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上海電機(jī)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 課 題 20MN自由鍛液壓機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 專(zhuān) 業(yè) 材料成型及控制工程 年 級(jí) 2011級(jí) 姓 名 肖李華 學(xué) 號(hào) 111002431137 指 導(dǎo) 教 師 （簽字） 學(xué) 院 院 長(zhǎng) （簽字） 2014年 12 月 25 日 注：本任務(wù)書(shū)由上海電機(jī)學(xué)院教務(wù)處印制。 任務(wù)書(shū)反面： 課題 來(lái) 源 工程實(shí)踐 課 題 的 目 的 、 意 義 目的：通過(guò)20MN自由鍛液壓機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論、基本知識(shí)和基本技能來(lái)獨(dú)立分析、解決實(shí)際問(wèn)題的能力；查閱檢索相關(guān)文獻(xiàn)資料的能力；設(shè)計(jì)、計(jì)算與計(jì)算機(jī)繪圖的能力。在教師的指導(dǎo)下，充分發(fā)揮個(gè)人積極性，獨(dú)立完成中等復(fù)雜程度的液壓機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從而樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想，初步掌握工程設(shè)計(jì)的一般方法。 意義：本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，是學(xué)生在大學(xué)四年學(xué)習(xí)生涯的總練習(xí)?？梢藻憻?、考核、檢驗(yàn)學(xué)生。通過(guò)對(duì)本課題的設(shè)計(jì)實(shí)踐，有助于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)的工作態(tài)度，使學(xué)生理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，為早日適應(yīng)企業(yè)工作奠定基礎(chǔ)。 要 求 課題的主要技術(shù)要求： 主要技術(shù)參數(shù)： 公稱(chēng)噸位: 20MN；液體壓力: 25MPa；最大回程力:2.4MN；最大行程：1400mm；最大凈空距：2500mm；工作臺(tái)尺寸：3500mm×4000mm；最大空程速度：200mm/s；回程速度：200mm/s。 要求所設(shè)計(jì)的液壓機(jī)結(jié)構(gòu)合理,能夠通過(guò)設(shè)計(jì)校核。 課題工作量要求： 完成包括總裝配圖、部件圖、主要零件圖在內(nèi)的圖紙不少于2張A0,主要零件圖總圖幅不少于一張A1； 設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)不少于1.5萬(wàn)字。 課 題 主 要 內(nèi) 容 及 進(jìn) 度 課題主要內(nèi)容： 收集、研讀國(guó)內(nèi)外液壓機(jī)設(shè)計(jì)方面的技術(shù)資料，特別是設(shè)計(jì)方面的工具書(shū)； 確定液壓機(jī)結(jié)構(gòu)方案。對(duì)液壓機(jī)的主要零件，如液壓缸、上橫梁、活動(dòng)橫梁、下橫梁和機(jī)架等進(jìn)行設(shè)計(jì)和校核。 繪制液壓機(jī)總裝圖和主要零件圖，撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。 工作進(jìn)度： 2014.12.26-2015.1.25 調(diào)研、查找、研究相關(guān)資料，擬定液壓機(jī)結(jié)構(gòu)方案，編寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告。 2015.1.26-2015.3.15 繪制液壓機(jī)總體裝配圖草圖。設(shè)計(jì)液壓機(jī)主要零件，如上橫梁、活動(dòng)橫梁、下橫梁和機(jī)架，并進(jìn)行校核計(jì)算。修改、完善開(kāi)題報(bào)告，完成開(kāi)題答辯。 2015.3.16-2015.3.29 繪制液壓機(jī)總體裝配圖。 2015.3.30-2015.4.12 繪制液壓機(jī)零件圖。 2015.4.13-2015.4.30 對(duì)液壓機(jī)主要零件進(jìn)行三維CAD建模。 2015.5.1-2015.5.18 修改圖紙，撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。 2015.5.25-2015.5.30 論文及圖紙?jiān)u閱，準(zhǔn)備答辯。 2015.6.1-2015.6.7 答辯。 上海電機(jī)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）選題審批表 申報(bào)人 胡金華 所屬學(xué)院 機(jī)械學(xué)院 設(shè)計(jì)（論文）選題名稱(chēng) 20MN自由鍛液壓機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 課題來(lái)源 工程實(shí)踐 課題簡(jiǎn)介： 本課題針對(duì)材料成型及控制專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，要求完成20MN液壓機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生將大學(xué)所學(xué)知識(shí)綜合運(yùn)用去解決實(shí)際問(wèn)題的能力。通過(guò)設(shè)計(jì)，使學(xué)生具備對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行功能分析和結(jié)構(gòu)分析的能力，能夠查閱相關(guān)資料和文獻(xiàn)，能夠根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)進(jìn)行校核計(jì)算、設(shè)計(jì)出主要零件，選擇機(jī)架結(jié)構(gòu)等，學(xué)生還應(yīng)能夠使用設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)液壓機(jī)結(jié)構(gòu)總裝圖、零件圖和三維模型，最后完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。 選題理由及準(zhǔn)備情況： 本課題所選液壓機(jī)難度適中,教師有多年指導(dǎo)相關(guān)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)。 設(shè)計(jì)（論文）要求及所具備的條件： 學(xué)生必須已經(jīng)完成相關(guān)課程學(xué)習(xí)、課程設(shè)計(jì)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)。 學(xué)生需要學(xué)習(xí)掌握液壓機(jī)設(shè)計(jì)步驟及設(shè)計(jì)方法，具備相關(guān)的機(jī)械設(shè)計(jì)方面的知識(shí)，具備三維制圖能力，熟悉UG，AutoCAD等軟件的使用。 本課題要求學(xué)生首先分析液壓機(jī)使用要求、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、材料特性，初步確定液壓機(jī)結(jié)構(gòu)方案，然后完成校核計(jì)算和整個(gè)液壓機(jī)設(shè)計(jì)。 指導(dǎo)小組意見(jiàn)： 組長(zhǎng)簽字： 年 月 日 上海電機(jī)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 課 題 20MN自由鍛液壓機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 專(zhuān) 業(yè) 材料成型及控制工程 年 級(jí) 2011級(jí) 姓 名 肖李華 學(xué) 號(hào) 111002431137 指 導(dǎo) 教 師 （簽字） 學(xué) 院 院 長(zhǎng) （簽字） 2015年 5 月 日 20MN自由鍛液壓機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) II 摘 要 液壓機(jī)（又名：油壓機(jī)）液壓機(jī)是一種利用液體靜壓力來(lái)加工金屬、塑料、橡膠、木材、粉末等制品的機(jī)械。它常用于壓制工藝和壓制成形工藝，如：鍛壓、沖壓、冷擠、校直、彎曲、翻邊、薄板拉深、粉末冶金、壓裝等等。 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)是液壓機(jī)械的一個(gè)組成部分，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要同主機(jī)的總體設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行。著手設(shè)計(jì)時(shí)，必須從實(shí)際情況出發(fā)，有機(jī)地結(jié)合各種傳動(dòng)形式，充分發(fā)揮液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，力求設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡(jiǎn)單、維修方便的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。 本人系統(tǒng)學(xué)習(xí)了液壓系統(tǒng)技術(shù)的知識(shí)，查閱了一些相關(guān)的文獻(xiàn)資料，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合本人的設(shè)想和設(shè)計(jì)工作中需要解決的任務(wù)，主要進(jìn)行了以下幾項(xiàng)工作： （1）擬定液壓機(jī)液壓液壓原理圖。 （2）完成液壓機(jī)油缸的設(shè)計(jì)。 （3）完成液壓機(jī)液壓站的設(shè)計(jì)。 （4）對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行校核設(shè)計(jì) 關(guān)鍵詞：液壓機(jī)，油缸，液壓系統(tǒng) 20MN自由鍛液壓機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 47 Abstract Hydraulic machine (also known as: hydraulic machine hydraulic machine) is a static pressure using liquid to the processing of metal, plastic, rubber, wood, powder and other products. It is often used for pressing and pressing forming process, such as: forging, stamping, cold extrusion, straightening, bending, flanging, sheet metal drawing, powder metallurgy, pressing etc. Hydraulic drive system is a part of hydraulic machinery, hydraulic transmission system design to the overall design of the same host at the same time. To design, we must proceed from the actual situation, the organic combination of various transmission forms, give full play to the advantages of hydraulic transmission, and strive to design hydraulic transmission system has the advantages of simple structure, reliable operation, low cost, high efficiency, simple operation, convenient repair. I am learning system of hydraulic system of technical knowledge, access to some of the relevant literature, on this basis, combined with the need to address my ideas and design work, the main work is described as follows: (1) the development of hydraulic press hydraulic principle diagram. (2) completed the design of hydraulic cylinder. (3) to complete the design of hydraulic station. (4) were checked for the design of hydraulic system (5) the completion of the hydraulic press overall three-dimensional modeling design Key words: hydraulic machine, hydraulic cylinder, hydraulic system 目 錄 摘 要 II Abstract III 第1章 緒論 1 1.1 液壓機(jī)的概述 1 1.2液壓概況 2 1.3液壓工作原理 2 1.4 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟與設(shè)計(jì)要求 3 1.5本論文研究的主要內(nèi)容 3 第2章 液壓機(jī)整體方案的擬定 4 2.1 設(shè)計(jì)思路 4 2.2 擬定液壓原理圖 6 2.3動(dòng)作分析 6 2.4 上橫梁結(jié)構(gòu) 8 2.4.1 結(jié)構(gòu)形式 8 2.4.2 形狀尺寸要求 9 2.4.3 上橫梁與油缸的聯(lián)接方式 9 2.5 滑塊結(jié)構(gòu) 9 2.5.1 結(jié)構(gòu)形式 10 2.5.2 形狀尺寸要求 10 2.6下橫梁結(jié)構(gòu) 11 2.6.1 結(jié)構(gòu)形式 11 2.6.2 形狀尺寸要求 11 2.7立柱結(jié)構(gòu) 11 2.7.1 結(jié)構(gòu)形式 12 2.7.2 形狀尺寸要求 12 2.8 底座結(jié)構(gòu) 12 第3章 液壓機(jī)液壓系統(tǒng)的計(jì)算 14 3.1 設(shè)計(jì)主要技術(shù)參數(shù) 14 3.2 液壓缸的設(shè)計(jì) 14 3.2.1繪制液壓缸速度循環(huán)圖、負(fù)載圖 15 3.2.2 液壓缸的效率 15 3.2.3 液壓缸缸徑的計(jì)算 15 3.2.4 活塞寬度的確定 16 3.2.5 缸體長(zhǎng)度的確定 16 3.2.6 缸筒壁厚的計(jì)算 16 3.2.7 活塞桿強(qiáng)度和液壓缸穩(wěn)定性計(jì)算 17 3.2.8 缸筒壁厚的驗(yàn)算 19 3.2.9 缸筒的加工要求 21 3.2.10 法蘭設(shè)計(jì) 21 3.2.11 (缸筒端部）法蘭連接螺栓的強(qiáng)度計(jì)算 22 3.2.12 密封件的選用 24 第4章 液壓機(jī)液壓系統(tǒng)液壓元件的選擇 26 4.1油泵的選擇 26 4.1.1 油泵工作壓力的確定 26 4.1.2 油泵流量的確定 26 4.1.3 油泵電機(jī)功率的確定 27 4.2 液壓元件的選擇 27 4.3 油管的選擇 29 第5章 驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能 31 5.1 壓力損失的驗(yàn)算及泵壓力的調(diào)整 31 5.2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱和溫升驗(yàn)算 33 第6章 液壓站的設(shè)計(jì) 35 6.1液壓站簡(jiǎn)介 35 6.2 油箱設(shè)計(jì) 35 6.2.1 油箱有效容積的確定 35 6.2.2 油箱容積的驗(yàn)算 36 6.2.3 油箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 37 6.3 液壓站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 39 6.3.1 液壓泵的安裝方式 39 6.3.2 液壓泵與電動(dòng)機(jī)的連接 40 6.4 輔助元件 41 6.4.1 濾油器 41 6.4.2 空氣濾清器 42 6.4.3 液位計(jì) 42 6.4.4 液壓油 44 結(jié)論 45 致 謝 46 參考文獻(xiàn) 47 第1章 緒論 1.1 液壓機(jī)的概述 液壓機(jī)（又名：油壓機(jī)）液壓機(jī)是一種利用液體靜壓力來(lái)加工金屬、塑料、橡膠、木材、粉末等制品的機(jī)械。它常用于壓制工藝和壓制成形工藝，如：鍛壓、沖壓、冷擠、校直、彎曲、翻邊、薄板拉深、粉末冶金、壓裝等等。 它的原理是利用帕斯卡定律制成的利用液體壓強(qiáng)傳動(dòng)的機(jī)械，種類(lèi)很多。當(dāng)然，用途也根據(jù)需要是多種多樣的。如按傳遞壓強(qiáng)的液體種類(lèi)來(lái)分，有油壓機(jī)和水壓機(jī)兩大類(lèi)。 水壓機(jī)產(chǎn)生的總壓力較大，常用于鍛造和沖壓。鍛造水壓機(jī)又分為模鍛水壓機(jī)和自由鍛水壓機(jī)兩種。模鍛水壓機(jī)要用模具，而自由鍛水壓機(jī)不用模具。我國(guó)制造的第一臺(tái)萬(wàn)噸水壓機(jī)就是自由鍛造水壓機(jī)。 液壓機(jī)設(shè)備維修與保養(yǎng) 1．每次開(kāi)機(jī)應(yīng)空負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)5分鐘，（冬季可加長(zhǎng)時(shí)間，不低于30分鐘），方可正常工作。 2．新設(shè)備在使用一星期以后需將全部油路濾清一次，并清洗油箱，然后依據(jù)機(jī)器工作的負(fù)荷情況，6個(gè)月更換一次油液，清洗一次油箱。 3．使用過(guò)程中嚴(yán)禁由于系統(tǒng)發(fā)熱而將油箱蓋或注油孔打開(kāi)。壓力表開(kāi)關(guān)壓力調(diào)整完畢后，應(yīng)關(guān)閉（禁止長(zhǎng)期開(kāi)啟壓力表開(kāi)關(guān)，損壞壓力表）。 1.2液壓概況 當(dāng)前，液壓技術(shù)在實(shí)現(xiàn)高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、經(jīng)久耐用、高度集成化等各項(xiàng)要求方面都取得了重大的進(jìn)展，在完善比例控制、數(shù)字控制等技術(shù)上也有許多新成就。此外，在液壓元件和液壓系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)仿真和優(yōu)化以及微機(jī)控制等開(kāi)發(fā)性工作方面，更日益顯示出顯著的成績(jī)。從17世紀(jì)中葉巴斯卡提出靜壓傳遞原理、18世紀(jì)末英國(guó)制成世界上第一臺(tái)水壓機(jī)算起，也已有二三百年歷史了。近代液壓傳動(dòng)在工業(yè)上的真正推廣使用只是本世紀(jì)中葉以后的事，至于它和微電子技術(shù)密切結(jié)合，得以在盡可能小的空間內(nèi)傳遞出盡可能大的功率并加以精確控制，更是近10年內(nèi)出現(xiàn)的新事物。 我國(guó)的液壓工業(yè)開(kāi)始于本世紀(jì)50年代，其產(chǎn)品最初只用于機(jī)床和鍛壓設(shè)備，后來(lái)才用到拖拉機(jī)和工程機(jī)械上。自1964年從國(guó)外引進(jìn)一些液壓元件生產(chǎn)技術(shù)、同時(shí)進(jìn)行自行設(shè)計(jì)液壓產(chǎn)品以來(lái)，我國(guó)的液壓件生產(chǎn)已從低壓到高壓形成系列，并在各種機(jī)械設(shè)備上得到了廣泛的使用。80年代起更加速了對(duì)西方先進(jìn)液壓產(chǎn)品和技術(shù)的有計(jì)劃引進(jìn)、消化、吸收和國(guó)產(chǎn)化工作，以確保我國(guó)的液壓技術(shù)能在產(chǎn)品質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)效益、人才培訓(xùn)、研究開(kāi)發(fā)等各個(gè)方面全方位地趕上世界水平。 1.3液壓工作原理 驅(qū)動(dòng)的液壓系統(tǒng)，它由油箱、濾油器、液壓泵、溢流閥、開(kāi)停閥、節(jié)流閥、換向閥、液壓缸以及連接這些元件的油管組成。它的工作原理：液壓泵由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)后，從油箱中吸油。油液經(jīng)濾油器進(jìn)入液壓泵，當(dāng)它從泵中輸出進(jìn)入壓力管后，將換向閥手柄、開(kāi)停手柄方向往內(nèi)的狀態(tài)下，通過(guò)開(kāi)停閥、節(jié)流閥、換向閥進(jìn)入液壓缸左腔，推動(dòng)活塞和工作臺(tái)向右移動(dòng)。這時(shí)，液壓缸右腔的油經(jīng)換向閥和回油管排回油箱。為了克服移動(dòng)工作臺(tái)時(shí)所受到的各種阻力，液壓缸必須產(chǎn)生一個(gè)足夠大的推力，這個(gè)推力是由液壓缸中的油液壓力產(chǎn)生的。要克服的阻力越大，缸中的油液壓力越高；反之壓力就越低。輸入液壓缸的油液是通過(guò)節(jié)流閥調(diào)節(jié)的，液壓泵輸出的多余的油液須經(jīng)溢流閥和回油管排回油箱，這只有在壓力支管中的油液壓力對(duì)溢流閥鋼球的作用力等于或略大于溢流閥中彈簧的預(yù)緊力時(shí)，油液才能頂開(kāi)溢流閥中的鋼球流回油箱。所以，在系統(tǒng)中液壓泵出口處的油液壓力是由溢流閥決定的，它和缸中的油液壓力不一樣大。 液壓傳動(dòng)有以下一些優(yōu)點(diǎn)： 在同等的體積下，液壓裝置能比電氣裝置產(chǎn)生出更多的動(dòng)力，因?yàn)橐簤合到y(tǒng)中的壓力可以比電樞磁場(chǎng)中的磁力大出30~40倍。在同等的功率下，液壓裝置的體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊。液壓馬達(dá)的體積和重量只有同等功率電動(dòng)機(jī)的12%左右。 液壓裝置工作比較平穩(wěn)。由于重量輕、慣性小、反應(yīng)快，液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和頻繁的換向。液壓裝置的換向頻率，在實(shí)現(xiàn)往復(fù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)可達(dá)500次/min，實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)可達(dá)1000次/min。 液壓裝置能在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速（調(diào)速范圍可達(dá)2000），它還可以在運(yùn)行的過(guò)程中進(jìn)行調(diào)速。 液壓傳動(dòng)易于自動(dòng)化，這是因?yàn)樗鼘?duì)液體壓力、流量或流動(dòng)方向易于進(jìn)行調(diào)節(jié)或控制的緣故。當(dāng)將液壓控制和電氣控制、電子控制或氣動(dòng)控制結(jié)合起來(lái)使用時(shí)，整個(gè)傳動(dòng)裝置能實(shí)現(xiàn)很復(fù)雜的順序動(dòng)作，接受遠(yuǎn)程控制。液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。液壓缸和液壓馬達(dá)都能長(zhǎng)期在失速狀態(tài)下工作而不會(huì)過(guò)熱，這是電氣傳動(dòng)裝置和機(jī)械傳動(dòng)裝置無(wú)法辦到的。液壓件能自行潤(rùn)滑，使用壽命較長(zhǎng)。由于液壓元件已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造和使用都比較方便。液壓元件的排列布置也具有較大的機(jī)動(dòng)性。用液壓傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)遠(yuǎn)比用機(jī)械傳動(dòng)簡(jiǎn)單。 液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)是： 液壓傳動(dòng)不能保證嚴(yán)格的傳動(dòng)化，這是由液壓油液的可壓縮性和泄漏等原因造成的。液壓傳動(dòng)在工作過(guò)程中常有較多的能量損失（摩擦損失、泄漏損失等），長(zhǎng)距離傳動(dòng)時(shí)更是如此。液壓傳動(dòng)對(duì)油溫變化比較敏感，它的工作穩(wěn)定性很易受到溫度的影響，因此它不宜在很高或很低的溫度條件下工作。為了減少泄漏，液壓元件在制造精度上的要求較高，因此它的造價(jià)較貴，而且對(duì)油液的污染比較敏感。液壓傳動(dòng)要求有單獨(dú)的能源。液壓傳動(dòng)出現(xiàn)故障時(shí)不易找出原因。 1.4 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟與設(shè)計(jì)要求 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)是液壓機(jī)械的一個(gè)組成部分，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要同主機(jī)的總體設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行。著手設(shè)計(jì)時(shí)，必須從實(shí)際情況出發(fā)，有機(jī)地結(jié)合各種傳動(dòng)形式，充分發(fā)揮液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，力求設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡(jiǎn)單、維修方便的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。 1.5本論文研究的主要內(nèi)容 本人系統(tǒng)學(xué)習(xí)了液壓系統(tǒng)技術(shù)的知識(shí)，查閱了一些相關(guān)的文獻(xiàn)資料，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合本人的設(shè)想和設(shè)計(jì)工作中需要解決的任務(wù)，主要進(jìn)行了以下幾項(xiàng)工作： （1）擬定液壓機(jī)液壓原理圖。 （2）完成液壓機(jī)油缸的設(shè)計(jì)。 （3）完成液壓機(jī)液壓站的設(shè)計(jì)。 （4）對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行校核設(shè)計(jì) 第2章 液壓機(jī)整體方案的擬定 2.1 設(shè)計(jì)思路 典型的四柱液壓機(jī)主要由機(jī)身(包括上、下橫梁及立柱)、活動(dòng)橫梁、頂出機(jī)構(gòu)、工作油缸、液壓傳動(dòng)及電氣控制系統(tǒng)等組成。工作油缸安裝在上橫梁上，活塞與活動(dòng)橫梁相連，并以立柱為導(dǎo)向上下移動(dòng)。便于操作和裝料，液壓機(jī)一般采用立式開(kāi)閉模的形式?？梢杂孟铝蟹绞竭M(jìn)行分類(lèi)。 一、按動(dòng)作方式分類(lèi) 1.上壓式液壓機(jī)，其工作油缸裝于機(jī)身上部，油缸活塞從上向下移動(dòng)，模具在工作臺(tái)與活動(dòng)橫梁之間受壓。由于油缸裝于機(jī)器上方，工作臺(tái)(下橫梁)是固定的，裝料可在工作臺(tái)上進(jìn)行，操作方便，而且容易實(shí)現(xiàn)快速下行，所以應(yīng)用非常廣泛，國(guó)產(chǎn)塑料液壓機(jī)基本是這種類(lèi)型。 2.下壓式液壓機(jī)如（下圖）所示，工作油缸裝在機(jī)身下部，上橫梁固定在立柱上。油缸柱塞推動(dòng)活動(dòng)橫梁上升，給模具施壓。這種液壓機(jī)重心位置低，穩(wěn)定性好，油缸裝在機(jī)身下部，可避免漏油污染制品。層壓塑料一般采用下壓式液壓機(jī)。 3.特種液壓機(jī)角式液壓機(jī)、層壓式液壓機(jī)、鑄壓機(jī)等屬于這種類(lèi)型。二、按機(jī)身結(jié)構(gòu)分類(lèi) 1.四柱液壓機(jī)由四根立柱、上下橫梁、機(jī)座等組成穩(wěn)定的機(jī)身。這種液壓機(jī)工作空間大，便于四周觀察和接近模具，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝適應(yīng)性較強(qiáng)。但其承受偏心載荷的能力較差，在偏心載荷下活動(dòng)橫梁與工作臺(tái)間易產(chǎn)生傾斜和位移。 2.框式液壓機(jī)其機(jī)身是焊接或鑄造而成的框架結(jié)構(gòu)，剛度高。 三、按操縱方式分類(lèi) 1.手動(dòng)液壓機(jī)通過(guò)手工操縱分壓器來(lái)完成壓制過(guò)程的每一個(gè)工序。模具一般不固定在液壓機(jī)上，裝卸模均在機(jī)外進(jìn)行。 2.半自動(dòng)液壓機(jī)模具固定在液壓機(jī)上，壓制程序所需的時(shí)間由定時(shí)機(jī)構(gòu)來(lái)控制，僅手工給模具加料。 3.自動(dòng)液壓機(jī)從物料稱(chēng)量、加料到取出制品和清理模具等均自動(dòng)進(jìn)行，因而勞動(dòng)強(qiáng)度小，生產(chǎn)效率高，但制造復(fù)雜，一般僅用于大量定型制品的生產(chǎn)。 2.2 擬定液壓原理圖 1——斜盤(pán)式變量柱塞泵，2——聯(lián)軸器，3——電機(jī),4——濾油器，5——油箱,6——直動(dòng)式溢流閥,7——電控比例溢流閥,8——單向閥， 9——電接觸壓力表，10——外控順序閥，11——單向閥，12——二位四通電磁換向閥，13.——液控單向閥，14——外控順序閥，16——順序閥，15——主液壓缸，18——節(jié)流器，19——頂出液壓缸 ，20——直動(dòng)式溢流閥 2.3動(dòng)作分析 工作過(guò)程 A: 啟動(dòng)：電磁鐵全斷電，主泵卸荷。主泵（恒功率輸出）→電液壓換向閥9的M型中位→電液換向閥20的K型中位→T B： 快進(jìn)：液壓缸15活塞快速下行：1YA，5YA通電，電磁鐵換向閥17接通液控單向閥18的控制油路，打開(kāi)液控單向閥18， 進(jìn)油路：主泵1 →電液換向閥9 →單向閥11→上液壓缸15 回油路：液壓缸15下腔 →液控單向閥18→電液換向閥9→電液換向閥20的K型中位→T 液壓缸15活塞依靠重力快速下行：大氣壓油→吸入閥13→液壓缸15上腔的負(fù)壓空腔 C： 工進(jìn)： 液壓缸15接觸工件慢速下行：（增壓下行）液壓缸活塞碰行程開(kāi)關(guān)2XK，5YA斷電，切斷經(jīng)液控單向閥18快速回油通路，上腔壓力升高，切斷（大氣壓油→吸入閥13 →上液壓缸無(wú)桿腔）吸油路。 回油路：液壓缸15下腔→順序閥16→電液換向閥9→電液換向閥20的K型中位→T D： 保壓：液壓缸15上腔壓力升高達(dá)到預(yù)調(diào)壓力，壓力繼電器10發(fā)出信息，1YA斷電，液壓缸15進(jìn)口油路切斷，單向閥11和吸入閥13的高密封性能確保液壓缸15活塞對(duì)工件保壓。主泵（恒功率輸出）主泵→ 電液壓換向閥9的M型中位→ 電液壓換向閥20的K型位→T實(shí)現(xiàn)主泵卸荷。 E： 保壓結(jié)束，泄壓，液壓缸15回程：時(shí)間繼電器發(fā)出信息，2TA通電（1YA斷電），液壓缸15上腔壓力很高，外控順序閥14，使主泵1→電液壓換向閥9→吸入閥的控制油路由于大部分油液經(jīng)外控順序閥14流回油箱，壓力不足以立即打開(kāi)吸入閥13通油箱的通道，只能打開(kāi)吸入閥的卸荷閥13（或叫卸荷閥13的卸荷口），實(shí)現(xiàn)液壓缸15上腔（只有極少部分油液經(jīng)卸荷閥口回油箱）先卸荷，后通油箱的順序動(dòng)作，此時(shí)：主泵1大部分油液→電液壓換向閥9→外控順序閥→T F： 液壓缸15活塞快速上行： 液壓缸15上腔卸壓達(dá)到吸入閥13開(kāi)啟的壓力值時(shí)，外控順序閥14關(guān)閉，切斷主泵1大部分油液→電液換向閥9→外控順序閥14→T的卸荷油路實(shí)現(xiàn)： 進(jìn)油路：主泵1→電液換向閥9→液控單向閥20→液壓缸15下腔回油路：液壓缸15上腔→吸入閥13→T G: 頂出工件:液壓缸15活塞快速上行到位,PLC發(fā)出信號(hào), 2YA斷電,電液壓換向閥9關(guān)閉,3YA通電電液壓換向閥20右位工作 進(jìn)油路:主泵1→電液壓換向閥9的M型中位→電液換向閥20→液壓缸19無(wú)桿腔 回油路：液壓缸19有桿腔→電壓換向閥20→T H: 頂出活塞退回：3YA斷電，4YA通電，電壓換向閥20左位工作 進(jìn)油路：主泵1→電液換向閥9的M型中位→電液換向閥20→液壓缸19上腔 回油路：液壓缸19下腔→電液換向閥20→T K： 壓邊浮動(dòng)拉伸： 薄板拉伸時(shí)，要求頂出液壓缸19下腔要保持一定的壓力，以便液壓缸19活塞能隨液壓缸15活塞驅(qū)動(dòng)的動(dòng)模一起下行對(duì)薄板進(jìn)行拉伸，3YA通電，電液換向閥20右邊工作，6YA通電，電磁換向閥23工作，溢流閥24調(diào)節(jié)液壓缸19下腔油墊工作壓力。 圖2-1 主機(jī)結(jié)構(gòu)圖 機(jī)架采用三梁四柱式結(jié)構(gòu)，其主要特點(diǎn)是加工工藝性較其他類(lèi)型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。圖2-1為立式單缸三梁四柱式結(jié)構(gòu)，他的機(jī)身是由上橫梁、滑塊、下橫梁、四根立柱和加熱板組成，機(jī)身由底座支撐。工作缸安裝在上橫梁內(nèi)，活動(dòng)橫梁與工作缸的活塞聯(lián)接成一整體，以立柱為導(dǎo)向上下運(yùn)動(dòng)，并傳遞工作缸內(nèi)產(chǎn)生之力量，對(duì)磨具進(jìn)行沖壓加工。由于機(jī)身聯(lián)接成一整體框架，故機(jī)身承受整個(gè)工作力量?；顒?dòng)橫梁與工作缸的活塞聯(lián)接成一整體，以立柱為導(dǎo)向上下運(yùn)動(dòng)，并傳遞工作缸內(nèi)產(chǎn)生之力量，對(duì)磨具進(jìn)行沖壓加工。由于機(jī)身聯(lián)接成一整體框架，故機(jī)身承受整個(gè)工作力量。 2.4 上橫梁結(jié)構(gòu) 2.4.1 結(jié)構(gòu)形式 上橫梁位于立柱上部，用于安裝工作缸，承受工作缸的反作用力。亦可安裝回程缸及其他輔助裝置。上橫梁不設(shè)計(jì)成上下封閉的廂式結(jié)構(gòu)，直接采用45鋼鋼板結(jié)構(gòu)，便于加工和生產(chǎn)。 2.4.2 形狀尺寸要求 上橫梁通過(guò)立柱聯(lián)接成機(jī)身上半部，并安裝工作油缸。為使其組成的空間合乎要求，以及活塞運(yùn)行平穩(wěn)，因此要求上橫梁安裝油缸孔的軸線(xiàn)與安裝油缸的臺(tái)肩平面應(yīng)垂直，上橫梁與調(diào)節(jié)螺母接觸面與主油缸臺(tái)肩接觸應(yīng)平行，以及立柱穿過(guò)孔的上下平面應(yīng)平行等等。結(jié)合生產(chǎn)情況，具體要求為： 1. 安裝主油缸孔的軸線(xiàn)與油缸臺(tái)肩貼合平面不垂直度允差≤0.06/1000毫米。 2. 調(diào)節(jié)螺母接觸平面與油缸臺(tái)肩貼合平面的不平行度允差≤0.05/1000毫米。 3. 鎖緊螺母接觸面與調(diào)節(jié)螺母接觸面（立柱穿過(guò)孔的上平面與下平面）間不平度允差≤0.16/1000毫米。 4. 油缸鎖緊螺母平面與油缸臺(tái)肩貼合平面間不平行度允差≤0.12/1000毫米。 5. 與油缸外圓配合公差為H7/f8. 6. 立柱孔尺寸一般比立柱插入端直徑大2-3毫米。 2.4.3 上橫梁與油缸的聯(lián)接方式 依靠法蘭盤(pán)固定油缸，如圖2-2所示.此方法采用聯(lián)接零件來(lái)固定油缸的位置。當(dāng)油缸加壓時(shí)，油缸臺(tái)肩傳遞反作用力于橫梁，法蘭盤(pán)不受反作用力的作用，只有當(dāng)油缸回程工作時(shí)，回程力作用于法蘭盤(pán)上。故法蘭盤(pán)的強(qiáng)度只需滿(mǎn)足回程力要求即可。油缸為柱塞式時(shí)，法蘭盤(pán)僅承受部件的重量。 2.5 滑塊結(jié)構(gòu) 活動(dòng)橫梁的主要作用為：與主油缸活塞桿聯(lián)接傳遞沖壓機(jī)的壓力；通過(guò)導(dǎo)向套沿立柱導(dǎo)向面上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)；安裝與固定模具及工具等。因此需要有較好的強(qiáng)度、剛度及導(dǎo)向結(jié)構(gòu)。 圖2-2 用法蘭盤(pán)固定的結(jié)構(gòu) 2.5.1 結(jié)構(gòu)形式 圖2-3 滑塊結(jié)構(gòu)圖 活動(dòng)橫梁選用材料與上橫梁、下橫梁相同，常采用同樣的材料來(lái)制造，以使毛坯的制造工藝相類(lèi)似、便于制造。 活動(dòng)橫梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除考慮導(dǎo)向精度要求外，還應(yīng)根據(jù)壓制工藝中的承載要求來(lái)決定。 根據(jù)壓制工藝性質(zhì)，導(dǎo)向部分應(yīng)有一定的高度，以保證足夠的精度。一般情況下，導(dǎo)向部分高度不應(yīng)小于活塞行程的二分之一。 2.5.2 形狀尺寸要求 活動(dòng)橫梁是沖壓機(jī)主要運(yùn)動(dòng)部件，為保證沖壓機(jī)符合精度要求，因此，要求四立柱導(dǎo)向套 孔軸線(xiàn)應(yīng)相互平行，它應(yīng)與聯(lián)接活塞桿孔的中心線(xiàn)平行；上述這些孔軸線(xiàn)都應(yīng)與活動(dòng)橫梁下平面相垂直；與活塞桿接觸平面對(duì)下平面亦可要求平行等。結(jié)合生產(chǎn)情況具體要求為： 1. 聯(lián)接活塞桿孔軸線(xiàn)與四立柱孔軸應(yīng)互相平行，其不平度允差≤0.10/1000毫米。 2. 活動(dòng)橫梁下平面不平直度，按JB1293-73標(biāo)準(zhǔn)允差為≤0.05/1000毫米。 3. 聯(lián)接活塞桿孔軸線(xiàn)與四立柱孔軸線(xiàn)對(duì)下平面不垂直度允差≤0.06-0.10/1000毫米。 4. 下平面對(duì)上平面（與活塞桿貼合平面）不平行度允差≤0.05/1000毫米。 5. 四立柱孔中心距公差，前后、左右均為≤±0.02毫米。 6. 四立柱孔與導(dǎo)套外圓配合精度為H7/g8，中心孔與活塞桿外圓配合精度為H7/f8。 2.6下橫梁結(jié)構(gòu) 2.6.1 結(jié)構(gòu)形式 下橫梁是主機(jī)的安裝基礎(chǔ)。臺(tái)面上固定加熱板，工作中承受機(jī)器本體的重量及全部載荷。下橫梁所選用的材料以及其結(jié)構(gòu)形式與上橫梁相同。圖2-4為下橫梁結(jié)構(gòu)圖，材料選用45鋼。 2.6.2 形狀尺寸要求 下橫梁是整機(jī)的基礎(chǔ)性零件，是安裝加熱板的基準(zhǔn)。因此，對(duì)工作臺(tái)面的不平度、各部件安裝定位基面均應(yīng)有必要地技術(shù)要求。根據(jù)生產(chǎn)情況，具體要求為: 1. 工作臺(tái)臺(tái)面不平直度，按JB1293-73標(biāo)準(zhǔn)允差≤0.05/1000毫米。 2. 立柱鎖緊螺母之貼合平面與工作臺(tái)臺(tái)面間不平行度允差小于0.16/1000毫米。 3. 立柱孔尺寸一般比立柱插入端直徑大2-3毫米左右。 2.7立柱結(jié)構(gòu) 立柱是四柱式?jīng)_壓機(jī)重要的支撐件和受力件，同時(shí)又是活動(dòng)橫梁的導(dǎo)向基準(zhǔn)。因此，立柱應(yīng)有足夠的強(qiáng)度與剛度，導(dǎo)向表面應(yīng)有足夠的精度、光潔度和必要地硬度。 圖2-4 下橫梁結(jié)構(gòu)圖 2.7.1 結(jié)構(gòu)形式 立柱與上橫梁、工作臺(tái)的聯(lián)接方式是表明立柱結(jié)構(gòu)的主要特征。在選擇立柱結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)考慮到它與上橫梁、工作臺(tái)間應(yīng)可靠預(yù)緊、安裝方便和便于調(diào)整機(jī)器的精度。圖2-5為立柱結(jié)構(gòu)，兩梁都用調(diào)節(jié)螺母支承，用鎖緊螺母上下加以鎖緊。 四螺母結(jié)構(gòu)組成零件多。由于調(diào)節(jié)螺母起立柱臺(tái)肩的支撐作用，且可調(diào)整兩梁的支撐距離，對(duì)立柱有關(guān)軸向尺寸要求不嚴(yán)格，緊固較容易。但對(duì)立柱螺紋精度（與立柱軸線(xiàn)的平行度）以及調(diào)整螺母精度（調(diào)節(jié)螺母的螺紋對(duì)于上下橫梁貼合面垂直度）要求較高。機(jī)器精度調(diào)整較麻煩。 2.7.2 形狀尺寸要求 立柱為沖壓機(jī)的重要零件，是活動(dòng)橫梁的導(dǎo)向基準(zhǔn)。結(jié)合生產(chǎn)情況，具體要求為： 1. 立柱導(dǎo)向面軸線(xiàn)不平直度允差≤0.05/1000毫米。 2. 材料選用45鍛鋼件。毛坯應(yīng)正火處理，消除鍛造過(guò)程的內(nèi)應(yīng)力。 3. 立柱導(dǎo)向表面應(yīng)進(jìn)行熱處理，表面硬度不低于HB235，也可進(jìn)行表面鍍硬鉻處理，鍍層厚度為0.02-0.04毫米。 圖2-5 立柱結(jié)構(gòu)圖 2.8 底座結(jié)構(gòu) 底座安裝于工作臺(tái)下部，與基礎(chǔ)相聯(lián)。底座僅承受機(jī)器的總重量。底座高度由正常壓制制件時(shí)人的操作高度來(lái)定。底座材料。主要考慮到外形的美觀，對(duì)精度無(wú)要求。如圖2-6所示。 圖2-6 底座結(jié)構(gòu)圖 第3章 液壓機(jī)液壓系統(tǒng)的計(jì)算 3.1 設(shè)計(jì)主要技術(shù)參數(shù) 實(shí)現(xiàn)快速空程下行-慢速加壓-保壓-快速回程-停止的工作循環(huán)， 主要技術(shù)參數(shù)： 公稱(chēng)噸位: 20MN；液體壓力: 25MPa；最大回程力:2.4MN；最大行程：1400mm；最大凈空距：2500mm；工作臺(tái)尺寸：3500mm×4000mm；最大空程速度：200mm/s；回程速度：200mm/s。 3.2 液壓缸的設(shè)計(jì) 3.2.1工作負(fù)載 工作負(fù)載Fe 液壓缸的常見(jiàn)工作負(fù)載有重力、切削力、擠壓力等。阻力負(fù)載為正，超越負(fù)載為負(fù)。 公稱(chēng)噸位: 20MN，壓制力F=FL假設(shè)自重G=2500N 3.2.2 摩擦負(fù)載 假設(shè)靜摩擦系數(shù)fs=0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)fd=0.1 3.2.3 慣性負(fù)載 慣性負(fù)載Fi 慣性負(fù)載時(shí)運(yùn)動(dòng)部件在啟動(dòng)和制動(dòng)過(guò)程中的慣性力，其平均值可按下式計(jì)算 Fi =G/g*?v/?t (N) 式中 g=重力加速度， m/s2，g=9.8m/s2 ?v=速度變化量， m/s2 ?t=啟動(dòng)或制動(dòng)時(shí)間，s 一般機(jī)械?t =0.1~0.5s， 3.2.4 自重 G=mg=2500N 3.2.5 液壓缸在各工作階段的負(fù)載值 查液壓缸的機(jī)械效率，可計(jì)算出液壓缸在各工作階段的負(fù)載情況，如下表表1所示： 表1 　液壓缸各階段的負(fù)載情況 工　況 負(fù)載計(jì)算公式 液壓缸負(fù)載 啟　　動(dòng) 500 加　　速 1552 快　　進(jìn) 250 工　　進(jìn) 快　　退 250 3.2.1繪制液壓缸速度循環(huán)圖、負(fù)載圖 1、選取參數(shù) 取動(dòng)摩擦系數(shù)fd=0.1 ，靜摩擦系數(shù)fj=0.2 ，η缸=0.95， 令起動(dòng)時(shí)間不超過(guò)0.2秒， 3.2.2 液壓缸的效率 液壓缸的機(jī)械效率 3.2.3 液壓缸缸徑的計(jì)算 根據(jù)上表，可以看出最大負(fù)載發(fā)生在工進(jìn)狀態(tài)， 內(nèi)徑D可按下列公式初步計(jì)算： 液壓缸的負(fù)載為推力 =1035mm 式（3-1） 式中 —最大受力為； —液壓缸的總效率，一般取=0.7～0.95；計(jì)算=0.95； —液壓缸的供油壓力，一般為系統(tǒng)壓力（MPa） 本次設(shè)計(jì)中液壓缸已知系統(tǒng)壓力=25MPa； 圓整得到內(nèi)徑：=1050mm 查《液壓傳動(dòng)與控制手冊(cè)》根據(jù)桿徑比d/D，一般的選取原則是：當(dāng)活塞桿受拉時(shí)，一般選取d/D=0.3-0.5，當(dāng)活塞桿受壓時(shí)，一般選取d/D=0.5-0.7。本設(shè)計(jì)我選擇d/D=0.7，即d=0.7D=0.7×1050=735mm。根據(jù)活塞桿直徑標(biāo)準(zhǔn)取d=750mm. 3.2.4 活塞寬度的確定 由于活塞在液壓力的作用下沿缸筒往復(fù)滑動(dòng)，因此，它與缸筒的配合應(yīng)適當(dāng)，既不能過(guò)緊，也不能間隙過(guò)大。配合過(guò)緊，不僅使最低啟動(dòng)壓力增大，降低機(jī)械效率，而且容易損壞缸筒和活塞的配合表面；間隙過(guò)大，會(huì)引起液壓缸內(nèi)部泄露，降低容積效率，使液壓缸達(dá)不到要求的設(shè)計(jì)性能。 活塞的寬度一般取=（0.6-1.0） 即=（0.6-1.0）×1050=（630-1050）mm 取=800mm 3.2.5 缸體長(zhǎng)度的確定 液壓缸缸體內(nèi)部的長(zhǎng)度應(yīng)等于活塞的行程與活塞寬度的和。缸體外部尺寸還要考慮到兩端端蓋的厚度，一般液壓缸缸體的長(zhǎng)度不應(yīng)大于缸體內(nèi)徑的20-30倍。 根據(jù)任務(wù)書(shū)取得最大行程：1400mm 3.2.6 缸筒壁厚的計(jì)算 在中、低壓系統(tǒng)中，液壓缸的壁厚基本上由結(jié)構(gòu)和工藝上的要求確定，壁厚通常都能滿(mǎn)足強(qiáng)度要求，一般不需要計(jì)算。但是，當(dāng)液壓缸的工作壓力較高和缸筒內(nèi)徑較大時(shí)，必須進(jìn)行強(qiáng)度校核。 當(dāng)時(shí)，稱(chēng)為薄壁缸筒，按材料力學(xué)薄壁圓筒公式計(jì)算，計(jì)算公式為 式（3-2） 式中，—缸筒內(nèi)最高壓力； —缸筒材料的許用壓力。=, 為材料的抗拉強(qiáng)度，n為安全系數(shù)，當(dāng)時(shí)，一般取。液壓缸缸筒材料采用45鋼，則抗拉強(qiáng)度： σb=600MPa 安全系數(shù)n按《液壓傳動(dòng)與控制手冊(cè)》P243表2—10，取n=5。 則許用應(yīng)力[δ]==120MPa 當(dāng)時(shí),按式（3-3）計(jì)算 (該設(shè)計(jì)采用45鋼管) 式（3-3） 根據(jù)缸徑查手冊(cè)預(yù)取=50 此時(shí) =0.1 最高允許壓力一般是額定壓力的1.5倍，根據(jù)給定參數(shù)，所以： =251.5=37.5MP =115 滿(mǎn)足要求，就取壁厚為120mm。 3.2.7 活塞桿強(qiáng)度和液壓缸穩(wěn)定性計(jì)算 A.活塞桿強(qiáng)度計(jì)算 活塞桿的直徑按下式進(jìn)行校核 式中，為活塞桿上的作用力； · 為活塞桿材料的許用應(yīng)力，=,n一般取1.40。 （3-4） 式中 ————許用應(yīng)力；（Q235鋼的抗拉強(qiáng)度為375-500MPa，取400MPa，為位安全系數(shù)取5，即活塞桿的強(qiáng)度適中） B.液壓缸穩(wěn)定性計(jì)算 活塞桿受軸向壓縮負(fù)載時(shí)，它所承受的力不能超過(guò)使它保持穩(wěn)定工作所允許的臨界負(fù)載，以免發(fā)生縱向彎曲，破壞液壓缸的正常工作。的值與活塞桿材料性質(zhì)、截面形狀、直徑和長(zhǎng)度以及液壓缸的安裝方式等因素有關(guān)。若活塞桿的長(zhǎng)徑比且桿件承受壓負(fù)載時(shí)，則必須進(jìn)行液壓缸穩(wěn)定性校核?；钊麠U穩(wěn)定性的校核依下式進(jìn)行 式中，為安全系數(shù)，一般取=2~4。 a.當(dāng)活塞桿的細(xì)長(zhǎng)比時(shí) b.當(dāng)活塞桿的細(xì)長(zhǎng)比時(shí) 式中，為安裝長(zhǎng)度，其值與安裝方式有關(guān)，見(jiàn)表1；為活塞桿橫截面最小回轉(zhuǎn)半徑，；為柔性系數(shù)，其值見(jiàn)表3-2； 為由液壓缸支撐方式?jīng)Q定的末端系數(shù)，其值見(jiàn)表1；為活塞桿材料的彈性模量，對(duì)鋼?。粸榛钊麠U橫截面慣性矩；為活塞桿橫截面積；為由材料強(qiáng)度決定的實(shí)驗(yàn)值，為系數(shù)，具體數(shù)值見(jiàn)表3-3。 表3-2液壓缸支承方式和末端系數(shù)的值 支承方式 支承說(shuō)明 末端系數(shù) 一端自由一端固定 1/4 兩端鉸接 1 一端鉸接一端固定 2 兩端固定 4 表3-3 、、的值 材料 鑄鐵 5.6 1/1600 80 鍛鐵 2.5 1/9000 110 鋼 4.9 1/5000 85 c.當(dāng)時(shí),缸已經(jīng)足夠穩(wěn)定，不需要進(jìn)行校核。 此設(shè)計(jì)安裝方式中間固定的方式，此缸已經(jīng)足夠穩(wěn)定，不需要進(jìn)行穩(wěn)定性校核。 3.2.8 缸筒壁厚的驗(yàn)算 下面從以下三個(gè)方面進(jìn)行缸筒壁厚的驗(yàn)算： A液壓缸的額定壓力值應(yīng)低于一定的極限值，保證工作安全： 式（3-4） 根據(jù)式（3-4）得到： 顯然，額定油壓==25MP，滿(mǎn)足條件； B為了避免缸筒在工作時(shí)發(fā)生塑性變形，液壓缸的額定壓力值應(yīng)與塑性變形壓力有一定的比例范圍： 式（3-5） 式（3-6） 先根據(jù)式（3-6）得到： =41.21 再將得到結(jié)果帶入（3-5）得到： 顯然，滿(mǎn)足條件； C耐壓試驗(yàn)壓力，是液壓缸在檢查質(zhì)量時(shí)需承受的試驗(yàn)壓力。在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，液壓缸在此壓力 下，全部零件不得有破壞或永久變形等異?，F(xiàn)象。 各國(guó)規(guī)范多數(shù)規(guī)定: 當(dāng)額定壓力時(shí) （MPa） D為了確保液壓缸安全的使用，缸筒的爆裂壓力應(yīng)大于耐壓試驗(yàn)壓力： (MPa） 式（3-7） 因?yàn)椴楸硪阎?596MPa，根據(jù)式（3-7）得到： 至于耐壓試驗(yàn)壓力應(yīng)為： 因?yàn)楸褖毫h(yuǎn)大于耐壓試驗(yàn)壓力，所以完全滿(mǎn)足條件。 以上所用公式中各量的意義解釋如下： 式中: —缸筒內(nèi)徑（）； —缸筒外徑（）； —液壓缸的額定壓力（） —液壓缸發(fā)生完全塑形變形的壓力（）； —液壓缸耐壓試驗(yàn)壓力（）； —缸筒發(fā)生爆破時(shí)壓力（）； —缸筒材料抗拉強(qiáng)度（）； —缸筒材料的屈服強(qiáng)度（； —缸筒材料的彈性模量（）； —缸筒材料的泊桑系數(shù) 鋼材：=0.3 3.2.9 缸筒的加工要求 缸筒內(nèi)徑采用H7級(jí)配合，表面粗糙度為0.16，需要進(jìn)行研磨； 熱處理：調(diào)制，HB240； 缸筒內(nèi)徑的圓度、錐度、圓柱度不大于內(nèi)徑公差之半； 剛通直線(xiàn)度不大于0.03mm； 油口的孔口及排氣口必須有倒角，不能有飛邊、毛刺； 在缸內(nèi)表面鍍鉻，外表面刷防腐油漆。 3.2.10 法蘭設(shè)計(jì) 液壓缸的端蓋形式有很多，較為常見(jiàn)的是法蘭式端蓋。本次設(shè)計(jì)選擇法蘭式端蓋 （缸筒端部）法蘭厚度根據(jù)下式進(jìn)行計(jì)算： 式（3-8） 式中， -法蘭厚度（m）； —密封環(huán)內(nèi)經(jīng)（m）； 密封環(huán)外徑（m）； 系統(tǒng)工作壓力（pa）；=25MPa 附加密封力（Pa）；值取其材料屈服點(diǎn)353MPa； 螺釘孔分布圓直徑（m）； 密封環(huán)平均直徑（m）； 法蘭材料的許用應(yīng)力（Pa）；[]=/n=353/5=70.6MPa —法蘭受力總合力（m） 所以 3.2.11 (缸筒端部）法蘭連接螺栓的強(qiáng)度計(jì)算 連接圖如下： 圖3-1缸體端部法蘭用螺栓連接 1-前端蓋；2-缸筒 螺栓強(qiáng)度根據(jù)下式計(jì)算： 螺紋處的拉應(yīng)力: (MPa) 式（3-9） 螺紋處的剪應(yīng)力 (MPa) 式（3-10） 合成應(yīng)力 (MPa) 式（3-11） 式中, —液壓缸的最大負(fù)載，=A，單桿時(shí)，雙桿是 —螺紋預(yù)緊系數(shù)，不變載荷=1.25~1.5，變載荷=2.5~4； —液壓缸內(nèi)徑； —缸體螺紋外徑； —螺紋內(nèi)經(jīng)； —螺紋內(nèi)摩擦因數(shù)，一般取=0.12;變載荷取=2.5~4； —材料許用應(yīng)力，,為材料的屈服極限，n為安全系數(shù)，一般取n=1.2~1.5； Z—螺栓個(gè)數(shù)。 最大推力為： 使用4個(gè)螺栓緊固缸蓋，即：=4 螺紋外徑和底徑的選擇： =10mm =8mm 系數(shù)選擇：選取=1.3=0.12 根據(jù)式（3-9）得到螺紋處的拉應(yīng)力為： = 根據(jù)式（3-10）得到螺紋處的剪應(yīng)力為： 根據(jù)式（3-11）得到合成應(yīng)力為： ==367.6MPa 由以上運(yùn)算結(jié)果知，應(yīng)選擇螺栓等級(jí)為12.9級(jí)； 查表的得：抗拉強(qiáng)度極限=1220MP;屈服極限強(qiáng)度=1100MP； 不妨取安全系數(shù)n=2 可以得到許用應(yīng)力值：[]=/n=1100/2=550MP 證明選用螺栓等級(jí)合適。 3.2.12 密封件的選用 A.對(duì)密封件的要求 在液壓元件中，液壓缸的密封要求是比較高的，特別是一些特殊液壓缸，如擺動(dòng)液壓缸等。液壓缸不僅有靜密封，更多的部位是動(dòng)密封，而且工作壓力高，這就要求密封件的密封性能要好，耐磨損，對(duì)溫度的適應(yīng)范圍大，要求彈性好，永久變形小，有適當(dāng)?shù)臋C(jī)械強(qiáng)度，摩擦阻力小，容易制造和裝拆，能隨壓力的升高而提高密封能力和利于自動(dòng)補(bǔ)償磨損。密封件一般以斷面形狀分類(lèi)，有O形、Y形、U形、V形和Yx形等。除O形外，其他都屬于唇形密封件。 B. O形密封圈的選用 液壓缸的靜密封部位主要有活塞內(nèi)孔與活塞桿、支撐座外圓與缸筒內(nèi)孔、端蓋與缸體端面等處。靜密封部位使用的密封件基本上都是O形密封圈。 C.動(dòng)密封部位密封圈的選用 由于O型密封圈用于往復(fù)運(yùn)動(dòng)存在起動(dòng)阻力大的缺點(diǎn)，所以用于往復(fù)運(yùn)動(dòng)的密封件一般不用O形圈，而使用唇形密封圈或金屬密封圈。 液壓缸動(dòng)密封部位主要有活塞與缸筒內(nèi)孔的密封、活塞桿與支撐座（或?qū)蛱祝┑拿芊獾取? 活塞環(huán)是具有彈性的金屬密封圈，摩擦阻力小，耐高溫，使用壽命長(zhǎng)，但密封性能差，內(nèi)泄漏量大，而且工藝復(fù)雜，造價(jià)高。對(duì)內(nèi)泄漏量要求不嚴(yán)而要求耐高溫的液壓缸，使用這種密封圈較合適。 V形圈的密封效果一般，密封壓力通過(guò)壓圈可以調(diào)節(jié)，但摩擦阻力大，溫升嚴(yán)重。因其是成組使用，模具多，也不經(jīng)濟(jì)。對(duì)于運(yùn)動(dòng)速度不高、出力大的大直徑液壓缸，用這種密封圈較好。 U形圈雖是唇形密封圈，但安裝時(shí)需用支撐環(huán)壓住，否則就容易卷唇，而且只能在工作壓力低于10MPa時(shí)使用，對(duì)壓力高的液壓缸不適用。 比較而言，能保證密封效果，摩擦阻力小，安裝方便，制造簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的密封圈就屬Yx型密封圈了。它屬于不等高雙唇自封壓緊式密封圈 ，分軸用和孔用兩種。 綜上，所以本設(shè)計(jì)選用Yx型圈，聚氨酯和聚四氟乙烯密封材料組合使用，可以顯著提高密封性能： a.降低摩擦阻力，無(wú)爬行現(xiàn)象； b.具有良好的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)密封性，耐磨損，使用壽命長(zhǎng)； c.安裝溝槽簡(jiǎn)單，拆裝簡(jiǎn)便。 這種組合的特別之處就是允許活塞外園和缸筒內(nèi)壁有較大間隙，因?yàn)榻M合式密封的密封圈能防止擠入間隙內(nèi)，降低了活塞與缸筒的加工要求，密封方式圖如下： 圖3-2 密封方式圖 第4章 液壓機(jī)液壓系統(tǒng)液壓元件的選擇 4.1油泵的選擇 4.1.1 油泵工作壓力的確定 油泵工作壓力為： =P+∑△P 式（4-1） 可知工進(jìn)階段液壓缸壓力最大，由于在液壓機(jī)液壓系統(tǒng)中,壓力所經(jīng)過(guò)的閥的數(shù)量不多,故壓力損失∑△P不大,參照<<液壓傳動(dòng)>>表1-10選取∑△P=0.5MP。于是油缸工作壓力即為： =25+0.5=25.5MPA 所選油泵的額定工作壓力應(yīng)為： =1.25=1.25×25.5=31.875MPA 根據(jù)上面計(jì)算的壓力和流量，查產(chǎn)品樣本，選用申液SV2010-4P9P1020（29L+13.1/r)泵，額定轉(zhuǎn)速1500r/min。 4.1.2 油泵流量的確定 油泵流量為： ≥K（∑Q）=1.1×150=165L/min （4-2） 選用的油泵為YYB-BC165/48B雙聯(lián)葉片油泵 4.1.3 油泵電機(jī)功率的確定 系統(tǒng)為雙泵供油系統(tǒng)，兩個(gè)泵同時(shí)向系統(tǒng)供油；工進(jìn)時(shí)，小泵向系統(tǒng)供油，大泵卸載[1]。 雙聯(lián)油泵：大泵流量43升/分，小泵流量19升/分 下面分別計(jì)算所需要的電動(dòng)機(jī)功率P。 考慮到調(diào)速閥所需最小壓力差。壓力繼電器可靠動(dòng)作需要壓力差。因此工進(jìn)時(shí)小泵的出口壓力為： 。而大泵的卸載壓力取。（小泵的總效率=0.565，大泵的總效率=0.3）。 雙聯(lián)油泵：大泵流量43升/分，小泵流量19升/分 電動(dòng)機(jī)功率為： 綜合所需功率據(jù)此查樣本選用Y160ML-4-B5 15KW異步電動(dòng)機(jī),電動(dòng)機(jī)功率為15KW（躍進(jìn)廠）。 4.2 液壓元件的選擇 根據(jù)液壓閥在系統(tǒng)中的最高工作壓力與通過(guò)該閥的最大流量，可選出這些元件的型號(hào)及規(guī)格[1]。本例所有閥的額定壓力都為，額定流量根據(jù)各閥通過(guò)的流量，確定為10L/min，25L/min和63L/min三種規(guī)格，所有元件的規(guī)格型號(hào)列于表5-1中，過(guò)濾器按液壓泵額定流量的兩倍選取吸油用線(xiàn)隙式過(guò)濾器。 表4-1 液壓元件明細(xì)表 電動(dòng)機(jī)1 Y160ML-4-B5 15KW 臺(tái) 2 躍進(jìn)廠 液壓泵1 SV2010-4P9P1020（29L+13.1/r) 臺(tái) 2 申液 聯(lián)軸器1 臺(tái) 2 鐘形罩1 160ML-B5-SV2010-P4P9P020定制 2 鐘形罩2 Y100L-4-CBE 1 回油壓力表 YN-60 I 1.6MPa 徑向普通耐振 2 上海宜川 閥箱壓力表 YN-60 I 16MPa 徑向普通耐振 10 上海宜川 吸油過(guò)濾器 WU160-100J 1 溫州黎明 回油過(guò)濾器 RFA-160*20LY 濾芯 FAX-160*20# 1 溫州黎明 濾芯 FAX-160*20# 1 溫州黎明 壓力過(guò)濾器1 ZUI-H160*10DFP 濾芯 HDX-160*10# 1 壓力過(guò)濾器2 ZUI-H63*5DFP 濾芯 HDX-63*5# 1 溫州黎明 濾芯 HDX-160*10Q2 2 溫州黎明 空氣濾清器 EF5-65 EF4-50是94.5元 1 溫州黎明 液位計(jì) YWZ- 2 溫州黎明 清洗蓋 YG-400F 含法蘭 2 溫州黎明 液位傳感器 YKJD24-500-300 1 溫州黎明 壓力傳感器 A-10;0...250Bar,4…20 3 威卡 高壓球閥1 YJZQ-J15N(G1/2") 24 MHA 高壓球閥2 YJZQ-J20N(G1") 4 奉化朝日 板式冷卻器 BL50C-40D 1 江陰保德 分流馬達(dá) FD219+19-G-N 1 麥塔雷斯 蓄能器 NXQ-L2.5-10H 含安全開(kāi)關(guān) 1 朝日 蓄能器 NXQ-L16-20H 含回油開(kāi)關(guān) 1 朝日 換向閥1 4WE10E3X/AG24NZ5L 1 立新力士樂(lè) 換向閥2 4WE10J3X/AG24NZ5L 1 立新力士樂(lè) 換向閥3 4WE10EA3X/AG24NZ5L 4WE10EB3X/AG24NZ5L 1 立新力士樂(lè) 換向閥4 4WE6EB6X/AG24NZ5L 2 立新力士樂(lè) 換向閥5 4WE6E6X/AG24NZ5L 4 立新力士樂(lè) 換向閥6 4WE6C6X/EG24NZ5L 4 立新力士樂(lè) 換向閥7 4WE6Y6X/EG24NZ5L 1 立新力士樂(lè) 疊加式減壓閥 ZDR6DB2-30/15Y 2 立新力士樂(lè) 疊加式減壓閥 ZDR6DA2-30/15Y 1 立新力士樂(lè) 疊加式減壓閥 ZDR6DP2-30/15YM 3 立新力士樂(lè) 疊加式單向節(jié)流閥 Z2FS6-3X/ 2 溢流閥1 DBW10B-5X/20G24Z5L 1 立新力士樂(lè) 溢流閥2 DB10-5X/20 1 外泄式液控單向閥 SV10PB1-30/ 3 單向節(jié)流閥1 NDRV-12-P-B 更改過(guò) 12 西德福 單向節(jié)流閥2 DRVP-10-10 5 立新力士樂(lè) 單向節(jié)流閥3 Z1S6P1-30/ 3 單向閥2 RVP12-10/ 5 立新力士樂(lè) 比例壓力閥1 RZGO-A-033/210-31 2 ATOS 放大器 EMI-01F-AC/RR 2 ATOS 4.3 油管的選擇 根據(jù)選定的液壓閥的連接油口尺寸確定管道尺寸。液壓缸的進(jìn)、出油管按輸入、排出的最大流量來(lái)計(jì)算。 管接頭1變徑三通 2-∮25/1-∮16三通 20 余姚通用管件廠 管接頭2端直通 G1/2-∮16端直通 JB966-77 160 余姚通用管件廠 管接頭3端直通 G1-∮25端直通 JB966-77 12 余姚通用管件廠 管接頭5光桿端直通 G1/2-∮16端直通 JB988-77 4 余姚通用管件廠 管接頭6中間接頭 ∮16-∮16 JB977-77 10 余姚通用管件廠 管接頭8三通 ∮14卡套式三通 JB1948-77 8 余姚通用管件廠 管接頭9中間直角 ∮14中間直角 JB1946-77 2 余姚通用管件廠 管接頭10端直通 G3/8-∮14端直通 JB1942-77 10 余姚通用管件廠 管接頭11端直通 G1/8-∮6端直通 JB1942-77 20 余姚通用管件廠 管接頭12壓力表 壓力表接頭M14*1.5-∮6 JB1957-77 25 余姚通用管件廠 變徑過(guò)渡管接頭 M48*2－Z1"（內(nèi)螺紋） 　 2 余姚通用管件廠 變徑過(guò)渡管接頭 M48*2－G1"（內(nèi)螺紋） 　 8 余姚通用管件廠 管接頭13端直通 G1-∮28端直通 JB966-77 16 余姚通用管件廠 管接頭14端直通接頭體 Z1"-∮28端直通接頭體 JB1921-77 4 管接頭13端直通 G1-∮25端直通 JB966-77 12 余姚通用管件廠 管接頭17端直通 M22*1.5-∮16端直通 JB966-77 4 余姚通用管件廠 第5章 驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能 5.1 壓力損失的驗(yàn)算及泵壓力的調(diào)整 1.工進(jìn)時(shí)的壓力損失的驗(yàn)算及泵壓力的調(diào)整 工進(jìn)時(shí)管路中的流量?jī)H為0.24L/min，因此流速很小，所以沿程壓力損失和局部損失都非常小，可以忽略不計(jì)[1]。這時(shí)進(jìn)油路上僅考慮調(diào)速閥的壓力損失，回油路上只有背壓閥的壓力損失，小流量泵的調(diào)整壓力應(yīng)等于工進(jìn)時(shí)液壓缸的工作壓力加上進(jìn)油路壓差，并考慮壓力繼電器動(dòng)作需要，則： 即小流量泵的溢流閥應(yīng)按此壓力調(diào)整。 2．快退時(shí)的壓力損失驗(yàn)算及大流量泵卸載壓力的調(diào)整 因快退時(shí)，液壓缸無(wú)桿腔的回游量是進(jìn)油量的兩倍，其壓力損失比快進(jìn)時(shí)要大，因此必須計(jì)算快退時(shí)的進(jìn)油路與回油路的壓