓力為31.5MPA，我們取最大壓力

49、 —— 液壓缸回油腔的壓力 Pa 故： 當按GB2348-80將這些直徑圓整成進標準值時得：, 由此求得液壓缸面積的實際有效面積為： （3-2） 3.1.1.2 缸體的強度計算 ⒈缸體的中段強度計算 油缸筒部的強度可按材料力學中厚壁筒公式進行計算。對于塑性材料，可根據第四強度理論計算出工作缸內壁的最大合成應力σmax。筒部受力狀態如圖3-2。 圖3-2工作缸筒部受力狀態 由第四強度理論知 = （3-3） 式中 —作用于缸筒內任一點

50、K處的切應力，且有 = （3-4） 式中 —作用于缸筒內任一點K處的徑向應力，且有 = （3-5） 式中 —作用于缸筒的軸向應力，且有 = （3-6） 式中 r1—工作缸內半徑； 　　　　 r2—工作缸外半徑； 　　　　 r—所求應力點位置的半徑； 　　　　　p—油缸最大工作壓力。 當r=r1時：

51、 ＝－Ｐ；＝；＝ 即油缸筒部內壁的合成應力達到最大值。將此處的σr、σt、σz分別代入式（3-3）中，可得油缸筒部內壁的合成應力為： = （3-7） 所設計的油缸結構尺寸參數和油缸最大工作壓力分別為： r1=16cm；r2=21 cm；pmax=31.5 Mpa，代入式（3-7）計算得： = =1025×(105Pa) 2.缸口導套擠壓計算 缸口導套材料選用HT20-40，導套擠壓應力為：

52、 式中 代入得： =68.5 3.法蘭盤計算 法蘭材料選用35，故彎曲應力： 式中 代入上式得： 圖3-3 缸口結構 3.3 工作臺結構的強度與剛度計算 3.2.1 計算條件 1.把工作臺簡化為簡支梁； 2.工作臺的制造材料為HT200(灰口鑄鐵)，其許用應力為：[σ]≤40 MPa,抗剪許用應力[τ]≤20 MPa； 3.由于本機為四柱式通用液壓機，其加載條件可視為中間部分承受均布載荷，設模具長度為b，其受力分

53、析簡圖如圖3—6所示。 圖3-4 工作臺受力簡圖 3.2.2 工作臺的彎矩與剪力計算 1.最大彎距Mmax 已知： P=5000KN； b=40 cm（模具長度）； B=160 cm（立柱中心距），則 b=B ∴ q===500000N/cm Mmax = = =175000000N·cm 2.最大剪力Qmax 由受力分析簡圖3-4可得Qmax=P/2=250000 0N。 3.2.3工作臺的撓度計算 在計算工作臺剛度時，除了要考

54、慮彎矩引起的撓度外，由于液壓機的工作臺是短而粗的結構，所以還必須考慮由于剪力引起的撓度，即剪變形。其總撓度為f0=f彎+f剪 。 1. 彎矩引起的撓度f彎 可利用單位載荷法求解f彎，由圖3—4可得： (1)在外載荷作用下的彎矩方程為 (2)在單位載荷作用下的彎矩方程為 工作臺的最大撓度f彎發生在橫梁中點處，根據單位載荷法，有： (3-10) 將Mx、M1代入式（3-10）得： 將以知的B、P、q、a值代入，進行定積分后得 =0.0202 式中 E—工作臺材

55、料的彈性模量，對于灰口鑄鐵HT200； E=1.05×1011 Pa； J—工作臺計算截面的慣性矩。 2．剪力引起的撓度f剪 剪力引起的撓度f剪同樣可用單位載荷法進行計算，即 (1)在外載荷作用下的剪力方程為 (2)在單位載荷作用下的剪力方程為： 所以， (3-11) 將Qx、Q1代入式（3-11）得 將已知的q、a值代入上式，積分后可得 f剪= ∴

56、=0.0202+ 式中 G—工作臺材料的剪切彈性模量 (3-12) —泊松比，對于鑄鐵，=0.23～0.27，取=0.25 則 3．計算工作臺中間截面慣性矩J 在計算工作臺截面慣性矩時，先將其截面圖3-5簡化為等效計算截面，如圖3-6所示，最后按表3-1各項分別進行計算。 圖3-5 工作臺截面圖 圖3-6 工作臺等效截面計算圖 表3-1 工作臺截面慣性矩計算表 序號 截

57、面 寬度 截面 高度 截面 面積 截面 形心 至x 軸的 距離 截面對 x軸的 靜力距 靜力距與 面積形心 至x軸距 離的乘積 各截面 積的慣 性矩 1 166 10 1660 75 124500 9337500 13833 2 162 3 486 69.5 33777 234750 364.5 3 26 49 1274 42.5 54145 2301162.5 254906 4 30 3 90 16.5 1485 24502.5 67.5

58、 5 34 8 272 11 2992 32912 1451 6 170 6 1020 4 4080 16320 3060 7 14 1 14 0.5 7 3.5 1.2 總計 80 4816 220986 11947150.5 273683.2 H (1)整個工作臺截面對x軸的慣性矩Jx為 (2)整個工作臺截面形心至下平面x軸的距離h1為 所以， (3)整個工作臺截面對其中性軸（I-I）的慣性矩J為 3.2.4 工作臺的強度校核 (1)截面最大彎曲拉

59、應力σ拉 σ拉= (3-13) 將上述計算值代入式(3-13)得 σ拉==28.766 MPa (2)截面最大彎曲壓應力σ壓 σ壓 (3-14) 將已知值及計算值代入式3-14得 σ壓MPa 對于HT200,其[σ]=40MPa,經上述計算出的工作臺的最大彎曲拉應力[σ]均小于其許用應力值，即σ＜[σ]，所以其設計是安全的。 (3)最大剪應力 根據材料力學可知，由于橫梁斷面剪切力主要由立板承受，故可將截面簡化為矩形，其剪應力在形心軸處最大，則 (3-15) 式中

60、Qmax—計算截面所承受的最大剪力； —工作臺立板厚度之和，根據工作臺設計圖可知， =140+60+60=260mm=26 cm H—工作臺總高，H=80cm； []—剪切許用應力，對于HT200, []=20 MPa。 將上述數值代入式3-22得 所以設計是安全的。 3.2.5 工作臺的剛度校核 如前計算，工作臺受力簡圖如圖3-10工作臺彎曲和剪力變形量為： = 已知： K=1.2；G=0.6×103MPa；E=1.05×1011 Pa； P=5000000N；J=2074436.74cm4；B=

61、160 cm；F=2054cm 代入上式計算得： cm cm 工作臺在公稱噸位作用下總變形量為： cm 對于工作臺，其允許工作臺彎曲變形量： [f]=（0.12～0.2）B/1000 mm,已知B=1600 mm,則[f]=0.192～0.32 mm,取[f]=0.32 mm。 所以，f0=0.31mm＜0.32 mm=[f],其設計是安全的。 3.3 本章小結 本章主要對液壓機的本體結構各組成部分進行了強度剛度的詳細校核，以保證各組成部分符合設計要求。 第4章 液壓機液壓系統的設計 4.1 制定液壓系統基本方案 4.1

62、.1 確定液壓執行元件的形式 在本設計中,液壓缸是液壓系統中的執行元件，它是一種把液體的壓力能轉換成機械能以實現直線往復運動的能量轉換裝置。液壓缸結構簡單，工作可靠，在液壓系統中得到了廣泛的應用。 液壓缸按其結構形式，可以分為活塞缸、柱塞缸兩類?；钊缀椭椎妮斎霝閴毫土髁浚敵鰹橥屏退俣?。 液壓缸除了單個地使用外，還可以組合起來或和其它機構相結合，以實現特殊的功能。 根據參考文獻[2]表37.5-1 我們選擇活塞缸類中的單桿活塞液壓缸，其特點及適用場合見表3-1。 表4-1 運用場合 名稱 特點 適用場合 單桿活塞液壓缸 有效工作面積大，雙向不對稱 往返不對稱的

63、直線運動等 4.1.2 確定液壓執行元件運動控制回路 1）為了實現液壓缸的進和退，我們選擇電磁換向閥作為液壓系統的方向控制閥。 電磁換向閥的基本工作原理是通過電磁鐵控制滑閥閥芯的不同位置，以改變油液的流動方向。當電磁鐵斷電時，滑閥由彈簧保持在中間位置或初始位置（脈沖式閥除外）。若推動故障檢查按鈕可使滑閥閥芯移動。電磁換向閥在液壓系統中的作用是用來實現液壓油路的換向、順序動作及卸荷等。由于電磁鐵的推力有限，電磁換向閥應用在流量不大的液壓系統中。 2）為了實現其工進，可以選擇調速閥或節流閥作為速度控制閥。 節流閥的調節應該輕便、準確。在小流量調節時，如通流截面相對于閥心位移的變化率較

64、小，則調節的精確性較高。調節節流閥的開口，便可調節執行元件運動速度的大小。 而調速閥的工作原理：液壓泵出口（即調速閥進口）壓力，由溢流閥調整，基本上保持恒定。調速閥出口處的壓力由活塞上的負載決定。所以當負載增大時，調速閥進出口壓差將將減小。 調速閥在液壓系統中的應用和節流閥相仿，它適用于執行元件負載變化大而運動速度要求穩定的系統中。 因此，在本設計中選擇調速閥作為速度控制閥。 4.1.3 液壓源系統 液壓系統的工作介質完全由液壓源來提供，液壓源的核心是液壓泵。在無其它輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統的需油量，多余的油經溢流閥流回油箱， 溢流閥同時起到控制并穩定油源壓力的作用

65、。 為節省能源提高效率，液壓泵的供油量盡量與系統所需流量相匹配。 油液的凈化裝置是液壓源中不可缺少的。在此，我們在泵的小口裝上粗濾油器。（進入系統的油液根據被保護元件的要求，通過相應的精濾油器再次過濾。為防止系統中雜質流回油箱，可在回油路上設置磁過濾器或其他型式的濾油器。根據液壓設備所處環境及對溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。 4.2 液壓系統各液壓元件的確定 4.2.1 液壓介質的選擇 液壓介質應具有適宜的粘度和良好的粘溫特性；油膜強度要高，具有較好的潤滑性能；能抗氧化，穩定性好；腐蝕作用小，對涂料、密封材料等有良好的適應性；同時液壓介質還應具有一定的消泡能力。 選擇液壓介

66、質時，除專用液壓油外，首先是介質種類的選擇。根據液壓系統對介質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，應根據系統中所用液壓泵的類型選用具有合適粘度的介質。 最后，還應考慮使用條件等因素，如環境溫度、工作壓力、執行機構速度等。當工作溫度在60℃以下，載荷較輕時，可選用機械油；工作溫度超過60℃時，應選用汽輪機油或普通液壓油。若設備在很低溫度下啟動時須選用低凝液壓油。 據參考文獻[2]表37.3-12 中各普通液壓油質量指標及應用以及本設計中四柱液壓機液壓系統的要求選用N32號普通液壓油，其各項質量指標見表4-2。 表4-2 N32號液壓油指標 名稱 N32號普通液壓油 代號 / 原牌號 YA-N32 / 20號 運動粘度 mm2/s (40℃) 28．8~35.2 運動粘度 mm2/s (50℃) 17~23 粘度指數≥ 90 抗氧化安定性(酸值達2mgKOH/g)≥ h 1000 凝點≤ ℃ -10 閃點(開口)≥ ℃ 170 防銹性(蒸鎦水法) 無銹 臨界載荷≥ N 600 抗泡沫性(93℃)≤