全自動磚壓機設計

全自動墻體磚壓機機械結構及液壓系統(tǒng)設計DesignofMechanicalStructureandHydraulicSystemofAutomaticHydraulicBrickPress摘 要全自動液壓磚壓機作為壓制力加工的重要設備，已經成為工業(yè)生產必不可少的裝備之一。大型磚壓機由于其自身結構和承載方式的特征，容易因剛度、機械強度不足和共振而發(fā)生機身損壞，這使得結構分析與優(yōu)化成為了大型全自動液壓磚壓機設計的一個重要內容。本課題采用傳統(tǒng)理論方法對全自動液壓磚壓機機身進行結構設計、計算和強度校核，采用CAD設計軟件及其他三維軟件對上橫梁、底座、上活動梁、下活動梁、主液壓缸、立柱、總裝圖進行了工程繪圖，在參考某公司生產的四梁四柱液壓墻體磚液壓機液壓系統(tǒng)以及查閱大量關于液壓系統(tǒng)設計的文獻后，確定全自動液壓磚壓機的設計方案，并對其進行了可行性分析，最后對整個設計進行系統(tǒng)分析，得出整個設計切實可行。關鍵詞：全自動液壓磚壓機；立柱；橫梁IAbstractAutomatichydraulicbrickpressasanimportantpressureprocessingequipment,industrialproductioninparticularhasbecomeessentialequipmentceramicindustry.Largeautomatichydraulicbrickpress,becauseofitsstructureandthebeareroffeatures,easyduetomechanicalstrength,stiffnessandlackofresonancefailureoccurs,whichmakesthestructuralanalysisandoptimizationhasbecomealarge-scaleautomatichydraulicbrickpressanimportantelementofthedesign.Thistopicusingthetraditionaltheoryofautomatichydraulicbrickwallpressesagainstthefuselagestructuredesign,calculation,strengthcheck,usingAUTOCADdesignsoftwareontheupperbeam,base,onthebeams,underthebeams,mastercylinder,column,theassemblydiagramoftheengineeringdrawings,inreferencetoacompanyproducesfourcolumnhydraulicbrickwallbeamhydraulicmachinehydraulicsystemandaccesstoalotofbooksaboutthedesignofthehydraulicsystemafterdeterminingautomaticdigitalcontrolsystemdesign,drawinghydraulicsystemdiagramshowstheelectricalsystemofthejobdescription,anditsfeasibilityanalysis,andfinallytheentiredesignsystemanalysis,theentiredesignisfeasible.Keyword:Automatichydraulicbrickpress;Column;BeamsII目 錄摘要.............................................................................................................IAbstract.....................................................................................................II1緒論..........................................................................................................11.1全自動液壓磚壓機的簡介...........................................................11.2全自動液壓磚壓機在國內外的生產狀況及發(fā)展趨勢...............11.3本設計研究的內容和意義...........................................................32設計原理.................................................................................................32.1液壓磚壓機工作原理..................................................................42.2液壓磚壓機主要特點..................................................................43總體方案的論證和選擇........................................................................43.1壓制油缸的選擇..........................................................................53.2機架結構形式的選擇..................................................................74磚壓機各主要零部件的設計................................................................94.1各零件的結構設計......................................................................94.2各主要零部件的初步設計計算................................................125磚壓機各主要零件的詳細設計及三維模型......................................225.1活動橫梁的詳細設計及三維模型的繪制................................225.2上橫梁的詳細設計和三維模型的繪制....................................245.3下橫梁（工作臺）的詳細設計和三維模型繪制 255.4立柱的詳細設計和三維模型繪制 265.5套筒的詳細設計和三維模型繪制 275.6螺母的設計及三維模型繪制 285.7最終設計結果 29總結 31致謝 32參考文獻 33附錄 34煙臺南山學院畢業(yè)設計 第1頁緒論1.1全自動液壓磚壓機的簡介全自動液壓磚壓機(以下簡稱磚壓機)是現(xiàn)代墻體磚生產線的核心關鍵設備，是集機、電、液、氣一體化的高技術專用設備。說它關鍵，主要是它前面進行原料加工，后加溫直至干燥燒成，若磚壓機出現(xiàn)故障，則整個系統(tǒng)停止運行。作為生產線的關鍵設備，全自動液壓磚壓機顯出示許多的優(yōu)點：①壓機采用液壓傳動對磚胚施加靜壓力，工作運行平穩(wěn)，有利于胚體壓制成行。②采用液壓傳動可非常方便地實現(xiàn)對壓制力的大小、速度的快慢、時間的調節(jié)控制，并能保持穩(wěn)定運行，使壓機動作很好的符合工藝的要求；③磚壓機的大型化和自動化更容易實現(xiàn)；④胚體成型好，強度高。現(xiàn)代全自動液壓磚壓機都有可靠性、耐久性、調控性、效率等特點。本畢業(yè)設計主要研究寬體磚壓機，以提高生產效率，節(jié)約生產成本為主體，來獲得更好的經濟效益。1.2全自動液壓磚壓機在國內外的生產狀況及發(fā)展趨勢1.2.1 國內外磚壓機的生產概況1.2.1.1 國內生產概況當今的中國，是世界上公認的墻地磚生產大國，有著世界最大的陶瓷壓機市場。但直到20世紀80年代末，全自動磚壓機仍是我國建陶企業(yè)需要全部引進的裝備，其主要來自意大利和德國。而今國產磚壓機不僅可以替代進口的磚壓機，而且還可以大批量的向國外出口，這是一個具有歷史意義的重大的轉變。國產磚壓機的主要技術參數、主要技術性能和整體水平已接近國外現(xiàn)代磚壓機的先進水平，而且差距在不斷縮小，但是國產磚壓機行業(yè)發(fā)展時間短，發(fā)展開發(fā)過程中存在一些問題也是難免的，制造企業(yè)還應該不斷提高產品質量，進一步降低成本，提高自身的競爭力，在鞏固國內市場的同時，積極開拓國際市場，只有在國際市場上占有一席之地，才真正證明國產壓機的成功。經過多年的不懈努力，國產磚壓機取得了長足的進步，無論從外觀和結構方面都經過了不斷的優(yōu)化、創(chuàng)新，但與國外磚壓機相比還有較大差距。因此國產磚壓機的研發(fā)，要立足國情，可以用好的結構，適合國情的結構來彌補國內制造業(yè)的不足。煙臺南山學院畢業(yè)設計 第2頁梁體的優(yōu)化最主要的就是最大限度的減少本體的應力集中，使梁體的應力場趨向均勻，在確保梁體剛度足夠的前提下，可以適當減輕其重量。同時梁體的優(yōu)化還要有利于鑄造，例如優(yōu)化時可以通過改變結構將鑄造缺陷的密集區(qū)設計為低應力區(qū)以排除日后可能發(fā)生的隱患?？七_機電為了滿足陶瓷產業(yè)的發(fā)展需求推出寬體壓機，有 KD3800、KD3200、KD2100。在一定的壓力下，加寬工作臺的，可提高生產效率。寬體壓機可以降低主電動機的功率，可提高壓制頻率，還可以提高其工作的穩(wěn)定性，并且在節(jié)能、外觀上有很大的改善等，研究寬體壓機還是很有意義的。通過現(xiàn)代的設計方法，對其進行設計，改變壓機的大小、重量、受力情況等，對寬體壓機將來能更好的適應市場和受到使用廠家的信賴好評給以保證，降低生產成本，為生產廠家獲得更大的利益。。1.2.1.2 國外生產概況近十幾年來，國外的磚壓機發(fā)展非?？?，隨著科技的進步，全世界生產磚壓機的主要產家如德國的萊斯公司，意大利的薩米克公司、西蒂公司等，日本的日型公司等一些公司不斷推出結構日益完善，生產效率和自動化程度不斷提高，出現(xiàn)多種結構形式的新型墻地磚成形液壓機。國外的磚壓機現(xiàn)在都在向美觀，大噸位，高精度，高效率，節(jié)能控制，多功能自動化程度更高和機器的動作更加符合材料壓制成型的工藝要求的方向發(fā)展。1.2.2 全自動液壓磚壓機的發(fā)展趨勢隨著科學技術的日益進步，現(xiàn)代全自動液壓磚壓機無論從主機結構還是液壓控制技術方面相對于早期磚壓機都有很大提高。例如磚壓機的結構采用經過不斷優(yōu)化的新型結構，使其精度、穩(wěn)定性和抗疲勞性能得到較大的提高；近年來新興的液壓伺服比例控制技術，使磚壓機的壓制動作更加的均勻、平穩(wěn)，傳動更加精準。這些都為建筑及陶瓷行業(yè)使用變化多樣的高檔瓷磚提供了非常有利的條件。液壓機技術發(fā)展趨勢：高質量、高效化、低能耗。提高液壓機的工作效率，提高墻地磚的質量，降低生產成本。機-電-液壓一體化。充分利用機械、電子及液壓三個方面的先進技術完善整個系統(tǒng)。煙臺南山學院畢業(yè)設計 第3頁自動化、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，還應能夠實現(xiàn)對系統(tǒng)的自動診斷和調整，具有自動檢測及處理故障的功能。目前，我國液壓機制造行業(yè)雖然取得了較大發(fā)展，但與世界先進水平相比，還有一定的差距，還滿足不了我國經濟發(fā)展的需要。充分發(fā)揮現(xiàn)有液壓機的生產潛力，提高設備利用率，加強對設備的維修和設備本身的技術改造，加強液壓機和操作機之間的相互聯(lián)系、液壓機組的程序控制和自動控制的研究。1.3 本設計研究的內容和意義眾所周知，隨著我們國家的政策和經濟的發(fā)展，我們自己意識到模仿別的國家的機器不再能滿足我們國家經濟高速公路發(fā)展的要求，近些年來我們自主設計創(chuàng)新的機械產品已經越來越多。我們只有自主生產出先進水平的機械，才能真正的擺脫國外對我們技術上的壟斷，我們才能在國際上更具有競爭力。本設計設計的是全自動液壓磚壓機的機械部分的設計，對磚壓機的機架進行詳細設計。用現(xiàn)代的設計方法和技術，實現(xiàn)對磚壓機的設計制造，以優(yōu)化磚壓機，減輕機器自身重量，節(jié)省材料等，提高其可靠性、調控性、穩(wěn)定性等。陶瓷液壓磚壓機是現(xiàn)代陶瓷生產線的核心關鍵設備，是機、 電、液、氣一體化的高技術專用設備。而研究寬體磚壓機，可以提高生產效率，降低生產成本，獲得更好的經濟效益。此次我們研究的是全自動液壓磚壓機的機械部分，為了提高效率，可以加寬壓機的工作臺。增加磚壓機工作臺寬度可同時進行多塊墻地磚的壓制。研究的磚壓機的機械部份，用CAD畫出其二維視圖，用PRO/E畫出其三維模型,然后用ANSYS軟件對其有限元分析代替?zhèn)鹘y(tǒng)的方法，優(yōu)化設計，以節(jié)省材料。目標。一、實現(xiàn)磚壓機同時壓制墻磚 600mm×600mm(3片)，360mm×450mm（6片/次），450mm×600mm(5片/次)，500mm×500mm(4片/次)；二、實現(xiàn)磚壓機的最優(yōu)設計（減輕重量、提高疲勞強度等）。設計原理早期的磚壓機采用的是螺旋傳動，而螺旋傳動只能傳遞的壓制力相對較小，磚對磚壓機的發(fā)展有很大限制，直到后來人們引入了液壓傳動，使壓制力有很大的提高，并且可以壓制出多種規(guī)格的磚，大大提高了生產效率。煙臺南山學院畢業(yè)設計 第4頁2.1 液壓磚壓機工作原理圖2-1液壓磚壓機的工作原理1－小柱塞2－大柱塞3－坯體。液壓磚壓機是根據靜態(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傳遞能量的機器。其工作原理如圖2-1所示。2圖2-1 液壓磚壓機的工作原理2.2 液壓磚壓機主要特點根據液壓磚壓機的工作原理可知，采用液壓傳動具有以下優(yōu)點：（1）更容易實現(xiàn)大型化。因為油壓和活塞的面積變動的方位比較大，壓制力F=A×P，只要增大活塞面積 A和提高油壓力P，就可得到大噸位的液壓磚壓機。目前已有公司宣稱研制出一萬噸液壓磚壓機。由此可知采用液壓傳動的磚壓機容易獲得更大的工作壓制力，以滿足壓制大規(guī)格制品的要求。（2）可方便地實現(xiàn)對壓制過程中的速度、 壓力、保壓時間等參數實行控制和調節(jié)。（3）對磚坯施加的壓力為靜壓力，因此工作平穩(wěn)，有利于磚坯的壓制成形。（4）容易實現(xiàn)磚壓機的自動化操作?？傮w方案的論證和選擇全自動液壓磚壓機主機部分（又稱機械部分）主要由機架、壓制油缸、增壓缸、煙臺南山學院畢業(yè)設計 第5頁頂模裝置、布料裝置及排氣、安全裝置等組成。本設計主要研究機架和壓制油缸的選擇。3.1 壓制油缸的選擇本設計擬采用活塞式油缸，油缸倒置并將其和活動橫梁做成一體，即倒置式組合主油缸。改善了活動梁的受力狀態(tài),使壓制力更加均勻,有利于坯體成形。現(xiàn)在磚壓機的油缸主要有兩種形式一種是活塞式油缸（圖3-1（a）），另一種是柱塞式(圖3-1(b))。我們將通過下面的比較，確定選擇哪一種油缸更符合本設計的要求。（a） (b)圖3-1液壓磚壓機壓制油缸示意圖1活動橫梁 2 活塞 3 柱塞活塞式油缸被活塞分隔為兩個腔，因此可以獲得正反兩個方面的運動。它屬于雙作用油缸。當活塞腔通入高壓油，活塞桿腔回油時，即為工作行程；當活塞桿腔進油，活塞腔回油時，則可實現(xiàn)回程，故不需要另外設置回程缸。由于活塞式油缸不需另設回程缸，所以結構緊湊，零件少，安裝空間小。活塞在運動時，除了活塞桿有導向作用外，活塞沿缸壁滑動，同時擁有導向作用，并且導向長度較長，所以活塞式油缸導向性能好。高壓端的密封填充件的微小滲漏屬內泄漏，所以活塞缸密封件的壽命較長，在不影響使用性能的前提下，一些微小泄漏不影響密封件的繼續(xù)使用。柱塞式油缸是一種單作用油缸，只能從一個方向加壓，所以要靠另外的油缸實現(xiàn)回程。柱塞在油缸中上下移動時是在導向套（環(huán)）中滑動的。一般導向套長度較短，為了加長導向距離，以便承受較大的偏心力矩，可在柱塞的兩端安裝導向套。此外回程缸的另一個作用是用于導向作用。柱塞缸的密封的壽命較短，原因是柱塞煙臺南山學院畢業(yè)設計 第6頁缸一端通高壓油腔，另一端直接與大氣相通，兩端的壓力差較大，很容易導致微小的滲漏，造成污染環(huán)境和坯體，影響油缸使用。柱塞在導向鋼套中作往復運動，偏心載荷斷還會發(fā)生傾斜，因此校塞表面必須具有足夠的硬度及光潔度，以免過早磨損或表面拉毛而導致?lián)p壞。拉壞后，會直接影響密封件的壽命，引起高壓液體的漏損，甚至每隔半月就必須換一次密封件，嚴重影響生產。通過上面的比較我們將選擇活塞式的油缸。油缸的裝配也有兩種形式：一種是正常安裝與上梁做一體（圖 3-2），一個是倒置安裝下梁做成一體（圖 3-3）。圖3-2主油缸與上橫梁合一結構圖3-3主油缸與動梁合一結構1橫梁2缸蓋3活塞4缸體5法蘭1橫梁2活塞3缸蓋4缸體5動梁一般情況下，將油缸安裝在上橫梁上，活塞桿與活動橫梁相連接。大噸液壓磚壓機采用將活塞式油缸倒置的結構，即將活塞桿與上橫梁固連，活塞桿固定在上橫梁上，將油缸與活動橫梁做成一體，讓缸體活動橫梁作同步運動。工作原理同普通活塞式油缸一樣，但具有如下優(yōu)點：①增加了活動橫梁受力面積，大大改善了活動橫梁的受力情況，提高了活動橫梁的剛性，使其受力變形小，使磚坯壓制更加均勻，有利于磚坯的壓制成形，提高磚坯壓制質量。②油缸倒置和梁結構的簡化，從而大大降低了加工難度，也不需要在上橫梁的加工出油缸，從而大大提高梁的強度，減小了主機的尺寸。由于倒置有以上優(yōu)點，煙臺南山學院畢業(yè)設計 第7頁所以本設計將選擇倒置式油缸。③主油缸與動梁合一結構是大型磚壓機的結構形式（如圖3-3）。主油缸采用筒形無缸底結構，利用動梁的上平面作為油缸底部，通過獨特的密封結構和柔性聯(lián)接將主油缸和動梁連成一體。不僅僅具有油缸倒置式結構的優(yōu)點，而且同帶缸底倒置油缸結構相比，重量大大減輕，大大提高了磚壓機的運動速度及工作效率；油缸的重量減輕一半以上，主機高度可適當降低，徹底解決了帶底油缸的缸體與缸底連接部位的應力集中難題。綜上所述，本油缸將使用活塞式油缸，而且倒置，油缸做成一體。3.2 機架結構形式的選擇機架承受壓制成形時的全部載荷，因此機架的強度和剛度幾乎決定整機的性能。目前，在陶瓷墻地磚的生產過程中，磚壓機是生產陶瓷粉料干壓成型的關鍵設備，因此磚壓機框架剛性的強弱直接影響了磚坯體的質量及成坯率的高低?？偠灾褪谴u壓機框架的剛性越好，框架變形越小，機械強度、所壓制的坯體密度、成坯率等都越高;反之，壓機機械強度、坯體的密度及成坯率等都較低，嚴重時，甚至成不了型，坯體壓制不出來。機架的性能在機器的整體中極為重要，所以說探討和研究磚壓機框架的設計計算，合理的提高框架的剛性，適當改善其外形尺寸，能有效地減少框架的變形，極大限度地提高磚坯體的質量及成坯率。目前常用的機架的結構形式有梁柱組合機架、拉桿－套筒梁柱組合機架、鋼絲纏繞機架三種，通過下面的比較我們將選出最佳的方案是拉桿－套筒梁柱組合機架。拉桿－套筒梁柱組合機架（圖3-5）。由上、下橫梁與四根立柱用螺母連接而成，立柱由拉桿及套在其外面的套筒組成。裝配時，拉桿兩端分別穿過上、下橫梁的通孔，可用專用千斤頂或者加熱使拉桿伸長，最后用螺母擰緊。這樣，拉桿受一個預拉力的作用，能夠全長預緊。套筒受壓而拉桿受拉，使上下橫梁構成一封閉的框架，使整機的剛性更好，強度更大。開機運行時，機架承受脈動載荷，循環(huán)特征r=0。立柱給予預拉力后，脈動載荷與預拉力疊加，則會改變載荷的性質。如果設計得當，載荷的循環(huán)特征可大些，性質接近于靜載荷。這樣的話，拉桿就可以使用材料的屈服極限而不是持久極限特征來進行強度校核，材料本身的性質得到充分的利用，拉桿截面可以減小一點。拉桿－套筒梁柱組合機架的結構形式適用于中等壓力的磚壓機，即可用于3800噸磚壓機。煙臺南山學院畢業(yè)設計 第8頁梁柱組合機架（圖3-6）雖然制造和裝配都比拉桿－套筒梁柱組合機架簡單，成本也相對較低，但是剛度和強度都略遜一籌，在壓制的時候容易產生較大的變形，性能也不夠穩(wěn)定，只適合噸位小的磚壓機，不適合中型磚壓機的使用。鋼絲纏繞機架(圖3-7)現(xiàn)在是世界大噸位壓磚機比較常用的一種結構形式，由兩個半圓梁，兩立柱預應力絕緣繞組。利用預應力鋼絲束柱施加足夠的預緊力，梁柱上的拉應力大部分轉化為壓應力，從而大大降低了拉伸力所造成的疲勞裂紋增長和提高，由于壓磚機構架的疲勞強度和剛度。在機架中較少使用的形式，技術尚未達到相應的水平，有一定的制造和裝配難度大，成本高，它主要用于大噸位壓磚機。3800噸磚壓機是中等壓力的磚壓機，用拉桿－套筒梁柱組合機架的結構形式完全能夠滿足要求。圖3-5拉桿-套筒梁柱組合機架圖3-6梁柱組合機架1橫梁2動梁3立柱4套筒5底座1橫梁2動梁3立柱4底座煙臺南山學院畢業(yè)設計 第9頁圖3-7 鋼絲纏繞機架1上梁2動梁3導柱4底座5支腳綜上所述，本設計將選擇拉桿－套筒梁柱組合機架。磚壓機各主要零部件的設計4.1 各零件的結構設計4.1.1 主機的結構從前面方案的選擇中我們選擇了現(xiàn)在比較常用的拉桿套筒式的梁柱式的結構形式，如下圖（4-1）所示圖4-1拉桿套筒式的結構煙臺南山學院畢業(yè)設計第10頁4.1.2 上橫梁的結構設計我們采用梁柱式的結構，在上橫梁上需開四個立柱孔。為了結構的美觀我們將把充液箱放在上橫梁，把兩者做成一體，即上橫梁上表面要開一個孔， 做為充液箱?；钊麠U和上橫梁之間采用法蘭連接，連接處開孔。螺母連接處開沉孔，在套筒、法蘭連接處都要設計有凸臺。考慮到材料的成本，橫梁內部可以適當的挖空。其結構簡圖如圖（4-2）所示。形狀尺寸要求：①立柱孔尺寸一般比插入端尺寸大 1-2mm。②立柱螺母鎖緊的表面（沉孔表面）平面度≤ 0。③與活塞接觸的表面平面度取 0.1，垂直度?。ㄏ鄬τ谳S線）0.05。圖4-2上橫梁的結構簡圖4.1.3 活動橫梁的結構設計由于我們才用油缸倒置的形式，我們將要做成缸梁一體式的，活動橫梁上也開有四個立柱孔。由于活動橫梁在運動中的精度要求比較高，因此我們在套筒和上橫梁之間加導套。下面還要有 T型槽，如下圖（4-3）。形狀與尺寸的精度要求：①活動橫梁下表面的不平面度取

0.05，工作的平行度取

0.08。②孔前后左右的中心距偏差取±

0.2，孔對角方向上的公差由下面的公式R

x

*

x

y

*

y（式中

R、

R對角上孔的間距及公差；

x、

x左右方向上的間R

R距及公差；y、 y前后方向的間距及公差。）H7③立柱孔與導套的外圓的配合精度n6煙臺南山學院畢業(yè)設計第11頁圖4-3 活動橫梁的結構簡圖4.1.4 下橫梁（工作臺）的結構設計下橫梁承受機器的主要壓力，支撐整機重量與沖擊力，需要固定梁，安裝頂模裝置，我們的設計是一個寬體壓磚機，桌下梁應相對寬。在不影響梁的強度的前提下，我們可以對梁壁適當的挖空，具體結構形式如（4-4）所示。形狀尺寸的精度要求①工作臺面的平面度 0.05②鎖緊螺母與之貼全的平面的平面度 0.16③立柱孔比立柱大 2mm圖4-4 下橫梁結構簡圖4.1.5 立柱的導向導套設計活動橫梁與立柱配合間的導套是磚壓機運動部分的導向裝置，它對機器的運動精度，壓出來的磚的尺寸精度，模具壽命及機身受力等有很大的影響，因此導向裝置的設計也是非常重要的。拉桿套筒式的導向精度比較難保證，主要是由于配合面多，累積定向誤差大，為了保證活動橫梁的較高導向精度，我們在活動橫梁導向處要加導套，導套的形式用圓筒式的。為了減小加工難度，將上下橫梁做成凸臺形式。上面我們在設計上橫梁的時候已經初步的設計了導套，厚度取 20,高取40.現(xiàn)在我們對其進行詳細設計?？紤]到安裝的方便性，我們把導套做成凸式的，然后用壓蓋將其固定，上面再加有防塵圈和毛線絨。其結構簡圖如圖 4-5所示煙臺南山學院畢業(yè)設計第12頁圖4-5拉桿套筒結構簡圖4.2 各主要零部件的初步設計計算4.2.1立柱拉桿初步設計計算壓機在工作的時候，立柱只承受拉力，套筒內承受壓力?？偟念A緊力一般為公稱壓力的1.2-1.5 倍，這里取1.5倍。我們可以以螺栓的設計方法為基準進行拉桿的設計。4.2.1.1 受力分析①拉桿的受力分析如下圖所示：②磚壓機在工作的時候是受力情況是在不斷變化的，所以立柱受的拉力也是變化的。和螺栓受力變化一樣如下圖所示（《機械設計》P86）煙臺南山學院畢業(yè)設計第13頁其中：：每根立柱受的壓機工作時所受所受力：工作壓力（F＝p/4，其中p是公稱壓力）：立柱受的總拉力F:應力幅C1: 立柱拉桿的剛度C2: 上橫梁各套筒的剛度△λ：拉桿加載后外伸長的長度上橫梁和套筒加載后被壓縮后的增量由《機械設計》公式得Q＝Qp+C1FC1C2/C2QP=Qp-FC1C2n-n截面所受的圖如下圖煙臺南山學院畢業(yè)設計第14頁/ C由QP=Qp-C1C1由Q＝Qp+C1 C2

2F=1.5-0.8F=0.7FC2F＝1.5F+0.2F＝1.7F由F＝P/4＝3.8107/4N＝9.95106N得Q＝1.6915107N4.2.1.2 材料選擇本設計中立柱的材料將選擇 35CrMo，以下是35CrMo的特性系數及力學性能：屈服極限MPa抗拉強度b980MPas835彈性模量E2.0741011MPa泊松比＝0.3由于立柱比較大，受力也比較大，需使用鍛造的方法對其進行加工， 35CrMo這種合金鋼具有良好的鍛造性能，非常有利于立柱的鍛造。4.2.1.3 拉桿直徑計算初步的計算拉桿的直徑 d，取安全系數 ns=3[ ]＝ s=835=278MPans3F][Q由A得到＝0.272mdAd2[]44螺紋型式的選擇，小于500噸的一般選用公制細牙螺紋，對大于500噸的選用單線細牙鋸齒形螺紋(按重型機床行業(yè)標準Q／ZBl73—73選用)。查閱《機械零件設計手冊上冊》499頁，選用大徑d=300螺距P＝12中徑d2=291小徑d1=279.14(螺母大徑D＝300中徑D2＝291小徑D1＝282）。由于d1=279.14>272可以滿足要求。故取d=300。4.2.1.4 螺母的設計立柱一般有整體式與對開式兩種。整體式多用于中小型液壓機，一般小于 500噸，對開式多用于大于 500噸的液壓機。材料一般選用 45鍛鋼件。螺母高度?。篐=1—1.5d煙臺南山學院畢業(yè)設計第15頁螺母外徑取：

D＝1—1.8d式中

d為螺紋直徑，設計中螺母的高度

H＝1.2d＝1.2

300＝360，螺母的外徑D3＝1.5d=450，由螺紋的設計可得到螺母的大徑

D＝300、中徑

D2＝291、小徑

D1＝282。4.2.1.5 防松裝置的設計由于螺紋連接的柱在變負荷工況下，很容易松動，壓磚的工作壓力是不允許出現(xiàn)松動，松枝將不僅是有風險的，而且會影響壓磚機的壓制效果，所以需要防松設計。參照《機械設計手冊》，我們采用摩擦防松中的對頂螺母。兩螺母對頂后，旋合螺紋之間始終有摩擦力和壓力的作用，通過兩種力的相互作用達到防松的目的。工作載荷變動的時候，該摩擦力仍然存在。由上面可知螺母高度為360，故我們的兩個螺母高度和大于等于360，取每個螺母的高度為180。4.2.1.6 疲勞強度校核由于磚壓機在工作時立柱受交變應力， 我們有必要對它進行強度校核。 由上面已知安全系數S=3。立柱受的最大拉力Fmax=1.7F=1.6915107N，F(xiàn)min=1.5F=107，應力幅F2.7106Ｎ，應力保持不變，由《機械設計》1.425N32機械零件的疲勞強度計算：m=FmaxFmin=223MPa2Aa=F=38MPaA根據《材料力學》P359式（11-16）nK1a m其中：n——工作安全系數；——對稱循環(huán)的持久極限；a ——應力幅； m——平均應力；——有效集中應力系數；煙臺南山學院畢業(yè)設計第16頁——尺寸系數； ——表面質量系數;——試件材料常數，對于合金鋼 =0.23—0.3。查《機械設計手冊》第二卷 P11106表11.6-4，立柱受抗壓 0 1.42 11 0.23(s b) 0.23(835 980)=417.450 1.42 417.45 592.779MPa我們選擇的材料是 35CrMo,查表得 =0.28，查表得螺紋連接的尺寸系數=0.5；由《機械零件設計手冊》查表 6-5得有效應力集中系數 k≈2；查《機械設計手冊——疲勞強度設計》表 3-2得[n]=1.7，所以：n417.5=1.95≥1.7380.284223因此立柱是安全，滿足要求。4.2.2 套筒的初步設計計算4.2.2.1 套筒厚度的設計全自動液壓壓磚機采用套桿形式。套筒在工作過程總是在壓縮，通過設計表明，上柱套始終受壓，最大壓力即為預緊力：1.53.8107=7Fmax=1.5F=N41.42510最小壓力Fmin=0.7F=0.73.8107=6.65106N4在這里初步計算一下它的外徑的大小，材料使用35CrMo,安全系數ns=3，則[]＝278Mpa，由于套筒和立柱是部分接觸，套筒內徑d初取330由1.5F[]得D2(0.3)21.331074得Ｄ389,這里取Ｄ＝400。(D22)3.14278106d44.2.2.2套筒的校核①壓桿穩(wěn)定性的校核煙臺南山學院畢業(yè)設計第17頁由《材料力學》9.5壓桿穩(wěn)定的校核，由公式（9.8）求出2E2(210109)150p830由于套筒是可簡化成一端固定的，另一端鉸支，=0.7。截面是圓環(huán)形，i=I=32(D4d4)D2d2A(D2d2)80.14l10.7(初取l=1300)，i1所以不能用歐拉公式計算臨界壓力。由分公式 (9.11)得as980798025.2961667b由于2，所以上面我們的強度計算是可以滿足要求。②疲勞強度的校核套筒受交變應力，F(xiàn)max=1.5F=107，F(xiàn)min=6.65106N1.425Nm=FmaxFmin=190MPa，a=F=138MPa2AA由式（3-2），同上面的1=417Mpa，查表得應力集中系數k=1，查表尺寸的截面系數=1查《機械設計手冊——疲勞強度設計》表3-2得[n]=1.7n1=2.21.7，因此滿足要求。Kam4.2.3 上橫梁的初步設計計算4.2.3.1 受力分析我們可以把上橫梁簡化成梁的形式進行初步設計，本設計油缸采用倒置安裝?；钊麠U與上面接觸面的力可以看成是載荷均布力 q。通過材料力學的知識，我們對上橫梁進行受力分析，求出最大彎矩 ,受力簡圖如下圖所示煙臺南山學院畢業(yè)設計第18頁得知活塞桿的直徑 d=1m，所以均布力 q=p/d=3.8107N/m；受力分析求出力FA，F(xiàn)B，彎矩M由MA＝0,求出FBFB*AB-q*d*AB/2=0FB＝q11.2=q＝1.6107N2.42同理FA＝q＝1.6 107N2剪力圖如下圖所示彎矩圖如下圖所示最大彎矩Mmax＝p*ABq*l2228煙臺南山學院畢業(yè)設計第19頁=3.81072.43.810744=3.61107N.m4.2.3.2 材料的選擇磚壓機的上橫梁、活動橫梁、底座都是采用鑄造的方式生產的。中碳鋼有良好的韌性及塑性，強度和硬性較高，切削性能良好。性能比低碳鋼好。參照其它磚壓機，本設計將采用 ZG270-500。ZG270-500特性系數及力學性能：屈服極限MPa抗拉強度500MPas270b彈性模量E2.0741011MPa泊松比＝0.34.2.3.3上橫梁的設計參照其它磚壓機，取上橫梁的寬b=1400,高h=1400，對其進行初步計算可采用下面這個公式：KMmax[]W其中取K＝1.5，W＝bh2（初步設計把截面看成長方形），脆性材料安全系數可以6取大點，這里ns=4。則[]＝500/4＝125MPa1.51.805107=w1.41.42＝0.49611.8107Pa＝118MPa135MPa，可以滿足要求。4.2.4 活動橫梁的初步設計對于活動橫梁，我們也可以簡化成梁的形式進行初步設計，而不采用機械限煙臺南山學院畢業(yè)設計第20頁制，通過模具墊板傳遞壓力，因此動梁僅受擠壓應力和較小的彎曲應力兩個力的作用。參考其它磚壓機取其寬 b=1120，高h=400，材料和上橫梁的一樣選擇ZG270-500。4.2.5 下橫梁（工作臺）的初步設計4.2.5.1 受力分析對于下橫梁，我們也可以簡化成梁的形式進行初步設計，在壓制過程中下橫梁受的是均布載荷，均布載荷的面積為模具與下橫梁的接觸面積，可以壓制3塊600600,接觸長度大約是 2100，下橫梁的分析計算過程和上橫梁基本一致， 受力簡圖如下圖所示。剪力圖：彎矩圖：煙臺南山學院畢業(yè)設計第21頁最大彎矩Mmax＝p(ABCD)，其中AB大約是中心間距AB初取3200，CD是下模和工作42臺的接觸面而定，一般?。?.35-0.6）倍的中心間距，由于是寬體磚壓機可以比一般的大，所以取0.6倍，即CD=2100。Mmax=1.28 107N/m。4.2.5.2 材料選擇材料和上橫梁的一樣選擇 ZG270-500，G270-500特性系數及力學性能：屈服極限MPa抗拉強度500MPas270b彈性模量E2.0741011MPa泊松比＝0.34.2.5.3 下橫梁的設計參照其它磚壓機，取上橫梁的寬b=1500,高h=1400，對其進行初步計算可采用下面這個公式：KMmax [ ]W2其中取K＝1.5，W＝bh （初步設計把截面看成長方形），脆性材料安全系數取高一點，6這里ns=4，則[]＝500/4＝125MPa，1.51.8525107w1.51.420.52w6＝53.4MPa53.4 [ ]，滿足要求。4.2.6 充液箱的初步設計4.2.6.1 充液箱體積的計算為了保證一定的最低液壓面，以保證氣體不進入管道。充液箱的體積 Q，可由以下公式得出：煙臺南山學院畢業(yè)設計第22頁Q (K n )AS(m3)1 n式中：K——充液體積相對于工作缸的容積，一般取 2-2.5n ——充液箱相中最大壓力和最小壓力的比值一般取 0.7-0.75——工作缸的面積——活動行程由上面可知將K值和n值代入可得Q (4.3 5.5)AS，這里取Q=4.5AS；3由上面我們知道工作缸的直徑 d=1250，活動行程S=190，所以Q=1m。4.2.6.2 充液箱的設計我們設計為圓筒式，初取 D=1200，則h=850；計算壁厚 ，由充液箱的最大壓強取2bar即0.2MPa，用薄壁進行計算：PD2[ ]式中P是1.5倍的最大壓強，D=1200，[]是許用應力，充液箱選用Q235的鋼板焊接而成，安全系數取4，所以[]=58.755MPa，因此0.31200，取=3。2358.75磚壓機各主要零件的詳細設計及三維模型磚壓機的三個都是用鑄造的方法獲得，零件成本 90%是由零件的設計決定。鑄件的設計涉及四個方面的內容：a、壓力鑄造對零件形狀結構的要求；b、壓鑄件的工藝性能；c、壓鑄件的尺寸精度及表面要求；d、壓鑄件分型面的確定。5.1 活動橫梁的詳細設計及三維模型的繪制5.1.1 活動橫梁的總體設計活動橫梁是磚壓機的一個重要的運動部件，在運動中和套筒的摩擦很大，因此需要加導套，厚度可取10—20，這里取10，立柱導套做成對開式，這樣方便裝配與維修，每個導套高約11的活動橫梁導向部分高度，這里約取1，高度80?；顒? 3 4梁采用鑄造工藝方法，由于《機械設計手冊》鑄造大壁厚可取 50，導向部分的高度煙臺南山學院畢業(yè)設計第23頁用套筒直徑D=400和立柱導厚度10，導向套高度等于300，可以確定，活動梁柱孔D=420，立柱凈間距為2400可以確定柱孔的水平距離L1=2820橫梁，立柱縱向間距取200，只是立柱縱向孔間距L2=620，長=3420，寬b=1140，活動橫梁的導向部分的度要大于活動橫梁的活動行程的一半，取300。為了節(jié)省材料，形成一個箱體，在做十字加強筋，厚度100。從《機械設計手冊》鑄造的倒圓角，內部圓角取30，外部取25角。布置設計和鑄造工藝的砂孔，砂孔邊的應力最集中，砂孔一般布置在彎曲應力為零的中性層，雖然彎曲應力為零，但仍有較大的剪應力。砂孔半徑R=100，設置在中性層，6個砂孔。5.1.2T 型槽的設計活動橫梁下表面 T型槽的設計，T型槽是要固定模具。由《機械設計手冊》表7-1可得取a=36，則b=60(允差+3)，c=25（允差+2），h=40，e=2，活動橫梁上分布8個，具體位置與模具決定，三維圖如圖(5-1)所示。圖5-1 活動橫梁三維圖煙臺南山學院畢業(yè)設計第24頁5.2 上橫梁的詳細設計和三維模型的繪制5.2.1 上橫梁的總體設計大型鑄件一般都要做成箱體的形式，由于上橫梁受力比較大，為了保證梁強度和剛度，壁應該厚一些，上橫梁我們設計成箱體形式，這里壁厚取 100?；顒訖M梁左右的中心間距2820，前后的中心間距620，我們可以確定上橫梁的長l=3330，寬(中間截面)b=1400，兩邊寬b1=1150，由《機械設計手冊》箱體拐角處和連接處的倒圓角和《機械設計手冊》鑄件的設計，查得內部圓角都取50，外部取25。砂孔大小取直徑D＝100,在中性面上，在上面兩個面，總共4個，對稱分布。5.2.2 立柱和上橫梁的連接設計由立柱d=300，取其與柱孔接觸部分的直徑為 310，接觸高度為120，上橫梁與立柱的配合間隙原定為 H7，但在實際安裝中，常常由于立柱垂直度公差（或向外n6偏離對角線方向），出現(xiàn)安裝不進去的情況，所以對中小型液壓機，應留有 1—2mm的間隙，這里取2mm，所以上橫梁的立柱孔直徑為312mm（接觸部分），接觸高度h=120，梁的立柱孔高度一般是立柱徑的2.5—3.5倍，這里取等高梁，高度1400。由上下接觸部分均為120,所以不接觸部分為1140，由《JB-ZQ4169-97鑄件設計規(guī)范》，不接觸部分的直徑要大于等于342我們取345，過渡處的倒圓角R=30。螺母與上橫梁的接觸地方加工出沉孔，沉孔的高度＝20，直徑d＝470。套筒和上橫梁接觸的地方要做出凸臺，凸臺高度取20，內徑310，外徑420。5.2.3 活塞桿和上橫梁的連接設計本設計采用油缸倒置的形式，活塞橫桿與上橫梁的連接形式的設計?；钊麠U的直徑 D＝1100,這里我們將采用螺栓連接，螺栓直接從上橫梁充液箱的底部連到活塞桿。綜上所述，和參照目前磚壓機的結構形式設計，其上橫梁的結構形式如圖（5-2）所示。煙臺南山學院畢業(yè)設計第25頁圖5-2 上橫梁三維圖5.3 下橫梁（工作臺）的詳細設計和三維模型繪制下橫梁的設計和上橫梁的設計幾乎相同，下橫梁也采用箱體式，立柱孔的直徑為310，配合精度為H7/h6，厚度為100，加強肋條的厚度為150，直接把上表面加厚取厚300，下表面直接穿透。下橫梁的長度l=3565，寬b=1500，高h=1400，立柱孔的高度 h=900，與上橫梁一樣的結構形式，箱體內部放置螺母。四個地腳螺栓均布在橫梁周圍，對其進行固定，地腳螺栓取 M20，其它的參數和上橫梁一樣。立柱孔與立柱的接觸部分長度 120，所以不接觸部分的長度 660，具體給構形式如圖 5-3所示。煙臺南山學院畢業(yè)設計第26頁圖5-3 下橫梁三維圖5.4 立柱的詳細設計和三維模型繪制5.4.1 立柱上螺紋設計我們采用的螺紋是鋸齒螺紋，螺距P＝12，每個螺母的高度為180，由機《械設計手冊》第2卷6-10中查得螺紋的退刀槽l=1.25p=15、螺紋的總長度395加上過度段的長度25。5.4.2 立柱上各段長度確定由上面我們知道上、下橫梁與套筒的接觸部分的直徑d=310，高度h=100，過度部分的圓角R，都等于10。a段長420，b段和上橫梁連接長度80，c段在上橫梁內部不接觸部分長度1190，g段與上橫梁和套筒接觸部分的長度160，f段上橫梁到下橫梁的長度去掉和套筒接觸部分長度 1400，f 段下橫梁和套筒接觸部分的長度180，在下橫梁內部不接觸的部分長度740，h段是與下橫梁接觸的部分長度80，i段與a段一樣也是420，立柱總長度4670，三維模型如圖（5-4）所示。煙臺南山學院畢業(yè)設計第27頁圖5-4 立柱三維圖5.5套筒的詳細設計和三維模型繪制由上面我們知道套筒的長度 1580，內徑 310（接觸部分），不接觸部分內徑320，外徑 400，上下接觸接觸部分的高度為 100，上面