2000KN四柱式通用液压机设计与计算【4张图纸】【优秀】
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2000KN四柱式通用液压机设计与计算
47页 14000字数+说明书+开题报告+4张CAD图纸
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总机装配图.dwg
活塞杆.dwg
液压缸.dwg
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2000KN四柱式通用液压机设计与计算开题报告.doc
2000KN四柱式通用液压机设计与计算论文.doc
摘 要
作为世界加工中心,我国机械工业在国民经济中的基础作用越来越明显。液压机技术水平的高低直接影响到国家机械工业的发展水平。四柱式通用液压机是液压机产品的一个重要组成部分,拥有自主的液压机设计技术是使国家机械工业能在世界竞争中取胜的重要保证,对其展开研究有重要的理论和实际意义。 本文完成了2000KN四柱式通用液压机本体的设计,并采用二维制图软件AutoCAD对其进行研究。论文提出了2000KN四柱式通用液压机的技术参数,拟定了机器的结构形式，着重对工作缸做了结构设计和数据计算，对液压机工作缸柱塞和活动横梁的结构连接以及回程部分进行了简要设计。根据液压机设计理论完成了整体机架结构及主要结构部件的设计与理论计算并详细讨论了该机器的预紧问题。对液压机本体的总体结构和的关键部件进行了强度计算与分析,主要内容包括:结构中应力集中情况分析,初始设计方案修正,最终获得了满足强度和刚度要求的机架设计。最后利用AutoCAD软件对2000KN四柱式通用液压机总装配图及主要零部件进行了设计，完成了液压机的整体结构设计。
关键词：液压机 工作缸 强度
目 录
摘要Ⅰ
AbstractⅡ
第1章 绪论1
1.1 课题背景及目的与意义1
1.2 液压机的发展概况1
1.2.1 液压机在现代工业中的地位1
1.2.2 我国液压机的现状及发展趋势1
1.2.3 国外液压机的发展状况2
1.2.4 液压机的总体发展趋势3
1.3 液压机的工作原理和结构特点3
1.3.1 液压机的工作原理3
1.3.2 液压机的特点5
1.4 液压机的分类6
1.5 本章小结7
第2章 液压机本体结构设计8
2.1 液压机的结构特点及设计参数8
2.1.1 液压机本体结构特点8
2.1.2 2000kN液压机的设计参数8
2.2 上横梁结构的设计9
2.2.1 结构形式9
2.2.2 形状尺寸要求10
2.2.3 上横梁与工作缸的联接方式11
2.3 工作台结构的设计12
2.3.1 结构形式12
2.3.2 加工技术要求12
2.3.3 工作台与顶出缸的联接方式13
2.3.4 固定模具的结构14
2.4 立柱15
2.4.1 结构形式15
2.4.2 形状尺寸要求16
2.5 充液阀17
2.5.1 充液阀工作原理17
2.5.2 充液阀的结构形式18
2.6 工作缸18
2.6.1 结构形式18
2.6.2 设计尺寸19
2.7 活动横梁结构的设计22
2.7.1 结构形式23
2.7.2 加工技术要求23
2.7.3 形状和尺寸要求23
2.8 本章小结24
第3章 液压机的强度与刚度计算25
3.1 工作缸的强度计算25
3.1.1 缸体的强度计算25
3.1.2 缸口部分的强度计算28
3.2 活塞部分的强度计算30
3.2.1 活塞头部导向套计算30
3.2.2 活塞头部锁母螺纹应力计算31
3.2.3 活塞与活动横梁端面挤压应力32
3.2.4 活塞与活动横梁联接螺母计算33
3.3 上横梁结构的强度与刚度计算33
3.3.1 受力分析33
3.3.2 主截面（Ⅰ—Ⅰ）强度计算34
3.3.3 主截面（Ⅱ—Ⅱ）强度计算35
3.4 本章小结36
附录1 四柱式万能液压机精度（JB1293-73）37
附录2 常用资料及数据39
附录3 普通公制螺纹的螺栓、螺钉及双头螺栓的许用应力40
结论41
致谢42
参考文献43
本设计为2000KN四柱式通用液压机，其主要技术规格为：
公称压力 2000KN
液体最大工作压力 25MPa
回程压力 400KN
顶出压力 250KN
拉伸时压边压力 210KN
工作台距地面高度 500mm
活动横梁下平面距工作台面最大距离 1120mm
活动横梁最大行程 710mm
顶出缸距工作台面最大距离 295mm
顶出活塞最大行程 200mm
工作台有效面积（前后×左右） 900×900mm
活动横梁行程速度
空载下行程 100mm/s
加压慢速行程 12mm/s
回程最大 55mm/s
顶出活塞行程速度 回程最大 90mm/s
顶出最大 40mm/s
主机轮廓尺寸 左右 1240mm
前后 900mm
地面以上高度 3950mm
机器占地面积 左右 2615mm
前后 2120mm 地面以上高度 3950mm
总功率 22.75kw
- 内容简介：
-
哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计开题报告题 目：2000kN四柱式通用液压机设计与计算系 （部） 机电工程系 专 业 材料成型及控制工程 学 生 丁明雯 学 号 1089522134 班 号 0895221 指导教师 陈维民 开题报告日期 2011年10月18日哈尔滨工业大学华德应用技术学院说 明一、开题报告应包括下列主要内容：1通过学生对文献论述和方案论证，判断是否已充分理解毕业设计（论文）的内容和要求2进度计划是否切实可行；3是否具备毕业设计所要求的基础条件。4预计研究过程中可能遇到的困难和问题，以及解决的措施；5主要参考文献。二、如学生首次开题报告未通过，需在一周内再进行一次。三、开题报告由指导教师填写意见、签字后，统一交所在系（部）保存，以备检查。指导教师评语： 指导教师签字： 检查日期： 开题报告一、毕业设计（论文）任务书1、题目：2000KN四柱式通用液压机设计与计算2、工作量：（1) 计算说明部分：编写设计说明书一份，约10000字；（2) 图纸部分： 1）完成液压机的总装配图及充液阀部装图设计各一张，零号图； 2）完成工作台、工作缸零件图设计，零号及2号图各一张。二、选题目的和意义 通过毕业设计，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，以及液压缸和横梁的设计与计算方法。三、论文综述 （一）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,成为其一个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,曾经引领着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，所以液压机在国名经济各部门得到了日益广泛的应用。 （二）我国金属塑性成型设备的现状及发展趋势1、金属所形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，及大地提高了技术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。 2、发展趋势（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。 1）重型机械压力机及覆盖件生产线、大型多工位压力 单机连线自动化冲压生产线；大型多工位压力机 2）机数控板冲、剪、折机床及柔性加工生产线 数控冲床；数控冲剪复合机及柔性加工线；数控折弯机 3）板材无模多点成形压力机 4）高速压力机 5）数控激光切割机 （2）大重型锻造装备 1）水锻机2）热模锻压力机3）大吨位螺旋压力机4）大型弯曲校正设备（3）特种锻造设备 1）摆动辗压机2）特种轧制设备3）冷挤压机4）数控弯管机 （三）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1） 冷冲压设备（1）单机联线自动化（2）大型多工位压力机2） 锻造设备2. 高速化复合化相结合，提高设备加工效率3. 设备控制系统的发展趋势具有现场通信网络、现场设备互联、互动操作性、分散功能模块、开放式互联网络的现场总线技术，是压力及控制技术的发展方向，对实现自动化具有明显和推动作用。4. 注重环境保是当今世界性的潮流 （四）金属塑性成型设备的分类根据金属塑性成型设备结构特点和用途，通常可将其分为如下几类：1、液压机 它包括锻造液压机；冲压液压机；一般用途液压机；校正压装液压机；层压液压机；挤压液压机；压制液压机；打包、压块液压机；手动液压机和其他液压机等。2、曲柄压力机 它包括通用压力机；拉深压力机；热模锻压力机；平锻机；挤压压力机；板料多工位压力机；板冲高速自动压力机；冷镦机及多工位自动成型机和其他压力机等。3、锻锤 它包括空气锤；蒸汽-空气自由锻锤和蒸汽-空气模锻锤；液压锤和对击式模锻锤等。4、螺旋压力机 它包括摩擦螺旋压力机；电动螺旋压力机；液压螺旋压力机和离合器式高能螺旋压力机等。5、旋转成型设备 它包括楔横轧机与斜轧机；辗扩机；旋压机；卷板机；辊锻机；旋转锻造机；径向锻机和摆动辗压机等。6、柔性制造系统 包括数控步冲压力机；板材激光加工机械；等离子冲裁组合压力机；数控直角剪板机和高压水切割机等。4、 液压机设计内容和设计方案1. 选题依据（1） 主要技术要求参数 1）公称力（最大压力）2000KN 2）滑块行程710mm 3）滑块开口高度1120mm 4)滑块工作速度12mm/s 5）工作台尺寸900x900mm 6）液压垫压力400KN 7）液体工作压力25MPa 8）电动机功率22.75KW 9）顶出力250KN 10）顶出行程200mm2. 主要用途 液压机用于可塑性材料的压制工艺，如粉末制品成型、塑料制品成型、冷热挤压金属忽成型、薄板拉伸、冲压、弯曲、翻边、校正等工艺。3.主要研究内容：在查阅相关设计资料和分析液压机的机构与工作原理的基础上，进行液压机的总体方案设计及可行性分析。在完成液压缸和横梁的设计与计算基础上，利用CAD设计软件完成液压机的总装配图、液压缸部装图及横梁等零件图设计；最后完成设计计算说明书编写。4.设计的基本思路和方案分析、理解设计任务书的要点查阅相关资料初步拟定设计方案设计方案对比并确定最佳方案参数的设计计算零件设计装配图草图绘制装配图零件图草图绘制零件图编写计算说明书5. 液压机的总体结构设计（1）上横梁的结构形式横梁包括上横梁、下横梁（或工作台）和活动横梁，式液压机的重要部件。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（材料多为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。其上横梁的结构如图1所示。上横梁结构无论采用铸造或是焊接形式，都应尽可能设计成上、下封闭的箱式结构，以便受力后使应力分布较合理。上横梁断面分布应根据其受力情况来考虑，一般梁的中部高度较两端稍高。在立柱中心距较小时，为了便于加工，常设计成等高粱。（2）工作台的结构形式 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。工作台所选材料以及其结构形式和上横梁相同。本设计为2000KN四柱式通用液压机之工作台，采用钢板焊接结构。其结构如图2所示：（3）活动横梁的结构 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。因此与要有较好的强度、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。铸件应将壁厚设计均匀，开有环形的集油槽，以便贮存油缸缸口部漏渗的油液。其结构如图3所示：（4）立柱的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： 1）两梁都用立柱台肩支撑，用锁紧螺母上下加以锁紧。 2) 两梁都用调节螺母支撑，用锁紧螺母上下加以锁紧。 3）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。 4）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。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 图1 上横梁结构图 图2 工作台结构图 图3 活动横梁结构图母的拧紧程度，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。6、 液压系统的设计四柱式通用液压机的液压控制系统过去多采用滑阀控制，现在多采用插装阀控制，由于插装阀具有通油能力大、流阻损失小、密封好、泄漏少、阀芯动作响应灵敏、系统效率高、可靠性好，且可集成于阀体上，减少了外部连接管路，冲击小，噪声低，便于维修和排除故障，因此插装阀集成系统在通用液压机中得到广泛应用。五、设计进度安排：本次毕业设计分三阶段进行 1.第一阶段：开题10月9日10月21日（2周）（1） 应完成的工作 理解和熟悉毕业设计题目，了解所要完成的工作任务； 查阅与毕业设计题目相关的文献资料； 书写开题报告。（2） 开题报告检查要求2. 第二阶段：设计阶段10月24日12月9日（7周）（1） 总体方案设计与设备结构设计方案（2） 设备结构设计计算和强度计算（3） 设备总装图（4） 中期检查（5） 设备部装图及零件图设计3. 第三阶段：撰写毕业设计论文与准备答辩12月12日12月23日（2周）（1） 撰写毕业设计论文（2） 结题验收（3） 准备答辩 参考文献 1陈为民编.金属塑性成型设备.校内材料.2010年； 2天津锻压机床厂编.中小型液压机设计计算； 3俞新陆等主编.液压机.机械工业出版社，1990年； 4中国机械工程学会塑性工程学会编.锻压手册第三卷（锻压车间设备）第三版.机械工业出版社.2008年。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）摘 要 作为世界加工中心,我国机械工业在国民经济中的基础作用越来越明显。液压机技术水平的高低直接影响到国家机械工业的发展水平。四柱式通用液压机是液压机产品的一个重要组成部分,拥有自主的液压机设计技术是使国家机械工业能在世界竞争中取胜的重要保证,对其展开研究有重要的理论和实际意义。 本文完成了2000KN四柱式通用液压机本体的设计,并采用二维制图软件AutoCAD对其进行研究。论文提出了2000KN四柱式通用液压机的技术参数,拟定了机器的结构形式，着重对工作缸做了结构设计和数据计算，对液压机工作缸柱塞和活动横梁的结构连接以及回程部分进行了简要设计。根据液压机设计理论完成了整体机架结构及主要结构部件的设计与理论计算并详细讨论了该机器的预紧问题。对液压机本体的总体结构和的关键部件进行了强度计算与分析,主要内容包括:结构中应力集中情况分析,初始设计方案修正,最终获得了满足强度和刚度要求的机架设计。最后利用AutoCAD软件对2000KN四柱式通用液压机总装配图及主要零部件进行了设计，完成了液压机的整体结构设计。关键词：液压机 工作缸 强度 49AbstractAs the world machining center,the engineering industry of our country plays a more and more evident role in national conomical construction. The technical level of hydraulic press will directly affect the level of development of the engineering industry.the four column hydraulic press is an important component of the hydraulic press product,devoted to a study on it has a great theoretical and practical significance.The first part briefly introduced mould industry and the current situation in the future. Mentioned the factors restricting the development of mold. The second part of a process of the workpiece analysis, mold design package. According to plastic mold design manual and the relevant experience of the formula necessary, according to results of the injection machine used. Further completion of the standard and non-standard choice of the design.Part III completion of the general assenbly drawing and the main detail drawing,completion of the entire structure of hydraulic press.Key words： Hydraulic Press;Slave Cylinder;Strength Calculation目 录摘要Abstract第1章 绪论11.1 课题背景及目的与意义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 我国液压机的现状及发展趋势11.2.3 国外液压机的发展状况21.2.4 液压机的总体发展趋势31.3 液压机的工作原理和结构特点31.3.1 液压机的工作原理31.3.2 液压机的特点51.4 液压机的分类61.5 本章小结7第2章 液压机本体结构设计82.1 液压机的结构特点及设计参数82.1.1 液压机本体结构特点82.1.2 2000kN液压机的设计参数82.2 上横梁结构的设计92.2.1 结构形式92.2.2 形状尺寸要求102.2.3 上横梁与工作缸的联接方式112.3 工作台结构的设计122.3.1 结构形式122.3.2 加工技术要求122.3.3 工作台与顶出缸的联接方式132.3.4 固定模具的结构142.4 立柱152.4.1 结构形式152.4.2 形状尺寸要求162.5 充液阀172.5.1 充液阀工作原理172.5.2 充液阀的结构形式182.6 工作缸182.6.1 结构形式182.6.2 设计尺寸192.7 活动横梁结构的设计222.7.1 结构形式232.7.2 加工技术要求232.7.3 形状和尺寸要求232.8 本章小结24第3章 液压机的强度与刚度计算253.1 工作缸的强度计算253.1.1 缸体的强度计算253.1.2 缸口部分的强度计算283.2 活塞部分的强度计算303.2.1 活塞头部导向套计算303.2.2 活塞头部锁母螺纹应力计算313.2.3 活塞与活动横梁端面挤压应力323.2.4 活塞与活动横梁联接螺母计算333.3 上横梁结构的强度与刚度计算333.3.1 受力分析333.3.2 主截面（）强度计算343.3.3 主截面（）强度计算353.4 本章小结36附录1 四柱式万能液压机精度（JB1293-73）37附录2 常用资料及数据39附录3 普通公制螺纹的螺栓、螺钉及双头螺栓的许用应力40结论41致谢42参考文献43第1章 绪论1.1 课题背景及目的与意义 通过2000KN四柱式通用液压机设计与计算，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，以及液压缸和横梁的设计与计算方法。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，成为其一个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，曾经引领着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于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。1.2.2 我国液压机的现状及发展趋势1.2.2.1 我国液压机的现状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、FMS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 发展趋势 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。 （1）重型机械压力机及覆盖件生产线、大型多工位压力机 单机连线自动化冲压生产线；大型多工位压力机 （2）数控板冲、剪、折机床及柔性加工生产线 数控冲床；数控冲剪复合机及柔性加工线；数控折弯机 （3）板材无模多点成形压力机 （4）高速压力机 （5）数控激光切割机 2.大重型锻造装备（1）水锻机（2）热模锻压力机（3）大吨位螺旋压力机（4）大型弯曲校正设备3.特种锻造设备（1）特种轧制设备 辊锻机；楔横轧机；数控辗环机（2）摆动辗压机（3）冷挤压机（4）数控弯管机1.2.3 国外液压机的发展状况 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 （1）冷冲压设备 单机联线自动化；大型多工位压力机 （2）锻造设备 2.高速化复合化相结合，提高设备加工效率 在追求高速化加工的同时，还必须尽可能缩短生产辅助时间，以取得良好的技术经济效益。在数控压机上配备伺服电机驱动的三坐标上下料装置，可使冲压中心实现高效板材加工。 3.设备控制系统的发展趋势具有现场通信网络、现场设备互联、互动操作性、分散功能模块、开放式互联网络的现场总线技术，是压力机控制技术的发展方向，对实现自动化具有明显的推动作用。4.注重环境保是当今世界性的潮流许多国外技术塑性成型设备愈来愈重视环保问题，如在数控转塔压力机上，工作台普遍采用柔性的尼龙刷支撑代替传统的滚珠支撑，以减少噪声污染；变速压机实现快速下降，慢速冲裁工件，快速回程，使振动和噪声大大降低。特别是欧洲市场，已基本贯彻ISO14000系列标准，金属塑性成型设备必须通过CE认证。1.2.4 液压机的总体发展趋势液压机是材料成型设备中的重要一员，在现代化工业生产中有着举足轻重的地位，其发展趋势也倍受关注。20世纪60年代以后，金属塑性成型设备改变了从19世纪开始的向重型和大型方向发展的趋势，转而向高速、高效、自动、精密、专用、多品种生产等方向发展。各种机械控制的、数字控制的和计算机控制的自动锻压机械以及与之配套的操作机、机械手和工业机器人也相继研制成功。现代化的金属塑性成型机械科产生精确制品，有良好的劳动条件，对环境污染很小。1.3 液压机的工作原理和结构特点1.3.1 液压机的工作原理液压机是一种以液体为介质用来传递能量以实现多种锻压工艺的机器。液压机是根据帕斯卡原理制成，其工作原理如图1-1所示。两个充满液体具有柱塞的封闭容腔由管道相连通，当柱塞1上作用有力P1时，液体的压强为p=P1/A1,A1为柱塞1的横截面积。根据帕斯卡原理：在密闭容器中液体压力在各个方向上完全相等，压强p将传递到容腔内的每一个点，大柱塞2上将产生向上的作用力P2，使工件3变形，且P2=P1(A2/A1)式中A2柱塞2的横截面积。液压机一般由本体（主机）及液压系统两部分组成。 图1-1 液压机工作原理 图1-2 液压机本体结构图 1-小柱塞 2-大柱塞 3-工件 1-上横梁2-立柱3-下横梁4-回程缸5工件 6-回程柱塞7-活动横梁8-工作柱塞9-工作缸最常见的液压机本体结构见图如图1-2所示。它由上横梁1，下横梁3，四个立柱2和16个内外螺母组成一个封闭框架，框架承受全部工作载荷。工作缸9固定在上横梁1上，工作缸内装有工作柱塞8，它与活动横梁7相连接，活动横梁以4根立柱为导向，在上、下横梁之间往复运动，活动横梁下表面一般固定有上模，而下模则固定于下横梁3的工作台上。当高压液体进入工作缸并作用于工作柱塞上时，产生了很大的作用力，推动柱塞，活动横梁及上模向下运动，使工件5在上、下模之间产生塑性变形。回程时，工作缸通低压液体，高压液体进入回程缸，推动回程活塞6及活动横梁向上运动，回到原始位置，完成一个工作循环。液压机的工作循环一般包括停止、冲液行程、工作行程及回程。上述的不同行程是由操纵系统控制液压系统中各种功能的阀门动作来实现的。液压机的液压系统包括各种高低压泵、高低压容器（油箱、冲液罐、蓄势器等）、阀门及相应的连接管道等。其传动方式可分为泵直接传动和泵-蓄势器传动两种。1.3.2 液压机的特点与其他锻压设备相比，液压机具有以下特点：（1） 基于液压传动的原理，执行元件（缸及柱塞或活塞）结构简单。结构上易于实现很大的作用力，较大的空间及较长的行程，因此适应性强，便于压制大型工件或较长较高的工件。（2） 在行程的任何位置均可产生压力机额定的最大压力。可以在下转点长时间保压，这对许多工艺是十分需要的。（3） 可以用简单的方法（各种阀门）在一个工作循环中调压或限压，而不至超载，容易保护各种模具。（4） 滑块（活动横梁）的总行程可以在一定范围内任意地无级地改变，滑块行程的下转点可以根据压力或行程的位置来控制或改变。（5） 滑块速度可在一定范围内进行调节，以适应工艺过程对滑块速度的不同要求。用泵直接传动时，滑块速度的调节与压力及行程无关。（6） 与锻锤相比，工作平稳，撞击、振动和噪声较小；对工人健康、厂房基础、周围环境及设备本身都有很大好处。液压机缺点：（1） 用泵直接传动时，安装功率比相应的机械压力机大。（2） 由于工作缸内升压及降压都需要一定时间，阀的换向时间较长以及空程速度不够高，因此在快速性方面不如机械压力机，故高速冲压自动机仍以机械压力机为主。近年来液压机在快速性方面已有不少改进。（3） 由于液体具有可压缩性，如卸载时瞬时释放能量，会引起振动（压机本体或系统），因此不太适合于冲裁、剪切等工艺。（4） 工作液体有一定使用寿命，到一定时间应更换。1.4 液压机的分类液压机有如下几种分类方法：（1） 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。（2） 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）、框架式和卧式等。（3） 按工艺用途分类可分为如下几种：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、双动等结构形式；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（4） 按活动横梁的运动方式分类可分为：上压式液压机；正装式液压机；下拉式液压机（5） 按传动形式分类可分为：泵直接传动液压机；泵-蓄势器传动液压机。1.5 本章小结本章主要简介液压机在现代工业中的地位及其在国内外的总体发展趋势，以及目前的发展水平，并介绍液压机的特点、分类及其工作原理。第2章 液压机本体结构设计2.1 液压机的结构特点及设计参数液压机的本体是液压机的两大组成部分之一，一般由机架、液压缸部件，运动部分及其导向装置所组成。2.1.1 液压机本体结构特点液压机本体结构最显著的特点是工作空间宽敞、便于四面观察和接近模具。整机结构简单，工艺性较好，但立柱需要大型圆钢或锻件。 液压机最大的缺点是承受偏心载荷能力较差，最大载荷下偏心距一般为跨度（即左右方向的中心距）的百分之三左右；由于立柱刚度较差，在偏载下活动横梁与工作台间易产生倾斜和水平位移；同时立柱导向面磨损后不能调整和补偿。这些缺点在一定程度上限制了它的应用范围。2.1.2 2000KN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，又称主参数，它是表示液压机主要特性的参数。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。本设计为2000KN四柱式通用液压机，其主要技术规格为：（1） 公称压力 2000KN（2） 液体最大工作压力 25MPa（3） 回程压力 400KN（4） 顶出压力 250KN（5） 拉伸时压边压力 210KN（6） 工作台距地面高度 500mm（7） 活动横梁下平面距工作台面最大距离 1120mm（8） 活动横梁最大行程 710mm（9） 顶出缸距工作台面最大距离 295mm（10） 顶出活塞最大行程 200mm（11） 工作台有效面积（前后左右） 900900mm（12） 活动横梁行程速度 空载下行程 100mm/s 加压慢速行程 12mm/s 回程最大 55mm/s（13） 顶出活塞行程速度 回程最大 90mm/s 顶出最大 40mm/s（14） 主机轮廓尺寸 左右 1240mm 前后 900mm 地面以上高度 3950mm（15） 机器占地面积 左右 2615mm 前后 2120mm 地面以上高度 3950mm（16） 总功率 22.75kw2.2 上横梁结构的设计2.2.1 结构形式上横梁位于立柱上部，用于安装工作缸，承受工作缸的反作用力，亦可安装回程缸及其他辅助装置。对于中小型液压机，其结构形式有：铸造及焊接两种。本设计为2000KN四柱式通用液压机，上横梁采用铸造结构，材料为HT200，其结构形式如图2-1所示。不论采用铸造或焊接形式的上横梁，都应进行必要的热处理，消除其内应力。上横梁结构无论采用铸造或是焊接形式，都应尽可能设计成上、下封闭的箱式结构，以便受力后使应力分布较合理。此外，结构设计应考虑到起重和清砂的方便。上横梁断面分布应根据其受力情况来考虑，一般梁的中部高度较两端稍高。在立柱中心距较小时，为了便于加工，常设计成等高粱。与立柱联接部位的高度，虽受力较小。一般也不小于中间高度的二分之一。图2-1 铸造上横梁结构图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主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。结合生成情况，具体要求为：（1） 安装主油缸孔的轴线与油缸台肩的贴合平面不垂直度可允差0.06/1000mm。（2） 调节螺母的接触平面与油缸台肩的贴合平面不平行度可允差0.05/1000mm。（3） 锁紧螺母接触面与调节螺母接触面（立柱穿过孔的上平面与下平面）间不平度可允差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可允差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联接方式常见有以下两种： 图2-2 用圆螺母固定的结构 图2-3 用法兰盘固定的结构（1）依靠圆螺母固定油缸。如图2-2，上横梁1，油缸2，圆螺母3。油缸外圆与上横梁定位孔配合一般选用D4/dc4，利用圆螺母将油缸紧固于上横梁上。（2）利用法兰盘固定油缸。如图2-3，上横梁1，油缸2，法兰盘3，双头螺栓4，螺母5。与上一种方法相似，用法兰盘及螺栓螺母代替圆螺母。上述两种方法都是采用联接零件来固定油缸的位置。当油缸加压时，油缸台肩传递反作用力于横梁，联接零件（圆螺母或法兰盘）不受反作用力的作用，只有当油缸回程工作时，回程力作用于联接零件上。故联接零件的强度只需满足回程力要求即可。油缸为柱塞式时，联接零件只承受部件的重量。除了上述两种固定方法外，还可采用上横梁与油缸铸成一整体的形式。2.3 工作台结构的设计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。图2-4 铸造工作台结构图工作台所选材料以及其结构形式和上横梁相同。本设计为2000KN四柱式通用液压机之工作台，采用铸造结构，材料选用HT20-40。中间的台阶孔为安装顶出缸用，其结构如图2-4所示。2.3.2 加工技术要求工作台是整机的基础性零件，是安装模具的基准。此外，在工作台上还要安装顶出缸和其他零部件。因此，对工作台面的不平度、各部件安装定位基面均应有必要的技术要求。根据生产情况，具体要求为：（1） 工作台台面不平直度，按JB293-73标准允差0.05/1000mm。（2） 安装顶出缸孔的轴线与顶出缸台肩贴合平面间不平行度允差小于0.03/300mm。（3） 顶出油缸台肩之贴合面与工作台面间不平行度允差小于0.05/300mm。（4） 立柱锁紧螺母之贴合平面与工作台台面间不平行度允差小于0.16/300mm。（5） 立柱孔尺寸一般比立柱插入端直径大1mm左右。2.3.3 工作台与顶出缸的联接方式图2-5 工作台与顶出缸联接方式对于中小型通用液压机，一般来说顶出力不大。常采用的结构如图2-5。工作台1，顶出缸2，螺母3，顶出缸结构采用活塞式。此结构优点为结构简单，安装方便。缺点为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。2.3.4 固定模具的结构为了固定模具，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。表2-1 T型槽（GB158-59） （mm）注 1.尽可能不采用括号内的尺寸。 2.“a”尺寸公差根据用途可按D1、D4、D6或自由公差选取。 3.“a”两边光洁度按采用精度等级决定，其余均按3加工。 4.可做成带有铸造后不加工的槽。 （a）交叉布置 （b）平行布置图2-6 T型槽布置图T型槽的尺寸和数量主要根据液压机回程吨位（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型槽常用交叉布置（图2-6a），尺寸较大的工作台的T型槽，常采用平行布置（图2-6b）。2.4 立柱 立柱是四柱式液压机重要的支承件和受力件，同时又是活动横梁的导向基准。因此，立柱应有足够的强度与刚度，导向表面应有足够的精度、光洁度和必要的硬度。2.4.1 结构形式 （a） （b） （c） （d）图2-7 立柱结构形式立柱与上横梁、工作台的联接方式是表明立柱结构的主要特征。在选择立柱结构时，应考虑到它与上横梁、工作台间应可靠预紧、安装方便和便于调整机器的精度。常用结构形式有：（1） 两梁都用立柱台肩支承，用锁紧螺母上下加以锁紧。（图2-7a）（2） 两梁都用调节螺母支承，用锁紧螺母上下加以锁紧。（图2-7b）（3） 上横梁用立柱肩支承，调节螺母安装于工作台面上，两端用锁紧螺母锁紧。（图2-7c）（4） 上横梁用立柱台调节螺母支承，立柱肩台支持在工作台面上，两端用锁紧螺母锁紧。（图2-7d）上述结构可以看出：第一种结构中，上横梁与工作台间距由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。第二种结构组成零件最多。由于调节螺母起立柱台肩的支承作用，且可调整两梁的支承距离，对立柱有关轴向尺寸要求不严格，紧固较容易。但对立柱螺纹精度以及调节螺母精度要求较高，机器精度调整较麻烦。第三及第四种结构基本相同，精度调整和加工也不很复杂，但总装后立柱预紧不如第二种方便。本设计采用第四种结构，加工情况与第三种相同，但精度调整较第三种简便可靠。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。结合生产情况具体要求为：（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之半。（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钢。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 充液阀充液阀实质上是可控单向阀的一种。现代液压机为了提高生产率或热压成型时减少工件的温降，要求有较快的空程速度和回程速度，往往是压制速度的几十倍。对于中小型液压机，若运动部件重量较小时，采用快速油缸是减少功率的有效措施之一。快速油缸部分，由油泵直接供油，而外缸同样需依靠充液阀来吸油补充其不足。充液阀按其工作原理可分为常开式及常闭式两种，中小型液压机一般均采用常闭式结构。2.5.1 充液阀工作原理充液阀的作用有两个，如图2-8。第一，当活动横梁自重下行时，油缸上腔产生真空，吸开充液阀，油箱之油液通过充液阀大量流入主缸上腔，填充其不足。第二，当活动横梁快速回程时，油缸上腔之油液通过充液阀迅速排入油箱。 图2-8 充液阀原理图 图2-9 立式充液阀结构原理图2-8是充液阀的典型结构形式。它是常闭的自动开启式的，具有很大的阀径，采用蕈形阀和双弹簧结构，质量小，惯性小，动作灵活可靠。这种充液阀装在缸底，并整个浸在充液箱的油中。活动横梁下行时，缸内产生真空，在大气压力的作用下，克服小弹簧的力量，但单向阀开启，油箱的油大量充入油缸。当活动横梁减速及加压时，缸内真空度消失，小弹簧使单向阀自动关闭，这时，压力油推动活塞完成工作行程及加压行程。单向阀在高压下紧紧关闭，防止主缸高压油泄漏。回程时，接操纵油压p，推动控制活塞，克服大弹簧的力量推动单向阀，当油缸泄压后，单向阀被顶开，油缸内油液通过单向阀迅速排回充液箱，实现回程动作。2.5.2 充液阀的结构形式图2-9为立式充液阀结构，上述充液阀无泄压装置，因此，在充液阀排油时都必须使油缸先泄压，即需外加泄压装置。本设计为2000KN四柱式通用液压机，使用立式无泄压装置的充液阀，采用QF1预泄换向阀泄压。也可采用其他元件泄压。带泄压阀的充液阀特点是将上述两作用合并在一起，在充液阀本身增加泄压元件。2.6 工作缸 液压缸是液压机的主要部件之一，其作用是将液体的压力能转换为机械功，即在高压液体的作用下，推动活塞（或柱塞）使活动横梁下行，并将液体压力经活动横梁传到工件上，使工件产生变形。2.6.1 结构形式液压机上所用的液压缸基本上都是高压缸。按其结构的不同可分为柱塞式、活塞式和双头柱塞式。实际使用中采用何种结构要根据液压机的总体结构、缸的总压力及行程大小、液压机的工作条件及生产厂的制造能力等因素综合确定。柱塞式液压缸的基本结构如图2-10所示。是一种单作用液压缸，只能从一个方向加压，当高压液体从进油口输入时，在液体压力作用下柱塞被向外推出进行工作，此时柱塞2在导套3内运动，导套起导向作用，4为密封，用以保持液体压力，防止高压液体泄漏，密封下有压套5、法兰6及螺柱螺母8、9等零件组成，它们主要起支承密封的作用。由于柱塞式液压缸是单作用的，反向运动要靠另外的回程缸实现，只有在上移式液压缸中可以靠运动部件本身的重量回程。柱塞式液压缸的内壁与柱塞不接触（锻造缸间隙为1015mm，铸造缸为2030mm）。这样，出了安装导套和密封部分外，内壁其余部分可以粗加工甚至不加工，液压缸的加工可大为简化（尤其是对直径或行程较长的缸），因此，柱塞式液压缸广泛应用于大中型液压机上。 图2-10 柱塞式液压缸结构形式2.6.2 设计尺寸2.6.2.1 主要尺寸的确定液压缸内径可按下式计算： (2-1) 公称压力F=2000KN,液体最大工作压力p=25MPa。将上述数据带入式（2-1）可得 根据附表1，将液压缸内径圆整为标准系列直径D=320mm。活塞杆直径d按及附表2活塞杆外径直径系列，圆整到相近的标准直径，以便采用标准的密封元件。本设计选取d=280mm.。按下式计算液压缸外径： （2-2） 当工作油压p已知时，可按，计算缸筒的外径，即D1=1.4D，代入数据可得D1=420mm。2.6.2.2 缸底厚度计算液压缸缸底为带孔的平底，按下式计算： （2-3）将数据带入式（2-3）可得 2.6.2.3 液压缸工作行程的确定液压缸工作行程长度，可根据执行机构实际工作的最大行程来确定，并参照附表3中的系列尺寸选取标准值，L=500mm。2.6.2.4 缸盖厚度的确定一般液压缸多为平底缸盖，其有效厚度t按强度要求可用下式进行近似计算。有孔时： （2-4）式中t缸盖有效厚度，m； D2缸盖止口内径，m； d0缸盖孔的直径，m； py实验压力，一般取最大工作压力的（1.251.5）倍,Mpa。将数据带入式（2-4）可得 2.6.2.5 液压缸最小导向长度的确定当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到缸盖滑动支承面中点的距离H称为最小导向长度（图2-11）。如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一定的最小导向长度。图2-11 液压缸的导向长度对一般液压缸，最小导向长度H应满足以下要求： (2-5) 式中 L液压缸的最大行程； D液压缸的内径。将数据带入式（2-5）可得 活塞的宽度B一般取为(0.61.0)D；缸盖的导向长度L1，根据液压缸内径D而定。当D80mm时，取L1=(0.61.0)D；当D80mm时，取L1=(0.61.0)d。2.6.2.6 缸体长度（高度）的确定液压缸缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体外形长度还要考虑到两端端盖的厚度。一般液压缸缸体不应大于内径的2030倍。2.7 活动横梁结构的设计图2-12 活动横梁结构图活动横梁的主要作用为：与主油缸活塞杆联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；安装与固定模具及规矩等。因此需要有较好的强度、刚度及导向结构。2.7.1 结构形式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。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装专用液压机，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。铸件应将壁厚设计均匀，开有环形的集油槽，以便贮存油缸缸口部漏渗的油液，其结构如图2-12所示。2.7.2 加工技术要求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。材料选用HT200，铸件在加工前，应退火处理，消除内应力。铸件外观表面不得有凹凸现象，必须保证铸件轮廓的弧线、直线和平面；铸件不得有影响质量的气孔、裂纹等缺陷，冒口处要铲除磨平；铸件必须清理净型砂，非加工面一律涂上红色防锈漆。2.7.3 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应相互平行，它应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下平面亦要求平行等。结合生产气孔具体要求为：（1）联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）活动横梁下平面不平直度，按JB1293-73标准允差为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）下平面对上平面不平行度允差0.06/1000mm。（5）四立柱孔中心距公差，前后、左右均为0.20mm，对角线上孔间距公差按下式计算求出： （2-6）式中 对角线上孔间距及公差，mm。 左右方向上孔间距及公差，mm。 前后方向上孔间距及公差，mm。（6） 四立柱孔与导套外圆配合精度D3/gd，中心孔与活塞杆外圆配合精度D4/dc。2.8 本章小结本章主要介绍了液压机本体结构的设计，对上横梁、工作台、活动横梁、立柱以及工作缸等地结构形式和形状尺寸要求等进行了简要的介绍。第3章 液压机的强度与刚度计算3.1 工作缸的强度计算根据第2章的设计计算，可知主油缸的外径D1=420mm，油缸内径D=320mm，活塞杆直径d=280mm。其实际工作压力为：主压力P=0.785p(N),回程压力P回=0.785（）p(N),p为液体工作压力（MPa）,本设计中选用的p为250MPa。根据结构尺寸，得：主压力：回程压力：3.1.1 缸体的强度计算3.1.1.1 中段强度缸体材料选用35锻钢，应用第四强度理论进行计算。 =100120MPa式中符号尺寸见图3-1 3.1.1.2 支承台肩处强度计算1.支承台肩结构见图3-2，其接触面挤压应力： 式中： 许用挤压应力（MPa） 120MPa 图3-1 油缸结构图 图3-2 油缸支承台肩处尺寸2.从图3-2可见，台肩处断面上的合成应力为弯曲应力与拉伸应力之和。即 式中： T= h=20mm h1=52.5mm 材料波松比系数。 钢：=0.3；铸铁：=0.25 得：代入数据，可求出Ma： =16KN3.1.1.3 缸底强度计算缸底结构如图3-3，按圆形平板弯曲计算： 图3-3 缸底结构尺寸 图3-4 缸口结构 式中： p=25MPa D=320mm B=110mm D1=120mm D2=20mm =0.78代入上式，可得： 3.1.2 缸口部分的强度计算3.1.2.1 作用在缸口导套及法兰盘上的力 KN式中符号见图3-4，尺寸为： D1=320mm d=280mm KN3.1.2.2 螺栓计算螺栓选用12个M30的沉头螺栓，材料为45钢，M30的螺纹内径为d内=26.2。螺栓拉伸应力为： 式中： n螺栓数目 n=12 F1螺栓截面积（mm） F1=0.785 许用拉伸应力 对大于M12螺栓 120MPa 对小于M12螺栓 100MPa 3.1.2.3 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： 式中符号见图3-4，尺寸为： D1=320mm D2=305mm带入数据，可得： 3.1.2.4 法兰盘计算法兰材料选用35钢，故弯曲应力： 式中符号见图3-4，尺寸为： D3=340mm Dcp=315mm D4=480mm d0=32mm H=65mm代入数据，可得 弯3.2 活塞部分的强度计算活塞杆材料为35钢，活塞杆直径为280mm，长度2000mm，长径比值7。在加压过程中活塞仅受压，面积较大。故对其挤压及稳定性可略去不计。3.2.1 活塞头部导向套计算图3-5 活塞头部结构导套材料为HT20-40，活塞头部结构见图3-5。导套挤压应力为： 式中符号见图3-5，尺寸为： d=280mm d1=200mm S=2mm S2=3mm 许用挤压应力MPa =1000MPa代入数据，可得 3.2.2 活塞头部锁母螺纹应力计算锁母螺纹所受的力 （KN）式中符号见图3-5，尺寸为： D=320mm d1=200mm带入数据，可得 螺纹剪切应力： 螺纹弯曲应力： 式中 螺纹选取为M2804 d中螺纹中径（mm）, d中=277.4mm； D内螺纹内径（mm）, d内=274.8mm； b螺纹长度（mm）, b=56mm； t螺距（mm）, t=4mm； h螺纹高度（mm）, h=25.9mm； k螺纹完满系数，对三角形螺纹取k=0.81。代入数据，可得 3.2.3 活塞与活动横梁端面挤压应力活动横梁材料选用HT20-40，取许用挤压应力=100MPa。得：图3-6 活塞与活动横梁联接图 式中各符号见图3-6，尺寸为： d=280mm S=5mm d4=125mm S4=3mm代入数据，可得 3.2.4 活塞与活动横梁联接螺母计算螺纹剪切应力： 螺纹弯曲应力： 式中各符号尺寸为：螺纹选取M1504故：螺纹内径 螺纹高度h=2.6mm 式中 b螺纹长度（mm）, b=85mm； t螺距（mm）, t=4mm； K螺纹完满系数，三角形螺纹取K=0.81； P回回程吨位（KN）, P回=462KN。代入数据，可得 3.3 上横梁结构的强度与刚度计算3.3.1 受力分析上横梁可视为受两集中力，两端支承的简支梁。图3-7所示受力图及剪力弯矩图。其中： P公称压力（KN），P=2000KN； D油缸台肩尺寸（mm），D=480mm； B立柱中心距（mm）， B=1000mm；在主截面（）所受弯矩： （a）截面 （b）等量简化截面图3-7 上横梁受力图 图3-8 与横梁截面及简化截面截面剪力： 3.3.2 主截面（）强度计算表3-1 主截面（）强度参数序号截面宽度(mm)截面高度（mm）截面积（mm）面积重心至X轴距离(mm)截面对X轴的静面矩（mm）截面矩与面积重心至X轴距离乘积（mm）各截面积的惯性矩（mm）11001010050550500255025008333.3324306025804701212600569922000774000032103063042526775011379375047250041901803420330112860037243800092340000521090189019536855071867250127575006160801280110140800154880006826666.6772002040060240001440000133333.338420401680305040015120002240000911010110555027509166.67总计5101109032437501171966250122527500H重心至X轴距离： 截面对X轴的惯性矩： 截面对X轴（形心轴）的惯性矩： 在受压截面上弯曲应力： 在受拉截面上弯曲应力： 由计算得在主截面（）上弯曲应力小于许用应力。3.3.3 主截面（）强度计算根据材料力学可知断面抗剪切力主要由立柱承受，故可按简化截面矩形（见图3-9b）来计算。其最大应力在中心横断面。 (a)截面 （b）等量简化截面图3-9 截面及其简化截面 式中： Q截面剪切力（KN） B简化截面宽度（mm） B=25mm H简化截面高度（mm） H=480mm 3.4 本章小结本章主要是介绍液压机强度与刚度的计算，通过受力分析，对工作缸、活塞部分以及上横梁进行强度计算并对其进行校核，这是本次液压机设计的基本保障，通过校核完全符合要求，这说明液压机的设计是合理的。附录一 四柱式万能液压机精度（JB1293-73）1.本标准适用于四柱式万能液压机。2.偏差须按允差栏内所列的规定长度测量。当实际可测量的长度超过规定时，不能推算，允差不变；小于规定时，允差按可能测量的最大长度折算。折算结果，其微米位数小于5以5计，超过5不足10以10计；但总允差值小于0.01mm，则仍以0.0mm计。3.工作台面是液压机的检验基准面。4.工作台板必须符合下列允差：（1）上平面和下平面的不平度允差在1000mm长度上为0.05mm；（2）上、下两平面间的不平行度允差在1000mm长度上为0.16mm。 检验1 精 度 检 验检 验 项 目检 验 方 法允 差 mm 工作台面的不平度 将平尺的检验面，按不同方向放在工
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