液压镦锻机说明书本科毕业设计.doc

本科毕业设计（论文）2mn镦锻液压机本体设计黄谢燕 山 大 学2012年6月 本科毕业设计（论文）2mn镦锻液压机本体设计学院（系）： 里仁学院 专 业： 08级锻压2班 学生 姓名： 黄谢 学 号：081101021071 指导 教师： 郭宝峰 答辩 日期： 2012-6-17 燕山大学毕业设计（论文）任务书学院：里仁学院 系级教学单位：机械工程系 学号081101021071学生姓名黄谢专 业班 级08锻压2班题目题目名称2mn镦锻液压机本体设计题目性质1.理工类：工程设计 （ ）；工程技术实验研究型（ ）；理论研究型（ ）；计算机软件型（ ）；综合型（ ）2.管理类（ ）；3.外语类（ ）；4.艺术类（ ）题目类型1.毕业设计（ ） 2.论文（ ）题目来源科研课题（ ） 生产实际（ ）自选题目（ ） 主要内容完成镦锻液压机本体设计。熟悉和掌握液压机设计的方法和一般规律，学会使用相关的设计资料，初步形成独立设计的能力。基本要求1. 绘制a0规格设计图纸3张；2. 编写2万字设计说明书；3. 翻译5000字的相关英文资料参考资料液压机中小型液压机设计机械设计手册周 次第 1 4 周第5 8 周第9 12 周第131 6周第1718 周应完成的内容文献综述开题报告外文翻译方案设计总装图设计零部件图设计上机绘图整理说明书审图、答辩指导教师：郭宝峰职称：教授 2012年3月14日系级教学单位审批： 年 月 日摘要摘要本次设计内容是针对镦锻工艺所需要的设备镦锻机进行本体分析和设计的工作。通过分析镦锻工艺和镦锻机，并且联系液压传动的优势，根据参考资料，设计2mn镦锻液压机的本体部分。设计主要内容包括总体方案的分析和设计，各部件的设计选取，总机体的装配等，并且进行了强度校核。同时，对于本次设计工作进行了总结。关键词镦锻；液压机；本体结构i 燕山大学本科生毕业设计（论文）abstractthe design is aimed at upsetting the necessary technology equipment - upsetting machine ontology analysis and design work. by analyzing upsetting upsetting technology and machines, and the advantages of hydraulic transmission link, according to reference materials, design 2mn hydraulic upsetting part of the body. the design of the overall program includes the analysis and design, the design of the components selected, the assembly, such as the total body, and a strength check. at the same time, design work for this meeting are summarized.keywords upsetting； hydraulic machines,；body structureii 目录 目 录摘要iabstractii第1章 绪论11.1 课题背景11.2 镦锻机的种类11.3 镦锻液压机的用途及其优势21.4 设计2mn镦锻液压机的主要工作内容3第2章 液压缸的设计与校核42.1 2mn液压镦锻机本体设计技术参数42.2液压缸设计概述42.3液压缸的结构简图52.4液压缸的损坏情况及分析52.4.1损坏部位及特点52.4.2损坏的原因62.5镦锻缸的设计62.5.1内径的确定62.5.2活塞杆的直径72.5.3缸壁的厚度82.5.4支撑形式选择92.5.5缸体法兰的尺寸92.5.6缸底部件的设计及计算112.6镦锻缸强度的校核112.6.1总体受力分析112.6.2中端圆筒部分112.6.3法兰部分122.6.4缸底部分132.7缸的附件及密封形式152.8夹紧缸的设计162.8.1内径的确定172.8.2活塞杆的直径172.8.3缸壁的厚度182.8.4缸体法兰的尺寸192.8.5缸底部件的设计及计算202.9夹紧缸强度的校核202.9.1总体受力分析202.9.2中端圆筒部分212.9.3法兰部分212.9.4缸底部分232.10缸的附件及密封形式24第3章 镦锻液压机轮廓尺寸设计273.1立柱直径的估算273.2液压机轮廓尺寸设计考虑的因素283.3横梁的结构设计283.3.1 上梁结构设计293.3.2上横梁的强度计算313.3.3 活动横梁结构设计353.3.4下横梁核校36第4章 立柱的设计414.1危险截面直径的确定41 4.2螺纹的确定414.3立柱螺纹预紧的计算424.4预紧转角424.5立柱和螺纹的强度校核434.6立柱的变形计算43结论44致谢45参考文献46附录开题报告47附录文献综述59附录文献译文及原文6695 第1章 绪论 第1章 绪论1.1 课题背景金属镦锻成型工艺是成产紧固件的主要工艺，可以达到材料浪费最少的目的，包括冷镦、温镦、热镦等，金属的镦锻成型技术对于制造业尤其是汽车行业至关重要，汽车的许多零部件都是依靠镦锻技术生产和加工的。镦锻机作为完成镦锻工艺的主要设备，很大程度上代表着镦锻技术的水平，对于成形件的效率和质量起着决定性作用。镦锻机已经被列为我国锻压行业发展的一种重点需求设备。 镦锻机是属于锻压机械中的线材成形自动机大类中高效率自动化的锻压机械，它主要以盘料或棒料为原料，连续生产螺栓螺母销钉钢球及滚柱等标准件，以及形状复杂的成形件和伞齿轮轴球头销火花塞等汽车零件，是实现少无切削加工工艺的机器。镦锻机具有生产率高，节材效果好，产品质量和精度高等优点，有很明显的经济效益，得到很广泛的应用因而成为世界各国都在大力发展的一种锻压设备。在欧美以及日本，高速镦锻机、电热镦机等设备都达到了很高的水平，结构先进，自动化程度高，生产效率和加工质量可靠。我国的镦锻机水平也取得了很大程度的发展。齐齐哈尔第二机床厂等企业生产制造的镦锻机的质量和水平已经很先进，并走出国门，出展美国。但总体来说，我国的镦锻机水平与发达国家相比还是有一定的差距，有待于进一步的发展。1.2 镦锻机的种类 （1） 自动冷镦机 自动冷镦机在大批量生产的标准件（如螺栓）、轴承行业中得到了很广泛的应用。自动冷镦机按机械传动系统不同可以分为曲柄式自动冷镦机和曲柄扛杆式自动冷镦机，其中前者是最广泛的应用形式。现在自动冷镦机的工位主要是垂直排类，而这些工位是直线型式排类，由夹钳帮运半成品件。冷镦机主要包括单击整模冷镦机、双击整模冷镦机、高速双击整模冷镦机以及三击工位冷镦机和滚柱、钢球自动冷镦机、螺栓联合自动镦锻机等。（2）热镦机 热镦机的用途很广泛，如用来加工制造螺栓和轴承毛坯的锻造，例如哈尔滨轴承集团从日本引进的hbp120和hbp160高速热镦机，以其高精度、高效率、高自动化程度而成为公司的重点设备，主要用于塔锻、挤压轴承内外圈锻件。我国的热镦机自动化程度较低，主要用于多品种、小批量生产。在国外，多工位热镦机发展很快，主要针对轴承钢难于冷成型而设计的，用于生产轴承内外环，也生产一些大规模、高强度、大变形的紧固件。其中瑞士哈特伯尔生产的amp系列热镦机具有代表性，使用广泛。amp系列热镦机的主要结构部分有送料机构、切断机构、顶住机构、冲头、凹模、夹钳机械手等。其中夹钳机械手采用3点或4点夹紧，夹钳机械手的开、闭及往返是通过双凸轮机构控制。整套控制机构包括传动轴、凸轮、凸轮随动件以及弹簧都放置在一个封闭箱内。该箱位于床身一侧，与热量、冷却水及氧化皮完全隔开，只有两根镀铬的梁式传动轴及夹紧机械手在模具区工作。amp系列热镦机以其合理的设计、平稳的运行、稳定的质量，得到了广泛的应用。（3）电热镦机 电热镦机主要用来进行料、管料的端部镦粗，比如气阀、螺钉等工件的加工；中部镦粗，比如用于汽车、拖拉机的变速杆、自行车脚踏板等零件的中部镦粗；阴模镦粗。如汽车半轴小端的台肩等零件的镦粗。利用电镦工艺加工具有周期短、效率高、节省材料等优点。近些年来，电镦机有新的发展，一使开发出数控电镦机并已成功应用；二使正在研制伺服电机驱动的新型电镦机。这些新发展都会使电镦机的性能得到提高，得到更广泛的应用。1.3 镦锻液压机的用途及其优势液压机是一种通用的锻压设备，属重型机械，是利用液压传动技进行压力加工的设备，是制品成形生产中应用最广的设备之一。与机械压力机相比，它具有压力和速度可在大范围内无级调整，可在任意位置输出全部功率和保持所需压力，结构布置灵活，各执行机构可 很方便地达到所希望的动作配合等优点。因此，液压机在我国国民经济的各行各业，尤其是塑性加工领域得到了日益广泛的应用。如：板材成形；管、线、型材挤压；轮轴压制，校直等等。各种类型液压机的迅速发展， 有力地促进了各种工艺的发展和进步。因此将液压原理引入镦锻机，设计出液压镦锻机，便是十分有优势和效益的。随着我国经济建设的迅速发展，对重型汽车的需求量将越来越大，因 而对长杆类、长轴(管)类锻件的需求也在日益增长。人们对锻件的尺寸精度 和生产效率提出了越来越高的要求，因而对液压机的锻造速度和压下精度 的要求也随之提高。目前，长杆类和长轴(管)类锻件大多采用平锻机锻造，但由于平锻机结构复杂、价格昂贵，其应用在很大程度上受到工厂规模和锻件经济批量的限制。对于一些产量 已构成统一批量，但品种较多、单一品种批量较小以及诸品种工艺参数相 差较大的长杆类、长轴(管)类锻件，不适于采用平锻机生产。2mn卧式液 压镦锻机即是针对该类零件而研制的一种专用模锻设备。镦锻液压机具有可实现无极调速，制造成本低，工艺效果良好等优点，可以产生优异的经济效益。1.4 设计2mn镦锻液压机的主要工作内容镦锻液压机由于其特殊的原理和用途要求，其结构不同于一般镦锻液压机，为了满足液压机的安装，镦锻工艺的完整实现以及考虑实际受力等，本次设计的主要内容如下：(1）确定2mn镦锻液压机的本体机构设计的初步方案。(2）通过计算，确定本体个部件的主要尺寸，选用材料，并进行力学校核。(3)对镦锻机本体结构进行简要的分析和总结。 第2章 液压缸的设计与校核 第2章 液压缸的设计与校核2.1 2mn液压镦锻机本体设计技术参数镦锻力p1：2 mn夹紧力p2：2 mn介质压力p：31.5 mpa镦锻工作行程s1：350 mm夹紧工作行程s2：200 mm工作速度v：60 mm/s回程力p：0.2mn回程速度v：100 mm/s坯料直径d： 60mm2.2 液压缸设计概述液压缸是液压机中将高压液体的压力势能转换为有用机械功的主要执行元件，主要完成直线往复运动，所受负荷重，工作频繁，往往由于设计、制造或使用不当，过早损坏。特别是液压机的工作缸性能直接关系到整台机器的使用，若因为设计不当而在使用过程中出问题，不仅维修费用巨大，还要严重影响生产，是非常不利于生产建设的。所以对液压缸设计分析要十分审慎，应了解其容易损坏的情况及原因，注意正确进行设计、制造和使用。液压缸的结构型式一般根据液压机总体结构、缸的总压力大小及工作条件的要求来进行选定，通常分为柱塞式液压缸、活塞式液压缸和差动式液压缸三种。（1）柱塞式液压缸 此机构在水压机中应用最多，广泛用于主工作缸，回程缸，工作台移动缸及平衡缸等处。它结构简单，制造容易，但只能单方向作用，反向运动则需用回程缸来实现。（2）活塞式液压缸 活塞在运动的两个方向上都要密封，因此缸的内表面在全长上均需加工，精度及光洁要求较高，结构比较复杂，因此活塞缸是双作用缸，在中小型油压机上应用很普遍。3）差动式液压缸 差动柱塞在上导套及下导套内运动，这种结构多了一处密封及导向，但当用作回程缸安装于上横梁时，连接比较简单。由于柱塞有上、下两处导向，可以承受较大的偏心距。由于2mn镦锻机的吨位较小，并且活塞缸的结构简单，所以选用活塞缸。 2.3 液压缸的结构简图 图2-1 镦锻液压缸 2.4 液压缸的损坏情况及分析2.4.1 损坏部位及特点液压缸损坏的部分大多数在法兰与缸壁的连接的圆弧部分，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，也有因气蚀严重而破坏的。从液压缸的使用情况来看，一般在损坏时都已承受了很高的工作加载次数，裂纹是逐步形成和扩展的，属于疲劳破坏。1. 圆筒筒壁 一般裂纹首先出现在内壁，逐渐向外发展，裂纹多方位纵向分布，或与缸壁母线成45。2. 缸的法兰部分 首先在缸外部法兰过渡的圆弧处出现裂纹，逐渐沿着环向及向内壁扩展，最后裂透，或者裂纹扩展到螺钉孔，使法兰局部脱落，个别严重情况，甚至沿过渡圆角处法兰整园开裂而脱落。3. 缸底 首先在内部过渡圆角处开始出现环形裂纹，逐渐向外壁扩展而裂透。4.气蚀 液压缸也有因气蚀产生蜂窝状麻点而损坏，尤其在进水孔内壁，容易产生气蚀。2.4.2 损坏的原因影响液压缸寿命的因素是多方面的，必须结合具体情况分 析，但归纳起来主要有以下几个方面：1. 设计方面 结构尺寸设计的不合理，如法兰高度太小或法兰外径过大，使综合应力过高而损坏。从缸壁到法兰的过渡区结构设计不合理，也会引起很大的应力集中。在结构允许而又能加工的情况下，过渡区应尽可能的光滑，圆弧半径也应尽可能的增大。从缸底到缸壁的过渡区会产生弯曲应力并有应力集中，此外圆弧半径太小是缸底破裂的主要原因之一，一般不应小于1/8液压缸的缸内直径。2. 加工制造方面 由于法兰基缸底圆弧过渡区有应力集中，如加工光洁度很差，有明显刀痕，会对应力集中很敏感，降低疲劳强度。特别是缸底的过渡圆弧，加工比较困难，更应注意。圆筒筒壁部分的损坏多半是制造过程中引起的，如整体锻造或铸造毛坯本身存在严重缺陷；锻焊结构中锻焊质量不好；焊后热处理不恰当等等。并一定要对焊缝附近热影响区采取相应的措施，以消除焊接过程中引起的热应力和不利的结晶组织，在采用补焊时也要进行同样的处理。3. 安装使用方面液压缸法兰与横梁接触面应要求80%以上的面积接触，即在累计4/5圆周长度上间隙不大于0.05mm。横梁刚度不够或安装水缸处筋板布置不合理，也会导致法兰接触面上支反力分布不均，引起过大的工作应力。工作液体往往对缸壁有腐蚀作用，会降低疲劳强度，因此必须对乳化液的成分及配制予以足够的重视，直接用工业用水而不加处理是不允许的。2.5 镦锻缸的设计2.5.1 内径的确定设镦锻缸的内径为d1 ，内半径为r1，由公式可得：p1=p*s=p*r12式中p1为镦锻缸的公称压力，p为介质压力由公式变形得： 式中 p1=2mn=2106 n p=31.5mpa带入公式得r1 =0.14220m=142.20mm圆整后，取r1=145mm即 d1=2 r1=290mm2.5.2 活塞杆的直径由给定的设计参数知回程力 f1=0.2mn=2105n依据公式 f1=(r12-r12)p式中r1设为活塞杆半径公式变形得 代入数据f1=2105n r1=145mm p=31.5mpa得 r1=0.13785m=137.85mm从适当增大回程力考虑，圆整取 r1=135mm所以，镦锻缸活塞杆 d1=270mm2.5.3 缸壁的厚度液压缸常用的材料有zg35，35#，45#，20mnm。本液压缸采用45#钢。有经验公式得： 式中p为介质压力 r为所求应力点位置的半径 r1为缸内半径 r2为缸外半径强度核算时，应力第四强度理论 最大合成当量应力发生在缸内壁， max应该小于许用应力现已知缸的内半径r1以及，由上式导出计算液压缸外半径r2的公式将数值 r1=145mm =154mpa p=31.5mpa 代入上式r2=180.44mm考虑到整个缸体结构尺寸及其安装，取 r2=205mm故镦锻缸壁厚=r2-r1=60mm2.5.4 支撑形式选择a.缸底支承液压缸直接靠缸底固定在横梁上，这种缸不需要法兰，消除了法兰区的应力集中，并可减小缸体毛坯尺寸。确点是压力机高度有较大增加，缸底与横梁的接触情况不易测量。目前这种支承型式在大型模锻液压机上使用较多。b.法蓝支承液压缸以法兰支承并安装在横梁上由缸外壁的两个环形面积与横梁相配合。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递给横梁，液压缸本身则靠法兰上的一圈螺钉固定在横梁上。这种结构的缺点是缸壁法兰过度区存在应力集中，易于疲劳损坏。本设计选用此种支承，使得结构合理，满足工艺要求。考虑到安装要求和强度需求，镦锻液压缸采用法兰固定方式，以其法兰部分支承并固定在梁下表面，由法兰的环形上表面与梁配合。镦锻液压缸缸本身依靠法兰上的一圈螺栓固定在梁上，工作时的作用力通过环形接触面传递，因此法兰到缸外壁的过渡处存在应力集中，易疲劳破坏，以往液压缸破坏也多出现在这个部位。2.5.5 缸体法兰的尺寸2.5.5.1 外半径r4的确定查机械手册 y=(fhan)104y 其中 fh该缸能发出的最大能量 an法兰接触横梁面积 y许用应力fh=2mn由公式得到：2(r42-222)10480计算得到：r423.74cm考虑到法兰的安装，及其稳定性，可靠性等因素取 r4=280mm2.5.5.2 法兰高度h一般有 h=(1.5:2), 其中 =60mm故 h=90:120mm取 h=105mm2.5.5.3 过渡圆角一般有 r=(0.15:0.25) 有 r=9:15mm故 r=15mm2.5.6 缸底部件的设计及计算由经验公式知： t=（1.5-2）所以缸底厚度t取 t=120mm2.6 镦锻缸强度的校核2.6.1 总体受力分析液压缸的一般形式是一端开口一端封闭的后壁高压容器。当高压液体作用在柱塞上时候，反作用力作用于缸底。通过缸壁传到法兰部分，靠法兰与横梁支撑面上的支撑反力来平衡。液压缸按受力情况可以分成三部分，即缸底，法兰和中间厚壁圆筒。2.6.2 中端圆筒部分液压缸内径r内=145mm，液压缸外径r外=205mm所产生当量应力带入数据求得因为许用应力=140mpa,所以所以经过校核，缸壁部分是安全的。2.6.3 法兰部分经常用来核算法兰部分强度的方法主要有米海耶夫方法、罗萨诺夫方法、环壳联解法、简化计算法和有线单元法。这里使用简化计算法进行理论力学粗略强调校核。采用简化算法，有如下假设：1.假设横梁的支撑反力为一元集中力，作用在法兰触面上，平均半径为r3的半径上， 2.分析缸体圆筒的弯曲时，认为内力p作用在缸壁的平均半径为的圆周上， 3.不考虑内壁的压力对缸壁和法兰引起的径向位移；4.由于垂直于缸轴线方向上的法兰的刚度比较大，因此由力及力偶引起的径向位移可以忽略不计。法兰外半径为560mm所以得到p-平均半径为r5的圆周上的单位长度上的轴向力h1为板厚，p=2mn/m. h1=60mm代入上式得到m=1.7n/m根据板的圆柱面弯曲公式在法兰与缸体圆筒连接处表面由弯矩产生的轴向应力为：由轴向力引起的轴向拉应力为：总的轴向拉应力为所以法兰部分经校核是安全的。2.6.4 缸底部分将缸底部分简化为受均布载荷作用周边刚性固定的中心孔有空的圆板来考虑。最大弯曲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 图3-3 缸底部分简图其中p为缸内液体压力，r1为缸的内半径为t缸低厚度。为缸底因开口而引入的削弱系数，2a为缸底进油口直径。工作流量管内流速v=4.5m/s 管径油口直径取50mm油口型式选gb/t 2878 a型油口。所以，经过校核，缸底部分是安全的。经过校核，液压缸的强度符合要求。2.7 缸的附件及密封形式2.7.1 密封件密封用来防止高压液体的泄漏，如质量不好，会直接影响生产。对密封的基本要求是：密封性能好，能随着液体压力增高自动提高密封性能，摩擦阻力小，磨损小，寿命长，使用维修方便，易拆换，成本低，制造容易。基于上述要求，密封材料应具有以下特点：在一定温度使用范围内有良好的化学稳定性，不溶于工作液体，与金属接触不相互其作用，不软化或硬化，弹性好，永久变形小，有适当的机械强度，耐磨性好，摩擦系数小，易于压制变形，价格低廉等。在工作缸与柱塞之间，我国目前采用的是夹布人字形密封，由支撑环、人字形密封圈及压环组成。在高压液体作用下，密封圈自动贴紧密封件，起到密封作用。人字形密封的具体尺寸可查标准hg4-337-66。设计中必须采用非标准时，允许采用相邻较大一档的密封圈，以45剖口切去一段使用。2.7.2 导套导套在柱塞往复运动时起导向作用，一般用抗压耐磨的zqsn6-6-3青铜铸造。导套的长度与工作柱塞直径比值h/d一般为0.5-1.0，小值用于大型液压机。我国已拟定了工作缸导套标准jb2003-76。导套与液压缸内壁的配合在柱塞直径小于500mm时为d/gc，大于500mm时为d/db，与柱塞的配合为。 根据标准jb2003.24a选择导套。2.7.3 压盖压盖选压盖选jb2001.22.00a2.7.4 活塞杆 活塞杆一般用锻钢或铸钢制成，也有分段锻造或铸造后再用电渣焊接而成。活塞杆有实心的也有空心的。活塞杆在导向铜套中作往复运动，偏心载荷时还会发生倾斜，因此要求其表面必须具有足够的硬度及小的粗糙度，以免过早磨损，或因表面拉毛，拉成沟槽而导致损坏。活塞杆表面拉坏后，会直接影响密封寿命，引起高压液体的漏损。镦锻液压缸的活塞杆采用的材料的是q235。表面粗糙度1.25以下，表面硬度应高于hrc4045。工作缸和活动横梁的连接形式有三种，即刚性连接、球面支撑连接和双球面中间杆连接。刚性连接，压机在偏心载荷作用下柱塞和活动横梁一起倾斜，将动梁所受偏心力矩的一部分传给工作缸导向铜套上，使导套受侧向水平推力加剧了其磨损；球面支承连接，柱塞支承于活动横梁的球面座上，当有偏心载荷时，活动横梁倾斜，如果球面润滑良好，球面副可相对滑动，柱塞只传递轴向压力和摩擦力矩，柱塞仍保持垂直，因此侧推力将大大减少，改善了柱塞导套及密封的磨损情况；双球面中间杆连接多用于大型液压机，中间杆的两端均为球面，支承于上下球面座之间，柱塞通过中间杆传递压力，中间杆与柱塞之间有间隙，当液压机受偏心载荷时，中间杆能在球面座中转动，使柱塞保持垂直，因而作用于密封和导套上的侧推力小，导套和密封寿命长。使用时球面保持良好的润滑。 2mn镦锻液压机的镦锻缸的活塞杆与水平导向装置相连接，连接方式是单球面连接。2.8 夹紧缸的设计2.8.1 内径的确定设夹紧缸的内径为d1 ，内半径为r1，由公式可得：p1=p*s=p*r12式中p1为夹紧缸的公称压力，p为介质压力由公式变形得： 式中 p1=2mn=2106 n p=31.5mpa带入公式得r1 =0.14220m=142.20mm圆整后，取r1=145mm即 d1=2 r1=290mm2.8.2 活塞杆的直径由给定的设计参数知回程力 f1=0.2mn=2105n依据公式 f1=(r12-r12)p式中r1设为活塞杆半径公式变形得 代入数据f1=2105n r1=145mm p=31.5mpa得 r1=0.13785m=137.85mm从适当增大回程力考虑，圆整取 r1=135mm所以，夹紧缸活塞杆 d1=270mm2.8.3 缸壁的厚度液压缸常用的材料有zg35，35#，45#，20mnm。本液压缸采用45#钢。有经验公式得： 式中p为介质压力 r为所求应力点位置的半径 r1为缸内半径 r2为缸外半径强度核算时，应力第四强度理论 最大合成当量应力发生在缸内壁， max应该小于许用应力现已知缸的内半径r1以及，由上式导出计算液压缸外半径r2的公式将数值 r1=145mm =154mpa p=31.5mpa 代入上式r2=180.44mm考虑到整个缸体结构尺寸及其安装，取 r2=205mm故夹紧缸壁厚=r2-r1=60mm2.8.4 缸体法兰的尺寸2.8.4.1 外半径r4的确定查机械手册 y=(fhan)104y 其中 fh该缸能发出的最大能量 an法兰接触横梁面积 y许用应力fh=2mn由公式得到：2(r42-222)10480计算得到：r423.74cm考虑到法兰的安装，及其稳定性，可靠性等因素取 r4=280mm2.8.4.2 法兰高度h一般有 h=(1.5:2), 其中 =60mm故 h=90:120mm取 h=105mm2.8.4.3 过渡圆角一般有 r=(0.15:0.25) 有 r=9:15mm故 r=15mm2.8.5 缸底部件的设计及计算由经验公式知： t=（1.5-2）所以缸底厚度t取 t=120mm2.9 夹紧缸强度的校核2.9.1 总体受力分析液压缸的一般形式是一端开口一端封闭的后壁高压容器。当高压液体作用在柱塞上时候，反作用力作用于缸底。通过缸壁传到法兰部分，靠法兰与横梁支撑面上的支撑反力来平衡。液压缸按受力情况可以分成三部分，即缸底，法兰和中间厚壁圆筒。2.9.2 中端圆筒部分液压缸内径r内=145mm，液压缸外径r外=205mm所产生当量应力带入数据求得因为许用应力=140mpa,所以所以经过校核，缸壁部分是安全的。2.9.3 法兰部分经常用来核算法兰部分强度的方法主要有米海耶夫方法、罗萨诺夫方法、环壳联解法、简化计算法和有线单元法。这里使用简化计算法进行理论力学粗略强调校核。采用简化算法，有如下假设：1. 假设横梁的支撑反力为一元集中力，作用在法兰触面上，平均半径为r3的半径上， 2.分析缸体圆筒的弯曲时，认为内力p作用在缸壁的平均半径为的圆周上， 3.不考虑内壁的压力对缸壁和法兰引起的径向位移；4.由于垂直于缸轴线方向上的法兰的刚度比较大，因此由力及力偶引起的径向位移可以忽略不计。法兰外半径为560mm所以得到p-平均半径为r5的圆周上的单位长度上的轴向力h1为板厚，p=2mn/m. h1=60mm代入上式得到 m=1.7n/m根据板的圆柱面弯曲公式在法兰与缸体圆筒连接处表面由弯矩产生的轴向应力为：由轴向力引起的轴向拉应力为：总的轴向拉应力为所以法兰部分经校核是安全的。2.9.4 缸底部分将缸底部分简化为受均布载荷作用周边刚性固定的中心孔有空的圆板来考虑。最大弯曲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 图3-3 缸底部分简图其中p为缸内液体压力，r1为缸的内半径为t缸低厚度。为缸底因开口而引入的削弱系数，2a为缸底进油口直径。工作流量管内流速v=4.5m/s 管径油口直径取50mm油口型式选gb/t 2878 a型油口。所以，经过校核，缸底部分是安全的。经过校核，液压缸的强度符合要求。2.10 缸的附件及密封形式2.10.1 密封件密封用来防止高压液体的泄漏，如质量不好，会直接影响生产。对密封的基本要求是：密封性能好，能随着液体压力增高自动提高密封性能，摩擦阻力小，磨损小，寿命长，使用维修方便，易拆换，成本低，制造容易。基于上述要求，密封材料应具有以下特点：在一定温度使用范围内有良好的化学稳定性，不溶于工作液体，与金属接触不相互其作用，不软化或硬化，弹性好，永久变形小，有适当的机械强度，耐磨性好，摩擦系数小，易于压制变形，价格低廉等。在工作缸与柱塞之间，我国目前采用的是夹布人字形密封，由支撑环、人字形密封圈及压环组成。在高压液体作用下，密封圈自动贴紧密封件，起到密封作用。人字形密封的具体尺寸可查标准hg4-337-66。设计中必须采用非标准时，允许采用相邻较大一档的密封圈，以45剖口切去一段使用。2.10.2 导套导套在柱塞往复运动时起导向作用，一般用抗压耐磨的zqsn6-6-3青铜铸造。导套的长度与工作柱塞直径比值h/d一般为0.5-1.0，小值用于大型液压机。我国已拟定了工作缸导套标准jb2003-76。导套与液压缸内壁的配合在柱塞直径小于500mm时为d/gc，大于500mm时为d/db，与柱塞的配合为。根据标准jb2003.24a选择导套。2.10.3 压盖压盖选压盖选jb2001.22.00a2.10.4 活塞杆 活塞杆一般用锻钢或铸钢制成，也有分段锻造或铸造后再用电渣焊接而成。活塞杆有实心的也有空心的。活塞杆在导向铜套中作往复运动，偏心载荷时还会发生倾斜，因此要求其表面必须具有足够的硬度及小的粗糙度，以免过早磨损，或因表面拉毛，拉成沟槽而导致损坏。活塞杆表面拉坏后，会直接影响密封寿命，引起高压液体的漏损。夹紧液压缸的活塞杆采用的材料的是q235。表面粗糙度1.25以下，表面硬度应高于hrc4045。工作缸和活动横梁的连接形式有三种，即刚性连接、球面支撑连接和双球面中间杆连接。刚性连接，压机在偏心载荷作用下柱塞和活动横梁一起倾斜，将动梁所受偏心力矩的一部分传给工作缸导向铜套上，使导套受侧向水平推力加剧了其磨损；球面支承连接，柱塞支承于活动横梁的球面座上，当有偏心载荷时，活动横梁倾斜，如果球面润滑良好，球面副可相对滑动，柱塞只传递轴向压力和摩擦力矩，柱塞仍保持垂直，因此侧推力将大大减少，改善了柱塞导套及密封的磨损情况；双球面中间杆连接多用于大型液压机，中间杆的两端均为球面，支承于上下球面座之间，柱塞通过中间杆传递压力，中间杆与柱塞之间有间隙，当液压机受偏心载荷时，中间杆能在球面座中转动，使柱塞保持垂直，因而作用于密封和导套上的侧推力小，导套和密封寿命长。使用时球面保持良好的润滑。 2mn镦锻液压机的夹紧缸的活塞杆与水平导向装置相连接，连接方式是单球面连 第3章 镦锻液压缸轮廓尺寸设计 第3章 镦锻液压机轮廓尺寸设计3.1 立柱直径的估算本设计中采用三梁四柱的框架结构，液压机各部件的尺寸都由立柱直径来确定。由于立柱式机架是一个多次超静定的空间框架，解题过程十分复杂。因此，在进行受力分析时，一般采用以下简化假设，以建立比较简单易解的力学模型：由于一般液压机的机架结构对称于中间平面，载荷也往往对称于中间平面，可将空间框架简化为平面框架；立柱与上、下横梁为刚性连接；不考虑安装应力及温度应力。初次估算立柱直径时，在上述假设条件下，再设出最简单的情况，即液压机结构承受中心载荷作用。上、下横梁的刚度很大，可忽略上、下横梁变形引起的弯曲应力，立柱只承受简单的轴向拉力，其拉应力为：式中：p液压机的公称压力（n）； f每根立柱的截面积（cm2）； n立柱的根数。 立柱材料许用拉伸应力，对45钢，可取为50-80mpa。fp(n) =2106(480106)=62.5cm2式中：d为立柱直径 f是指有效面积，这次设计中，采用空心立柱，所以指的是环形面积。 d=7.9cm此为立柱的最小直径值，取d=100mm3.2 液压机轮廓尺寸设计考虑的因素a.液压缸的尺寸；b.工作台尺寸：b=350mm,t=350mm。c.上、下横梁的高度；初选方法：上梁：（33.5）立柱直径下梁：（3.54）立柱直径活动横梁：（34）立柱直径上梁的高度：3.5100mm=350mm下梁的高度：4100mm=400mm活动横梁高度：4100mm=400mm3.3 横梁的结构设计横梁包括上横梁、下横梁（或称工作台）和活动横梁（或称滑块）。横梁通常都设计成上、下封闭的箱形结构件，在安装各种缸、柱塞及立柱处一般做成圆筒形，并用筋板与横梁面板相连。在承载较大处，筋板较密，以提高横梁刚度，降低局部应力。筋板多布置成网格形或辐射形。为防止横梁构付变形，不论采用铸造结构或焊接结构都必需进行热处理，以消除其内应力。中小型液压机横梁多数为整体结构，而大型液压机横梁由于受制造和运输能力的限制往往设计成组合式，并利用键和拉紧螺栓联接。对于铸造结构的横梁，应注意使各部分厚度没有突然变化，还应注意正确设计与布置铸造工艺所需的出砂孔。出砂孔边缘处的应力集中往往是出砂孔应尽量避免设在受力的主传力筋上，出砂孔的位置应远离应力最大的区域，尺寸不要过大，形状以圆形为好，孔边最好设有加强圈。采用钢板焊接结构的横梁构件，应注意不要将焊接点设在受力较大处，焊缝宜对称布置，焊接时应防止构件变形，严格控制焊缝质量。为了减轻重量，缩短立柱长度，一般根据“等强梁概念”将上横梁设计成梁的中部高度较两端稍高的形式，但其高度差不能太大。当立柱中心距较小时，为便于加工，可设计成“等高梁”。在梁的高度过渡区，应尽量增大过渡圆角半径以及减小倾角，以减轻应力集中。对于铸造结构的上横粱，在中小型液压机中也可将主缸与上横梁铸戍一体，这种结构简单，但加工较复杂。尤以工作行程短，缸体较矮的为宜。在四立柱间距较小，工作缸较大的情况下采用该种结构也是可行的。横梁产生疲劳裂纹的发源地。出砂孔通常布置在梁的中性层上，虽然弯曲应力为零，但仍存在较大的剪应力。如取一开有长圆孔的小单元体为例，此单元体受剪切变形后，3.3.1 上梁结构设计上横梁断面分布应根据其受力情况来考虑，一般梁中部高度较两端稍高。在立柱中心距较小时，为了便于加工，常设计成等高梁。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及活塞运动平稳，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主油缸台肩应平行，以及立柱穿过孔的上下平面应平等等，内筋板和外筋板须符合铸钢件最小壁厚要求。具体要求如下：（1）安装主轴缸孔的轴线与油缸台肩贴合平面不垂直度允许公差应小于等于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许公差应小于等于0.05/1000mm；（3）锁紧螺母接触面与调节螺母接触面（立柱穿过孔的上平面与下平面）间不平度允许公差应小于等于0.16/1000mm；（4）油缸锁紧螺母平面与油缸台肩贴合平面间不平度允许公差应小于等于0.12/1000mm；（5）与油缸外圆配合公差为h7/f7；（6）立柱孔尺寸一般比立柱插入端直径大12mm。3.3.2 上横梁的强度计算1）液压缸的环形接触面平均直径d（cm） d = 1/2(r4 + r2 +r) =1/2（280+205+15） =250 mm=25 cm各段剪力为如图所示，最大剪力 q = f/2 = 1106 n最大弯矩在梁的中点，且 mmax=f/2(b/2-d/) =1106（100/2-25/3.14） =0.42106 nmb -立柱的宽边中心距（cm）f -液压机工称压力(n)最大的挠度在梁的中点： f0 =p/（48ej）(b/2 d/)3b2 4(b/2- d/)2 + kpb/（4ga）1-2d/(b)式中 e - 梁的弹性模量（n/cm2）j - 梁的截面惯性矩（cm4）g - 梁的剪切弹性模量（n/cm2）a - 梁的截面积（cm2）k - 截面形状系数2）由于梁的中间截面弯矩最大，截面也比较薄弱，故主要校核截面的强度。该梁中间截面的形状与尺寸如图1所示.可将此截面简化成图2所示的等效截面。3）计算中间截面最大弯矩mmax=f/2(b/2-d/) =110