《液压机毕业论》word版.doc

燕山大学毕业设计（论文）第1章 绪论1.1 课题背景液压机是利用液压传动技术进行压力加工的设备。它与机械压力相比，具有压力，速度可在很广的范围内无级调速，可在任意的位置输出全部的功率和保持所需的压力，结构布局灵活，各执行机构动作可方便地到达所希望的配合关系等许多优点，同时液压元件具有高度的通用化，标准化特点，设计制造均比较方便简单。因而在国民经济中有着广泛的应用。应用在锻造，模锻，冲压，薄板冲压，校正压装，拉伸，穿孔，金属、型材、管棒的挤压等方面。 本机的设计是根据压力加工的实际条件，根据加工的工艺过程，参考液压机设计的一些典型结构和对收集的同类产品性能等参考资料进行分析比较，并实地考查相关的液压机实物（锻压实验室）的基础上，确定总体设计方案，然后对主要零件，部件和液压系统，电器控制系统等的各部分提出具体的设计要求，并进行详细核算。在此基础上绘制了全部工作图，并且编制了制造验收的技术条件、控制程序及此说明书。 1. 2 解决的问题l 本体的设计1主缸设计 2. 主缸缸口部分零件3. 活塞设计 4. 顶出缸设计5. 相关零件设计 6. 机架刚度设计7. 立柱的设计l 液压系统的设计1. 电机及液压泵的选择 2. 各种液压附件的选择3. 方向控制阀的选择及计算 4. 压力控制阀的选择及计算5. 流量控制阀的选择及计算 6. 整个系统的分析及计算l 电液接口的设计1.输入量接口电路设计及计算2.输出量接口电路设计及计算3.功率驱动电路的设计及计算l 单片机控制系统设计1.单片机及接口芯片的选择与连接并绘图 2.控制过程的分析及时序分析3.开发控制程序燕山大学毕业设计（论文）1.3 改进措施1.合理选择导向机构和导向长度；导轨面力求耐磨，磨损后间隙便于调整和修复以提高寿命。将立柱中间的导向部分加工成方形截面，从而采用平面可调导板，活动横梁做成剖分式。(见装配图、零件图)2.主缸活塞采用烧焊铜合金式，在钢制活塞的外圆表面烧焊一层铜合金，当坚硬的细小颗粒和其他异物进入活塞与缸壁间隙时，能嵌入铜合金中，不致划伤缸筒表面或卡死。它滑动性能好，可以长时间连续工作，当它磨损或拉伤时，再焊后再次使用。 3.保留了原有电气控制部分的主体，对8255A，A口，C口的控制输入信号进行了改进（选用组合开关选择手动，自动工作方式，用组合开关选择定程压制及延时保压工作方式,用行程开关控制活动横梁的停，进，退；以及用5个控制按钮实现手动操作）详见电气控制原理图 4.对原有的程序流程既有吸取借鉴的地方，又有自己改进创新的地方，如通过控制程序实现减速下行及泄压回程时任意位置停止，起动。实现薄板反向拉伸的功能。详见程序流程图和控制程序。1.4 本章小结本章对液压机用途进行了简单介绍，并概略论述了解决的问题及改进措施，以使读者对整个设计有一个总体认识。燕山大学毕业设计（论文）第2章 液压机本体设计2.1 主要技术规格的内容及其确定确定主要技术规格时，基本的方法是工艺分析和统计分析相结合的方法。通过对压制工艺过程的分析和必要的工艺实验，可以确定整个压制过程动作配合关系和各动作要求的压制压力、速度和工作空间等。在确定参数时，应尽可能的收集国内外同类型产品的有关技术资料，应用统计分析的方法，得出各参数的范围和它们之间的关系，以帮助正确制定所设计产品的主要技术规格，从长期的生产实践经验和统计得出，一些通用液压机的一些主要技术参数总是在一定的范围之内，并参照已有 的设计资料，最后定出液压机的主要技术规格的内容如下：公称压力 315 t液体最大工作压力 250回程压力 60t顶出压力 35t退回压力 25t拉伸时压边压力（p=280kgf/） 40t控制油路工作压力 1215 活动横梁下平面距工作台面最大距离 1250mm活动横梁最大行程 800mm顶出活塞距工作台最大距离 445mm顶出活塞最大行程 250mm工作台有效工作面积（前后左右） 11601260mm活动横梁行程速度 空载下行最大： 60mm/sec 工作时最大： 10mm/sec 回程最大： 42mm/sec顶出活塞行程速度 顶出最大： 65mm/sec 退回最大： 95mm/sec工作台距地面高 650mm立柱中心距 前后 1030 左右 14002.2 机身结构简介燕山大学毕业设计（论文）本机设计采用四柱式结构；四柱式液压机是液压机中最常见，应用最广泛的一种结构形式。其主要特点是加工工艺性较其他类型液压机简单。四柱式液压机机身组成可分为：上横梁位于立柱上部，用于安装工作缸，承受工作缸反作用力工作台用于安装模具立柱重要的支承件和受力件，又是活动横梁的导向基准立柱螺母联接件，45锻钢件活动横梁选用与上横梁，下横梁相同的材料；活动横梁与活塞联接部位开有集油槽，以便贮存油缸漏渗的油 工作油缸主要执行部件，提供一定的压力顶出缸最后顶出制成品几处联接：上横梁与油缸采用圆螺母联接工作台与顶出缸采用圆螺母联接立柱与上横梁采用调节螺母与锁紧螺母固定和调节立柱与工作台采用立柱台肩与锁紧螺母固定活动横梁与活塞头部采用固定联接（活塞头部螺纹与螺母紧固于活动横梁内）2.3 主缸的设计计算2.3.1 主缸内径的设计计算主缸内径 D0式中 P液压缸名义压力 （N）P=31510009.8=3087000 Nq液体工作压力（kgf/） q=250 kgf/将上述各值代入式（21）中，有内径 D0=D+t (2-2)燕山大学毕业设计（论文）t取 1015mm,此处取 t=10mm=1cm D0=39.65+1=40.65 cm取 D0=40 cm 2.3.2 油缸外径D1的计算缸体材料选用35锻纲 ， 其应用于不同部分时的许用应力如下：材料 缸筒 缸底 活塞杆 n 许用应力 平形许用应力 n 许用应力锻钢35 5-6 1000-1200 800 4-5 1500应用第四强度理论计算式中 P液体最大工作压力 P=250 kgf/取=1000 kgf/由上式导出将P和及D0代入式（2-3）燕山大学毕业设计（论文）取 D1=53 cm2.3.3 活塞杆直径d的计算由回程压力 得式中 P=250 kgf/ D0=40 cm 回程压力（kgf） =60t=60000kgf代入式（2-4）中取d=36 cm2.3.4 实际工作压力的计算2.3.4.1 主压力式中 D0=40cm, P=250 kgf/2.3.4.2 回程压力 式中 D0=40cm； d活塞杆直径（cm） d= 36cm2.3.5 缸体强度的计算燕山大学毕业设计（论文）2.3.5.1 中段强度的计算缸体材料选用35锻钢，应用第四强度理论进行计算式中符号如图(22)式中 D1=53 cm； D0=40 cm； P=250 kgf/代入上式强度满足要求2.3.5.2 支承台肩处的计算如图（2-2）所示支承台肩接触面挤压应力 式中 许用应力（kgf/） =1000 kgf/ S支承台肩倒角长度或圆角半径（cm） S=0.2cm D2 主缸体上螺纹外径（cm） D2=53.5cm 由上式可得 将数据代入式(2-5)可得取 D4=58 cm导向套的设计及计算导向套对活塞杆起导向和支承作用，它要求配合精度高，摩擦阻力小，耐磨性 燕山大学毕业设计（论文）能好，能承受活塞杆的压力，弯曲力及冲击振动。在采用活塞的液压缸中，导向套长度一般取为活塞杆直径的0.6倍。d =36 cm 则导向套长度 L=0.636=21.6 cm材料选用耐磨铸铁，导向套内孔尺寸公差一般取 H7,外径尺寸公差一般取g7,表面光洁度一般取 Ra1.6Ra0.8导向套的直径尺寸见图（23）燕山大学毕业设计（论文）活塞杆密封圈的选择及计算选用活塞杆密封腔体 L3用组合密封圈，其基本尺寸如下长度L3 内径 外径 V型圈数量63mm 358.4mm 400mm 6参见中国机械设计大典5 表42.785导向套内径d0取为36 cm, 采用阶梯结构 如图（23）外径d1=40cm , d2=46cm , 安装密封圈处d00=40 cm支承台肩断面处强度计算按照如图(22)所示，可以看出，台肩断面上的和应力为弯曲应力与拉伸应力之和，即式中 P主=314000 kgf ； D2=53.5cm ； D3=48cm式中符号如图（2-2）令 l=( D3- D0)=(48-40)=8 cm则 H=(1.52)l 取 H=2l=16cm 材料的泊松比系数 =0.3将及D3，h值代入式（28）燕山大学毕业设计（论文）将,T,h,H, D3,D4代入式（26）, （27）强度满足要求2.3.5.3 缸底强度计算如图（2-4）按圆形平板弯曲计算燕山大学毕业设计（论文）式中 P=250 kgf/ D=40 cm B=11cm式中 D1=15cm代入上式强度满足要求2.4 主缸缸口部分零件强度的计算2.4.1 作用在缸口导套及法兰上的力燕山大学毕业设计（论文）式中字母如图（25）D1=40 cm d=36 cm因此有2.4.2 螺栓的计算螺栓选用16个M30双头螺柱，材料为35，M30螺纹内径 d内=26.2mm, 螺栓拉伸应力为式中 n螺栓数目 n=16 F1螺栓面积（）许用拉伸应力（kgf/）=1100强度满足要求2.4.3 缸口导套挤压计算缸口导套材料选用耐磨铸铁，导套挤压应力为符号见图(25)，尺寸为：D内=40 cm, D外=48 cm代入公式得强度满足要求2.4.4 法兰盘的计算法兰材料选用35，故弯曲应力燕山大学毕业设计（论文）式中符号见图（25），尺寸为D3=53 cm =44 cmD4=58 cm d0=3.2cm H=6.5cm D2=37cm代入上式得强度满足要求2.5 活塞部分的计算图(2-6)为活塞结构密封圈采用活塞密封体窄断面Y形橡胶密封圈，参见中国机械设计大典5表42.7-69其基本尺寸为： 公称内径： 沟槽深度 沟槽长度 沟槽底径 D t L1 L2d400mm 12.5mm 16.5mm 30mm 375mm活塞材料选用35钢，活塞的外径基本尺寸公差采用h,橡胶密封活塞公差等级选用7级，活塞内孔的公差等级一般选用H7，与活塞杆轴径组成H7/g6的过度配合。活塞外径，内孔的表面光洁度均取Ra0.8Ra0.4。采用烧焊铜合金式，在钢制活塞的外圆表面烧焊一层铜合金，当坚硬的细小颗粒和其它异物进入活塞和缸壁间隙时，能嵌入铜合金中，不致划伤缸筒表面或卡死。它滑动性能好，可以长时间连续工作。当它磨损或划伤时，可补焊后再次使用。2.5.1 活塞杆受压计算活塞杆材料选用35钢，活塞杆直径为36mm，长度为140mm，长度与直径之比近似为4。在加压过程中，面积较大，仅受压力，故其挤压和稳定性可忽略不计。2.5.2 活塞头部导向套的计算导向套的材料选用35钢，挤压应力为燕山大学毕业设计（论文）取 d1= 29 cm 由上知D=40 cm S1,S2=0.2cm d=36cm代入上式强度满足要求2.5.3 活塞头部锁紧螺母的计算2.5.3.1 锁母螺纹所受的力 式中符号如图（26）中所示，尺寸D0=40cm d1=29cm 代入式（2-15）中2.5.3.2 螺纹剪切应力 燕山大学毕业设计（论文）2.5.3.3 螺纹弯曲应力 式中 螺纹选为M2804d中螺纹中径（cm） d中=27.74cmd内螺纹内径（cm） d内=27.48cmt螺距（cm） t=0.4cmb螺纹长度（cm） b=5.6cmh螺纹高度（cm） h=0.259cmK螺纹完满系数（cm） 对于三角形螺纹 K=0.81代入上两式， 式（2-17）, 式（2-18）强度满足要求2.5.4 活塞与活动横梁端面挤压应力燕山大学毕业设计（论文）活动横梁材料选用HT2040，取许用挤压应力=1000 式中的各符号见图（2-7）d=36 cm S=S4=0.3cm P=314000 kgf由式（2-19）解得 将上述数据代入上式，得取d4=15.5 cm2.5.5 活塞与活动横梁联接螺母的计算螺纹剪切应力 螺纹弯曲应力式中 螺纹选为M1504d内螺纹内径（cm） d内=14.48cmt螺距（cm） t=0.4cmb螺纹长度（cm） b=8.5cmh螺纹高度（cm） h=0.26cmK螺纹完满系数（cm） 对于三角形螺纹 K=0.81P回回程吨位(kgf) P回=59660 kgf代入上两式，得燕山大学毕业设计（论文）强度满足要求2.6 顶出缸的设计与计算2.6.1顶出缸内径的设计计算顶出缸结构图如图（2-8）顶出缸内径 D0式中 P液压缸名义压力 （N）P=3510009.8=343000 Nq液体工作压力 q=250 燕山大学毕业设计（论文）将上述各值代入式（222）中，有内径 D0=D+t (2-23)t取 1015mm,此处取 t=10mm=1cm D0=13.22+1=14.22 cm取 D0=14 cm2.6.2 油缸外径D1的计算缸体材料选用35锻纲 ， 其应用于不同部分时的许用应力如下材料 缸筒 缸底 活塞杆 n 许用应力 平形许用应力 n 许用应力锻钢35 5-6 1000-1200 800 4-5 1500应用第四强度理论计算式中 P液体最大工作压力（） P=280 取=1000 由上式导出将P和及D0代入式（2-24）取 D1=20 cm2.6.3活塞杆直径d的计算由回程压力 燕山大学毕业设计（论文）得 式中 P=250 D0=14 cm P回=25t=25000kgf代入式（2-25）中取d=8cm2.6.4 实际工作压力的计算2.6.4.1主压力式中 D0=14cm, P=250 2.6.4.2 回程压力 式中 D0=14cm, d= 8cm2.6.5 缸体强度的计算2.6.5.1 中段强度的计算缸体材料选用35锻钢，应用第四强度理论进行计算式中符号如图(29)D1=20cm, D0=14 cm, P=250 代入上式 燕山大学毕业设计（论文）强度满足要求2.6.5.2 支承台肩处的计算如图（2-9）所示支承台肩接触面挤压应力式中 =1000 S1=0.2cm S2=0.5 cm P主=38465 kgfD2顶出缸体上螺纹外径 D2=20.5cm由上式可得将数据代入上式可得 燕山大学毕业设计（论文）取 D4=24 cm导向套的设计及计算导向套对活塞杆起导向和支承作用，它要求配合精度高，摩擦阻力小，耐磨性能好，能承受活塞杆的压力，弯曲力及冲击振动。在采用活塞的液压缸中，导向套长度一般取为活塞杆直径的0.6倍。d =8cm 则导向套长度 L=0.6*8=4.8 cm 取L= 6cm材料选用耐磨铸铁，导向套内孔尺寸公差一般取 H7,外径尺寸公差一般取g7,表面光洁度一般取 Ra1.6Ra0.8导向套的直径尺寸见图（210）活塞杆密封圈的选择及计算选用活塞杆密封腔体 L3用组合密封圈，其基本尺寸如下长度L3 内径 外径 V型圈数量25mm 79.3mm 95mm 3参见中国机械设计大典5 表42.785导向套内径d0取为8 cm, 采用阶梯结构 如图（210）外径d1=14cm , d2=17cm , 安装密封圈处d0=9.5 cm支承台肩断面处强度计算按照如图（29）所示，可以看出，台肩断面上的和应力为弯曲应力与拉伸应力之和，即式中 P主=38465 kgf D2=20.5cmD3=17cm,燕山大学毕业设计（论文） 令l=( D3- D0)=(17-14)=3 cm则 H=(1.52)l 取 H=2l=6cm 材料的泊松比系数 =0.3将及D3，h值代入式（230）将,T,h,H, D3,D4代入式（228）, （229） 燕山大学毕业设计（论文）强度满足要求2.6.5.3 缸底强度计算如图（2-11），按圆形平板弯曲计算 式中 P=280 D=14 cm 取 B=6cm代入上式 强度满足要求2.6.6 顶出缸缸口部分零件强度的计算2.6.6.1 作用在缸口导套及法兰上的力 燕山大学毕业设计（论文）式中字母如图（212）D1=14 cm d=8 cm P=280 因此有 2.6.6.2 螺栓的计算螺栓选用16个M16双头螺柱（B级等长双头螺柱，GB/T901-1988） 参见机械设计手册2表6.2-87 见附录,性能等级8.8螺栓拉伸应力为 式中 n螺栓数目 n=16 F1螺栓面积（） 许用拉伸应力（） =1200 燕山大学毕业设计（论文）强度满足要求2.6.6.3 缸口导套挤压计算缸口导套材料选用耐磨铸铁，导套挤压应力为符号见图（212），尺寸为 D内=9.5 cm, D外=17 cm代入公式得强度满足要求2.6.6.4 法兰盘的计算法兰材料选用35，故弯曲应力式中符号见图（212），尺寸为D3=20.5cm D4=24cm d0=1.8cm H=4cm D2=10cm代入上式得强度满足要求2.6.7活塞部分的计算图示为活塞结构密封圈采用活塞密封体窄断面Y形橡胶密封圈，参见中国机械设计大典5表42.7-69其基本尺寸为公称内径： 沟槽深度 沟槽长度 沟槽底径燕山大学毕业设计（论文） D t L1 L2d140mm 5mm 7.5mm 13mm 130mm活塞材料选用35钢，活塞的外径基本尺寸公差采用h,橡胶密封活塞公差等级选用7级，活塞内孔的公差等级一般选用H7，与活塞杆轴径组成H7/g6的过度配合。活塞外径，内孔的表面光洁度均取Ra0.8Ra0.4。采用烧焊铜合金式，在钢制活塞的外圆表面烧焊一层铜合金，当坚硬的细小颗粒和其它异物进入活塞和缸壁间隙时，能嵌入铜合金中，不致划伤缸筒表面或卡死。它滑动性能好，可以长时间连续工作。当它磨损或划伤时，可补焊后再次使用。2.6.7.1 活塞杆受压计算活塞杆材料选用35钢，活塞杆直径为8cm，长度为440mm=44cm，长度与直径之比小于10。在加压过程中，面积较大，仅受压力，故其挤压和稳定性可忽略不计。2.6.7.2 活塞头部导向套的计算导向套的材料选用35钢，挤压应力为：燕山大学毕业设计（论文）取 d1= 4.5 cm 由上知D=14 cm S1,S2=0.2cm d=8cm P=280 代入上式：强度满足要求2.6.7.3 活塞头部锁紧螺母的计算锁母螺纹所受的力式中符号如图（26）中所示，尺寸D0=14cm d1=4.5cm 代入式（2-38）中螺纹剪切应力螺纹弯曲应力式中 螺纹选为M304d 内螺纹内径（cm） d 内=2.57cmt螺距（cm） t=0.4cmb螺纹长度（cm） b=2.5cmh螺纹高度（cm） h=0.43cmK螺纹完满系数（cm） 对于三角形螺纹 K=0.81代入上两式， 式（2-39） 式（2-40）燕山大学毕业设计（论文）强度满足要求2.7 固定主缸圆螺母的计算其材料选择35钢。由于当油缸加压时，油缸台肩反作用力于上横梁，圆螺母此时不受反作用力作用，而当油缸回程工作时，回程作用力作用于圆螺母上，因此圆螺母的强度只许满足回程力要求即可。即：螺纹剪切应力螺纹弯曲应力 式中 螺纹选为M5356d内螺纹内径（cm） d内=52.53cmt螺距（cm） t=0.6cmb螺纹长度（cm） b=15cmh螺纹高度（cm） h=0.23cmK螺纹完满系数（cm） 对于三角形螺纹 K=0.81P回回程压力 （kgf） P回=59660 kgf代入上两式， 式（2-41） 式（2-42） 强度满足要求2.8 固定顶出缸的圆螺母计算燕山大学毕业设计（论文）顶出缸上的圆螺母同主缸上的圆螺母强度计算原理一样。顶出缸加压时油缸台肩传递反作用力于工作台，圆螺母此时不受反作用力作用；只有当主缸回程工作时，回程力作用在圆螺母上。故只需满足回程强度即可。圆螺母材料选择35钢，仍有公式螺纹剪切应力 螺纹弯曲应力 式中 螺纹选为M2054d内螺纹内径（cm） d内=19.98cmt螺距（cm） t=0.4cmb螺纹长度（cm） b=7cmh螺纹高度（cm） h=0.26cmK螺纹完满系数（cm） 对于三角形螺纹 K=0.81P回回程压力 （kgf） P回=25905 kgf代入上两式， 式（2-43）, 式（2-44）强度满足要求2.9 机身零件的设计计算2.9.1 上横梁的计算材料选择HT20-402.9.1.1受力分析上横梁可视为受两集中力，两端支承的简直梁。图（214）所示为受力图及剪力图。其中燕山大学毕业设计（论文）P 公称压力（kgf） P=315000D 油缸台肩尺寸（cm）D=58B 立柱中心距（cm） B=140在主截面（I-I）上所受弯矩：2.9.1.2 主截面（I-I）上强度计算主截面的等量简化截面如图（2-15），列表进行计算表格见图表（2-1）燕山大学毕业设计（论文）燕山大学毕业设计（论文）表（2-1）各截面的惯 性矩I=1/12h3 cm4 1.792101755.12542989.3332041.667571.667549360.83347667.417Joi截面矩Si与面积重心至X轴的距离乘积 SY cm4 89445.3751261419234630.375110609811858025515520249922.52845884.25SiYi截面对X轴的静面矩S=AYcm3 cm3 1386.75206794152.7526978539018906121248562341.5Si面积重心X轴的距离Ycm64.56156.5412213.58.540.5截面积A cm2 21.533973.565824514072312101871A截面高度h cm1632810736165H截面宽度icm21.556.524.523.524.520245210总 计序 号123456789 燕山大学毕业设计（论文） 重心至X轴的距离： 截面对X轴的惯性矩： 截面对形心轴的惯性矩： 在受拉截面上的弯曲应力： 在受压截面上的弯曲应力： 对于HT20-40件，许用应力350 拉 ， 压强度满足要求2.9.1.3主截面（II-II）上剪切应力计算 根据材料力学可知，断面抗剪力主要由立板承受，故可按简化截面（矩形）来计算。如图（2-16），max在中心横断面式中 Q截面剪力（kgf） B简化截面宽度(cm) 燕山大学毕业设计（论文）H简化截面高度（cm） H=48 cm强度满足要求2.9.2 工作台的计算2.9.2.1 模具垫板工作台材料选用HT20-40,台面许用挤压应力取1000 工作台中心孔直径为27 cm。 故可得模具垫板最小尺寸为燕山大学毕业设计（论文）式中 S垫板面积（）得 S887 按圆直径计算，则垫板直径d=33.6cm ，立柱中心距为140cm,则b取,取垫板宽度 b=35 cm, 均布载荷图（2-17）为工作台受力简图在截面（I-I）上弯矩为 燕山大学毕业设计（论文）最大剪力为 2.9.2.2 （I-I）截面强度计算按前述计算上横梁的方法，把工作台的截面抽象成如图（2-18）所示燕山大学毕业设计（论文） 表（2-2）序号截面宽度i cm 截面高度 h cm截面积Acm面积重心至X轴的距 离Ycm截面对X轴的静面矩S=AY cm3 截面静面矩Si与面积重心至X 轴的距离乘积 cm4 各截面的惯性矩 J=1/12h3 cm4 189544562.527812.51738281.25927.083218.57129.556.57316.75413396.375528.7923164775229.522184654428160060.458491.55457.53.51601.255604.375953.1255121120.5631总 计65179658920.52811713162470.458HAiSiSiYiJoi 重心至X轴的距离 截面对X轴的惯性矩 截面对形心轴的惯性矩 在受拉截面上的弯曲应力燕山大学毕业设计（论文） 在受压截面上的弯曲应力 对于HT20-40件，许用应力350 拉 ， 压 强度满足要求由于工作台基础在地面上，作用力传给地面，故剪力校核略去。2.9.2.3 截面（II-II）上强度计算在距10cm处（见图2-17），即T形槽处其等量简化截面见图（2-19）截面（II-II）处弯矩已知 P=315000 kgf; B=140 cm; b=35 cm代入上式燕山大学毕业设计（论文）由于简化之截面（II-II）为工字形截面，其惯性矩为 在截面（II-II）上受的拉伸及压缩之弯曲应力 对于HT20-40件，许用应力350 kgf/cm2 拉 = 压 强度满足要求2.10 机架刚度的计算2.10.1上横梁根据上横梁的受力图（2-14），上横梁受弯矩及剪切而产生的挠度为 式中 P-公称吨位(kgf) P=315000 kgfB-立柱中心距(cm) B=140 cmD-油缸与上横梁联接处台肩尺寸(cm) D=58 cmJ-上横梁主截面惯性矩() J=818818.477 S-受剪立板面积() S=2548=1200 ()E-材料弹性模量() 铸铁 E=1.05106 G-剪切弹性模量() 铸铁 G=6105 燕山大学毕业设计（论文） 上横梁在公称压力下的总变形量f1f1= f弯+f剪=0.02+0.0135=0.0335cm 2.10.2 工作台根据工作台受力剪图（2-17），工作台弯曲和剪切变形量为 将b=B/4代入整理得式中 J- 工作台截面（见图2-18） 惯性矩J=1041974.818 cm4 S- 工作台立板面积（cm2 ） S=1664=1020 cm2 代入上式得允许工作台弯曲变形量为f弯f燕山大学毕业设计（论文）强度满足要求工作台的变形量f2为f2 = f弯+ f剪=0.0160+0.0189=0.0349cm2.11 立柱的设计计算立柱受力分析和强度计算中，均做了如下假设第一，活塞与活动横梁为刚性连接。第二，空间受力情况可简化为平面框架，框架每侧代表两根立柱，且每侧的两根立柱受力均等。第三，上横梁和工作台的刚度均远远大于立柱的刚度，因此，可认为上横梁和工作台是绝对刚体。第四，各作用力均可简化为集中力。第五，不考虑由于制造、安装和使用过程中受热影响等产生的附加应力。2.11.1中心载荷作用下立柱强度的计算立柱导向部分加工成方形截面；在中心载荷作用下，立柱只承受拉伸应力，其应力计算可按下式计算 式中 P-公称压力(kgf) a-方形截面的边长(cm)n-立柱的数量 n=4 -立柱许用拉伸应力选用45号钢 ，500800 kgf/cm2 取=600 kgf/cm2 完全中心载荷和受力完全均等，仅仅是一种理想状态。实际结构中，各零件联接处不可避免的会有不均匀现象；立柱断面变化处的应力集中；工作中总会由于模具安装不准确，工件变形阻力不对称等各种因素使实际应力分布不均，形成局布应力较计算应力为高的现象，因此计算应力取得较低是必要的，合理的。由式（2-56）可得 式中 P=315000 kgf; n=4; =600 kgf/cm2 燕山大学毕业设计（论文）取 a=15 cm2.11.2 校核偏心载荷作用下立柱强度对活塞式油缸，在偏载状态下，活塞头和缸口均起导向作用，有约束作用。但这样计算较复杂。因此，通常假定缸口的约束作用取消，仅活塞头和立柱对运动零件进行导向。在一般压制时，均在下行程位置。偏心载荷下的立柱受力为中心载荷在所承受的拉力和由于偏心力矩（Mk=Pe）作用下产生的水平力H所产生的附加拉力和弯矩。中心载荷下立柱受力如上所述。水平力作用下，力的分布可简化为图（2-20）的计算图形。将图（2-20a）中上部转角出断开，代之以力R及角弯矩M.故左右立柱受力为反对称形，即M1=M2=M. 图（2-21）为四柱液压机受力图。图（2-20）为其简燕山大学毕业设计（论文）化图形。2.11.2.1 立柱受力状况及结构尺寸立柱受力简图为（2-20），其结构尺寸为P=315000 kgf L=185 cm B=140 cm e=3%B=4.2 cm (YL)max=119 cm (YL)min=39 cmYmin=0.211 Ymax=0.644 (ZL)max=102cm (ZL)min=22cm Zmin=0.118 Zmax=0.551 Y+Z= Ymax+ Zmin=0.762本例仍取e=e0,以便对公式的计算误差和修正的理由有具体的了解。立柱插入上横梁部分d1=13 cm, F1=134 cm2 ,W1=219 cm3 立柱插入工作台部分d2=12.2 cm F2=118 cm2 W2=185 cm3 2.11.2.2 受力分析将四柱结构简化或用平面框架来代替。设两侧立柱受力均匀，上横梁及工作台均为绝对刚体，则受力情况及弯矩图如图（2-20）所示。2.11.2.3 立柱插入处应力因为本例为活塞式结构，弯矩最大值出现在Y=Ymax处，应用公式立柱插入上横梁截面：式中 燕山大学毕业设计（论文） 立柱插入工作台截面式中 燕山大学毕业设计（论文）1 ， 2立柱强度满足要求2.11.3 立柱预紧和计算为了保证机架的精度和刚度，立柱与上横梁和工作台联接部分可靠预紧是十分必要的。设计时取预紧系数Z=1.5,由于立柱插入上横梁处直径d1=13cm插入工作台内直径为d2=12.2cm，两处螺纹退刀槽尺寸均可为d3=10.9cm，故只需计算插入工作台部位，即可满足要求。立柱插入部分的拉应力式中 -立柱许用拉应力 45号钢的=12001500 kgf/cm2 S1-立柱插入部分的截面积 P2 -总拉力（预紧力+工作载荷）立柱插入部分的挤压应力式中 a-立柱方形截面的边长 (cm) ， d-立柱插入孔直径 (cm) 挤压- 许用挤压应力 铸铁 挤压 1000 kgf/cm2 已知数据如下 P=3.15105 kgf ， Z=1.5 燕山大学毕业设计（论文） 预紧力P1为工作状态下立柱所受最大拉应力P2为 插入部分的拉应力为 螺纹退刀槽处拉应力为 支承台肩部分的挤压应力为 ， 挤压 挤压强度满足要求2.11.4 立柱刚度的计算立柱受拉伸时的变形燕山大学毕业设计（论文）式中 L-受拉伸部分立柱强度计算(cm) L=275 cmE-材料弹性模量( ) 用于钢材 S-立柱截面积(cm2 ) S=a2 =152 =225 cm2 2.11.5 立柱螺纹强度计算作用在每一圈螺纹上的力 式中 P2-立柱所受的总拉力（kgf） n-立柱数目Z-工作螺纹圈数 Z=h/Sh-螺纹高度(cm)S-螺距(cm)根据结构设计已知 d=11.5 cm dcp=11.305 cm d1=11.1 cm S=0.3 cm h=7.3 cm K=0.81 n=4 P2=364000 kgf剪切应力式中 a-螺纹牙根部宽度 （cm） 取a=KS=0.243 cm K-螺纹完满系数挤压应力燕山大学毕业设计（论文）弯曲应力式中 t-螺纹牙高(cm) d , d 1- 螺纹外径和内径 (cm)将数据代入以上各式可得 对应的许用应力选择为600 ， 1200 1000-1200 由上 强度满足要求2.12 剖分式横梁联接处零件的选择及校核剖分式横梁的基本结构及尺寸 如图（2-22）其结构设计见零件图由图（2-21）可知，由于偏心距的存在，导致立柱承受反作用力。每一根立柱承受的反作用力为 由力矩平衡条件可得 燕山大学毕业设计（论文） 燕山大学毕业设计（论文）由上式可得 其受力图如上（2-23）为保证此盖板与活动横梁可靠联接固定，以保证其与活动横梁组成正方形截面，故采用内螺纹圆锥销可靠固定，其主要承受由f产生的剪力作用，采用双头螺柱联接，其主要承受N产生的拉力作用。2.12.1 校核内螺纹圆锥销选用销A1260 GB118-86 四个销分别固定在盖板的四角。取截面直径d=12mm,其材料选用35钢，其许用剪切应力=58.8 Mpa n=4强度满足要求2.12.2 校核双头螺柱选用螺柱