毕业设计（论文）3000t自由锻液压机本体设计

1、摘 要本设计为自由锻液压机，主缸的最大的负载设计为15000KN，该液压机主要有工作缸、回程缸、上横梁、下横梁、滑块、工作台等组成。本文重点介绍了液压机的本体设计，通过给定的参数进行计算，然后进行总体的设计方案。由于液压机的公称压力比较大，所以在选用工作缸的时候选用柱塞缸，由于工作缸是柱塞式，所以要加提升缸。采用预应力框架式结构。此外，本文对液压机进行了总体布局设计，对重要机器原件进行了结构、外形、工艺设计。通过对液压机各个零部件的强度校核计算，保证了液压机在实际生产中的各项强度要求。关键词液压机；液压；毕业设计全套图纸加153893706AbstractThe Prestressed fra

2、me type large-scale hydraulic press, the greatest master cylinder is designed to load 15000KN, the main work machine hydraulic cylinder, a return tank, on the beams, the beams, the side beams, This article focuses on the body design of the hydraulic machine, through the parameters of a given calcula

3、tion and then proceed to the overall design. The nominal pressure as a result of hydraulic pressure more, so the work in the selection of choice when the cylinder piston cylinder, as a result of the piston cylinder, the cylinder to increase the return. The use of pre-heating the structure column. In

4、 addition, the hydraulic machine of the overall layout of the original machines have been an important structure, shape, process design. Through various parts of the hydraulic calculation of the intensity of checking to ensure that the hydraulic pressure in the actual production of the strength.Keyw

5、ords hydraulic machine; Hydraulic; Graduation Project目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc327641946 摘要 PAGEREF _Toc327641946 h I HYPERLINK l _Toc327641947 Abstract PAGEREF _Toc327641947 h II HYPERLINK l _Toc327641949 第1章 绪论 PAGEREF _Toc327641949 h 1 HYPERLINK l _Toc327641950 1.1 课题背景 PAGEREF _Toc3276

6、41950 h 1 HYPERLINK l _Toc327641951 液压机的工作原理 PAGEREF _Toc327641951 h 1 HYPERLINK l _Toc327641952 液压机的结构 PAGEREF _Toc327641952 h 2 HYPERLINK l _Toc327641953 1.4 液压机发展概况 PAGEREF _Toc327641953 h 3 HYPERLINK l _Toc327641954 1.5 液压机的研究主要成果 PAGEREF _Toc327641954 h 5 HYPERLINK l _Toc327641955 第2章 总体设计 PAGE

7、REF _Toc327641955 h 7 HYPERLINK l _Toc327641956 2.1 名词说明 PAGEREF _Toc327641956 h 7 HYPERLINK l _Toc327641957 2.1.1 公称压力 PAGEREF _Toc327641957 h 7 HYPERLINK l _Toc327641958 2.1.2 最大净空距（开口高度） PAGEREF _Toc327641958 h 8 HYPERLINK l _Toc327641959 2.1.3 最大行程 PAGEREF _Toc327641959 h 8 HYPERLINK l _Toc32764

8、1960 2.1.4 工作台压力 PAGEREF _Toc327641960 h 8 HYPERLINK l _Toc327641961 2.1.5 回程力 PAGEREF _Toc327641961 h 8 HYPERLINK l _Toc327641962 2.1.6 活动横梁运动速度 PAGEREF _Toc327641962 h 9 HYPERLINK l _Toc327641963 2.1.7 允许最大偏心距 PAGEREF _Toc327641963 h 9 HYPERLINK l _Toc327641964 2.2 设计步骤 PAGEREF _Toc327641964 h 9 H

9、YPERLINK l _Toc327641965 液压缸结构设计 PAGEREF _Toc327641965 h 9 HYPERLINK l _Toc327641966 导套及密封 PAGEREF _Toc327641966 h 20 HYPERLINK l _Toc327641967 柱塞缸的柱塞压盖 PAGEREF _Toc327641967 h 21 HYPERLINK l _Toc327641968 液压机轮廓尺寸设计 PAGEREF _Toc327641968 h 21 HYPERLINK l _Toc327641969 横梁的结构设计 PAGEREF _Toc327641969 h

10、 22 HYPERLINK l _Toc327641970 回程缸的设计 PAGEREF _Toc327641970 h 27 HYPERLINK l _Toc327641971 小结 PAGEREF _Toc327641971 h 28 HYPERLINK l _Toc327641972 第3章 拉杆与压套的设计 PAGEREF _Toc327641972 h 29 HYPERLINK l _Toc327641973 3.1 拉杆、压套与横梁的连接形式 PAGEREF _Toc327641973 h 29 HYPERLINK l _Toc327641974 3.2 拉杆、压套的材料 PAGE

11、REF _Toc327641974 h 30 HYPERLINK l _Toc327641975 3.3 拉杆的连接方式 PAGEREF _Toc327641975 h 30 HYPERLINK l _Toc327641976 3.4 加热孔 PAGEREF _Toc327641976 h 31 HYPERLINK l _Toc327641977 3.5 拉杆预紧 PAGEREF _Toc327641977 h 31 HYPERLINK l _Toc327641978 3.6 压套导向 PAGEREF _Toc327641978 h 33 HYPERLINK l _Toc327641979 3

12、.7 立柱的设计与计算 PAGEREF _Toc327641979 h 34 HYPERLINK l _Toc327641980 3.8小结 PAGEREF _Toc327641980 h 34 HYPERLINK l _Toc327641981 结论 PAGEREF _Toc327641981 h 35 HYPERLINK l _Toc327641982 参考文献 PAGEREF _Toc327641982 h 37 HYPERLINK l _Toc327641983 致谢 PAGEREF _Toc327641983 h 39 HYPERLINK l _Toc327641984 附录1 PA

13、GEREF _Toc327641984 h 41 HYPERLINK l _Toc327641985 附录2 PAGEREF _Toc327641985 h 47 HYPERLINK l _Toc327641986 附录3 PAGEREF _Toc327641986 h 53 HYPERLINK l _Toc327641988 1. Introduction PAGEREF _Toc327641988 h 53 HYPERLINK l _Toc327641989 2. Problem Description PAGEREF _Toc327641989 h 54第1章 绪论1.1 课题背景随着人

14、们生活水平的提高，金属压制和拉伸制品的需求逐年提高，同时，对产品品种的需求也越来越多，另一方面产品的生产批量日益缩小。为与中、小批量生产相适应，需要能够快速调整的加工设备，这使液压机成为理想的成型工艺设备。特别是当液压机系统实现具有对压力、行程速度单独调整功能后，不仅能够实现对复杂工件以及不对称工件的加工，而且，实现了极低的废品率。这种加工方式还适合于长行程、难成型以及高强度的材料。可变的动力组合、短的加工时间、根据工件长度的简易的压力行程调整，这与机械加工系统相比，有其优越性。液压机是制品成型声频中应用最广泛的设备之一，自19世纪问世以来发展很快，已成为工业生产中必备的设备之一。由于液压机在

15、工作中的广泛适用性，使其在国民经济各部门获得了广泛应用。随着人们生活水平的提高，金属制品和拉伸制品的需求逐年提高，同时对品种的需求也越来越多，另一方面产品的生产批量日益缩小，为适应这些趋势的发展，就学要设计性能更完善的液压机以满足要求。通过5000t自由锻液压机本体设计的研究让我们把大学里所学到的知识综合的全面的用于实践，这不仅锻炼我们的动手能力更开拓我们的视野，激发我们的创新能力。液压机一般由本体（主机）及液压系统两部分组成。最常见的液压机本体结构简图如 所示。它由上横梁、下横梁、四个立柱和十六个内外螺母组成一个封闭框架，框架承受全部工作载荷。工作缸固定在上横梁上，工作缸内装有工作柱塞，它与

16、活动横梁相连接。活动横梁以四根立柱为导向，在上、下横梁之间往复运动。在活动横梁的下表面上，一般固定有上模（上砧），而下模（下砧）则固定于下横梁上的工作台上。当高压液体进入工作缸后，在工作柱塞上产生很大的压力，并推动柱塞、活动横梁及上模向下运动，使工件) 在上、下模之间产生塑性变形。回程缸固定在下横梁上，其中有回程柱塞，它与活动横梁相连接。回程时，工作缸通低压，高压液体进入回程缸，推动回程柱塞向上运动，带动活动横梁回到原始位置，完成一个工作循环。液压机根据帕斯卡原理制成，是一种利用液体压力能来传递能量的机器。液压机一般由本体，操纵系统及泵站三大部分组成。泵站为动力源，共给液压机各执行机构及控制机

17、构以高压工作液体。操纵系统属于控制机构，它通过控制工作液体的流向来使液压机动作。四柱式液压机是液压机中最常见、应用最广泛的一种结构型式。其主要特点是加工工艺性较其它类型液压机简单。图1-1为立式四柱式液压机本体结构简图，它的机身是由上横梁、工作缸和四根立柱组成。工作缸安装在上横梁内。活动横梁与工作缸的活塞联接成一整体，以立柱为导向向上向下运动，并传递工作缸内产生的力量，对制件进行压力加工。由于机身联结成一整体框架，故机身承受整个工作力量。四柱式液压缸主要不足有：由于用四立柱作架体，机身刚度较框架式小，由于用四立柱作导向，活动横梁内导套与四立柱磨损后不易调正。四柱液压机组成部分可分为：工作部分即

18、工作油缸，活动横梁等，机身部分即上横梁、工作台及立柱组成，辅助部分即移动动工作台和移动工作缸等。在本次设计中，采用的是预应力框架式结构，基于一些国内外的结构改进，适当的对结构进行了一些独特的设计，主要是参考我国重机厂对现有水压机的改进方案，比如：就目前为止，我国的大中型水压机普遍以三梁四柱为主要结构形式，改进的方案主要有两点，一是对立柱结构的改进，一是对液压缸结构的改进。因为它们将受到巨大载荷作用，属于易损件，如何通过改进结构提高使用寿命成为关键。所以，在本次设计中，关键步骤是对关键件的力学分析，而不是结构设计。通常需要对易损件进行有限元分析，在本次设计中，只基于了传统的力学公式，建立在了材料

19、力学基础上。关键件采用锻造结构，三个横梁采用铸钢结构。1.4 液压机发展概况 早在1662卡就发现了利用液体产生很大力量的可能性。1795年英国人Bramah取得了第一个手动液压机的专利。直到1859年，维也纳铁路工场有了第一批用于金属加工的液压机，它们分别是7000KN、10000KN、和12000KN。1884 年在英国曼彻斯特首先使用了锻造钢锭用的锻造水压机，由于它与锻锤相比具有很多优点，因此发展很快，1893年建造了当时最大的120MN的锻造水压机。随着航空工业的迅速发展，模锻液压机的公称压力不断提高。1934年德国制造了70MN的模锻水压机，第二次世界大战期间，德国又制造了一台300

20、MN的模锻水压机。1955年左右，美国先后制造了二台315MN及二台450MN的大型模锻水压机，苏联则在50年代后期先后制造了几台300MN及两台750MN的大型模锻水压机。此外在法国安装的由苏联设计与制造的650MN模锻液压机，则是西欧目前最大的一台。由于液压机在工作中的广泛适应性，它还普遍应用于国民经济的各个部门，如板材成形、粉末冶金、管、线型材挤压、胶合板压制、打包、人造金刚石、耐火砖压制、电缆包覆、碳极压制成形、轮轴压装、校直等等。各种类型的中小型液压机发展十分迅速，有力地促进了各种工业的发展。1949年以前，我国没有自己独立的工业体系，也根本没有液压机制造工业，只有一些修配用的小型液

21、压机。1949年以后，我国迅速建立了独立自主的完整工业体系。我国已能自行设计和制造汽车、机车、发电设备、轧钢设备、飞机、火箭、人造卫星等产品，这些都促进各种液压机的发展。19571962年间，我国已开始自行设计、自行制造各种锻压设备，其中有近30台10000KN到31500KN的中型锻造水压机及二台120MN到125MN的大型锻造水压机，同时，也初步建立了一支设计和制造液压机的技术队伍。80年代以来，液压机技术有了飞速发展，主要表现在以下几个方面：（1）迅速采用数控及计算机控制技术，以实现工艺过程自动化及提高各运动部分的控制精度。例如中小型锻造液压机在逐步实现液压机及操作机联动的基础上，可以采

22、取计算机程序控制，在锻件高度方向的尺寸公差，已可控制在1mm左右，目前，中小型快锻液压机已有取代老式蒸汽, 空气自由锻锤的趋势。在中小型模锻液压机方面，采用微机辅助的检测控制系统，可以根据压力大小来补偿工作台、机架、滑块及模具等环节受载变形带来的误差，从而使滑块停止位置精度小于。在液压板料折弯机中，采用计算机控制的自动弯曲补偿装置，可经常保持折弯机床身和上横梁之间的平行度，从而保证了3m长的薄板弯曲件沿弯曲线的角度偏差在自动弯管机可存贮一千多个程序段，可以自动弯曲不同弧度的管子，送进、夹紧，折弯均自动化。可编程微处理机控制的全自动矫正液压机，其控制模块包括检测、计算和存贮，在考虑毛坯原始弯曲程

23、度、材料硬度性能等原始条件下，经过计算机运算，可得出优化的矫正过程。从一种矫正工件换到另一种所需辅助时间仅为几分钟，矫正过程中出现的问题可随时在屏幕上显示出来，以便于修正。（2）出现了快速换模装置，它包括设立中间模具库、模具转台、横向换砧装置及快速央紧机构等，以适应多品种小批量的市场需求- 例如在20MN下拉式锻造液压机上，已能将换一副砧芋的时间由15min减少到1min。又如瑞典制造的深拉延液压机，模具初调在机外进行，安装完毕后进入压力机，新型夹紧装置使模具在液压机上的拆装时间不到1min，同时完成行程，压力的调整，再借助待加工板材进行生产调整， 2min内即可投入生产。（3）采用各种先进的

24、快速滑阀或插装阀，减少阀的换向时间，使阀的响应时间减少到10ms以下。（4）采用各种有效的缓冲装置，以减少冲裁时的振动及噪声，扩大液压机的应用范围。（5）逐步向柔性加工系统（FMS）发展，即把微电子技术、自动检测及反馈、工业机器入和自动仓库结合在一起，将多台不同功能的设备组成柔性加工系统或中心，以适应中小批量多品种工件的自动化合理加工。1.5 液压机的研究主要成果液压机主要包括单柱液压机、四柱液压机、框架液压机及其他结构的液压机。单柱液压机可分为整体机身和组合机身两种结构!单柱液压机在工作中，由于机身的变形，滑块与工作台会产生一定的夹角，故多用在对精度要求不高的应用场合，如压装、板材压型、校直

25、等工艺。四柱液压机为通过四根立柱把上下横梁连接起来，且其带滑块的活动横梁依靠四根立柱导向!机器具有结构简单。制造成本低等特点，故应用最为广泛框架式，液压机用焊接框架立柱代替四柱液压机中的圆柱立柱，滑块的导向依靠固定在立柱上的导轨导向，具有导向精度高，抗偏载能力大等优点，但制造成本比四柱液压机高，多用在对精度要求较高的场合，如金属薄板的冲压、金属精密成型等工艺以上三种液压机占到液压机总数的95%以上，根据不同的需要另外还有各种其他特殊结构形式的液压机，如多柱式、多向式、卧式、龙门式等结构的液压机。目前在一些发达国家，尤其是德国快锻液压机的设计制造技术已经相当成熟，它们用油作介质，泵直接驱动，大多

26、采用下拉式主机结构。液压泵站一般设置在主机附近的地下室内，某些公司设计制造的快锻液压机具有一系列先进性，主要表现在液压系统采用具有快速反应的电磁阀作先导阀，其切换频率高达250次/min ,故该阀动态响应快 、动作灵敏、启闭迅速、能满足压机快速性要求。主缸和排液设有另外的通道，使充液阀成了只有充液功能的单向阀减少了液压冲击，快锻液压机采用微机控制压机与操作机之间联动自如，当锻件的锻造工艺确定后，即可通过计算机控制实现程序化锻造。目前兰石公司已能生产800t和1600t快锻液压机制造水平有了很大提高，但其液压系统的主要部件如泵，先导阀等还需国外配套，我国快锻液压机的总体水平与德国制造技术相比还有

27、较大的差距。第2章 总体设计30MN油压机的技术参数1、公称压力30000KN2、液体工作压力3、压力分级20000KN，15000KN4、回程力2400KN5、立柱中心距5900mm4400mm6、滑块行程2000 mm7、最大开口高度3600mm8、滑块速度快下：250mm/s工作：50mm/s150mm/s回程：250mm/s9、常锻次数8次/min（工作行程100 mm）10、快锻次数40-45次/min（工作100 mm）2.1 名词说明2.1.1 公称压力公称压力是指液压机名义上能产生的最大力量，在数值上等于工作液体压力和工作柱塞总工作面积的乘积（取整数），它反映了液压机的主要工作

28、能力。为了充分利用设备，节约高压液体并满足工艺要求，一般大中型液压机将公称压力分为两级或三级。泵直接传动的液压机不需要从结构上进行压力分级。2.1.2 最大净空距（开口高度）最大净空距是指活动横梁停在上限位置时，从工作台上表面到活动横梁下表面的距离，最大净空距反映了液压机在高度方向上工作空间的大小，它应根据模具（工具）及相应垫板的高度、工作行程大小以及放人坯料、取出工件所需空间大小等工艺因素来确定。最大净空距对液压机的总高、立柱长度、液压机本体稳定性以及安装厂房高度等都有很大影响。因此既要尽可能满足工艺要求，又要尽量减小压机的高度，以降低其造价。2.1.3 最大行程最大行程指活动横梁位于上限位

29、置时，活动横梁的立柱导套下平面到立柱限程套上平面的距离，也即活动横梁能够移动的最大距离。最大行程应根据工件成形过程中所要求的最大工作行程来确定，它直接影响工作缸和回程缸及其柱塞的长度以及整个机架的高度。2.1.4 工作台压力工作台一般安装在下横梁上，其上安放模具或工具，工作台尺寸指工作台面上可以利用的有效尺寸，工作台尺寸取决于模具（工具）的平面尺寸及工艺过程的安排。大中型锻造或厚板冲压液压机，往往设置移动工作台。移动工作台的行程则和更换模具及工艺操作方式有关。除了工作台尺寸外，在有些四柱式或双柱式液压机中，反映液压机平面尺寸上工作空间大小的参数，还有立柱中心距（宽边及窄边）。它们应根据工艺过程

30、操作上的要求来确定。2.1.5 回程力计算回程所需的力量时，要考虑活动部分的重量、回程时工艺上所需的力量（如拔模力、提升剁刀等）、工作缸排液阻力、各缸密封处的摩擦力以及活动横梁导向处的摩擦力等。回程力由活塞缸下腔工作面积或单独设置的回程缸来实现。2.1.6 活动横梁运动速度可分为工作行程速度、空行程（充液行程）速度及回程速度。工作行程速度应根据不同的工艺要求来确定，它的变化范围很大，并直接影响工件质量和对泵的功率需求。锻造液压机要求工作速度较高，可达四柱万能及切边液压机的工作速度，而电极挤压液压机的挤压速度仅为.泵直接传动的液压机的功率正比于工作行程速度。空行程及回程速度一般可以高一些，以提高

31、生产率。但如速度太快，会在停止或换向时引起冲击及振动。2.1.7 允许最大偏心距允许最大偏心距在液压机上进行的许多工艺操作中，往往要承受偏心载荷。偏心载荷在液压机的宽边与窄边都会发生。允许最大偏心距是指工件变形阻力接近公称压力时所能允许的最大偏心值。在结构设计计算时，应考虑此偏心值。2.2 设计步骤2.2.1.1 液压缸的结构型式（1）柱塞式液压缸（图a）：此结构在水压机中应用最多，广泛用于工作缸、回程缸、工作台移动缸及平衡缸等处。它结构简单，制造容易，但只能单方向作用，反向运动则需用回程缸来实现。（2）活塞式液压缸（图b）：此结构在中小型汕压机上广泛应用。活塞式液压缸可以两个方向作用，即既能

32、完成工作行程，又可实现回程，因此简化了液压机结构，但活塞在运动的两个方向上都要求密封，因此缸的内表面在全长上均需加工，精度要求较高，粗糙度要低，液压缸部件结构比较复杂。（3）差动柱塞式液压缸（c）：该结构多一处密封。导向及承受偏心载荷的性能较好，当用作回程缸装于上横梁上时，与活动横梁的连接比较简单。柱塞的直径计算公式： ，式中 p为选定的液体工作压力，单位为Pa。 的单位为cm。圆整取液压缸的内径为0式中 缸内壁与柱塞间在直径上的间隙值，根据缸的大小及长短来选取，一般锻造 液压缸的取015mm，铸钢液压缸取2030； 缸的内半径cm。去锻造液压缸15mm，mmDDtt910309001根据液压

33、p选取合适的材料，选用35号钢做为液压缸的材料，安全系数为2.3，确定许用应力=137。液压缸外径计算公式为 现核算该缸的强度如下： mmD111021筒壁部分：（1）总体受力分析：液压缸的一般形式是一端开口一端封闭的厚壁高压容器（图1314）。当高压液体作用在括塞上时，反作用力作用于缸底，通过缸壁传到法兰部分，靠法兰与横梁支承面上的支承反力米平衡。液压缸按受力状况可以分为三部分，即缸底、法兰和中间厚壁圆筒。理论分析和应力测定均表明，只有在和法兰支承表面及缸底内表面距离各为的缸筒中段，才可以按厚壁圆筒公式进行强度计算。而在图1314的A、B两部分，因分别受到缸底与法兰部分弯曲力矩的影响，不能用

34、一般的厚壁圆筒公式来计算。缸底支承的液压缸的受力情况大为简化，可主要按厚壁筒公式计算。（1）缸底部分：在一些有关液压机的书中，均把平底缸当作受均布载荷作用且周边刚性固定的中心有孔的圆板来考虑，如图1320所示，最大弯曲应力发生在圆板的周边，根据Tresca 强度准则，最大当量应力为2为缸底进液孔直径。（2）液压缸上油孔直径尺寸的计算综合考虑工作缸和顶出缸的结构为了安装方便，工作缸进油口开在缸底，下油口开在下部。选择油口尺寸的主要参数是油管直径。油管的有效通油直径应保证油液流速在24.5m/s以下，这样可以减少压力损失，提高效率，减轻振动和噪音，油管壁厚要有足够的强度。油管直径尺寸可通过流量连续

35、性方程原理计算。管道内油流动速度可按以下原则：吸油管道可取V1.52m/s(一般常取1m/s以下)；压油管道可取V2.55m/s，压力高时取大值，压力低时取小值，管道较长时取小值，管道较短时取大值，油粘度大时可取较小数值，短管道及局部收缩处可取V=57m/s；回油管道可取V1.52m/s，活塞工作速度可取10mm/s。利用以上计算油孔直径：快进速度V=300mm/s,计算缸底进油口内径：式中 V为空行程速度 柱塞直径缸底进油口直径为244mmMPa式中 p缸内液体压力；缸的内半径；T缸底厚度；缸底因开孔而引入的削弱系数。按这种方法计算，许用应力为所以 （2）中段圆筒：法兰支承液压缸的圆筒中段除

36、有轴向拉应力外，尚有由内压引起舶径向压应力（内壁最大，向外逐渐减小，到外壁时为零）和切向拉应力（ 内壁最大，向外逐渐减小），因此是三向应力状态，如图1315所示。轴向应力；P缸内液体压力；缸的内半径；缸的外半径；R所求应力点位置的半径。缸壁任意一点的径向位移为式中 u材料的泊松比； E材料的弹性模量。液压缸中段外表面的径向位移即径向膨胀量为圆筒段任意一点的三向主应力值为：式中 P缸内液体压力； 缸内半径；缸外半径； r所求应力点位置半径。应用第四强度理论将代入，经计算最大合成当量应力发生在缸内壁： =MPa筒壁部分安全（3）法兰过渡部分：这部分指从法兰上表面以上范围内的缸体，由于法兰与横梁接触

37、的环形面积上作用有支承反力F（见图1316），从而在这部分引起很大的弯曲应力，在过渡区圆弧处，断面形状变化急剧，产生应力集中。按简化计算法等公式进行计算： =其中。2.2.1.2 液压缸的支承型式液压缸的支承型式：（1）法兰支承（图1-3-6）：液压缸以法兰支承并安装在横梁内，由缸外壁的两个环形面积与横梁相配合。缸内进入高压液体时，通过法兰与横梁的接触面将反作用力传给横梁，液压缸本身则靠法兰上的一圈螺栓固定在横梁上。有的液压机中，缸的法兰嵌入横梁内，采用压环固定，这样可避免在法兰上开螺栓孔，并可减小法兰外径，法兰受力情况较好，但法兰和横梁接触面的贴紧情况不易检查。法兰支承液压缸的缺点是缸壁法兰

38、过渡区有应力集中。计算法兰外径，上横梁铸造成型取=160MPa，法兰上要穿孔以上螺柱固定，故使用面积余数80%。 =1454mm取法兰外径=1600mm。（2）缸底支承（图1-3-9）：液压缸直接靠缸底固定在横梁上。这种缸不需要法兰，消除了法兰过渡区的应力集中，并可减小缸体毛坯尺寸。缺点是压机高度有较大增加，缸底与横梁的接触情况不易检查。有的液压机中采用活塞杆（或柱塞）固定，而液压缸与滑块（活动横梁）一起运动，也属于缸底支承。（3）柱塞与活动横梁的连接型式（图1-3-10）：柱塞与活动横梁的连接型式主要有两种，即刚性连接和球面支承连接。刚性连接的结构柱塞下端插入活动横梁内，两者之间无相对运动，

39、在偏心加载时，柱塞随活动横梁一起倾斜，将活动横梁所受偏心力矩的一部分传给液压缸的导向处，使导向部分承受侧向水平推力或一对力偶，加剧了导向铜套及密封的磨损。球面支承连接的结构，柱塞支承于活动横梁的球面座上。球面座一般做成凸球形，在水平方向可以稍有移动。当偏心加载时，活动横梁在偏心力矩作用下倾斜，此时，如果球面处润滑良好，球面副可相对滑动，则柱塞只传递轴向压力及摩擦力。导套在括塞杆或柱塞往复运动时起导向作用，一般用抗压耐磨的青铜铸造。在柱塞式缸中，导套长度与工作柱塞直径的比值一般为，小值用于大液压缸。原机械工业部已拟定了柱塞式虹的导套标准密封。密封用来防止高压液体的泄漏，是易损件，如质量不好，会严

40、重影响液压机的正常工作。对密封的基本要求是密封性能好，能随着液体压力增高而提高其密封性能，摩擦阻力小，磨损小，寿命长，使用维修简单，易拆换，成本低，容易制造。基于上述要求，密封材料应具有以下性能：在一定使用温度范围内有较好的化学稳定性，不溶于工作介质，与金属接触时不相互起作用（如腐蚀、粘着等），不软化或硬化，弹性好，永久变形小，有适当的机械强度，耐磨性好，摩擦系数小，易于压制成形，价格低廉等。常用的密封材料有：（1）聚胺脂橡胶：它是目前广泛应用于各种液压缸中的一种新型橡胶材料，具有优良的物理性能和化学稳定性，强度、弹性及耐油性均很好，还具有极好的耐磨性。能耐高压，目前已被广泛采用。（2）耐油橡

41、胶及夹布橡胶：以丁腈橡胶用得最多，有良好的弹性，工作温度为20120C强度，在水压机中常采用夹布橡胶。（3）氯乙烯（塑料）：有一定强度，耐油，摩擦力小，但弹性较差，工作温度不高于60C液压机中的密封分为相对运动件表面之间的动密封和固定件表面之间的静密封，前者如缸与活塞或柱塞、阀、液压泵柱塞等处的密封，后者如管接头、阀座与阀套、组合式缸的接缝处等等。密封件有多种型式，如V形、U 形、Y形及O形密封圈等。还有不用密封件的间隙密封。有关上述密封的具体结构，在锻压机械液压传动教材中均有详细叙述，此处不再重复。密封的使用寿命往往差别很大，有的可以正常工作一两年以上，而有的甚至几天就要更换。影响密封件寿命

42、伪主要因素有：密封圈的材料、形状、尺寸精度及制造质量；被密封件的表面状况；工作液体的性质、温度和是否清洁；相对运动件之间的间隙是否合适以及安装是否正确等等。设计或使用时，对上述诸因素均应十分注意。在这里选用Y形夹布橡胶。它包括压套、压紧法兰、防尘垫及螺柱螺母等，已订有标准，不必重新设计。拉杆直径的估算本设计中采用预应力框架式结构，液压机各部件的尺寸都由立柱直径来确定。由于预应力框架式机架是一个多次超静定的空间框架，解题过程十分复杂。因此，在进行受力分析时，一般采用以下简化假设，以建立比较简单易解的力学模型：由于一般液压机的机架结构对称于中间平面，载荷也往往对称于中间平面，可将空间框架简化为平面

43、框架；立柱与上、下横梁为刚性连接；不考虑安装应力及温度应力。算得拉杆最小直径为378mm 圆整为400mm本案采用长方形柱套 算得长方形外边长为1220X700mm2.液压机轮廓尺寸设计考虑的因素：a.液压缸的尺寸；b.工作台尺寸；c.上、下横梁的高度；初选方法： 上梁：（33.5）立柱直径下梁：（3.54）立柱直径活动横梁：（34）立柱直径上梁的高度：1600mm下梁的高度：1800 mm活动横梁高度：1800mmd.最大开间； 根据以上数据可初步确定液压机的尺寸。横梁包括上横梁、下横梁（或称工作台）和活动横梁（或称滑块）。横梁通常都设计成上、下封闭的箱形结构件，在安装各种缸、柱塞及立柱处一

44、般做成圆筒形，并用筋板与横梁面板相连。在承载较大处，筋板较密，以提高横梁刚度，降低局部应力。筋板多布置成网格形或辐射形。为防止横梁构付变形，不论采用铸造结构或焊接结构都必需进行热处理，以消除其内应力。中小型液压机横梁多数为整体结构，而大型液压机横梁由于受制造和运输能力的限制往往设计成组合式，并利用键和拉紧螺栓联接。对于铸造结构的横梁，应注意使各部分厚度没有突然变化，还应注意正确设计与布置铸造工艺所需的出砂孔。出砂孔边缘处的应力集中往往是横梁产生疲劳裂纹的发源地。出砂孔通常布置在梁的中性层上，虽然弯曲应力为零，但仍存在较大的剪应力。如取一开有长圆孔的小单元体为例，此单元体受剪切变形后，出砂孔应尽

45、量避免设在受力的主传力筋上，出砂孔的位置应远离应力最大的区域，尺寸不要过大，形状以圆形为好，孔边最好设有加强圈。采用钢板焊接结构的横梁构件，应注意不要将焊接点设在受力较大处，焊缝宜对称布置，焊接时应防止构件变形，严格控制焊缝质量。为了减轻重量，缩短立柱长度，一般根据“等强梁概念”将上横梁设计成梁的中部高度较两端稍高的形式，但其高度差不能太大。当立柱中心距较小时，为便于加工，可设计成“等高梁”。在梁的高度过渡区，应尽量增大过渡圆角半径以及减小倾角，以减轻应力集中。对于铸造结构的上横粱，在中小型液压机中也可将主缸与上横梁铸戍一体，这种结构简单，但加工较复杂。尤以工作行程短，缸体较矮的为宜。在四立柱

46、间距较小，工作缸较大的情况下采用该种结构也是可行的。2.2.5.1 上梁结构设计上横梁断面分布应根据其受力情况来考虑，一般梁中部高度较两端稍高。在立柱中心距较小时，为了便于加工，常设计成等高梁。上横梁通过立柱联接成机身上半部，并安装工作油缸，为使其组成的空间合乎要求及活塞运动平稳，要求上横梁安装油缸孔的轴线与安装油缸的台肩平面应垂直，上横梁与调节螺母接触面与主油缸台肩应平行，以及立柱穿过孔的上下平面应平等等，还要安装回程缸，内筋板和外筋板须符合铸钢件最小壁厚要求。具体要求如下：（1）安装主轴缸孔的轴线与油缸台肩贴合平面不垂直度允许公差应小于等于0.06/1000mm；（2）调节螺母接触平面与油

47、缸台肩贴合平面的不平行度允许公差应小于等于0.05/1000mm；（3）锁紧螺母接触面与调节螺母接触面（立柱穿过孔的上平面与下平面）间不平度允许公差应小于等于0.16/1000mm；（4）油缸锁紧螺母平面与油缸台肩贴合平面间不平度允许公差应小于等于0.12/1000mm；（5）与油缸外圆配合公差为H7/f7；（6）立柱孔尺寸一般比立柱插入端直径大12mm上横梁的强度计算各段剪力为：段 段 段 式中 Q侧缸的公称压力； P中间缸的公称压力。最大的挠度为中点：式中 a侧缸中心线到支点的距离截面所受弯矩 序号截面宽度截面高度截面积面积重心至X轴矩离截面对X轴的截面矩截面矩S与面积重心至X轴距离乘积各

48、截面积的惯性矩1506300612115014910759002321042854122867489443241380615078470081920380218总计21087736471859743382061H形心至X轴距离： cm所以 =cm截面对X轴的惯性矩：382061+71859743=72241804截面对形心轴的惯性矩：截面最大弯曲压应力：截面最大弯曲拉压力：根据上横梁受力简图，上横梁由弯矩及剪力而产生的挠度为：该上横梁相对挠度：计算结果表明，刚度较差，强度是安全的。2.2.5.2 活动横梁结构设计对于活动横梁，其结构应根据压制工艺性质而定。对粉末冶金液压机，只承受压应力，故可设

49、计成上面敞开的箱形构件，中部高度也可以较低。对于有可能在偏心载荷条件下工作的活动横粱，一般设计成高度略低于上横梁，而壁厚相近的封闭式箱形体，如图1350所示。活动横梁的结构设计还应考虑导向问题，为保证具有足够的导向精度，一般导向部分高度不应小于活塞行程的二分之一。从结构上来看，活动横梁行程终止无机械限程，即无限程装置，依靠电气行程开关来限制其运动之上下位置。活动横梁通过模具垫板传递压力，故活动横梁仅受挤压及较小弯曲，因此对活动横梁计算可以略。2.2.5.2 下横梁结构设计下横梁也叫底座，下横梁上一般装有移动工作台，有的液压机尚有顶出器，下横梁的两侧一般装有侧梁，以便安装移动工作台的缸体、导向块

50、及拉杆。侧梁用螺栓及键同下横梁相联。下横梁的刚度应要求严些。以保证整个压机的刚度。由于液压机工作缸采用柱塞式，由于柱塞式工作缸无法完成回程，所以该液压机采用回程缸，本例为方便安装，采用差动活塞结构。回程缸尺寸设计：本例取小径200mm回程缸的实际产生的最大总压力为由液压缸外径公式（缸内径，缸外径）由移动缸的壁厚：s=50mm得： t=(1.52)s=140mm h=(1.52)s=140mm缸体刚度强度校核从略。在这一章中通过液压机的设计参数，设计出液压缸、上横梁（回程缸）、活动横梁和下横梁（移动缸）和立柱。本设计采用通用的三梁四柱结构，液压机的其它零件也都安装在机架上以行成一个整体。机架的强

51、度，刚度及其制造水平和安装精度的高低，不仅影响着设备本身的工作性能和使用寿命，还直接影响着安装在设备上的各种成形模具的寿命，甚至影响到生产能否顺利完成。关键部件主要是工作缸和立柱。以下将对这两个部件进行详细设计计算。包括各个零件的尺寸，强度和刚度校核等。当然还有部分结构的改进。第3章 拉杆与压套的设计3.1 拉杆、压套与横梁的连接形式在液压机的机架结构设计中，立柱往往是薄弱环节，它不但要承受轴向拉力，而且还要承受偏心载荷引起的弯矩。特别是在立柱与横梁的联结部位，由于截面形状的剧烈变化，或由于联结方式，均会带来应力集中。在通常的结构型式中，液压机的立柱均在有较大拉应力振幅的脉动循环载荷下工作，很

52、容易导致疲劳破坏。近年来，在锻造液压机中开始采用预应力拉紧杆组合机架，其结构简图如图所示。立柱由两部分组成，外面的空心柱套位于上下横梁之间，在预紧时主要承受压力，中间的拉紧杆穿过上、下横梁与柱套，用预紧力把它们紧紧地联成一个整体。拉紧杆的数量及布置方式，应根据机架的整体受力分析来确定。图中为一双柱式机架的拉紧杆布置图，每个立柱上用了八个拉紧杆。预紧时，拉紧杆用专用液压螺母预紧。这种结构的特点是，把在偏心载荷下承受拉弯联合作用，处于复杂受力状况的立柱，分解成拉紧杆与柱套，拉紧杆只承受拉力，可用高强材料制成，而空心柱套主要承受弯矩及轴向压力，始终处于压应力状态。对拉紧杆而言，虽然在预紧状态及合成状

53、态均承受较高的拉应力，但在循环载荷作用下，应力波动幅度很小，杆的截面形状也没有急剧变化，因此，抗疲劳性能很好。对柱套而言，抗弯刚度很大，又始终处于压应力状态，因此，抗疲劳性能也很好。这种结构在上传动及下拉式锻造液压机中均有采用。3.2 拉杆、压套的材料在梁柱式结构中，拉杆、压套是机架的重要支撑件和主要受力件，又是活动横梁的导向件，因此，对拉杆、压套有较高的强度、刚度和精度要求，拉杆、压套所用材料，结构尺寸，制造质量及其横梁之间的连接方式、预紧程度等因素，都对液压机的工作性能甚至使用寿命有很大影响。本案中拉杆采用35CrMo钢锻造而成，从螺纹到导向部分应圆滑过渡，圆角不应太小，避免应力集中。光洁

54、度对疲劳强度影响很大。压套采用ZG36SiMnMo整体铸造。3.3 拉杆的连接方式螺母式：每根拉杆主要靠两个外螺母与上下横梁禁固在一起，这种结构加工安装方便。 3.4 加热孔拉杆通常如下材料锻造而成，35、45、40Cr、20MnV等。从螺纹到导向部分应圆滑过渡，圆角不应太小，以免应力集中，导向部分的表面粗糙度应在Ra0.8mm以下，并有足够的几何形状和表面硬度。中小型液压机的立柱多为实心，两端钻出预紧用的加热孔。3.5 拉杆预紧拉杆螺母一般为圆柱形，小液压机的是整体螺母，立柱直径在150mm以上的，用两个半螺母用螺栓紧固而成，材料为ZG35或35锻钢。组合式螺母的结构，机械标准为JB2077

55、75。立柱螺母采用45度锯齿形螺纹，机械标准为JB207675,以生产实践和光弹试验中均发现利用锯齿形螺纹的前三扣承担了大部分载荷，应力最大，为使各扣螺纹承担载荷均匀，可在螺母前端车出10度左右的锥度，普通形式的锻造液压机由于重心高，再卸压释放能量时，以及偏心锻造时，都会引起晃动，并会使螺母松动而加剧这种晃动，立柱受力不均匀。因此，要有效的防止立柱螺母的松动。保证螺纹加工精度，及配合精度，此外，还需注意安装时预紧及防松。立柱的预紧油加热预紧和超压预紧两种。1 加热预紧 此方法是常用方法，立柱端部应钻有加热孔。在立柱机上横梁安装好后，先将内外螺母冷态拧紧，然后用电阻丝或蒸汽等加热方法使立柱端部伸长，达到一定温度后，将外螺母再向下拧过一个角度，一般是采用螺母外径上一点转过的弧长来度量立柱冷却后就在螺母与横梁之间产生一个很大的预紧力，使螺母不易松动。2 超压预紧 液压机安装后，在总压力超过公称压力1.25倍的情况下使用液压机加载，立柱超载受拉，产生弹性伸长，此时以八个外螺母为基准，把原来已拧紧的内螺母在往里拧紧到贴紧为止。超压预紧虽然比较简单，但不易达到预期预紧力，不易保证预紧后机架的水平与垂直度。本设计采用加热预紧，安装后先使用35天，然后再加热预紧，并装上锁紧装