毕业设计小型液压机主机结构设计与计算

1、编号： 毕业设计（论文）说明书题 目： 小型液压机 主机结构设计与计算 院 （系）： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学生姓名： 学 号： 指导教师单位：机械设计制造及其自动化教研室姓 名： 职 称： 教 授 题目类型：理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发2009年5月30日摘 要 液压机是一种以液体为工作介质，其系帕斯卡原理制成，是用来传递能量以实现各种工艺的机器。液压机液压传动系统的工作特征是以压力变换为主，其广泛应用于机械工业的许多领域。例如锻压、板料冲压、金属冷挤压、塑料制品、磨料制品、金刚石成形、校正包装、打包、压砖、橡胶注塑成型、海绵钛加工、人造板热

2、压、粉末冶金，乃至炸药模压等十分广泛的不同工业领域。本文先通过工作要求计算出本设计液压机的主要技术规格，而后进行多种四柱式液压机的方案论证比较，选出最优设计方案。根据最优方案模型，依次设计完成本机（主要）、液压系统和泵站。在设计本机时，按递进原则，优先设计出液压缸各项尺寸参数，然后以设计好的尺寸为基础尺寸逐一完成立柱、横梁和工作台的设计和校核。在设计液压系统时，通过参考相关液压机液压原理图，然后分析本设计液压机所要实现的工作要求，分块设计各部分回路系统，将他们联接在一起，组成本设计液压机的液压系统。在进行泵站的设计时，主要完成液压泵与电机的选用和油箱的设计。最后，将设计好的液压机的各部分零、组

3、件组装在一起，完成了液压机的总装。本设计液压机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。液压机的工作压力、压制速度，空载快速下行和减速运行的行程和范围，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。每种工艺又有定压，定程两种工艺动作供选择。关键词：液压机；液压缸；立柱；横梁；液压泵；泵站；工作台AbstractThe working medium of hydraulic machine is liquid. Hydraulic machines working Principle is the principle

4、of Pascal, it is used to transfer energy in order to achieve a variety of process. Pressure transformation is the main Operating characteristic of the hydraulic drive system of hydraulic machine, which is widely used in many areas of machine-building industry. Such as forging, sheet metal stamping,

5、cold extrusion of metal, plastic products, abrasive products, diamond shape, Calibration packaging, packing, pressure blocks, rubber injection molding, the processing of titanium sponge, wood-based panel hot-pressing, powder metallurgy, as well as Explosives molded and other areas which is a wide ra

6、nge of different industries. In this paper, the requirements to pass out of the hydraulic design of the main technical specifications of the machine, and then carry out a variety of four-pillar hydraulic machine demonstration program compared to the optimal design selected. Program in accordance wit

7、h the optimal model, followed by the design of the completion of this machine (mainly), hydraulic systems and pumping stations. In the design of the machines, according to progressive principles, giving priority to design the size parameters of the hydraulic cylinder, and then using the good-size on

8、e by one based on the completion of column size to design and verificate the Columns, the beams and the platforms. In the design of the hydraulic system, by referring to the Hydraulic schematic of the hydraulic machine, and then analyze the design of hydraulic machines in order to achieve the operat

9、ional requirements of the design of various parts of sub-block loop system, linking them together to form the design of the hydraulic system. In the design of pumping stations, the main work is choosing of the hydraulic pump and the motor, and design of fuel tanks. Finally, good design of the variou

10、s parts of hydraulic pressure to zero, components assembled together to complete the assembly of the hydraulic machine.The design of hydraulic driving force is an independent body and electrical system, centralized control of the use of buttons, can be achieved to three types of work, such as adjust

11、ing, manually and semi-automatic. The working pressure and the speed of downlink and fast no-load speed and scope of operation of the itinerary of the hydraulic machine can be adjusted according to process. And to complete the top out process, can taking the top out process, Drawing process. Each pr

12、ocess have set-Pressure and Set-range, will be two-way process for the choice of action.Keyword:Hydraulic machine; hydraulic cylinder; columns; beams; hydraulic pump; pumping station; platforms目 录TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc229895696 引言 PAGEREF _Toc229895696 h 1 HYPERLINK l _Toc229895697 1 液压机的基本概

13、况 PAGEREF _Toc229895697 h 1 HYPERLINK l _Toc229895698 液压机的工作原理及液压系统的组成 PAGEREF _Toc229895698 h 1 HYPERLINK l _Toc229895699 液压机的工作原理 PAGEREF _Toc229895699 h 1 HYPERLINK l _Toc229895700 液压系统的组成 PAGEREF _Toc229895700 h 2 HYPERLINK l _Toc229895701 液压技术的应用与优缺点及发展概况 PAGEREF _Toc229895701 h 2 HYPERLINK l _

14、Toc229895702 液压机的发展概况 PAGEREF _Toc229895702 h 2 HYPERLINK l _Toc229895703 液压技术的优点及不足 PAGEREF _Toc229895703 h 3 HYPERLINK l _Toc229895704 液压机的用途、特点及技术参数 PAGEREF _Toc229895704 h 4 HYPERLINK l _Toc229895705 2 液压机本体结构的设计计算与校核 PAGEREF _Toc229895705 h 4 HYPERLINK l _Toc229895706 本机机构的方案确定 PAGEREF _Toc2298

15、95706 h 4 HYPERLINK l _Toc229895707 主要技术规格的确定 PAGEREF _Toc229895707 h 4 HYPERLINK l _Toc229895708 方案论证选择 PAGEREF _Toc229895708 h 7 HYPERLINK l _Toc229895709 液压缸部件的设计与校核 PAGEREF _Toc229895709 h 10 HYPERLINK l _Toc229895710 液压缸的基本尺寸的确定 PAGEREF _Toc229895710 h 10 HYPERLINK l _Toc229895711 液压缸结构的设计 PAGE

16、REF _Toc229895711 h 12 HYPERLINK l _Toc229895712 液压缸强度的校核 PAGEREF _Toc229895712 h 13 HYPERLINK l _Toc229895713 立柱式机架的设计与校核 PAGEREF _Toc229895713 h 15 HYPERLINK l _Toc229895714 立柱的设计 PAGEREF _Toc229895714 h 15 HYPERLINK l _Toc229895715 立柱的校核 PAGEREF _Toc229895715 h 19 HYPERLINK l _Toc229895716 横梁的设计与

17、校核 PAGEREF _Toc229895716 h 25 HYPERLINK l _Toc229895717 上横梁的设计与校核 PAGEREF _Toc229895717 h 25 HYPERLINK l _Toc229895718 活动横梁的设计与校核 PAGEREF _Toc229895718 h 29 HYPERLINK l _Toc229895719 移动工作台及其它辅助装置的设计 PAGEREF _Toc229895719 h 33 HYPERLINK l _Toc229895720 工作台结构的设计 PAGEREF _Toc229895720 h 33 HYPERLINK l

18、_Toc229895721 工作台与顶出缸的连接方式 PAGEREF _Toc229895721 h 34 HYPERLINK l _Toc229895722 固定模具的结构 PAGEREF _Toc229895722 h 34 HYPERLINK l _Toc229895723 工作台强度的校核 PAGEREF _Toc229895723 h 35 HYPERLINK l _Toc229895724 3 液压机传动系统的设计 PAGEREF _Toc229895724 h 37 HYPERLINK l _Toc229895725 系统图的设计及其分析 PAGEREF _Toc22989572

19、5 h 37 HYPERLINK l _Toc229895726 动作路线的确定 PAGEREF _Toc229895726 h 37 HYPERLINK l _Toc229895727 回路系统的设计 PAGEREF _Toc229895727 h 38 HYPERLINK l _Toc229895728 液压系统的工作原理 PAGEREF _Toc229895728 h 40 HYPERLINK l _Toc229895729 液压系统的设计计算 PAGEREF _Toc229895729 h 41 HYPERLINK l _Toc229895730 负载的计算 PAGEREF _Toc2

20、29895730 h 41 HYPERLINK l _Toc229895731 负载图和速度图的绘制及液压缸工作压力的计算 PAGEREF _Toc229895731 h 42 HYPERLINK l _Toc229895732 阀类元件的选择 PAGEREF _Toc229895732 h 42 HYPERLINK l _Toc229895733 4 液压机动力系统的选择与设计 PAGEREF _Toc229895733 h 43 HYPERLINK l _Toc229895734 动力装置的选择 PAGEREF _Toc229895734 h 44 HYPERLINK l _Toc2298

21、95735 液压泵工作压力的计算 PAGEREF _Toc229895735 h 44 HYPERLINK l _Toc229895736 电动机的选择 PAGEREF _Toc229895736 h 47 HYPERLINK l _Toc229895737 泵站的设计计算 PAGEREF _Toc229895737 h 48 HYPERLINK l _Toc229895738 油箱的设计计算 PAGEREF _Toc229895738 h 48 HYPERLINK l _Toc229895739 管道的设计计算 PAGEREF _Toc229895739 h 53 HYPERLINK l _

22、Toc229895740 泵站布置 PAGEREF _Toc229895740 h 56 HYPERLINK l _Toc229895741 泵站设备的布置 PAGEREF _Toc229895741 h 56 HYPERLINK l _Toc229895742 电动机与液压泵的连接方式 PAGEREF _Toc229895742 h 56 HYPERLINK l _Toc229895743 5 液压机的总装 PAGEREF _Toc229895743 h 56 HYPERLINK l _Toc229895746 结论 PAGEREF _Toc229895746 h 58 HYPERLINK

23、l _Toc229895746 谢 辞 PAGEREF _Toc229895746 h 59 HYPERLINK l _Toc229895747 主要参考文献 PAGEREF _Toc229895747 h 60引言液压机是利用液压传动技术进行加工的设备。随着液压技术的发展，液压机在国民经济的各个领域都得到广泛的应用，例如锻造液压机，模锻液压机、冲压液压机、制造炸药及火箭固体燃料用的液压机，万能液压机。它们具有许多优点：如结构简单，结构布局灵活；可以根据工艺要求来灵活改变其压力与行程；可以根据工艺要求十分方便的在各种部位布置所需的液压缸；与机械压力机相比，具有压力和速度可在广泛的范围内无级调速

24、；可在任意位置输出全部功率和保持所需压力；各执行机构动作可很方便地达到所希望的配合关系；振动小、易于实现计算机控制及自动控制等等。特别是近年来，液压技术及液压元件、计算机控制技术等有了迅速发展，使得各种液压机的性能日趋完善。层压液压机、挤压液压机、压制及注射液压机、打包压块液压机等一些液压设备在科学生产中也得到广泛的应用。1 液压机的基本概况1.1 液压机的工作原理及液压系统的组成液压机的工作原理液压机系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（主机）、操纵系统及泵站三大部分组成。液压机的工作循环一般包括停止、充液行程、工作行程及回程，现分述如下。(1) 充液

25、行程 操纵手把由“停止”位置移到“充液行程”位置，分配器摇杆轴逆时针转动，回程缸排水阀打开，活动横梁靠自重下降，回程缸中液体排入充液罐或水泵站的水箱。此时工作缸内液体压力下降，在工作缸和充液罐中液体压力差的作用下，充液阀自动打开，充液罐内的低压液体大量流入缸内，实现动梁空程向下的充液行程。(2) 工作行程 充液行程结束后，充液阀应完全关闭，回程缸仍通低压。操纵手把被移动到“工作行程”位置，摇杆轴继续作逆时针转动，工作缸进水阀打开，高压液体经充液阀腔进入工作缸，作用于柱塞上，并通过动梁对工件进行压力加工。(3) 回程 工作行程结束时，操纵手把被反向移动到“回程”位置，摇杆轴反向作顺时针转动，工作

26、缸进水阀先关闭，然后工作缸进水阀打开，卸掉工作缸和管道中高压液体的压力，接着回程缸进水阀打开，使回程缸和充液阀接力器通高压液体，强迫打开充液阀。动梁在回程缸高压液体作用下向上运动，迫使工作缸中大量液体排入充液罐或低压缓冲器。(4) 停止 将操纵手把移动到“停止”位置，工作缸排水阀继续打开，工作缸通低压，而此时回程缸进水阀和排水阀都关闭，液体被封闭在回程缸内，故动梁可停在操作空间的任意位置。液压机的动力装置具有两种基本形式：泵直接传动和泵蓄势器传动。有时为了供给液压机以更高压力的工作液体，在工作缸与分配器间增设增压器。增压器的低压缸由泵或泵蓄势器站供给一定压力的工作液体，经增压器增压后，供给液压

27、机工作缸使用。液压机的工作介质主要有两种，采用乳化液的一般称为水压机，采用油的称为油压机，两者统称为液压机。油压机中应用最广的是机械油，有时也采用透平油或其他类型液压油。油在防腐蚀、防锈和润滑性能方面都比乳化液好，油的粘度比较大，也容易密封。因此，近年来，采用油为工作介质的越来越多。液压系统的组成 液压系统一般有以下几部分组成：(1) 能源部分 其功用是电动机的机械能转换成液体的压力能，如各类液压泵。(2) 执行元件部分 包括各类液压缸和液压马达。其功用是将油液的压力能转换为机械能以带动工作部件运动。(3) 控制调节元件部分 包括各种压力阀，流量阀和换向阀。其功用是调节与控制液压系统中液流的压

28、力、流量和流动方向，以满足工作部件所需要的力（力矩）、速度（转速）和运动方向（运动循环）的要求。(4) 辅助元件部分 能源部分、执行元件部分、控制元件部分这三项组成部分之外的其它元件都称辅助元件，包括油箱、油管、管接头、滤油器、蓄能器、压力表、加热（冷却）器等等。它们对于保证液压系统工作的可靠性和稳定性具有重要的作用。 此外，还有液压油，即传动介质。1.2 液压技术的应用与优缺点及发展概况液压机的发展概况液压传动技术是一门新的学科技术，它的发展历史虽然较短，但是发展的速度却非常之快。自从1795年制成了第一台压力机起，液压技术进入了工程领域；1906年开始应用于国防战备武器。第二次世界大战期间

29、，由于军事工业迫切需要反应快、精度高的自动控制系统，因而出现了液压伺服控制系统。从60年代起，由于原子能、空间技术、大型船舰及电子技术的发展，不断地对液压技术提出新的要求，从民用到国防，由一般的传动到精确度很高的控制系统，这种技术得到更加广泛的发展和应用。在国防工业中：海、陆、空各种战备武器均采用液压传动与控制。如飞机、坦克、舰艇、雷达、火炮、导弹及火箭等。在民用工业中：有机床工业、冶金工业、工程机械、农业方面，汽车工业、轻纺工业、船舶工业。另外，近几年又出现了太阳跟踪系统、海浪模拟装置、飞机驾驶模拟、船舶驾驶模拟器、地震再现、火箭助飞发射装置、宇航环境模拟、高层建筑防震系统及紧急刹车装置等，

30、均采用了液压技术。总之，一切工程领域，凡是有机械设备的场合，均可采用液压技术。目前，各类液压机的发展趋势向着高精度、集成化与精密化、数控化、自动化与网络化、柔性化、高生产率与高效率、环境保护与人身安全保护和成线化与成套化方向发展。液压技术的优点及不足(1) 它的发展如此之快，应用如此之广，其原因就是液压技术有着优异的特点，归纳起来： 单位功率的重量轻、结构尺寸小。据统计，轴向柱塞泵每千瓦功率的重量只有1.5-2N，而直流电机则高达15-20N。这说明在同等功率下，前者的重量只有后者的10-20%；至于尺寸相差更大，前者约为后者的12-13%。 反应速度快。电动机转动部件的惯量可达到其输出转距的

31、50%左右，而液压马达则不大于5%。所以在加速中同等功率的电动机需一秒到几秒的时间，而液压马达只需0.1秒。 大范围内实现无级调速，而且调速性能好。调速范围可达200-250（100：1至2000：1），而电动机通常只能达到20。 能传递较大的力或转距。传递较大的力或转距是液压传动的突出优点。 易实现功率放大。这在控制系统中是非常重要的一个特点，它可以减少执行部件所需的操纵力，以微小的信号输入而得到较大的功率输出。 操纵、控制调节比较方便、省力，易实现自动化。尤其和电气控制结合起来，能实现复杂的顺序动作和远程控制。 液压系统易于实现过载保护；由于用油作为传动介质，故能自动润滑，元件使用寿命较长

32、。 液压元件已标准化、系列化和通用化，便于设计和选用。液压元件的布置更换方便，成本较低。(2) 液压传动与控制目前尚有一些缺点，如： 一定的泄漏现象，使容积效率降低，不易实现定比传动，而且会污染环境，解决不好，对运动的平稳性有一定的影响。但这种现象在逐渐地得到克服和控制。 液在流动中产生一定的阻力损失。在高压高速下会使油温升高，影响油的粘性和元件的寿命。 液压元件制造精度要求高，使用维护比较严格。 液压系统的故障原因有时不易查明。 液压机的用途、特点及技术参数液压机工艺用途广泛，适用于弯曲、翻边、拉伸、成型和冷挤压等冲压工艺，压力机是一种用静压来加工产品。适用于金属粉末制品的压制成型工艺和非金

33、属材料，如塑料、玻璃钢、绝缘材料和磨料制品的压制成型工艺，也可适用于校正和压装等工艺。由于需要进行多种工艺，压机具有如下的特点：(1) 工作台较大，滑块行程较长，以满足多种工艺的要求； 有顶出装置，以便于顶出工件； 机具有点动、手动和半自动等工作方式，操作方便； 机具有保压、延时和自动回程的功能，并能进行定压成型和定程成型的操作，特别适合于金属粉末和非金属粉末的压制； 机的工作压力、压制速度和行程范围可随意调节，灵活性大。2 液压机本体结构的设计计算与校核 液压机的设计也和其它任何机械设计一样，是由加工对象工件的工艺要求决定的。因此整个设计过程首先应该详细分析压制工件对各执行机构的动作（包括压

34、力、速度、相对位置关系和运动精度），工作空间和装卸料要求等等。并根据加工的实际条件；确定主要技术规格和动作线图，参考液压机设计的一些典型结构和对搜集的同类产品结构性能等参考资料进行分析比较，确定总体设计方案，然后对主要零部件提出具体的要求，进行详细核算。在此基础上绘制全部零件图和装配图。2.1 本机机构的方案确定主要技术规格的确定主要技术规格是表述机器工作性能的指标。确定液压机主要技术规格事设计工作中最重要的步骤之一。因为它直接关系到所设计的机器是否能满足零件压制的质量和生产率要求。同时它也是设计各零部件的依据，它对零部件的尺寸、要求加工设备的能力和整机成本有极大的影响。 首先确定主参数，根据

35、任务书要求设计公称压力为630t 的四柱式通用液压机，查阅JB/T 611-1991标准规定，应选择公称压力为630t 。再查JB/T9965-1999标准规定，可确定所需设计的四柱式通用液压机的型号为Y32-630。以压制零件为其主要用途，规定压制零件的最大长度为400mm，可根据挤压零件的长度、变形程度、挤压零件的材料和挤压方式，设计出相应的模具结构，从而得到模具外形尺寸、安装面积和闭合高度。相应的决定了工作台面积，上滑块下平面的有效面积和闭合高度，毛坯尺寸、上滑块行程和顶出行程。凸模面积： 2-1凸模直径： 2-2凸模有效长度： 2-3在反挤压时毛坯高度和毛坯直径：（b为挤压零件的底部厚

36、度） 2-4上滑块高压行程： 2-5上滑块总行程： 2-6顶出行程： 2-7为装卸零件方便所需的余量，为凹模装料口部余量，为顶出活塞行程余量。取用反挤压制取30号钢，铜和铝的零件时，其相关参数如下表：表 2-1P0dHmaxD0bSPS1S230号钢50%80%235260140139621556732916793铜50%90%125200806346037811367202215800525250铝50%99%457513210346067318730215800800250在正挤压时各参数关系式， 2-8取用正挤压制取30号钢，铜和铝的零件时，其相关参数如下表：表 2-2PdHD0bSPS

37、1S230号钢50%80%15025035640673121617278638594354400铜50%90%125200415400251019539720549400400铝50%99%4575163104404002311005010195745514400400另外，根据对冷挤压有关工艺和现有设备的统计分析，有下列关系。 上滑块回程压力 下顶出最大压力 下顶出回程力P4很小，可由结构决定。 下顶出力 下顶出行程 上顶出行程其余参数查阅四柱通用液压机的基本参数（JB/T 9957.2-1999），综上所述，Y32-630四组式通用液压机主要技术规格如下： 公称压力： 630kN 上滑块压

38、力： 第一级 630kN 第二级 400kN 顶出压力： 100kN 回程压力： 170kN 退回压力： 70kN 开口高度： 700mm 活动横梁下平面距工作台面最大距离： 1400mm 工作台距离地面距离： 800mm 滑块行程： 450mm 顶出行程： 400mm 顶出活塞上平面距工作台面最大距离： 160mm 工作台有效面积： 10001000mm 上滑块平面尺寸： 10001000mm活动横梁行程速度， 空程下行最大： 150mm/s 工作最大： 25mm/s 回程最大： 120mm/s顶出活塞行程速度， 顶出最大： 60mm/s 退回最大： 90mm/s主机轮廓尺寸， 左右： 16

39、40mm 前后： 1000mm 地面上高： 5290mm 地面下深： 600mm机器占地面积， 左右： 4550mm 前后： 1500mmkW 全机重量： 45t方案论证选择四柱式液压机的安装方式有很多种。不同的安装方法，用于不同的场合。具体分析如下图：图a类型四柱式液压机，从结构上看，其活动横梁和上横梁结构比较简单，且尺寸宽度不够，故承载能力不强。因此其公称载荷不能满足本设计所要求公称压力。另外，该四柱式液压机，活动横梁与工作台之间空间很大，且整机具有双向动力，故主要用于双向薄板拉伸。图b类型四柱式液压机，结构比较复杂，制造成本高。其工作台上是、安装有3个电动马达。其属于专用式液压机三通弯曲

40、挤压。图c类型四柱式液压机，工作缸安装在上横梁内，活动横梁与工作缸得活塞联接成一整体，以立柱为导向上下运动，并传递工作缸内产生之力量，对制件进行压力加工。由于机身连接成一整体框架，故机身承受整个压力工作力量。按工作缸的安装方式有垂直位置及水品位置得不同。可分立式及卧式两种。也可发展成立卧联合式。按工作缸的数量来分可分为单缸、双缸、三缸及多缸各种型式。其有很宽的公称压力设计范围，是四柱式液压机中应用最广的类型。a b c d图2-1 各种四柱式液压机图d类型四柱式液压机，就结构比较复杂，且安装也很麻烦，属于大型液压机范畴。其基本特征与图c相同，主要应用在高吨位液压机的设计上。综上所述，参阅本设计

41、任务书要求，设计一台公称压力为630t的四柱式液压机，选用图c方案最为合理。2.2 液压缸部件的设计与校核液压缸部件的作用在于把液体压力转换成机械功。高压液体进入缸内后，作用于柱塞上，经过活动横梁将力传到工件上，使工件产生塑性变形。其通常可以分为柱塞式、活塞式和差动柱塞式三种。柱塞式液压缸，由于结构简单，因此在水压机中应用较多；活塞式液压缸，由于活塞在运动的两个方向都需要密封，因此缸的内表面在全长上均需加工，精度和光洁度要求高，结构复杂；而差动柱塞式液压缸多用作回程缸，与活动横梁联接比较简单。因此本设计液压机选择差动柱塞式液压缸。液压缸的基本尺寸的确定快进时采用差动连接，并通过充液补油法来实现

42、，这种情况下液压缸无杆腔工作面积应为有杆腔工作面积的6倍，即活塞杆直径与缸筒直径成的关系。快进时，液压缸回油路上必须具有背压,防止上压板由于自重而自动下滑，根据液压工程手册表12.3-13中推荐值，可取=2Mpa，快进时，液压缸是做差动连接，但由于油管中有压降存在，有杆腔的压力必须大于无杆腔，估计时可取,快退时，回油腔是有背压的，这时亦按1Mpa来估算。工进时的压力（推力）根据下列图2-2来计算液压缸面积： 2-9 液压缸工作腔的压力 26Mpa 液压缸回油腔的压力 1MPa 2-10 2-11按GB2348-80将这些直径圆整成进标准值时得：, 由此求得液压缸面积的实际有效面积为： 2-12

43、 2-13液压缸实际所需流量计算：图2-2 液压缸工作原理图 (1) 工作快速空程时所需流量 2-14液压缸的容积效率，取 (2) 工作缸压制时所需流量 (3) 工作缸回程时所需流量液压缸结构的设计图2-3 液压缸结构图本设计液压机液压缸的支承采用法兰支承，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，配合等级为。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钉固定在横梁上。本设计液压机液压缸导套采用抗压耐磨的青铜铸造。导套长度与工作柱塞直径的比值采用0.8。根据我国工作缸导套标准，导套与液压缸内壁的配合采用，与柱塞的配合采用，

44、内壁光洁度为。本设计液压机工作缸与柱塞之间的密封采用夹布橡胶人字形密封，由支承环、人字形密封圈及压环组成。在高压液体作用下，密封圈自动贴紧被密封件，起到密封作用。其工作温度在。查阅人字形夹布橡胶密封圈数量选用表(HG4-337-66)mm。根据上面计算的数据，液压缸内径为,柱塞直径为 ，可初取液压缸其他基本参数l=1000mm ，h=1500mm ，b=160mm ，h1=1000mm ，h2=850mm ，h3=125mm h4=175mm ，h5=135mm ，h6=115mm ，d1=160mm ，d2=140mm ，d3=160mm其结构简图如上图2-3。液压缸强度的校核液压缸损坏的部

45、位多数是在法兰与缸壁联接的圆弧部分，其次在缸壁向缸底过渡的圆弧部分，少数在圆筒筒壁产生裂纹。从液压缸使用情况来看，一般在损坏时都已承受了很高的工作加载次数，裂纹时逐步形成和扩展的，属于疲劳损坏。(1) 用法兰支承的缸的圆筒中段除油轴向拉应力 外尚有由内压p引起的径向压应力和切向拉应力。其三向应力状态如下图2-4所示： 2-15 2-16 2-17取r=r1=500mm按上式计算得，,。应用第四强度理论：图2-4 缸的中段应力图 2-18 经计算，最大合成当量应力发生在缸内壁： 2-19(2) 缸底部分参考现有相关资料，均把平底缸当作受均布载荷作用的周边刚性固定的中心有孔圆板来考虑。因此最大弯曲

46、应力发生在圆板的周边。根据第三强度理论，最大当量应力为： 2-20 p缸内液体压力(26MPa)； t缸底厚度(cm)； 缸底因开孔而引入的削弱系数，本设计液压机液压缸采用的是铸钢材料，对于铸钢件，。图2-5 缸底的力学计算模型故本设计液压机液压缸初取参数符合强度要求。2.3 立柱式机架的设计与校核立柱是四柱式液压机重要的支承件和手里剑，同时又是活动横梁的导向基准。因此，立柱应有足够的强度与刚度，导向表面应有足够的精度、光洁度和必要的硬度。立柱的设计立柱式机架的常用的连接型式有：(1) 两横梁都用立柱台肩支承，用锁紧螺母上下加以锁紧。(2) 两横梁都用调节螺母支承，用锁紧螺母上下加以锁紧。(3

47、) 上横梁用立柱台肩支承，调节螺母安装于工作台面上，两端用锁紧螺母锁紧。(4) 上横梁用立柱台调节螺母支承，立柱台肩支持在工作面上，两端用锁紧螺母锁紧。下述结构可以看出：第一种结构中，上横梁与工作台间距由立柱台肩尺寸来保证。因此。结构简单，装配方便。但装配后机器精度不能调整，预紧也比较困难。因此，仅在无活动横梁又无精度要求的小型简易液压机设计时使用。第二种结构组成零件最多。由于调节螺母起立柱台肩的支承作用，且可调整两梁的支承距离，对立柱有关轴向尺寸要求不严格，紧固较容易。但对立柱螺纹精度以及调节螺母精度要求较高。机器精度调整较麻烦。第三即第四种结构基本相同，精度调整和加工也不很复杂，但总装后立

48、柱预紧不如第二种方便。第四种结构加工情况与第三种相同，但精度调整较第三种可靠。 (1) (2) (3) (4) 图2-6 立柱的结构形式 因此，本设计液压机立柱采用第四种结构形式。立柱为液压机的重要零件，是活动横梁的导向基准。结合选用的第四种结构考虑：(1) 立柱导向面光洁度为。(2) 立柱导向面锥度及椭圆度不大于公差之半。(3) 立柱导向面轴线不平直度允差不大于0.05/1000毫米。(4) 与工作台贴合之端面对立柱导向表面之跳动量允差不大于0.05毫米。(5) 材料选用45锻钢件。毛坯应真火处理，消除锻造过程的内应力。(6) 立柱导向表面有条件应进行热处理，表面硬度不低于HRc45。立柱螺

49、母的设计有整体式和对开式两种。本设计液压机采用对开式。材料选用45锻钢件。参阅Q/ZB 173-73标准，大于500吨的液压机，应选用单线细牙锯齿形螺纹。螺母外径： 为螺纹直径由取为130mm，则取，。螺母与上下横梁贴合面A应与螺纹轴线相垂直。一般要求螺纹与其端面在一次装卡下加工，以保证其垂直度，该端面光洁度不低于。立柱螺母锁紧孔可在外圆表面铣直槽或打孔。立柱螺母防松装置常用方法有以下两种，由于(b)较(a)防松可靠，因此，本设计液压机立柱螺母放防松装置采用(b)方法。图2-7 防松装置防松装置上所选螺钉型号为 GB/T70.1-2000；所选垫片型号为 垫圈16 GB/T7244-1987；

50、所设计螺母尺寸为 GB/T41-2000；所选垫圈型号为 垫圈130 GB/ZQ4335-1986。个数全部为3个。根据本设计确定的主要技术规格，可初取上立柱的基本尺寸参数：l=3700mm , d=130mm , d2=180mm =130mm，其结构简图如下图2-8：图2-8 立柱结构简图立柱的校核从以上结构分析可以看出：立柱受力情况是由液压机结构、工艺过程的受力和预紧状态下的手里状态决定的。因此，应以以下几个方面来进行计算校核。第一，立柱预紧状态下的受力分析和强度计算。第二，中心载荷下立柱受力分析和强度计算。第三，偏心负荷状态下，对柱塞式油缸，立柱和导套间隙均等状态下，立柱的受力分析和强

51、度计算。第四，偏心负荷状态下，对柱塞式油缸，立柱和导向间隙不等，一侧立柱承受偏心负荷产生的水平力时，立柱的受力分析和强度计算。(1) 中心载荷下立柱强度计算在中心载荷下，立柱只承受拉应力，其应力计算式如下： 2-21 P公称压力 D0立柱最小直径(D0=11cm) n立柱个数 立柱许用拉伸应力，(2)、偏心载荷作用下立柱强度计算图2-9 偏心载荷下受力分布液压机工作时，由于模具不对称，工作变形阻力不对称等各种因素必然造成片载受力状态。这时，立柱将承受由于偏心载荷产生的附加弯矩和拉力，导套和立柱配合表面承受挤压，对油缸的密封液将产生不利影响。因此，应仔细分析和计算。对柱塞式油缸，偏心载荷如上图所

52、示。因为Z= 常数，故M1之极大值，可用下式求出： 2-22既有： 2-23设，则。即最大弯矩在处。图2-10 计算图形强度计算条件为： 2-24将R和M之值带入上式得： 2-25 P公称压力 F计算端面的面积 W计算端面的端面系数 Mk偏心载荷产生的计算力矩设，则当计算立柱插入工作台的端面时： ， 2-26当计算立柱插入上横梁的端面时： ，故，均满足强度校核要求。(3) 偏心载荷作用下单柱受力时的强度计算以上讨论的是在立柱与活动横梁导套间隙一致，即偏载下活动横梁对立柱作用力完全均等情况。但实际结构中，由于制造和装配误差，间隙不可能相等。因此，将使立柱手里不均匀。当立柱一侧受水平力H时，其计算

53、图形如下图：图2-11 立柱一侧受力计算图形分析中均取弯矩作用下该断面拉应力为正，反之为负。将图(a)计算图形3处解开，代之以未知力X1、X2和X3，得图(b)所示静定基图。应用力法方程可得： (1) (2) (3) 2-28应用莫尔积分，可得： 2-29将上式结构带入(1)、(2)、(3)求解得： (4) (5) (6) 2-30由图 (b)静力平衡方程可解得各点弯矩为： 2-31由以上各点弯矩得公式可以看出，各点均是Y得函数，从Y由0到1之间变化时，M1为最大，根据滑块力平衡条件： 2-32立柱最大受力一侧所承受得总拉力N为： 2-24立柱一侧受力时得强度条件为： 2-25由 (e0=10

54、cm) (D=18cm) (Y=0.36,Z=0.1,B=140,e=6) 则， 故，均满足强度校核要求。(4) 立柱得预紧和计算为了保证机架得精度与刚度，立柱与上横梁和工作台联接部分可靠预紧是十分重要的。设预紧力为P1，预紧后立柱变形为，工作台或上横梁与立柱预紧部分受压区得变形为，则可作出受力和变形关系图。故立柱插入部分得拉应力为： 2-26 P2立柱受力 F1每一立柱插入部分得截面积 图2-12 立柱预紧力和变形关系图立柱台阶处挤压应力： 2-27(5) 立柱螺母强度计算立柱螺母强度计算主要是螺纹强度得计算。作用在每一圈螺纹上的力： 2-28剪切应力： 2-29挤压应力： 2-30弯曲应力

55、： 2-31满足强度校核要求。故本立柱初取基本参数符合强度要求。2.4 横梁的设计与校核液压机的横梁分为上横梁、活动横梁和下横梁。三个横梁外形尺寸很大，为了节约金属和减轻重量，一般做成箱型，在安装各种缸、柱塞及立柱的地方做成圆筒形，中间加设筋板，承载大的地方筋板较密，以提高刚度，降低局部应力。合理的布置筋板，可以使横梁重量轻，又有足够的强度和均匀的刚度。筋板一般按方格形或辐射形布置。横梁由铸造和焊接制成，目前以铸造居多，一般采用ZG35B铸钢，2000KN以下的小型液压机也采用铸铁。随着轧制板材和焊接技术的发展，钢板焊接横梁也日益增多，其具有加工周期短、结构重量轻、强度高及外形美观等特点。设计

56、上、下横梁时，为了减轻重量，根据“等强度梁”的概念，设计成不等高梁，立柱柱套处的高度小于中间截面的高度。另外，还应正确的设计与布置铸造工艺所需的砂孔。出砂孔边的应力集中往往是横梁产生疲劳裂纹的发源地。合理的选择出砂孔的位置、形状和大小，可以减少应力集中程度。尽量避免在受力的主传力筋上开出砂孔，出砂孔的位置应远离应力最大的区域，出砂孔不要开得过大，其形状以圆形为好。上横梁的设计与校核(1) 上横梁结构的设计上横梁位于立柱上部，用于安装工作缸，承受工作缸的反作用力。亦可安装回程缸及其它辅助装置。对于中小型液压机其结构形式主要有：铸造及焊接两种。一般上横梁都采用HT20-40铸铁件或ZG35铸钢件。

57、小于500T的液压机采用铸铁结构，大于500T的液压机采用铸钢结构。本设计要求为设计公称压力为630T液压机，故采用ZG35铸钢件铸造结构。为了受力后应力分布较合理，本设计上横梁结构采用上、下封闭的箱式结构。此外，还要考虑到起重与清砂的方便。上横梁断面分布应根据其受力情况来考虑，一般梁的总部高度较两端稍高。在立柱中心距较小时，为了便于加工，设计成等高梁。与立柱联接部件的高度，虽受力较小，一般也不小于中间高度的二分之一。本设计立柱中心距足够大，故采用总部高度较两端稍高的结构形式。上横梁立柱空的配合剪下，原定为，但在实际安装中，往往因为立柱垂直度公差叠加，而发生装不进的现象。所以对于中小型液压机，

58、应有1-2mm的间隙，不配合部分不加工，在直径上可扩大50mm，而且上孔应比下孔的间隙略大。上横梁工作缸孔应做成圆形的支承筒形式，以保证工作缸支承面上有均匀的刚度，不致由于上横梁不均匀变形而使支承反力局部集中，降低缸的使用寿命。工作缸孔的配合采用，为了便于安装，下孔的直径应比上孔大10-20mm。由于上横梁变形和吊缸螺钉松动产生缸的上下窜动，而使上横梁与工作缸法兰的支承接触面出现压陷现象，破坏了接触精度，形成沿圆周方向不均匀局部接触，局部支承过大，导致缸的早期破坏。因此应设计成凸台，凸台高度应满足几次重车量，每次约为3-5mm，一般为10-20mm。其结构简图如下图2-13：图2-13 上横梁

59、结构图根据本设计确定的主要技术规格，可初取上横梁的基本尺寸参数：l=1640mm ，b=1000mm ，h=800mm ，R1=mm ，R2=65mm ，h3=80mmb1=50mm ，a1=130mm ，a2=160mm ，h1=650mm ，h2=260mm ，d2=305mmR3=330mm ，R4=315mm ，R5=570mm(2)、上横梁强度的校核由于上横梁的刚度远大于立柱的刚度，因此可以将上横梁简化为简支梁，支点间的距离为宽边立柱中心距。工作缸压力可简化为作用于法兰半圆环重心上的两个集中力。图2-14 上横梁受力简图最大弯矩在梁的中点： 2-32 P液压机的公称压力； D缸法兰的

60、环形接触面平均直径； 立柱宽边中心距。最大剪力为： 2-33对截面变化不大的箱形体梁，主要计算其最大弯矩处的强度： 2-34 最大弯矩； J计算截面惯性矩； h计算截面的形心至最外点距离。 图2-15 上横梁截面图表2-3 等量截面参数表截面宽度bi(cm)截面高度hi(cm)截面积Fi(cm2)截面重心至X轴距离Yi(cm)截面对X轴的静力距Si(cm3)静力距与面积重心至X轴距离的乘(cm4)各截面积的惯性矩Joi(cm4)56532558040040160006400005804004016000640000565325总计145052475H整个横梁面形心至梁下平面X轴距离： 2-35