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第一章 已完成的任務(wù)
1.1液壓機(jī)主要技術(shù)規(guī)格的確定
1.1.1主要技術(shù)規(guī)格的內(nèi)容
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，又稱主要參數(shù)，它是表示液壓機(jī)主要特征的參數(shù)。第二，各執(zhí)行機(jī)構(gòu)各工藝動作的壓力。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主機(jī)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(jī)器外形尺寸，總功率和總重量。
本設(shè)計是5000KN四柱式通用液壓機(jī)，其主要參數(shù)：
（1）公稱壓力 KN 5000；
（2）滑塊行程 mm 900；
（3）滑塊開口高度 mm 1500；
（4）滑塊工作速度 mm/s 10；
（5）工作臺尺寸 mm 1400×1400；
（6）液壓墊壓力 KN 1000；
（7）液體工作壓力 MPa 25；
（8）電動機(jī)功率 KW 45.5；
（9）頂出力 KN 630；
（10）頂出行程 mm 300.
1.2液壓機(jī)上橫梁的結(jié)構(gòu)的設(shè)計與確定
1.2.1上橫梁的結(jié)構(gòu)形式
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(shè)計是5000KN四柱式通用液壓機(jī)，采用的結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。
圖1-1 上橫梁結(jié)構(gòu)圖
對于中小型液壓機(jī)其結(jié)構(gòu)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(yīng)該進(jìn)行必要的熱處理，消除其內(nèi)應(yīng)力。
1.2.2上橫梁與油缸的聯(lián)接形式
上橫梁與油缸的聯(lián)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(shè)計采用的是第一種方式，依靠圓螺母固定油缸。其結(jié)構(gòu)如圖1-2所示。
圖1-2 用圓螺母固定的結(jié)構(gòu)
1--上橫梁 2--油缸 3--圓螺母
當(dāng)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(dāng)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(qiáng)度只滿足回程力要求即可。
1.3液壓機(jī)工作臺的結(jié)構(gòu)的設(shè)計與確定
1.3.1工作臺的結(jié)構(gòu)形式
工作臺是主機(jī)的安裝基礎(chǔ)，臺面上固定模具，工作中承受機(jī)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。
工作臺所選以及其結(jié)構(gòu)形式與上橫梁相同。本設(shè)計是5000KN四柱式通用液壓機(jī)，其采用的是鑄造結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)形式如圖1-3所示。
1.3.2工作臺與頂出缸的聯(lián)接形式
對于中小型通用液壓機(jī)，一般來說頂出力不大。頂出缸結(jié)構(gòu)采用活塞式。其結(jié)構(gòu)形式如圖1-4所示。此結(jié)構(gòu)優(yōu)點為結(jié)構(gòu)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(nèi)，因此對較大制件的頂出不方便。
圖1-3 工作臺的結(jié)構(gòu)形式 圖1-4 工作臺與頂出缸聯(lián)接方式
1--工作臺 2--頂出缸 3--螺母
1.3.3固定模具的結(jié)構(gòu)
為了固定模具，一般情況下在工作臺面上設(shè)有T型槽，按GB158-59標(biāo)準(zhǔn)尺寸進(jìn)行加工。T型槽的尺寸和數(shù)量主要依據(jù)液壓機(jī)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(shè)計。用于中小型液壓機(jī)的T型槽形式尺寸見表1-1。
表 1-1 T型槽（GB158-59）
(mm)
1.4液壓機(jī)立柱的結(jié)構(gòu)的設(shè)計與確定
1.4.1立柱的結(jié)構(gòu)形式
立柱是四柱式液壓機(jī)重要的支撐件和受力件，同時又是活動橫梁的導(dǎo)向基
準(zhǔn)。因此立柱應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，導(dǎo)向表面應(yīng)有足夠的精度、光潔度和必要的硬度。常見的結(jié)構(gòu)形式有：
1）兩梁都用立柱臺肩支撐，用鎖緊螺母上下加以鎖緊。
2) 兩梁都用調(diào)節(jié)螺母支撐，用鎖緊螺母上下加以鎖緊。
3）上橫梁用立柱肩支撐，調(diào)節(jié)螺母安裝于工作臺面上，兩端用鎖緊螺母鎖緊。
4）上橫梁用立柱臺調(diào)節(jié)螺母支撐，立柱肩臺支持于工作臺面上，兩端用鎖緊螺母鎖緊。
本設(shè)計采用的是第四種結(jié)構(gòu)形式，因其精度調(diào)整和加工不復(fù)雜，精度調(diào)整簡單可靠。其結(jié)構(gòu)形式如圖1-5所示。
圖1-5 立柱結(jié)構(gòu)形式
安裝時需通過螺母對立柱進(jìn)行鎖緊，其預(yù)緊原理和基本方法與通用曲柄壓力機(jī)組合機(jī)身的預(yù)緊相似。螺母預(yù)緊后，必須用防松裝置鎖緊，以防螺母脫落。
1.5液壓機(jī)活動橫梁的結(jié)構(gòu)的設(shè)計與確定
1.5.1活動橫梁的結(jié)構(gòu)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(jī)的壓力，通過導(dǎo)向套沿立柱導(dǎo)向面上下往復(fù)運(yùn)動，安裝固定模具及工具等。因此要有較好的強(qiáng)度、剛度及導(dǎo)向結(jié)構(gòu)?；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。
活動橫梁與上橫梁、工作臺選用材料相同，常采用同樣的材料來制造 ，制造工藝相類似，便于制造。
活動橫梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計除考慮導(dǎo)向精度要求外，還應(yīng)根據(jù)壓制工藝中的承載要求來定。
活動橫梁與柱塞聯(lián)接部位，開有環(huán)形的集油槽，以便貯存油缸缸口部漏滲的油液。鑄件應(yīng)將壁厚設(shè)計均勻，防止應(yīng)力集中，設(shè)計必要的加強(qiáng)筋并便于清砂及起重要求。本設(shè)計采用的材料是其45鑄造鋼，結(jié)構(gòu)為鑄造結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)形式如圖1-6所示。
圖1-6 活動橫梁的結(jié)構(gòu)形式
1.5.2立柱導(dǎo)套
活動橫梁導(dǎo)向的正確性，關(guān)系到機(jī)器的精度，工作缸密封件與導(dǎo)向面的磨損情況，加工制件的尺寸精度，模具使用壽命及機(jī)身的受力情況。因此，應(yīng)合理選擇導(dǎo)向結(jié)構(gòu)與配合要求。
中小型液壓機(jī)一般采用固定式導(dǎo)套。本設(shè)計是5000KN四柱式通用液壓機(jī)，采用的是固定式導(dǎo)套，其結(jié)構(gòu)形式如圖1-7所示。
圖1-7 固定式導(dǎo)套
導(dǎo)套可用黃油做潤滑劑。外端面上應(yīng)該裝有毛氈或?qū)Ｓ梅缐m圈，以防止灰塵和臟物進(jìn)入導(dǎo)套內(nèi)表面。
導(dǎo)套應(yīng)有一定的厚度，以防止導(dǎo)套壓入動梁孔后內(nèi)孔變形。導(dǎo)套內(nèi)孔與立柱之間配合一般為D3/dc3~D4/dc4，導(dǎo)套內(nèi)外圓應(yīng)同心，要求在一次裝卡下加工成型。較大的導(dǎo)套毛坯應(yīng)進(jìn)行時效處理，消除其內(nèi)應(yīng)力。
本設(shè)計采用的是第一種形式。其結(jié)構(gòu)簡單，潤滑方便。
1.5.3活動橫梁與活塞桿聯(lián)接方式
活動橫梁與活塞（柱塞)桿聯(lián)接形式有活塞（柱塞）桿端部結(jié)構(gòu)和活動橫梁相應(yīng)部分的結(jié)構(gòu)及聯(lián)接零件組成。
聯(lián)接結(jié)構(gòu)按其性質(zhì)可區(qū)分為可動聯(lián)接及固定聯(lián)接兩類。
可動聯(lián)接結(jié)構(gòu)是以球面鉸鏈聯(lián)接的方法，將活塞（柱塞）與活動橫梁聯(lián)接?？蓜勇?lián)接一般在多缸式液壓機(jī)側(cè)缸上采用。對于單缸式液壓機(jī)以及多缸式主作用油缸活塞（柱塞）與活動橫梁聯(lián)接形式都采用固定聯(lián)接。固定聯(lián)接要求活動橫練及主缸安裝基準(zhǔn)等有較好的加工精度，否則就可能工作時產(chǎn)生不平穩(wěn)脈動等現(xiàn)象。但固定聯(lián)接對精度調(diào)整較有利。在活動橫梁承受偏心力矩時，活塞（柱塞）承受一部分彎曲力矩，并將此力矩通過油缸導(dǎo)套傳給上橫梁和立柱。
固定聯(lián)接結(jié)構(gòu)是通過活塞（柱塞）端面及圓柱面與活動橫梁配合聯(lián)接成不能相對移動的整體。
本設(shè)計是5000KN四柱式通用液壓機(jī)，是單缸式結(jié)構(gòu)，采用的是固定聯(lián)接結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)形式如圖1-8所示。
圖1-8 活塞與活動橫梁的聯(lián)接結(jié)構(gòu)
活動橫梁孔與活塞（柱塞）頭部配合一般采用D4/dc4或高于此配合精度，并應(yīng)有一定的插入深度，使活塞（柱塞）與活動橫梁聯(lián)接成一鋼體。對于活塞式結(jié)構(gòu)油缸與活動橫梁連接零件的強(qiáng)度應(yīng)根據(jù)回程噸位來計算。
1.5.4固定模具結(jié)構(gòu)
活動橫梁下平面同工作臺相同，并設(shè)有T型槽。
1.6液壓機(jī)的相關(guān)計算
1.6.1工作臺的計算
1.6.1.1受力計算
工作臺中心有一個中心孔，其直徑為34cm，工作臺材料選用HT20-40，臺面擠壓許用應(yīng)力取=1000kgf/。故可得模具墊板最小尺寸應(yīng)為：
按圓的直徑計算，則墊板直徑d=42.34cm,取墊板寬度b=40cm。立柱中心距為160cm,則取B/b=1/4B，均布載荷q=4P/Bkgf/cm.
圖1-9為工作臺受力簡圖。
在1-1截面上的彎矩為：
最大剪切力：
圖1-9 工作臺受力簡圖
1.6.1.2 1-1截面的強(qiáng)度計算
按上述計算方法， 可得1-1截面特征如下：
h1=30cm
h2=28cm
在受拉截面上的彎曲應(yīng)力：
對于剪切應(yīng)力在1-1截面上很小，其最大值出現(xiàn)在長度為（0～)和（～B)兩段上，并由立板承受，立板高度H=64cm，寬度B=16cm。故在上述兩段中性截面上最大剪切應(yīng)力為：
=1.5Q/BH=1.5=366kgf/
1.6.1.3 2-2斷面上強(qiáng)度計算
在距10cm處（見圖1-9）即T型槽處其等量截面簡截面圖1-10所算。
在2-2截面處彎矩：
由于簡化之2-2截面為工字形截面。其慣性矩為：
由計算可知，強(qiáng)度滿足要求。
圖1-10 2-2截面之簡化截面
1.7液壓機(jī)總裝圖設(shè)計
1.7.1 液壓機(jī)總裝圖設(shè)計
經(jīng)過對《金屬塑性成型設(shè)備》和《中小型液壓機(jī)的設(shè)計與計算》以及液壓機(jī)的一些相關(guān)資料的查閱，對液壓機(jī)的總體結(jié)構(gòu)有了一些認(rèn)識和了解，通過對液壓機(jī)的上橫梁、工作臺、立柱、活動橫梁等結(jié)構(gòu)的設(shè)計與確定，利用CAD繪圖軟件，將液壓機(jī)的總裝配圖繪制出來。其結(jié)構(gòu)如圖1-11所示。
第二章 未完成項目
2.1液壓機(jī)充液閥部裝圖設(shè)計與計算
2.2液壓機(jī)工作臺零件圖設(shè)計
2.3液壓機(jī)工作缸零件圖設(shè)計
2.4撰寫畢業(yè)設(shè)計論文
第三章 未解決的難點
液壓機(jī)充液閥的結(jié)構(gòu)及其相關(guān)計算，相信在接下來的學(xué)習(xí)中會將其解決，弄懂。
第四章 日程安排
11月27日-----12月03日 液壓機(jī)充液閥部裝圖設(shè)計；
12月04日-----12月11日 液壓機(jī)零件圖設(shè)計；
12月12日-----12月23日 撰寫畢業(yè)設(shè)計論文與準(zhǔn)備答辯；
12月28日-----12月30日 畢業(yè)答辯。
第五章 完成全部畢業(yè)設(shè)計的可能性
根據(jù)日程和時間的安排，可以按時完成畢業(yè)設(shè)計
11
哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）
摘要
本文簡要介紹了液壓機(jī)在現(xiàn)代工業(yè)中的地位，綜述了國內(nèi)外液壓機(jī)的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢。
根據(jù)液壓機(jī)現(xiàn)有的設(shè)計計算資料和給定的技術(shù)規(guī)格,以及液壓機(jī)成型的工藝特點,確定了5000kN四柱式通用液壓機(jī)總體設(shè)計方案,并對液壓機(jī)的主要部件進(jìn)行了詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計,并對工作缸、下橫梁進(jìn)行了強(qiáng)度與剛度計算，以確保所設(shè)計的液壓機(jī)工作可靠，性能穩(wěn)定。最后運(yùn)用AutoCAD繪圖軟件完成總裝配圖及上述零部件圖的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
本文所設(shè)計的液壓機(jī)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(guān)鍵詞 通用液壓機(jī)；強(qiáng)度；充液閥；橫梁；工作缸
Abstract
This paper introduces the hydraulic machine in modern industry status, summarized the present situation and development trend of hydraulic machine.
According to the hydraulic machine existing design calculation and the given specifications, as well as the hydraulic press molding process characteristics, determination of 5000kN four type universal hydraulic machine overall design scheme, and the hydraulic machine's main components were detailed structural design, and the working cylinder, under the beams are strength and stiffness calculation, in order to ensure that the design of the hydraulic machine is reliable, stable performance. Finally the use of AutoCAD drawing software to complete the assembly drawings and parts of the structure design of.
The design of the hydraulic machine for metal material pressing, punching, bending, flanging, sheet metal drawing, can also be used for correcting and small metal parts cold extrusion molding process.
Key words universal hydraulic press; strength;liquid filling ;valve crosshead; working cylinder
目錄
摘要 I
Abstract II
第1章 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 我國金屬塑性成型設(shè)備的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 2
1.2.3 國外金屬塑性成型設(shè)備的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 3
1.2.4 液壓機(jī)的總體發(fā)展趨勢 3
1.3 液壓機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)特點 4
1.3.1 液壓機(jī)的工作原理 4
1.3.2 液壓機(jī)的特點 6
1.4 液壓機(jī)的分類 7
1.5 本章小結(jié) 7
第1章 液壓機(jī)的本體結(jié)構(gòu)設(shè)計 8
2.1 液壓機(jī)的設(shè)計參數(shù) 8
2.1.1 液壓基本體結(jié)構(gòu)特點 8
2.1.2 5000kN液壓機(jī)的設(shè)計參數(shù) 9
2.2 上橫梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計 9
2.2.1 結(jié)構(gòu)形式 9
2.2.2 形狀尺寸要求 10
2.2.3 上橫梁與工作缸的聯(lián)接方式 11
2.3 工作臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計 11
2.3.1 結(jié)構(gòu)形式 12
2.3.2 加工技術(shù)要求 12
2.3.3 工作臺與頂出缸的聯(lián)接方式 12
2.3.4 固定模具結(jié)構(gòu) 13
2.4 立柱的結(jié)構(gòu)形式 14
2.4.1 結(jié)構(gòu)形式 14
2.4.2 形狀尺寸要求 15
2.5 充液閥 16
2.5.1充液閥的工作原理 16
2.5.2充液閥的結(jié)構(gòu)形式 17
2.6 工作缸 18
2.6.1 結(jié)構(gòu)形式 18
2.6.2 結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計 19
2.7 活動橫梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計 20
2.7.1 結(jié)構(gòu)形式 20
2.7.2形狀和尺寸要求 21
2.7.3 立柱導(dǎo)套 22
2.7.4 活動橫梁與活塞桿聯(lián)接方式 23
2.7.5固定模具結(jié)構(gòu) 25
2.8 液壓機(jī)總裝圖設(shè)計 25
2.9 本章小結(jié) 25
第3章 液壓機(jī)的強(qiáng)度與剛度計算 27
3.1 工作缸的強(qiáng)度計算 27
3.1.1 缸體的強(qiáng)度計算 27
3.1.2缸口部分強(qiáng)度計算 32
3.2 充液閥的設(shè)計計算 34
3.2.1 充液閥技術(shù)要求 34
3.2.2 主閥設(shè)計計算 35
3.2.3 控制活塞Dc計算 36
3.2.4 彈簧的設(shè)計計算 36
3.3 工作臺結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與剛度計算 40
3.3.1 計算條件 40
3.3.2 工作臺的彎矩與剪力計算 40
3.3.3 工作臺的撓度計算 41
3.3.4 工作臺的強(qiáng)度校核 45
3.3.5 工作臺的剛度校核 46
3.4 本章小結(jié) 46
結(jié)論 47
致謝 48
參考文獻(xiàn) 49
附錄 50
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哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）
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(yè)設(shè)計題目為5000kN四柱式通用液壓機(jī)的設(shè)計與計算。
1.1.2 選題目的與意義
通過5000kN四柱式通用液壓機(jī)設(shè)計與計算的畢業(yè)設(shè)計，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)計計算步驟，以及工作臺和工作缸的設(shè)計與計算方法。
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,即"融合"到裝備制造業(yè)中,成為其中十分重要的基礎(chǔ)領(lǐng)域,同時,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)裝備制造業(yè)一系列的技術(shù)進(jìn)步。因此液壓技術(shù)對裝備制造業(yè)而言,從來就有著較強(qiáng)的推動和影響作用,對裝備制造業(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,中國裝備制造業(yè)得益予國民經(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,其中中國液壓技術(shù)也扮演了重要的角色,并反映了它與時俱進(jìn)的技術(shù)進(jìn)步。
液壓機(jī)是利用液壓傳動技術(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)無級調(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。同時液壓元件具有高度的通用化、標(biāo)準(zhǔn)化特點，設(shè)計及和制造均較為簡單，所以液壓機(jī)在國民經(jīng)濟(jì)各部門得到了日益廣泛的應(yīng)用。
目前中小型液壓機(jī)絕大部分均采用礦物油做介質(zhì)，例如液壓油、機(jī)械油等。同時大多數(shù)采用單機(jī)直接傳動。
1.2.2 我國金屬塑性成型設(shè)備的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
1.2.2.1 我國金屬塑性成型設(shè)備的現(xiàn)狀
金屬塑性成性是利用材料的塑性，在成型設(shè)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(shè)備經(jīng)半個多世紀(jì)的發(fā)展，已經(jīng)從只能生產(chǎn)單機(jī)（諸如各種普通、專用壓力機(jī)、液壓機(jī)、鍛錘）發(fā)展到能夠生產(chǎn)裝備機(jī)械化、半自動化和自動化鍛壓生產(chǎn)線，大中型鍛壓機(jī)和具有各種特殊功能的先進(jìn)特種金屬塑性成型設(shè)備。在引進(jìn)國際先進(jìn)技術(shù)和合作生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，極大地提高了金屬塑性成型設(shè)備的設(shè)計開發(fā)能力和制造水平。近年來，隨著我國以汽車為龍頭的制造業(yè)的飛速發(fā)展，大大刺激了塑性加工的技術(shù)進(jìn)步，新興的金屬塑性成型裝備可確保通用產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和可靠性。國產(chǎn)大型精密高效的成套設(shè)備、自動化生產(chǎn)線、FMC、FMC等高新技術(shù)、高附加值的金屬塑性成型生產(chǎn)設(shè)備正在裝配著我國的制造業(yè)。到目前為止，國產(chǎn)金屬塑性成型設(shè)備產(chǎn)品已有一千多種。
1.2.2.2 我國金屬塑性成型設(shè)備的發(fā)展趨勢
金屬塑性成型設(shè)備是材料成型設(shè)備中的重要一員，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中有著舉足輕重的地位，其發(fā)展趨勢也備受關(guān)注。
（1）板材加工設(shè)備
進(jìn)入21世紀(jì)，我國的汽車制造業(yè)飛速發(fā)展，面對這一形勢，我國的板材加工工藝及設(shè)備有了長足的發(fā)展，出現(xiàn)了許多新型、大重型板材加工設(shè)備。
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；
②數(shù)控板沖、剪、折機(jī)床及柔性加工生產(chǎn)線；
③板材無模多點成形壓力機(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重型模鍛和鍛造水鍛機(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)備等。
（3）特種鍛造設(shè)備
①擺動輾壓機(jī)；②特種軋制設(shè)備（如輥鍛機(jī)、楔橫軋機(jī)、數(shù)控輾環(huán)機(jī)等）；③冷擠壓機(jī)；④數(shù)控彎管機(jī)。
1.2.3 國外金屬塑性成型設(shè)備的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
美國、德國、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)及裝備向以下幾個方面發(fā)展：
1.金屬塑性成型設(shè)備及自動化
⑴冷沖壓設(shè)備
主要向單機(jī)聯(lián)線自動化和大型多工位壓力機(jī)方向發(fā)展，以適應(yīng)汽車車身自動化沖壓生產(chǎn)的需求。
⑵鍛造設(shè)備
國外的鍛造自動化也取得了長足發(fā)展?，F(xiàn)代化的大型自由鍛造車間的鍛造液壓機(jī)、操作機(jī)、鍛造吊車實現(xiàn)了聯(lián)動控制，全部機(jī)械化，并配有鍛件尺寸自動測量裝置，鍛造壓機(jī)與操作機(jī)數(shù)控聯(lián)動，鍛造加熱爐自動控制。中小型自由鍛實現(xiàn)了壓機(jī)與操作聯(lián)動微要控制、計算機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)。
2.高速化復(fù)合化相結(jié)合，提高設(shè)備加工效率
將幾種工藝或幾個工序復(fù)合在一臺機(jī)床上完成，是當(dāng)前各類機(jī)床大幅壓縮生產(chǎn)輔助間，提高生產(chǎn)率的重要技術(shù)途徑，在鍛壓機(jī)械上也得到了成功應(yīng)用，效果十分顯著。
3.設(shè)備控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢
壓力機(jī)控制系統(tǒng)的集成化，可通過單一操作接口實現(xiàn)所有壓機(jī)和模具的各項控制功能，包括故障診斷、模具菜單配置、可編程限位開關(guān)和模具監(jiān)控的調(diào)整等，并使設(shè)備的維修保養(yǎng)更加方便，而且明顯增加壓力機(jī)的有效工作時間。
4.注重環(huán)境保是當(dāng)今世界性的潮流。
1.2.4 液壓機(jī)的總體發(fā)展趨勢
1.配有自動上下料裝置的液壓機(jī)或自動生產(chǎn)線將會成為未來液壓機(jī)發(fā)展的方向。現(xiàn)階段，由于勞動力成本和技術(shù)問題， 國內(nèi)的企業(yè)多采用人工上下料。但在一些發(fā)達(dá)國家，在上世紀(jì)六七十年代自動生產(chǎn)線已基本普及。為提升企業(yè)的形象和提高生產(chǎn)效率，現(xiàn)在國內(nèi)企業(yè)也開始使用和采購自動生產(chǎn)線和自動上下料的液壓機(jī)。一些企業(yè)也開始在原人工上下料的液壓機(jī)生產(chǎn)線上配上機(jī)器人而改造成半自動的生產(chǎn)線。
2.多工位液壓機(jī)的需求將會大幅度增加。由于加工設(shè)備、技術(shù)等原因，現(xiàn)在國內(nèi)多工位液壓機(jī)不是很多。多工位液壓機(jī)有很多優(yōu)點： ⑴多道 工序在一臺液壓機(jī)中不同的工位完成，減少了液壓機(jī)的臺數(shù)，進(jìn)而減少了設(shè)備占用面積；⑵減少了設(shè)備的中間送料程序和操作人員；⑶提高了生產(chǎn)效率；⑷減少了投資成本。
3.快速、高速液壓機(jī)在批量生產(chǎn)中能成倍地提高效率。如果液壓機(jī)的效率能提高一倍，則一條生產(chǎn)線可代替兩條生產(chǎn)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(shù)、傳感器、電子、計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等提升液壓機(jī)的性能。
5.在環(huán)保、節(jié)能方面，今后在液壓機(jī)的設(shè)計及制造中應(yīng)引起各制造企業(yè)的足夠重視。這方面要做好以下幾點：⑴ 減少液壓機(jī)的裝機(jī)功率，減少工作中的能量損失；⑵提高密封質(zhì)量，減少液壓油泄漏對環(huán)境的污染；⑶減少噪聲，對大的噪聲源進(jìn)行隔離和封閉。
1.3 液壓機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)特點
1.3.1 液壓機(jī)的工作原理
液壓機(jī)是根據(jù)帕斯卡原理制成的，它利用液體壓力來傳遞能量，以實現(xiàn)各種壓力加工工藝要求。
液壓機(jī)的工作原理圖如圖1-1所示。兩個充滿工作液體具有柱塞（活塞）的封閉容腔由管道相連通，當(dāng)柱塞1作用有力P1時液體的壓強(qiáng)為
P=，為柱塞1的橫截面積。
圖 1-1 液壓機(jī)工作原理圖
1-小柱塞 2-大柱塞 3-工件
根據(jù)帕斯卡原理：在密閉的容器中液體壓力在各個方向上完全相等，壓強(qiáng)P將傳遞到容腔內(nèi)的每一個點，大柱塞2上將產(chǎn)生向上的作用力P2，使工件3變形，且
P2= Pl (A2/A1) （1-1）
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。
圖 1-2 液壓機(jī)本體結(jié)構(gòu)圖
1-上橫梁 2-立柱 3-下橫梁 4-回程缸 5-工件
6-回程柱塞 7-活動橫梁 8-工作柱塞 9-工作缸
液壓機(jī)本體結(jié)構(gòu)簡圖如圖1-2所示。它由上橫梁1，下橫梁3，四個立柱2和16個內(nèi)外螺母組成一個封閉框架，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，它與活動橫梁7相連接，活動橫梁以四根立柱為導(dǎo)向，在上、下橫梁間往復(fù)運(yùn)動，活動橫梁下表面一般固定有上模，而下模則固定于下橫梁3的工作臺上。當(dāng)高壓液體進(jìn)入工作缸并作用于工作柱塞上時，產(chǎn)生了很大的作用力，推動柱塞，活動橫梁及上模向下運(yùn)動，使工件5在上、下模之間產(chǎn)生塑性變形?；爻谈?固定在上橫梁上，回程時，工作缸通過低壓液體，高壓液體進(jìn)入回程缸，推動柱塞6及活動橫梁向上運(yùn)動，回到原始位置，完成一個工作循環(huán)。
1.3.2 液壓機(jī)的特點
與其他鍛壓設(shè)備相比，液壓機(jī)具有以下特點：
⑴基于液壓傳動的原理，執(zhí)行元件（缸及柱塞或活塞）結(jié)構(gòu)簡單，結(jié)構(gòu)上易于實現(xiàn)很大的工作壓力、較大的工作空間和較長的工作行程，因此適應(yīng)性強(qiáng)，便于壓制大型或較長較高的制件。
⑵在行程的任何位置均可產(chǎn)生壓力機(jī)額定的最大壓力?？梢栽谙罗D(zhuǎn)換點長時間保壓，這對很多工藝是十分需要的。
⑶可以用簡單的方法（各種閥）在一個工作循環(huán)中調(diào)壓或限壓，不易超載，模具容易得到保護(hù)。
⑷滑塊的總行程可以在一定范圍內(nèi)任意改變，滑塊行程的下轉(zhuǎn)換點可以根據(jù)壓力或行程位置來控制和改變。
⑸滑塊速度可以在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而可以適應(yīng)各種工藝對滑塊速度的不同要求。
⑹工作平穩(wěn)，撞擊、振動和噪聲較小，對工人健康、廠房基礎(chǔ)、周圍環(huán)境及設(shè)備本身都有很大好處。
液壓機(jī)的缺點：
⑴用泵直接傳動時，安裝功率比相應(yīng)的機(jī)械壓力機(jī)大。
⑵由于工作缸內(nèi)升壓及降壓都需要一段時間，閥的換向時間較長以及空程速度不夠高，因此在快速性方面不如機(jī)械壓力機(jī)，故高速沖壓自動機(jī)仍以機(jī)械壓力機(jī)為主。近年來液壓機(jī)在快速性方面已有不少改進(jìn)。
⑶由于液體具有可壓縮性，如卸載時瞬時釋放能量，會引起振動（壓力機(jī)本體或系統(tǒng)），因此不太適合于沖裁、剪切等工藝。
⑷工作液體有一定使用壽命，到一定時間應(yīng)更換。
1.4 液壓機(jī)的分類
液壓機(jī)一般有如下幾種分類方法：
⑴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；
水壓機(jī)產(chǎn)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(shè)備中。
⑵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）、框架式結(jié)構(gòu)等。
⑶按工藝用途分類 可分為以下幾種：
①鍛造液壓機(jī) 用于自由鍛造、鋼錠開坯以及有色與黑色金屬模鍛；
②沖壓液壓機(jī) 用于各種板材沖壓，其中有單動、雙動等結(jié)構(gòu)型式；
③一般用途液壓機(jī) 如各種萬能式通用液壓機(jī)；
④校正壓裝液壓機(jī) 用于零件校形及裝配；
⑤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；
⑥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；
⑦壓制液壓機(jī) 用于粉末冶金、塑料制品的壓制成型；
⑧打包、壓塊液壓機(jī) 用于將金屬切屑及廢料的壓塊與打包；
⑨手動液壓機(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。
⑩其他液壓機(jī)。
⑷按活動橫梁的運(yùn)動方式分類 可分為：
①上壓式液壓機(jī)；②正裝（下壓）式液壓機(jī)；③下拉式液壓機(jī)
⑸按傳動形式分類 可分為：
①泵直接傳動液壓機(jī)；②泵-蓄能器傳動液壓機(jī)。
1.5 本章小結(jié)
本章重點介紹了我國液壓機(jī)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，液壓機(jī)的分類、特點，以及液壓機(jī)的工作原理，同時，對課題的提出做了簡介，對液壓機(jī)有了初步的認(rèn)識，及為本設(shè)計的完成奠定了初步依據(jù)。
第2章 液壓機(jī)的本體結(jié)構(gòu)設(shè)計
2.1 液壓機(jī)的設(shè)計參數(shù)
2.1.1 液壓機(jī)本體結(jié)構(gòu)特點
四柱式液壓機(jī)是液壓機(jī)中最常見、應(yīng)用最廣的一種結(jié)構(gòu)形式。其主要特點是加工工藝性較其他類型的壓力機(jī)簡單。圖2-1為立式單缸四柱式液壓機(jī)典型結(jié)構(gòu)。它的機(jī)身是由上橫梁、工作缸（下橫梁）和四根立柱組成。工作缸安裝在上橫梁內(nèi)。活動橫梁與工作缸聯(lián)接成一整體，以立柱為導(dǎo)向上下運(yùn)動，并傳遞工作缸內(nèi)產(chǎn)生之力量，對制件進(jìn)行壓力加工。由于機(jī)身聯(lián)接成以整體框架，故機(jī)身承受整個工作力量。
按工作缸（主缸）的安裝方式有垂直位置及水平位置的不同，可分為立式及臥式兩種。一般擠壓液壓機(jī)多采用臥式結(jié)構(gòu)。
按工作缸的數(shù)量分又可分為單缸、雙缸及多缸各種形式。
四柱式液壓機(jī)主要不足之處：第一，由于用四立柱作架體，機(jī)身剛度較框架式小。第二，由于用四立柱作導(dǎo)向，活動橫梁內(nèi)導(dǎo)套與四立柱損后不易調(diào)正。
四柱式液壓機(jī)組成部分可分為： 圖 2-1 四柱式液壓機(jī)
工作部分：包括工作油缸，
活動橫梁等；
機(jī)身部分：由上橫梁，工作臺及立柱組成；
輔助部分：包括頂出缸、移動工作臺等。
2.1.2 5000kN液壓機(jī)的設(shè)計參數(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，又稱主要參數(shù)，它是表示液壓機(jī)主要特征的參數(shù)。第二，各執(zhí)行機(jī)構(gòu)各工藝動作的壓力。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主機(jī)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(jī)器外形尺寸，總功率和總重量。
基本參數(shù)是設(shè)壓機(jī)的基本技術(shù)數(shù)據(jù)，是根據(jù)液壓機(jī)的工藝用途及結(jié)構(gòu)類型確定的，它們反映了液壓機(jī)的工作能力及特點，也基本上定下了液壓機(jī)的輪廓尺寸及本體總重?；緟?shù)是用戶選購時的主要依據(jù)。
本設(shè)計的5000KN四柱式通用液壓機(jī)，其主要參數(shù)如下：
（1）公稱力 kN 5000；
（2）滑塊行程 mm 900；
（3）滑塊開口高度 mm 1500；
（4）滑塊工作速度 mm/s 10；
（5）工作臺尺寸 mm 1400×1400；
（6）液壓墊壓力 kN 1000；
（7）液體工作壓力 MPa 25；
（8）電動機(jī)功率 kW 45.5；
（9）頂出力 kN 630；
（10）頂出行程 mm 300.
2.2 上橫梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計
2.2.1 結(jié)構(gòu)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(jī)的重要部件。橫梁有鑄造結(jié)構(gòu)和焊接結(jié)構(gòu)兩種，生產(chǎn)批量較大的中小型液壓機(jī)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(jié)構(gòu)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(shè)計的5000kN四柱式通用液壓機(jī)，上橫梁采用的結(jié)構(gòu)形式如圖2-2所示。
對于中小型液壓機(jī)其結(jié)構(gòu)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(yīng)該進(jìn)行必要的熱處理，消除其內(nèi)應(yīng)力。
圖 2-2 上橫梁結(jié)構(gòu)圖
2.2.2 形狀尺寸要求
上橫梁通過立柱聯(lián)接成機(jī)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(yùn)行平穩(wěn)，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(yīng)垂直，上橫梁與調(diào)節(jié)螺母接觸面與油缸臺肩接觸應(yīng)平行，以及立柱穿過
孔的上下平面應(yīng)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(diào)節(jié)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(diào)節(jié)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(lián)接方式
上橫梁與油缸的聯(lián)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(shè)計采用的是第一種方式，依靠圓螺母固定油缸。其結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。
當(dāng)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(dāng)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(qiáng)度只滿足回程力要求即可。
2.3 工作臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計
圖 2-3 用圓螺母固定的結(jié)構(gòu) 圖 2-4 工作臺的結(jié)構(gòu)形式
1-上橫梁 2-油缸 3-圓螺母
2.3.1 結(jié)構(gòu)形式
工作臺是主機(jī)的安裝基礎(chǔ)，臺面上固定模具，工作中承受機(jī)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。
工作臺所選以及其結(jié)構(gòu)形式與上橫梁相同。本設(shè)計的5000kN四柱式通用液壓機(jī)，上橫梁采用鑄造結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)形式如圖2-4所示。
2.3.2 加工技術(shù)要求
1）鑄件不得有影像質(zhì)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(yīng)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(yīng)退火處理，消除內(nèi)應(yīng)力；
4）鑄件材料應(yīng)做機(jī)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(biāo)準(zhǔn)允差≤0.05/1000mm。
2.3.3 工作臺與頂出缸的聯(lián)接方式
對于中小型通用液壓機(jī)，其頂出力不大，頂出缸結(jié)構(gòu)一般采用活塞式。其結(jié)構(gòu)形式如圖2-5所示。此優(yōu)點為結(jié)構(gòu)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(nèi)，因此對較大制件的頂出不方便。
圖2-5 工作臺與頂出缸聯(lián)接方式
1-工作臺 2-頂出缸 3-螺母
2.3.4 固定模具結(jié)構(gòu)
為了固定模具，一般情況在工作臺面上設(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型槽型式尺寸見表2-1.
T型槽的尺寸和數(shù)量主要根據(jù)液壓機(jī)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(shè)計。對于尺寸較小的工作臺，T型槽常采用交叉布置，尺寸較大的工作臺的T型槽，常采用平行布置（圖2-6）。
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
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
10
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(jù)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.可做成帶有鑄造后不加工的槽。
圖 2-6 T型槽平行布置圖
2.4 立柱的結(jié)構(gòu)形式
2.4.1 結(jié)構(gòu)形式
立柱是四柱式液壓機(jī)重要的支撐件和受力件，同時又是活動橫梁的導(dǎo)向基準(zhǔn)。因此立柱應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，導(dǎo)向表面應(yīng)有足夠的精度、光潔度和必要的硬度。常見的結(jié)構(gòu)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(diào)節(jié)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(diào)節(jié)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(diào)節(jié)螺母支撐，立柱肩臺支持于工作臺面上，兩端用鎖緊螺母鎖緊。(圖2-7d)
上述結(jié)構(gòu)中，第一種結(jié)構(gòu)中，上橫梁與工作臺間距右立柱臺肩尺寸來保證。因此，結(jié)構(gòu)簡單，裝配方便。但裝配后機(jī)器精度不能調(diào)整，預(yù)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(jī)設(shè)計時采用。第二種結(jié)構(gòu)(四螺母結(jié)構(gòu)）組成零件最多。由于調(diào)節(jié)螺母起立柱臺肩支承作用，且可調(diào)節(jié)兩梁的支承距離，對立柱有關(guān)軸向尺寸要求不嚴(yán)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(diào)節(jié)螺母精度（調(diào)節(jié)螺母的螺紋對于上下橫梁貼合面垂直度）要求嚴(yán)格。機(jī)器精度調(diào)整較麻煩。第三及第四種結(jié)構(gòu)基本相同，精度調(diào)整及加工也不復(fù)雜，但總裝后立柱預(yù)緊不如第二種方便。
由于立柱使用立柱螺母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(chǎn)生松動是保持機(jī)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(jìn)行鎖緊，其預(yù)緊原理和基本方法與通用曲柄壓力機(jī)組合機(jī)身的預(yù)緊相似。螺母預(yù)緊后，必須用防松裝置鎖緊，以防螺母脫落。
本設(shè)計采用的是第四種結(jié)構(gòu)形式，因其精度調(diào)整和加工不復(fù)雜，精度調(diào)整簡單可靠。其結(jié)構(gòu)形式如圖2-7所示。
2.4.2 形狀尺寸要求
立柱為液壓機(jī)的重要零件，是活動橫梁的導(dǎo)向基準(zhǔn)。其具體的要求有：
（1） 立柱導(dǎo)向面表面粗糙度為Ra0.4μm；
（2） 立柱導(dǎo)向面錐度及橢圓度不大于公差一半；
（3） 立柱導(dǎo)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(dǎo)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(yīng)正火處理，消除鍛造過程的內(nèi)應(yīng)力；
（6） 立柱導(dǎo)向表面有條件應(yīng)進(jìn)行熱處理，表面硬度不低于HRc45，也可進(jìn)行表面鍍硬鉻處理，鍍層厚度為0.02～0.04mm。
圖 2-7 立柱的結(jié)構(gòu)形式
2.5 充液閥
2.5.1充液閥的工作原理
充液閥如圖2-8所示，其作用有兩個，其一當(dāng)活動橫梁自重下行時，油缸上腔產(chǎn)生真空，吸開充液閥，油箱之油液通過充液閥大量流入主缸上腔填充其不足；其二是當(dāng)活動橫梁快速回程時，油缸上腔之油通過充液閥迅速排入油缸。
圖 2-8 充液閥原理圖
2.5.2充液閥的結(jié)構(gòu)形式
充液閥實質(zhì)上是可控單向閥的一種，一個方向止流，另一個方向自由流通，先導(dǎo)動作是由油口供壓的控制閥芯用液壓實現(xiàn)的，由此而直接打開主閥。
為了不增加（快速用）輔助油泵，減少功率的消耗，采用充液系統(tǒng)是有效的方法。在大中型液壓機(jī)選取油泵直接傳動的系統(tǒng)中，由于運(yùn)動部件均有幾噸或幾十噸的重量，故可利用其自重來實現(xiàn)快速下行。上腔不足之油，可通過充液閥從油箱中吸取。對于中小型液壓機(jī)，若運(yùn)動部件重量較大時，可利用其自重來實現(xiàn)快速下行，而重量較小時，采用快速油缸也是減小功率的有效措施之一?？焖儆透撞糠?，由油泵直接供油，而外缸同樣需依靠充液閥來吸油補(bǔ)充其不足。充液閥按其工作原理可分為常開式及常閉式兩種，中小型液壓機(jī)一般均采用常閉式結(jié)構(gòu)。本設(shè)計的5000kN四柱式通用液壓機(jī)，其充液閥結(jié)構(gòu)如圖2-9所示。
圖 2-9 充液閥結(jié)構(gòu)圖
2.6 工作缸
2.6.1 結(jié)構(gòu)形式
工作缸是液壓機(jī)的主要部件之一，其作用是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械功，即在高壓液體的作用下，推動活塞（或柱塞）使活動橫梁下行，并將液體壓力經(jīng)活動橫梁傳到工件上，使工件產(chǎn)生變形。
本設(shè)計的5000kN四柱式通用液壓機(jī)，其工作缸體的底部利用法蘭通過連接螺栓與缸筒連接，是一種單作用工作缸，只能從一個方向加壓，當(dāng)高壓液體從進(jìn)油口輸入時，在液體壓力作用下，活塞被向外推出進(jìn)行工作。其結(jié)構(gòu)如圖2-10所示。
圖 2-10 工作缸體的結(jié)構(gòu)圖
圖 2-11 工作缸結(jié)構(gòu)尺寸
2.6.2 結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計
本文通過對液壓缸進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算，得出工作缸的結(jié)構(gòu)尺寸如圖2-11所示。圖中：
D1—工作缸外徑（cm) D1=66cm
D —工作缸內(nèi)經(jīng)（cm） D =50cm
d —活塞桿直徑（cm） d =45cm
2.7 活動橫梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計
2.7.1 結(jié)構(gòu)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(jī)的壓力，通過導(dǎo)向套沿立柱導(dǎo)向面上下往復(fù)運(yùn)動，安裝固定模具及工具等。因此要有較好的強(qiáng)度、剛度及導(dǎo)向結(jié)構(gòu)?；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(jié)構(gòu)設(shè)計除考慮導(dǎo)向精度要求外，還應(yīng)根據(jù)壓制工藝中的承載要求來定。
根據(jù)壓制工藝性質(zhì)，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(jī)或軸類零件壓制專用液壓機(jī)，計算時就可以僅按承壓能力來設(shè)計。因此，活動橫梁常是上面敞開的箱形梁。中部高度也可設(shè)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(qiáng)度，還應(yīng)具有一定的承載剛度與抗彎能力。此時常將它設(shè)計成高度略低于上橫梁而壁厚相近的封閉箱形體。
若液壓機(jī)設(shè)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(yīng)有一定的抗彎能力。一般設(shè)成封閉的箱形體，結(jié)構(gòu)高度由計算后決定。
無論何種情況，導(dǎo)向部分應(yīng)有一定的的高度，以保證足夠的精度。一般情況下，導(dǎo)向部分高度不應(yīng)小于活塞行程的二分之一。
活動橫梁與柱塞聯(lián)接部位，開有環(huán)形的集油槽，以便貯存油缸缸口部漏滲的油液。
鑄件應(yīng)將壁厚設(shè)計均勻，防止應(yīng)力集中，設(shè)計必要的加強(qiáng)筋并便于清砂及起重要求。
本設(shè)計的活動橫梁材料采用ZG45，為鑄造結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)形式如圖2-12所示。
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(dǎo)套的立柱孔，立柱可在導(dǎo)套中導(dǎo)向，為使柱塞（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(jī)該面上常開有打料孔。
圖 2-12 活動橫梁結(jié)構(gòu)圖
2.7.2形狀和尺寸要求
活動橫梁是液壓機(jī)主要運(yùn)動部件，為保證液壓機(jī)符合精度要求，因此，要求四立柱導(dǎo)向套孔軸線相互平行，它與聯(lián)接活塞桿孔的中心線平行；上述這些孔軸線都應(yīng)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(yīng)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(biāo)≤0.05/1000mm；
（3） 聯(lián)接活塞桿孔軸線與四立柱孔軸線對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(dǎo)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。
2.7.3 立柱導(dǎo)套
活動橫梁導(dǎo)向的正確性，關(guān)系到機(jī)器的精度，工作缸密封件與導(dǎo)向面的磨損情況，加工制件的尺寸精度，模具使用壽命及機(jī)身的受力情況。因此，應(yīng)合理選擇導(dǎo)向結(jié)構(gòu)與配合要求。
中小型液壓機(jī)一般采用固定式導(dǎo)套。對于大重型液（水）壓機(jī)也有采用雙球面及單球面活動導(dǎo)套。本設(shè)計的5000kN四柱式通用液壓機(jī)，采用固定式導(dǎo)套，其結(jié)構(gòu)形式如圖2-13所示。
導(dǎo)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(jī)為了便于裝配和維修，常將導(dǎo)套制成對開式。導(dǎo)套分開面也有用與軸線成3°～5°斜角，即斜切分開。每個導(dǎo)套高度取動梁導(dǎo)向部分高度的～左右。導(dǎo)套可用黃油做潤滑劑。外端面上應(yīng)該裝有毛氈或?qū)Ｓ梅缐m圈，以防止灰塵和臟物進(jìn)入導(dǎo)套內(nèi)表面。
導(dǎo)套應(yīng)有一定的厚度，以防止導(dǎo)套壓入動梁孔后內(nèi)孔變形。導(dǎo)套內(nèi)孔與立柱之間配合一般為H8/f8～H8/f9，導(dǎo)套內(nèi)外圓應(yīng)同心，要求在一次裝卡下加工成型。較大的導(dǎo)套毛坯應(yīng)進(jìn)行時效處理，消除其內(nèi)應(yīng)力。
本設(shè)計采用的是第一種形式。其結(jié)構(gòu)簡單，潤滑方便。
圖2-13 固定式導(dǎo)套
2.7.4 活動橫梁與活塞桿聯(lián)接方式
活動橫梁與活塞（柱塞)桿聯(lián)接形式有活塞（柱塞）桿端部結(jié)構(gòu)和活動橫梁相應(yīng)部分的結(jié)構(gòu)及聯(lián)接零件組成。
聯(lián)接結(jié)構(gòu)按其性質(zhì)可區(qū)分為可動聯(lián)接及固定聯(lián)接兩類。
可動聯(lián)接結(jié)構(gòu)是以球面鉸鏈聯(lián)接的方法，將活塞（柱塞）與活動橫梁聯(lián)接。
可動聯(lián)接一般在多缸式液壓機(jī)側(cè)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(dāng)活動橫梁受偏心載荷作用發(fā)生傾斜時，柱塞（或活塞）仍保持垂直，大大減少導(dǎo)套所承受的側(cè)推力，有利于減少導(dǎo)套及密封的磨損。
對于單缸式液壓機(jī)以及多缸式主作用油缸活塞（柱塞）與活動橫梁聯(lián)接形式都采用固定聯(lián)接。固定聯(lián)接要求活動橫練及主缸安裝基準(zhǔn)等有較好的加工精度，否則就可能工作時產(chǎn)生不平穩(wěn)脈動等現(xiàn)象。當(dāng)活動橫梁運(yùn)動時，除以立柱導(dǎo)套導(dǎo)向外，還可利用液壓缸導(dǎo)套做附加導(dǎo)向，增大了導(dǎo)向長度，可提高其導(dǎo)向精度和抗偏載能力。但當(dāng)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(nèi)的導(dǎo)向部分也承受側(cè)向推力，加劇了導(dǎo)套及密封的磨損。
(a) (b)
(c) (d)
圖 2-14 活塞與活動橫梁的聯(lián)接結(jié)構(gòu)
固定聯(lián)接結(jié)構(gòu)是通過活塞（柱塞）端面及圓柱面與活動橫梁配合聯(lián)接成不能相對移動的整體，結(jié)構(gòu)形式見圖2-14。圖a中1為活塞（活塞桿）插入活動橫梁2內(nèi)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(nèi)。圖c活塞1與帶螺紋鎖母3用螺釘與動梁2聯(lián)接。圖d用兩半環(huán)3依靠螺栓4來鎖緊，活塞1圓柱面及端面與動梁2相聯(lián)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(yīng)有一定的插入深度，使活塞（柱塞）與活動橫梁聯(lián)接成一鋼體。對于活塞式結(jié)構(gòu)油缸與活動橫梁連接零件的強(qiáng)度應(yīng)根據(jù)回程噸位來計算。
2.7.5固定模具結(jié)構(gòu)
活動橫梁下平面同工作臺相同，并設(shè)有T型槽。對T型槽的要求以及其尺寸要求與工作臺要求相同。
2.8 液壓機(jī)總裝圖設(shè)計
經(jīng)過對《金屬塑性成型設(shè)備》和《中小型液壓機(jī)的設(shè)計與計算》以及液壓機(jī)的一些相關(guān)資料的查閱，對液壓機(jī)的總體結(jié)構(gòu)有了一些認(rèn)識和了解，通過對液壓機(jī)的上橫梁、工作臺、立柱、活動橫梁等結(jié)構(gòu)的設(shè)計與確定，以及各結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)接形式的分析與了解，在此基礎(chǔ)上，利用CAD繪圖軟件，將液壓機(jī)的總裝配圖繪制出來。
其結(jié)構(gòu)如圖2-15所示。
2.9 本章小結(jié)
本章重點介紹了液壓機(jī)的本體結(jié)構(gòu)，其中主要包括對上橫梁、工作臺、立柱、充液閥、工作缸以及活動橫梁等結(jié)構(gòu)及形狀尺寸的要求的對，同時對液壓機(jī)各部分之間的聯(lián)接形式也做了具體的分析。通過查閱《中小型液壓機(jī)設(shè)計計算》以及液壓機(jī)的一些相關(guān)資料，對液壓機(jī)的本體結(jié)構(gòu)以及液壓機(jī)每部分的結(jié)構(gòu)特點和聯(lián)接形式有了一些認(rèn)識與了解，為液壓機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計以及充液閥和工作缸部裝圖的設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。
第3章 液壓機(jī)的強(qiáng)度與剛度計算
3.1 工作缸的強(qiáng)度計算
3.1.1 缸體的強(qiáng)度計算
3.1.1.1 結(jié)構(gòu)尺寸及形式
工作缸結(jié)構(gòu)圖如圖3-1所示。圖中:
D1—工作缸外徑（cm) D1=66cm
D —工作缸內(nèi)經(jīng)（cm） D =50cm
d —活塞桿直徑（cm） d =45cm
3.1.1.2 實際工作壓力
主壓力 P=0.785 (×105Pa) （3-1）
回程壓力 (×105Pa) (3-2)
式中
p-液體工作壓力
本設(shè)計中選用 p=250(×105Pa)
根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸，得：
主壓力：
P=0.785×3.14×10Pa
回程壓力：
圖3-1 油缸結(jié)構(gòu)圖
3.1.1.4缸體的強(qiáng)度計算
⒈缸體的中段強(qiáng)度計算
油缸筒部的強(qiáng)度可按材料力學(xué)中厚壁筒公式進(jìn)行計算。對于塑性材料，可根據(jù)第四強(qiáng)度理論計算出工作缸內(nèi)壁的最大合成應(yīng)力σmax。筒部受力狀態(tài)如圖3-2。
圖3-2工作缸筒部受力狀態(tài)
由第四強(qiáng)度理論知
= （3-3）
式中 —作用于缸筒內(nèi)任一點K處的切應(yīng)力，且有
= （3-4）
式中 —作用于缸筒內(nèi)任一點K處的徑向應(yīng)力，且有
= （3-5）
式中 —作用于缸筒的軸向應(yīng)力，且有
= （3-6）
式中
r1—工作缸內(nèi)半徑；
r2—工作缸外半徑；
r—所求應(yīng)力點位置的半徑；
p—油缸最大工作壓力。
當(dāng)r=r1時：
＝－Ｐ；＝；＝
即油缸筒部內(nèi)壁的合成應(yīng)力達(dá)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(nèi)壁的合成應(yīng)力為：
= （3-7）
所設(shè)計的油缸結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)和油缸最大工作壓力分別為： r1=50 cm；r2=74 cm；pmax=25 Mpa，代入式（3-7）計算得：
=
=1025×(105Pa)
2.支承臺肩處強(qiáng)度計算
（1）支承臺肩接觸面擠壓應(yīng)力：支承臺肩結(jié)見圖3-3。根據(jù)設(shè)計得 ：
式中
P=31400
圖3-3 工作缸支承臺肩處尺寸
（2）支承臺肩斷面：從圖3-3可見，臺肩處斷面上的合成應(yīng)力為彎曲應(yīng)力與拉伸應(yīng)力之和。即
式中
Ma=
其中：
得：
代入求Ma式內(nèi)：
3.缸底強(qiáng)度計算
按圓形平板彎曲計算：
式中
p=25;
D=50 B=17
圖3-4 缸底結(jié)構(gòu)尺寸
代入上式：
3.1.2缸口部分強(qiáng)度計算
1. 作用在缸口導(dǎo)套及法蘭盤上的力
式中符號見圖3-5.尺寸為：
圖3-5 缸口結(jié)構(gòu)
2.螺栓計算螺栓選用16個M30螺栓，材料為35，M30螺紋內(nèi)徑
螺栓拉伸應(yīng)力為：
式中
對于大于M12的螺釘
對于小于M12的螺釘
3.缸口導(dǎo)套擠壓計算
缸口導(dǎo)套材料選用HT20-40，導(dǎo)套擠壓應(yīng)力為：
式中
代入得：
=68.5
4.法蘭盤計算
法蘭材料選用35，故彎曲應(yīng)力：
式中
代入上式得：
3.2 充液閥的設(shè)計計算
3.2.1 充液閥技術(shù)要求
1. 根據(jù)下行速度及回程排油量的要求：
排油時工稱流量：
排油時排油量 ：
2. 吸油負(fù)壓≤0.03；
3. 在控制壓力時能泄壓；
4. 主缸下腔有阻力時不能打開卸載閥；
5. 上腔泄壓至?xí)r，在最小回程壓力作用下，能可靠打開主閥。
3.2.2 主閥設(shè)計計算
1. 主閥直徑
充液閥結(jié)構(gòu)圖如圖2-9所示：
已知：
從圖2-9所示設(shè)計尺寸，°，故實際得符合要求。
2. 閥口接觸應(yīng)力
（3-14）
式中
3. 主閥重量
由結(jié)構(gòu)尺寸計算得主閥重量G=3KG。
3.2.3 控制活塞計算
按泄壓后打開主閥的必要條件，按公式計算，應(yīng)為:
式中
按要求3，已選用卸載閥直徑=1.8，故應(yīng)滿足下列關(guān)系：
因此設(shè)計時考慮通用化和標(biāo)準(zhǔn)直徑，取=80完全可以滿足要求。
3.2.4 彈簧的設(shè)計計算
1. 吸油彈簧2的設(shè)計
（1）滿足要求第二項，按公式計算：
（2）保證有初始密封力0.05，按公式計算：
（3）其他要求：彈簧安裝空間限制在的范圍內(nèi)，吸油時，由變到時的行程S=25mm。
彈簧剛度要求：
初步選擇彈簧d=3,
取n=8,實際彈簧剛度為，
此時彈簧自由狀態(tài)，下長度為：
安裝時變形量為：
因此設(shè)計的彈簧和均在要求的范圍內(nèi)。但還應(yīng)根據(jù)JZ65-60彈簧計算標(biāo)準(zhǔn)校核彈簧應(yīng)力，并應(yīng)在允許范圍內(nèi)。
2.主彈簧1設(shè)計和計算
（1） 滿足技術(shù)要求第三項，按公式計算：
（2）滿足技術(shù)要求第四項，按公式計算：
（3） 滿足技術(shù)要求第五項，設(shè)計要求能打開主閥，按公式計算：
（4） 其他要求，根據(jù)設(shè)計結(jié)構(gòu)，彈簧安裝空間限制在
尺寸范圍內(nèi)，行程S為：
式中
彈簧剛度要求為：