100噸砂輪液壓機(jī)主機(jī)設(shè)計(jì)

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單位代碼學(xué) 號(hào)分 類 號(hào)密 級(jí)畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū)100 噸砂輪液壓機(jī)主機(jī)設(shè)計(jì)院 （ 系 ） 名 稱 工 學(xué) 院 機(jī) 械 系專 業(yè) 名 稱 機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 制 造 及 其 自 動(dòng) 化學(xué) 生 姓 名指 導(dǎo) 教 師2012 年 5 月 15 日本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （論文） 任 務(wù) 書(shū)工 學(xué)院 機(jī)械 系 專業(yè) 08 級(jí) 班學(xué)號(hào) 指 導(dǎo) 教 師 李 長(zhǎng) 詩(shī) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目 : 100 噸砂輪液壓機(jī)主機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作內(nèi)容與基本要求:（目標(biāo)、任務(wù)、途徑、方法，應(yīng)掌握的原始資料（數(shù)據(jù)） 、參考資料（文獻(xiàn)）以及設(shè)計(jì)技術(shù)要求、注意事項(xiàng)等） （紙張不夠可加頁(yè)）一．主要內(nèi)容：1.分析課題條件要求，查閱文獻(xiàn)，擬定總體設(shè)計(jì)方案；2.液壓機(jī)主機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)；3.編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，翻譯外文，編寫(xiě)文獻(xiàn)綜述。二．要求：1.對(duì)液壓機(jī)主機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并且計(jì)算出主要零件尺寸；2. 編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)不少于 8000字；3.用 CAD二維繪圖軟件繪出機(jī)械液壓機(jī)主機(jī)裝配圖以及主要零件圖；4. 查閱文獻(xiàn)資料不少于 12篇，其中外文資料不少于 2篇；文獻(xiàn)綜述不少于3000字。三．主要參考資料：《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 化學(xué)工業(yè)出版社《機(jī)械設(shè)計(jì)》 西北工業(yè)大學(xué)出版社《液壓與氣壓傳動(dòng)》 機(jī)械工業(yè)出版社四、時(shí)間安排：1-4 周 完成開(kāi)題報(bào)告、文獻(xiàn)翻譯、文獻(xiàn)綜述及總體方案設(shè)計(jì)5-10 周 完成機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、完成電路圖及程序并撰寫(xiě)說(shuō)明書(shū)10-12 周 修改論文、資格審查等13 周 畢業(yè)答辯畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）時(shí)間： 2012 年 2 月 13 日 至 2012 年 5 月 15 日計(jì) 劃 答 辯 時(shí) 間： 2012 年 5 月 19 日專業(yè)（教研室）審批意見(jiàn)：審批人簽名：摘 要 液壓機(jī)是制品成型生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的設(shè)備之一，也是理想的成型工藝設(shè)備，特別是當(dāng)液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)具有對(duì)壓力、行程、速度單獨(dú)調(diào)整功能后，不僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜工件以及不對(duì)稱工件的加工，而且，廢品率非常低，與機(jī)械加工系統(tǒng)相比，有極大的優(yōu)越性。近年來(lái)，隨著微電子技術(shù)、液壓技術(shù)等的發(fā)展，液壓機(jī)有了更進(jìn)一步的發(fā)展，其高技術(shù)含量增多，眾多機(jī)型已采用 CNC或 PC機(jī)來(lái)控制，提高了產(chǎn)品加工質(zhì)量和生產(chǎn)率。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(guò)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(wèn)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)，及主要結(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) 液壓系統(tǒng) 液壓缸 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 I 頁(yè)AbstractAuthor：Chen jia jieTutor：Li chang shiHydraulic press is one of the most widely used device in the production of molding，it is the ideal molding process equipment, especially when the hydraulic system to achieve with the right pressure, stroke and speed adjustment alone, not only to achieve the complex and asymmetric parts of the work piece processing, and that the rejection rate is very low, it has great advantages compared to machining systems. In recent years, with the development of microelectronic technology and hydraulic technology, hydraulic press had a further development, increased its high-tech, many models have been control by the CNC or PC, which improved processing quality and productivity.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 master 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 Hydraulic system Hydraulic cylinder黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 II 頁(yè)目 錄1 緒論 11.1 液壓機(jī)的特點(diǎn)及分類 .11.1.1 液壓機(jī)的特點(diǎn) 11.1.2 液壓機(jī)的分類 .21.2 液壓機(jī)典型結(jié)構(gòu) .31.3 液壓機(jī)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 .41.4 液壓機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) .52 液壓機(jī)主機(jī)設(shè)計(jì) 62.1 液壓機(jī)的基本參數(shù)及其選用 .62.2 四柱式組合機(jī)架的設(shè)計(jì)計(jì)算 .72.2.1 立柱的受力分析 72.2.2 立柱尺寸的取值 92.2.3 立柱的強(qiáng)度較核 92.2.4 橫梁強(qiáng)度和剛度計(jì)算 .102.2.5 整體框架式機(jī)身強(qiáng)度、剛度計(jì)算 .153 液壓機(jī)主缸設(shè)計(jì) .173.1 液壓缸的主要性能參數(shù)的計(jì)算 173.1.1 液壓缸的壓力值 .173.1.2 活塞的運(yùn)動(dòng)速度 173.1.3 液壓缸的速比 .183.1.4 活塞的理論推力和拉力 .183.2 液壓缸缸筒設(shè)計(jì) 193.2.1 液壓缸缸筒機(jī)構(gòu)及材料的選擇 .193.2.2 液壓缸缸筒的計(jì)算 203.3 液壓缸活塞的設(shè)計(jì) 233.4 活塞桿的設(shè)計(jì)計(jì)算 243.4.1 活塞桿直徑的計(jì)算 .243.4.2 活塞桿的強(qiáng)度計(jì)算 25黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 III 頁(yè)3.4.3 活塞桿穩(wěn)定性驗(yàn)算 263.5 活塞桿的導(dǎo)向套 263.6 緩沖裝置 283.7 與液壓缸相關(guān)的連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 283.7.1 液壓缸與上橫梁連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 283.7.2 活塞桿與活動(dòng)橫梁連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 29致謝 .30參考文獻(xiàn) .30黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 0 頁(yè)1 緒論本章對(duì)液壓機(jī)整體情況做出介紹，內(nèi)容涉及液壓機(jī)的原理，液壓機(jī)的特點(diǎn)、分類，以及液壓機(jī)的典型結(jié)構(gòu)介紹，目前國(guó)內(nèi)外液壓機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及未來(lái)液壓機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)等。1.1 液壓機(jī)的特點(diǎn)及分類1.1.1 液壓機(jī)的特點(diǎn)液壓機(jī)是制品成型生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的設(shè)備之一。目前，液壓機(jī)的最大標(biāo)稱壓力已達(dá)750MN，用于金屬的模鍛成型。隨著金屬壓制和拉伸制品的需求逐年增高，對(duì)產(chǎn)品品種的要求也日益增多；另一方面，產(chǎn)品的生產(chǎn)批量也逐漸縮小。為與中小批量生產(chǎn)相適應(yīng)，需要能快速調(diào)整的加工設(shè)備，這使液壓機(jī)成為理想的成型工藝設(shè)備，特別是當(dāng)液壓機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)具有對(duì)壓力、行程、速度單獨(dú)調(diào)整功能后，不僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜工件以及不對(duì)稱工件的加工，而且，廢品率非常低，與機(jī)械加工系統(tǒng)相比，有極大的優(yōu)越性。液壓機(jī)有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：(1）液壓機(jī)最大的特點(diǎn)是容易獲得最大的壓力。在鍛造過(guò)程中鍛錘是靠沖擊力打擊鍛件，因而會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的振動(dòng)。為了提高打擊效率和減輕振動(dòng)，需要有很大的砧座和良好的地基，因而鍛錘不可能造得很大。曲柄壓力機(jī)是靠曲柄連桿機(jī)構(gòu)傳遞能量，由于受到曲柄連桿機(jī)構(gòu)強(qiáng)度的限制，一般只制造到 100MN以下。液壓機(jī)利用靜壓力工作，不需要大的砧座和堅(jiān)實(shí)的地基。由于采用了液壓傳動(dòng)，其動(dòng)力設(shè)備可以與主機(jī)分開(kāi)，可以適當(dāng)加大柱塞的直徑或采用多缸聯(lián)合工作的方式來(lái)獲得更大的工作壓力。目前大型液壓機(jī)均已造到 100MN以上。(2）有更大的工作行程，并可在全行程的任意位置施加最大的工作壓力；在工作行程的任意位置都可以回程。機(jī)械傳動(dòng)的曲柄壓力機(jī)的滑塊行程是不變的，并且只能在滑塊下止點(diǎn)前較小的行程內(nèi)產(chǎn)生標(biāo)稱壓力。而且必須在下止點(diǎn)后才能回程，如果過(guò)載將會(huì)悶車，導(dǎo)致?lián)p壞。液壓機(jī)則與其相反，所以液壓機(jī)對(duì)要求工作行程較長(zhǎng)而且變形均勻的工藝（如拉伸、積壓等）十分適應(yīng)。(3）有更大的工作空間。液壓機(jī)本體沒(méi)有龐大的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其液壓缸可根據(jù)操作的要求來(lái)布置，因而可以容易地獲得較大的工作空間。(4）工作壓力可以調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)保壓，并可防止過(guò)載。例如，有三個(gè)缸的液壓機(jī)可以很容易地獲得三級(jí)不同的工作壓力。將高壓液體通入中間的工作缸能得到第一級(jí)壓力；通入兩側(cè)的工作缸能得到第二級(jí)壓力；3 個(gè)工作缸同時(shí)通入高壓液體就得到第三級(jí)壓黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 1 頁(yè)力。液壓機(jī)可以作長(zhǎng)時(shí)間的保壓。液壓系統(tǒng)有調(diào)壓裝置，可以根據(jù)要求來(lái)調(diào)整液體的壓力。他的安全裝置，能可靠地防止過(guò)載。(5）調(diào)速方便。通過(guò)調(diào)整通入工作缸液體的流量，可以實(shí)現(xiàn)各種行程速度。例如，實(shí)現(xiàn)空程下降和回程時(shí)高速，工作行程時(shí)慢速，而且這種調(diào)速是無(wú)級(jí)的。(6）液壓機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。液壓機(jī)的本體結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，而且容易制造。特別是中、小型的液壓機(jī)，由于液壓元件的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化程度的提高，使其設(shè)計(jì)與制造更為簡(jiǎn)便，成本降低。液壓機(jī)還易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和遙控。(7）液壓機(jī)工作平穩(wěn)。振動(dòng)和噪聲都較小，利于改善工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和工作條件。(8）液壓機(jī)的動(dòng)力傳動(dòng)為柔性傳動(dòng)，較機(jī)械加工復(fù)雜的傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)單。(9）液壓機(jī)基本的動(dòng)作方式有三種：?jiǎn)蝿?dòng)、雙動(dòng)、三動(dòng)。但其拉伸過(guò)程中只有單一的直線驅(qū)動(dòng)力，是加工系統(tǒng)有較長(zhǎng)的使用壽命和較高的工件成品率。除了以上優(yōu)點(diǎn)外液壓機(jī)還有一些缺點(diǎn)，比如：(1）液壓機(jī)采用液壓油為工作介質(zhì)，因而對(duì)液壓元件的精度要求和密封條件要求較高。另外，不可避免的泄露會(huì)帶來(lái)環(huán)境的污染。(2）液壓機(jī)的工作速度較其他設(shè)備低。由于液體流動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的阻力損失，當(dāng)液壓機(jī)高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，這種損失就更為明顯。所以液壓機(jī)的最高工作速度受到限制。由于液壓機(jī)具有以上特點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。除了大型的鍛件的鍛造、拉伸、剪切、擠壓等工序外，還應(yīng)用于塑料壓型、層壓板、粉末冶金、廢金屬處理、棉花打包等工序。1.1.2 液壓機(jī)的分類液壓機(jī)按照機(jī)架結(jié)構(gòu)形式分為梁柱式、組合框架式、整體框架式、單臂式等。按照功能用途分可分為手動(dòng)液壓機(jī)、鍛造液壓機(jī)、沖壓液壓機(jī)、一般用途液壓機(jī)、校正包裝液壓機(jī)、層壓液壓機(jī)、擠壓液壓機(jī)、壓制液壓機(jī)、打包液壓機(jī)、專用液壓機(jī)等 10余種類型。其各自類型對(duì)應(yīng)的常見(jiàn)工藝如下：(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(kāi)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（通用）液壓機(jī)。黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 2 頁(yè)(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型，如粉末冶金。(9)包、壓塊液壓機(jī)：用于將金屬碎屑及廢料壓成塊。(10）其它液壓機(jī)：包括輪軸壓裝、沖孔等專門(mén)用途的液壓機(jī)。1.2 液壓機(jī)典型結(jié)構(gòu)液壓機(jī)結(jié)構(gòu)中較典型的主要有三梁四柱式、雙柱下拉式、框架式和單臂式等，其中三梁四柱式液壓機(jī)為通用型液壓機(jī)的常用型式，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用此類型液壓機(jī)為設(shè)計(jì)對(duì)象，這里只對(duì)此型液壓機(jī)作以介紹。三梁四柱式液壓機(jī)結(jié)構(gòu)如圖所示，它由上橫梁、下橫梁、4 個(gè)立柱和 16個(gè)內(nèi)外螺母組成一個(gè)封閉的框架，框架承受全部的工作載荷。工作缸固定在上橫梁上，工作缸內(nèi)有工作柱塞與活動(dòng)橫梁相連接?；顒?dòng)橫梁以 4根立柱為導(dǎo)向，在上、下橫梁之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)?；顒?dòng)橫梁下面固定有上砧，而下砧則固定與下橫梁上的工作臺(tái)上。當(dāng)高壓液體進(jìn)入工作缸后，對(duì)柱塞產(chǎn)生很大的壓力，推動(dòng)柱塞、活動(dòng)橫梁及上砧向下運(yùn)動(dòng)，使工件在上、下砧之間產(chǎn)生塑性變形。同時(shí)在完成工作之后實(shí)現(xiàn)回程運(yùn)動(dòng)。圖 1-1 液壓機(jī)典型結(jié)構(gòu)圖黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 3 頁(yè)三梁四柱式液壓機(jī)的主要部件有：⑴立柱：立柱是機(jī)架的主要支撐部件和主要受力件，又是活動(dòng)橫梁的導(dǎo)向件，因此對(duì)立柱有較高的強(qiáng)度、剛度和精度要求。立柱所用的材料、結(jié)構(gòu)尺寸、制造質(zhì)量及其與橫梁之間的連接方式、預(yù)緊程度等因素，都對(duì)液壓機(jī)的工作性能甚至使用壽命有著很大的影響。立柱通常用如下材料制成：35 鋼、45 鋼、40Cr、20MnV、20MnSiMo 等。⑵橫梁：橫梁包括上橫梁、下橫梁（或稱底座）和活動(dòng)橫梁（或稱滑塊） ，是液壓機(jī)的重要部件。由于橫梁的輪廓尺寸很大，為了節(jié)約金屬和減輕重量，一般都做成空心箱形結(jié)構(gòu)，中間加設(shè)肋板，承載大的地方肋板較密，以提高剛度，減低局部應(yīng)力，肋板一般按方格形或輻射形分布，在安裝各種缸、柱塞（或活塞）及立柱的地方做成圓筒形，以使其環(huán)行支撐面的剛度盡可能一致，并用肋板與外壁相互之間連接起來(lái)。橫梁有鑄造結(jié)構(gòu)和焊接結(jié)構(gòu)兩種，生產(chǎn)批量較大的中、小型液壓機(jī)其橫梁多為鑄鐵件（材料多為 HT200）或鑄鋼件（材料多為 ZG275-500） ；近年來(lái)采用焊接結(jié)構(gòu)的日漸增多，材料一般為 Q235或 16Mn鋼板。中、小型液壓機(jī)橫梁多數(shù)為整體結(jié)構(gòu)，而大型液壓機(jī)橫梁由于受制造和運(yùn)輸能力的限制往往設(shè)計(jì)成組合形式，并利用鍵和拉緊螺栓連接。1.3 液壓機(jī)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)和整機(jī)機(jī)構(gòu)等方面發(fā)展已經(jīng)相當(dāng)成熟，國(guó)內(nèi)外機(jī)型無(wú)較大差距，主要差別在于加工工藝和安裝方面。良好的工藝使機(jī)器在過(guò)濾、冷卻及防止沖擊振動(dòng)等方面有明顯的改善 [2]。(1）油路設(shè)計(jì)方面，國(guó)內(nèi)外都趨向于集成化、封閉式設(shè)計(jì)，插裝閥、疊加閥和復(fù)合化元件及系統(tǒng)在液壓系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。國(guó)外已廣泛采用封閉式循環(huán)油路設(shè)計(jì)，可有效地防止泄露和污染，更重要的是防止灰塵、空氣和化學(xué)物質(zhì)侵入系統(tǒng)，延長(zhǎng)了機(jī)器的使用壽命。由于加工工藝等方面的原因，國(guó)內(nèi)采用封閉式循環(huán)油路設(shè)計(jì)的系統(tǒng)還不多見(jiàn)。(2）在安全性方面，國(guó)外某些采用微處理器控制的高性能液壓機(jī)利用軟件實(shí)現(xiàn)故障的檢測(cè)和維修，產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)負(fù)載檢測(cè)、自動(dòng)模具保護(hù)和錯(cuò)誤診斷等功能。(3）液壓機(jī)的發(fā)展最主要體現(xiàn)在控制系統(tǒng)方面。微電子技術(shù)飛速發(fā)展，為改進(jìn)液壓機(jī)的性能，提高穩(wěn)定性、加工效率等方面提供了前提條件。相比之下，國(guó)內(nèi)機(jī)型雖然品種齊全，但技術(shù)含量相比較低，缺乏高檔機(jī)型，這與機(jī)電液一體化和中小批量柔性發(fā)展黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 4 頁(yè)趨勢(shì)不相適應(yīng)。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外液壓機(jī)產(chǎn)品中控制系統(tǒng)分為以下三種類型：(1）以繼電器為主控制元件的傳統(tǒng)型控制系統(tǒng)。其電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，技術(shù)要求不高，成本較低，相應(yīng)控制功能簡(jiǎn)單，適應(yīng)性不強(qiáng)。主要用于單機(jī)工作，加工產(chǎn)品精度不高的大批量生產(chǎn)，也可組成簡(jiǎn)單的生產(chǎn)線。(2）采用可編程控制器（PLC）的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)是在繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制發(fā)展的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的并逐漸發(fā)展成為以微處理器為核心，將自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)溶為一體的新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。目前，該機(jī)型廣泛應(yīng)用于各種生產(chǎn)機(jī)械和自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，早期的可編程控制器只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的邏輯控制，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，一些廠家采用微電子處理器作為可編程控制器的中央處理單元（CPU） ，不僅可以進(jìn)行邏輯控制，還可以對(duì)模擬量進(jìn)行控制，擴(kuò)大了控制器的功能?？删幊炭刂破饔休^高的穩(wěn)定性和靈活性，但還是介于繼電器控制和工業(yè)控制之間的一種控制方式，與工業(yè)控制機(jī)相比還有很大差距。 。(3）應(yīng)用高級(jí)微處理機(jī)（或工業(yè)控制計(jì)算機(jī)）的高性能控制系統(tǒng)。該控制方式是在計(jì)算機(jī)控制技術(shù)成熟發(fā)展的基礎(chǔ)上采用的一種高科技含量的控制方式，以工業(yè)控制機(jī)或單片/單板機(jī)作為住控制單元，通過(guò)外圍數(shù)字接口器件（如 A/D或 D/A板等）或直接應(yīng)用數(shù)字閥實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓系統(tǒng)的控制，同時(shí)利用各種傳感器組成閉環(huán)回路式的控制系統(tǒng)，達(dá)到精確控制的目的。1.4 液壓機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)目前，隨著科技發(fā)展的日新月異，液壓機(jī)的技術(shù)含量也在日益增高，其主要發(fā)展趨勢(shì)可分為如下幾點(diǎn)：(1）高速化、高效化、低能耗，提高液壓機(jī)的工作效率，降低生產(chǎn)成本。(2）機(jī)電液一體化，充分利用機(jī)械和電子方面的先進(jìn)技術(shù)促進(jìn)整個(gè)液壓系統(tǒng)的完善。(3）自動(dòng)化、智能化。微電子技術(shù)的高速發(fā)展為液壓機(jī)的自動(dòng)化和智能化提供了充分的條件，自動(dòng)化不僅僅體現(xiàn)在加工方面，應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的自動(dòng)診斷和調(diào)整，具有故障預(yù)處理功能。(4）壓元件集成化，標(biāo)準(zhǔn)化。集成的液壓系統(tǒng)減少了管路連接，有效地防止泄露和污染，標(biāo)準(zhǔn)化的元件為機(jī)器的維修帶來(lái)方便。黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 5 頁(yè)2 液壓機(jī)主機(jī)設(shè)計(jì)本章主要針對(duì)中型三梁四柱式液壓機(jī)進(jìn)行本體設(shè)計(jì)，其主要內(nèi)容為對(duì)該型液壓機(jī)的主要參數(shù)進(jìn)行選擇，對(duì)液壓機(jī)主要部件尺寸進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)部件剛度、強(qiáng)度進(jìn)行校核，以使所設(shè)計(jì)液壓機(jī)能夠達(dá)到生產(chǎn)工藝要求。2.1 液壓機(jī)的基本參數(shù)及其選用液壓機(jī)的基本參數(shù)是基本技術(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，對(duì)于本次設(shè)計(jì)的三梁四柱式液壓機(jī)，主要設(shè)計(jì)參數(shù)如圖 2-1所示：Hlbl B圖 2-1 液壓機(jī)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)示意圖(1）公稱壓力（KN） 。公稱壓力是液壓機(jī)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)。它反映了液壓機(jī)的主要工作能力，是液壓機(jī)名義上能產(chǎn)生的最大壓力，數(shù)值上等于工作柱塞總的面積與液體壓力的乘積。本次設(shè)計(jì)液壓機(jī)公稱壓力為給定原始數(shù) 據(jù) 1000KN。黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 6 頁(yè)(2）最大工作行程：最大工作距離 h是指活動(dòng)橫梁在上限位置時(shí)從工作臺(tái)上面到活動(dòng)橫梁下表面的距離。反映里液壓機(jī)高度方向上工作空間的大小，應(yīng)根據(jù)模具及墊板高度工作行程大小以及放入取出工件所需空間的大小等工藝因素來(lái)確定。本次設(shè)計(jì)液壓機(jī)工作行程 h=1000mm。(3）工作臺(tái)尺寸：在如鍛造、模煅及沖壓等加工工藝中，往往設(shè)置移動(dòng)工作臺(tái)。他的尺寸（長(zhǎng) l 寬 b）取決于模具的的平面尺寸。?本次設(shè)計(jì)工作臺(tái)尺寸為給定原始數(shù)據(jù) 1380 1080mm。?(4）立柱中心距 (mm mm)。在四柱式液壓機(jī)中，立柱寬邊中心距為 L，窄邊中心LB?距為 B。立柱中心距反映了液壓機(jī)平面尺寸上工作空間的大小。本次設(shè)計(jì)液壓機(jī)立柱中心距 =1120 800(mm mm)。?(5）活動(dòng)橫梁的運(yùn)動(dòng)速度（ ）活動(dòng)橫梁運(yùn)動(dòng)速度分為工作行程速度及空載回程/ms速度兩種。本次設(shè)計(jì)液壓機(jī)工作形成速度 =0.05 ，回程速度 =0.1 。1v/2v/ms2.2 四柱式組合機(jī)架的設(shè)計(jì)計(jì)算2.2.1 立柱的受力分析由于四柱式組合機(jī)架是一個(gè)高次超靜定空間框架，在進(jìn)行受力分析時(shí)，需采取一些簡(jiǎn)化假設(shè)：由于一般液壓機(jī)的機(jī)架結(jié)構(gòu)對(duì)稱于中間平面，載荷也對(duì)稱于中間平面，因此可將空間框架簡(jiǎn)化為平面框架；立柱與上、下橫梁為剛性連接；不考慮安裝應(yīng)力及溫度應(yīng)力。 (1）中心載荷。假設(shè)上、下橫梁剛度很大，則可忽略上、下橫梁變形而施加與立柱的附加彎曲應(yīng)力，則立柱只承受簡(jiǎn)單的軸向拉應(yīng)力，其拉應(yīng)力為： ????????MPa3541.03KNnAF2p(2-1) 式中 F——液壓機(jī)的公稱壓力；A——每根立柱的截面面積；n——立柱的根數(shù)；——許用應(yīng)力，本次設(shè)計(jì)立柱材料???黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 7 頁(yè)選擇為 45鋼，其取值范圍為 。60~7MPa(2）偏心載荷。液壓機(jī)工作時(shí)，由于模具不對(duì)稱、工作變形阻力不對(duì)稱（加工零件形狀不對(duì)稱或加熱不均勻） 、工件放置位置不正等多種因素都可能造成偏載受力狀態(tài)。根據(jù)前面的簡(jiǎn)化假設(shè)，將空間機(jī)架簡(jiǎn)化為平面框架，如圖所示。在手偏心載荷時(shí)，活動(dòng)橫梁發(fā)生傾斜，活塞隨之傾斜壓到液壓缸導(dǎo)向套或內(nèi)壁上，而活動(dòng)橫梁也與立柱相接觸。考慮到不同工藝條件及密封等，補(bǔ)充做如下假設(shè)：工件較窄，不妨礙活動(dòng)橫梁轉(zhuǎn)動(dòng)，因此在工件處沒(méi)有側(cè)向水平支反力；兩側(cè)立柱導(dǎo)套間隙一樣，因此在活動(dòng)橫梁傾斜十，兩邊立柱均勻受力；各處的作用力及支反力均假定為集中力?？紤]到由于用一個(gè)兩柱的平面框架來(lái)代替原來(lái)對(duì)稱的四柱空間框架，因此載荷取為F/2。載荷的偏心距為 e，活動(dòng)橫梁受到的偏心力矩 Fe/2作用，給液壓缸內(nèi)壁以側(cè)力為 ：1Fh)YZ(2Fe1???(2-2)式中 ——液壓缸的缸筒受力點(diǎn)或活塞中點(diǎn)至上橫梁下表面的距離；Zh——活動(dòng)橫梁導(dǎo)向套支撐反力作用點(diǎn)到上橫梁下表面的距離。Y這樣，四柱式組合液壓機(jī)機(jī)架即可簡(jiǎn)化為如圖 2-2所示的平面框架?？蚣艿膶挾?為立柱中心線間的距離。框架高度 則與立柱和橫梁的剛度比有關(guān)。bh、 分別為立柱與上、下橫梁的剛1K2(2-3)1cauKI?(2-4)2cabI式中 、 、 ——分別為立柱、上橫梁和下橫梁的彈性模量；cKub、 、 ——分別為立柱、上橫梁和下橫梁的截面慣性矩。aIaI如果 、 值較大，則必須考慮到剛度比的影響，框架高度應(yīng)取為上橫梁中性層到12下橫梁中性層間的距離。在計(jì)算中假設(shè) 、 為零，即假設(shè)上、下橫梁剛度為無(wú)窮大，1K2因此框架高度 取為上橫梁下表面到下衡量上表面之間的距離。h黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 8 頁(yè)由于假設(shè)上橫梁的剛度為無(wú)窮大，因此作用于缸壁處的推力 可平移至上橫梁下表1F面，而在上衡量上附加一力矩 = ，如圖所示，該力矩 只在左右立柱內(nèi)引起軸1MFZhM向應(yīng)力 ：2F)Yb(2eb1???(2-5)bhYhZheF1/2 F/2 F/2F1/2F1hbF/2eF1/2F1/2F1 Zh圖 2-2 液壓機(jī)機(jī)架受力圖由于軸向力在立柱內(nèi)不引起彎矩，因而在求解立柱彎矩時(shí)不予考慮。根據(jù)材料力學(xué)可知，這是個(gè)三次靜布定框架問(wèn)題，可用變形法或力法求解。則可得出框架中的最大軸向力與彎曲力矩分別為：=1000/4=250KN, max4F?KN143)5.02.()YZ(81 ????2.2.2 立柱尺寸的取值本次設(shè)計(jì)由比較法，參照沈陽(yáng)液壓機(jī)廠 3150KN液壓機(jī)相關(guān)尺寸，立柱材料選擇為 45鋼，初步確定液壓機(jī)立柱尺寸值為： ，1930hm?150d?黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 9 頁(yè)2.2.3 立柱的強(qiáng)度較核(1）靜載合成應(yīng)力 [3]。液壓機(jī)在偏心載荷作用下，立柱承受單純拉應(yīng)力和彎曲應(yīng)力聯(lián)合作用，其合成應(yīng)力 為：h?(2-6)??maxaxhFMAW????式中 ——立柱所受最大軸向拉力；maxF——立柱所受最大彎矩；M——立柱的截面面積；A——立柱截面系數(shù)。W帶入數(shù)值計(jì)算得 ??97.5150hMPaPa?????所以立柱強(qiáng)度符合靜載合成應(yīng)力要求。(2）疲勞強(qiáng)度校核 [4]。對(duì)于中、小型液壓機(jī)，尤其是鍛造液壓機(jī)在工作過(guò)程中，立柱長(zhǎng)期承受不規(guī)則的脈動(dòng)載荷的作用，在每次加載時(shí)，立柱都出現(xiàn)較大的應(yīng)力幅值，而在卸載后，由于立柱搖擺也還有若干個(gè)較小的應(yīng)力幅值。由于立柱的疲勞斷裂大部分發(fā)生在立柱根部截面變化的進(jìn)度區(qū)，為此在進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，需考慮過(guò)渡區(qū)的應(yīng)力集中，即：(2-7)??0Thk???式中 為有效力集中系數(shù)：k??1tkq?式中 ——應(yīng)力集中的敏感系數(shù)，對(duì)于 45鋼 值在 0.70~0.95之間；q——彈性狀態(tài)下理論應(yīng)力集中系數(shù)，取值在 1.35~2.465之間。tk為許用脈動(dòng)循環(huán)的疲勞極限：??0???00n????式中 ——脈動(dòng)循環(huán)時(shí)的疲勞極限，對(duì)大截面 45鋼，取為 270 ；MPa——尺寸系數(shù)冊(cè)中查得；?——表面質(zhì)量系數(shù)，精車表面 取值為 0.9；??——安全系數(shù)。0n代入數(shù)據(jù)計(jì)算得 ??01927TMPaPa?????黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 10 頁(yè)所以立柱強(qiáng)度符合疲勞強(qiáng)度要求。2.2.4 橫梁強(qiáng)度和剛度計(jì)算橫梁雖通常設(shè)計(jì)成箱形構(gòu)件，且其外形高跨比較大，在進(jìn)行初步設(shè)計(jì)時(shí)，仍可將橫梁簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁進(jìn)行近似計(jì)算 [5]。(1)上橫梁相關(guān)計(jì)算上橫梁結(jié)構(gòu)如圖 2-3所示，按一般經(jīng)驗(yàn)公式，上橫梁鑄造箱體告訴一般取值為橫梁跨度的（0.4～0.8）倍，這里取橫梁高度 h=690mm取上橫梁鑄造箱體壁厚為 =50mm，肋a?板厚度為 m50b??：圖 2-3上橫梁機(jī)構(gòu)圖上橫梁受力分析如圖 2-4 所示：b/2b/2D/2 D/2F/2 F/2 F/2 F/2圖 2-4 上橫梁受力示意圖黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 11 頁(yè)最大彎矩計(jì)算公式為：(2-8)max2FbDM?????????代入數(shù)值得 3max 105810???????Nm 根據(jù)強(qiáng)度條件計(jì)算時(shí)，對(duì)截面變化不大的箱形結(jié)構(gòu)梁，主要計(jì)算最大彎矩處，即中心截面處強(qiáng)度：(2-9)??max1axMhI????式中 ——最大彎矩；maxM——計(jì)算截面慣性矩， ；I 21iIh?——計(jì)算截面的形心至最外點(diǎn)距離；1h——許用應(yīng)力，本次設(shè)計(jì)橫梁材料選擇為 鑄鋼 。??? 2705ZG???????6071Pa??代入數(shù)值計(jì)算得 ??66max43.11MPaPa??????上橫梁的剪切應(yīng)力主要由立柱承受，因此截面可近似簡(jiǎn)化成厚度是 高度是 的矩形?h截面，其剪切應(yīng)力在形心軸處最大：(2-10)??1.5Fh????式中 ——計(jì)算截面所受的剪力；F?——橫梁立板的厚度之和；?——橫梁立板的高度；h——剪切許用應(yīng)力， 鑄鋼 。???2705ZG????6501Pa??代入數(shù)值計(jì)算得 68.31Ma????所以上橫梁強(qiáng)度符合彎應(yīng)力及剪應(yīng)力強(qiáng)度要求 [6]。(2）下橫梁 (工作臺(tái) )的相關(guān)計(jì)算黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 12 頁(yè)下橫梁結(jié)構(gòu)如圖 2-5所示，下橫梁高度取值一般為橫梁跨度的 ～ )倍，4.0(7在此取下橫梁高度為 ，下橫梁壁厚取為 50 ，肋板厚度取為 50mh590??a?m?b?：下橫梁受力分析如圖 2-6所示：m對(duì)于下橫梁彎矩計(jì)算，按均布載荷公式進(jìn)行計(jì)算。(2-11)21max48qbFM??式中 1Fqb?圖 2-5 下橫梁結(jié)構(gòu)圖F/2 F/2qb1b圖 2-6 下橫梁受力圖則中心截面處強(qiáng)度： (2-12)??max1axMhI????代入數(shù)值計(jì)算得： ??66ax50.7510PaMPa?????黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 13 頁(yè)形心處的剪切應(yīng)力為： (2-13)??1.5Fh????代入數(shù)值計(jì)算得： 6637.40501MPaPa????所以下橫梁強(qiáng)度符合彎應(yīng)力及剪應(yīng)力強(qiáng)度要求。(3）活動(dòng)橫梁（滑塊）的相關(guān)計(jì)算活動(dòng)橫梁結(jié)構(gòu)如圖 2-7所示，活動(dòng)橫梁高度一般為箱體跨度的（0.3～0.5）倍，在此取活動(dòng)橫梁箱體高度為 ，活動(dòng)橫梁鑄造箱體壁厚取為 50mm，肋mh450? ?a?板厚度為 50mm：?b?圖 2-7 活動(dòng)橫梁結(jié)構(gòu)圖活動(dòng)橫梁受力分析如圖 2-8所示：圖 2-8 活動(dòng)橫梁受力圖則活動(dòng)橫梁最大彎矩計(jì)算式為：(2-14)max42qFbMa?????????黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 14 頁(yè)則中心截面處強(qiáng)度：(2-15)??max1axMhI????代入數(shù)值計(jì)算得 66ax50510PMPa???所以下橫梁強(qiáng)度符合要求 [7]。2.2.5 整體框架式機(jī)身強(qiáng)度、剛度計(jì)算(1）受力分析上橫梁有油缸接觸面積與柱塞間距比值較大時(shí)，上橫梁可視為受兩個(gè)集中應(yīng)力作用；模具與下橫梁接觸面較大，故視為在某個(gè)長(zhǎng)度上作用一均勻分布載荷，如2F圖 2-9所示，由于機(jī)架受力情況直接影響著它的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)工藝，對(duì)于本次設(shè)計(jì)的三梁四柱式液壓機(jī)機(jī)架仍采用此種受力分析模型，其受彎矩如圖 2-10所示，可通過(guò)對(duì)機(jī)架的受彎矩的分析從而推導(dǎo)得出液壓機(jī)機(jī)身強(qiáng)度、剛度情況：圖 2-9 框架受力圖框架彎矩圖為：黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 15 頁(yè)圖 2-10 框架彎矩圖(2）強(qiáng)度計(jì)算根據(jù)上述受力分析可知，框架仍可采用變形法或力法求解則其有關(guān)節(jié)點(diǎn)的彎矩值為：（2-23312128aKKFbMAAB???16）（2-23312128abB???17）（2-??114AMFb??18）（2-??228Bb??19）式中 、 ——系數(shù)，其中 ， ；1K221/3K?221???、 ——分別為均布載荷寬度和兩集中載荷的間距與支柱間距的比值；??、 ——同前。AB則框架強(qiáng)度為： （2-MhI?????20）代入數(shù)值計(jì)算得： ??PaPaA 66103109??B3.???????66125??6230.150PaPa?????黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 16 頁(yè)所以液壓機(jī)框架部分強(qiáng)度符合強(qiáng)度要求。3 液壓機(jī)主缸設(shè)計(jì)本章對(duì)液壓機(jī)主缸進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)計(jì)算，得出主缸的相關(guān)主要參數(shù)數(shù)值，并對(duì)數(shù)值進(jìn)行校核計(jì)算，得出最終設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，并使設(shè)計(jì)所得液壓機(jī)主缸能夠滿足設(shè)計(jì)要求。3.1 液壓缸的主要性能參數(shù)的計(jì)算3.1.1 液壓缸的壓力值液壓缸的壓力為油液作用在單位面積上的壓力 。PpaA?壓力值的建立是有負(fù)載力產(chǎn)生的，在同一個(gè)活塞的有效面積上負(fù)載力越大，克服負(fù)載力所需要的壓力就越大。額定壓力（公稱壓力）P 是液壓缸能用一長(zhǎng)期工作的壓力，N本次設(shè)計(jì)額定壓力數(shù)值為原始條件 1000KN。按主機(jī)類型選擇相、對(duì)應(yīng)工作壓力，液壓機(jī)屬于高壓機(jī)械，工作壓力選擇范圍為20——30Mpa，初步定本次設(shè)計(jì)工作壓力為 25Mpa。3.1.2 活塞的運(yùn)動(dòng)速度活塞的運(yùn)動(dòng)速度為單位時(shí)間內(nèi)壓力油液推動(dòng)活塞移動(dòng)的距離 [8]。運(yùn)動(dòng)速度可表示為 v= （3-QAmin1）當(dāng)活塞桿伸出時(shí) v= 32410vD????（3-2）黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 17 頁(yè)由上式可得出對(duì)于已確定的液壓缸，伸出速度 v大小取決與進(jìn)液流量 Q?？筛鶕?jù)液壓機(jī)整體工作需要選擇相應(yīng)的流量泵，從而控制液壓缸速度 v。同上伸出公式理，可得：當(dāng)活塞桿縮回時(shí) v= （3-32410()vQDd????3）當(dāng) Q選定為常數(shù)時(shí) v為常數(shù)，但實(shí)際上，活塞在行程兩端各有一個(gè)加、減速階段（如下圖所示） ，故上式中計(jì)算的數(shù)值均為最高速度活塞的最高運(yùn)動(dòng)速度 v 受到活塞和活塞桿密封圈以及行程末端緩沖機(jī)構(gòu)所能承受max的動(dòng)能的限制，對(duì)于活塞運(yùn)動(dòng)速度的選擇，當(dāng)速度過(guò)低時(shí)可能造成爬行，液壓缸不能正常工作，故 v 應(yīng)大于 0.03 ，綜合液壓機(jī)應(yīng)用及公稱壓力值，參照法國(guó) MARREL和maxsCPOAC公司采用橡膠密封圈的液壓缸許用最大線速度表，初步確定 v =0.05 。maxsTiVtsSa SiTavm/s圖 3-1 活塞速度變化圖 [9]3.1.3 液壓缸的速比計(jì)算液壓缸的速比主要是為了確定活塞桿和直徑要否設(shè)置緩沖裝置，速比過(guò)大或過(guò)小，容易造成過(guò)大的背部壓或造成活塞桿太細(xì)，影響穩(wěn)定性(3-4)221vADd???黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 18 頁(yè)查表選擇 =2?3.1.4 活塞的理論推力和拉力對(duì)于雙作用單活塞桿液壓缸來(lái)說(shuō)，活塞受力如圖 3-2：活塞桿伸出時(shí)的理論推力為 (3-5)62610104PApDp???=1030KN26.5活塞桿縮回時(shí)的理論推力為 (3-6)626210()104PApdp?????=260KN26(.8)54??A1D dP2 P1A2圖 3-2 活塞受力示意圖3.2 液壓缸缸筒設(shè)計(jì)液壓缸缸筒是液壓缸的主要零件，它與缸蓋、油口等零件構(gòu)成密封的容腔，用以容納壓力油液，同時(shí)它還是活塞運(yùn)動(dòng)的“軌道” 。缸筒的設(shè)計(jì)主要為正確確定各部分尺寸，保證液壓缸有足夠的輸出力、運(yùn)動(dòng)速度和有效行程，同時(shí)還必須具有一定的強(qiáng)度，能足以承受液壓力、負(fù)載力和意外的沖擊了力；缸筒的內(nèi)表面應(yīng)具有合適的配合公差等級(jí)、表面粗糙度和形位公差等級(jí)，以保證液壓缸的密封性、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和耐用性。黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 19 頁(yè)3.2.1 液壓缸缸筒機(jī)構(gòu)及材料的選擇本次設(shè)計(jì)液壓缸缸筒機(jī)構(gòu)具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、重量較輕、外徑較小、安裝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是端部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、裝卸時(shí)需要專門(mén)的工具、再者就是擰端部蓋時(shí)可能把密封圈擰扭。液壓缸缸筒材料要求有足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性，對(duì)焊接不見(jiàn)還要求有良好的焊接性能。根據(jù)液壓缸的參數(shù)、用途和毛坯來(lái)源等可選用以下材料: 等；3542,S等。目前市場(chǎng)上還有采用退火冷拔或熱軋的無(wú)縫鋼管，國(guó)際25,3,8GrMoroAl市場(chǎng)上已有內(nèi)孔經(jīng)衍磨或內(nèi)孔精加工，只需按所要求的長(zhǎng)度切割無(wú)縫鋼管 [10]。其主要要求是：(1)要有足夠的強(qiáng)度，能長(zhǎng)期承受最高工作壓力及短期動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)壓力而不至產(chǎn)生永久變形；(2）有足夠的剛度，能承受活塞側(cè)向力和安裝的反作用力而不致產(chǎn)生彎曲；(3）內(nèi)表面與活塞密封件及導(dǎo)向環(huán)的摩擦力作用下，能長(zhǎng)期工作而磨損少，尺寸公差等級(jí)和形位公差等級(jí)足以保證活塞密封件的密封性。綜合以上各項(xiàng)要求初步確定缸筒材料選擇為 35GrMo無(wú)縫鋼管，其材料參數(shù)為：1000MPa， = =850MPa。s??[]?2s3.2.2 液壓缸缸筒的計(jì)算(1）缸筒內(nèi)徑的計(jì)算液壓缸內(nèi)徑通常根據(jù)液壓缸的牽引力 F和有效工作壓力 p來(lái)確定的。液壓缸的牽引力應(yīng)能克服所受到的阻力?？傋枇ΠüQ壓力 ；密封裝置的摩擦力 ；回油腔因背1 2F壓作用產(chǎn)生的阻力 和活塞與活塞桿的重力 等，即最大牽引力3F4(3-7)1234FF???① 公稱壓力 根據(jù)本次設(shè)計(jì)給定初始條件確定為 1000KN。1② 密封裝置的摩擦力 根據(jù)所選擇密封裝置不同，按各自公式計(jì)算，本次設(shè)計(jì)中采用密2封裝置為 Y形密封圈=2F (3-fpdh?黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 20 頁(yè)8)式中 f——摩擦系數(shù)，取 f= ；210??p——密封處的工作壓力d——密封處的直徑——密封圈的有效高度1h由于計(jì)算比較繁瑣，實(shí)際應(yīng)用中所采用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算，一般取 =（0.05～0.1）2FF，本次設(shè)計(jì)取 =0.1F。2F③ 回油腔背油壓力 多根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算 =0.05F，但本次設(shè)計(jì)中回油腔直接通油箱，3 3F故取 =0。3④ 活塞與活塞桿的重力 本次計(jì)算中忽略不計(jì)。液壓缸有效工作壓力值由前述確定為4F25Mpa。代入原公式計(jì)算得： F 1112KN?則對(duì)于單活塞桿缸，無(wú)桿腔進(jìn)油時(shí)，液壓缸內(nèi)徑 D的計(jì)算式為：(3-9)??2114FdpDp???有桿腔進(jìn)油時(shí)，液壓缸內(nèi)徑 D的計(jì)算公式為：(3-10)??22114Fdpp????而本次設(shè)計(jì)中取回油壓力 =0，此時(shí)可簡(jiǎn)化內(nèi)徑 D的計(jì)算公式為：2p無(wú)桿腔進(jìn)油時(shí) (3-11)41.3FDp??代入數(shù)值得 285.06??黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 21 頁(yè)有桿腔進(jìn)油時(shí) (3-12)24FDdp???代入數(shù)值計(jì)算得 D 279?m最后將以上各式所求得的 D值，選擇其中最大者，圓整到標(biāo)準(zhǔn)值（見(jiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 19-6-3）綜合以上計(jì)算結(jié)果，圓整最大值確定 D=280 。m(2）缸筒壁厚的計(jì)算缸筒壁厚 為： (3-13)?012c???其中 ——缸筒材料強(qiáng)度要求的最小值，m0——為缸筒外徑公差余量，m1c——腐蝕余量， m2關(guān)于 的值，按下列情況分別進(jìn)行計(jì)算：當(dāng) /D 0.08時(shí)，用薄壁缸筒的實(shí)用計(jì)0? ??算公式： m (3-ax02[]pD?14)當(dāng) /D=0.08 0.3時(shí)，可用實(shí)用公式 m (3-15)?:ax02.3[]p???當(dāng) /D 0.3時(shí)： (3-16)? ax0m.4(1)[]Dp?(3-17)0ax()2[]3????綜合以上計(jì)算，查相關(guān)數(shù)據(jù)表，初步確定 =60 。計(jì)算 /D=0.125 0.08，所以采用公式為：??(3-18)max02.3[]pD???而式中 為缸筒內(nèi)最高工作壓力，通maxp常取 =1.5p=1.5 25=37.5Mpaax?黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 22 頁(yè)——缸筒材料許用應(yīng)力， = = =200 Mpa[]?[]?Bn105代入上式得 m475.320.870????所取圓整值 D=60 47，符合強(qiáng)度要求。?(3）缸筒底部厚度計(jì)算缸筒低部為平面時(shí)，其厚度 可以按照四周嵌住的圓盤(pán)強(qiáng)度公式進(jìn)行近似計(jì)算： ?0.43[]p??代入數(shù)值計(jì)算得： ≈ 86?7.5?m由于液壓缸底部需要連接油口等部件，有時(shí)還需要焊接等加工，本次設(shè)計(jì)中液壓缸底部需固定充液箱，所以缸筒底部應(yīng)取足夠厚度值才能達(dá)到以上要求。初步確定缸筒底部厚度 δ=60mm 。3.2.3 液壓缸缸筒部分較核(1)液壓缸缸筒壁厚的較核本次設(shè)計(jì)中液壓缸缸筒壁厚與缸筒內(nèi)徑比值較小，采用薄壁缸筒進(jìn)行較核計(jì)算。根據(jù)規(guī)定，在計(jì)算中對(duì)液壓缸壁厚應(yīng)加 1 ，則821EN?m(3-19)02.372NPDe?????185.1?而實(shí)際中壁厚為 60 ，所以壁厚符合 規(guī)定要求。m2EN?(2)液壓缸底部厚度較核本次設(shè)計(jì)液壓缸底部為平底結(jié)構(gòu)，根據(jù) 規(guī)定，較核如下：81(3-20)002.37.4NPhde????