设计说明书论文

沈阳化工大学科亚学院 本科毕业论文 题 目： 350 柱 式平板硫化机设计 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 机制 1003 学生姓名： 史济沅 指导教师： 董林福 论文提交日期： 年 月 日 论文答辩日期： 年 月 日 毕业设计（论文）任务书 机械制造 专业 1003 班 学生： 史济沅 毕业设计（论文）题目： 350 柱 式平板硫化机设计 毕业设计（论文）内容： 毕业设计（论文）专题部分： 主体结构的设计 起止时间： 指导教师： 签字 年 月 日 摘要 柱式平板硫化机全称为柱式液压传动平板硫化机，它的主要结构有底座、工作缸、柱塞、法兰、可动平台、加热板、上横梁和立柱等部件组成。 平板硫化机的分类：按用途不同 、 按传动系统 、按操纵系统、按平板加热方式、 按结构不同 。 柱塞是平板硫化机的主要零部件之一，它与工作缸、密封装置、压紧法兰等组成了传递压能的部件，主要是将液体的压能转变成带动平台或可动横梁运动的动能。 工作缸是平板硫化机传递力量的主要零件，属于高压下操作的厚壁容器。对于缸体的要求是保压性能好，无泄漏，成本低，导向部分耐磨。 密封装置是工作缸与柱塞组合件的重要组成部分，平板硫化机能否者正常工作，在很大程度上取决于工作缸密封结构的完善程度。 热板为平板硫化机重要部件之一，其主要作用是向模具或制品提供热能和压力，保证制品硫化过程中所需的温度和压力。 可动平台与柱塞连接，当柱塞受液压而升降时，平台亦随之升降，当与上部横梁或热板接触则平台上均匀受压，平台的变形会影响平板硫化机的精度及硫化制品的质量。 上横梁和底座的作用是来承受平板硫化机加压时所产生的作用力，这些零部件用立柱连在一起，并形成一个坚固的封闭构架。 连接方式为柱塞在工作缸内滑动，为了防止漏油在缸的上方放置两个密封圈，一个与法兰相接触，另一个与柱塞相接触，柱塞上部与可动 平台连接，可动平台与下加热板之间有隔热板用螺钉固定，上横梁与上加热板也是中间有隔热板用螺钉固定，上横梁和底座之间用立柱和螺母固定，来确定整个平板硫化机稳定性。 它的基本工作原理是：油泵通过管道进入缸内使柱塞拖动可动平台缓缓上升（但是它的运动速度比较缓慢，往往在底座上方加入 两个辅助油缸，来提高柱塞的上升和下降速度），直至上热板上升到对制品加压的作用，进行保压硫化，完成硫化作用缸内油由管道送出，使可动平台带动下热板放回。这就是整个硫化过程。 关键词： 硫化机；液压传动；底座 as of to to by to a to of a on is of of to a or is is no is of of on of of of of is to to or to in to by or of of or of of by of of to a of on of to by a in in to in at a a of a of is to of a it is to to to to of is by to by is 目 录 第一章 概述 . 1 板硫化机的分类 . 1 板硫化机的发展 . 1 国平板硫化机存在的问题 . 2 第二章 平板硫化机主要技术参数的确定 . 4 第三章 平板硫化机主要零部件的基础结构设计 . 5 塞的设计 . 5 塞的结构及材料 . 5 塞外径的确定 . 5 塞壁厚的确定 . 5 塞内径及其它尺寸 . 6 作缸的设计 . 7 作缸的结构及材料 . 7 作缸内、外径及壁厚的确定 . 7 作缸其它各部件尺寸的确定 . 8 作缸强度校核 . 9 封装置 . 10 封件 . 10 兰尺寸确定 . 11 兰螺栓的选择 . 11 兰压盖弯曲应力校核 . 12 柱与螺母 . 14 柱材料及尺寸的确定 . 14 母的选材及尺寸的确定 . 16 板 . 16 板的结构及材料 . 16 板内电加热元件的选择 . 17 动平台 . 18 动平台的结构及选择 . 18 台受载荷及弯曲情况 . 18 动平台的校核 . 19 动平台的挠度计算 . 21 横梁 . 21 横梁的结构和材料 . 21 矩及弯曲应力的校核 . 22 横梁的最大挠度 . 23 座 . 23 座的结构及材料 . 23 座的强度校核 . 24 结论 . 26 致谢 . 27 参考文献 . 28 沈阳化工大学 科亚学院 学士学位论文 第一章 概述 1 第 一 章 概述 平板硫化机是橡胶机械行业中最常见的基本设备之一，它经常用于橡胶模型制品，胶带，胶版等制品的硫化。在塑料工业中作用加工塑料或者热塑性塑料的压延机，其工作原理和结构与橡胶平板硫化机基本相同。 板硫化机的分类 平板硫化机的使用范围广泛，所以种类也很多，其分类如下： 1 按用途可分为：橡胶模制品平板硫化机、橡胶平带平板平化机、橡胶三角带平板硫化机、橡胶板平板硫化机。 2 按传动系统可分为：液压式平板硫化机、机械式平板硫化机、液压机械式平板硫化机。 3 按操作系统可分为：非自动式平板硫化机、半自动式平板硫化机、自动式平板硫化机。 4 按结构形式可分为： （ 1）按支架结构分为：柱式、框式、侧板腭式、连杆式及回转式平板硫化机； （ 2）按加热平板硫化机的加热层数分为：单层和多层式平板硫化机； （ 3）按液压缸的位置分为：上缸式和下缸式平板硫化机、垂直式和横卧式平板硫化机。 5 按平板加热方式可分为：蒸汽加热、电加热及过热水加热平板硫化机。 平板硫化机作为一种硫化设备，其最大的优点是结构简单，所以至今仍广泛使用，它由柱塞、工作缸、密封装置、压紧法兰盘等组成的传递液压能的部件，将液体的压能转化成带动平台沿立柱运动的动能，利用禁锢在平台和上横梁上的热板给模具加压，加热一定时间，从而满足硫化的三个要求：温度、压力和时间。 板硫化机的发展 建国以来，我国橡胶机械行业发展十分迅速，但是由于我们基础差，起步晚，所以在这一领域还十分落后，从平板硫化机的设计方面讲，目前还存在着很多缺点， 如沈阳化工大学 科亚学院 学士学位论文 第一章 概述 2 操作繁杂、劳动量大、自动化程度低等，所以改进老设备是非常关键、必要的。 近年来，国内对原有的平板硫化机的改进和新型平板硫化机的设计和制造进行了许多工作，主要从热能的合理使用、减少热损失、操作自动化、机械化等方面进行研究改进，以达到高效。优质和低耗的目的，近年来，已研制出装有程序控制器可以自动控制整个硫化工艺过程平板硫化机，减少了工人的劳动强度，提高了生产效率。近年来，我国除对一般模型制品平板硫化机在加热板温度均匀性和热板单位积压力等方面提高性能外，还开发了各种结构形式、技术先进、功能完善的模型制品平板硫化 机，并将微机技术应用于模型制品平板硫化机的功能控制，使我国模型制品平板硫化机的品种和技术水平提高到了一个新的水平。 对于总体来说，我国平板硫化机的发展存在着一些问题，随着我国交通运输事业的新宿发展，高速公路不断铺设，对汽车轮胎的均匀性提出了越来越高的要求，因此，对硫化机的工作精度要求也随之提高。 国平板硫化机存在的问题 目前，就我国轮胎行业而言，广泛应用的仍然是 50 年代发展起来的机械硫化机，由于本身的原因，机械式硫化机存在如下问题： （ 1）上下热板的平行度、同轴度、机械手卡抓圆度和对下热板内孔的同 轴度等精度等级低； （ 2）连杆、曲柄齿轮等主要受力件上运动副是由铜套组成的滑动轴承，易磨损，对精度影响较大； （ 3）上下模受到的合模力不均匀，对双模轮胎定型硫化机而言，而外侧的受力大于两侧的受力； （ 4）合模力是在曲柄销到达下死点瞬间由个手里构建弹性变形量所决定，而温度变化受力构件尺寸发生变化，合模力也随之发生变化，因此，生产过程中温度的波动将造成合模力的波动。 因此，我国硫化机大多还存在着机器过于老，很多的厂家由于经济的原因，不能购买先进的硫化机，但就技术而言，我国平板硫化机的技术水平在最近十年来有了全面 的、显著的提高，大大的缩小了与国家先进水平的差距。完全有理由相信，再过十沈阳化工大学 科亚学院 学士学位论文 第一章 概述 3 年，随着我国的液压件、电器元件等基础元器件的技术进步，我国平板硫化机的整体水平到国际先进水平。 沈阳化工大学 科亚学院 学士学位论文 第二章 平板硫化机主要技术参数的确定 4 第 二 章 平板硫化机主要技术参数的确定 平板硫化机的主要技术参数如下： （ 1）公称合模力 2）热板规格 350350 3）热板层数 2 层 （ 4）热板间隔 100 （ 5）加热方式 电加热 （ 6）最高加热温度 200 （ 7）主机柱塞最大行程 200 8）工作液压 16160kg/ 沈阳化工大学 科亚学院 学士学位论文 第三章 平板硫化机主要零部件的基础结构的设计 5 第 三 章 平板硫化机主要零部件的基础结构设计 塞的设计 柱塞是平板硫化机的主要零件之一，它与工作缸、密封装置、压紧法兰盘等组成了传递压能的部件，将液体的压能装变成带动平台或可动横梁运动的动能。 塞的结构及材料 柱塞的结构形式是根据平板硫化机的吨位大小、工作缸内液压的变动情况、平台的运动速度及其行程等运动设计。 在材料上，根据柱塞结构形式、规格大小和采用的工作液等条件，可以锻制，业可以用铸钢或铸铁制。考虑到柱塞在使用上要求有足够的耐弯及抗压缩强度，工作表面积要有足够的硬度，因此，选用 塞外径的确定 p 中： 柱塞外径 P 平板硫化机的公称吨位， 25， 000 工作液的最高压力 160kg/2 = 25000 160 = 据橡胶机械设计下册 8 2 660柱塞直径大于 150，为了节省材料，减轻重量应制成空心的，所以本设计采用空心柱塞。 塞壁厚的确定 = 1 yy ） 沈阳化工大学 科亚学院 学士学位论文 第三章 平板硫化机主要零部件的基础结构的设计 6 y 铸铁的许用抗压应力 y= y/n 式中 y 铸铁的抗压强度极限，根据橡胶机械设计下册，第八章，当用铸铁制造柱塞时 y=1000取 y=1000kg/ 柱塞的安全系数 n=5 7 取 n=5 K：常数，铸铁的柱塞 K=2 柱塞的外半径， 2/2=80：工作液的最高压力， P=160kg/ = 80 (1 1000 2 1601000 ) = 定 0 =30 D ? D 1图 3塞 柱塞内径 1=600=100塞长度充分考虑工作行程，工作缸长度以及主机安装情况，现暂时无法确定，将在以后的计算中确定。 塞内径及其它尺寸 柱塞长度应充分考虑工作行程，工作缸长度以及主机安装情况，现暂时无法确定，沈阳化工大学 科亚学院 学士学位论文 第三章 平板硫化机主要零部件的基础结构的设计 7 将在以后的计算中确定。 柱塞与平台的连接方式，采用刚性连接，在柱塞外壁上开槽，利用两个半环将诸塞卡住后，用螺栓固定于平台上，半环尺寸初定： 轴向厚度 =30 内径 150 外径 200塞底部轮廓应与工作缸的底部相适应，为了减少柱塞的内部应力，柱塞的筒 壁到底部的轮廓应采用大圆弧渐次过渡连接，壁的厚度应当一致。由以上设计及计算可得柱塞基本结构，形式如图 3示。 作缸的设计 工作缸是平板硫化机传动力量的主要零件，属于高压下操作的厚壁容器。 作缸的结构及材料 本设计采用最常见的带有外部密封装置的工作缸，密封零件填于工作缸壁上部的凹沟内。并采用法兰压紧填料，法兰用螺栓固定在工作缸的凸缘上工作缸的周壁到缸底，应采用大圆弧渐次过渡连接，以防止由于缸壁方向变化引起应力集中。 工作缸为铸件，材料选用 柱塞直径稍大，铸造的工作缸大 15 到 25更大一些 。 作缸内、外径及壁厚的确定 工作缸内腔直径按柱塞的直径选定，较柱塞直径稍大。柱塞直径在 以上时，工作缸内腔直径应比柱塞直径大 工作缸内腔直径： 4+20=180作缸壁厚的确定 铸造的工作缸： = 2p 1） 式中： 工作缸的内径， 3/2=90阳化工大学 科亚学院 学士学位论文 第三章 平板硫化机主要零部件的基础结构的设计 8 材料的许用应力 =b/n 式中 b 材料抗拉强度极限 b=5700kg/n 工作缸的安全系数， n=5 7.取 n=5 =b/n=5700/5=1140kg/ 工作液压 P=160kg/此 =虑铸造会产生偏心、气孔等缺陷和保证零件有足够的致密度，取 =30作缸外径 4=180+230=240 工作缸其它各部件尺寸的确定 （ 1）工作缸底部结构采用球底部，以免应力集中，球底部半径 r=（ 1r3 工作缸的半径 0 r=0=144 取 r=150 2）过渡圆弧半径 r =0=36 r=40 3）工作缸凸肩部分高度的确定 h=0=45了避免曲线过渡区产生应力集中，取凸肩处圆角半径 r=（ 取 r=0= 4）导向长度 2 柱塞外径 60 160=80阳化工大学 科亚学院 学士学位论文 第三章 平板硫化机主要零部件的基础结构的设计 9 为使密封件内进油以增强密封效果，应留 15度。 （ 5）初算工作缸内腔总深度 I=s+2+中： s 柱塞最大行程， 取 s=2001 密封装置长度 初选 02 导向长度 03 其它长度（球形底间隙、防止冲撞等） 取 0=380深度待密封件确定后应适当调整，由工作缸深度可估算柱塞长度，其中考虑到法兰的厚度，取 20塞伸出的长度 100及伸入平台的长度 20 因此 I =380+20+100+20=520 工作缸强度校核 柱塞的细长比 520/160=0，故柱塞为短柱，故不必验算其稳定性，其应力应按照纯压缩压力考虑，平板硫化机采用上述形式的柱塞及工作缸。所存在的主要问题是升降速度较慢，尤其是柱塞下降时完全靠自重下降，下降速度无法控制，为解决这一问题，我们采用了将工作缸与底座整体铸造的形式，即 工作缸与底座合为一体，并在工作缸两侧附以两个小的合模油缸固定于底座。利用两个小油缸来确定快速升降的要求，其油缸的具体结构为标准件。工作缸的结构已基本确定。如图 3 2 所示。 工作缸强度校核（底部部分的校核计算在后面进行说明），工作缸工作时受内压作用。从而产生周向应力 r，径向应力 r 和轴向应力 z，按要求这三种应力均小于许用应力。此时外压 ，内压 P=160kg/向应力为： （ 1）径向应力： r = P = 160kg/ 2）周向应力： t = P (（ 式中： 工作缸外半径 2/2=240/2=1202cm 工作缸内半径 1/2=180/2=90t=160（ 122+92） /（ 122= 3）轴向应力： 沈阳化工大学 科亚学院 学士学位论文 第三章 平板硫化机主要零部件的基础结构的设计 10 z = P z = 160 9212292 = 抗拉强度极限 b = 5700kg/作缸的安全系数 n=5 n=5 许用抗拉应力 = b n = 1140kg/ 三种应力均小于许用应力。故本设计安全，校验合格。 所以校验合格。 1 2 . 51 2 . 55 4 5 3 4 5 1 4 M 2 6 孔深 552 5 0+3 0 05 4 5 1002007551 2 . 5? 1 0 01 2 . 5751604004 ? 3215180701 2 . 71? 4 5 1 2 . 55 4 5 1 2 . 作缸 封装置 封件 封装置是工作缸与柱塞组合件的重要部分 ,平板硫化机能否正常工作 ,在很大程度上取决于工作缸密封结构的完整程度。对密封装置的要求是： (1)密封性能要好 ,密封装置必须保持良好的密封性 ,以免造成工作液的流失 ,影响液压的保持。 (2)结构要简单 ,全部密封结构所消耗饿金属材料要少 ,制造方便 ,不要求过高的加工精度和光洁度 ,制造费用低。 (3)耐久性好 ,安装和拆卸方便。 (4)摩擦阻力要小。 这采用 U 型轴用聚氨酯密封圈 66，盖密封圈的结构及尺寸如图所示；沈阳化工大学 科亚学院 学士学位论文 第三章 平板硫化机主要零部件的基础结构的设计 11 它属于半自紧式密封结构。其密封程度随液压升高而增强，而预紧螺栓保证初始密封所需要的力就可以，适于在工作压力 32作条件工作。 封圈 该 密封圈及其支撑环均为标准件。 另外在法兰断面开槽，放入一 O 型橡胶圈，结构及尺寸如图所示： O 型密封 圈 兰尺寸确定 法兰材料 ，如图 3示 图 3兰 柱塞的外径 60 法兰的内圈外径 D=602 法兰螺栓的中心线直径 10mm b 法兰压环的厚度 b=B=22兰压盖厚度 =20 法兰螺栓的选择 螺栓材料： 阳化工大学 科亚学院 学士学位论文 第三章 平板硫化机主要零部件的基础结构的设计 12 =240 n= 取 n=栓的许用拉应力 =/n=240/00取螺栓： 12 个 工作液压为： 160kg/兰压环面积： f=(2102兰压盖压力： P=中： K 密封系数 ， K 为 K=160 个螺栓承受的载荷： F=P/12=2=余预紧力： ( 取 4066栓的总拉力 Q = F = 4066 +2710 = 105N 根据受力计算单个螺栓直径： d 4 = 4 200 = 用 12 个 螺栓。 按 86 选 足要求。 考虑螺栓间距问题，因此只要螺栓个数是 14 个以上就能满足螺栓间距，选择螺栓个数 14 个。 兰压盖弯曲应力校核 法兰压盖的受力情况如图所示，当其压紧密封材料时，缸内工作缸液压就经密封沈阳化工大学 科亚学院 学士学位论文 第三章 平板硫化机主要零部件的基础结构的设计 13 材料而传递至法兰压环面上，又因为法兰压盖用螺栓禁锢于工作缸的边缘，因而法兰压盖受力后会产生扭转。计算时可当做其受力均与在法兰盖周上。另外，法兰压盖受力后除了受弯矩及内周边偶 M 使其产生横截面扭转变形外，法兰压盖与工作缸紧靠的周边上受弯曲，剪切及压紧密封圈的环状面上受挤压力，因此在确定法兰压盘的尺寸时，各受力处均需要进行强度校核。 弯曲应力校核： 1 = 3P（ D)（ 22kg/中： P 法兰压盖承受力 P=290080 法兰压盖外径 1 法兰压盖压环外径 D=261 法兰压盖内径 92 法兰压盖螺栓孔中心直径 5cm 螺栓孔直径 法兰压盖凸缘厚度 = 法兰压盖压环部分厚度 H=螺栓中心线部分半环重心到法兰盖中心的距离 2（ 2D+（ ）= 压环部分半径中心到法兰压盖中心的距离 223（ D） = 此 1 = 329008（ 2926)32+（ 412922 kg/1 = 200足要求。 直径 断面上弯曲应力校核： 6L 法兰压盖螺栓中心线至密封圈中心线的距离 L = 沈阳化工大学 科亚学院 学士学位论文 第三章 平板硫化机主要零部件的基础结构的设计 14 密封圈中径， 9+26/2+此 L=35=此 629008922 = =200兰压盖凸缘处的剪切应力 = 29 22 = 法兰材料的许用剪切应力 = ( = 200 = 120此 = = 120压应力 292 262） = 184kg = 法兰材料许用应力挤压应力 23= 200此满足各项应力要求。 柱与螺母 柱材料及尺寸的确定 立柱是连接上下横梁的重要受力件，同时又是活动平台的导轨，因此立柱应有足够的强度和刚度，其结构应保证它与上下横梁之间的连接牢固，以免工作时发生晃动，同时力求加工容易，安放方便。 力柱材料： 45 钢。其结构为一根两端带有一定长度梯形螺纹的细长杆，四根立柱与横梁构成一个密闭的空间框架，工作时机油中心载荷也有偏心载荷，立柱受力属于多次静不定问题，计算复杂，立柱受力状况还与受热温差、制造及装配精度有关，要求精确计算时比较困难的。为了简化计算，只 考虑中心载荷，并假设作用力均分在四根立柱上对偏心载荷及其他因素的影响，用增加安全系数办法处理。在计算时还应沈阳化工大学 科亚学院 学士学位论文 第三章 平板硫化机主要零部件的基础结构的设计 15 考虑受力拧紧螺母时对立柱产生的剩余预紧力，则每根立柱插入断所受的应力为： 2 柱塞的公称吨位 P=25000 预紧影响系数 K= K=1.5 n 立柱数 n=4 250004 = 9375定立柱螺纹内径。 根据立柱所承受的拉伸力小于立柱材料的许用应力 即： = 则螺纹的内直径为： 4中： 材料的许用应力， kg/立柱螺纹内直径， 2 立柱所承受的力， 375 = 3n 3 材料的屈服强度极限， 3=240Mp n 材料的安全系数 取 n=3 则： =240/3=8000kg/ 4 800 = 内径为 形螺纹的公称直径为 40距 t=3 立柱的长度随平板硫化机上横梁与平台间的最大间距而定，具体长度由绘图后得出。 四根立柱的分布情况，如图 3 6 所示： 沈阳化工大学 科亚学院 学士学位论文 第三章 平板硫化机主要零部件的基础结构的设计 16 柱分布图 由此可确定平台及上横梁的长度尺寸： 总长 800宽 350柱与上下横梁的连接形式： 采用外螺母紧固，其特点是结构简单，加工容易，但安装调整比较麻烦，需反复调节螺母才能达到上下横梁平衡，而且螺纹处有应力集中，长期使用后螺母容易松动。 母的选材及尺寸的确定 材料为 螺母呈圆柱形，均匀开四个槽，螺纹尺寸与立柱螺纹相配合，外形尺寸为： 外径 D=40=60 D=69度 H=60母和横梁的接触面应加工精密，使其均匀接触，紧密配合。 板 板的结构及材料 热板是平板硫化