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1、 1 緒論 1.1 液壓機(jī)原理 液壓機(jī)是一種利用液體壓力能來傳遞能量，以實(shí)現(xiàn)各種壓力加工工藝的機(jī)器。 液壓機(jī)是一種可用于加工金屬、塑料、木材、皮革、、橡膠等各種材料的壓力加工機(jī)械，能完成斷崖、沖壓、折邊、冷擠、校直、彎曲、成形、打包等多種工藝，具有壓力和速度可大范圍無級(jí)調(diào)整、可在任意位置輸出全部功率和保持所需壓力等優(yōu)點(diǎn)，因而用途十分廣泛。 液壓機(jī)根據(jù)帕斯卡原理制成，其工作原理如圖1所示。兩個(gè)充滿工作液體的具有柱寒或活塞的容腔由管道相連接，當(dāng)小柱塞1上的作用力為F1時(shí)，液體的壓力為，A1為柱塞1的工作面積。根據(jù)帕斯卡原理：在密閉的容器中，液體壓力在各個(gè)方向上是相等的，則壓力p將傳遞

2、到容腔的每一點(diǎn)，因此，在大柱塞2上特產(chǎn)生向上的作用力F2，迫使工件3變形，且 式中：A2——大柱塞2的工作面積。 圖1-1液壓機(jī)工作原理 1--小柱塞 2--大柱塞 3--工件 液壓機(jī)的機(jī)構(gòu)形式很多，其中以四柱立式液壓機(jī)最為常見。液壓機(jī)一般由本體(主機(jī))及液壓系統(tǒng)兩部分組成。最常見的液壓機(jī)本體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2所示。它由上橫梁1、下橫梁3、四個(gè)立柱2和十六個(gè)內(nèi)外螺母組成一個(gè)封閉框架，框架承受全部工作裁荷。工作缸9固定在上橫梁1上，工作缸內(nèi)接有工作柱塞8，它與活動(dòng)橫粱7相連接。活動(dòng)橫梁以四鞘立柱為導(dǎo)向，在上、下橫哭之間接復(fù)運(yùn)動(dòng)。在活動(dòng)橫梁的下表面上，一般固定有上模(上砧)，而下

3、模(下砧)則固定于下橫粱上的工作臺(tái)上。當(dāng)高壓液體進(jìn)人工作缸后，在工作柱塞上產(chǎn)生很大的壓力，并推動(dòng)柱塞、活動(dòng)橫梁及上模向下運(yùn)動(dòng)，使工件5在上、下模之間產(chǎn)生塑性變形?；爻谈?固定在下橫梁上，其中有回程柱塞6，它與活動(dòng)橫梁相連接?；爻虝r(shí)，工作缸通低壓，高壓液體進(jìn)入回程缸，推動(dòng)回程柱塞6向上運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)活動(dòng)攢粱回到原始位置，完成一個(gè)工作循環(huán)。 圖1-2液壓缸本體圖 1—上橫梁 2—立柱 3—下橫梁 4—回程缸 5—工件 6—回程柱塞 7活動(dòng)橫梁 8—工作柱塞 9—工作缸 1.2 液壓機(jī)的特點(diǎn) 液壓機(jī)與其他鍛壓設(shè)備相比具有以下特點(diǎn)： (1)基于液壓傳動(dòng)的原理，執(zhí)行元件(缸及柱

4、塞或活塞)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)上易于實(shí)現(xiàn)很大的工作壓力、較大的工作空間和較長(zhǎng)的工作行程，因此適應(yīng)性強(qiáng)，便于壓制大型工件或較長(zhǎng)較高的工件。 (2)在行程的任何位置均可產(chǎn)生壓力機(jī)額定的最大壓力?？梢栽谙罗D(zhuǎn)換點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)間保壓，這對(duì)許多工藝來說，都足十分需要的。 (3)可以用簡(jiǎn)單的辦法(各種閥)在一個(gè)工作循環(huán)中調(diào)壓成限壓，不易超載，容易保護(hù)各種模具。 (4)沿塊的總行程可以在一定范圍內(nèi)任意地?zé)o級(jí)地改變，滑塊行程的下轉(zhuǎn)換點(diǎn)可以根據(jù)壓力或行程位置來控制或改變。 (5)沿塊速度可以在一定范圍內(nèi)在相當(dāng)大的程度上進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而可以適應(yīng)工藝過程時(shí)沿塊速度的不同要求。用泵直接傳動(dòng)時(shí)，滑塊速度的

5、調(diào)節(jié)可以與壓力及行程無關(guān)。 (6)與鍛錘相比，工作平穩(wěn)，撞擊、振動(dòng)和噪聲較小，對(duì)工人健康、廠房基礎(chǔ)、周期環(huán)境及設(shè)備本身都有很大好處。 液壓機(jī)的缺點(diǎn)是： (1)用泵直接傳動(dòng)肘，安裝功率比相應(yīng)的機(jī)械壓力機(jī)大。 (2)由于工作缸內(nèi)升壓及降壓都需要一定時(shí)間，閥的換向也需要一定時(shí)間，速度不夠高，因此在快速性方面不如機(jī)械壓力機(jī)。 (3)由于液體有可壓縮性，在快速卸載時(shí)，可能會(huì)引起壓機(jī)本體或液壓系統(tǒng)的振動(dòng)，因此不太適合于沖裁、剪切等工藝。 (4)工作液體有一定使用壽命，到一定時(shí)間應(yīng)更換。 3 2 總體方案的設(shè)計(jì) 2.1 總體方案 液壓機(jī)可以分解為兩大主要系統(tǒng)：液壓系

6、統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)。具體可以分解為5大組件： 1） 底板組件 2） 小車組件 3） 液壓系統(tǒng) 4） 立柱 5） 上板組件 液壓機(jī)的結(jié)構(gòu)分解圖如圖2-1所示： 圖2-1壓力機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分解圖 以上5個(gè)部分共同組成了壓力機(jī)系統(tǒng)，共同協(xié)調(diào)完成所需的工藝。接下來的兩章將重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)以上5個(gè)部分的設(shè)計(jì)過程及其校核。 3 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 液壓系統(tǒng)對(duì)于整個(gè)壓力機(jī)的重要性是不言而喻的。常見的液壓系統(tǒng)由以下部分組成： 圖3-1液壓系統(tǒng)的組成 為了實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)對(duì)工件進(jìn)行規(guī)定的動(dòng)作需要對(duì)液壓系統(tǒng)的各個(gè)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。 3.1 明確系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 對(duì)以固定式機(jī)械來說，該

7、壓力機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)的要求是： a) 有較大的空間，可以存放油箱且不需要另設(shè)散熱裝置的系統(tǒng)； b) 要求結(jié)構(gòu)盡可能簡(jiǎn)單的系統(tǒng)； c) 采用節(jié)流調(diào)速， d) 精度要求很低，只需控制行程即可。 e) 經(jīng)濟(jì)性好 為了滿足對(duì)彈簧強(qiáng)壓處理的要求，壓力機(jī)需要實(shí)現(xiàn)“快進(jìn)—減速升壓—保壓—快速回程—停止”的工作循環(huán)。系統(tǒng)要求低速，小功率驅(qū)動(dòng)。 保壓時(shí)壓力為80kN，快退時(shí)取為2kN； 工作行程為320mm。 快進(jìn)快退速度約為v1=v3=10mm/s，工進(jìn)時(shí)v2=1mm/s 所以，該系統(tǒng)適合用開式系統(tǒng)?；赜凸?jié)流調(diào)速回路 3.2 工況分析 3.2.1 負(fù)載分析 經(jīng)過計(jì)算可得，將彈簧壓至并圈高

8、度時(shí)，壓力機(jī)所受的力F=80kN，簡(jiǎn)單的繪制其負(fù)載圖如圖3-2所示： 圖3-2液壓系統(tǒng)的載荷圖 3.2.2 運(yùn)動(dòng)分析 由壓力機(jī)上的行程要求，得到液壓系統(tǒng)的行程在工作循環(huán)的變化圖如圖3-3所示。以下為位移循環(huán)圖。通過位移循環(huán)圖，可以清楚地看到該液壓執(zhí)行元件的工作循環(huán)。 圖3-3液壓系統(tǒng)工作循環(huán)圖 3.3 確定液壓缸主要參數(shù) 3.3.1 確定液壓缸 表3-1 按速比要求確定d/D V1/V2 1.15 0.125 1.33 1.46 1.61 2 d/D 0.3 0.4 0.5 0.55 0.62 0.71 注：v1—無桿腔進(jìn)油時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)速

9、度； V2—有桿腔進(jìn)油時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)速度； 簡(jiǎn)單液壓系統(tǒng)液壓缸選用單桿式。依據(jù)表1，有桿腔與無桿腔的速比可取為1.46，所以活塞桿直徑d與缸筒直徑D的關(guān)系為。 3.3.2 初選系統(tǒng)的工作壓力 工程機(jī)械的選型表如下： 表3-2 各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力 機(jī)械類型 機(jī)床 農(nóng)業(yè)機(jī)械 小型工程機(jī)械 建筑機(jī)械 液壓鑿巖機(jī) 液壓機(jī) 大中型挖掘機(jī) 重型機(jī)械 起重運(yùn)輸機(jī) 磨床 組合機(jī)床 龍門刨床 拉床 工作壓力/MPa 0.8~2 3~5 2~8 8~10 10~18 20~32 表3-3執(zhí)行元件背壓力 系統(tǒng)類型 背壓力/MPa 簡(jiǎn)單系統(tǒng)或輕載

10、節(jié)流閥調(diào)速系統(tǒng) 0.2~0.5 回油路代調(diào)速閥的系統(tǒng) 0.4~0.6 回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng) 0.5~1.5 用補(bǔ)油泵的閉式回路 0.8~1.5 回油路較復(fù)雜的工程機(jī)械 1.2~3 回油路較短，且直接回油箱 可忽略不計(jì) 根據(jù)表2中提供的各類設(shè)備的常用工作壓力，選定該壓力機(jī)的工作壓力為P=10MPa。因此，液壓缸無桿腔的壓力可取為P1=10MPa。在回油時(shí)，帶有調(diào)速閥，液壓缸上必須有一定得背壓P2。根據(jù)表3中的情況，取P2=0.5MPa。 3.3.3 計(jì)算液壓缸的工作面積和流量 1) 活塞直徑計(jì)算 8000KG，我們?yōu)榱肆粲幸欢ǖ挠嗟毓蔬x擇壓力機(jī)油

11、缸的推力為10000KG。 缸徑和系統(tǒng)壓力的選擇，當(dāng)油缸推力一定時(shí)，缸徑與系統(tǒng)壓力是成反比的，也就是說缸徑越大時(shí)系統(tǒng)壓力就會(huì)??；反之亦然。缸徑與系統(tǒng)壓力必須匹配，如果缸太大，制作成本就會(huì)很高，設(shè)備整體也不協(xié)調(diào)；如果系統(tǒng)壓力太高，也會(huì)使系統(tǒng)元件的要求提高，制作成本也會(huì)提高，并且也會(huì)增加使用維護(hù)費(fèi)用，因?yàn)橐簤合到y(tǒng)的故障率是隨系統(tǒng)壓力的增高而增加的，故我們選擇缸徑為φ100（符合國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)），系統(tǒng)壓力為127kg/。（系統(tǒng)壓力應(yīng)選160 kg/級(jí)的） 壓力機(jī)在工作時(shí)要求油缸活塞桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)的速度是可調(diào)的，并可在行程中的任意停止。所以我們?cè)谙到y(tǒng)中應(yīng)該選擇三位四通電磁換向閥且其滑閥機(jī)能為M型。這樣可

12、以在油缸停止時(shí)，壓力油直接回油箱，這樣可以減少系統(tǒng)的壓力負(fù)擔(dān)，也可以減緩系統(tǒng)油溫的上升速度，我們還在換向閥下疊加一單向節(jié)流閥以調(diào)節(jié)油缸活塞桿的速度，并且采用回油節(jié)流，以利于活塞桿運(yùn)行平穩(wěn)。 按設(shè)計(jì)規(guī)范我們我們要在油缸有桿腔油口處設(shè)置一平衡閥，以免系統(tǒng)出現(xiàn)故障（如油管破裂等）時(shí)，油缸活塞桿突然下滑造成工傷事故，但是由于我們的工件（減振彈簧）是由小車送入的，故我們沒有設(shè)計(jì)平衡閥，特此說明。 元件的選擇。在滿足功能的前提下成本越合理越好，也就是性價(jià)比要合理符合我們的要求，我們通過查閱相關(guān)資料并調(diào)研后得知，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上液壓元件第一檔次為德國(guó)的力士樂、日本油研、美國(guó)威格士、等為代表，他們的元件質(zhì)量好價(jià)

13、格高，其價(jià)格比國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品高3—5倍，有的甚至搞10倍；第二檔次是以北京華德、上海立新、臺(tái)灣朝田湧鎮(zhèn)等為代表的；第三檔次為山西榆次、四川長(zhǎng)江、上海高行、臺(tái)灣力王等為代表的；第四檔次為江浙一帶仿制廠家等。 油泵是系統(tǒng)的重要元件，我們應(yīng)該選額壓力為160 kg/，流量為16ml/r與國(guó)產(chǎn)榆次的為佳。 換向閥、溢流閥、節(jié)流閥也是重要的控制元件，應(yīng)選臺(tái)灣型的元件為好。通徑為φ6mm。 壓力表、壓力表開關(guān)、空濾器、吸濾器、油標(biāo)等附件應(yīng)選國(guó)產(chǎn)為好。 3.4.1 選擇系統(tǒng)類型 由于采用回油節(jié)流調(diào)速，故而選用開式系統(tǒng)。 3.4.2 選擇調(diào)速回路 由工況圖可知，壓力機(jī)液壓系統(tǒng)的功率不大，運(yùn)動(dòng)速度

14、低，工作負(fù)載變化小，效率和發(fā)熱并不突出，故可采用調(diào)速閥調(diào)速，因?yàn)榛芈饭?jié)流調(diào)速能獲得更低的穩(wěn)定速度，故本系統(tǒng)采用調(diào)速閥式回油節(jié)流調(diào)速回路。 該型壓力機(jī)需要一個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)廉，調(diào)速范圍大，效率較低的低速小了功率場(chǎng)合，故而采用回油節(jié)流調(diào)速方案。 3.4.3 選擇液壓泵的類型 依據(jù)工作壓力小于21MPa，而且系統(tǒng)采用節(jié)流調(diào)速回路，選擇定量泵?；蛘啐X輪泵。 3.4.4 選擇執(zhí)行元件 選用單出桿活塞缸的液壓缸，它是一種廣泛適用于各類機(jī)械的液壓缸。 3.4.5 選擇調(diào)壓方式 利用彈簧加載式溢流閥。在換向閥處于中位時(shí)調(diào)壓亦可。為了保證夾緊力可奧而且單獨(dú)調(diào)節(jié)，在主路上串接單向閥。 3.4.

15、6 選擇換向回路 該流量為小流量，故而選用電磁換向閥。當(dāng)壓力機(jī)壓頭運(yùn)動(dòng)間隔后，電磁繼電器通電，開始換向。進(jìn)行下一步動(dòng)作。 3.4.7 繪制原理圖 綜合上述分析和所確定的方案，將各個(gè)回路合理的組合為該壓力機(jī)的液壓系統(tǒng)，其原理如圖3-5所示。 圖3-5 液壓系統(tǒng)原理 1--過濾器 2—油箱 3—電機(jī) 4—液壓泵 5—溢流閥 6，7—壓力表及壓力表開關(guān) 8—三位四通電磁換向閥 9—單向調(diào)速閥 10—液壓缸 其中：9由調(diào)速閥和單向閥組成 3.5 計(jì)算和選擇液壓元件 3.5.1 選擇液壓泵 1) 確定液壓泵的最大工作壓力Pp 式中：p1---液壓缸

16、的最大工作壓力 ---從液壓泵出口到液壓缸入口之間的總的管路損失 由上可知，p1為10MPa壓力損失取為0.5MPa，那么最大工作壓力Pp≥10.5MPa。 2) 確定液壓泵的流量 液壓缸工作時(shí)，液壓泵的輸出流量是： 式中：K—系統(tǒng)的泄露系數(shù)，一般取K=1.1~1.3； ---最大總流量，包括最小溢流量。 由上式計(jì)算Qp=1.3*(0.5*10-4+5.48*10-5)=1.92*10-4m3/s。 3) 選擇液壓泵的規(guī)格 根據(jù)以上的Pp和Qp值，從產(chǎn)品樣本中選取泵為小流量泵。 4) 確定驅(qū)動(dòng)功率 根據(jù)式子 式中：--液壓系統(tǒng)的總效率。按照表5選取。 表

17、3-5液壓泵的總效率 液壓泵類型 齒輪泵 螺桿泵 葉片泵 柱塞泵 總效率 0.6~0.7 0.65~0.80 060~0.75 0.80~0.85 以上計(jì)算得到驅(qū)動(dòng)功率P=2.88kW。選擇驅(qū)動(dòng)功率為5kW。 3.5.2 選擇液壓控制閥 1.電磁換向閥的選擇 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要在合理分配油路的原則基礎(chǔ)上，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選擇電磁換向閥型號(hào)為4WE6/AG24. 4WE6/AG24型牌號(hào)的含義如下： 4代表三位四通；WE代表電磁換向閥；6代表通徑6mm； A代表濕式標(biāo)準(zhǔn)電磁鐵；G24代表直流電24V。 電磁換向閥的部分技術(shù)規(guī)格如下： 介質(zhì)：礦物油； 介質(zhì)溫

18、度：-30~80； 介質(zhì)黏度：(2.8~380); 工作壓力：A、B、P腔小于等于25MPa，T腔小于等于6MPa； 額定流量：15L/min； 電源電壓：交流電50Hz，110V，220V；直流電12V、24V、110V 消耗功率：26W； 吸合功率：46VA； 啟動(dòng)功率：130 VA； 接通時(shí)間：40ms（直流）、25ms（交流）； 斷開時(shí)間：30ms（直流）、20ms（交流）； 最高環(huán)境溫度：50； 最高線圈溫度：150； 2.溢流閥的選擇 DB/DBW型溢流閥具有壓力高，調(diào)節(jié)性能平穩(wěn)，最低調(diào)節(jié)壓力和調(diào)節(jié)范圍大等優(yōu)點(diǎn)。DB型閥組要用于控制系統(tǒng)壓力；

19、DBW型電磁溢流閥也可以控制系統(tǒng)的壓力并能在任意時(shí)候使之卸荷。設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)泵的出口壓力為5MPa，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選擇溢流閥型號(hào)：直動(dòng)式溢流閥DBDA6P6。 DBDA6P6型直動(dòng)式溢流閥部分參數(shù)如下： 通徑：6mm； 工作壓力：P口40MPa，T口31.5MPa； 流量：50L/min； 介質(zhì)：礦物油磷酸脂液壓油 介質(zhì)溫度：-20——70 重量： 1.5kg 表3-6 控制元件 序號(hào) 名稱 實(shí)際流量(L/s) 選用規(guī)格 1 單向閥 0.74 DF-B20K 2 溢流閥 2 YF-B20C 3 三位四通閥 3.6 34DY-B10H-T 4

20、調(diào)速閥 ＜0.7 QF-B10C 以上為選用的液壓控制閥的列表。 3.5.3 計(jì)算泵的驅(qū)動(dòng)功率，選擇電機(jī) Y系列的電動(dòng)機(jī)為全封閉自扇冷或水冷式籠型三相異步電機(jī)，用于空氣中有易燃、易爆或腐蝕性氣體的場(chǎng)合。它適用于電壓為380V且無特殊要求的機(jī)械上，如泵、馬達(dá)和機(jī)床等。 根據(jù)給定參數(shù)的計(jì)算所得液壓泵的驅(qū)動(dòng)功率為2.2kw，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選用電機(jī)型號(hào)：Y100L1-4。該電機(jī)可防水滴、鐵屑及其他物件沿垂直方向掉入電機(jī)內(nèi)部，它可作為泵，機(jī)床等的動(dòng)力源使用。該電機(jī)性能如下： 額定功率：2.2kw； 同步轉(zhuǎn)速：1500r/min； 滿載轉(zhuǎn)速：1440r/min； 額定轉(zhuǎn)矩：2.2

21、N 電壓：380V。 3.5.4 輔助元件 1) 油箱 郵箱儲(chǔ)油按下式計(jì)算： 式中：a—經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，按照表3-7選取 表3-7經(jīng)驗(yàn)系數(shù)a 系統(tǒng)類型 行走機(jī)械 低壓系統(tǒng) 中亞系統(tǒng) 鍛壓系統(tǒng) 冶金機(jī)械 a 1~2 2~4 5~7 6~12 10 根據(jù)表格所示，取a為7。 計(jì)算：V=5.48*7*60*10-5=0.023m3/min。 由此設(shè)計(jì)得到油箱圖。 圖3-6 油箱結(jié)構(gòu)圖 3.5.5 聯(lián)軸器的選擇 選擇彈性套柱銷聯(lián)軸器。彈性套柱銷聯(lián)軸器具有一定的補(bǔ)償兩軸線相對(duì)偏移能力和緩沖減震能力。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便。適用于對(duì)減震要求不高、底座剛性好、

22、對(duì)中精度較高場(chǎng)合，不宜用于高速或低速重載場(chǎng)合，是應(yīng)用廣泛的一種聯(lián)軸器。 聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩： 式中 T ----理論轉(zhuǎn)矩，N ---驅(qū)動(dòng)功率，kw； n----工作轉(zhuǎn)速，r/min； ---動(dòng)力機(jī)的系數(shù)，查表取1.0； K----工況系數(shù)，查表取1.5； ---啟動(dòng)系數(shù)，查表取1.0； ---溫度系數(shù)，查表取1.5； --公稱轉(zhuǎn)矩，； 將數(shù)據(jù)代入上式計(jì)算得： 經(jīng)計(jì)算選取聯(lián)軸器的型號(hào)為：LT5ZC3582/J1B3260GB/T4323-1984,其參數(shù)如下： 主動(dòng)端

23、：Z型軸孔、C型鍵槽，； 從動(dòng)端：J1型軸孔、B型鍵槽，； 3.5.6 液壓介質(zhì)的選擇 液壓工作介質(zhì)的選擇應(yīng)該是根據(jù)液壓系統(tǒng)中重要元件的油膜承載能力確定的，故應(yīng)在保證承載能力的條件下，選擇適合的介質(zhì)粘度。 工作介質(zhì)粘度太大，系統(tǒng)的壓力損失大，效率降低，而且泵的稀有狀況惡化，容易產(chǎn)生空穴和氣蝕作用，是泵運(yùn)轉(zhuǎn)困難，粘度太小，則系統(tǒng)泄露太多，容積損失增加，系統(tǒng)效率亦低，并使系統(tǒng)的剛性變差。因此，為了使液壓系統(tǒng)能夠正常和穩(wěn)定地工作，要求工作介質(zhì)的粘度隨溫度的變化要小。 工作介質(zhì)對(duì)液壓系統(tǒng)各運(yùn)動(dòng)部件起潤(rùn)化作用，以降低摩擦和磨損，保證系統(tǒng)能夠長(zhǎng)時(shí)間正常工作，故要求液壓系統(tǒng)的介質(zhì)要具有很好的潤(rùn)滑

24、作用。 另外液壓介質(zhì)還要有抗氧化性，防銹和不腐蝕金屬，同密封材料相容，消泡和抗泡沫性，抗乳化性，潔凈度高等要求。 液壓介質(zhì)的分類查《液壓與氣壓傳動(dòng)》表1-3可知。 根據(jù)系統(tǒng)要求選擇液壓介質(zhì)如下： 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》齒輪泵工作溫度：5~40 ；推薦選用運(yùn)動(dòng)黏度（）：30~70葉片泵工作溫度：5~40 推薦選用運(yùn)動(dòng)黏度（）：30~49. 綜合考慮以上情況選用：L-HM32礦物油型液壓油。 L-HM32礦物油型液壓油，運(yùn)動(dòng)黏度時(shí)不大于420.，40時(shí)運(yùn)動(dòng)黏度范圍是28.8~35.5，是防銹抗氧制礦物油，可改善液壓實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的抗磨性，保證實(shí)驗(yàn)數(shù) 據(jù)真實(shí)可靠，使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，保

25、持性能安全可靠。其部分質(zhì)量指標(biāo)如下： 運(yùn)動(dòng)黏度：28.8； 黏度指數(shù)：不小于95； 抗磨性試驗(yàn)：不小于10（FZG齒輪機(jī)試驗(yàn)），不小于100（葉片泵試驗(yàn)）； 機(jī)械雜質(zhì)：無； 空氣釋放值：6/min（50）； 泡沫性：150/10（24）。 3.6 液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算 3.6.1 壓力損失 壓力損失估計(jì)，=1MPa。主要是管路泄露等等損失。 3.6.2 發(fā)熱計(jì)算 采用相關(guān)文獻(xiàn)公式估算，本系統(tǒng)對(duì)散熱要求不高 3.7 液壓裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.7.1 液壓裝置的結(jié)構(gòu)形式 采用單機(jī)，臥式液壓泵布置。這樣簡(jiǎn)單，實(shí)用。 3.7.2 液壓泵的類型 采用箱體式

26、，占地小。 4 機(jī)械系統(tǒng)總圖的設(shè)計(jì)及其各零件的設(shè)計(jì) 壓力機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)可以按照功能分為四個(gè)部分： 1) 底板組件 2) 小車組件 3) 上板組件 4) 立柱 液壓機(jī)本體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下三個(gè)基本原則： (1)盡可能地滿足工藝要求，便于操作； (2)具有合理的強(qiáng)度、剛度及運(yùn)動(dòng)部分的導(dǎo)向精度，使用可韶，不易損壞 (3)具有很好的經(jīng)濟(jì)性，重量輕，制造維修方便。 其中，工藝要求是最主要肋影響因素。出于在液壓機(jī)上進(jìn)行的工藝是多種多樣的，因此液壓機(jī)的本體結(jié)構(gòu)型式也必然是多種多樣的。從機(jī)架型式看，有立式與臥式；從機(jī)架組成方式看，有梁柱組合式、單臂式和板架式；從：工作

27、缸數(shù)量看，有單位、三位或多缸。對(duì)于小型、中型多采用最為常見的立式結(jié)構(gòu)，梁柱組合式單缸結(jié)構(gòu)。 整個(gè)壓力機(jī)是單件小批量生產(chǎn)，用于實(shí)現(xiàn)彈簧強(qiáng)壓工藝中的一個(gè)步驟，故而考慮盡量采用焊接結(jié)構(gòu)。下面就四個(gè)方面系統(tǒng)設(shè)計(jì)。以下是參考簡(jiǎn)圖： 圖4-1 壓力機(jī)簡(jiǎn)圖 4.1 橫梁設(shè)計(jì) 4.1.1 橫梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 橫梁包括上橫粱、下橫梁(或工作臺(tái))和活動(dòng)橫梁(或稱滑塊)。橫梁通常都設(shè)計(jì)成上、下封閉的箱形結(jié)構(gòu)件，在安裝各種缸、柱塞及立柱處一般做成圓筒形．并用筋扳與橫梁面板相連(參閱圖2—48)。在承載較大處，筋扳較密，以提高橫梁剛度，降低局部應(yīng)力．筋板多布置成網(wǎng)格形式輻射形。 中小型液壓機(jī)橫梁有鑄造結(jié)

28、構(gòu)和焊接結(jié)構(gòu)兩種。生產(chǎn)批量較大的小型液壓機(jī)，義撈梁多為鑄鐵件HT 200或鑄鋼件ZG270—500；單件小批生產(chǎn)時(shí)，采用A3或16Mn板材焊接而成。焊接件的焊縫質(zhì)量要可靠。 為防止橫梁構(gòu)件變形，不論采用鑄造結(jié)構(gòu)或焊接結(jié)構(gòu)部必需進(jìn)行熱處理，以消除其內(nèi)應(yīng)力。 中小型液壓機(jī)掇梁多數(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)成組合式，并利用控和拉緊螺栓聯(lián)接。 綜合以上考慮，上橫梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4-2所示： 圖4-2上橫梁結(jié)構(gòu)圖 根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式而確定下的尺寸如圖所示。 而下橫梁是為下滑動(dòng)機(jī)構(gòu)提供支撐平臺(tái)，因而必須有導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)。采用焊接結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)形式如下： 圖4-3

29、下橫梁(工作臺(tái))結(jié)構(gòu)圖 4.1.2橫梁強(qiáng)度和剛度校核 1 上橫梁強(qiáng)度校核 根據(jù)上橫梁的受力情況，對(duì)其強(qiáng)度做初步校核。主要的承力件為上板體、螺栓。分別對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度校核。 A. 上板體強(qiáng)度校核 上板體采用45鋼加工而成，主要承受來自壓力油缸的反作用力。其尺寸如下圖所示： 圖4-4上板體尺寸 上料板的有效面積Acm=S矩形－4S小圓－S大圓－4S四角=0.2314m2 而由上板的材料：45鋼 。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得： []=/S=360/1.5=240(S=1.5) 軸向載荷 F= PS=P(Dd)/4=58875N =240MPa 所以上板體的強(qiáng)度符合要求。 B.

30、螺栓強(qiáng)度校核 油缸座套上采用了4個(gè)M16的螺栓連接。 聯(lián)接螺栓的材料：45鋼 。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得： []=/S=360/1.5=240(S=1.5) 軸向載荷 F= PS=P(Dd)/4=58875N 按照受預(yù)緊力F0和工作載荷F共同作用的緊螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算可得：螺栓所受的總拉力F1不等于預(yù)緊力F0和工作拉力F之和，而等于殘余預(yù)緊力F2與工作拉力F之和，即 F1=F2+F 對(duì)于一般連接，工作載荷穩(wěn)定時(shí)，取F2=0.2F=0.2X58875N=11775N。所以，F(xiàn)1=F2+F=70650N。危險(xiǎn)剖面的拉伸強(qiáng)度條件為： =114.2MPa=240MPa 由上可得聯(lián)接

31、螺栓的強(qiáng)度足夠 C. 油缸座套強(qiáng)度校核 油缸座套的結(jié)構(gòu)尺寸如下 圖4-5 油缸座套 油缸座套的有效面積Acm= S大圓－S小圓=0.0157m2 而由座套的材料：45鋼 。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得： []=/S=360/1.5=240(S=1.5) 軸向載荷 F= PS=P(Dd)/4=58875N =240MPa 所以座套的強(qiáng)度亦符合要求。 2 下橫梁強(qiáng)度校核 根據(jù)下橫梁的受力情況，對(duì)其強(qiáng)度做初步校核。下橫梁主要是對(duì)提供一個(gè)工作平臺(tái)，亦稱為工作臺(tái)。對(duì)地支撐和對(duì)小車提供導(dǎo)軌支撐作用。主要的承力零件為底板支座和支柱套。分別對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度校核。 A. 底板支座強(qiáng)度校核 底

32、板支座的結(jié)構(gòu)尺寸如下： 圖4-6 底板支座 底板支座與地面靠鋼板角支撐。底板支座的材料為A3鋼。 底板支座的有效面積Acm=t*L周長(zhǎng)=0.0236m2 而由支座的材料：45鋼 。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得： []=/S=360/1.5=156.7(S=1.5) 軸向載荷 F= PS=P(Dd)/4=58875N =240MPa 所以支座的強(qiáng)度亦符合要求。 B. 支柱套強(qiáng)度校核 支柱套的結(jié)構(gòu)尺寸如下圖： 圖4-7 支柱套 支柱套的有效面積Acm= S大圓－S小圓=0.00251m2 而由支柱套的材料：45鋼。屈服極限。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得： []=/S=360/1

33、.5=240(S=1.5) 軸向載荷 F= PS=P(Dd)/4=58875N =240MPa 所以支柱套的強(qiáng)度亦符合要求。 4.1.3 橫梁的固定： 防松的根本問題是防止螺旋副的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，防松的措施很多，按工作原理分為以下三類： （一） 摩擦放松：這類放松措施是使擰緊的螺母之間不因外載荷變化而失去壓力，始終有摩擦阻力防止連接松脫。這種方法不十分可靠，故多用于振動(dòng)和沖擊不劇烈的場(chǎng)合。常用的有以下幾種： （1） 對(duì)頂螺母 采用對(duì)頂螺母通過兩螺母對(duì)頂擰緊而產(chǎn)生的對(duì)頂壓力，使兩螺的螺紋分別與螺栓在旋合段內(nèi)的螺紋相互壓緊，防止連接松脫。 （2） 彈簧墊圈 這種墊圈通常由65Mn

34、鋼制成，經(jīng)熱處理富有彈性。螺母擰緊后，因墊圈的彈性反力，使螺母與螺栓的螺紋之間產(chǎn)生一定的附加彈性壓力，此壓力不隨外載荷的變化而消失，故產(chǎn)生的摩擦力始終存在，能防止螺母松脫。；另外，墊圈斜口的尖端低著螺母與被連接件的支持面，也有助于放松。 （3） 自鎖螺母 常用形式有利用螺母末端橢圓口的彈性變形箍緊螺栓，橫向壓緊螺紋。 （二） 機(jī)械防松 （1） 槽形螺母和開口銷 開口銷穿過螺母上的槽和螺栓末端的孔后，尾端分開，使螺母與螺栓不能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而達(dá)到放松的目的。這種放松常用于有振動(dòng)的高速機(jī)械中的聯(lián)接。 （2） 圓螺母和帶翹墊圈 將帶翹墊圈的內(nèi)翹嵌入外螺紋零件端部的軸向槽內(nèi)，擰緊圓螺母后，將墊圈

35、的一個(gè)外翹彎入螺母的一個(gè)槽內(nèi)鎖住螺母，常用于滾動(dòng)軸承等與軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)的零件的軸向固定。 （3） 止動(dòng)墊圈 止動(dòng)墊圈的一邊彎貼在螺母的側(cè)面上，另一邊彎入被連接件的槽中，從而約束螺母松動(dòng)。這種方法較麻煩，多用于較重要或受力較大的場(chǎng)合。 （4） 串連鋼絲 將低碳鋼絲穿入各螺栓頭部的孔內(nèi)，使其相互制約，但必須注意鋼絲的穿繞方向，要促使螺釘擰緊。此法防松可靠。但裝拆不便，僅適用于螺栓組連接。 （三） 對(duì)于不經(jīng)常裝拆和不拆的連接，可采用破壞螺紋副的關(guān)系來防松。 本設(shè)計(jì)中就使用了對(duì)頂螺母的防松形式，通過兩螺母對(duì)頂擰緊而產(chǎn)生的對(duì)頂壓力，使兩螺的螺紋分別與螺栓在旋合段內(nèi)的螺紋相互壓緊，防止連接松脫。 4

36、.2 立柱設(shè)計(jì) 4.2.1 立柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1立柱結(jié)構(gòu)及其與橫梁連接的型式 由于采用立式結(jié)構(gòu)的四立柱設(shè)計(jì)，故而每個(gè)立柱承受相同的力。立柱要求能夠支撐起液壓系統(tǒng)及其其他部件。對(duì)于小型壓力機(jī)系統(tǒng)，圖a為雙螺母式(內(nèi)外螺母式)，每根立柱取四個(gè)內(nèi)外螺母與上、下橫粱緊固連接在一起，該種結(jié)構(gòu)型式的立柱加工、安裝與維修都較為方便，因此采用較普遍。 圖4-8 常見立柱結(jié)構(gòu)形式 由以上的結(jié)構(gòu)圖，參考a的結(jié)構(gòu)形式，結(jié)合立柱的高度要求而設(shè)計(jì)得到立柱的結(jié)構(gòu)如下： 圖4-9 立柱結(jié)構(gòu)及尺寸圖 2 立柱受力 由以上立柱的結(jié)構(gòu)圖，得到立柱的受力為拉應(yīng)力力彎矩產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力。 4.2.2立柱強(qiáng)度校核

37、 按最簡(jiǎn)單的受力狀態(tài)計(jì)算，假設(shè)上下橫梁的剛度很大，忽略上下橫梁的變形而施加于立柱的附加彎曲應(yīng)力，則立柱只承受簡(jiǎn)單的軸向拉力，其拉應(yīng)力為： 式中： F----液壓機(jī)的公稱壓力； A----每根立柱的截面積； n-----立柱根數(shù)； -----許用應(yīng)力 對(duì)于材料為40Cr的立柱來說，=800MPa；軸向載荷為 F= PS=P(Dd)/4=58875N 所以，立柱強(qiáng)度符合要求 4.2.3立柱裝配配合 立柱在加工時(shí)，有著較高的精度和配合要求，兩端配合圓柱需要保持較高同軸度，端面與圓柱面需保持較高的垂直度，圓柱面上有較高的

38、粗糙度要求。 對(duì)于配合，一般采用基軸制配合。如K6/h7。 4.2.4立柱預(yù)緊 立柱的預(yù)緊方法：對(duì)小型液壓機(jī)可使用扳手旋緊螺母，但其所能達(dá)到的預(yù)緊力是有限的。一般液壓機(jī)可采用“超張預(yù)緊”、“加熱預(yù)緊“以及“液壓拉緊”。 超張預(yù)緊適用于內(nèi)外螺母式立柱結(jié)構(gòu)的液壓機(jī)；超張后，用扳手旋緊上、下橫梁處的內(nèi)螺母即可，但旋緊時(shí)需注意保證上橫梁下表面與下橫梁上表面之間的平行度。 采用加熱預(yù)緊，通常需在立柱端部鉆一直徑為40~60mm的孔，其深度需大于橫梁高度，孔內(nèi)可通熱蒸汽、插入燒紅的鋼棒或插入電熱棒加熱，加熱時(shí)應(yīng)注意兩對(duì)角立柱同時(shí)加熱。對(duì)加熱溫度的計(jì)算以及螺母旋轉(zhuǎn)角度的外算，詳見參考文獻(xiàn)。 采用

39、液壓拉緊裝置對(duì)螺栓進(jìn)行冷拉，所需時(shí)間短，效率高，但需一套專門裝置。 4.3 滑動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)(小車) 4.3.1 小車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 小車的主要作用是給彈簧提供一個(gè)支撐環(huán)境，待彈簧完成強(qiáng)壓處理的工藝后，退出，取走彈簧，開始處理下一個(gè)彈簧。故而小車在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，車體上有下模座，為彈簧提供支撐。按照此要求，初步確定小車的結(jié)構(gòu)形式如下： 圖4-10 小車組件 4.3.2 小車關(guān)鍵部件強(qiáng)度校核 由于小車中主要的承力零件為導(dǎo)軌、橡膠彈簧和小車下模座。而導(dǎo)軌為角鋼焊接結(jié)構(gòu)，顯然滿足強(qiáng)度要求，下模座同上模座，強(qiáng)度符合要求。重點(diǎn)校核橡膠彈簧的強(qiáng)度。要求其形變量不能超過規(guī)定值。 橡膠彈簧的結(jié)構(gòu)如下：

40、 圖4-11 橡膠彈簧 圓柱橡膠彈簧的壓縮形變?yōu)? 其中： 取HS=50，d=25mm，h=28mm，代入計(jì)算可知f=14.7mm＜18mm，因此，此橡膠彈簧是滿足設(shè)計(jì)要求的。 4.3.3 其他零件設(shè)計(jì)圖及小車裝配要求 1 其他零件設(shè)計(jì)圖 小車中由小車框軌，基座，軸座，彈簧，下模座，小車軸，小車支桿小車軸座蓋組成。按照小車的設(shè)計(jì)要求，其余部分的主要結(jié)構(gòu)如下： 圖4-12小車下模座 圖4-13 小車基座 圖4-14 小車軸 圖4-15 小車軸座蓋 圖4-16 小車支桿 圖4-17 小車框軌 2 小車裝配要求 小

41、車軸與軸承裝配為基孔制。其余為過渡配合。 結(jié) 論 “鍥而不舍，朽木不折；鍥而不舍，金石可鏤。”經(jīng)過三個(gè)多月的馬拉松式的緊張?jiān)O(shè)計(jì)，隨著這份《設(shè)計(jì)說明書》的收筆也即將告捷?；叵肫鹪O(shè)計(jì)的過程，酸甜酸苦辣一言難盡。雖然時(shí)間的緊迫和就業(yè)的壓力始終徘徊在設(shè)計(jì)的過程中，但畢竟收獲的喜悅還是勝過了工作的幸勞。非常慶幸能在畢業(yè)之際交上一份令自己滿意的答卷。 畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)課程的最后一次課，也是四年來最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，它涉及四年來所學(xué)的各科知識(shí)，將它們?nèi)诤显谝黄?。在畢業(yè)設(shè)計(jì)這門課程中讓我們體會(huì)到知識(shí)的重要，每門課程都有它的可取之處，所有的事物都是相聯(lián)通的，缺少其中任何一門知識(shí)，我們的設(shè)計(jì)將會(huì)停

42、滯，所以我們要學(xué)會(huì)融會(huì)貫通，綜合運(yùn)用。 經(jīng)過三個(gè)多月的馬拉松式的緊張?jiān)O(shè)計(jì)，隨著這份《設(shè)計(jì)說明書》的收筆也即將告捷?；叵肫鹪O(shè)計(jì)的過程，酸甜酸苦辣一言難盡。雖然時(shí)間的緊迫和就業(yè)的壓力始終徘徊在設(shè)計(jì)的過程中，但畢竟收獲的喜悅還是勝過了工作的幸勞。非常慶幸能在畢業(yè)之際交上一份令自己滿意的答卷。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題內(nèi)容覆蓋面廣。涉及到機(jī)械、液壓、等多門主干課程，通過認(rèn)真實(shí)習(xí)、調(diào)查、分析、研究、查閱大量參考資料，順利地完成了此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)。這次的設(shè)計(jì)中，我也發(fā)現(xiàn)自己在基礎(chǔ)課和專業(yè)課上存在的缺陷，在王老師的悉心指導(dǎo)和同組同學(xué)的幫助下，我也逐漸地彌補(bǔ)自己的缺陷，努力將自己的設(shè)計(jì)做好。 通過此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我

43、了解和掌握了壓力機(jī)設(shè)計(jì)的基本要求、步驟、方法及應(yīng)考慮的有關(guān)問題，并鞏固和深化了大學(xué)三年中幾乎所有專業(yè)知識(shí)，培養(yǎng)了科學(xué)的思維、工作方式和理論聯(lián)系實(shí)際的能力，更是體會(huì)到了相互協(xié)作的工作精神，給即將踏上工作崗位的我們起到一次很好地實(shí)戰(zhàn)練兵演習(xí)，為將來的工作打下基礎(chǔ)。 致 謝 在本次設(shè)計(jì)中，全部由王小平老師指導(dǎo)，王老師工作細(xì)致，嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)，不僅在設(shè)計(jì)中給予我極大的幫助，指導(dǎo)我完成工作，還教給我許多做人的道理：“多讀書，求甚解”，“活到老，學(xué)到老”，我感受很深，不懂不可怕，重要努力去弄懂。王老師作為一位高級(jí)工程師，教給我們這些做人做事的道理，在以后的生活工作中都是非常

44、有用的，在此表示深沉地謝意！同時(shí)，借此機(jī)會(huì)謹(jǐn)向教誨過我的老師們表示深深地謝意；向在身后一如既往地支持我的父母表示深深地謝意；向在設(shè)計(jì)過程中關(guān)心和幫助我的同學(xué)表示深深地謝意！ 由于本人設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，不妥之處在所難免，水平亦有限，懇請(qǐng)各位老師批評(píng)指正。 參考文獻(xiàn) [1]李兆銓，周明研．機(jī)械制造技術(shù)[M]．北京：中國(guó)水利水電出版社，2005. [2]左健民，液壓與氣壓傳動(dòng)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999. [3]王為，汪建曉．機(jī)械設(shè)計(jì)[M]．武漢：華中科技大學(xué)出版社，2007. [4]趙大興，李天寶，趙成剛．現(xiàn)代工程圖

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