三梁四柱式液壓機的總體設計及液壓系統(tǒng)【標稱壓力2500KN】【含CAD圖紙優(yōu)秀畢業(yè)課程設計論文】

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購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖 紙 摘要 液壓機是制品成型生產(chǎn)中應用最廣的設備之一，也是理想的成型工藝設備，特別是當液壓機系統(tǒng)實現(xiàn)具有對壓力、行程、速度單獨調(diào)整功能后，不僅能實現(xiàn)對復雜工件以及不對稱工件的加工，而且，廢品率非常低，與機械加工系統(tǒng)相比，有極大的優(yōu)越性。近年來，隨著微電子技術、液壓技術等的發(fā)展，液壓機有了更進一步的發(fā)展，其高技術含量增多，眾多機型已采用 高了產(chǎn)品加工質(zhì)量和生產(chǎn)率。 首先，本論文從總體上對液壓機本體結構，及主要結構部件進行設計及必要的校核。其次，對整個液壓控制系統(tǒng)進行初步設計，對液壓機主缸主要 參數(shù)進行計算，并對所得結果進行分析、驗算。從而力爭使液壓機主缸能夠滿足生產(chǎn)工藝要求，并從整體上提高液壓機的工藝水準，使液壓機設計水平更上一個新的臺階。本次設計主要針對不同工藝要求下，根據(jù)液壓機總體結構，主缸的推力大小及工作條件的要求來對液壓缸的部件類別進行選擇，同時涉及到液壓缸的支撐型式及活塞與活動橫梁的連接型式和導套及密封件等進行選擇，力求達到提高液壓機整體使用強度及壽命，同時使工藝精度符合生產(chǎn)要求的目的。 關鍵詞：液壓機；液壓控制系統(tǒng)；主缸 李聳 : 液壓機及主缸設計 2 he is of in of to of of is In of is by NC C At as a on it on to to of it of to of on a is in of to of of of to of At it of s to to 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖 紙 目錄 摘要 ........................................................................................................................... 1 .................................................................................................................... 2 前言 ........................................................................................................................... 5 1 液壓機概述 ........................................................................................................... 6 壓機工作原理 ................................................................................................. 6 壓機的特點及分類 ........................................................................................ 7 ................................................................................................ 7 壓機的分類 ............................................................................................... 8 壓機典型結構 ................................................................................................ 9 壓機技術的發(fā)展現(xiàn)狀 ................................................................................... 10 壓機技術發(fā)展趨勢 ....................................................................................... 12 2 液壓機本體設計 ................................................................................................. 13 壓機的基本參數(shù)及其選用 ........................................................................... 13 柱式組合機架的設計計算 ........................................................................... 14 .......................................................................................... 14 .......................................................................................... 16 .......................................................................................... 16 .................................................................................. 17 度計算 .............................................................. 22 壓機的液壓系統(tǒng) .......................................................................................... 24 壓系統(tǒng)機構形式及特點 ......................................................................... 24 ...................................................................... 25 液壓系統(tǒng)工作過程 ................................................................................... 26 3 液壓機主缸設計 ................................................................................................. 30 壓缸的主要性能參數(shù)的計算 ....................................................................... 31 .......................................................................................... 31 .......................................................................................... 31 李聳 : 液壓機及主缸設計 4 .............................................................................................. 32 .............................................................................. 32 壓缸缸筒設計 ............................................................................................... 33 .................................................................. 33 壓缸缸筒的計算 ..................................................................................... 34 .................................................................................. 37 筒螺紋連接部分計算 ............................................................................. 37 壓缸活塞的設計 ........................................................................................... 39 塞桿的設 計計算 ........................................................................................... 40 ...................................................................................... 40 塞桿的強度計算 ..................................................................................... 40 塞桿的導向套和密封 ................................................................................... 42 向套結構及相關計算 ............................................................................. 42 沖裝置 .......................................................................................................... 43 氣閥的設計 .................................................................................................. 44 液壓缸相關的連接結構設計 ..................................................................... 45 壓缸與上橫梁連接結構設計 ................................................................. 45 塞桿與活動橫梁連接結構設計 ............................................................. 46 4 結論 ..................................................................................................................... 47 致謝 ......................................................................................................................... 48 參考文獻 ................................................................................................................. 49 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖 紙 前言 液壓機是制品成型生產(chǎn)中應用最廣的設備之一，也是理想的成型工藝設備，特別是當液壓機系統(tǒng)實現(xiàn)具有對壓力、行程、速度單獨調(diào)整功能后，不僅能實現(xiàn)對復雜工件以及不對稱工件的加工，而且，廢品率非常低，與機械加工系統(tǒng)相比，有極大的優(yōu)越性。近年來，隨著微電子技術、液壓技術等的發(fā)展，液壓機有了更進一步的發(fā)展，其高技術含量增多，眾多機型已采用 高了產(chǎn)品加工質(zhì)量和生產(chǎn)率。 液壓機主缸是液壓機的主要工作部件，液壓機主缸的性能直接影響著液壓機整體 工藝水平。通過細致的分析及理論研究解決易損部分設計結構中存在的問題，可以使液壓缸整體上達到工藝強度要求，提高液壓缸應用的工藝水準及使用壽命。所以對液壓機主缸進行細致嚴謹?shù)脑O計計算對對液壓機的設計生產(chǎn)有著至關重要的作用。 本論文從總體上對液壓機本體結構，及主要結構部件進行設計及必要的校核，對液壓機主缸主要參數(shù)進行計算，并對所得結果進行分析、驗算。從而力爭使液壓機主缸能夠滿足生產(chǎn)工藝要求，并從整體上提高液壓機的工藝水準，使液壓機設計水平更上一個新的臺階。 李聳 : 液壓機及主缸設計 6 1 液壓機概述 本章著重對液 壓機整體情況做出介紹，內(nèi)容涉及液壓機的原理，液壓機的特點、分類，以及液壓機的典型結構介紹，目前國內(nèi)、外液壓機的發(fā)展現(xiàn)狀以及未來液壓機的大體發(fā)展趨勢等。 壓機工作原理 液壓機是根據(jù)靜態(tài)下液體壓力等值傳遞的帕斯卡原理制成的，它是一種利用液體壓力工作的機器。液體壓力傳遞原理為：在充滿液體的密閉容器中，施于任一點的單位外力，能傳播至液體全部，其數(shù)值不變，其方向垂直于容器的表面。 根據(jù)這一原理，制成了液壓機和其他液壓機械，如圖 1示 ： p F 2A 2 A 1小 柱 塞大 柱 塞工 件圖 1壓機 原理圖 1一個充滿液體的連通器內(nèi)，一端裝有面積為1一端裝有面積為2塞和連通器之間設有密封裝置，使得連通器內(nèi)部形成一個完全密封的空間，液體不會外泄。當在小柱塞上施加一個外力1作用在液體上的單位壓力為11? 。按照液體靜壓力傳遞原理，這個單位壓力 且其 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖 紙 作用方向垂直于其作用面。這樣在連通器的另一端的大柱塞上作用著垂直于其底面的單位壓力 p，使其產(chǎn)生向上的推力22F 由此可見，只要增大柱塞的面積，就可以由小柱塞上一個較小的力1F，在大柱塞上獲得一個很大里力2F。這里的小柱塞相當于液壓泵中的柱塞，而大柱塞就相當于液壓機中的工作缸的柱塞。 壓機的特點及分類 壓機的特點 液壓機是制品成型生產(chǎn)中應用最廣的設備之一。目前，液壓機的最大標稱壓力已達750于金屬的模鍛成型。隨著金屬壓制和拉伸制品的需求逐年增高，對產(chǎn)品品種的要求也日益增多；另一方面，產(chǎn)品的生產(chǎn)批量也逐漸縮小。為與中小批量生產(chǎn)相適應，需要能快速調(diào)整的加工設備，這使液壓機成為理想的成型工藝設備，特別是當液壓機系統(tǒng)實現(xiàn)具有對壓力、行程、速度單獨調(diào)整功能后，不僅能實現(xiàn)對復雜工件以及不對稱工件的加工，而且，廢品率非常低，與機械加工系統(tǒng)相比，有極大的優(yōu)越 性。近年來，隨著微電子技術、液壓技術等的發(fā)展，液壓機有了更進一步的發(fā)展，其高技術含量增多，眾多機型已采用 高了產(chǎn)品加工質(zhì)量和生產(chǎn)率 [1]。 液壓機有以下幾個優(yōu)點： 1）液壓機最大的特點是容易獲得最大的壓力。在鍛造過程中鍛錘是靠沖擊力打擊鍛件，因而會產(chǎn)生較強的振動。為了提高打擊效率和減輕振動，需要有很大的砧座和良好的地基，因而鍛錘不可能造得很大。曲柄壓力機是靠曲柄連桿機構傳遞能量，由于受到曲柄連桿機構強度的限制，一般只制造到 100壓機利用靜壓力工作，不需要大的砧座和監(jiān)視的地基 。由于采用了液壓傳動，其動力設備可以與主機分開，可以適當加大柱塞的直徑或采用多缸聯(lián)合工作的方式來獲得更大的工作壓力。目前大型液壓機均已造到100 2）得更大的工作行程，并可在全行程的任意位置施加最大的工作壓力；在工作行程的任意位置都可以回程。機械傳動的曲柄壓力機的滑塊行程是不變的，并且只能在滑塊下止點前較小的行程內(nèi)產(chǎn)生標稱壓力。而且必須在下止點后才能回程，如果過載將會發(fā)生悶車現(xiàn)象，導致?lián)p壞。液壓機則與其相反，所以液壓機對要求工作行程較長而且變形均勻的工藝（如拉伸、積壓等）十分適應。 3）更大的工作 空間。液壓機本體沒有龐大的機械傳動機構，其液壓缸可根據(jù)操作的李聳 : 液壓機及主缸設計 8 要求來布置，因而可以容易地獲得較大的工作空間。 4）作壓力可以調(diào)整，可以實現(xiàn)保壓，并可防止過載。例如，有三個缸的液壓機可以很容易地獲得三級不同的工作壓力。將高壓液體通入中間工作缸得到第一級壓力；通入兩側工作缸得到第二級壓力； 3 個工作缸同時通入高壓液體就得到第三級壓力。液壓機可以作長時間的保壓。液壓系統(tǒng)有調(diào)壓裝置，可以根據(jù)要求來調(diào)整液體的壓力。他的安全裝置，能可靠地防止過載。 5）調(diào)速方便。通過調(diào)整通入工作缸液體的流量，可以實現(xiàn)各種行程速度。例如，實現(xiàn)空程下降和回程時高速，工作行程時慢速，而且這種調(diào)速是無級的。 6）液壓機結構簡單，操作方便。液壓機的本體結構很簡單，而且容易制造。特別是中、小型的液壓機，由于液壓元件的標準化、系列化和通用化程度的提高，使其設計與制造更為簡便，成本降低。液壓機還易于實現(xiàn)自動控制和遙控。 7）液壓機工作平穩(wěn)。碰撞、振動和噪聲都較小，有利于改善工人的勞動強度和工作條件。 8）液壓機的動力傳動為柔性傳動，較機械加工復雜的傳動系統(tǒng)簡單，可避免機械過載的情況。 9）液壓機基本的動作方式有三種：單動、雙動、三動。但其拉伸過程中只有單一 的直線驅(qū)動力，是加工系統(tǒng)有較長的使用壽命和較高的工件成品率。 除了以上優(yōu)點外液壓機還有一些缺點，比如： 1）液壓機采用液壓油為工作介質(zhì)，因而對液壓元件的精度要求和密封條件要求較高。另外，不可避免的泄露會帶來環(huán)境的污染。 2）液壓機的工作速度較其他設備低。由于液體流動時會產(chǎn)生較大的阻力損失，當液壓機高速運動時，這種損失就更為明顯。所以液壓機的最高工作速度受到限制。 由于液壓機具有以上特點，因此得到了廣泛的應用。除了大型的鍛件的鍛造、拉伸、剪切、擠壓等工序外，還應用于塑料壓型、層壓板、粉末冶金、廢金屬處理、 棉花打包等工序。 壓機的分類 液壓機按照機架結構形式分為梁柱式、組合框架式、整體框架式、單臂式等。按照功能用途分可分為手動液壓機、鍛造液壓機、沖壓液壓機、一般用途液壓機、校正包裝液壓機、層壓液壓機、擠壓液壓機、壓制液壓機、打包液壓機、專用液壓機等 10 余種類型。其各自類型對應的常見工藝如下： 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖 紙 1）手動液壓機：用于一般壓制、壓裝等工藝。 2）鍛造液壓機：用于自由鍛、鋼錠開坯及金屬模鍛。 3）沖壓液壓機：用于各種薄板、厚板的沖壓。 4）一般用途液壓機：用于各種工藝，通常稱為萬能（通用）液壓機。 5）校正壓裝液壓機：用于零件的校正及裝配。 6）層壓液壓機：用于膠合板、刨花板、纖維板及絕緣材料板的壓制。 7）擠壓液壓機：用于擠壓各種有色及黑色金屬材料。 8）壓制液壓機：用于各種粉末制品的壓制成型，如粉末冶金、人造金剛石、耐火材料的壓制。 9） 包、壓塊液壓機：用于將金屬碎屑及廢料壓成塊。 10）其它液壓機：包括輪軸壓裝、沖孔等專門用途的液壓機。 壓機典型結構 液壓機結構中較典型的主要有三梁四柱式、雙柱下拉式、框架式和單臂式等，其中三梁四柱式液壓機為通用型液壓機的常用型式，本次畢業(yè)設計采用此類型液 壓機為設計對象，這里只對此型液壓機作以介紹。 三梁四柱式液壓機結構如圖所示，它由上橫梁、下橫梁、 4個立柱和 16個內(nèi)外螺母組成一個封閉的框架，框架承受全部的工作載荷。工作缸固定在上橫梁上，工作缸內(nèi)有工作柱塞與活動橫梁相連接?；顒訖M梁以 4根立柱為導向，在上、下橫梁之間往復運動?；顒訖M梁下面固定有上砧，而下砧則固定與下橫梁上的工作臺上。當高壓液體進入工作缸后，對柱塞產(chǎn)生很大的壓力，推動柱塞、活動橫梁及上砧向下運動，使工件在上、下砧之間產(chǎn)生塑性變形。同時在完成工作之后實現(xiàn)回程運動。 李聳 : 液壓機及主缸設計 10 圖 1壓機典型結構圖 1梁四柱式液壓機的主要部件有： ⑴立柱：立柱是機架的主要支撐部件和主要受力件，又是活動橫梁的導向件，因此對立柱有較高的強度、剛度和精度要求。立柱所用的材料、結構尺寸、制造質(zhì)量及其與橫梁之間的連接方式、預緊程度等因素，都對液壓機的工作性能甚至使用壽命有著很大的影響。 立柱通常用如下材料制成： 35鋼、 45鋼、 402020。 ⑵橫梁：橫梁包括上橫梁、下橫梁（或稱底座）和活動橫梁（或稱滑 塊），是液壓機的重要部件。由于橫梁的輪廓尺寸很大，為了節(jié)約金屬和減輕重量，一般都做成空心箱形結構，中間加設肋板，承載大的地方肋板較密，以提高剛度，減低局部應力，肋板一般按方格形或輻射形分布，在安裝各種缸、柱塞（或活塞）及立柱的地方做成圓筒形，以使其環(huán)行支撐面的剛度盡可能一致，并用肋板與外壁相互之間連接起來。 橫梁有鑄造結構和焊接結構兩種，生產(chǎn)批量較大的中、小型液壓機其橫梁多為鑄鐵件（材料多為 鑄鋼件（材料多為 近年來采用焊接結構的日漸增多，材料一般為 6板。 中、小型液壓機橫梁多數(shù)為整體結構，而大型液壓機橫梁由于受制造和運輸能力的限制往往設計成組合形式，并利用鍵和拉緊螺栓連接。 壓機技術的發(fā)展現(xiàn)狀 液壓機的液壓系統(tǒng)和整機機構等方面發(fā)展已經(jīng)相當成熟，國內(nèi)外機型無較大差距，主 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖 紙 要差別在于加工工藝和安裝方面。良好的工藝使機器在過濾、冷卻及防止沖擊振動等方面有明顯的改善 [2]。 1）路設計方面，國內(nèi)外都趨向于集成化、封閉式設計，插裝閥、疊加閥和復合化元件及系統(tǒng)在液壓系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。國外已廣泛采用封閉式循環(huán)油路設計，可有效地防止泄露和污染，更重要的是防 止灰塵、空氣和化學物質(zhì)侵入系統(tǒng)，延長了機器的使用壽命。由于加工工藝等方面的原因，國內(nèi)采用封閉式循環(huán)油路設計的系統(tǒng)還不多見。 2）在安全性方面，國外某些采用微處理器控制的高性能液壓機利用軟件實現(xiàn)故障的檢測和維修，產(chǎn)品可實現(xiàn)負載檢測、自動模具保護和錯誤診斷等功能。 3）液壓機的發(fā)展最主要體現(xiàn)在控制系統(tǒng)方面。微電子技術飛速發(fā)展，為改進液壓機的性能，提高穩(wěn)定性、加工效率等方面提供了前提條件。相比之下，國內(nèi)機型雖然品種齊全，但技術含量相比較低，缺乏高檔機型，這與機電液一體化和中小批量肉刑發(fā)展趨勢不相適應。 當前，國內(nèi) 外液壓機產(chǎn)品中控制系統(tǒng)分為以下三種類型： 1）以繼電器為主控制元件的傳統(tǒng)型控制系統(tǒng)。其電路結構簡單，技術要求不高，成本較低，相應控制功能簡單，適應性不強。主要用于單機工作，加工產(chǎn)品精度不高的大批量生產(chǎn)，也可組成簡單的生產(chǎn)線?，F(xiàn)在國內(nèi)許多液壓機廠還以該機型為主，國外眾多廠家只是保留了對該機型的生產(chǎn)能力，而主要面向技術含量更高的機型組織生產(chǎn)。 2）采用可編程控制器（ 控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)是在繼電器控制和計算機控制發(fā)展的基礎上開發(fā)出來的并逐漸發(fā)展成為以微處理器為核心，將自動化技術、計算機技術、通訊技術溶為一體 的新型工業(yè)自動控制裝置。目前，該機型廣泛應用于各種生產(chǎn)機械和自動化生產(chǎn)過程中，早期的可編程控制器只能進行簡單的邏輯控制，隨著技術的不斷發(fā)展，一些廠家采用微電子處理器作為可編程控制器的中央處理單元（ 不僅可以進行邏輯控制，還可以對模擬量進行控制，擴大了控制器的功能?？删幊炭刂破饔休^高的穩(wěn)定性和靈活性，但還是介于繼電器控制和工業(yè)控制之間的一種控制方式，與工業(yè)控制機相比還有很大差距。當前，國內(nèi)有部分廠家采用該控制系統(tǒng)，如天津鍛壓機械廠有 60%的產(chǎn)品采用 外的廠家如丹麥的 可編程控制器，實現(xiàn)對壓力和位移的控制。 3）應用高級微處理機（或工業(yè)控制計算機）的高性能控制系統(tǒng)。該控制方式是在計算機控制技術成熟發(fā)展的基礎上采用的一種高科技含量的控制方式，以工業(yè)控制機或單片/單板機作為住控制單元，通過外圍數(shù)字接口器件（如 A/D 或 D/A 板等）或直接應用數(shù)字李聳 : 液壓機及主缸設計 12 閥實現(xiàn)對液壓系統(tǒng)的控制，同時利用各種傳感器組成閉環(huán)回路式的控制系統(tǒng)，達到精確控制的目的。這種控制方式的主要特點為：具有友好的人機交互性；可順利實現(xiàn)對工件參數(shù)（如壓力、速度、行程）的單獨調(diào)整，能進行復雜工件 、不對稱工件的加工；預存工作模式，縮短調(diào)整時間，，與柔性加工要求相適應；可通過軟件來消除高速下的換向沖擊，以降低噪聲，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；在安全方面可利用軟件進行故障診斷，并自動修復故障和顯示錯誤。 現(xiàn)在，國外眾多液壓機生產(chǎn)廠家都生產(chǎn)這種高性能的工業(yè)控制機控制方式的液壓機產(chǎn)品，如美國的 麥的 國內(nèi)少有該類產(chǎn)品。 壓機技術發(fā)展趨勢 目前，隨著科技發(fā)展的日新月異，液壓機的技術含量也在日益增高，其主要發(fā)展趨勢可分為如下幾點： 1）高速化、高效化、低能耗，提高液壓機的工作效率，降低生產(chǎn)成本。 2）機電掖一體化，充分利用機械和電子方面的先進技術促進整個液壓系統(tǒng)的完善。 3）自動化、智能化。微電子技術的高速發(fā)展為液壓機的自動化和智能化提供了充分的條件，自動化不僅僅體現(xiàn)在加工方面，應能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)的自動診斷和調(diào)整，具有故障預處理功能。 4）壓元件集成化，標準化。集成的液壓系統(tǒng)減少了管路連接，有效地防止泄露和污染，標準化的元件為機器的維修帶來方便。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖 紙 2 液壓機本體設計 本章主要針對通用型三梁四柱式液壓機進行本 體設計，其主要內(nèi)容為對該型液壓機的主要參數(shù)進行選擇，對液壓機主要部件尺寸進行計算，并對部件剛度、強度進行校核，以使所設計液壓機能夠達到生產(chǎn)工藝要求。 壓機的基本參數(shù)及其選用 液壓機的基本參數(shù)是基本技術數(shù)據(jù)，是根據(jù)液壓機的工藝用途及結構類型來確定的，對于本次設計的三梁四柱式液壓機，主要設計參數(shù)如圖 2 圖 2壓機主要結構參數(shù)示意圖 2）標稱壓力（ 標稱壓力是液壓機的主要設計參數(shù)。它反映了液壓機的主要工作能力，是液壓機名義上能產(chǎn)生的最大壓力，數(shù)值上等于工作柱塞總的面積與液體壓力的乘積。 本次設計液壓機標稱壓力為給定原始數(shù)據(jù) 2500 2）最大工作行程：最大工作距離 h 是指活動橫梁在上限位置時從工作臺上面到活動橫梁下表面的距離。反映里液壓機高度方向上工作空間的大小，應根據(jù)模具及墊板高度工作行程大小以及放入取出工件所需空間的大小等工藝因素來確定。 本次設計液壓機工作行程 h=1250 3）最大凈空距（開口 高度） H。最大凈空距是指活動橫梁在上限位置時從工作臺上表李聳 : 液壓機及主缸設計 14 面到活動橫梁下表面的距離。反映了液壓高度方向上的工作空間的大小，應根據(jù)模具及墊板高度、工作行程大小以及所需空間的大小來確定。 本次設計液壓機最大凈空距 H=1370 4）工作臺尺寸：在如鍛造、模煅及沖壓等加工工藝中，往往設置移動工作臺。他的尺寸（長 l? 寬 b）取決于模具的的平面尺寸。 本次設計工作臺尺寸為給定原始數(shù)據(jù) 900? 900 5）立柱中 心距 (在四柱式液壓機中，立柱寬邊中心距為 L，窄邊中心距為 B。立柱中心距反映了液壓機平面尺寸上工作空間的大小。 本次設計液壓機 立柱中心距 =1120? 700( 6）活動橫梁的運動速度（ /活動橫梁運動速度分為工作行程速度及空載回程速度兩種。 本次設計液壓機工作形成速度1v=程速度2v= 7）頂出力。有些液壓機在下橫梁底部裝有頂出缸，以頂出工件在拉伸時產(chǎn)生的壓邊力。頂出力及行程由具體工藝要求來確定，在此不做要求。 柱式組合機架的設計計算 柱的受力分析 由于四柱式組合機架是一個高次超靜定空間框架，在進行受力分析時，需采取一些簡化假設：由于一般液壓機的機架結構對稱于中間平面，載荷也對稱于中間平面，因此可將空間框架簡化為平面框架；立柱與上、下橫梁為剛性連接；不考慮安裝應力及溫度應力。 1）中心載荷。假設上、下橫梁剛度很大，則可忽略上、下橫梁變形而施加與立柱的附加彎曲應力，則立柱只承受簡單的軸向拉應力，其 拉應力為： ? ?p ??(2式中 F—— 液壓機的公稱壓力； A—— 每根立柱的接面積； n—— 立柱的根數(shù)； ??? —— 許用應力，本次設計立柱材料選擇為 45 鋼，其取值范圍為 6 0 ~ 7 0M P a M P a。 2）偏心載荷。液壓機工作時，由于模具不對稱、工作變形阻力不對稱（加工零件形 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖 紙 狀不對稱或加熱不均勻）、工件放置位置不正等多種因素都可能造成偏載受力狀態(tài)。 根據(jù)前面的簡化假設，將空間機架簡化為平面框架， 如圖所示。在手偏心載荷時，活動橫梁發(fā)生傾斜，活塞隨之傾斜壓到液壓缸導向套或內(nèi)壁上，而活動橫梁也與立柱相接觸?？紤]到不同工藝條件及密封等，補充做如下假設：工件較窄，不妨礙活動橫梁轉動，因此在工件處沒有側向水平支反力；兩側立柱導套間隙一樣，因此在活動橫梁傾斜十，兩邊立柱均勻受力；各處的作用力及支反力均假定為集中力。 考慮到由于用一個兩柱的平面框架來代替原來對稱的四柱空間框架，因此載荷取為F/2。載荷的偏心距為 e，活動橫梁受到的偏心力矩 作用，給液壓缸內(nèi)壁以側推力為1F： ? ?1 2 Y h? ?(2式中 — 液壓缸的缸筒受力點或活塞中點至上橫梁下表面的距離； — 活動橫梁導向套支撐反力作用點到上橫梁下表面的距離。 這樣，四柱式組合液壓機機架即可簡化為如圖 2示的平面框架。 框架的寬度 b 為立柱中心線間的距離?？蚣芨叨?h 則與立柱和橫梁的剛度比有關。 1K、2橫梁的剛度比，則： 1 c I? (22 c I? (2式中cK、uK、 分別為立柱、上橫梁和下橫梁的彈性模量； 分別為立柱、上橫梁和下橫梁的截面慣性矩。 如果1K、2必須考慮到剛度比的影響，框架高度應取為上橫梁中性層到下橫梁中性層間的距離。在計算中假設1K、2假設上、下橫梁剛度為無窮大， 因此框架高度 h 取為 上橫梁下表面到下衡量上表面之間的距離。 李聳 : 液壓機及主缸設計 16 / 2F / 2F / 2F 1 / 2F 1 2 / 2F 1 / 2F 1Z 2壓機機架受力圖 2于假設上橫梁的剛度為無窮大，因此作用于缸壁處的推力1在上衡量上附加一力矩1M=1F 圖所示，該力矩1 12 b? ? ?2 b? ?(2由于軸向力在立柱內(nèi)不引起彎矩，因而在求解立柱彎矩時不予考慮。根據(jù)材料力學可知，這是個三次靜布定框架問題，可用變形法或力法求解。 則可得出框架中的最大軸向力與彎曲力矩分別為： ? ?? ?m a ?柱尺寸的取值 本次設計由比較法，參照沈陽液壓機廠 3150壓機相關尺寸，立柱材料選擇為 45鋼，初步確定液壓機立柱尺寸值為： l=31601930h ， 150d 柱的強度較核 1） 靜載合成應力 [3]。液壓機在偏心載荷作用下，立 柱承受單純拉應力和彎曲應力聯(lián)合作用，其合成應力h?為： 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖 紙 ? ?m a x m a ? ? ?(2式中 立柱所受最大軸向拉力； 立柱所受最大彎矩； A —— 立柱的截面面積； W —— 立柱截面系數(shù)。 帶入數(shù)值計算得 ? ?9 7 . 5 1 5 0h M P a M P a??? ? ? 所以立柱強度符合 靜載合成應力要求。 2）疲勞強度校核。對于中、小型液壓機，尤其是鍛造液壓機在工作過程中，立柱長期承受不規(guī)則的脈動載荷的作用，在每次加載時，立柱都出現(xiàn)較大的應力幅值，而在卸載后，由于立柱搖擺也還有若干個較小的應力幅值。 由于立柱的疲勞斷裂大部分發(fā)生在立柱根部截面變化的進度區(qū)，為此在進行強度計算時，需考慮過渡 區(qū)的應力集中，即： ? ?0? ???(2式中 k 為有效力集中系數(shù)： ? ?11tk q k? ? ?式中 q —— 應力集中的敏感系數(shù)，對于 45 鋼 q 值在 間； 彈性狀態(tài)下理論應力集中系數(shù)，取值在 間。 ? ?0?為許用脈動循環(huán)的疲勞極限： ? ?000n????? 式中0?—— 脈動循環(huán)時的疲勞極限，對大截面 45 鋼，取為 270 ? —— 尺寸系數(shù)冊中查 得； ? —— 表面質(zhì)量系數(shù)，精車表面 ? 取值為 0n—— 安全系數(shù)。 代入數(shù)據(jù)計算得 ? ?01 9 9 2 7 0T M P a M P a??? ? ? 所以立柱強度符合疲勞強度要求。 梁強度和剛度計算 橫梁 雖通常設計成箱形構件，且其外形高跨比較大，在進行初步設計時，仍可將橫梁李聳 : 液壓機及主缸設計 18 簡化為簡支梁進行近似計算。 1） 上橫梁相關計 算 上橫梁結構如圖 2一般經(jīng)驗公式，上橫梁鑄造箱體告訴一般取值為橫梁跨度的（ ，這里取橫梁高度 h =690取上橫梁鑄造箱體壁厚為a?= 肋板厚度為 0??： 圖 22橫梁受力分析如圖 2 b / 2b / 2D / 2 D / 2F / 2 F / 2 F / 2 F / 2圖 2橫梁受力示意圖 2大彎矩計算公式為： m a x 22F b ????????(2代入數(shù)值得 m a 0 0 1 1 2 0 5 8 022M ????????? 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖 紙 34 7 0 1 0 根據(jù)強度條件計算時，對截面變化不大的箱形結構梁，主要計算最大彎矩處，即中心截面處強度： ? ?m a x 1m a x ??(2式中 最大彎矩； I —— 計算截面慣性矩， 2112 ； 1h—— 計算截面的形心至最外點距離； ??? —— 許用應力，本次設計橫梁材料選擇為 270 500 鑄鋼 ??? ? ? ? 66 0 7 0 1 0 。 代入數(shù)值計算得 ? ?66m a x 4 3 . 6 1 0 6 5 1 0M P a M P a??? ? ? ? ? 上橫梁的剪切應力主要由立柱承受，因此截面可近 似簡化成厚度是 ? 高度是 h 的矩形截面，其剪切應力在形心軸處最大： ? ?1 ????(2式中 F?—— 計算截面所受的剪力； ? —— 橫梁立板的厚度之 和； h —— 橫梁立板的高度； ??? —— 剪切許用應力， 270 500 鑄鋼 ??? 650 10 。 代入數(shù)值計算得 ? ?662 8 . 3 1 0 5 0 1 0M P a M P a??? ? ? ? ? 所以上橫梁強度符合彎應力及剪應力強度要求。 2）下橫梁的相關計算 下橫梁結構如圖 2示，下橫梁高度取值一般 為橫梁跨度的 ～ 倍，在此取下橫梁高度為 90? ，下橫梁壁厚取為 ?a?40肋板厚度取為 ?b?50 李聳 : 液壓機及主缸設計 20 圖 2橫梁結構圖 2橫梁受力分析如圖 2 F / 2F / 2橫梁受力圖 2于下橫梁彎矩計算，按均布載荷公式進行計算。 21m a x 48? (2式中 1Fq b? 則中心截面處強度： ? ?m a x 1m a x ??(2代入數(shù)值計算得： ? ?66m a x 5 0 . 7 1 0 6 5 1 0M P a M P a??? ? ? ? ? 形心處的剪切應力為： 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖 紙 ? ?1 h ??????(2代入數(shù)值計算得： ? ?663 7 . 4 1 0 5 0 1 0M P a M P a??? ? ? ? ? 所以下橫梁強度符合彎應力及 剪應力強度要求。 3）活動衡量的相關計算 活動橫梁結構如圖 2示，活動橫梁高度一般為箱體跨度的（ ，在此取活動橫梁箱體高度為 50? ，活動橫梁鑄造箱體壁厚取為 ?a?40板厚度為?b? 40 圖 2動橫梁結構圖 2動橫梁受力分析如圖 2 圖 2動橫梁受力圖 2則活動橫梁最大彎矩計算式為： m a x 42qF b a??? ? ?????(2李聳 : 液壓機及主缸設計 22 則中心截面處強度： ? ?m a x 1m a x ??(2代入數(shù)值計算得 ? ?66m a x 5 5 1 0 6 5 1 0M P a M P a??? ? ? ? ? 所以下橫梁強度符合要求。 體框架式機身強度、剛度計算 1）受力分析 [4] 上橫梁有油缸接觸面積與柱塞間距比值較大時，上橫梁可視為受兩個集中應力2具與下橫梁接觸面較大，故視為在某個長度上作用一均勻分布載荷，如圖 2于機架受力情況直接影響著它的設計及生產(chǎn)工藝，對于本次設計的三梁四柱式液壓機機架仍才用此種受力分析模型，其受彎矩如圖 2示，可通過對機架的受彎矩的分析從而推導得 出液壓機機身