毕业设计---200吨树脂磨具成型压机设计.doc

机电工程学院毕业设计说明书设计题目: 200吨树脂磨具成型压机设计 学生姓名： 刘新桥 学 号： 200848050907 专业班级： 机制F0809 指导教师： 任彩霞 2012年 5月 10日目 录第一章 设计题目总体说明1第二章 设计分析42.1 压机主机结构设计42.2 最佳设计分析52.3 液压机整体结构设计分析7第三章 液压机主机结构设计计算93.1 立柱结构分析及计算103.1.1 立柱结构设计103.1.2 立柱的强度计算123.1.3 立柱螺纹强度计算123.1.4 立柱的螺母及预紧133.2 横梁结构分析及计算143.2.1 上横梁结构设计及计算153.2.2 活动横梁结构设计及计算163.2.3 下横梁结构设计173.2.4 液压缸结构设计183.2.4 工作台面结构设计22第四章 液压工作站结构设计244.1 液压控制系统原理及分析244.2 液压控制系统元件选择及分析25第五章 工作台结构设计28设计总结30致谢32参考文献33The general staff (1 employees in addition to vice president, director, manager, deputy manager and special positions outside the contract period) to resign, to give 10 days notice, the project manager or department manager, administrative personnel department or relevant responsible person for the relevant visa after departure procedures; in addition to general staff personnel outside the contract period of turnover must submit the resignation report, a month ahead of schedule, the administrative personnel department, general manager of visa before separation procedures; probation employees shall pay in advance 5 resignation report, the project manager or department manager and administrative personnel department visa before departure; positive after special reasons did not sign a contract with reference to general employees Through the staff33第一章 设计题目总体说明本次毕业设计的题目为：200吨树脂磨具成型压机设计。树脂磨具是指在磨具的制造中，在原材料中添加树脂结合剂，使生产出来的磨具性能更优，经济效益更好，使用寿命更高的一种新型的磨具形式，而且在目前工业生产中，磨具的消耗量与日剧增，几乎涉及到工业生产的更个环节，尤其是磨削加工，对磨具的性能更是要求很高，在满足生产需要的同时，提高磨具的性能，延长使用寿命，降低成本，这种新型的磨具必将受到消费者的信赖。与普通的砂轮类磨具相比，树脂磨具由于添加了树脂结合剂，所以它的强度比较高，比一般的磨具性能要有优越性。另外还可以在磨具之中添加入具有加强作用的纤维网或者钢筋，比如我们常见的薄型切割片和磨片。磨具是一项工业消耗品，市场需求量大，磨削过程磨损快而且发热量将大，磨具的损耗加大，而且磨具的更换周期特别短，因此使用性能优越的树脂磨具对现代磨削加工业具有突破性的进步意义。树脂磨具的生产加工一般都是依靠磨料压机来制作的，将生产磨具的原材料金刚砂或者其他形式的原材料添加上树脂结合剂，在给定的公称压力作用下，通过外部动力源提供动力，将材料压制成为需要的结构形式，然后按照顾客的需要和要求，经过一系列的再加工将磨具生产成为满足要求的工业产品。树脂磨具成型压机大多采用的都是液压动力，也有一些小型的液压机采用的是水压机、气压机，但目前工业生产需要的压机绝大部分都是液压机，液压机使用的是液压油，生产过程中运行平稳，液压油性能稳定，而且噪音振动影响都比较小，较其他形式的压机更受欢迎。液压机的发展在我们国家只有几十年的时间，从1957年-1958年之间，我们国家独立自行设计并自行制造了第一批25000KN的中型锻压水压机，到了20世纪80年代，随着我们国家的改革开放政策发展，国民经济得到了迅猛发展，液压机的设计能力及制造水平都得到了很大的发展。虽然我们国家的液压机发展起步比较晚，较国外其他的发达国家落后很多，但通过几十年的发展，也赶上了国际的步伐。目前各类液压机的发展趋势为：1.高精度；2.液压系统的集成化和精密化；3.数控化、自动化与网络化；4.柔性化；5高生产率与高效率；6.环境保护与人身安全保护；7.成线化与成套化。200吨树脂磨具成型压机在设计过程中需要了解的内容有：液压机的组成部分，压机的动力驱动方式，压机的本体结构形式，压机的本体结构组成；液压工作原理，液压工作站的组成，液压工作站的布局；工作台的结构形式，工作台的动力形式，工作台的工作原理，工作台组成。结合这些在设计中需要完成的工作要求，首先我们需要对液压机的工作原理和工作过程进行详细地了解，液压机的工作原理是液压机在液压工作站提供的动力作用下推动活塞运动，从而推动工作平台的运动，在给定的公称压力作用下完成对材料的加压，然后卸载，这就是液压机的工作原理。其次，我们需要考虑的就是液压工作站的工作原理，液压机是怎样控制的，怎样才能完成加压过程。然后需要了解的是工作台的工作原理，工作台是怎样完成对原材料的操作，怎样完成对生产完成的产品的取出工作。这些都是在设计过程中需要完成的作业。液压机在外观上大致相同，只是公称压力不同，所以压机的外形尺寸各不相同。压机主要有三部分组成：液压工作站、压机、工作台。液压工作站主要有电动机、液压泵以及一系列传递液压油动力的组件，主要作用在于为压机提供动力及压制产品。压机主要有三梁四柱组成：三根横梁，其中两根固定横梁、一根活动横梁，四根立柱主要作用在于支撑横梁。工作台主要是三工位和两工位的。成型液压机的工作过程如下：首先在量具上称量一定量的原材料金刚砂，将材料置于其模具中，使用专用工具将材料抚平整，然后将一片圆形树脂结合剂置于材料之上，然后再次称量一定量原材料置于树脂结合剂之上，使用工具抚平整。然后将模具推入压机活动横梁工作台之上，开启压机，首先压机快速启动移动到特定位置，然后慢速移动并在液压站提供的压力下开始对模具加压，完成保压一段时间以后液压工作站撤去压力，活动横梁工作台在自身压力作用下下降，回复到工作台平面，工人师傅将模具取出置于工作站上，通过工作台下方的气缸顶出模具，然后取出产品，完成压制以后产品需要进行检验，将产品置于专用检测装置上，检测产品的均匀度，合格的产品送人下一个工序，不合格的产品需要重新填补均匀。结合在前面提到的在设计过程中需要考虑的那些问题，以及我们进到工厂车间所做的调研结果，可以将本次毕业设计的主要内容和要求罗列为以下几点，作为接下来开始压机设计工作的指导和安排。首先，本次毕业设计的设计内容为：1) 树脂磨具成型厚度为3mm,直径为300mm，孔径32mm； 2) 根据树脂成份，计算树脂磨具所需的压力；3) 设计树脂成型压机。其次，本次毕业设计的工作要求为： 1) 结合设计内容，完成外文文献翻译。 2) 查阅相关资料。 3) 完成实习报告或方案论证报告。 4) 机械部分设计与计算。 5) 绘制装配图和零件图（共折合约4张A0图） 6) 按照学校要求撰写设计说明书。 7) 所有设计内容需做电子档一份备存。本次毕业设计就是我们大学四年学习生活的一个总结，可以说它是我们大学生涯的一个结束点，也可以说它是我们新的职业生涯的起始点。在毕业设计中我们需要运用到我们在大学四年中学习到的各种文化知识，在设计的时候我们可以对以前学到的知识进行一次复习和总结。另外，做这项设计也是对我们的学习能力、思考能力和严谨的工作态度的培养，只有在不断的学习和思考中，我们才能完成对问题的解决，这对以后的工作学习都是一次很好的尝试锻炼和能力培养。而且在设计中，我们通过实际的调研学习，深入到工厂车间观察了解机器的结构，了解机器的工作过程，理解机器的工作原理。通过调研学习发现问题，提出问题，然后通过查阅资料、浏览网页、询问指导老师等方式培养我们解决问题的能力。通过一次一次的深入，一步一步的改正，反复的查阅各种资料文献，最终完成设计要求，在这个过程中好好磨练一下自己，为以后的工作做准备。第二章 设计方案分析液压机根据其主机的结构形式大致可以分为单柱活塞式液压机、龙门液压机、三梁四柱式液压机三种形式。每种结构形式的液压机都有适合该种结构形式的生产环境和生产范围，生产的产品尺寸大小、操作人员可以利用的工作空间大小、液压机的公称压力大小都是影响总体设计方案选择的因素。因此，在设计过程中可以根据生产需要和产品需要选择合适的设计方案。2.1 压机主机结构方案选择 单柱活塞式液压机具有整体结构的刚性好，导向性能相对较好，运行速度较快等一系列特点，单柱活塞式液压机一般都采用的是整体焊接的坚固开式结构，这种几个可以使液压机机身保持足够好的刚性，同时也拥有宽敞的操作空间。由于单柱液压机主机只有一个立柱，在较大的公称压力作用下工作时，整体受力会产生偏移，在生产磨具时会在生产制品的一侧产生较大误差。单柱式活塞液压机机身结构最大的缺点就是是机身为悬臂梁受力，因此机身的变形较大，而且机架刚度很差。在大中型液压机设计中，如果对精度要求较高的时候，一般情况下都可考虑采用这一结构形式来设计液压机。双柱活塞式液压机又可以叫龙门式液压机，这种结构形式的液压机适用于各大、中、小型企业进行压制外形作业，在此机构的基础上装上压力表又可以进行千斤顶测试。其工作原理为：通过上腔进油，在液压力作用下，活塞向下运动，柱塞推动活动横梁运动，产生压力实现压制磨具的功能，压制完成后下腔进油推动活塞向上运动，使活动横梁向上运动。双柱液压机适用于小压力下磨料制品生产。上压式四柱液压机：机器具有独立的动力机构和电气系统，采用按钮集中控制，可实现调整、手动及半自动三种工作方式：机器的工作压力、压制速度，空载快下行和减速的行程和范围，均可根据工艺需要进行调整，并能完成顶出工艺，可带顶出工艺、拉伸工艺三种工艺方式，每种工艺又为定压，定程两种工艺动作供选择，定压成型工艺在压制后具有顶出延时及自动回程。下压式液压机采用下压式，在压制过程中液压站提供的动力需要克服活动横梁的重力作用，在一定程度上消耗大量的能量，虽然在完成压制工步后靠自身重力可以回复原来的位置，在设计大吨位的压机时不适合使用。四柱式结构最显著的特点是工作空间宽敞、便于四面观察和接近模具，整机结构简单，工艺性较好，但立柱需要大型圆钢或锻件。最大的缺点是承受偏心载荷能力较差，最大载荷下偏心距一般为跨度的3%左右，由于立柱刚度较差，在偏再下活动横梁与工作台间易产生倾斜和水平位移，同时立柱导向面磨损后不能调整和补偿。这些缺点在一定程度上限制了它的应用范围。对比可知，四柱液压机在本次设计200吨树脂磨具成型设计中较合适，经济实惠，能耗小，生产产品精度高，生产效率高，因此选用上压式四柱液压机的设计作为本次设计方案。2.2 最佳方案分析四柱液压机是油泵把液压油输送到集成插装阀块，通过各个单向阀和溢流阀把液压油分配到油缸的上腔或者下腔，在高压油的作用下，使油缸进行运动。液压机是利用液体来传递压力的设备。液体在密闭的容器中传递压力时是遵循帕斯卡定律。四柱液压机的液压传动系统由动力机构、控制机构、执行机构、辅助机构和工作介质组成。 动力机构通常采用油泵作为动力机构，一般为积式油泵。为了满足执行机构运动速度的要求， 选用一个油泵或多个油泵。低压（油压小于2.5MP）用齿轮泵；中压（油压小于6.3MP）用叶片泵；高压（油压小于32.0MP)用柱塞泵。各种可塑性材料的压力加工和成形，如不锈钢板钢板的挤压、弯曲、拉伸及金属零件的冷压成形，同时亦可用于粉末制品、砂轮、胶木、树脂热固性制品的压制。其加工工作过程为：操作工人将磨料放入模具中，分布均匀后推人固定横梁工作台上，液压泵工作，将液压油通入油箱上腔，在油压作用下推杆向下运动推动活动横梁向下，完成加压过程，然后向油箱下腔通入液压油，推动活塞向上运动，此时取出已加工完成的产品置于工作台上，通过工作台上的突出顶杆对准模具中心孔，加压将磨具从模具中顶出。四柱式液压机机身结构最显著的特点就是液压机整体的工作空间范围比较宽敞，结构比较简单，便于操作人员从四面进行观察和接近模具，液压机的工艺性能较好，但是立柱承受较大载荷，因此立柱材料需要大型圆钢或锻件。四柱液压机的最大的缺点是立柱承受偏心载荷的能力比较差，在最大载荷作用下偏心距一般为液压机整体跨度的3%左右，而且立柱刚度较差，这些缺点在一定程度上限制了它的应用范围。四柱活塞式液压机工作原理图2-2如下：图2-2 四柱活塞式液压机工作原理图2.3 液压机整体方案选择1、动力机构的选择本次设计主要目的是根据已知的条件公称压力和产品的结构尺寸来设计液压机的整体结构，首先需要设计的结构就是液压机的主机结构，主机主要有三个横梁，四根立柱，还有提供压力的动力机构-液压缸。本次设计的公称压力为200吨，属于中小型液压机的范围，所以在选材方面偏向于中小型的尺寸，因此液压机的动力机构选择为单个液压缸，由各种控制阀配合在一起完成控制作用，最终为液压缸提供足够大压力油，从而完成压制工作。2、加工工艺的确定 本次设计的液压机主机结构中各部分，根据结构形式和大小尺寸等因素分析可知，三个横梁采用的是铸造件，然后再在横梁的一个或两个表面上进行铣平面，根据配合的精度要求，依次进行粗加工。精加工。另外，四根立柱要求承受较大的应力，为了满足足够的强度和刚度，立柱材料选用锻造件，然后再采用车削的加工方法，保证立柱的表面粗糙度和表面的平面度，与横梁连接的工作面板需要承受较大的压力作用，而且需要足够高的表面粗糙度和平面度，一般情况下，工作面板选取锻造的钢件。此外液压缸结构可以由标准件和其他零件组合装配获得。3、运动路线的选择根据生产的加工要求和液压机结构特点，主工作缸的工艺过程为：活动横梁快速下降慢速下降工作加压保压延时快速回程原位停止。4、总体布置本次设计的任务为对液压机主机、液压工作站、工作台进行设计，主机结构中主要就是立柱与横梁的连接，液压缸与上横梁和活动横梁的连接，在设计过程中需要对这些连接结构进行设计和计算并进行强度校核，以确保设计的机构能满足设计要求。液压工作站部分主要就是各种控制阀和电动机、液压泵的连接，根据加工的需要完成各种工作需要的转换，另外就是油箱的设计，为了整体的布局美观和布置节省空间，一般将控制阀及辅助工具放置在油箱上方，通过合适的连接方式装配在一起。最后就是工作台部分的结构选择和设计，工作台面上主要就是模具，工作台上方的顶出装置一般有两种情况，一种是气压传动，在工作台面上设计专用的夹具，将模具置于夹具上，通过气压传动，将模具顶开。另一种形式就是脚踩的连杆机构，通过一系列的传递作用，将工作人员脚施加的压力传递到模具上，完成磨具的取出过程。第三章 液压机主机结构设计计算四柱式液压机目前在国内外都属于最常见的，也都是较其它形式的液压机应用最广泛的。四柱液压机四根立柱承受载荷均匀，在中小型液压机中属于承压能力较强的一种形式，而且结构简单，容易制造和维护，也便于工作人员操作，安全性能好。另外，四柱式液压机由于其结构的优势，可以在情况允许的时候在工作台相对的位置上相继工作，这种设计也在很大程度上提高了生产效率，深受用户的欢迎。典型的四柱液压机结构如图3-1所示：图3-1 四柱式液压机主机上各零件初步设计可取下列数值：（1）立柱：按平均拉伸应力取500公斤力/平方厘米的时候来决定立柱的最小断面直径。（2）上横梁高度：一般初步取值为立柱中心距的0.4-0.8倍。（3）活动横梁高度：一般初步取值为立柱中心距0.3-0.6倍。在中心载荷受力时，取较小数值。若为偏心载荷较大时取较大数值。（4）各梁结构：根据实际情况应尽可能设计成箱形断面结构形式。四柱液压机的一些基本参数表一般如表3-1所示：表3-1 四柱液压机基本参数公称压力t63100200315500上滑块行程mm500600700800900滑块下平面至工作台面的最大距离mm800900112012501500工作台有效尺寸左右*前后mm500*500630*630900*9001120*11201400*1400顶出缸公称压力t16254063100顶出行程mm2002503003504003.1 立柱结构分析及计算立柱式机架是实际生产中压机结构最常见的机架形式，一般由4根立柱通过上端和下端的紧固螺母分别将上、下横梁紧固地连接在一起，组成一个刚性的空间框架。3.1.1 立柱结构设计 在中、小型液压机设计中，常用的连接形式有以下几种，如图3-2所示： （1） （2） （3） （4）图3-2 立柱结构形式 形式（1）是立柱通过台肩分别承载上横梁和底座，然后用锁紧螺母将立柱和上横梁、底座紧固在一起。在这种结构形式中，上横梁的下表面与底座的上表面间的距离与平行度，全部只能依靠这4根立柱上的台肩间结构尺寸来保证，因此这个形式的结构装配简单，不需要做调整，不过装配以后机架整体的精度也都没办法再进行调整了，而且这个连接方式对立柱台肩间尺寸精度要求都很高。因此，这种结构形式在小型简易的并且在无精度要求的液压机设计中应用比较多。大中型的液压机不太适合选用。形式（2）立柱上端通过台肩承载上横梁，而下端依靠两个螺母来连接底座和立柱，虽然调整和加工不是很复杂，但立柱的预紧效果不好。形式（3）跟形式（2）相似，只是将上下连接方式调换一下，虽然精度调整比方式（2）方便，但这两种方式都不适合。形式（4）是将立柱上下都做成内外螺母式的结构，用螺母代替形式（1）中的台肩的作用，上横梁下表面和底座上表面的水平度以及两个平面之间的平行度和距离都要依靠在装配时内螺母的调整，调整比较麻烦，不利于实际生产需要。对比以上四种连接形式，我们可以很清楚各形式的优缺点，因此在立柱连接形式选择的时候，我们会很明确的选用形式（1）所示的连接形式。3.1.2 立柱的强度计算液压机主机结构立柱与三根横梁组成了一个封闭形式的受力框架，在承受偏心载荷的时候，立柱不仅要承受立柱轴向的拉力，还要承受在横向上产生的侧推力和弯矩。但在某些液压机中，例如中小型的液压机中，由于工作需要而经常承受反复加载和反复卸载，尤其是在反复卸载的时候会有能量的突然释放，这些情况都会引起液压机整体的振动，因此立柱的强度计算比较复杂，需要考虑的因素比较多。四柱液压机四根立柱均匀分布，在液压缸施加载荷作用时，一般情况下立柱承受的是中心载荷，四根立柱平均承受轴向的拉伸载荷。其中 -液压机承受的公称压力（N）； -立柱结构中最小直径（cm）； -立柱的数量； 立柱使用材料的许用拉伸应力，对45钢，一般可取50-80MPa。将结构尺寸代人上式知：=由于立柱与横梁连接孔在制造和装配过程中存在制造偏差和装配误差，在液压缸施加压力的过程中，立柱会承受一定的偏心载荷，由于偏心载荷与轴向应力相比远小于轴向应力，因此可以忽略这部分的影响。3.1.3 立柱螺纹强度计算 根据结构设计的结果已知：d=14cm，=12cm，S=0.3cm，h=15cm，k=0.8 n=4，= 螺纹受力为： 螺纹底端厚度为a=KS=0.80.3=0.24cm 剪切应力为： 挤压应力为： 3.1.4 立柱的螺母及预紧 立柱螺母一般情况下都是圆柱形的，小型液压机的螺母一般都做成整体式的，当立柱的直径在150mm以上时，才会将立柱螺母做成组合式的，由两个半螺母通过螺钉紧固在一起，一般都使用的是35-45锻钢材料或者是铸钢件。 根据机械行业标准JB/T 2001.73-1999，立柱螺母的尺寸都是有要求的，螺母外径大约为螺纹直径的1.5倍左右。小型液压机中的螺纹形式一般都选用公制细牙螺纹，大中型液压机一般会选用45度的齿形螺纹。立柱的预紧一般可以分为加热预紧和液压预紧。加热预紧属于比较常用的预紧方法，这种预紧方式需要在立柱的顶端开加热孔，其深度应该略大于横梁配合的高度，同时在装配时需要在立柱两边同时加热。使用液压预紧的方式一般操作比较简单，需要的时间较短，效率也非常高，所以这种预紧的方式也越来越普遍被使用。立柱螺母一般形式如图3-3所示图3-3 立柱螺母3.2 横梁结构分析及计算液压机主机结构中非常重要的部件就是主机的三个横梁，其中包括上横梁、活动横梁和底座。主机的横梁结构外形尺寸一般都比较大，重量也比较大，占主机结构全部重量的绝大部分，所以说为了节约材料，减轻主机结构的总重量，一般情况下横梁结构都做成箱型结构，在安装液压缸或立柱的位置上都做成圆筒形结构，在较大的横梁结构中做成中间加设肋板的箱体结构，在承受载荷较大的位置设置足够的肋板，从而提高横梁整体的刚度，降低局部的应力，防止由于应力不均衡而造成的损坏或事故。将横梁做成箱体结构，再配合着肋板的加固，一方面可以减轻横梁的重量，另一方面又可以提高横梁整体的强度和刚度。横梁一般都是由铸造或焊接而成的，目前国内外的液压机横梁结构一般都是铸造而成的，大多数采用的是铸钢，例如ZG35铸钢。也有一些公称压力在2000KN以下的小型液压机采用的是铸铁，例如HT20-40。在设计横梁结构时要注意各部分结构的厚度变化均匀，特别是铸造件，铸造的成品一般要求是厚度要均匀，不能有突然较大的变化，以免在铸造中冷却的时候由于不均匀冷却，而在横梁上产生内应力。在横梁的设计中，横梁的宽边尺寸是由立柱宽边的中心距和工作液压缸的位置而决定，其中上横梁和活动横梁的窄边应该尽可能小点，横梁的立柱孔高度一般是取立柱直径的2.5至3.5倍左右，横梁的中间高度由横梁的整体强度来决定的。3.2.1 上横梁结构设计及计算上横梁的作用主要在于连接液压缸和连接立柱，在四个边角上需要和四根立柱线连接，在中间位置需要和液压缸体相连接。与立柱连接时属于间隙配合，也就是上横梁预留的立柱孔一般都比立柱插入上横梁部分的外径大一些，在中小型液压机设计中一般预留下12mm的间隙，避免由于立柱装配时产生的误差重叠而导致装不进去的现象。上横梁与液压缸连接时，由于液压缸缸体结构尺寸较大，上横梁中间结构为圆柱形的空洞，为了能使液压缸与上横梁连接紧固，在液压缸缸体上制作螺纹结构，然后在液压缸与上横梁连接的位置，通过锁紧螺母将液压缸紧固在上横梁上，设计这种结构需要考虑的因素有以下几种：1） 活塞工作过程中液压缸缸体与上横梁连接位置承受的压力。由于活塞工作过程中，活塞杆需要提供足够的作用力来完成产品的压制工作，这个过程中产生的作用力对上横梁的反作用力较大，这就要求上横梁与缸体连接位置足够牢靠，防止由于作用力偏大而导致缸体与上横梁连接受损，造成严重的生产事故。2） 液压缸缸体与上横梁连接位置的平面度。由于活塞杆在缸体内做往复运动，推动活动横梁在四根立柱上上下往复运动，这就要求活塞杆与上横梁的平面垂直度达到一定要求，缸体与上横梁连接平面和上横梁的平面度要高。3） 用于锁紧液压缸缸体与上横梁的锁紧螺母同样需要紧密配合。锁紧螺母不仅要能够锁紧两种结构，还要能够保证两种结构平行度足够高，从而保证锁紧以后能够保证活塞杆与横梁的垂直度。4） 缸体结构尺寸要设计合适。液压缸缸体在上横梁中放置时间隙要足够小，间隙偏大时容易导致装配产生较大误差，一方面会导致立柱受力不均衡，影响整体结构的稳定性，影响使用寿命，另一方面会导致缸体与上横梁的垂直度偏差较大，在活塞工作工程中，活塞杆推力方向偏离轴向，造成生产事故。由于横梁一般都制造成箱体结构，在三个方向上结构尺寸相差不大，在初步计算时将横梁化为简支梁来计算。由于上横梁的整体刚度要远大于立柱上的刚度，可以将上横梁简化为简支梁，支点的距离取立柱的中心距。工作缸的公称压力简化如图3-4所示图3-4 上横梁受力图最大弯矩是在横梁的中点 其中 -液压机的公称压力（N）； -液压缸的台肩直径（cm）； -立柱中心距（cm）。将结构尺寸代人公式计算出=3361520kgf/cm最大剪力为最大挠度在横梁的中点其中 -横梁的弹性模量； -横梁的截面惯性矩； -截面形状系数； -横梁的剪切弹性模量； -横梁的截面积。则上横梁在公称压力作用下的总变形为=0.0266cm。3.2.2 活动横梁结构设计及计算 活动横梁的主要作用是与活塞杆连接来传递液压缸的动力，然后与工作面板相连接用来完成对产品的压制。活动横梁四个角设计为四个孔与立柱相连接，通过轴孔的配合，以立柱作为导向，实现活动横梁在立柱上的往复运动，因此活动横梁要能够承受一定的压力。除了要用足够的承受压力的能力，活动横梁还要有一定的刚度和抗弯能力，因此常常设计为壁厚均匀的箱体结构。活动横梁与活塞杆的连接方式有很多种， 考虑到与活塞杆连接一方面需要保证有足够的承压能力，另一方面保证活动横梁的刚度和强度，在横梁结构设计时考虑使用阶梯轴与横梁配合，尽量保证横梁的强度。在本次设计中采用了下图示的联接方式将活动横梁与活塞杆连接在一起，其结构具体如图3-5所示：图3-5 活动横梁与活塞杆连接方式活动横梁在工作过程中，做上下往复运动不承受弯矩，可只考虑横梁受压状况。采用铸铁件时，活动横梁抗压许应力可取800公斤力每平方厘米，采用铸钢件时，抗压许用应力可取1200公斤力每平方厘米.当活动横梁工作时最大弯矩为其它计算方法同上横梁的方法，对于铸铁件许用应力取350公斤力每平方厘米，对于铸钢件许用应力取600-700公斤 力每平方厘米。一般情况下，活动横梁很少因为强度不够而出现损坏的现象，主要出现问题的地方在于螺母连接出现松动，台肩尺寸不够，承载能力受限。3.2.3 下横梁结构设计 下横梁也就是主机的底座，主要作用是承载液压机主机部分的重量，另一方面承载压力作用。底座在四个边角位置与上横梁和活动横梁类似，需要四个孔与立柱配合，特别是和上横梁相似，因为他们同样要用锁紧螺母将立柱与横梁连接在一起，所以其结构形状类似与上横梁的下表面。因为底座还要承受整个主机的重量，所以其结构尺寸较大，承压能力较强。底座一般均为铸造件，而且底座除了上端面需要跟工作面板配合，精度要求高一点，其它的结构无精度要求，在满足强度和承压能力的范围内，设计美观成为一项目标。结合本次设计要求和尺寸限制，考虑到其整体布局，本次液压机设计中底座的结构形式设计为如图3-6所示：图3-6 底座的结构形式3.2.4 液压缸结构设计液压缸是液压机工作的主要部件，液压缸主要完成的是往复运动。一般液压工作缸可选用柱塞式、活塞式或差动柱塞式等几种形式。柱塞式液压缸只能做单向作用，反向运动需要回程缸来实现，本设计不适合选用柱塞缸，本次设计选用了活塞式液压缸作为动力执行元件。活塞式液压缸与上横梁的连接在前面已经介绍过了。液压缸结构如图3-7所示：图3-7 液压缸结构 液压缸的材料可以由油压的大小和工作缸的尺寸大小来选择，对于小型的液压机可以使用灰口铸铁，常用的就是HT200-HT350之间的，其次要求要死高一点的可以选用球墨铸铁，再其次要求更高一点的就选用铸钢。对于活塞式液压缸，缸和活塞的配合大多采用的是基孔制间隙配合，当使用橡胶作为密封材料时，缸筒内径采用H8、H9公差等级，与活塞配合一起可以组成H8/f8、H8/g8、H8/h7等一系列不同的间隙配合。对于活塞式液压缸，国家都有一些标准化的构件。按照国家标准GB/T 2348-1993可知，液压缸内径以及活塞杆外径分别如表3-2、表3-3所示：表3-2 液压缸内径系列810121620253240506380（90）100（110）125（140）160（180）200（220）250（280）320（360）400（450）500表3-3 活塞杆外径系列4568101214161820222528323640455056637080901001101251401601802002202502803203601、主油缸结构尺寸（1）油缸内径 按标准取整=0.320m（2）活塞杆直径 按标准取=0.280m其中 p为液体工作压力，在本设计中选用p为250公斤力每平方厘米 根据结构尺寸得： （3）主压力 P=0.7853232250=198000 （4）回程压力 P1=0.785250（3232-2222）=196252、 密封装置选择 在液压缸中存在几种结构配合和相对运动，各种结构之间都需要一些密封装置和辅助工具来改善液压缸的性能，密封装置的选择也能对液压缸产生很大的影响。一般情况下密封装置可分为Y型密封装置和O型密封装置，Y型密封圈主要用于往复运动中两构件间的密封，由其工作原理可知，Y型密封圈在安装时，需要将唇口朝向压力高的一侧才能发挥较好的作用，因此Y型密封圈只能够在单一方向上向起作用。在配合时一般都选用两个Y型密封圈，将其唇口朝相反的方向放置，在往复运动中可以很好的实现密封的作用。O型密封圈主要作用于一些机械部件之间，在静止状态下或者没有相对运动的情况中来防止油液泄露。与Y型密封圈作用不同，O型密封圈主要用于没有相对运动的两构件之间，而Y型密封圈主要用于具有往复运动的两构件之间，在运动过程中，阻止结构中的液体流出，一方面保证环境的清洁，另一方面主要保证整体的能量传递，减少能量损失。油缸密封结构尺寸如表3-4所示：表3-4 油缸密封结构尺寸油缸直径DmmS（间隙），mmRmm直径方向最大值0-21MPa21-45MPa18-390.30.150.340-590.40.20.560-1990.450.250.8200-2590.50.31.2260-3500.50.31.5350-UP0.60.352.03、主油缸强度计算 对于较长的液压缸，中间部分一般采用的是等厚度均匀分布内压的圆筒结构。除了轴向存在拉应力z外，还有内压引起的径向应力r。根据液压缸工作的情况可知，缸体受力条件不同，一般可以分为中间强度、缸口台肩、缸底强度、缸口台肩三部分来分别计算各处的强度。（1） 中段强度计算液压缸选用45#铸钢件，运用第四强度理论计算知：其中P=250,D=450mm，d=320mm则，故中段强度满足要求。（2） 缸底强度计算 其中P=250,=15cm，d=32cm则，故缸底强度满足要求。（3） 缸口台肩强度计算4、活塞的选择 活塞的结构一般有整体式和组合式的两种结构，整体式活塞是指活塞与活塞杆做成一个整体，这种方式的活塞一般大多用于直径较大的活塞，采用这个结构方式的活塞一般需要在活塞端部使用活塞环来密封，对于尺寸较大的活塞，为了减轻活塞整体的重量，都将活塞杆内部做成中空的结构。组合式活塞是指活塞头和活塞杆分别制造，然后将活塞头和活塞杆通过辅助工具组合在一起，这种形式的活塞制造比较方便，安装和修理也比较方便，在某些部件受损以后，可以通过更换部分组件进行修理，在一定程度上改善了生产效率，降低了生产成本。活塞与液压缸内壁之间一般都是采用精度较高的间隙配合，活塞的表面硬度一般情况下是不能太大的，这是为了避免在相对滑动的时候对液压缸内壁产生较大的损伤。不过活塞属于传递动力的部件，所以活塞必须具有一定的强度。活塞在制造的时候，外径的基本偏差一般采用f级或者g级的。如果采用活塞环环密封的话，基本偏差取f6或者f7；如果没有使用密封的话，基本偏差取f6，活塞内环和活塞杆之间一般采用滑动配合。活塞杆的尺寸公差如表3-5所示：表3-5 活塞杆的尺寸公差尺寸1818-3030-5050-8080-120120-180180-250尺寸公差（f8）-0.016-0.043-0.020-0.053-0.025-0.064-0.030-0.076-0.036-0.090-0.043-0.106-0.050-0.1223.2.4 工作台面结构设计在液压机活动横梁下端面和底座上端面上都需要安装上工作台面，这是由于这两个端面均为工作平面，也就是液压机在工作过程中，需要通过这两个端面对模具的作用，从而实现对磨具的压制，正是因为这个需要，所以这两个工作端面需要加上两块精度和强度都很高的面板。面板与活动横梁连接和面板与底座连接一样，首先面板的尺寸需要根据产品的尺寸来合理的设计和安排，然后面板的表面由于需要跟横梁端面连接，所以面板的表面是需要经过精加工的，表面粗糙度要求很高。另外，面板作为工作平面，在承载压力时需要具有足够的强度和刚度，而且在承压的同时对面板进行加热处理，需要在面板中添加加热的圆柱形加热棒，通过外接到电路上实现加热效果，同时完成加压以后需要快速散热。其机构形式如图3-8所示图3-8 工作面板结构形式 根据需要生产的产品结构尺寸，可以初步的设计出面板中添加加热棒的尺寸大小和放置的位置，由于面板需要跟横梁连接，在面板的表面设计了八个沉头孔，用来使用螺钉将面板紧固到横梁上。在满足强度和装配要求的前提下，面板上的沉头孔设计了八个，防止装配不紧而出现加工事故。第四章 液压工作站结构设计4.1 液压控制系统原理及分析液压机能够完成工作的前提就是通过液压缸中的液体压力来完成工作，根据不同用途的液压机的作用不同，液压机的控制系统也是千差万别的，有些液压机为了完成某项动作而专门设计了某些特殊的环节，液压系统控制主要任务就是在规定的时间，输送规定的压力和规定的工作液体，从而使液压缸以规定的力量和速度完成预设的工作过程，并在合适的速度下完成回程运动。采用滑阀式液压控制系统的原理图如图4-1所示图4-1 滑阀式液压控制系统的原理图其工作过程为：1） 启动：液压泵电机启动，所有的换向阀都处于断电状态，泵输出的油通过电液换向阀4流回油箱，泵在空载情况下启动。2） 活动横梁快速下降：电磁换向阀5和电液换向阀4右边磁铁得电，然后阀5和阀4换至右位，控制泵中的控制油经阀5打开液控单向阀6，主工作缸的油排回油箱，活动横梁快速下降，同时由于上腔产生负压，充液阀10向主工作缸上腔充液。3） 活动横梁慢速加压：活动横梁下降至某特定位置会触动行程开关，使电液换向阀右边磁铁断电，阀5回到左位，液控单向阀6关闭，工作缸下腔油经过支撑阀7排回油箱，活动横梁不能再靠自身重力下降，而是需要靠泵输出的压力油对活塞加压，促使活塞向下运动。4） 卸载回程：当完成加压以后，电液换向阀4的左侧磁铁得电，阀4换至左位，压力油通过阀4使充液阀10开启，工作缸上腔油经过阀10流回油箱。4.2 液压控制系统元件选择及分析液压控制系统要想完成一次加压的全部动作过程，需要使用的液压元件有：电动机、液压泵、三位四通电液换向阀、两位四通电磁换向阀、液控单向阀等等。从原理图中可以看出，在本次设计的液压控制系统中，需要两个电动机工作在液压控制回路中，其中一个电动机作为主电动机，带动主液压泵工作，让整个液压控制系统开始工作，另外一个电动机主要工作在控制回路中，作为带动控制液压泵工作的动力源，在工作过程中通过油液的流向控制液压机的工作状态。液压控制系统中还用到了一件重要元件就是电液换向阀。电液换向阀是有电液滑阀和液动滑阀组合而成，电磁滑阀在其中起到先导的作用，可以改变控制液流的方向，改变液动滑阀中滑芯的位置，电液换向阀通过较小的电磁铁就可以控制油路中的液流。另外，液压工作站油箱也是一个重要组成部分，在设计过程中也需要进行设计工作。油箱的主要作用是盛装油液，而且还可以散发油液的温度，在工作中可以散去混合在油液中的少量的气体，防止气体在工作回路中造成恶劣的影响。在吸油口的管道口加上网状过滤器，在工作过程中可以隔离油液中的污物，起到沉淀污物的作用，油箱结构一般都是采用钢板焊接而成，虽然不锈钢板很适合作为油箱的板料，但是由于不锈钢板的价格偏高，使用不锈钢板的话消耗的成本较高，一般都很少选用，大多数情况下都是采用镀锌钢板或者在普通钢板内涂抹上能够防锈的耐油涂料。其具体结构如图4-2所示：图4-2 油箱结构油箱中一般有空气过滤器、进出有口、隔板、放油阀、油面指示器等结构，空气过滤器在盖板上连接油箱内外的空间，防止空气中的杂质进入油箱，对油箱中的油液产生影响，影响液压回路的正常运作。在油箱的设计中要充分考虑空气、温度、压力对液压油的影响，在油箱内部需要设置一些检测和指示装置，具体在进行油箱的结构设计时应该主要到一下几个问题：（1）油箱需要有足够的内部空间。油箱的油面高度是指油箱高度的0.8倍，一般情况下低压油箱的油箱有效容积的记为液压泵每分钟排量的2到4倍，中压系统取其5到7倍，高压取其10到12倍。（2）油箱要有足够的刚度和强度。油箱一般都采用3到4mm的钢板焊接而成的，尺寸较大的油箱结构需要添加焊接角、加强肋用来增加油箱整体的强度。当需要将电动机等装置放置在油箱上盖板上做成总体式的油箱，盖板需要根据需要适当加厚。（3）油箱要进行液压油温度的检测和控制。一般油箱中会安装温度计用来检测油液的温度，正常工作时油箱的温度一般都在15到65度之间，在温差较大的工作环境中，还需要安装热交换器。（4）吸油管和回油管距离尽量偏远。吸油和回油会相互影响，一般情况下都在油箱中设置隔板，将吸油和回油管口隔开，从而增加油液的循环距离，也可以将回油中的气体尽量的排出油箱，有利于液压回路的通畅。另外一般都将管道开口做成倾斜45度的管口，这样制造的好处是可以增大液流面积，降低油液的流速。第五章 工作台结构设计工作台是工作人员用来操作的地方，主要包括工作台架、模具、电动机及一系列辅助工具，主要完成的工作是首先在量具上称量一定量的原材料金刚砂，将材料置于其模具中，使用专用工具将材料抚平整，然后将一片圆形树脂结合剂置于材料之上，然后再次称量一定量原材料置于树脂结合剂之上，使用工具抚平整。完成以后才将模具推人压机中完成压制工作。工作台一般可分为两工位和三工位两种情况，这两种方式的区别在于两工位的方式是将转动装置和顶出装置组合在一起。而三工位的方式是指将转动装置和顶出装置分开安装在工作台上，与三工位的方式相比两工位的方式整体结构比较简单，占有的空间比较小。两工位的方式只需要一个人员就可以操作完成，而三工位的方式在有些情况下需要两个人员操作，采用三工位的方式影响工作效率，因此在本次设计中，选用两工位的方式来设计工作台部分结构。在本次设计中，顶出动力采用的是脚踩的连杆结构。在完成压制工作后，将模具取出，然后需要将磨具从模具中取出，这个过程需要在模具的下方提供一个顶力，在力的作用下，将模具顶起，然后利用辅助工具将模具打开，使用专用的圆盘将磨具取出。工作台的结构设计如图5-1所示图5-1 工作台的结构其工作原理为：电动机带动小带轮转动，小带轮带动大带轮转动，大带轮与工作台面圆盘做成整体形式，大带轮转动带动圆盘转动实现将原材料在模具中抚平整的目的，圆盘和带轮通过轴承与下方的圆柱连接，圆柱通过圆突台使用螺钉、螺母与工作台架中间的横杠相连接，达到固定的目的。另外，下方的连杆通过圆筒的导向与圆板连接，作为顶杆，用来顶起放置在圆盘上的另外三根顶杆，用来实现顶起模具的作用。一般工厂中常见的有三种顶出装置，一种是气压顶出缸结构，采用气压装置操作方便简单，不需要耗费人力，这种方式在现代化的自动生产线中使用比较普遍，但这种方式需要气压传动，在设备方面消耗较大，而且空气对生产影响很多。另一种就是液压顶出缸，类似与气压传动装置，需要顶出压力，在设备设计方面比较耗时，而且成本较高。还有一种就是连杆机构，在工作台下方安装一个简易的连杆机构，通过人力将模具顶出，这种方式虽然耗费人力，但是操作方便，成本较低，虽然在自动化方面跟前面两种方式相差很远，但就生产的灵活性和经济效益综合考虑选用连杆机构的方式可行，而且设计结构简单。设计总结 本次毕业设计从年前指导老师布