5000KN三梁四柱双缸油压机的设计说明书

XXX大学毕业设计（论文）摘要本文简要介绍了液压机在现代工业中的地位，综述了国内外液压机的现状及其发展趋势。根据液压机现有的设计计算资料和给定的技术规格,以及液压机成型的工艺特点,确定了5000KN双缸四柱液压机总体设计方案,并对液压机的主要部件进行了详细的结构设计,并对工作缸、下横梁进行了强度与刚度计算，以确保所设计的液压机工作可靠，性能稳定。最后运用AutoCAD绘图软件完成总装配图及上述零部件图的结构设计。本文所设计的液压机适用于金属材料的压制、冲裁、弯曲、翻边、薄板拉深等，也可用于校正及小型金属零件的冷挤成型等工艺。关键词 双缸四柱液压机；强度；横梁；工作缸Abstract This paper briefly introduces the position of hydraulic pressure in modern industry, and summarizes the current situation and developing trend of hydraulic machine at home and abroad.According to the existing hydraulic machine design calculation of a given material and technical specifications, as well as hydraulic press molding process characteristics to determine the 5000kN double cylinder four column hydraulic machine overall design scheme, and with the structural design of the main components of hydraulic machine, and the working cylinder, a lower beam strength and stiffness calculation, to ensure that the design of the hydraulic machine is reliable and stable performance. At last, the structure design of the total assembly drawing and the parts graph is finished by using AutoCAD drawing software.In this paper, the design of hydraulic machine applicable to metal pressing, punching, bending, flanging, sheet metal drawing etc., can also be used for correction and small metal parts of the cold extrusion forming process.Keywords： double cylinder hydraulic machine; strength; beam; cylinder 目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景及目的与意义11.1.1课题背景11.1.2 选题目的与意义11.2 液压机的发展概况11.2.1 液压机在现代工业中的地位11.2.2 我国金属塑性成型设备的现状及发展趋势21.2.3 国外金属塑性成型设备的现状及发展趋势31.2.4 液压机的总体发展趋势31.3 双缸四柱液压机的特点41.4 液压机的分类51.5 本章小结6第2章 双缸四柱液压机的本体结构方案设计72.1 液压机的设计参数72.1.1 5000KN双缸四柱液压机的设计参数72.2 上横梁结构方案的设计72.2.1 结构形式72.2.2 形状尺寸要求82.2.3 上横梁与工作缸的联接方式92.3 工作台的结构设计102.3.1 结构形式102.3.2 加工技术要求102.3.3 工作台与顶出缸的联接方式112.3.4 固定模具结构112.4 立柱的结构形式132.4.1 结构形式132.4.2 形状尺寸要求152.5 活动横梁结构的设计152.5.1 结构形式152.5.2形状和尺寸要求162.5.3 立柱导套172.5.4 活动横梁与活塞杆联接方式182.5.5固定模具结构202.6 液压机总体方案设计202.7 本章小结22第3章 液压机的强度与刚度计算233.1 工作缸的设计计算233.1.1 缸体的强度计算233.3 工作台结构的强度与刚度计算283.2.1 计算条件283.2.2 工作台的弯矩与剪力计算293.2.3工作台的挠度计算293.2.4 工作台的强度校核343.2.5 工作台的刚度校核353.3 本章小结35第4章 液压机液压系统的设计374.1 制定液压系统基本方案374.1.1 确定液压执行元件的形式374.1.2 确定液压执行元件运动控制回路374.1.3 液压源系统384.2 液压系统各液压元件的确定384.2.1 液压介质的选择384.2.2 拟定液压系统图404.3 液压阀的选择414.3.1 液压阀的作用414.3.2 液压阀的基本要求424.3.3 液压阀的选择424.4 本章小结43结论44致谢45参考文献46 III 第1章 绪论1.1 课题背景及目的与意义1.1.1课题背景毕业设计题目为5000KN双缸四柱液压机的设计。1.1.2 选题目的与意义通过5000KN双缸四柱液压机设计与计算的毕业设计，了解液压机的结构与工作原理，掌握液压机的设计计算步骤，以及工作台和工作缸的设计与计算方法。1.2 液压机的发展概况1.2.1 液压机在现代工业中的地位流体传动与控制技术的主要代表液压技术自上世纪初面世以来,即融合到装备制造业中,成为其中十分重要的基础领域,同时,液压技术将装备制造业作为其主要的应用领域,曾经引领装备制造业一系列的技术进步。因此液压技术对装备制造业而言,从来就有着较强的推动和影响作用,对装备制造业等诸多领域有着前置和后置效应,扮演着重要而关键的角色。21世纪初,中国装备制造业得益予国民经济持续发展的历史机遇,在诸多领域取得了重要的发展和技术进步,其中中国液压技术也扮演了重要的角色,并反映了它与时俱进的技术进步。液压机是利用液压传动技术进行压力加工的设备。它与机械压力机相比，具有压力和速度可在广泛的范围内无级调整，可在任意位置输出全部功率和保持所需压力，结构布局灵活，各执行机构动作可很方便地达到所希望的配合关系等等很多优点。同时液压元件具有高度的通用化、标准化特点，设计及和制造均较为简单，所以液压机在国民经济各部门得到了日益广泛的应用。目前中小型液压机绝大部分均采用矿物油做介质，例如液压油、机械油等。同时大多数采用单机直接传动。1.2.2 我国金属塑性成型设备的现状及发展趋势1.2.2.1 我国金属塑性成型设备的现状金属塑性成性是利用材料的塑性，在成型设备上，通过模具改变毛坯的形状与尺寸，并改善性能，以获得所要求的工件。我国金属塑性成型设备经半个多世纪的发展，已经从只能生产单机（诸如各种普通、专用压力机、液压机、锻锤）发展到能够生产装备机械化、半自动化和自动化锻压生产线，大中型锻压机和具有各种特殊功能的先进特种金属塑性成型设备。在引进国际先进技术和合作生产的基础上，极大地提高了金属塑性成型设备的设计开发能力和制造水平。近年来，随着我国以汽车为龙头的制造业的飞速发展，大大刺激了塑性加工的技术进步，新兴的金属塑性成型装备可确保通用产品的性能、质量和可靠性。国产大型精密高效的成套设备、自动化生产线、FMC、FMC等高新技术、高附加值的金属塑性成型生产设备正在装配着我国的制造业。到目前为止，国产金属塑性成型设备产品已有一千多种。1.2.2.2 我国金属塑性成型设备的发展趋势 金属塑性成型设备是材料成型设备中的重要一员，在现代工业生产中有着举足轻重的地位，其发展趋势也备受关注。（1）板材加工设备 进入21世纪，我国的汽车制造业飞速发展，面对这一形势，我国的板材加工工艺及设备有了长足的发展，出现了许多新型、大重型板材加工设备。 重型机械压力机及覆盖件生产线、大型多工位压力； 数控板冲、剪、折机床及柔性加工生产线；板材无模多点成形压力机；高速压力机；数控激光切割机。 （2）大重型锻造装备 重型模锻和锻造水锻机；热模锻压力机；大吨位螺旋压力机；大型弯曲校正设备等。（3）特种锻造设备摆动辗压机；特种轧制设备（如辊锻机、楔横轧机、数控辗环机等）；冷挤压机；数控弯管机。1.2.3 国外金属塑性成型设备的现状及发展趋势美国、德国、日本的汽车工业如此发达，得益于其塑性加工技术及装备的领先地位。当前的世界塑性加工技术及装备向以下几个方面发展：1.金属塑性成型设备及自动化 冷冲压设备主要向单机联线自动化和大型多工位压力机方向发展，以适应汽车车身自动化冲压生产的需求。锻造设备国外的锻造自动化也取得了长足发展。现代化的大型自由锻造车间的锻造液压机、操作机、锻造吊车实现了联动控制，全部机械化，并配有锻件尺寸自动测量装置，锻造压机与操作机数控联动，锻造加热炉自动控制。中小型自由锻实现了压机与操作联动微要控制、计算机自动编程的自动程序锻造。目前国外大型汽车模锻件大部分采用以多工位热模锻压机为主休的综合自动线，美国、德国、日本基本采用热模锻压力机取代原有的模锻锤，中小型模锻件采用多工位高速自动热镦机。2.高速化复合化相结合，提高设备加工效率将几种工艺或几个工序复合在一台机床上完成，是当前各类机床大幅压缩生产辅助间，提高生产率的重要技术途径，在锻压机械上也得到了成功应用，效果十分显著。3.设备控制系统的发展趋势压力机控制系统的集成化，可通过单一操作接口实现所有压机和模具的各项控制功能，包括故障诊断、模具菜单配置、可编程限位开关和模具监控的调整等，并使设备的维修保养更加方便，而且明显增加压力机的有效工作时间。4.注重环境保是当今世界性的潮流。1.2.4 液压机的总体发展趋势 1.配有自动上下料装置的液压机或自动生产线将会成为未来液压机发展的方向。现阶段，由于劳动力成本和技术问题， 国内的企业多采用人工上下料。但在一些发达国家，在上世纪六七十年代自动生产线已基本普及。为提升企业的形象和提高生产效率，现在国内企业也开始使用和采购自动生产线和自动上下料的液压机。一些企业也开始在原人工上下料的液压机生产线上配上机器人而改造成半自动的生产线。 2.多工位液压机的需求将会大幅度增加。由于加工设备、技术等原因，现在国内多工位液压机不是很多。多工位液压机有很多优点： 多道 工序在一台液压机中不同的工位完成，减少了液压机的台数，进而减少了设备占用面积；减少了设备的中间送料程序和操作人员；提高了生产效率；减少了投资成本。3.快速、高速液压机在批量生产中能成倍地提高效率。如果液压机的效率能提高一倍，则一条生产线可代替两条生产线， 在用户投资增加不大的情况下一条线即可代替两条线。4.依托电液比例技术、传感器、电子、计算机、网络等提升液压机的性能。5.在环保、节能方面，今后在液压机的设计及制造中应引起各制造企业的足够重视。这方面要做好以下几点： 减少液压机的装机功率，减少工作中的能量损失；提高密封质量，减少液压油泄漏对环境的污染；减少噪声，对大的噪声源进行隔离和封闭。1.3 双缸四柱液压机的特点 （1）材料利用率高。多向模锻大多采用闭式模锻，锻件可设计成空心的，可以取消或设计很小的模锻斜度，借助卸料器锻件也易于取出， 因而可以节约大量材料， 与一般模锻工艺相比较可节约金属 50%左右，材料利用率可达 4090%。 （2）锻件性能好。多向模锻属闭式模锻，一般没有毛边，金属流线沿锻件外形分布，可提高锻件的机械性能和抗应力腐蚀的能力。一般可提高强度 30%以上。 （3）生产率高。多向模锻只需毛坯一次加热和压力机一次行程便可成形锻件，生产率高，同时最大限度避免了由于加热带来的缺陷和损失。这一点对于高合金钢、镍基合金、钛合金是极为重要的。这些材料价格昂贵，锻造温度范围狭窄， 减少了加热次数和氧化损失， 便能降低成本， 提高质量， 有利于实现机械化，若配备机械手可大大降低劳动强度。 （4）应用范围广。多向模锻时，毛坯处于强烈的压应力状态下变形，可使金属塑性大大提高， 有利于低塑性材料的成形。多向模锻不仅可以加工各种复杂形状的锻件，而且对锻件尺寸大小、材料限制也较少。除一般有色金属、黑色金属外，也可模锻高合金钢、镍铬合金等，因为在多向模锻时能提高材料的塑性。多向模锻也存在一些缺点。 首先是要求毛坯具有较高的剪切质量，坯料尺寸与重量要求精确。 其次是毛坯加热后应尽量避免氧化皮，要求对毛坯进行少无氧化加热或设置去氧化皮的装置。 要求使用刚性好、精度高的专用设备或在通用设备上附加专用的模锻装置。1.4 液压机的分类 液压机一般有如下几种分类方法： 按传递压强的液体种类分类 可分为油压机和水压机两大类； 水压机产生的总压力较大，常用于模锻和自由锻工艺的大型和重型设备中。按机身结构形式分类 可分为梁柱式（如三梁四柱式）、单臂式（C型）、框架式结构等。按工艺用途分类 可分为以下几种：锻造液压机 用于自由锻造、钢锭开坯以及有色与黑色金属模锻；冲压液压机 用于各种板材冲压，其中有单动、双动等结构型式；一般用途液压机 如各种万能式通用液压机；校正压装液压机 用于零件校形及装配；层压液压机 用于胶合板、刨花板、纤维板、绝缘材料板等的压制；挤压液压机 用于各种有色金属和黑色金属的线材、管材、棒材及型材挤压；压制液压机 用于粉末冶金、塑料制品的压制成型；打包、压块液压机 用于将金属切屑及废料的压块与打包；手动液压机 一般为小型液压机，用于试压、压装等要求力量不大的手工工序。其他液压机。按活动横梁的运动方式分类 可分为：上压式液压机；正装（下压）式液压机；下拉式液压机按传动形式分类 可分为：泵直接传动液压机；泵-蓄能器传动液压机。1.5 本章小结本章重点介绍了我国液压机的现状和发展趋势，液压机的分类、特点，以及液压机的工作原理，同时，对课题的提出做了简介，对液压机有了初步的认识，及为本设计的完成奠定了初步依据。第2章 双缸四柱液压机的本体结构方案设计2.1 液压机的设计参数2.1.1 5000KN双缸四柱液压机的设计参数主要技术规格是表述机器工作性能的指标。通常包括以下部分：第一，主要规格，又称主要参数，它是表示液压机主要特征的参数。第二，各执行机构各工艺动作的压力。第三，工作空间，包括各执行机构固定模具的工作表面对主机工作台面（或中心线）的最大距离和最小距离，工作台尺寸等。第四，各工艺动作的速度。第五，机器外形尺寸，总功率和总重量。 基本参数是设压机的基本技术数据，是根据液压机的工艺用途及结构类型确定的，它们反映了液压机的工作能力及特点，也基本上定下了液压机的轮廓尺寸及本体总重。基本参数是用户选购时的主要依据。 本设计的5000KN双缸四柱液压机，其主要参数如下： （1）公称力 KN 5000； （2）滑块行程 mm 1000； （3）滑块开口高度 mm 1100； （4）滑块工作速度 mm/s 10； （5）工作台尺寸 mm 21001500； （6）液体工作压力 MPa 25； （7）电动机功率 kW 45.5； （8）顶出力 kN 630； （9）顶出行程 mm 350.2.2 上横梁结构方案的设计2.2.1 结构形式 横梁包括上横梁、下横梁（或工作台）和活动横梁，是液压机的重要部件。横梁有铸造结构和焊接结构两种，生产批量较大的中小型液压机其横梁多为铸铁件（材料多为HT200）或铸钢件（材料多ZG275500)；近年来采用焊接结构的日益增多，材料一般为Q235或16Mn钢板。上横梁上安装工作缸的圆孔，一般做成阶梯孔，下孔直径比上孔大1020mm,以便于安装。上横梁位于立柱上部，用于安装工作缸，承受工作中全部的反作用力。对于柱塞式工作缸，还可安装回程缸及其他辅助装置。本设计的5000KN双缸四柱液压机，上横梁采用的结构形式如图2-1所示。 对于中小型液压机其结构形式主要有：铸造和焊接两种。但不论采用铸造或焊接组成的上横梁都应该进行必要的热处理，消除其内应力。 图 2-1 上横梁结构图2.2.2 形状尺寸要求 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，以及活塞运行平稳，因此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油缸台肩接触应平行，以及立柱穿过孔的上下平面应平行等等。其具体要求为： （1）安装主油缸孔的轴线与油缸台肩贴合平面不垂直度允差0.06/1000mm；（2）调节螺母接触平面与油缸台肩贴合平面的不平行度允差0.05/1000mm； （3）锁紧螺母接触面与调节螺母接触面（立柱穿过孔的上表面与下表面）间不平度允差0.16/1000mm；（4）油缸锁紧螺母平面与油缸台肩贴合平面间不平行度允差0.12/1000mm；（5）与油缸外圆配合公差为H8/f9或高于此级；（6)立柱孔尺寸一般比立柱插入端直径大12mm。2.2.3 上横梁与工作缸的联接方式上横梁与油缸的联接方式常见有以下两种： （1）依靠圆螺母固定油缸； （2）依靠法兰盘固定油缸。本设计采用的是第一种方式，依靠圆螺母固定油缸。其结构如图2-2所示。图 2-2 用圆螺母固定的结构 1-上横梁 2-油缸 3-圆螺母当油缸加压时，油缸台肩传递反作用力于横梁，连接零件不受反作用力的作用，只有当油缸回程工作时，回程力作用于连接零件上。故连接零件的强度只满足回程力要求即可。2.3 工作台的结构设计 2.3.1 结构形式 工作台是主机的安装基础，台面上固定模具，工作中承受机器本体的重量及全部载荷。亦可安装顶出缸，回程缸及其他辅助装置。工作台所选以及其结构形式与上横梁相同。本设计的5000KN双缸四柱液压机，上横梁采用铸造结构。其结构形式如图2-3所示。图 2-3 工作台的结构形式2.3.2 加工技术要求 1）铸件不得有影像质量的气孔、缩孔、夹渣、裂纹等缺陷；2）铸件必须清理净型砂、毛刺、冒口应铲除磨光、梁的非加工面一律涂红色防锈漆； 3）铸件在加工前，应退火处理，消除内应力；4）铸件材料应做机械性能试验，并符合HT20-40要求后方可实施； 5）工作台台面不平直度，按JB1293-73标准允差0.05/1000mm。2.3.3 工作台与顶出缸的联接方式 对于中小型通用液压机，其顶出力不大，顶出缸结构一般采用活塞式。其结构形式如图2-4所示。此优点为结构简单，安装方便。缺点是顶出力集中于顶出活塞端面的很小面积内，因此对较大制件的顶出不方便。图2-4 工作台与顶出缸联接方式 1-工作台 2-顶出缸 3-螺母2.3.4 固定模具结构 为了固定模具，一般情况在工作台面上设有T型槽，按GB158-59标准尺寸进行加工。用于中小型液压机的T型槽型式尺寸见表2-1.T型槽的尺寸和数量主要根据液压机的回程吨位（即加压制件后的拔模力）和顶出制件的最大压力设计。对于尺寸较小的工作台，T型槽常采用交叉布置，尺寸较大的工作台的T型槽，常采用平行布置（图2-5）。表 2-1 T型槽 （GB158-59) (mm)a81012 14 1618202224283236424854螺杆直径d 6 810121416182022242730364248b公称尺寸14 16 20 24 27 30 333640465260708090允差+1.5+2+3c公称尺寸679111214151618202225293438允差+0.5+1+2h最小568101113141617212427323642最大91315182023252830364246546070 e 11.52 注：1.尽可能不用加粗的尺寸； 2.“a”尺寸公差根据用途可按D1、D4、D6或自由公差选取； 3.“a”两边表面粗糙度按采用精度等级决定，其余均按Ra12.5加工； 4.可做成带有铸造后不加工的槽。图 2-5 T型槽平行布置图2.4 立柱的结构形式2.4.1 结构形式立柱是四柱式液压机重要的支撑件和受力件，同时又是活动横梁的导向基准。因此立柱应有足够的强度和刚度，导向表面应有足够的精度、光洁度和必要的硬度。常见的结构形式有： 两梁都用立柱台肩支撑，用锁紧螺母上下加以锁紧。（图2-7a) 两梁都用调节螺母支撑，用锁紧螺母上下加以锁紧。(图2-7b) 上横梁用立柱肩支撑，调节螺母安装于工作台面上，两端用锁紧螺母锁紧。(图2-7c) 上横梁用立柱台调节螺母支撑，立柱肩台支持于工作台面上，两端用锁紧螺母锁紧。(图2-7d) 上述结构中，第一种结构中，上横梁与工作台间距右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采用。第二种结构(四螺母结构）组成零件最多。由于调节螺母起立柱台肩支承作用，且可调节两梁的支承距离，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（与立柱轴线的平行度）以及调节螺母精度（调节螺母的螺纹对于上下横梁贴合面垂直度）要求严格。机器精度调整较麻烦。第三及第四种结构基本相同，精度调整及加工也不复杂，但总装后立柱预紧不如第二种方便。由于立柱使用立柱螺母与上下横梁连接为一刚性框架的，因此，保证立柱螺母的拧紧程度，使其与上、下横梁的贴合面密切配合并不产生松动是保持机架刚度的基本条件。立柱螺母一般为圆形，可制成整体式和对开式，材料一般可选用45锻钢或ZG270500。安装时需通过螺母对立柱进行锁紧，其预紧原理和基本方法与通用曲柄压力机组合机身的预紧相似。螺母预紧后，必须用防松装置锁紧，以防螺母脱落。本设计采用的是第四种结构形式，因其精度调整和加工不复杂，精度调整简单可靠。其结构形式如图2-6所示。图 2-6 立柱的结构形式2.4.2 形状尺寸要求立柱为液压机的重要零件，是活动横梁的导向基准。其具体的要求有：（1） 立柱导向面表面粗糙度为Ra0.4m；（2） 立柱导向面锥度及椭圆度不大于公差一半；（3） 立柱导向面轴线不平直度允差不大于0.05/1000mm；（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0.05mm；（5） 材料一般选用35或45锻钢件。毛坯应正火处理，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，也可进行表面镀硬铬处理，镀层厚度为0.020.04mm。2.5 活动横梁结构的设计2.5.1 结构形式活动横梁的主要作用为，与主油缸的活塞杆连接传递液压机的压力，通过导向套沿立柱导向面上下往复运动，安装固定模具及工具等。因此要有较好的强度、刚度及导向结构。活动横梁选用的材料与上横梁、工作台相同，常采用同样的材料来制造，以使毛坯的制造工艺相类似，便于制造。活动横梁的结构设计除考虑导向精度要求外，还应根据压制工艺中的承载要求来定。根据压制工艺性质，若活动横梁无论在何种情况下都无弯曲，例如：粉末冶金液压机或轴类零件压制专用液压机，计算时就可以仅按承压能力来设计。因此，活动横梁常是上面敞开的箱形梁。中部高度也可设计较低。若被压制零件尺寸较大，多制件同时加压和使用中具有偏心载荷等条件下，就要求活动横梁不但有足够的承压强度，还应具有一定的承载刚度与抗弯能力。此时常将它设计成高度略低于上横梁而壁厚相近的封闭箱形体。若液压机设有限程套，而活动横梁又可能支承在限程套上，并受全压作用，则活动横梁应有一定的抗弯能力。一般设成封闭的箱形体，结构高度由计算后决定。无论何种情况，导向部分应有一定的的高度，以保证足够的精度。一般情况下，导向部分高度不应小于活塞行程的二分之一。活动横梁与柱塞联接部位，开有环形的集油槽，以便贮存油缸缸口部漏渗的油液。铸件应将壁厚设计均匀，防止应力集中，设计必要的加强筋并便于清砂及起重要求。本设计的活动横梁材料采用ZG45，为铸造结构。活动横梁的上部与柱塞（或活塞杆）连接，下部是安装模具的平面，四个角上开有安装导套的立柱孔，立柱可在导套中导向，为使柱塞（或活塞杆）的支撑部位有足够的承压能力，柱塞孔多做成圆筒形，活动横梁的下表面开有T型槽供安装模具用，对冲压液压机该面上常开有打料孔。2.5.2形状和尺寸要求活动横梁是液压机主要运动部件，为保证液压机符合精度要求，因此，要求四立柱导向套孔轴线相互平行，它与联接活塞杆孔的中心线平行；上述这些孔轴线都应与活动横梁下平面相垂直；与活塞杆接触平面对平面亦要求平行等。其具体要求为：（1） 连接活塞杆孔轴线与四立柱孔轴应互相平行，其不平度允差不大于0.10/1000mm；（2） 活动横梁下表面不平直度，按JB1293-73标0.05/1000mm；（3） 联接活塞杆孔轴线与四立柱孔轴线对下平面不垂直度允差0.060.10/1000mm；（4） 下平面对上平面（与活塞杆贴合平面）不平行度允差0.06/1000mm；（5） 四立柱孔中心距公差，前后、左右均在0.20mm，对角线上孔间距公差按下式计算求出： （6）四立柱孔与导套外圆配合精度为H8/j6。中心孔与活塞杆外圆配合精度为H8/f7。2.5.3 立柱导套活动横梁导向的正确性，关系到机器的精度，工作缸密封件与导向面的磨损情况，加工制件的尺寸精度，模具使用寿命及机身的受力情况。因此，应合理选择导向结构与配合要求。中小型液压机一般采用固定式导套。对于大重型液（水）压机也有采用双球面及单球面活动导套。本设计的5000KN双缸四柱液压机，采用固定式导套，其结构形式如图2-7所示。 导套材料可用铸铁、青铜等，近年来有些单位改用铁基粉末冶金，效果及寿命均高于铸铁。对于大型液压机为了便于装配和维修，常将导套制成对开式。导套分开面也有用与轴线成35斜角，即斜切分开。每个导套高度取动梁导向部分高度的左右。导套可用黄油做润滑剂。外端面上应该装有毛毡或专用防尘圈，以防止灰尘和脏物进入导套内表面。导套应有一定的厚度，以防止导套压入动梁孔后内孔变形。导套内孔与立柱之间配合一般为H8/f8H8/f9，导套内外圆应同心，要求在一次装卡下加工成型。较大的导套毛坯应进行时效处理，消除其内应力。本设计采用的是第一种形式。其结构简单，润滑方便。图2-7 固定式导套2.5.4 活动横梁与活塞杆联接方式活动横梁与活塞（柱塞)杆联接形式有活塞（柱塞）杆端部结构和活动横梁相应部分的结构及联接零件组成。联接结构按其性质可区分为可动联接及固定联接两类。可动联接结构是以球面铰链联接的方法，将活塞（柱塞）与活动横梁联接。 可动联接一般在多缸式液压机侧缸上采用。柱塞（或活塞杆）可相对于球面座有一个小的水平位移和偏移，当活动横梁受偏心载荷作用发生倾斜时，柱塞（或活塞）仍保持垂直，大大减少导套所承受的侧推力，有利于减少导套及密封的磨损。对于单缸式液压机以及多缸式主作用油缸活塞（柱塞）与活动横梁联接形式都采用固定联接。固定联接要求活动横练及主缸安装基准等有较好的加工精度，否则就可能工作时产生不平稳脉动等现象。当活动横梁运动时，除以立柱导套导向外，还可利用液压缸导套做附加导向，增大了导向长度，可提高其导向精度和抗偏载能力。但当活动横梁承受偏心载荷作用时，活塞（柱塞）将随之一起倾斜，使缸内的导向部分也承受侧向推力，加剧了导套及密封的磨损。(a) (b)(c) (d)图 2-8 活塞与活动横梁的联接结构 固定联接结构是通过活塞（柱塞）端面及圆柱面与活动横梁配合联接成不能相对移动的整体，结构形式见图2-13。图a中1为活塞（活塞杆）插入活动横梁2内用螺钉4加以紧固，3为垫圈。图b活塞1头部螺纹与螺母3紧固于活动横梁2内。图c活塞1与带螺纹锁母3用螺钉与动梁2联接。图d用两半环3依靠螺栓4来锁紧，活塞1圆柱面及端面与动梁2相联接。活动横梁孔与活塞（柱塞）头部配合一般采用H8/f9或高于此配合精度，并应有一定的插入深度，使活塞（柱塞）与活动横梁联接成一钢体。对于活塞式结构油缸与活动横梁连接零件的强度应根据回程吨位来计算。2.5.5固定模具结构活动横梁下平面同工作台相同，并设有T型槽。对T型槽的要求以及其尺寸要求与工作台要求相同。2.6 液压机总体方案设计经过对金属塑性成型设备以及液压机的一些相关资料的查阅，对液压机的总体结构有了一些认识和了解，通过对液压机的上横梁、工作台、立柱、活动横梁等结构的设计与确定，以及各结构之间的联接形式的分析与了解，在此基础上，利用CAD绘图软件，将液压机的总装配图绘制出来。其结构如图2-9所示。图2-9 双缸四柱液压机结构图2.7 本章小结 本章重点介绍了液压机的本体结构，其中主要包括对上横梁、工作台、立柱以及活动横梁等结构及形状尺寸的要求的对，同时对液压机各部分之间的联接形式也做了具体的分析。通过查阅中小型液压机设计计算以及液压机的一些相关资料，对液压机的本体结构以及液压机每部分的结构特点和联接形式有了一些认识与了解，为液压机的总体结构设计以及工作缸部装图的设计奠定了基础。第3章 液压机的强度与刚度计算3.1 工作缸的设计计算3.1.1 缸体的强度计算 3.1.1.1 结构尺寸可根据下列图3-1形来计算图3-1 液压缸受力图 （3-1） 液压缸工作腔的压力 Pa，系统额定压力为25MPA，最大压力为31.5MPA，我们取最大压力 液压缸回油腔的压力 Pa 故：当按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： （3-2） 3.1.1.2 缸体的强度计算 缸体的中段强度计算 油缸筒部的强度可按材料力学中厚壁筒公式进行计算。对于塑性材料，可根据第四强度理论计算出工作缸内壁的最大合成应力max。筒部受力状态如图3-2。图3-2工作缸筒部受力状态由第四强度理论知 = （3-3）式中 作用于缸筒内任一点K处的切应力，且有 = （3-4）式中 作用于缸筒内任一点K处的径向应力，且有 = （3-5）式中 作用于缸筒的轴向应力，且有 = （3-6）式中 r1工作缸内半径； r2工作缸外半径； r所求应力点位置的半径；p油缸最大工作压力。当r=r1时： ；即油缸筒部内壁的合成应力达到最大值。将此处的r、t、z分别代入式（3-3）中，可得油缸筒部内壁的合成应力为： = （3-7） 所设计的油缸结构尺寸参数和油缸最大工作压力分别为： r1=16cm；r2=21 cm；pmax=31.5 Mpa，代入式（3-7）计算得： = =1025(105Pa)2.缸口导套挤压计算 缸口导套材料选用HT20-40，导套挤压应力为： 式中 代入得： =68.53.法兰盘计算 法兰材料选用35，故弯曲应力： 式中 代入上式得： 图3-3 缸口结构3.3 工作台结构的强度与刚度计算3.2.1 计算条件 1.把工作台简化为简支梁；2.工作台的制造材料为HT200(灰口铸铁)，其许用应力为：40 MPa,抗剪许用应力20 MPa；3.由于本机为四柱式通用液压机，其加载条件可视为中间部分承受均布载荷，设模具长度为b，其受力分析简图如图36所示。图3-4 工作台受力简图3.2.2 工作台的弯矩与剪力计算1.最大弯距Mmax已知： P=5000KN； b=40 cm（模具长度）； B=160 cm（立柱中心距），则 b=B q=500000N/cm Mmax = =175000000Ncm2.最大剪力Qmax由受力分析简图3-4可得Qmax=P/2=250000 0N。3.2.3工作台的挠度计算在计算工作台刚度时，除了要考虑弯矩引起的挠度外，由于液压机的工作台是短而粗的结构，所以还必须考虑由于剪力引起的挠度，即剪变形。其总挠度为f0=f弯+f剪 。1. 弯矩引起的挠度f弯可利用单位载荷法求解f弯，由图34可得：(1)在外载荷作用下的弯矩方程为(2)在单位载荷作用下的弯矩方程为工作台的最大挠度f弯发生在横梁中点处，根据单位载荷法，有： (3-10)将Mx、M1代入式（3-10）得：将以知的B、P、q、a值代入，进行定积分后得 =0.0202式中 E工作台材料的弹性模量，对于灰口铸铁HT200；E=1.051011 Pa；J工作台计算截面的惯性矩。2剪力引起的挠度f剪剪力引起的挠度f剪同样可用单位载荷法进行计算，即(1)在外载荷作用下的剪力方程为(2)在单位载荷作用下的剪力方程为：所以， (3-11)将Qx、Q1代入式（3-11）得 将已知的q、a值代入上式，积分后可得 f剪= =0.0202+式中 G工作台材料的剪切弹性模量 (3-12) 泊松比，对于铸铁，=0.230.27，取=0.25则 3计算工作台中间截面惯性矩J在计算工作台截面惯性矩时，先将其截面图3-5简化为等效计算截面，如图3-6所示，最后按表3-1各项分别进行计算。图3-5 工作台截面图图3-6 工作台等效截面计算图表3-1 工作台截面惯性矩计算表序号截面宽度截面高度截面面积截面形心至x轴的距离截面对x轴的静力距静力距与面积形心至x轴距离的乘积各截面积的惯性矩1166101660751245009337500138332162348669.533777234750364.532649127442.5541452301162.525490643039016.5148524502.567.55348272112992329121451617061020440801632030607141140.573.51.2总计80481622098611947150.5273683.2H (1)整个工作台截面对x轴的惯性矩Jx为(2)整个工作台截面形心至下平面x轴的距离h1为 所以， (3)整个工作台截面对其中性轴（I-I）的惯性矩J为3.2.4 工作台的强度校核(1)截面最大弯曲拉应力拉拉= (3-13)将上述计算值代入式(3-13)得拉=28.766 MPa(2)截面最大弯曲压应力压压 (3-14)将已知值及计算值代入式3-14得压MPa对于HT200,其=40MPa,经上述计算出的工作台的最大弯曲拉应力均小于其许用应力值，即，所以其设计是安全的。(3)最大剪应力根据材料力学可知，由于横梁断面剪切力主要由立板承受，故可将截面简化为矩形，其剪应力在形心轴处最大，则 (3-15)式中 Qmax计算截面所承受的最大剪力； 工作台立板厚度之和，根据工作台设计图可知，=140+60+60=260mm=26 cmH工作台总高，H=80cm； 剪切许用应力，对于HT200, =20 MPa。将上述数值代入式3-22得所以设计是安全的。3.2.5 工作台的刚度校核如前计算，工作台受力简图如图3-10工作台弯曲和剪力变形量为： =已知： K=1.2；G=0.6103MPa；E=1.051011 Pa； P=5000000N；J=2074436.74cm4；B=160 cm；F=2054cm代入上式计算得：cmcm 工作台在公称吨位作用下总变形量为： cm 对于工作台，其允许工作台弯曲变形量：f=（0.120.2）B/1000 mm,已知B=1600 mm,则f=0.1920.32 mm,取f=0.32 mm。所以，f0=0.31mm0.32 mm=f,其设计是安全的。3.3 本章小结本章主要对液压机的本体结构各组成部分进行了强度刚度的详细校核，以保证各组成部分符合设计要求。第4章 液压机液压系统的设计4.1 制定液压系统基本方案4.1.1 确定液压执行元件的形式在本设计中,液压缸是液压系统中的执行元件，它是一种把液体的压力能转换成机械能以实现直线往复运动的能量转换装置。液压缸结构简单，工作可靠，在液压系统中得到了广泛的应用。液压缸按其结构形式，可以分为活塞缸、柱塞缸两类。活塞缸和柱塞缸的输入为压力和流量，输出为推力和速度。液压缸除了单个地使用外，还可以组合起来或和其它机构相结合，以实现特殊的功能。根据参考文献2表37.5-1我们选择活塞缸类中的单杆活塞液压缸，其特点及适用场合见表3-1。表4-1 运用场合名称特点适用场合单杆活塞液压缸有效工作面积大，双向不对称往返不对称的直线运动等4.1.2 确定液压执行元件运动控制回路1）为了实现液压缸的进和退，我们选择电磁换向阀作为液压系统的方向控制阀。电磁换向阀的基本工作原理是通过电磁铁控制滑阀阀芯的不同位置，以改变油液的流动方向。当电磁铁断电时，滑阀由弹簧保持在中间位置或初始位置（脉冲式阀除外）。若推动故障检查按钮可使滑阀阀芯移动。电磁换向阀在液压系统中的作用是用来实现液压油路的换向、顺序动作及卸荷等。由于电磁铁的推力有限，电磁换向阀应用在流量不大的液压系统中。2）为了实现其工进，可以选择调速阀或节流阀作为速度控制阀。节流阀的调节应该轻便、准确。在小流量调节时，如通流截面相对于阀心位移的变化率较小，则调节的精确性较高。调节节流阀的开口，便可调节执行元件运动速度的大小。而调速阀的工作原理：液压泵出口（即调速阀进口）压力，由溢流阀调整，基本上保持恒定。调速阀出口处的压力由活塞上的负载决定。所以当负载增大时，调速阀进出口压差将将减小。调速阀在液压系统中的应用和节流阀相仿，它适用于执行元件负载变化大而运动速度要求稳定的系统中。因此，在本设计中选择调速阀作为速度控制阀。4.1.3 液压源系统液压系统的工作介质完全由液压源来提供，液压源的核心是液压泵。在无其它辅助油源的情况下，液压泵的供油量要大于系统的需油量，多余的油经溢流阀流回油箱， 溢流阀同时起到控制并稳定油源压力的作用。为节省能源提高效率，液压泵的供油量尽量与系统所需流量相匹配。油液的净化装置是液压源中不可缺少的。在此，我们在泵的小口装上粗滤油器。（进入系统的油液根据被保护元件的要求，通过相应的精滤油器再次过滤。为防止系统中杂质流回油箱，可在回油路上设置磁过滤器或其他型式的滤油器。根据液压设备所处环境及对温升的要求，还要考虑加热、冷却等措施。4.2 液压系统各液压元件的确定4.2.1 液压介质的选择液压介质应具有适宜的粘度和良好的粘温特性；油膜强度要高，具有较好的润滑性能；能抗氧化，稳定性好；腐蚀作用小，对涂料、密封材料等有良好的适应性；同时液压介质还应具有一定的消泡能力。选择液压介质时，除专用液压油外，首先是介质种类的选择。根据液压系统对介质是否有抗燃性的要求，决定选用矿油型液压油或抗燃型液压液。其次，应根据系统中所用液压泵的类型选用具有合适粘度的介质。最后，还应考虑使用条件等因素，如环境温度、工作压力、执行机构速度等。当工作温度在60以下，载荷较轻时，可选用机械油；工作温度超过60时，应选用汽轮机油或普通液压油。若设备在很低温度下启动时须选用低凝液压油。据参考文献2表37.3-12 中各普通液压油质量指标及应用以及本设计中四柱液压机液压系统的要求选用N32号普通液压油，其各项质量指标见表4-2。表4-2 N32号液压油指标名称N32号普通液压油代号 / 原牌号YA-N32 / 20号运动粘度 mm2/s (40)28835.2运动粘度 mm2/s (50)1723粘度指数90抗氧化安定性(酸值达2mgKOH/g) h1000凝点 -10闪点(开口) 170防锈性(蒸镏水法)无锈临界载荷 N600抗泡沫性(93)