〔大学论文〕JH36-400机械压力机机身部分及其上横梁加工工艺的设计（含word文档） .pdf

摘要 通过对机械压力机的发展现状的分析，以及参考双点机械压力机的设计，确定了本课 题的主要设计内容。在确定了机械压力机初步设计方案后，决定采用传统理论方法对 jh36-400 机械压力机机身部件进行设计、计算、强度校核和对压力机上横梁加工工艺的设 计及其计算，采用 auto cad 设计软件对传动系统中各主要零部件及总装图进行了工程绘 图，在参考了某公司生产的闭式双点机械压力机机身部件以及查阅了大量关于机身部件设 计的书籍后，确定机身部件的设计方案，并对其进行了可行性分析，最后对整个设计进行 系统分析，得出整个设计切实可行。 关键词关键词机械压力机 ；机身部件；加工工艺。 abstractabstractabstractabstract through to the mechanical presss development present situations analysis, as well as refers to the jh36-400 mechanical presss design, has determined this topic main design content. after having determined mechanical press preliminary design plan, decided that uses the traditional theory method to carry on the design, the computation, the intensity examination to the jh36-400 mechanical pressure fuselag epartes system; used the auto cad design software each main spare part and the final assembly drawing has carried on the project cartography to the fuselag epartes system in; in referred to some company to have produced the closed two point mechanical pressure engine drive system which as well as has consulted massively after the transmission system design books, the definite fuselag epartes systems design proposal, has drawn up the transmission system schematic diagram, has given fuselag epartes systems working instructions, and has carried on the feasibility analysis to it, finally carried on the system analysis to the entire design, obtained the entire design to be practical and feasible. keywordskeywordskeywordskeywordsmechanical pressepartes of bodyprocessing 目目目目录录录录 1 概述.1 1.1 绪论1 1.2 曲柄压力机的工作原理与结构组成2 1.3 曲柄压力机的发展概况4 1.4 通用曲柄压力机的型号和技术参数6 1.4.1 曲柄压力机的型号.6 1.4.2 通用曲柄压力机的技术参数.8 2 机身结构的设计.9 2.1 机身类型9 2.2 机身结构设计10 2.2.1 机身设计.10 3 机身强度计算.12 3.1 立柱和拉紧螺栓计算12 3.1.1 立柱和拉紧螺栓的受力和变形情况.12 3.1.2 立柱强度验算.14 3.1.3 拉紧螺栓的强度验算.14 3.2 上横量和底座的计算18 3.2.1 上横量和底座的受力分析.18 3.2.2 上横梁的计算.19 3.3 压力机底座的计算23 4 闭式组合机身变形计算.26 4.1 双点压力机底座变形计算公式26 4.1.1 底座变形计算公式.26 4.1.2 压力机底座变形计算.27 4.2 双点压力机上横梁变形计算27 4.2.1 上横梁变形计算公式.27 4.2.2 上横梁变形计算.28 5 机身的紧固.29 5.1 紧固的方法分类29 5.2 紧固的方法选择30 6 上横梁加工工艺设计.31 6.1 上横梁的作用31 6.2 上横梁的工艺分析31 6.2.1 技术要求分析.31 6.2.2 加工方法.32 6.3 上横梁工艺规程设计32 6.3.1 零件的生产类型.32 6.3.2 零件各表面加工顺序的确定.33 6.3.3 切削用量的选择.33 6.3.4 数据计算.34 总结总结. .43 致谢致谢. .44 参考文献参考文献. .45 附附 录录. .46 附录一46 附录二65 1 概述 1.1 绪论 锻压生产在工业生产中占有重要的地位。采用锻压工艺生产工件具有效率高、所量 好，重量轻和成本低的特点。所以，工业先进的国家愈来愈多地采用锻压工艺代替切削工 艺和其他工艺。锻压机械在机床中所占的比重也愈来愈大。近年来，锻压机械的拥有量日 本为 34%，美国为 32.4%。在锻压机械中。又以曲柄压力机最多，占一半以上。 用曲柄压力机可以进行冲压、模锻等工艺，广泛用于汽车、农业机械、电器仪表、国 防工业以及日用品等生产部门。随着工业的发展，曲柄压力机的品种和数量愈来愈多，质 量要求愈来愈显著，压力愈来愈大。它在机械制造工业以及其他工业的锻压生产中的作用 愈来愈显著。例如，在汽车 拖拉机工厂中，用热模锻压力机代替模锻锤生产模锻件已经 成为一个发展的档势。 日本已有四条热模锻压力机生产线， 其中一条 110000 千牛热模锻压 力机自动生产线是在 1971 年建成的，可以生产重达 1400 牛，长达 1.3 米的曲轴以及重达 1000 牛，长达 2 米的汽车前梁生产效率为 60 件/时。从拣料预热、剪切、锻造、检验到包 装发送全部自动进行，全线仅用 24 人。比模锻锤的生产效率高得多，劳动条件大为改善。 西德已经制造了五条 120000 千牛热模锻匠力机自动生产线，供应世界各国。又如，在日 用品生产中，如果不采用高速冲压自动机，那么产品的成本与质量在国际市场上将失去竞 争能力。因此大量制造和使用曲柄压力机，已经成为工业先进国家的发展方向之一。 我国在解放以前，曲柄压力机的生产非常落后，只能制造一些手动冲床。解放以后， 才有了飞速的发展，到目前为止，我们已经制造了 80000 千牛的热模锻压力机，40000 千 牛的双点压力机以及其他各种型号的压力机。但是，与工业先进的国家比较，我国的曲柄 压力机制造业还很落后，主要表现在质量不高、数量不足。品种不全等几个方面特别是缺 乏大型高效的设备。因此，必须大力发展曲柄压力机，以满足四个现代化的需要。 曲柄压力机的类型很多，按照工艺用途分类如下： 1）板料冲压压力机 （1）通用压力机用来进行冲裁、落料、弯曲、成形和浅拉廷等工艺。 （2）拉延压力机，用来进行拉延工艺。 （3）板冲高速自动机，适用于连续级进送料的自动冲压工艺。 （4）板冲多工位自动机，适用于连续传送工件的自动冲压工艺。 2）体积模锻压力机 （1）冷挤压机，用来进行冷挤压工艺。 （2）热模锻压力机，用来进行热模锻工艺。 （3）精压机，用来进行平面精压，体积精压和表面压印等工艺。 （4）平锻机，用来进行平锻工艺。 （5）冷墩自动机，用于制造如螺钉螺母等各种标准件。 （6）精锻机，用来精锻各种轴类工件。 3）剪切机 （1）板料剪切机，用于裁剪板料。 （2）棒料剪切机，用于截裁棒料。 1.2 曲柄压力机的工作原理与结构组成 曲柄压力机是采用机械传动的锻压机器。通过传动系统把电动机的运动和能量传给工 作机构，从而使坯料获得确定的变形，制版所需的工件。 图 11、图 12 分别是曲柄压力机的外形图和运动原理图。其工作原理如下：电动 机通过三角皮带将运功传给大皮带轮 1，从而通过齿轮 2、3、4 把运动传给偏心齿轮 5， 连扦 6 的上端套在偏心齿轮上，下端与滑块 7 用铰链连接，因此，就将齿轮的旋转运动变 成滑块的往复运功。上模装在滑决上，下模装在工作台上。当材料放在上下模之间时，即 能进行冲裁或其他变形工艺，制成工件。气垫 18 是用来顶出工件或在拉伸时作压边用。 由于工艺操作的需要，滑块时而运动，时而停止，因此装有离合器 5 和制动器 4。压力机 在整个工作周期内进行工艺操作的时间很短，即有负荷的工作时间很短，大部分时间为无 负荷的空程。为了使电机的负荷均匀，有效地利用能量，因而装有飞轮。大皮带轮即起飞 轮作用。 图 1-1 闭式压力机机身 图 1-2 压力机传动原理图 从上述的工作原理可以看出，曲柄压力机一般由下面几部分组成： (1)工作机构一般为曲柄滑块机构， 由曲轴、连杆和滑块等零件组成。 (2)传动系统包括齿轮传动和皮带传动等机构。 (3)操纵系统如离合器和制动器。 (4)能源系统如电动机和飞轮。 (5)支承部件如机身。 除上述基本部分以外，还有多种辅助系统与附属装置，如润滑系统、保护装置以及气 垫等。 曲柄压力机的工作机构代表压力机的工作特征，其运动规律将影响压力机的工作性 能，而其受力状况则是压力机强度和刚度设计的基础。压力机的传动系统将影响压力机的 整体布置、外形尺寸、美观以及重量和成本。离合器和制动器是压力机能否正常稳定工作 的关键， 它们的正确设计与使用将会大大提高压力机的工作可靠性和寿命。 压力机工作时， 除需要其有足够的压力外，还需要具有足够的能量。电动机和飞轮的正确选用与合理设计 是获得足够能量的基础，同时也给节约能量提供了途径。所有的部件和零件都支承在机身 上，机身的合理设计将降低压力机的重量，提高压力机的刚度。压力机的辅助装置与系统 将使压力机获得必要的辅助功能，使其安全运转，是提高压力机使用效率不可缺少的组成 部分，其设计好坏在一定程度上标志着压力机的先进与否。 1.3 曲柄压力机的发展概况 锻压生产已有悠久的历史，但是，采用锻压机械进行锻压生产却只有百余年的历史， 十九世纪三十年代，世界上山现了第一台简易的平锻机和蒸汽锤。六十年代生产了一些冲 压用的液压机。直到十九世纪末期，才出现相当规模的曲柄压力机和锻造用的液压机。二 十世纪前期，由于汽车工业的兴起，曲柄压力机以及其他锻压设备得到了迅速发展。众所 周知，由于采用现代化的锻压工艺生产工件具有效率高、质量好、能量省和成本低的特点。 所以，工业先进的国家越来越多地采用锻压工艺代替切削工艺和其他工艺。锻压生产在工 业生产中的地位越来越重要，锻压机械在机床中所占的比重也越来越大。近年来，锻压机 械的拥有量日本为 34，美国为 324。在锻压机械中，又以曲柄压力机最多，占一半 以上。用曲柄压力机可以进行冲压和模锻等工艺生产，它广泛用于汽车、农业机械、电器 仪表、国防工业以及日用品等生产部门。随着工业的发展，曲柄压力机的品种和数量越来 越多，质量要求越来越高，压力越来越大。它在机械制造工业以及其他工业的锻压生产中 的作用越来越显著。例如，在汽车拖拉机工厂中，用热模锻压力机代替模锻锤生产模锻件 已经成为一个发展趋势。日本已有数条热模锻压力机生产线，其少一条 110000kn 热模锻 压力机生产线是在 197l 年建成的， 可以生产重达 140kg， 长达 1 3m 的曲轴以及重达 100kg， 长达 2m 的汽车前梁，生产效率为每小时 60 件。 从装料、预热、剪切、锻造、检验到包 装、发送全部自动进行。全线仅用 24 人，比模锻锤的生产效率高得多，劳动条件大为改 善。德国已经制造了若干条 120000kn 的热模锻压力机自动生产线，供应世界各国。我国 也购置条，对汽车锻件的生产起着良好的作用。又如，冷挤压工艺是项新兴的工艺， 用冷挤压生产的零件表面粗糙度小，尺寸精度高，直径为 20 一 30mm 的零件其公差范围可 控制在 0.015m m 以内，因此，所生产的零件不需进行或少量进行切削加工即可使用。大 大提高了生产率，并节约了原材料。 随着冷挤压工艺的发展，各种类型的挤压机应运而生，正在使加工行业产生巨大的变 化。再如，在日用品及家用电器生产中，如果不采用高速冲压自动机，产品的成本与质量 在国际市场上将失去竞争能力。因此大量制造和使用曲柄压力机，已成为工业先进国家的 发展方向之。 近年来，曲柄压力机正向着高速度和高精度的方向发展，并努力降低噪音提高安全 性，扩大自动化程度，改善劳动条件。特别是采用微型计算机控制的曲柄压力机，更具有 先进的水平。 例如，行程次数 500 次min 左右的高速压力机已普遍应用，美国明斯恃(minster) 公司已生产 250kn2000 次min 的超高速压力机。美国国民(national)公司发展了新系列 的高速冷墩机，m12 四工位螺母冷墩机生产率为每分钟 250 件。 精密冲裁的压力机己发展到 25000 kn，可冲裁的最大板厚已达 25mm，加工的零件周 边的表面粗糙度很小，尺寸精度很高，冲切面的垂直度可达 8930 。 挤压机己发展到 50000kn，多工位挤压机已发展到 45000kn，机器精度不断提高，刚 度已达到同规格的通用压力机的 23 倍。 1982 年在日本大阪国际机床展览会上展出了 55 台锻压设备，其中采用数控的占 34 5，可以人机对话，编成十分方便。日本会田公司制造的 2000kn“冲压中心” ，采用微型 计算机控制，自动换模、换料和调整工艺参数，全部时间只需 5min。德国奥穆科（eumuco） 公司近年来制造的热模锻压力机和平锻机，都已采用微机巡回检测各轴承的温度，显示工 艺力，对压力机的安全运转起着重要作用。 国际标准化组织（iso）规定，在 8590db 的连续噪音下，工作时间不能超过 8h, 而 美国和瑞士规定为 85db。现在德国舒勒（sehuler）公司制造的开式压力机已为 75db。还 有一些公司正在研制低噪音（75db）的折弯机和冷墩自动机。 我国解放以前，曲柄压力机的生产非常落后，只能制造一些手动冲床。解放以后才有 了飞速的发展，到目前为止，我们已经制造了 80000kn 的热模锻压力机，40000kn 的双点 压力机以及其他各种型号的压力机。近年来，由于自行研究和引进技术，研制水平达到了 一个新的高度。我国的汽车制造厂，电机电器制造厂以及有关的工厂都装备着不少新型的 曲柄锻压机械。但是，与工业先进的国家比较，我们的曲柄压力机制造业仍属落后，主要 表现在质量不高，性能不好和品种不全等方面，特别缺乏大型高效的设备。因此，必需大 力发展曲柄压力机，以满足现代的需要。 1.4 通用曲柄压力机的型号和技术参数 1.4.1 曲柄压力机的型号 按照 jbgq200384 型谱，曲柄压力机的型号用汉语拼音字母、英文字母和数字表 示，例如 ja31l 60b 型号的意义是： 图 1-3 机床型号 现将型号的表示方法叙述如下： 第一个字母为类代号，代表八类锻压设备中某类设备。在八类锻压设备中，与曲 柄压力机有关的有五类。机械压力机用拼音字母 j 表示，线材成形自动机、锻机、剪 切机和弯曲校正分别用 z、d、q 和 w 表示。 第二个字母代表同一型号产品的变型顺序号，凡主参数与基本型号相同，但其他 某些基本参数与基本型号不同的，称为变型，用字母 a、b、c表示第一、第二、 第三种变型产品。 第三、四个数字为组、型代号。在型谱中，每类锻压设备分为 10 组，每组分为 10 型。第一个数字代表“组” ，第二个代表“型” 。 “31”在型谱中查得为“闭式单点 压力机” 。 横线后面的数字代表主参数。 一般用压力机的公称压力(见下面叙述)作为主参数。 型谱中的公称压力用工程单位制的“吨”表示，故转化为法定单位制的“千牛”时， 应把此数字乘以 10。例如此处 160 代表 160 t，乘以 10 即为 1600kn。 最后一个字母代表产品的重大改进顺序号，凡型号已确定的锻压机械，若结构和性 能上与原产品有显著不同，则称为改进，用字母 a、b、c 代表第一、第二、第三次 改进。有些锻压设备，紧接组、型代号的后面还有一个字母，代表设备的通用特性， 如 字母 k 代表数控，g 代表高速等。 表 1-1通用压力机型号 1.4.2 通用曲柄压力机的技术参数 曲柄压力机的技术参数反映了压力机的工艺能力、加工零件的尺寸范围以及有关生产 率等指标，现分述如下： 1) 公称压力 p，及公称压力行程 s 曲柄压力机的公称压力(或称额定压力)是指滑块离下死点前某一特定距离(此特定距 离称为公称压力行程或额定压力行程)或曲柄旋转到离下死点前某一特定角度(此特定角 度称为公称压力角或额定压力角)时， 滑块所容许承受的最大作用力。 例如 630、 1000、 1600、 2500、3150、4000、6300kn。这个系列是从生产实践中归纳整理后制订的，既能满足 生产需要，又不致使曲柄压力机的规格过多，绘制造带来困难。当然专为实现某工艺的压 力机也可以按实际需要的工艺力来确定公称压力。在型谱中，通用压力机一般以公称压力 作为主参数，其他技术参数称为基本参数。 2) 滑块行程 s 它是指滑块从上死点到下死点所经过的距离。它的大小将反映压力机的工作范围。行 程较长，则能生产高度较高的零件，通用性较大。但压力机的曲柄尺寸要加大，随之而来 的是齿轮模数和离合器尺才均要增大，压力机造价增加。而且模具的导柱导套可能脱离， 影响工件精度和模具寿命。此外，滑块的速度也要加大。所以，应该适当选择行程长度。 3) 滑块行程次数 n 它是指滑块每分钟从上死点到下死点，然后再回到上死点所往复的次数。行程次数越 高，生产率越高，但次数超过一定数值以后，必需配备机械化自动化送料装置，否则不可 能实现高生产率。行程次数提高以后，机器的振动和噪音也将增加。现代的压力机，有提 高行程次数的趋势。 4) 最大装模高度 h,及装模高度调节量h； 装模高度是指滑块在下死点时，滑块下定向到工作台板上表面的距离。当装模高度调 节装置将滑块调整到最上位置时，装模高度达最大值，称为最大装模高度。上下模的闭合 高度应小于压力机的最大装模高度。装模高度调节装置所能调节的距离，称为装模高度调 节量。与装模高度并行的标准尚有封闭高度。所谓封闭高度是指滑块在下死点时，滑块下 表面到工作台上表面的距离。它和装模高度之差恰是工作台板的厚度。装模高度及其调节 量必需适当，增大其数值固然能安装闭合高度较大的模具，适应性较大，但若安装高度较 小的模具时，则需增添附加垫板，给工作带来不便。而且，压力机的高度也相应增加。 5) 工作台板及滑块底面尺寸 它是指压力机工作中间的平面尺寸。它的大小直接影响所安装的模具的平面尺寸以及 压力机平面轮廓的大小。 2 机身结构的设计 机身是压力机的一个基本部件。所有零部件都装在机身上面。工作时要承受全部工作 变形力(某些下传动压力机除外)。因此机身的合理设计对减轻压力机重量，提高压力机刚 度，以及减少制造工时，都具有直接的影响。 2.1 机身类型 机身分为两大类型即开式机身和闭式机身。前者三面敞开，操作方便，但刚度较差， 适用于中小型压力机；后者两侧封闭，刚度较好但操作不如开式的方便，适用于中大型压 力机以及某些精度要求较高的小型压力机。 开式机身常见类型如图 2-l 所示。按机身背部有无开口可分为双柱机身(如图中 a)和 单柱机身(如图中 b、c)。按机身是否可以倾斜分为可倾机身(如图中 a)和不可倾机身(如 图中 b、c)。按机身的工作台是否可以移动分为固定台(如图中 b)和活动台(如图中 c)。 此 外尚分柱形台、转动台等。不同的机身型式有不同的用途，双柱可倾机身便于从机身背部 卸料，有利于冲压工作的机械化与自动化。活动台机身可以在较大范围内改变压力机的装 模高度，适用工艺范围较广。单柱固定台机身一般用于公称压力较大的开式压力机。 （a）（b）（c） 图 2-1 开式机身类型 (a) 双柱可倾机身(b)单柱固定台机身(c)单柱活动台机身 闭式机身常见类型如图 22 所示。整体闭式机身加工装配工作量较少；但需要大型 加工设备，运输也较困难。组合闭式机身(如图中所示)是由上梁、立柱、底座和拉紧螺栓 组而成，因此，加工运输比较方便，在大中型压力机里此种机身应用较多。 图 2-2 组合式机身 2.2 机身结构设计 2.2.1 机身设计 机身作为压力机的主要零件，大部分零部件都安装固定在上面。机身由全钢焊接的上 横梁、底座和立柱组成，通过四根拉杆螺栓预紧形成整体框架。三件间通过定位套定位。 此三件为压力机的主受力件，采用全钢焊接，并进行消除内应力处理，具有高的强度和刚 度。同时用数控机床进行加工，保证高的加工精度。 机身结构设计应满足下列要求： (1)机身在满足强度、刚度的条件下，力求重量轻、节约金属。 (2)结构力求简单，并便装于其上的所有部件、零件容易安装、调整、修理和更换。 (3)结构设计应便于铸造或烽接和机加工。 (4)必须有足够的底面积，保证压力机的稳定性。 (5)结构设计应力求减少振动和噪音。 (6)结构设计力求外形美观。 机身结构分为铸造结构和焊接结构两种。铸造结构使用材料有 ht2040 铸铁、qt42 10 球铁和 zg35 铸钢等。焊接结构使用材料多为 3 a钢板，也有用 16mn 钢板。铸造结构 的材料比较容易供应，消震性能较好。但重量较重，刚度较差。目前，较适合于成批生产。 焊接结构与之相反，重量较轻，刚度较好，外形比较美观，但消震性能较差。当前我国钢 板材料供应不足，焊接技术和工艺装备有待于进一步提高与充实，因此，只适合于单件小 批生产。对于采用铸造还是焊接结构，须视各厂具体条件而定。随着工业的发展，焊接结 构必然将更广泛采用。 铸造结构尽量使壁厚不要有突然变化，适当加大过渡圆角，减少应力集中。结构设计 需使铸造和加工方便。焊接结构尽量设计成具有对称性的截面相对称性的焊缝位置，以减 少焊接变形，特别是扭曲变形。要合理布置筋板，数量不宜过多。焊缝应尽量远离应力集 中区域，尽量避免用焊缝直接承受主要工作载荷。焊缝避免交叉与聚集，并考虑焊接施工 方便。 总结以上叙述，以及参考 jh36-400 机械压力机的机身设计，确定了以焊接结构作为 此次机身设计的基础结构。具体的材料和机身各部分的尺寸，可查看具体的零件图。 3 机身强度计算 机械零件因强度不足，会发生材料断裂、变形等情况，从而造成机械零件丧失工作能 力或达不到设计要求的性能。 3.1 立柱和拉紧螺栓计算 3.1.1 立柱和拉紧螺栓的受力和变形情况 （a）（b）（c） 图 3-1 螺栓和立柱变形示意图 由图 3-1，如设 l预紧后拉紧螺栓伸长量； z预紧后立柱压缩量； l工作十拉紧螺栓的伸长量； z工作时立柱残余压缩量； 则拉紧螺栓在压力机工作时比预紧时所增加的伸长量为： l= ll 立柱在压力机工作时比预紧时所减少的压缩量为： z=z z l= z= ll=z z 式(3.1) 因为在弹性范围内，螺栓和立柱的受力和变形都是线性关系，所以可以用图 3-2 表示： （a)（b)（c)（d) （a）预紧后螺栓的力的变形图；( b) 预紧后立柱的力的变形图； (c)第(a)和(b)种情况的合并(d) 预紧后和工作时螺栓和立柱的力的变形图 图 3-2 力的变形图 由图可知：pl=p g+pz 若将工作压力增至 zp g（z 称为预紧系数） ，则立柱的变形量为零，即 z=0 所以，式（3.1）成为： ll=z 式(3.1a) l= fle zpgll ln （米） l= fle pyll ln （米） z= ezmfz pylz （米） fle zpgll ln fle pyll ln = ezmfz pylz 式(3.2) 式中p g公称压力（牛） ； p y预紧力（牛） ； z预紧系数，对通用压力机取 1.5； lll z螺栓和立柱工作长度（米） ； ele z螺栓和立柱弹性模量（牛/米 2 ） ； nm螺栓和立柱数目，通常 n=4,m=2； 由式（3.2）可得预紧力 py： py= zllz lzg kfkf kfzp 2+ 式(3.3) 其中kl= l z e e ,kz= l z l l 由于沿立柱长度方向截面不等，当截面相差比较悬殊时应采用当量截面积 f zd代替式 （3.3）中的 fz。 f zd按下式计算： f zd= n n f l f l f l n lll + + . 2 2 1 1 21 = i l i i f l (米 2 )式(3.4) 式中f1f2fn立柱各段不同截面面积(米 2 )； l1l2ln立柱相应于不同截面的各段长度（米） 。 3.1.2 立柱强度验算 立柱强度验算公式： z= min 2 z y f p z（帕） 式（3.5） 式中py预紧力； f minz 立柱最小截面积（米 2 )； z立柱许用应力，对铸铁取 35010 5帕，对钢板取 600800105帕。 表 3-1 立柱最小截面积 压力机型号 立柱材料 单点通用压力机 双点通用压力机 曲轴平行与正面曲轴垂直与正面 铸铁 0.19p g 0.2p g 0.2pg 钢板 0.095p g 0.1p g 0.105p g 注：pg压力机公称压力（千牛） 3.1.3 拉紧螺栓的强度验算 拉紧螺栓强度验算公式 l= min 4 l g f zp l（帕）式（3.6） 式中z预紧系数，取 1.5； f minz 拉紧螺栓最小截面积（米 2 )； l拉紧螺栓许用应力，参照现行压力机，取为 1300150010 5帕。 拉紧螺栓预紧一般采用加热方法，即先把螺母用扳手预柠紧，然后在螺栓和螺母上各 画一直线“a” ，并在螺母旋转的反方向画另一条直线“b” （见图 3-3） ，这“a”“b”两 线之间的夹角为，即为加热后螺母需要的回转角。螺栓加热伸长后，转动螺母，使螺母 上的”b”线和螺栓上的“a”线对准，这样螺栓冷却后，机身即被预紧。 a b 螺母旋转方向 图 3-3 回转角图 螺母的回转角可按下式确定： = s zl + 360 式（3.7） 式中s拉紧螺栓螺距（米） ； 1 z 拉紧螺栓和立柱预紧时的伸长和压缩（米） el l l zl = + = l l zl l e =+ ll ll0007 . 0 0006 . 0 101 . 2 10)15001300( 11 5 = =式（3.8） 式中ll拉紧螺栓工作长度； 拉紧螺栓应变。 30 340 40 930 400 1750 350 30 ?160 30 30 5530 465 115 3085 725 30 710 160 160 185 155 245 30 625 55 140 700 900 160 （a）立柱简图 （b） 拉紧螺栓简图 图 3-4双点压力机立柱和拉紧螺栓简图 由图 3-4 可的立柱各部分截面面积及其长度： 表 3-2 立柱各部分截面面积及其长度数据 面积（平方厘米）长度（厘米） 125411 2296143.5 3249 74446.5 139287 38411.5 预紧力 py = zll l kffzk zpgfzk 2+ 令43 . 0 101 . 2 109 . 0 11 11 1 = = l z e e k 51 . 0 6048 3085 2 = l z l l k 22 0154 . 0 14 . 0 4 mfl= f zd= n f ln f l f l n lll + + . 2 2 1 1 21 284 5 . 11 1392 87 744 5 . 46 324 9 2296 5 . 143 1254 11 5 . 308 + = =1080 厘米 2 =0.108 米 2 py 5 6 10 8 . 44 51 . 0 0154 . 0 243 . 0 108 . 0 43 . 0 108 . 0 1045 . 1 = + =n 立柱的强度为： z= min 2 z y f p = 5 5 10691 0324 . 0 2 10 8 . 44 = pa z=60080010 5 pa zz,安全 螺栓强度： l= min 4 l g f zp 5 3 10 8 . 1127 0133 . 0 4 1040005 . 1 = =pa l=1300150010 5pa ll,安全 预紧时螺母转角： = s zl + 360 令mm nfe lp ll ly l 37 . 2 0122. 04101 . 2 048 . 6 104000 11 3 = = mm nfe lp zdl zy z 635 . 0 108 . 0 2109 . 0 085 . 3 104000 11 3 = = s=4.8mm = 2.370.635 225 4.8 + = 若按经验公式 0.00060.0006 6048 272 4.8 l l s = 3.2 上横量和底座的计算 3.2.1 上横量和底座的受力分析 （a) 机身简图 （b）上横梁受力简图 （c） 底座受力简图 图 35 双点压力机上横梁和底座的受力简图 图 35 为双点压力机上横梁和底座的受力简图。一般把上横梁和底座看成一简支梁， 其跨度等于拉紧螺栓之间的距离 l。上横梁的载荷是通过芯轴传递的。双点压力机的载荷 可看成集中作用在两个压力点上，作用力为公称压力的二分之一，即为 2 g p 。底座的载荷 是通过垫板均匀作用在底板上，可看成 3/4 的长度上均布载荷 q 作用，q 值为 l p l p q g g 3 2 4 3 2 =式（3.9） 3.2.2 上横梁的计算 如图 35b 图，上横梁的最大弯矩为： 2 max lp m g =n/m式(3.10) 强度计算公式为： )( max l c l j yhm = max y c y j ym = 式中 l 上横梁中央截面的最大拉应力（pa） ； y 上横梁中央截面的最大压应力（pa） ； c y上横梁中央截面形心至上横梁底面距离（m） ； h 上横梁中央截面高度（m） ； j 上横梁中央截面惯性矩（m 4 ） ； l 上横梁许用拉应力，材料为 q235 时， l =31539010 5pa；材料为 n m16 钢板时， l =40050010 5pa； y 上横梁许用压应力，材料为 q235 时， y =35010 5pa。 按照上述细长梁的计算方法计算上横梁的应力与实测应力有较大出入。例如，北京第 二轻工机械厂生产的 jb31-160 压力机上横梁最大拉应力按上法计算时为 14210 5pa，而 静态实测应力为 20910 5pa，实测应力比计算的大 47%。动态实测应力为 247105pa， 比 静态的又增大了 18%。因此，按细长梁的计算方法计算不太合适，而从应力分布规律分析， 则近似于高粱。又有上海锻压机床厂生产的 5000 千牛的双点压力机，上横梁计算的最大 拉应力和静态实测的分别为 15010 5pa 和 320105pa，也有类似的情况。 53 53 40 647 107 107 107 40 40 53 80 53 40 833833 53 647 53 673 2399 507 ?320 (a) 横梁中央危险截面结构简图 1294 186 2399 107 1346 1666 186 y y y y y y 1 2 3 4 5 6 (1) (2) (3) (4) (5) (6) 53 107 907 826 80 (b)上横梁中央危险截面形心简图 图 3-6 上横梁中央危险截面简图 图 3-6 是此次设计的压力机上横梁中央危险截面的结构简图及计算形心时的简化图。 （1）由图(a) 可的危险截面的面积为 a1=129453=68582mm 2 a2=186826=153636 mm 2 a3=1346107=144022 mm 2 a4=1346107=144022 mm 2 a5=186907=168702 mm 2 a6=166680=133280 mm 2 f= a1+ a2+ a3+ a4+ a5+ a6=8122cm 2 (2) 计算危险截面的形心 组合图形形心坐标的计算公式为： = = = n i i n i ii a ya y 1 1 ， = = = n i i n i ii a za z 1 1 式（3.11） 由图(b）可得： 危险截面形心 yc为： cmy 7 . 64 1 =cmy3 . 9 2 =cmy 3 . 67 3 = cmy 3 . 67 4 =cmy3 . 9 5 =cmy 3 . 83 6 = 由式（3.11）得yc= 654321 665544332211 aaaaaa yayayayayaya + + =705.5mm （3） 计算危险截面惯性矩 j z y o z y da 图 3-7 危险截面惯性矩坐标图 任意平面图形如上图所示，其面积为 a。y 轴和 z 轴为图形所在平面内的坐标轴。在 坐标（y,z）处取微积分 da，遍及整个图形面积 a 的积分 y i= a daz 2 ， z i= a day 2 分别定义为图形对 y 轴和 z 轴的惯性矩。 以表示微面积 da 到坐标原点 o 的距离，下列积分 = a p dai 2 因为， 2 = 22 zy+，于是有： j= = a p dai 2 =+ a dazy)( 22 = a daz 2 + a day 2 = y i+ z i式（3.12） 若图形为高为 h、宽为 b 的矩形，则： y i= 12 3 bh ， z i= 12 3 hb 式（3.13） 所以：压力机上横梁危险截面惯性矩 j，可用式（3.12）和（3.13）计算。 1 y i= 12 3 . 5 4 . 129 3 =1605.4 cm 4 ， 1 z i= 12 4 . 1293 . 5 3 =956968.1 cm 4 2 y i= 12 6 . 82 6 . 18 3 =10575.3 cm 4 ， 2 z i= 12 6 . 18 6 . 82 3 =44293.2 cm 4 3 y i= 12 7 . 10 6 . 134 3 =13740.9 cm 4 ， 3 z i= 12 6 . 134 7 . 10 3 =2174391.3 cm 4 4 y i= 12 7 . 10 6 . 134 3 =13740.9 cm 4 ， 4 z i= 12 6 . 134 7 . 10 3 =2174391.3 cm 4 5 y i= 12 7 . 90 6 . 18 3 =1156521.1 cm 4 ， 5 z i= 12 6 . 18 7 . 90 3 =48636.8 cm 4 6 y i= 12 8 6 . 166 3 =7108.3 cm 4 , 6 z i= 12 6 . 1668 3 =3082717.5 cm 4 y i= 1 y i+ 2 y i+ 3 y i+ 4 y i+ 5 y i+ 6 y i=1203292 cm 4 z i= 1 z i+ 2 z i+ 3 z i+ 4 z i+ 5 z i+ 6 z i=10481398.2 cm 4 危险截面惯性矩 j: j= y i+ z i=1203292 +10481398.2 =11684690.2=1168.510 4 cm 4 所以由（1） 、 （2） 、 （3）中的数据，可计算： 危险截面最大弯矩为 2 max lp m g = 2 749 . 1 104000 3 =3.510 6n.m 危险截面最大应力为 11685 . 0 2 )7055 . 0 399 . 2 (103500 2 )( 3 max = = j yhm c l =253.610 5pa 11685 . 0 2 7055 . 0 103500 2 3 max = j ym c y =105.710 5pa ll 挠度不大、刚度够。 4.2 双点压力机上横梁变形计算 4.2.1 上横梁变形计算公式 上横梁受力简图如图 3-5（b）,其弯曲正应力的变形、弯曲剪应力的变形和总变形为： )43( 48 22 ll ej lpg l =)43(0208 . 0 22 ll ej lpg m fg lpg z 2 = fg lpg 5 . 0m = l + z =)43(0208 . 0 22 ll ej lpg + fg lpg 5 . 0m式（4.6） 式中l为上横梁主轴中心至拉紧螺栓中心的距离（米） 。 4.2.2 上横梁变形计算 令 g p=400010 3牛， l=1.666 米， j=0.1168 米4 ，f=0.8122 米 2 g=4.51010牛/米 2 ,e=0.91011牛/米 2 。 =)( 2 222 1 lll eeh b b j f +=653 . 0 )653 . 0 53. 1 ( 186 . 0 294 . 1 1168 . 0 2 8122 . 0 222 + =4.87 = l + z =)675 . 0 435 . 1 3( 1168 . 0 109 . 0 835 . 1 104000 0208 . 0 22 11 3 + 10 3 105 . 48122 . 0 35 . 1 10400087 . 4 5 . 0 =0.165mm （ 6000 1 8000 1 ）l=（ 6000 1 8000 1 ）1350=0.1690.225mm , 挠度不大、刚度够。 5 机身的紧固 四柱式机械压力机机身必须用锁紧螺母和可靠的紧固，并具有足够的预紧力，否则在 机械压力机加压时，立柱台肩与工作台面、调节螺母与上横梁接触平面间产生间隙。泄压 换向回程时，产生振动，并使立柱台肩和工作台接触平面间产生冲击载荷，可导致锁紧螺 母松退，立柱精度因此被破坏。更为严重的是由于立柱台肩和工作台接触面积较小，冲击 载荷会造成台肩局部墩粗。墩伤接触的工作台表面，造成检修时，立柱不易从活动横梁导 套孔中抽出。 5.1 紧固的方法分类 1) 普通紧固 郑重方法是用扳手来旋紧锁紧螺母，它所能达到的预紧力，受到扳手孔，扳手强度以 及安装所能施加的旋紧力等限制，力量是较小的。因此，只能用吨位小的机械压力机的联 结装配中。 2) 加压情况下紧固 这种方式利用机械压力机本身加压后，使立柱承载伸长时，用扳手将调节螺母旋紧， 泄压后立柱回缩得到紧固连接，其预紧力的大小主要由机械压力机压力大小来决定，通常 取公称压力的 1.52 倍，泄压时也需加压后旋松。此方法紧固较可靠，卸载也较方便，对 于四螺母结构立柱与工作台面贴合的四个调节螺母的紧固，采用此方法较为有利。与上横 梁下平面贴合之四个调节螺母用于调节机器精度，此时，调节精度时所需加的压力要比所 经力大。对于三螺母结构，只能做到上横梁连接部分的预紧，对工作台连接部分，则只能 用其他方法预紧。 3) 加热紧固 此方法是靠立柱一端的热胀，在立柱的一端钻 4060mm 直径的孔，孔的深度要大雨横梁高 度，孔内通过高压蒸汽或用火焰加热，也可采用电加热法。加热时应将两对角立柱同时加 热。 立柱伸长量l 为： 10 1122 11 44 lp l e fe f =+ cm式（5.1） 式中：1e，2e立柱和工作台材料弹性模量 2 (/)kgfcm 1f，2f每一立柱预紧部分截面积而后工作台预紧受压区截面积 cm 1p预紧力()kgf 0l立柱预紧部分长度 cm 加热升高温度： 1() l tc ul = 式中：u每加热1c 的线膨胀系数。 对于钢材0.00001199(1/)uc= 加热后立柱温度： 10ttt=+ 式中：0t室温。 立柱螺母旋进角度： ( ) 360l s = 室中：s螺距（cm） 4) 液压紧固 图2-17 液压紧固法 图 51 液压紧固工作原理图 利用液压油缸加压来使立柱伸长而锁紧螺母，工作原理见图 51 所示： 液压缸 1 支撑于导套 3 上，活塞 2 及立柱 5 用螺母 4 连接起来。当液压缸内通入高压油 p 时，活塞 2 上升将立柱拉长后即可锁紧。用此法立柱螺纹部应加长， 以保证活塞 2 旋入后有足够的强度。 5.2 紧固的方法选择 此次机身设计时，机身紧固采用液压装置预紧。用四根拉杆螺栓连接上横梁，立柱， 底座。上横梁，立柱，底座，三件间通过定位套定位。拉杆上端用闭母锁紧，然后用液压 预紧装置进行预紧，每根拉杆的预紧力为 1501 吨。 6 上横梁加工工艺设计 6.1 上横梁的作用 上横梁是双点机械压力机重要的基础件之一，属于箱体类零件。它支撑和包容着各类 传动件，保证其运动动力进行驱动和分配，彼此按一定的传动关系进行协调的运动，因此， 必须使众多的轴，套以及齿轮等零件保持其正确的位置关系。所以，上横梁加工质量的好 坏直接对整台机器的精度、性能和寿命都有直接的影响。 上横梁的毛坯一般采用钢板焊接的方法。 上横梁的特点是：梁壁较薄且不均匀，内部筋、隔较多且呈腔形，在上横梁内、外壁 上有平面较多的平面和轴承支撑孔及紧固孔等，这些平面和轴承孔的精度和表面粗糙度都 有较高的要求。所以，对于上横梁来说，不仅加工的部位较多，而且加工的难度也较大。 为了减轻机械加工的工作量要求提高毛坯的精度，尽量减少加工余量。特别是减少孔的加 工余量，对提高加工质量和劳动生产率有着重要的意义。 箱体类零件加工的工艺方案