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
上横梁.dwg
中期报告.doc
封皮.doc
总机装配图.dwg
活塞杆.dwg
液压缸.dwg
目录.doc
附页.doc
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：
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哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）中期报告题 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 中期报告日期 2011年11月23日 哈工大华德学院第一章 已完成项目 1. 四柱式通用液压机的简介 2. 液压机主要技术规格的内容 3. 机身结构的分析 3.1 上横梁的结构形式 3.2 工作台的结构形式 3.3 活动衡量的结构形式 3.4 立柱的结构形式 4. 横梁强度计算 4.1 上横梁强度计算 4.2 工作台强度计算 4.3 活动横梁强度计算 5. 立柱部分强度计算 5.1 中心载荷下立柱强度计算 5.2 偏心载荷作用下立柱强度计算 6. 机身的紧固 7. 精度调整第二章 未完成项目1、液压缸部装图的绘制2、零件图的绘制 上横梁的绘制； 活塞杆的绘制； 3、撰写毕业设计论文第三章 未解决的难点 无第四章 日程安排 11月28日12月02日液压缸部装图的绘制； 12月05日12月09日零件图的绘制； 12月12日12月23日 撰写毕业设计论文与准备答辩； 12月28日12月30日 毕业答辩； 第五章 完成全部毕业设计的可能性根据日程和时间的安排，可以按时完成毕业设计说 明一、中期报告应包括下列主要内容：1论文工作是否按开题报告预定的内容及进度安排进行；2目前已完成的研究工作及结果；3后期拟完成的研究工作及进度安排；4存在的困难与问题；5如期完成全部论文工作的可能性。二、中期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： 1.四柱式通用液压机的简介 四柱式通用液压机是最常见的典型结构形式之一。图1-1为四柱式通用液压机外观图。从图中可见，主机为三梁四柱结构。上滑块由四柱导向，顶出缸布置于工作台中间孔内，操纵箱布置于机身右前侧，各操纵调整元件均集中设置在操纵箱面板上，动力机构（包括电动机、泵、阀元件等），设置于右侧。整个系列均提供了典型的工艺动作，即上滑块快速下行慢速加压保压延时快速回程并停止。下缸活塞顶出退回或浮动压边下行停止顶出。因此适用于一般金属压制塑料、粉末冶金压制等广泛的工艺。由于增设了下缸活塞浮动压边下行的工艺动作，就可利用顶出缸做液压垫，利用倒拉伸工艺实现金属薄板拉伸成型的工艺要求。 图1-1 四柱式通用液压机2. 液压机主要技术规格的内容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 22.75kw3. 机身结构的分析 图2-1 四柱式通用液压机结构图从图2-1可见，10机身是典型的三梁四柱式结构，20主缸布置在上横梁中心，在工作台中心则布置了50顶出缸，活动横梁与主缸活塞刚性连接并由主缸活塞驱动，由四柱导向完成压制和回程动作，61控制箱安装在主机右前侧，各控制按钮和压力表、调压阀等，均布置在箱体面板上。因此，工作者在控制箱前即可集中操纵和调整。上滑块行程限位装置则布置于机身右前侧，可以调整活动横梁上限、减速和下限位置。动力机构布置于机身右侧，并由管路系统与主机连接起来。四柱式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。四柱式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。3.1 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，是液压机的重要部件。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。本设计上横梁采用焊接结构，其结构如图3-1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。 图3-1 上横梁结构图 图3-2 工作台结构图3.2 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3-2所示。3.3 活动横梁的结构形式 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3-3所示。图3-3 活动横梁结构图3.4 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。（图3-4a） 2) 两梁都用调节螺母支撑，用锁紧螺母上下加以锁紧。（图3-4b） 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。（图3-4c） 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。（图3-4d）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。图3-4 立柱结构图4. 横梁强度计算4.1 上横梁强度计算上横梁安装工作油缸，液压机加压工作时，上横梁承受其反作用力。上横梁强度计算可假设为自由放在两支点上的弯曲梁来考虑，支点间距离即为立柱中心距。对于单缸液压机，最简化的方法可视为受一集中力，则中间截面处弯矩： （kgf-cm） 式中： P液压机公称压力 （kgf） B立柱中心距离 (cm) 上式仅能对上横梁做粗略计算。在加压工作时，由于通过主油缸的台肩将作用力传递给上横梁，因此，可认为力作用在平均半圆亦即支承台肩的半环形的重心上。平均半环形重心至油缸中心的距离为： （cm）式中： D油缸台肩外径 （cm） d油缸台肩内径 （cm）由于油缸台肩内外径一般在（0.870.93）:1，故可简化为： (cm) 4-1上横梁受力分布及弯矩图如图4-1。最大弯矩在台肩半环形中心点间： 图4-1 上横梁受力图 （kgf-cm） 4-24.2 工作台强度计算工作台承受液压机总吨位，与上横梁计算一样，假设放在两支点上的弯曲梁来考虑，支点间距离即为立柱中心距，工作时压力超过模具作用于制件，由于大多数制件与模具有对称形状，并且模具应居中安装，因此可以认为工作台是一个中间部分承受均布载荷的梁，如图4-2。其中心截面处的弯矩为最大弯矩： (kgf-cm) 4-3式中： P公称压力 （kgf） B立柱中心距（左右） （cm） B1下模与工作台接触面左右宽 度，受分布载荷长度 （cm）B1数值根据下模与工作台面接触面积F1而 图4-2 工作台受力图 定，一般取B1=（0.350.6）B。也可按下式 求出： 式中： 挤压应力，（kg/）,根据工作台材料而定。 F1=B1b1式中： b1下模与工作台接触面前后宽度 （cm）为简化计算，取B1=b1，因此得B1为最小模板的接触宽度。4.3 活动横梁强度计算活动横梁在工作中，不承受弯矩时，可仅考虑其受压。当活动横梁在工作时，如果限位套上承受全部压力，此时，应考虑力作用在中心上，支点间距离即为立柱中心距，最大弯矩为： (kgf-cm)四柱式液压机由于结构限制刚度较差，即在工作载荷作用下，在垂直方向和水平方向变形量较大。一般情况下，各梁按前述强度计算，并限制许用应力就可以了。但是对工作台和活动横梁的变形量应进行计算，允许弯曲变形量一般不大于（0.120.20），B为立柱中心距，单位为毫米。5. 立柱强度计算5.1 中心载荷下立柱强度计算在中心载荷作用下，立柱只承受拉伸应力，其应力可按下式计算： （kgf/） 5-1式中： P公称压力（kgf） 立柱最小直径（取螺纹退刀槽处的直径）（cm） n立柱数目（一般n=4） 立柱许用拉伸应力。对45钢来说500800kgf/5.2 偏心载荷作用下立柱强度计算从图5-1可以看出，偏心负载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（）作用下产生的水平力H所生产的附加拉力和弯矩。中心载荷下立柱受力已如前述。水平分力作用下，力的分布可简化为图5-1的计算图形。将图5-1（a）上部转角处断开，代之以力R和弯矩M，故左右立柱受力为反对称形，即,1和2点处向左方向的水平变形为： 图5-1 偏心载荷下受力分布图5-2 计算图形 5-2上横梁水平位移后，必须仍与工作台平行，根据假设条件，立柱与上横梁为刚性连接，故1和2点的角位移在变形后仍为零，即： (kgf-cm) 5-3从图5-1中滑块力平衡条件可得： (kgf) 5-4从图5-2（d）上横梁力平衡条件可得： 整理后得： （kgf-cm） 5-5 (kgf) 5-6当Y=0时，R之值为最大，即： 5-7立柱其余各部的弯矩，可由图5-2（b）中求得： （kgf-cm） 5-8对于柱塞式油缸结构，即图5-1（b)所示情况，因为Z=常数，故之极大值，可用下式求出： 即有： 5-9设Z=0.1，则Y=0.36。即最大弯矩在Y=0.36处。强度计算条件为： 将R和M之值代入上式得： （kgf/） 5-10式中： P公称压力 （kgf） F计算断面的面积 (cm) W计算断面的断面系数W=0.098 () Mk偏心载荷产生的计算弯矩Mk=Pe (kgf-cm) e载荷计算偏心距,取e=(0.60.8),cm，为实际载荷偏心距， 对活塞式油缸结构取小值，对柱塞式油缸取大值。 系数，按下列情况决定。当计算立柱插入工作台的断面时： 当计算立柱插入上横梁的断面时： 6. 机身的紧固四柱式液压机机身必须用锁紧螺母和可靠的紧固，并且有足够的预紧力。否则在液压机加压时，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，主机精度因此被破坏。紧固的方法主要有普
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