液壓機(jī)主機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算說(shuō)明書

編號(hào)： 畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 題 目： 液壓機(jī)主機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算 院 （系）： 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械 設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師單位： 機(jī)電工程學(xué)院 姓 名： 職 稱： 教 授 題目類型 ： 理論研究 實(shí)驗(yàn)研究 工程設(shè)計(jì) 工程技術(shù)研究 軟件開發(fā) 2014 年 6 月 4 日 I 摘 要 根據(jù)任務(wù)書的要求，在 設(shè)計(jì)前查閱 了 相關(guān)資料，了解 了 四柱式通用液壓機(jī)的工作原理、設(shè)計(jì)過程，設(shè)計(jì) 了 一臺(tái)四柱式通用液壓機(jī) 的 主機(jī)部分。通過工作要求計(jì)算出液壓機(jī)的主要技術(shù)規(guī)格，進(jìn)行多種四柱式液壓機(jī)的方案論證比較，選出 了 最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。根據(jù)最優(yōu)方案，依次設(shè)計(jì)完成 了 液壓系統(tǒng)、主機(jī)結(jié)構(gòu)和泵站的設(shè)計(jì)計(jì)算。 液壓機(jī)主缸是液壓機(jī)的主要工作部件，液壓機(jī)主缸的性能直接影響著液壓機(jī)整體工藝水平。通過細(xì)致的分析及理論研究解 決易損部分設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中存在的問題，可以使液壓缸整體上達(dá)到工藝強(qiáng)度要求，提高液壓缸應(yīng)用的工藝水準(zhǔn)及使用壽命。所以對(duì)液壓機(jī)主缸進(jìn)行細(xì)致嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)計(jì)算對(duì)對(duì)液壓機(jī)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)有著至關(guān)重要的作用。 本論文從總體上對(duì)液壓機(jī)本體結(jié)構(gòu)，主要結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行設(shè)計(jì)及必要的校核，對(duì)液壓機(jī)主缸主要參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)所得結(jié)果進(jìn)行分析、驗(yàn)算 ,從而力爭(zhēng)使液壓機(jī)主缸能夠滿足生產(chǎn)工藝要求，并從整體上提高液壓機(jī)的工藝水準(zhǔn)，使液壓機(jī)設(shè)計(jì)水平更上一個(gè)新的臺(tái)階。 關(guān)鍵詞： 液壓機(jī)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；液壓 缸 II Abstract According to the mission statement of requirements before designing the access to relevant information, to understand the working principle of universal four-column hydraulic machine, the design process, the design of a common host part of a four-post hydraulic press. Through the work required to calculate the main technical specifications of hydraulic machines, for a variety of four-column hydraulic machine demonstration program compares to elect the optimal design. According to the optimal solution, in order to complete the design of the hydraulic system, the host structure and pumping station design calculations. Hydraulic master cylinder is the main working parts of hydraulic press, hydraulic press master cylinder direct impact on the performance of the overall technological level of hydraulic machines. Through careful analysis and theory to solve the structure vulnerable part of the design problems in it , and the hydraulic cylinder can be reached technological strength of the overall requirements of the application of technology to improve the standard of the hydraulic cylinder and life. So the cylinder for hydraulic design of meticulous calculation of the design and production of hydraulic machines has a vital role. This paper generally focus on the body structure of the hydraulic press, and design the major structural components and its necessary check , calculation of the main parameters of the hydraulic master cylinder, and analysis and checking the results. To strive to make the hydraulic master cylinder to meet the requirements of production press and raise the overall technological level of the hydraulic press, and hydraulic press design level to advance to a new level. Keywords: Hydraulic press； Structural Design； Hydraulic cylinder III 目 錄 引言 . 1 1 液壓機(jī)的基本知識(shí) . 2 1.1 概述 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 1.2 液壓機(jī)的型號(hào)和主要技術(shù)規(guī)格 . 3 1.2.1 液壓機(jī)的型號(hào) . 3 1.2.2 液壓機(jī)的主要技術(shù)規(guī)格 . 3 1.3 液壓機(jī)的分類 . 5 1.4 液壓機(jī)的發(fā)展概況 . 5 2 四柱式通用液壓機(jī)總體方案設(shè)計(jì) . 6 2.1 四柱式通用液壓機(jī)的工作原理和動(dòng)作循環(huán)分析 . 6 2.1.1 四柱式液壓機(jī)的工作原理分析 . 6 2.1.2 四 柱式液壓機(jī)的動(dòng)作順序分析 . 6 2.1.3 四柱式液壓機(jī)的工作循環(huán)分析 . 7 2.2 主要技術(shù)規(guī)格的確定 . 7 2.3 四柱式通用液壓機(jī)的總體設(shè)計(jì) . 9 2.3.1 四柱式液壓機(jī)各部分的方案選擇 . 9 2.3.2 總體布局設(shè)計(jì) . 9 3 四柱式液壓機(jī)液壓系統(tǒng)與電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 10 3.1 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 10 3.1.1 液壓傳動(dòng)概述 . 10 3.1.2 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù) . 10 3.1.3 液壓系統(tǒng)原理圖的擬定 . 10 3.1.4 液壓系統(tǒng)控制過程分析 . 12 3.1.5 液壓元件的選擇 . 13 3.2 電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 13 4 液壓機(jī)主機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與校核 . 14 4.1 液壓缸部件的設(shè)計(jì)與校核 . 14 IV 4.1.1 液壓缸的結(jié)構(gòu)形式及方案論證比較 . 14 4.1.2 液壓缸的支承形式及方案論證比較 . 15 4.1.3 柱 塞與活動(dòng)橫粱的連接形式與方案論證比較 . 16 4.1.4 液壓缸基本尺寸計(jì)算 . 16 4.1.5 缸體強(qiáng)度計(jì)算 . 17 4.2 頂出缸部件的設(shè)計(jì)與校 核 . 20 4.2.1 頂出缸的尺寸計(jì)算 . 20 4.2.2 活塞桿穩(wěn)定性的校核 . 21 4.3 上橫梁的設(shè)計(jì)與校核 . 21 4.3.1 上橫梁結(jié)構(gòu)形式及方案論證比較 . 21 4.3.2 上橫梁的尺寸計(jì)算 . 222 4.3.3 上橫梁的強(qiáng)度計(jì)算 . 23 4.3.4 上橫梁的剛度計(jì)算 . 23 4.4 工作臺(tái)的設(shè)計(jì)與校核 . 24 4.4.1 工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)形式與方案論證比較 . 24 4.4.2 工作臺(tái)的尺寸計(jì)算 . 24 4.4.3 工作臺(tái)的強(qiáng)度計(jì)算 . 25 4.4.4 工作臺(tái)的剛度計(jì)算 . 25 4.5 立柱組件的設(shè)計(jì)與校核 . 26 4.5.1 立柱的連接形式與方案論證比較 . 26 4.5.2 立柱的尺寸設(shè)計(jì) . 26 4.5.3 立柱的強(qiáng)度校核 . 27 4.5.4 立柱螺母及預(yù)緊 . 27 4.5.5 立柱螺母的強(qiáng)度校核 . 28 4.6 活動(dòng)橫梁的設(shè)計(jì) . 29 4.6.1 活動(dòng)橫梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 29 4.6.2 活動(dòng)橫梁 尺寸設(shè)計(jì) . 29 4.7 主機(jī)其他部件設(shè)計(jì) . 30 4.7.1 立柱導(dǎo)套 . 30 4.7.2 限程套 . 30 4.8 主機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 31 V 5 液壓機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 . 32 5.1 液壓泵的計(jì)算與選擇 . 32 5.1.1 液壓泵最高工作壓力的計(jì)算 . 32 5.1.2 液壓泵最大流量計(jì)算 . 322 5.1.3 選擇液壓泵的規(guī)格 . 33 5.2 電動(dòng)機(jī)的選擇 . 333 5.3 油箱的設(shè)計(jì)與計(jì)算 . 333 5.3.1 油箱有效容積的確定 . 333 5.3.2 油箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 334 5.4 油管的設(shè)計(jì)與計(jì)算 . 34 5.4.1 主油缸油管內(nèi)徑計(jì)算 . 35 5.4.2 頂出缸油管內(nèi)徑計(jì)算 . 35 5.5 泵站設(shè)備的布置 . 36 5.5.1 泵站設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的問題 . 36 5.5.2 泵站的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì) . 36 6 四柱液壓機(jī)安裝調(diào)試和維護(hù) . 37 6.1 四柱液壓機(jī)的安裝 . 37 6.2 四柱液壓機(jī)的調(diào)試 . 37 6.3 四柱液壓機(jī)的保養(yǎng)維護(hù) . 38 7 結(jié)論 . 38 謝辭 . 39 參考 文獻(xiàn) . 40 附錄 . 41 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書用紙 第 1 頁(yè) 共 41 頁(yè) 1 引言 作為機(jī)械制造行業(yè)中一種重要的生產(chǎn)設(shè)備，鍛壓設(shè)備己廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。液壓機(jī)作為一種通用的鍛壓設(shè)備，主要是利用液壓傳動(dòng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)各種壓力加工工藝，具有功率大、精度高、規(guī)格多的特點(diǎn)。因此在鍛壓 （塑性加工）領(lǐng)域中，液壓機(jī)被廣泛應(yīng)用于自由鍛造、模鍛、沖壓（板料成形）、 擠壓、剪切、拉拔成形及超塑性成形等工藝中。 本設(shè)計(jì)著重?cái)⑹隽艘簤簷C(jī)的泵站、液壓機(jī)的本體結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)計(jì)算以及液壓機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)三個(gè)方面，里面詳細(xì)的說(shuō)明了液壓機(jī)的基本工作原理、特點(diǎn)、分類、基本參數(shù)、液壓機(jī)的本體結(jié)構(gòu)及其 設(shè)計(jì)計(jì)算以及液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，尤其主液壓缸的設(shè)計(jì)與校核闡述了大量?jī)?nèi)容。 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。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書用紙 第 2 頁(yè) 共 41 頁(yè) 2 1 液壓機(jī)的基本知識(shí) 1.1 概論 液壓機(jī)是根據(jù)帕斯卡原理制成，是一種利用液體壓力能來(lái)傳遞能量的機(jī)器。在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用，如鍛造液壓機(jī)，模鍛液壓機(jī)、沖壓液壓機(jī)、萬(wàn)能液壓機(jī)等。它們具有許多優(yōu)點(diǎn)：如結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)布局靈活；可以根據(jù)工藝要求來(lái)靈活改變其壓力與行程；可以根據(jù)工藝要求十分方便的在各種部位布置所需的液壓缸；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)速；可在任意位置輸出全部功率和保持所需壓力；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；振動(dòng)小、易于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制及自動(dòng)控制等等。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。 液壓機(jī)一般由本體（主機(jī)）、液壓系統(tǒng)及泵站三大部分組成 ，如 圖 1-1液壓機(jī)實(shí)例 。 圖 1-1液壓機(jī)實(shí)例 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書用紙 第 3 頁(yè) 共 41 頁(yè) 3 1.2 液壓機(jī)的型號(hào)和主 要技術(shù)規(guī)格 1.2.1 液壓機(jī)的型號(hào) 目前液壓機(jī)設(shè)計(jì)制造的品種、規(guī)格日益增多，為了不致與其他機(jī)械型號(hào)混淆和在同一標(biāo)準(zhǔn)下表達(dá)該機(jī)的性能特征，便利生產(chǎn)管理和用戶選用，液壓機(jī)型號(hào)編制 1必須遵循上級(jí)有關(guān)規(guī)定。 例如， YA32-315 型四柱式萬(wàn)能液壓機(jī)型號(hào)表示為： Y A 3 2 315 液壓機(jī)主參數(shù)（此處表示本液壓機(jī)公稱壓力為 315 噸） 組別（ 2 表示四柱式萬(wàn)能液壓機(jī)） 列別（ 3 表示一般用途液壓機(jī)） 變形序號(hào)（按 A B C順序，基型則不注） 類別（ Y 表示液壓機(jī)類） 鍛壓機(jī)械類別代號(hào)見表 1-11。 表 1-1 鍛壓機(jī)械類別代號(hào) 序號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 類別名稱 機(jī)械壓力機(jī) 液壓機(jī) 自動(dòng)鍛壓機(jī) 錘 鍛機(jī) 剪切機(jī) 彎曲校正機(jī) 其他 漢語(yǔ)簡(jiǎn)稱 機(jī) 液 自 錘 鍛 切 彎 他 拼音代號(hào) J Y Z C D Q W T 主要液壓機(jī)的組型代號(hào)見表 1-21。 表 1-2 主要液壓機(jī)的組型代號(hào) 組型 名稱 組型 名稱 Y12 下拉式鍛造液壓機(jī) Y28 雙動(dòng)薄板沖壓液壓機(jī) Y13 正裝式鍛造液壓機(jī) Y31 雙柱液壓機(jī)（一般用途） Y16 模鍛液壓機(jī) Y32 四柱液壓機(jī)（一般用途） Y27 單動(dòng)薄板沖壓液壓機(jī) Y61 金屬擠壓液壓機(jī) 在生產(chǎn)過程中，由于工藝的改進(jìn)要求有關(guān)零部件做相應(yīng)改進(jìn)。液壓元件、電氣元件等的發(fā)展和更替，需要對(duì) 產(chǎn)品圖紙進(jìn)行整頓再版。為了區(qū)別這種變化便利生產(chǎn)管理和技術(shù)管理。因此 ， 對(duì)于這類修改常在型號(hào)最后增加 A B C 等設(shè)計(jì)修改序號(hào)。 1.2.2 液壓機(jī) 的主要技術(shù)規(guī)格 基本參數(shù)是液壓機(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)類型來(lái)確定的，它們反映了液壓機(jī)的工作能力及特點(diǎn)，也基本定下了液壓機(jī)的輪廓和尺寸及本體總重。在基本參數(shù)中，最主要的是主參數(shù)。它代表了液壓機(jī)的規(guī)格，因此成為液壓機(jī)型號(hào)中的主要組成部分。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書用紙 第 4 頁(yè) 共 41 頁(yè) 4 現(xiàn)介紹三梁四柱式液壓機(jī)的主要技術(shù)規(guī)格 2： （ 1） 公稱壓力 (公稱噸位 )及其分級(jí) 公稱壓力是指液壓機(jī)名義上能產(chǎn)生的最大力量，在數(shù)值上等于工作液體壓力和工作柱塞總工作面積的乘積 （取整數(shù)） 。它反映了液壓機(jī)的主要工作能力。 為了充分利用設(shè)備，節(jié)約高壓液體并滿足工藝 要求，一般大中型油壓機(jī)將公稱壓力分為兩級(jí)或三級(jí)。泵直接傳動(dòng)的油壓機(jī)不需要從機(jī)構(gòu)上進(jìn)行壓力分級(jí) 。 （ 2） 最大凈空距 (開口高度 )H 最大凈空距 H 是指活動(dòng)橫梁停止在上限位置時(shí)，從工作臺(tái)上表面到活動(dòng)橫梁下表面的距離 ， 最大凈空距反映了液壓機(jī)高度方向上工作空間的大小 ，它應(yīng)根據(jù)模具（工具）機(jī)相應(yīng)墊板的高度、工作行程大小以及 以及放入坯料、取出工件所需空間大小等工藝因素來(lái)確定。因此既要盡可能滿足工藝要求，又要盡量減小壓機(jī)高度 ，以降低其造價(jià)。 （ 3） 最大行程 s 最大行程 s 指活動(dòng)橫梁位于上限位置時(shí) ， 活動(dòng)橫梁的立柱導(dǎo)套下平面到立柱限程套上平面 的距離，也 即 活動(dòng)橫粱能移動(dòng)的最大距離。 （ 4） 工作臺(tái)尺寸 (長(zhǎng) 寬 ) 工作臺(tái)一般安裝在 下橫梁 上，其上安放模具或工具，工作臺(tái)尺寸是指工作臺(tái)面上可以利用的有效尺寸。大中型鍛造或厚板沖壓油壓機(jī)，往往還設(shè)置移動(dòng)工作臺(tái)。移動(dòng)工作臺(tái)的行程則與更換模具及工藝操作 有關(guān) 。 （ 5） 回程力 計(jì)算回程所需的力量時(shí)，要考慮活動(dòng)部分的重量、回程時(shí)工藝上所需的力量（如拔模力、提升剁刀等）、工作缸排液阻力、各缸密封處的摩擦力以及動(dòng)梁導(dǎo)套處的摩擦力等。 回程力由活塞缸下腔工作面積或單獨(dú)設(shè)置的回程缸來(lái)實(shí)現(xiàn)。 （ 6） 活動(dòng)橫梁運(yùn)動(dòng)速度 （滑塊速度） 活動(dòng)橫梁運(yùn)動(dòng)速度分為 工作行程速度 、 空程（ 充液行程 ）速度 及回程速度 。 應(yīng)根據(jù)不同的工藝要求來(lái)確定工作行程速度，它的變化范圍很大 ，并直接影響工件質(zhì)量和對(duì)泵的功率需求 。 （ 7） 允許最大偏心距 e 在 液壓機(jī) 工作時(shí)，不可避免地要承受偏心載荷。偏心載荷在 液壓機(jī) 的寬邊與窄邊都會(huì)發(fā)生。最大允許偏心距是指工件變形阻力接近公稱壓力時(shí)所能允許的最大偏心值。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，必需考慮此偏心值。 （ 8） 頂出器 公稱壓力及行程 有些 液壓機(jī) （如模鍛和沖壓 液壓機(jī) ）往往在下橫梁底部裝有頂出器， 以頂出工件或拉延時(shí)使用。頂出器的力量及行程完全由工藝要求來(lái)確定 。 以上所述為三梁四柱結(jié)構(gòu)型式液壓機(jī)的最常見的基本參數(shù)，對(duì)于各種不同工藝用途及不同結(jié)構(gòu)型式的液壓機(jī)，均有各自不同的基本參數(shù)。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書用紙 第 5 頁(yè) 共 41 頁(yè) 5 1.3 液壓機(jī)的分類 鍛壓機(jī)械共分為八類，類別代號(hào)用漢語(yǔ)拼音的首字母表示。液壓機(jī)下面又按其用途分為十個(gè)組別： （ 1） 手動(dòng)液壓機(jī)：用于一般壓制、壓裝等工藝。 （ 2） 鍛造液壓機(jī)：用于自由鍛、鋼錠開坯及金屬模鍛。 （ 3） 沖壓液壓機(jī)：用于各種薄板、厚板的沖壓。 （ 4） 一般用途液壓機(jī)：用于各種工藝，通常稱為萬(wàn)能液壓機(jī)。 （ 5） 校正壓裝液壓機(jī)：用于零件的校正及裝配 。 （ 6） 層壓液壓機(jī)：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(jī)：用于擠壓各種有色及黑色金屬材料。 （ 8） 壓制液壓機(jī)：用于各種粉末制品的壓制成形，如粉末冶金、人造金剛石、耐火材料的壓制。 （ 9） 打包、壓塊液壓機(jī)：用于將金屬碎屑及廢料壓成塊。 （ 10） 其他液壓機(jī)：包括輪軸壓裝、沖孔等專門用途的液壓機(jī)。 1.4 液壓機(jī)的發(fā)展概況 在生產(chǎn)能力及市場(chǎng)方面，國(guó)內(nèi)液壓機(jī)的產(chǎn)量每年都有很大的增長(zhǎng)率 。 國(guó)內(nèi)液壓機(jī)從產(chǎn)值和銷售收入上和國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家比較，還不具有優(yōu)勢(shì)，但從生產(chǎn)的臺(tái)數(shù)和總噸位上比較，在國(guó)際上，我國(guó)的液壓機(jī)生產(chǎn)產(chǎn)量處于領(lǐng)先地位 。國(guó)內(nèi)進(jìn)口的液壓機(jī)多為一些專用液壓機(jī)，大部分為日本產(chǎn)品，歐美的產(chǎn)品較少 ； 在產(chǎn)品的技術(shù)水平上，國(guó)內(nèi)液壓機(jī)單機(jī)的技術(shù)水平達(dá)到了國(guó)際中等或較先進(jìn)水平。 一些液壓機(jī)生產(chǎn)企業(yè)通過技術(shù)引進(jìn)或與國(guó)內(nèi)外同行業(yè)的合作，技術(shù)發(fā)展很快。 但在一些技術(shù)含量較高的液壓機(jī)中，某些關(guān)鍵技術(shù)，如液壓和電控部分，還要通過與國(guó)內(nèi)外的企業(yè)或研究單位合作，高檔的液壓元件和電控元件還主要依靠進(jìn)口。從產(chǎn)品分布上看，低檔的液壓機(jī)主要集中在小噸位上，一般為小噸位的四柱或單柱液壓機(jī)。在質(zhì)量水平上，隨著用戶對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷提高，國(guó)內(nèi)各液壓機(jī)生產(chǎn)企業(yè)越來(lái)越重視 產(chǎn)品的質(zhì)量問題。 由于國(guó)內(nèi)液壓機(jī)的技術(shù)最早是從前蘇聯(lián)引進(jìn)和吸收的，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的液壓機(jī)在剛度和強(qiáng)度上遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于日本及韓國(guó)的產(chǎn)品，與歐美的產(chǎn)品相當(dāng)。 和國(guó)外產(chǎn)品比較，我國(guó)的產(chǎn)品在質(zhì)量方面還存在以下不足：在可靠性方面，故障率還比較大，主要集中在液壓系統(tǒng)方面，多是因?yàn)橐簤汉碗娖髟目煽啃缘鸵鸬?；漏油問題在國(guó)產(chǎn)液壓機(jī)中較為普遍；關(guān)鍵件的加工質(zhì)量還需提高 。 總體上講，國(guó)產(chǎn)液壓機(jī)在質(zhì)量上和國(guó)外一些較知名公司的產(chǎn)品還有一定的差距，但隨著國(guó)內(nèi)制造商對(duì)質(zhì)量的不斷重視和管理水平的提高，國(guó)產(chǎn)液壓機(jī)的質(zhì)量會(huì)接近和趕上國(guó)際水平。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書用紙 第 6 頁(yè) 共 41 頁(yè) 6 2 四柱式通用液壓機(jī)總體方案設(shè)計(jì) 2.1 四柱式通用液壓機(jī)的工作原理和動(dòng)作循環(huán)分析 2.1.1 四柱式液壓機(jī)的工作原理分析 圖 2-1 四柱液壓機(jī)工作原理示意圖 液壓機(jī)的工作原理 如圖 2-1所 示。 兩個(gè)充滿工作液體的具有柱塞或活塞的容腔由管道相連接 ，當(dāng)小柱塞 1 上的作用力為 1F 時(shí)， 作用在液體上的壓強(qiáng)為11AFp， 1A 為柱塞 1的工作面積。根據(jù)帕斯卡原理：在密閉的容器中，液體壓力在各個(gè)方向都是相等的，則壓力 p 將會(huì)容腔的每一點(diǎn)，因此，在大柱塞 2 上將會(huì)產(chǎn)生向上的作用力 2F ，迫使工件 3變形，且1122 FAAF ， 2A 為大柱塞 2 的工作面積。由于 2A 大于 1A ，所以 2F 也大于 1F ，力被放大了。 2.1.2 四柱式液壓機(jī)的動(dòng)作順序分析 四柱 液壓機(jī)的動(dòng)作順序通過電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)控制，控制順序框 圖如圖 2-2。 從控制順序框圖可以看出，液壓機(jī)的工作原理由電氣控制系統(tǒng)控制液壓系統(tǒng)，液壓控制系統(tǒng)再控制主機(jī)工作，主機(jī)動(dòng)作觸及行程開關(guān)，將信號(hào)反饋給電氣控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)循環(huán)控制。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書用紙 第 7 頁(yè) 共 41 頁(yè) 7 啟 動(dòng)電氣系統(tǒng) 液壓系統(tǒng) 液壓機(jī)主機(jī)行程開關(guān)手 動(dòng)圖 2-2 四柱液壓機(jī)控制順序圖 2.1.3 四柱式液壓機(jī)的工作循環(huán)分析 滑塊快速下行 工進(jìn)、加壓 保壓 快速回程 停止頂出圖 2-3 四柱液壓機(jī)工作循環(huán)圖 四柱液壓機(jī)工作循環(huán)如圖 2-3（ a） ，滑塊在自重的作用下快速下行，碰 到行程開關(guān)后由快進(jìn)變?yōu)楣みM(jìn)，隨后進(jìn)行加壓、保壓。保壓時(shí)間完成后，滑塊快速回程，直到回到原來(lái)的位置，停止運(yùn)動(dòng)； 圖 2-3（ b） 表示頂出缸的工作循環(huán)過程，主缸快進(jìn)、工進(jìn)、保壓、退回停止后，頂出缸才運(yùn)動(dòng)，將工件頂出。 2.2 主要技術(shù)規(guī)格的確定 任務(wù)書中本液壓機(jī)設(shè)計(jì)的基本要求為公稱壓力： 630 噸，工作行程： 700 毫米，工作空間高度： 1120 毫米。查閱有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，可知對(duì)于 6.320000 噸的各種液壓機(jī)，其公稱壓力應(yīng)按 JB611-64 標(biāo)準(zhǔn) 1規(guī)定 ， 應(yīng)選擇公稱壓力為 630 噸。再查 JB/T9965-1999 標(biāo)準(zhǔn) 1規(guī)定，可確定所設(shè)計(jì)的四柱式通用液壓機(jī)的型號(hào)為 Y32-630。 液壓機(jī)的設(shè)計(jì)也和其他任何機(jī)械設(shè)計(jì)一樣，是由加工對(duì)象 工件的工藝要求決定的。而四柱式通用液壓機(jī)的主要用途為壓制零件，則規(guī)定所壓制零件的最大長(zhǎng)度為桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書用紙 第 8 頁(yè) 共 41 頁(yè) 8 450mm，可以設(shè)計(jì)出相應(yīng)的模具結(jié)構(gòu)。這樣就可得到模具外形尺寸、安裝面積和閉合高度。相應(yīng)地決定了工作臺(tái)面積，上滑塊下平面的有效面積和閉合高度。綜上所述，根據(jù)工藝分析和統(tǒng)計(jì)的分析情況，即可決定主要技術(shù)規(guī)格中的一些主要參數(shù)。其余參數(shù)可查閱四柱式通用液壓機(jī)的基本參數(shù)（ JB/T 9957.2-1999） 2。 Y32-630 四柱式通用液壓機(jī)的主要技術(shù)規(guī)格如下： 序號(hào) 項(xiàng)目 單位 規(guī)格 1 公稱壓力 kN 6300 2 液體最大工作壓力 MPa 32 3 回程壓力 kN 1500 4 頂出壓力 kN 1000 5 退回壓力 kN 700 6 拉伸時(shí)壓邊壓力 kN 800 7 工作臺(tái)距地面高度 mm 800 8 活動(dòng)橫梁下平面距工作臺(tái)面最大距離 H mm 1120 9 活動(dòng)橫梁最大行程 S mm 700 10 頂出活塞上平面距工作臺(tái)最大距離 mm 200 11 頂出活塞最大行程 mm 100 12 工作臺(tái)有效尺寸（前后 x 左右） mm 1200980 13 活動(dòng)橫梁行程速度 空載下行最大 工作最大 回程最大 mm/s mm/s mm/s 120 15 100 14 頂出活塞行程速度 頂出最大 退回最大 mm/s mm/s 60 90 15 主機(jī)輪廓尺寸 左右 前后 地面上高 地面下深 mm mm mm mm 1500 1200 4500 550 16 機(jī)器占地面積 左右 前后 mm mm 4000 1500 17 總功率 kW 45 18 全機(jī)重量 t 20 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書用紙 第 9 頁(yè) 共 41 頁(yè) 9 2.3 四柱式通用液壓機(jī)的總體設(shè)計(jì) 2.3.1 四柱式液壓機(jī)各部分的方案選擇 （ 1） 控制方式的選擇： 采 用液壓系統(tǒng)與電氣系統(tǒng)相結(jié)合的控制方式。具有調(diào)整、手動(dòng)、半自動(dòng)三種工作方式，可實(shí)現(xiàn)定壓、定程兩種加工工藝 。 （ 2）液壓系統(tǒng)： 液壓油路采用封閉式回路，供油方式選用變量泵供油，液壓控制元件采用插裝閥形式。針對(duì)液壓機(jī)快進(jìn)時(shí)供油不足以及工進(jìn)時(shí)的高壓特性，系統(tǒng)應(yīng)設(shè)有補(bǔ)油和卸壓裝置 。 （ 3）電氣控制： 采用繼電器、行程開關(guān)、接觸器、手動(dòng)按鈕等元件進(jìn)行手動(dòng)、半自動(dòng)控制 。 （ 4）主機(jī)形式： 主機(jī)結(jié)構(gòu)形式采用“三梁四柱”的形式，主缸和頂出缸為執(zhí)行元件。 （ 5） 控制臺(tái)設(shè)計(jì)： 材料選擇：控制臺(tái)主要用于安裝控制按鈕，不承受動(dòng)載荷，強(qiáng)度要 求不是很高，滿足使用要求即可，材料選用 Q235A。 2.3.2 總體布局設(shè)計(jì) 圖 2-4 四柱液壓機(jī)總體布局簡(jiǎn)圖 1-主機(jī) 2-液壓油管 3-控制臺(tái) 4-插裝閥 5-液壓泵裝置 6-液壓油箱 7-電氣控制柜 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書用紙 第 10 頁(yè) 共 41 頁(yè) 10 3 四柱式液壓機(jī)液壓系統(tǒng)與電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1.1 液壓傳動(dòng)概述 科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，液壓傳動(dòng)技術(shù)隨之有了比較完善、成熟的理論基礎(chǔ)。目前液壓傳動(dòng)技術(shù)正向著高壓、高速、大功率、高效、低噪音、經(jīng)久耐用、高度集成化的方 向發(fā)展。 （ 1） 液壓傳動(dòng)優(yōu)越性 ： 液壓元件布局靈活； 液壓傳動(dòng)操作控制方便，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速； 液壓傳動(dòng)容易實(shí)現(xiàn)直線傳動(dòng)，可以進(jìn)行自動(dòng)過載保護(hù)； 液壓傳動(dòng)采用電液控制相結(jié)合的控制方式，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，還可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制 ； 液壓系統(tǒng)中液壓元件的磨損比機(jī)械傳動(dòng)小很多，液壓油除了作為傳動(dòng)介質(zhì)外還起到了潤(rùn)滑的作用，延長(zhǎng)了液壓系統(tǒng)中液壓元件的使用壽命。 （ 2）液壓傳動(dòng)不足 ： 液壓傳動(dòng)沿程、局部阻力損失比較大； 液壓傳動(dòng)壓力高時(shí)泄漏較大，效率降低，處理不好油液還會(huì)對(duì)環(huán)境構(gòu)成污染； 液壓系統(tǒng)工作環(huán)境受溫度影響較大，不宜在很高和很 低的溫度條件下工作 ； 液壓傳動(dòng)存在的液壓沖擊、氣蝕、困油現(xiàn)象影響了設(shè)備的安全工作和使用壽命 ； 液壓系統(tǒng)工作環(huán)境受溫度影響較大，不宜在很高和很低的溫度條件下工作。 3.1.2 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù) 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)可參考前文所確定的主要技術(shù)規(guī)格： 最大負(fù)載： 6300kN； 工進(jìn)時(shí)系統(tǒng)最大壓力： 32MPa； 主缸回程力： 1500kN； 頂出缸頂出力： 1000kN； 主缸滑塊快進(jìn)速度： 80mm/s； 主缸最大工進(jìn)速度： 6mm/s； 主缸回程速度： 30mm/s； 頂出缸頂 出速度： 60mm/s； 頂出缸回程速度： 90mm/s 3.1.3 液壓系統(tǒng)原理圖的擬定 液壓機(jī)工進(jìn)時(shí)負(fù)載大，運(yùn)動(dòng)速度慢，快進(jìn)、快退時(shí)的負(fù)載相對(duì)于工進(jìn)時(shí)要小很多，桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書用紙 第 11 頁(yè) 共 41 頁(yè) 11 但是速度卻比工進(jìn)時(shí)要快。為了提高液壓機(jī)的工作效率，可以采用雙泵或變量泵供油的方式。綜合考慮，液壓機(jī)采用變量泵供油，基本油路如圖 3-1所示。 圖 3-1 液壓機(jī)基本回路圖 1-液壓缸 2-油箱 3-過濾器 4-變量泵 5-三位四通電磁換向閥 由于液壓機(jī)工況時(shí)的負(fù)載壓力會(huì)逐步增大，為了使液壓機(jī) 處于安全的工作狀態(tài)，調(diào)速回路采用恒功率變量泵調(diào)速回路。當(dāng)負(fù)載壓力增大時(shí)，泵的排量會(huì)自動(dòng)跟著減小，保持壓力與流量的乘積恒為常數(shù)，即：功率恒定，如圖 3-2 所示。 圖 3-2 恒功率曲線圖 液壓系統(tǒng)采用插裝集成控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)具有密封性好、流通能力大、壓力損失小、易于集成等優(yōu)點(diǎn)。液壓機(jī)系統(tǒng)控制原理如 圖 3-3所示。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書用紙 第 12 頁(yè) 共 41 頁(yè) 12 圖 3-3 液壓機(jī)插裝閥控制系統(tǒng)原理圖 1、 2、 6、 18、 15、 10、 11-先導(dǎo)溢流閥 1S、 2S、 3S-行程開關(guān) 3、 7-緩沖閥 14 單向閥 4、 5、 8、 9、 12、 13、 16、 17、 19、 20-電磁換向閥 21-補(bǔ)油郵箱 22-充液閥 23、 24-液壓缸 25壓力表 F1、 F2、 F3、 F4、 F5、 F6、 F7、 F8、 F9、 F10-插裝閥 26-變量泵 27-過濾器 28、 29、 30、 31 梭閥 3.1.4 液壓系統(tǒng)控制過程分析 整個(gè)液壓控制系統(tǒng)包括五個(gè)插裝閥集成塊，插裝閥工作原理分析如下： F1、 F2 組成進(jìn)油調(diào)壓回路，其中 F1 為單向閥，用于防止系統(tǒng)中液壓油倒流回泵，F(xiàn)2 的先導(dǎo)溢流閥 2 用于調(diào)整系統(tǒng)的壓力，先導(dǎo)溢流閥 1 用于限制系統(tǒng)的最高壓力，緩沖閥 3 與電磁換向 4 用于液壓泵卸載和升壓緩沖； 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書用紙 第 13 頁(yè) 共 41 頁(yè) 13 F3、 F4 組成主缸 23 油液三通回路，先導(dǎo)溢流閥 6 是用于保證主缸的安全閥，緩沖閥 7 與電磁換向閥 8 用于主缸上腔卸壓緩沖； F5、 F6 組成主缸下腔油液三通回路，先導(dǎo)溢流閥 11 用于調(diào)整主缸下腔的平衡壓力，先導(dǎo)溢流閥 10 為主缸下腔安全閥； F7、 F8 組成頂出缸上腔油液三通回路，先導(dǎo)溢流閥 15 為頂出缸上腔安全閥，單向閥 14 用于頂出缸作液壓墊，活塞浮動(dòng)時(shí)上腔補(bǔ)油； F9、 F10 組成頂出缸下腔油液三通回路 ，先導(dǎo)溢流閥 18 為頂出缸下腔安全閥。 液壓系統(tǒng)電磁鐵動(dòng)作順序見表 3-1。 表 3-1 液壓機(jī)液壓系統(tǒng)電磁鐵動(dòng)作順序表 執(zhí)行部件 工 況 1Y 2Y 3Y 4Y 5Y 6Y 7Y 8Y 9Y 10Y 11Y 12Y 主 缸 快速下行 + + + 工進(jìn)、加壓 + + + 保 壓 泄 壓 + 回 程 + + + + 停 止 頂 出 缸 頂 出 + + + 退 回 + + + 停 止 注：“ +”表示電磁鐵處于得電狀態(tài)。 3.1.5 液壓元件的選擇 通過液壓系統(tǒng)的參數(shù)計(jì)算查閱液壓手冊(cè) 3，液壓元件選擇 見附錄。 3.2 電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì) 四柱液壓機(jī)的電氣控制系統(tǒng) 5通常采用繼電器控制、 PLC 控制、工業(yè)計(jì)算機(jī)控制等方式。繼電器控制和 PLC 控制是目前用的最多的控制方式。繼電器控制系統(tǒng)主要由繼電器、接觸器、按鈕、形成開關(guān)等元件組成。繼電器控制具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，價(jià)格低廉，抗干擾能力強(qiáng)，但固定 的接線方式，使繼電器控制的通用性和靈活性差； PLC控制系統(tǒng)主要由 CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口、編程器等元件組成。 PLC 控制具有編程簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，通用性強(qiáng)，體積小，設(shè)計(jì)調(diào)試期短，性能穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)，價(jià)格比繼電器控制系統(tǒng)貴。 由于本設(shè)計(jì)任務(wù)主要是液壓機(jī)主機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算，故此處不再對(duì)電氣系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)說(shuō)明。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書用紙 第 14 頁(yè) 共 41 頁(yè) 14 4 液壓機(jī)主機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與校核 4.1 液壓缸部件的設(shè)計(jì)與校核 4.1.1 液壓缸的結(jié)構(gòu)形式及方案論證比較 液壓缸部件通常可以分為柱塞式、活塞式和復(fù)合式三種。 （ 1） 柱塞式油缸 柱塞式油缸的結(jié)構(gòu)見圖 4-1，其原理圖見 4-2。 圖 4-1 柱塞式油缸的結(jié)構(gòu) 圖 4-2 柱塞式油缸原理圖 有圖可見，柱塞式油缸由缸體、柱塞、導(dǎo)向套、缸口密封裝置等零件所組成。利用缸體的凸緣固定于液壓機(jī)的梁上。 柱塞式油缸由于缸孔不需精加工，甚至不需加工，因而制造簡(jiǎn)單，維修方便，在水壓機(jī)上應(yīng)用很廣，但只能單方向作用，反向運(yùn)動(dòng)需用回程缸實(shí)現(xiàn)。 （ 2） 活塞式油缸 活塞式油缸結(jié)構(gòu)見圖 4-3，其原理圖見圖 4-4。 由圖可見，油缸被活塞 頭分割為兩腔，因此，可以獲得正向和反向的運(yùn)動(dòng)，既能完 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書用紙 第 15 頁(yè) 共 41 頁(yè) 15 成工作行程又可以實(shí)現(xiàn)回程。實(shí)質(zhì)上，起兩個(gè)柱塞缸的作用。此種結(jié)構(gòu)形式的油缸，在中小型液壓機(jī)上應(yīng)用最廣。 圖 4-3 活塞式油缸的結(jié)構(gòu) 圖 4-4 活塞式油缸原理圖 （ 3） 復(fù)合式油缸 柱塞式和活塞式油缸為基本的結(jié)構(gòu)型式，在特殊情況下，可以將其組合變形得到復(fù)合式油缸。 由于本設(shè)計(jì)有四柱式通用液壓機(jī)，型號(hào)為 Y32-630,，屬于中型液壓機(jī)，比較上 述三種結(jié)構(gòu)型式的油缸，選用活塞式油缸最為合理。 4.1.2 液壓缸的支承形式及方案論證比較 （ 1）法蘭支承 液壓缸以其下部的法蘭支承并安裝在橫梁內(nèi)，由缸外壁的兩個(gè)環(huán)形面積與橫梁相配合。液壓缸本身則依靠法蘭上一圈螺栓固定在橫梁上。 （ 2）缸底支承 a.以缸底支承方式安裝在滑塊中，缸底以螺柱拉緊。 b.缸底靠在上橫梁表面，用螺栓或壓板固定。橫梁不用開設(shè)安裝液壓缸大孔。 將上述方案比較可知，選用法蘭支承較為合適。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書用紙 第 16 頁(yè) 共 41 頁(yè) 16 4.1.3 柱塞與活動(dòng)橫粱的連接形式與方案論證比較 柱塞與活動(dòng)橫粱的連接形式主要有兩種：剛性連接和球面支 承連接。 （ 1）剛性連接 柱塞下端插入活動(dòng)橫梁內(nèi)，兩者間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在偏心加載時(shí)，柱塞隨活動(dòng)橫粱一起傾斜，將活動(dòng)橫梁所受偏心距的一部分傳給液壓缸的導(dǎo)向處，加劇了導(dǎo)向鋼套及密封墊的磨損。 （ 2）球面支承 柱塞支承于活動(dòng)橫梁球面座上。當(dāng)偏心加載時(shí)，活動(dòng)橫梁在偏心力矩作用下傾斜，此時(shí)球面副可相對(duì)滑動(dòng)，側(cè)向力將大大減小，改善了導(dǎo)套及密封墊的磨損 ，但安裝定位比較麻煩。 單缸液壓機(jī)及三缸液壓機(jī)的中間缸多采用剛性連接。而多缸及三缸液壓機(jī)的側(cè)工作缸多采用球面連接。而此液壓機(jī)設(shè)計(jì)為單缸液壓機(jī)，所以柱塞與活動(dòng)橫粱的連接形式應(yīng)采 用剛性連接。 4.1.4 液壓缸基本尺寸計(jì)算 圖 4-5 液壓缸受力簡(jiǎn)圖 由圖 4-5液壓缸受力簡(jiǎn)圖可得，主缸的內(nèi)徑 的計(jì)算公式如下： pFD14 式 （ 4-1） 式中： F1 為液壓缸營(yíng)產(chǎn)生的名義總壓力，（ 1F =6300kN） p 為選定的液體 工作壓力，（ p=32MPa） 代入數(shù)據(jù)得 D=0.500m， 所得 D 值圓整后按柱塞標(biāo)準(zhǔn)直徑表 2JB2001-76 選取相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑 1D =500mm。 主缸活塞桿直徑 計(jì)算公式如下： 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書用紙 第 17 頁(yè) 共 41 頁(yè) 17 pFDd 2214 式 （ 4-2） 式中 ： F2 為主缸回程壓力，（ 2F =1500kN） 代入數(shù)據(jù)得 d=0.365m， 按標(biāo)準(zhǔn)取整 d=360mm。 4.1.5 缸體強(qiáng)度計(jì)算 （ 1）中段強(qiáng)度 缸體材料選用 45 號(hào)鋼，最大應(yīng)力出現(xiàn)在缸內(nèi)壁，應(yīng)用第四強(qiáng)度理論進(jìn)行計(jì)算。 M P apDDD 120100322121m a x 式 （ 4-3） 代入尺寸數(shù)據(jù)，得max=115.5MPa， 安全。 （ 2） 支承臺(tái)肩強(qiáng)度 圖 4-6 油缸支承臺(tái)肩尺寸 支承臺(tái)肩接觸面擠壓壓力 計(jì)算公式如下： )2()2(785.0322 SDSDP 式 （ 4-4） 式中： P=6300kN 2D =67Omm 3D =600mm S=2mm 許用擠壓應(yīng)力 ,此處取 120MPa 代入數(shù)據(jù)得， =110MPa 120MPa，安全。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書用紙 第 18 頁(yè) 共 41 頁(yè) 18 （ 3） 缸底強(qiáng)度計(jì)算 按 圓形平板彎曲計(jì)算 ，公式如下： 221875.0 BpD =100MPa 式 （ 4-5） 式中： D=500mm B=130mm DDiD =0.87 代入 數(shù)據(jù) ，得：221387.0 503 2 01 8 7 5.0 =98.6MPa ，安全。 （ 4） 缸口部分零件強(qiáng)度計(jì)算 作用在缸口導(dǎo)套及法蘭盤上的力 ，計(jì)算公式如下： pdDP )(785.0 211 式 （ 4-6） 式中： 1D =500mm d=360mm 代入數(shù)據(jù)，得： 1P = 522 108.9320)360500(785.0 kN 螺栓計(jì)算 螺栓選用 16 個(gè) M30 雙頭螺柱，材料為 45 號(hào)鋼， M30 螺紋內(nèi)徑為 cmd 2.26內(nèi)。螺栓拉伸應(yīng)力 的計(jì)算公式如下 ： 11nFP式 （ 4-7） 式中： n 螺栓數(shù)目， n=16 1F 螺栓截面積（ 2cm ）， 221 4.52.267 8 5.0 cmF 許用拉伸應(yīng)力 ， 對(duì)大于 M12 的螺栓， 120 代入數(shù)據(jù)。得：4.516980000=113MPa ， 安全。 缸口導(dǎo)套擠壓計(jì)算 缸口 導(dǎo)套材料選用 HT20-40，導(dǎo)套擠壓應(yīng)力 的計(jì)算公式如下 ： )(7 8 5.0 22211 DDP=100MPa 式 （ 4-8） 式中： 1D =500mm 2D =360mm 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書用紙 第 19 頁(yè) 共 41 頁(yè) 19 代入 數(shù)據(jù)， 得： =83MPa ，安全。 （ 5） 活塞部分計(jì)算 活塞桿材料為 45 號(hào)鋼，活塞桿直徑為 360mm，長(zhǎng)度大約為 100mm。長(zhǎng)度與直徑之比值約為 4。在加壓過程中活塞僅受壓，面積較大。故對(duì)其擠壓及穩(wěn)定性可略去不計(jì)。 活塞頭部導(dǎo)套材料為 HT20-40，導(dǎo)套擠壓應(yīng)力 計(jì)算公式如下 ： )2()2(785.0 )(785.0 222212SdSdpdD 式 （ 4-9） 式中： S=2mm 2S =3mm 許用擠壓應(yīng)力，為 100MPa 代入 數(shù)據(jù)， 得： =48MPa ，安全。 活塞與活動(dòng)橫梁端面擠壓應(yīng)力校核 活動(dòng)橫梁材料為 HT20-40，取許用擠壓應(yīng)力 =100MPa。擠壓應(yīng)力 計(jì)算公式如下 ： )2()2(7 8 5.0 2442 SdSdP 式 （ 4-10） 式中： d=360mm S=5mm 4d =155mm 4S =3mm 代入 數(shù)據(jù)， 得： =41MPa ，安全。 活塞與活動(dòng)橫梁聯(lián)接螺母強(qiáng)度校核 螺紋剪切應(yīng)力 計(jì)算公式如下 ： bKdP內(nèi)回 =60MPa 式 （ 4-11） 彎內(nèi)回彎 23 bt kd htP =120MPa 式 （ 4-12） 式中：螺紋選取 M15 40， 螺紋內(nèi)徑內(nèi)d=14.48 螺紋高度 h=2 內(nèi)外 dd =2.6cm b 螺紋長(zhǎng)度（ cm） b=8.5cm t 螺距（ cm） t=0.4cm K 螺紋完滿系數(shù)，三角形螺紋取 K=0.81 代入 數(shù)據(jù) ，得： =19MPa ， 彎 =46MPa 彎 ，安全。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書用紙 第 20 頁(yè) 共 41 頁(yè) 20 4.2 頂出缸部件的設(shè)計(jì)與校核 4.2.1 頂出缸的尺寸計(jì)算 （ 1） 材料選擇與技術(shù)要求 頂出缸工作時(shí)的最大工作壓力為 12.5MPa，比主缸的要小，為了保證頂出缸安全工作，缸體材料也選用無(wú)縫 鋼管 45。 缸體的制造要求應(yīng)該滿足液壓缸內(nèi)圓柱表面粗糙度為 Ra0.4 0.8 m；內(nèi)徑配合采用 H8 H9；內(nèi)徑圓度、圓柱度不大于直徑公差的一半；缸體內(nèi)表面母線的直線度 500mm長(zhǎng)度之內(nèi)不大于 0.03mm；缸體端面對(duì)軸線的垂直度在直徑每 100mm 上不大于 0.04mm。 （ 2） 頂出缸壁厚的計(jì)算 如下： 2 DPy 式 （ 4-13） 式中：yP=1.3 12.5MPa=16.25MPa D=0.2m = 110MPa 代入數(shù)據(jù)，得： 0.015m， 圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑系列后，取 頂出缸壁厚為 0.2cm。 （ 3） 頂出缸缸蓋材料、厚度的計(jì)算 缸蓋常用制造材料有 35 鋼、 45 鋼、鑄鋼，做導(dǎo)向作用時(shí)常用鑄鐵、耐磨鑄鐵。頂出缸缸蓋材料選用 35 鋼，缸蓋厚度計(jì)算公式 如下 ： mM P aM P at 025.0100 25.16145433.0 式 （ 4-14） 取缸蓋厚度 t=25mm。 （ 4） 頂出缸活塞材料、外形尺寸及密封方案的計(jì)算 頂出缸活塞選用灰鑄鐵 HT200。 計(jì)算活塞寬度時(shí)區(qū)寬度系數(shù)為 0.8，即活塞的寬度 B=0.8D=0.8 200mm =160mm。取活塞寬度 B=160mm。液壓機(jī)頂出缸工況時(shí)的工作壓力比主缸要小很多，密封圈選用O 形密封圈 4。 （ 5） 頂出缸活塞桿材料、技術(shù)要求及長(zhǎng)度確定 活塞桿有空心和實(shí)心兩種結(jié)構(gòu)形式?？招臅r(shí)一般選用 35 鋼、 45 鋼的無(wú)縫鋼管 5；實(shí)心結(jié)構(gòu)選用 35 鋼、 45 鋼。頂出缸活塞桿選用 35 鋼。由頂出活塞的行程，確定活塞桿的長(zhǎng)度 L 桿 =705mm。 （ 6） 頂出缸長(zhǎng)度的計(jì)算 液壓缸缸體內(nèi)部長(zhǎng)度等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體的外形尺寸應(yīng)考慮兩桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書用紙 第 21 頁(yè) 共 41 頁(yè) 21 端端蓋的厚度，總之，液壓缸缸體的長(zhǎng)度 L 不應(yīng)該大于缸體內(nèi)徑 D 的 20 30 倍 4。 由主缸行程為 250mm，活塞寬度為 160mm,缸蓋厚度為 25mm，通過計(jì)算可知，主缸的長(zhǎng)度取 L 缸 =650mm。 4.2.2 活塞桿穩(wěn)定性的校核 當(dāng)液壓缸的支承長(zhǎng)度 Lb (10 15)d 時(shí)，應(yīng)該對(duì)活塞桿的彎曲穩(wěn)定性進(jìn)行校核 ,d 為活塞桿直 徑。通過計(jì)算可知， Lb 的最大值不可能大于 L 桿 +L 缸 =1355mm，而 (1015)d=2000 3000mm。將參數(shù)代入 Lb (10 15)d 中，比較后 Lb(10 15)d，活塞桿滿足使用要求，工作時(shí)不會(huì)失穩(wěn)。 4.3 上橫梁的設(shè)計(jì)與校核 4.3.1 上橫梁結(jié)構(gòu)形式及方案論證比較 上橫梁的結(jié)構(gòu)如圖 4-7 所示， 圖 4-7 上橫梁 上橫梁位于立柱上部，用于安裝工作缸，承受 工作缸的反作用力。也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)形式主要有：鑄造及焊接兩種。 在成批生產(chǎn)中，一般上橫梁都采用 HT200 鑄鐵件或 ZG35 鑄鋼件。制造單臺(tái)液壓機(jī)時(shí)，采用 A3 普通鋼板焊接組成的上橫梁。此結(jié)構(gòu)一般用在四柱間距較小、工作缸較大的情況下，所以本液壓機(jī)設(shè)計(jì)的上橫梁形式應(yīng)為鑄造。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書用紙 第 22 頁(yè) 共 41 頁(yè) 22 4.3.2 上橫梁的尺寸計(jì)算 橫梁由鑄造制成，目前多采用 ZG35B 鑄鋼。上橫梁可是為受兩集中力，兩端支承的簡(jiǎn)支梁。上橫梁受力簡(jiǎn)圖如圖 4-8所示。 圖 4-8 上橫梁受力簡(jiǎn)圖 在主截面所受彎矩 計(jì)算公式如下： BDPBM 2141 式 （ 4-15） 代入數(shù)據(jù)，得： M=820kN m，則 Q=0.5P=410kN m 初步確定橫梁的長(zhǎng)、寬、高尺寸分別為 1210、 1040、 670mm，截面為矩形。 在載荷作用下 上橫梁的剪力彎矩圖如 4-9。 圖 4-9 上橫梁的剪力彎矩圖 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書用紙 第 23 頁(yè) 共 41 頁(yè) 23 4.3.3 上橫梁的強(qiáng)度計(jì)算 由剪力彎矩圖 4-9(b)可知，橫梁 C 點(diǎn) 1 1 截面彎矩最大，該截面是危險(xiǎn)截面。為了保證橫梁能夠正常工作，必須對(duì)該截面進(jìn)行強(qiáng)度校核。 正應(yīng)力計(jì)算公式 如下 ： WM maxmax 式 （ 4-16） 式中：max 最大彎曲正應(yīng)力； maxM 最大彎矩； W 抗彎截面系數(shù) ( 3m )， 矩形截面抗彎系數(shù) W 計(jì)算公式為：62bhW 式中： b 矩 形截面的寬； h 矩形截面的高 ， 32 0 7 7.06 6 7 0.00 4 0.1 mW 代入數(shù)據(jù)，得 M P am mkN 3.6077.0 .485 3m a x ， 45 鋼的彎曲許用應(yīng)力 =100MPa，而橫梁的最大彎曲應(yīng)力max=8.1MPa，遠(yuǎn)小于材料的許用應(yīng)力，設(shè)計(jì)尺寸滿足要求。 4.3.4 上橫梁的剛度計(jì)算 上橫梁受彎矩及剪切而產(chǎn)生的撓度 計(jì)算公式如下 ： 22 222296)2( DDBBEJDBPf 彎 式 （ 4-17） 14)2(2.1 DFDBPf 剪 式 （ 4-18） 式中： J 上橫梁主截面的慣性矩（ 4cm ） 1F 受剪力立板面積（ 4cm ） E 材料彈性模數(shù) 對(duì)于鑄鐵， E= aMP1005.1 5 G 剪切彈性模數(shù) 對(duì)于鑄鐵， G= aMP106 5 代入 數(shù)據(jù)， 得： 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書用紙 第 24 頁(yè) 共 41 頁(yè) 24 2255725721402140293 20001005.196)572140(31 5000彎f=0.0175cm 1 20 01064)5721 40(3 15 0 002.1 5 剪f =0.0136cm 上橫梁在公稱壓力下的總變形量為： 剪彎 fff1 0.0175+0.0136=0.0311cm 4.4 工作臺(tái)的設(shè)計(jì)與校核 4.4.1 工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)形式與方案論證比較 工作臺(tái)是主機(jī)的安裝基礎(chǔ)，工作中承擔(dān)機(jī)器主機(jī)的重量及全部載荷。也可安裝頂出缸，回程缸及其他輔助裝置。小型液壓機(jī)的工作臺(tái)一般為鑄造結(jié)構(gòu)，材料選用 HT20-40；中 型液壓機(jī)的工作臺(tái)采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)。此液壓機(jī)型號(hào)為 Y32-630， 屬于中型液壓機(jī)，所以其工作臺(tái)應(yīng)采用鋼板焊接結(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) 3尺寸進(jìn)行加工。 4.4.2 工作臺(tái)的尺寸計(jì)算 工作臺(tái)中心有一個(gè)中心孔，其直徑為 27cm。工作臺(tái)材料選用 HT20-40，臺(tái)面擠壓許用應(yīng)力取 aMP100 。模具墊板最小尺寸 的計(jì)算公式如下 ： PF 2274式 （ 4-19） 式中： F 墊板面積 代入 數(shù)據(jù)， 得： 2887cmF 按圓直徑計(jì)算，則墊板直徑 d=33.6cm，去墊板寬帶 b=35cm。 在主截面上的彎矩 計(jì)算公式如下 ： )21(411 BbPBM 式 （ 4-20） 代入數(shù)據(jù)，得 1M =988kN m 最大剪力為： PQ21=3150kN 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書用紙 第 25 頁(yè) 共 41 頁(yè) 25 4.4.3 工作臺(tái)的強(qiáng)度計(jì)算 由前面計(jì)算結(jié)果可得主截面尺寸如下： J= 4710cm 1h =33cm 2h =32cm M P aJ hM 5.31329 8 80 0 0 021 壓 在受拉截面上的彎曲應(yīng)力為： M P aJ hM 6.32339 8 80 0 0 011 拉 所以，在主截面上彎曲應(yīng)力均滿足要求。 4.4.4 工作臺(tái)的剛度計(jì)算 根據(jù)工作臺(tái)受力，工作臺(tái)彎曲和剪切變形量 計(jì)算公式如下 ： 64421463222 bbBBBEJPf彎= 340974976 BEJP 式 （ 4-21） 20 2.12212.1 b dxGFqxGFBPf 剪 = GFPB8021 式 （ 4-22） 式中： J 工作臺(tái)截面慣性矩 J= 710 4cm F 工作臺(tái)立板面積 F=1020 2cm 代入 數(shù)據(jù)， 得： cmf 0167.0彎cmf 019.0剪所以，工作臺(tái)在公稱壓力作用下的總變形量為： 剪彎 fff 2 0.0357cm 又因?yàn)?允許工作臺(tái)彎曲變形量為： 1000140020.012.0100020.012.0 Bf 故工作臺(tái)剛度符合要求。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書用紙 第 26 頁(yè) 共 41 頁(yè) 26 4.5 立柱組件的設(shè)計(jì)與校核 4.5.1 立柱的連接形式與方案論證比較 立柱是四柱式液壓機(jī)重要的支承件和受力件，同時(shí)又是活動(dòng)橫 梁的導(dǎo)向基準(zhǔn)。因此，立柱應(yīng)有足夠的強(qiáng)度與剛度，導(dǎo)向表面應(yīng)有足夠的精度、光潔度和必要的硬度。 如圖 4-10 所示，常用的連接形式有： 圖 4-10 立柱與橫梁的連接形式 （ 1） 雙螺母式 特點(diǎn)：每根立柱軸向尺寸要求不嚴(yán)，加工方便。但必須對(duì)螺母進(jìn)行良好預(yù)緊，否則引起機(jī)架搖晃，使用時(shí)間長(zhǎng)時(shí)螺母易松動(dòng)。多應(yīng)用于小型液壓機(jī)。 （ 2） 臺(tái)肩式（錐臺(tái)式） 特點(diǎn)：剛性好，可防止立柱與橫梁水平移動(dòng)，但錐臺(tái)加工困難，裝配后不能調(diào)整。 （ 3） 錐套式 特點(diǎn)：可消除立柱與橫梁間隙，便于對(duì)中。但長(zhǎng)期使用錐 套松動(dòng)，影響機(jī)架剛性。 比較上述聯(lián)接形式，此液壓機(jī)設(shè)計(jì)的應(yīng)選用 臺(tái)肩 式結(jié)構(gòu)。 4.5.2 立柱的尺寸設(shè)計(jì) 材料選擇：導(dǎo)柱在工作過程中主要承受拉力，材料必須具備較高的抗拉強(qiáng)度。導(dǎo)柱材料選擇 4