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机械毕业设计829机车减震弹簧拆装用10吨四立柱压力机的设计.doc
机械毕业设计829机车减震弹簧拆装用10吨四立柱压力机的设计
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机械毕业设计829机车减震弹簧拆装用10吨四立柱压力机的设计,机械毕业设计论文
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1 1 绪论 1.1 液压机原理 液压机是一种利用液体压力能来传递能量，以实现各种压力加工工艺的机器。 液压机是一种可用于加工金属、塑料、木材、皮革、橡胶等各种材料的压力加工机械，能完成断崖、冲压、折边、冷挤、校直、弯曲、成形、打包等多种工艺，具有压力和速度可大范围无级调整、可在任意位置输出全部功率和保持所需压力等优点，因而用途十分广泛。 液压机根据帕斯卡原理制成，其工作原理如图 1所示。两个充满工作液体的具有柱寒或活塞的容腔由管道相连接，当小柱塞 1上的作用力为 F1时，液体的压力为11Fp A ， A1为柱塞 1的工作面积。根据帕斯卡原理：在密闭的容器中，液体压力在各个方向上是相等的，则压力 p将传递到容腔的每一点，因此，在大柱塞 2上特产生向上的作用力 F2，迫使工件3变形，且 2211AFFA 式中： A2 大柱塞 2的工作面积。 图 1-1液压机工作原理 1-小柱塞 2-大柱塞 3-工件 液压机的机构形式很多，其中以四柱立式液压机最为常见。液压机一般由本体 (主机 )nts 2 及液压系统 两部分组成。最常见的液压机本体结构简图如图 2 所示。它由上横梁 1、下横梁 3、四个立柱 2 和十六个内外螺母组成一个封闭框架，框架承受全部工作裁荷。工作缸9 固定在上横梁 1 上，工作缸内接有工作柱塞 8，它与活动横粱 7 相连接。活动横梁以四鞘立柱为导向，在上、下横哭之间接复运动。在活动横梁的下表面上，一般固定有上模 (上砧 )，而下模 (下砧 )则固定于下横粱上的工作台上。当高压液体进人工作缸后，在工作柱塞上产生很大的压力，并推动柱塞、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。回程缸 4 固定在下横梁上，其中有回程柱 塞 6，它与活动横梁相连接。回程时，工作缸通低压，高压液体进入回程缸，推动回程柱塞 6向上运动，带动活动攒粱回到原始位置，完成一个工作循环。 图 1-2液压缸本体图 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 nts 3 1.2 液压机的特点 液压机与其他锻压设备相比具有以下特点： (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工作压力、较大的工作空间和较长的工作行程，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。可以在下转换点长时间保压，这对许多工艺来说，都足十分需要的。 (3)可以用简单的办法 (各种阀 )在一个工作循环中调压成限压，不易超载，容易保护各种模具。 (4)沿块的总行程可以在一定范围内任意地无级地改变，滑块行程的下转换点可以根据压力或行程位置来控制或改变。 (5)沿块速度可以在一定范围内在相当大的程度上进行调节，从而可以适应工艺过程时沿块速度的不同要求。用泵直接传动时，滑块速度的调节可以与压力及行程无关。 (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、周期环境及设备本身都有很大好处。 液压机的缺点是： (1)用泵直接传动肘，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，阀的换向也需要一定时间，速度不够高，因此在快速性方面不如机械压力机。 (3)由于液体有可压缩性，在快速卸载时，可能会引起压机本体或液压系统的振动，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 。 nts 4 2 总体方案的设计 2.1 总体方案 液压机可以分解为两大主要系统： 液压系统和机械系统。具体可以分解为 5大组件： 1） 底板组件 2） 小车组件 3） 液压系统 4） 立柱 5） 上板组件 液压机的结构分解图如图 2-1所示： 压 力 机机 械 系 统 （ 本 机 ） 液 压 系 统上 板 组 件 底 板 组 件 小 车 组 件 立 柱图 2-1压力机系统结构分解图 以上 5个部分共同组成了压力机系统，共同协调完成所需的工艺。接下来的两章将重点实现以上 5个部分的设计过程及其校核。 nts 5 3 液压系统的设计 液压系统对于整个压力机的重要性是不言而喻的。常见的液压系统由以下部分组成： 液 压 泵 液 压 控 制 元 件 液 压 执 行 元 件 负 载图 3-1液 压系统的组成 为了实现液压系统对工件进行规定的动作需要对液压系统的各个部分进行设计。 3.1 明确系统设计要求 对以固定式机械来说，该压力机对液压系统的要求是： a) 有较大的空间，可以存放油箱且不需要另设散热装置的系统； b) 要求结构尽可能简单的系统； c) 采用节流调速， d) 精度要求很低，只需控制行程即可。 e) 经济性好 为了满足对弹簧强压处理的要求，压力机需要实现“快进 减速升压 保压 快速回程 停止”的工作循环。系统要求低速，小功率驱动。 保压时压力为 80kN，快退时取为 2kN； 工作行程为 320mm。 快进快退速度约为 v1=v3=10mm/s，工进时 v2=1mm/s 所以，该系统适合用开式系统。回油节流调速回路 3.2 工况分析 3.2.1 负载分析 经过计算可得，将弹簧压至并圈高度时，压力机所受的力 F=80kN，简单的绘制其负载图如图 3-2所示： nts 6 快 进减 速 及加 压保 压快 速回 程停 止tF/kNO82图 3-2液压系统的载荷图 3.2.2 运动分析 由压力机上的行程要求，得到液压系统的行程在工作循环的变化图如图 3-3所示。以下为位移循环图。通过位移循环图，可以清楚地看到该液压执行元件的工作循环。 快 进减 速 及加 压保 压快 速回 程停 止tLO图 3-3液压系统工作循环图 nts 7 3.3 确定液压缸主要参数 3.3.1 确定液压缸 表 3-1 按速比要求确定 d/D V1/V2 1.15 0.125 1.33 1.46 1.61 2 d/D 0.3 0.4 0.5 0.55 0.62 0.71 注： v1 无杆腔进油时活塞运动速度； V2 有杆腔进油时活塞运动速度； 简单液压系统液压缸选用单杆式。依据表 1，有杆腔与无杆腔的速比可取为 1.46，所以活塞杆直径 d 与缸筒直径 D 的关系为 0.55dD 。 3.3.2 初选系统的工作压力 工程机械的选型表如下： 表 3-2 各种机械常用的系统工作压力 机械类型 机床 农业机械 小型工程机械 建筑机械 液压凿岩机 液压机 大中型挖掘机 重型机械 起重运输机 磨床 组合机床 龙门刨床 拉床 工作压力 /MPa 0.82 35 28 810 1018 2032 表 3-3执行元件背压力 系统类型 背压力 /MPa 简单系统或轻载节流阀调速系统 0.20.5 回油路代调速阀的系统 0.40.6 回油路设置有背压阀的系统 0.51.5 用补油泵的闭式回路 0.81.5 回油路较复杂的工程机械 1.23 回油路较短，且直接回油箱 可忽略不计 nts 8 根据表 2 中提供的各类设备的常用工作压力，选定该压力机的工作压力为 P=10MPa。因此，液压缸无杆腔的压力可取为 P1=10MPa。在回油时，带有调速阀，液压缸上必须有一定得背压 P2。根据表 3 中的情况，取 P2=0.5MPa。 3.3.3 计算液压缸的工作面积和流量 1) 活塞直径计算 一般情况下，液压缸在受压状态下工作，其活塞面积为： 2211F p AA p 亦可根据下面的公式计算： 2124 1FD pp 代入前面步骤中已知数值，可以求得 234 8 0 0 . 1 0 0 91 0 0 . 5 1 0 . 5 5 1 0Dm 依据下表 4 选择相应的直径。 表 3-4活塞直径 d(mm) 速比 缸径 40 50 63 80 90 100 110 1.46 22 28 35 45 50 55 63 3 45 50 60 70 80 依据表 4，计算圆整后得到 D=100mm， d=55mm 由此求得液压缸两腔的实际有效面积为： 22 3210 . 1 7 . 8 5 1 044DAm 2 2 2 2 322( ) ( 0 . 1 0 . 0 5 5 ) 5 . 4 8 1 044Dd 2) 缸筒壁厚计算 按照下列公式计算： nts 9 2 pDt 对于 45 钢，其屈服强度 =360MPa 计算得到 t=2.80mm 取为 3mm 根据国家的标准缸的外径为 127mm，加工成型后的外径为 124mm，故缸筒的壁厚应选为 12mm。 3) 活塞杆强度计算 4bFd对于材料文调质 45 钢， b =600MPa，代入上式验算得到 mmmmd 552.41 。所以符合要求。再与标准液压缸对比后发现，基本吻合 4) 流量校核 当工作速度很低时，还须按最低速度要求验算液压缸的尺寸 minminQA v 式中： A-液压缸有效工作面积 (m2); Qmin-系统最小稳定流量； Vmin-最小工作速度 (m/s) 代入其最小速度 v2=1mm/s，可得 Qmin=5.48 10-6m3/s。 3.3.4 绘制 执行元件工况图 液压执行元件的主要参数确定后，就应绘制执行元件的工况图。工况图是选择液压泵和电机功率的依据。利用工况图可以验算各个工作阶段所确定参数的合理性。根据 D 和 d值，可以估算出液压缸在各个工作阶段的压力、流量和功率，以此绘制出工况图 3-4。 nts 10 L / m mOP / P aQ /P / Wm3/ s5 . 4 8 1 0- 6m3/ s5 . 4 8 1 0- 5m3/ s5 . 4 8 1 0- 5m3/ s1 0 1 06P a0 . 5 1 06P a6 . 3 1 06P a6 . 3 1 06P a0 . 3 4 5 k W0 . 0 5 1 k W3 4 . 5 k WQ 流 量pP压 力功 率图 3-4工况图 3.3.5 拟定液压系统原理图 3.4 液压回路的选择 铁路机车的减振弹簧是铁路机车安全正常运行的重要部件之一，工况差长期处于交变应力的作用下，故必须对它进行定期的检测。 减振弹簧是由一组复 合弹簧、上下弹簧座和螺栓预压紧组成，有关资料显示弹簧的预压紧力为 8000KG 左右。 要对减振弹簧进行检测，必须先拆下上下弹簧座的连接螺杆，再将弹簧力缓慢施放，这样就可将弹簧取出进行检测。检测后的弹簧装上上下弹簧座后，缓慢压缩至预紧位置后装上螺杆便可交付使用。 我现在的工作就是设计一种装置安全可靠并且操作方便、实用地将组合减振弹簧取出和装上。 液压系统的设计总体思路为 要满足克服 8000KG 力的要求，也就是说液压系统的压力使油缸产生的推力 P 大于8000KG，我们为了留有一定的余地故选择压力机油缸的推力为 10000KG。 nts 11 缸径和系统压力的选择，当油缸推力一定时，缸径与系统压力是成反比的，也就是说缸径越大时系统压力就会小；反之亦然。缸径与系统压力必须匹配，如果缸太大，制作成本就会很高，设备整体也不协调；如果系统压力太高，也会使系统元件的要求提高，制作成本也会提高，并且也会增加使用维护费用，因为液压系统的故障率是随系统压力的增高而增加的，故我们选择缸径为 100（符合国家行业标准），系统压力为 127kg/cm2。（系统压力应选 160 kg/cm2级的） 压力机在工作时要求油缸活塞杆往复运动的速度是可调的，并可在行程中的任意停止。所以我们在系统中应该选择三位四通电磁换向阀且其滑阀机能为 M 型。这样可以在油缸停止时，压力油直接回油箱，这样可以减少系统的压力负担，也可以减缓系统油温的上升速度，我们还在换向阀下叠加一单向节流阀以调节油缸活塞杆的速度，并且采用回油节流，以利于活塞杆运行平稳。 按设计规范我们我们要在油缸有杆腔油口处设置一平衡阀，以免系统出现故障（如油管破裂等）时，油缸活塞杆突然下滑造成工伤事故，但是由于我们的工件（减振弹簧）是由小车送入 的，故我们没有设计平衡阀，特此说明。 元件的选择。在满足功能的前提下成本越合理越好，也就是性价比要合理符合我们的要求，我们通过查阅相关资料并调研后得知，国内市场上液压元件第一档次为德国的力士乐、日本油研、美国威格士、等为代表，他们的元件质量好价格高，其价格比国内同类产品高 3 5 倍，有的甚至搞 10 倍；第二档次是以北京华德、上海立新、台湾朝田湧镇等为代表的；第三档次为山西榆次、四川长江、上海高行、台湾力王等为代表的；第四档次为江浙一带仿制厂家等。 油泵是系统的重要元件，我们应该选额压力为 160 kg/cm2，流量为 16ml/r 与国产榆次的为佳。 换向阀、溢流阀、节流阀也是重要的控制元件，应选台湾型的元件为好。通径为 6mm。 压力表、压力表开关、空滤器、吸滤器、油标等附件应选国产为好。 3.4.1 选择系统类型 由于采用回油节流调速，故而选用开式系统。 3.4.2 选择调速回路 nts 12 由工况图可知，压力机液压系统的功率不大，运动速度低，工作负载变化小，效率和发热并不突出，故可采用调速阀调速，因为回路节流调速能获得更低的稳定速度，故本系统采用调速阀式回油节流调速回路。 该型压力机需要一个结构 简单，价廉，调速范围大，效率较低的低速小了功率场合，故而采用回油节流调速方案。 3.4.3 选择液压泵的类型 依据工作压力小于 21MPa，而且系统采用节流调速回路，选择定量泵。或者齿轮泵。 3.4.4 选择执行元件 选用单出杆活塞缸的液压缸，它是一种广泛适用于各类机械的液压缸 。 3.4.5 选择调压方式 利用弹簧加载式溢流阀。在换向阀处于中位时调压亦可。为了保证夹紧力可奥而且单独调节，在主路上串接单向阀。 3.4.6 选择换向回路 该流量为小流量，故而选用电磁换向阀。当压力机压头运动间隔 后，电磁继电器通电，开始换向。进行 下一步动作。 3.4.7 绘制原理图 综合上述分析和所确定的方案，将各个回路合理的组合为该压力机的液压系统，其原理如图 3-5 所示。 nts 13 D图 3-5 液压系统原理 1-过滤器 2 油箱 3 电机 4 液压泵 5 溢流阀 6， 7 压力表及压力表开关 8 三位四通电磁换向阀 9 单向调速阀 10 液压缸 其中： 9由调速阀和单向阀组成 3.5 计算和选择液压元件 3.5.1 选择液压泵 1) 确定液压泵的最大工作压力 Pp 1pp p p 式中： p1-液压缸的最大工作压力 p -从液压泵出口到液压缸入口之间的总的管路损失 由上可知， p1 为 10MPa 压力损失取为 0.5MPa，那么最大工作压力 Pp 10.5MPa。 2) 确定液压泵的流量 液压缸工作时，液压泵的输出流量是： m a x()pQ K Q nts 14 式中： K 系统的泄露系数，一般取 K=1.11.3； maxQ-最大总流量，包括最小溢流量。 由上式计算 Qp=1.3*(0.5*10-4+5.48*10-5)=1.92*10-4m3/s。 3) 选择液压泵的规格 根据以上的 Pp 和 Qp 值，从产品样本中选取泵为小流量泵。 4) 确定驱动功率 根据式子 ppppQP式中：p-液压系统的总效率。按照表 5 选取。 表 3-5液压泵的总效率 液压泵类型 齿轮泵 螺杆泵 叶片泵 柱塞泵 总效率 0.60.7 0.650.80 0600.75 0.800.85 以上计算得到驱动功率 P=2.88kW。选择驱动功率为 5kW。 3.5.2 选择液压控制阀 1.电磁换向阀的选择 根据系统设计需要在合理分配油路的原则基础上，查机械设计手册选择电磁换向阀型号为 4WE6/AG24. 4WE6/AG24型牌号的含义如下： 4代表三位四通； WE 代表电磁换向阀； 6代表通径 6mm； A代表湿式标准电磁铁； G24代表直流电 24V。 电磁换向阀的部分技术规格如下： 介质：矿物油； 介质温度： -3080c ； 介质黏度： (2.8380) sm /10 26 ; 工作压力： A、 B、 P腔小于等于 25MPa， T 腔小于等于 6MPa； 额定流量 ： 15L/min； 电源电压：交流电 50Hz， 110V， 220V；直流电 12V、 24V、 110V nts 15 消耗功率： 26W； 吸合功率： 46V A； 启动功率： 130 V A； 接通时间： 40ms（直流）、 25ms（交流）； 断开时间： 30ms（直流）、 20ms（交流）； 最高环境温度： 50c ； 最高线圈温度： 150 c ； 2.溢流阀的选择 DB/DBW 型溢流阀具有压力高，调节性能平稳，最低调节压力和调节范围大等优点。DB 型阀组要用于控制系统压力； DBW 型电磁溢流阀也可以控制系统的压力并能在任意时候使之 卸荷。设计调节泵的出口压力为 5MPa，查机械设计手册选择溢流阀型号：直动式溢流阀 DBDA6P6。 DBDA6P6型直动式溢流阀部分参数如下： 通径： 6mm； 工作压力： P口 40MPa， T口 31.5MPa； 流量： 50L/min； 介质：矿物油磷酸脂液压油 介质温度： -20 70 重量： 1.5kg 表 3-6 控制元件 序号 名称 实际流量 (L/s) 选用规格 1 单向阀 0.74 DF-B20K 2 溢流阀 2 YF-B20C 3 三位四通阀 3.6 34DY-B10H-T 4 调速阀 0.7 QF-B10C 以上为选用的液压控制阀的列表。 3.5.3 计算泵的驱动功率，选择电机 Y 系列的电动机为全封闭自扇冷或水冷式笼型三相异步电机，用于空气中有易燃、易爆或腐蚀性气体的场合。它适用于电压为 380V 且无特殊要求的机械上，如泵、马达和机nts 16 床等。 根据给定参数的计算所得液压泵的驱动功率为 2.2kw，查机械设计手册选用电机型号： Y100L1-4。该电机可防水滴、铁屑及其他物件沿垂直方向掉入电机内部，它可作为泵，机床等的动力源使用。该电机性能如下： 额定功率： 2.2kw； 同步转速： 1500r/min； 满载转速： 1440r/min； 额定转矩： 2.2N m 电压： 380V。 3.5.4 辅助元件 1) 油箱 邮箱储油按下式计算： vaQV式中： a 经验系数，按照表 3-7 选取 表 3-7经验系数 a 系统类型 行走机械 低压系统 中亚系统 锻压系统 冶金机械 a 12 24 57 612 10 根据表格所示，取 a 为 7。 计算： V=5.48*7*60*10-5=0.023m3/min。 由此设计得到油箱图。 图 3-6 油箱结构图 nts 17 3.5.5 联轴器的选择 选择弹性套 柱销联轴器。弹性套柱销联轴器具有一定的补偿两轴线相对偏移能力和缓冲减震能力。结构简单、维护方便。适用于对减震要求不高、底座刚性好、对中精度较高场合，不宜用于高速或低速重载场合，是应用广泛的一种联轴器。 联轴器的计算转矩： )(9550 mNTKKKKnPTKTntzwwe 式中 T -理论转矩， N m wP-驱动功率， kw； n-工作转速， r/min； wK-动力机的系数，查表取 1.0； K-工况系数，查表取 1.5； zK -启动系数，查表取 1.0； tK-温度系数，查表取 1.5； nT-公称转矩， MN ； 将数据代入上式计算得： mNTe 9.111经计算选取联轴器的型号为： LT5ZC35 82/J1B32 60GB/T4323-1984,其参数如下： 主动端： Z型轴孔、 C型键槽， mmLmmd z 82,35 1 ； 从动端： J1 型轴孔、 B 型键槽， mmLmmd 60,322 ； 3.5.6 液压介质的选择 液压工作介质的选择应该是根据液压系统中重要元件的油膜承载能力确定的，故应在保证承载能力的条件下，选择适合的介质粘度。 工作介质粘度太大，系统的压力损失大，效率降低，而且泵的稀有状况恶化，容易产生空穴和气蚀 作用，是泵运转困难，粘度太小，则系统泄露太多，容积损失增加，系统效率亦低，并使系统的刚性变差。因此，为了使液压系统能够正常和稳定地工作，要求工作介质的粘度随温度的变化要小。 工作介质对液压系统各运动部件起润化作用，以降低摩擦和磨损，保证系统能够长时间正常工作，故要求液压系统的介质要具有很好的润滑作用。 nts 18 另外液压介质还要有抗氧化性，防锈和不腐蚀金属，同密封材料相容，消泡和抗泡沫性，抗乳化性，洁净度高等要求。 液压介质的分类查液压与气压传动表 1-3 可知。 根据系统要求选择液压介质如下： 查机械设计手册 齿轮泵工作温度： 540c ；推荐选用运动黏度（ c8.37 ）： 3070 smm/2叶片泵工作温度： 540c 推荐选用运动黏度（ c8.37 ）： 3049 smm/2 . 综合考虑以上情况选用： L-HM32矿物油型液压油。 L-HM32 矿物油型液压油，运动黏度 c0 时不大于 420 smm/2 .， 40c 时运动黏度范围是 28.835.5 smm/2 ，是防锈抗氧制矿物油，可改善液压实验系统的抗磨性，保证实验数 据真实可靠，使系统稳定运行，保持性能安全可靠。其部分质量指标如下： 运动黏度： 28.8 smm/2 ； 黏度指数：不小于 95； 抗磨性试验：不小于 10（ FZG齿轮机试验），不小于 100（叶片泵试验）； 机械杂质：无； 空气释放值： 6/min（ 50c ）； 泡沫性： 150/10（ 24 c ）。 3.6 液压系统的性能验算 3.6.1 压力损失 压力损失估计， p =1MPa。主要是管路泄露等等损失。 3.6.2 发热计算 采用相关文献公式估算，本系统对散热要求不高 3.7 液压装置结构设计 3.7.1 液压装置的结构形式 采用单机，卧式液压泵布置。这样简单，实用。 3.7.2 液压泵的类型 采用箱体式，占地小。 nts 19 4 机械系统总图的设计及其各零件的设计 压力机的机械结构可以按照功能分为四个部分： 1) 底板组件 2) 小车组件 3) 上板组件 4) 立柱 液压机本体结构的设计应考虑以下三个基本原则： (1)尽可能地满足工艺要求，便于操作； (2)具有合理的强度、刚度及运动部分的导向精度，使用可韶，不易损坏 (3)具有很好的经济性，重量轻，制造维修方便。 其中，工艺要求是最主要肋影响因素。出于在液压机上进行的工艺是多种多样的，因此液压机的本体结构型式也必然是多种多样的。从机架型式看， 有立式与卧式；从机架组成方式看，有梁柱组合式、单臂式和板架式；从：工作缸数量看，有单位、三位或多缸。对于小型、中型多采用最为常见的立式结构，梁柱组合式单缸结构。 整个压力机是单件小批量生产，用于实现弹簧强压工艺中的一个步骤，故而考虑尽量采用焊接结构。下面就四个方面系统设计。以下是参考简图： nts 20 图 4-1 压力机简图 4.1 横梁设计 4.1.1 横梁 的结构设计 横梁包括上横粱、下横梁 (或工作台 )和活动横梁 (或称滑块 )。横梁通常都设计成上、下封闭的箱形结构件，在安装各种缸、柱塞及立柱处一般做成圆筒形并用筋扳与横梁面板相连 (参 阅图 2 48)。在承载较大处，筋扳较密，以提高横梁刚度，降低局部应力筋板多布置成网格形式辐射形。 中小型液压机横梁有铸造结构和焊接结构两种。生产批量较大的小型液压机，义捞梁多为铸铁件 HT 200 或铸钢件 ZG270 500；单件小批生产时，采用 A3 或 16Mn 板材焊接而成。焊接件的焊缝质量要可靠。 为防止横梁构件变形，不论采用铸造结构或焊接结构部必需进行热处理，以消除其内应力。 中小型液压机掇梁多数为整体结构，而大型液压机横梁由于受制造和运输能力的限制往往设计成组合式，并利用控和拉紧螺栓联接。 综合以上考虑， 上横梁的结构设计如图 4-2 所示： nts 21 图 4-2 上横梁结构图 根据其结构形式而确定下的尺寸如图所示。 而下横梁是为下滑动机构提供支撑平台，因而必须有导轨机构。采用焊接结构，其结构形式如下： APBnts 22 图 4-3 下横梁 (工作台 )结构图 4.1.2 横梁强度和刚度校核 1 上横梁强度校核 根据上横梁的受力情况，对其强度做初步校核。主要的承力件为上板体、螺栓。分别对其进行强度校核。 A. 上板体强度校核 上板体采用 45 钢加工而成，主要承受来自压力油缸的反作用力。其尺寸如下图所示 ： nts 23 图 4-4上板体尺寸 上料板的有效面积 Acm=S 矩形 4S 小圆 S 大圆 4S 四角 =0.2314m2 而由上板的材料： 45 钢 360s MPa 。查机械设计手册得： =s/S=360/1.5=240MPa (S=1.5) 轴向载荷 F= P S=P (D2 d2 )/4=58875N 58875 2 5 4 4 2 9 . 6 P a0 . 2 3 1 4cmFA =240MPa 所以上板体的强度符合要求。 B. 螺栓强度校核 油缸座套上采用了 4 个 M16 的螺栓连接。 联接螺栓的材料： 45 钢 360s MPa 。查机械设计手册得： =s/S=360/1.5=240MPa (S=1.5) 轴向载荷 F= P S=P (D2 d2 )/4=58875N nts 24 按照受预紧力 F0 和工作载荷 F 共同作用的紧螺栓连接的强度计算可得：螺栓所受的总拉力 F1 不等于预紧力 F0 和工作拉力 F 之和，而等于残余预紧力 F2 与工作拉力 F 之和，即 F1=F2+F 对于一般连接，工作载荷稳定时，取 F2=0.2F=0.2X58875N=11775N 。所以，F1=F2+F=70650N。危险剖面的拉伸强度条件为： 1214 1 . 3 Fnd 24 1 . 3 7 0 6 5 016 =114.2MPa =240MPa 由上可得联接螺栓的强度足够 C. 油缸座套强度校核 油缸座套的结构尺寸如下 图 4-5 油缸座套 油缸座套的有效面积 Acm= S 大圆 S 小圆 =0.0157m2 而由座套的材料： 45 钢 360s MPa 。查机械设计手册得： =s/S=360/1.5=240MPa (S=1.5) 轴向载荷 nts 25 F= P S=P (D2 d2 )/4=58875N 58875 3 . 7 5 M P a0 . 0 1 5 7cmFA =240MPa 所以座套的强度亦符合要求。 2 下横梁强度校核 根据下横梁的受力情况，对其强度做初步校核。下横梁主要是对提供一个工作平台，亦称为工作台。对地支撑和对小车提供导轨支撑作用。主要的承力零件为底板支座和支柱套。分别对其进行强度校核。 A. 底板支座强度校核 底板支座的结构尺寸如下： nts 26 图 4-6 底板支座 底板支座与地面靠钢板角支撑。底板支座的材料为 A3 钢。 底板支座的有效面积 Acm=t*L 周长 =0.0236m2 而由支座的材料： 45 钢 235s MPa 。查机械设计手册得： =s/S=360/1.5=156.7MPa (S=1.5) 轴向载荷 F= P S=P (D2 d2 )/4=58875N 58875 2 . 4 9 M P a0 . 0 2 3 6cmFA =240MPa nts 27 所以支座的强度亦符合要求。 B. 支柱套强度 校核 支柱套的结构尺寸如下图： 图 4-7 支柱套 支柱套的有效面积 Acm= S 大圆 S 小圆 =0.00251m2 而由支柱套的材料： 45 钢。屈服极限 360s MPa 。查机械设计手册得： =s/S=360/1.5=240MPa (S=1.5) 轴向载荷 F= P S=P (D2 d2 )/4=58875N 58875 2 3 . 4 6 M P a0 . 0 0 2 5 1cmFA =240MPa 所以支柱套的强度亦符合要求。 nts 28 4.1.3 横梁的固定 ： 防松的根本问题是防止螺旋副的相对转动，防松的措施很多，按工作原理分为以下三类： （一） 摩擦放松：这类放松措施是使拧紧的螺母之间不因外载荷变化而失去压力，始终有摩擦阻力防止连接松脱。这种方法不十分可靠，故多用于振动和冲击不剧烈的场合。常用的有以下几种： （ 1） 对顶螺母 采用对顶螺母通过两螺母对顶拧紧而产生的对顶压力，使两螺的螺纹分别与螺栓在旋合段内的螺纹相互压紧，防止连接松脱。 （ 2） 弹簧垫圈 这种垫圈通常由 65Mn 钢制成，经热处理富有弹性。螺母拧紧后，因垫圈的弹性反力，使螺母与螺栓的螺纹之间产生 一定的附加弹性压力，此压力不随外载荷的变化而消失，故产生的摩擦力始终存在，能防止螺母松脱。；另外，垫圈斜口的尖端低着螺母与被连接件的支持面，也有助于放松。 （ 3） 自锁螺母 常用形式有利用螺母末端椭圆口的弹性变形箍紧螺栓，横向压紧螺纹。 （二） 机械防松 （ 1） 槽形螺母和开口销 开口销穿过螺母上的槽和螺栓末端的孔后，尾端分开，使螺母与螺栓不能相对转动，从而达到放松的目的。这种放松常用于有振动的高速机械中的联接。 （ 2） 圆螺母和带翘垫圈 将带翘垫圈的内翘嵌入外螺纹零件端部的轴向槽内，拧紧圆螺母后，将垫圈的一个外翘弯入螺母的一个槽内锁住螺 母，常用于滚动轴承等与轴一起转动的零件的轴向固定。 （ 3） 止动垫圈 止动垫圈的一边弯贴在螺母的侧面上，另一边弯入被连接件的槽中，从而约束螺母松动。这种方法较麻烦，多用于较重要或受力较大的场合。 （ 4） 串连钢丝 将低碳钢丝穿入各螺栓头部的孔内，使其相互制约，但必须注意钢丝的穿绕方向，要促使螺钉拧紧。此法防松可靠。但装拆不便，仅适用于螺栓组连接。 （三） 对于不经常装拆和不拆的连接，可采用破坏螺纹副的关系来防松。 本设计中就使用了对顶螺母的防松形式，通过两螺母对顶拧紧而产生的对顶压力，使两螺的螺纹分别与螺栓在旋合段内的螺纹相互压紧 ，防止连接松脱。 nts 29 4.2 立柱设计 4.2.1 立柱结构设计 1立柱结构及其与横梁连接的型式 由于采用立式结构的四立柱设计，故而每个立柱承受相同的力。立柱要求能够支撑起液压系统及其其他部件。对于小型压力机系统，图 a 为双螺母式 (内外螺母式 )，每根立柱取四个内外螺母与上、下横粱紧固连接在一起，该种结构型式的立柱加工、安装与维修都较为方便，因此采用较普遍。 图 4-8 常见立柱结构形式 由以上的结构图，参考 a 的结构形式，结合立柱的高度要求而设计得到立柱的结构如下： nts 30 AB图 4-9 立柱结构及尺寸图 2 立柱受力 由以上立柱的结构图，得到立柱的受力为拉应力力弯矩产生的弯曲应力 。 4.2.2 立柱强度校核 按最简单的受力状态计算，假设上下横梁的刚度很大，忽略上下横梁的变形而施加于立柱的附加弯曲应力，则立柱只承受简单的轴向拉力，其拉应力为： p FnA nts 31 式中： F-液压机的公称压力； A-每根立柱的截面积； n-立柱根数； -许用应力 对于材料为 40Cr 的立柱来说 ， =800MPa； 轴向载荷为 F= P S=P (D2 d2 )/4=58875N 258875 1 7 . 2 1 M P a 8 0 0 M P a4 3 34p 所以，立柱强度符合要求 4.2.3 立柱装配配合 立柱在加工时，有着较高的精度和配合要求，两端配合圆柱需要保持较高同轴度，端面与圆柱面需保持较高的垂直度，圆柱面上有较高的粗糙度要求。 对于配合，一般采用基轴制配合。如 K6/h7。 4.2.4 立柱预紧 立柱的预紧方法：对小型液压机可使用扳手旋紧螺母，但其所能达到的预紧力是有限的。一般液压机可采用“超张预紧”、“加热预紧“以及“液压拉紧”。 超张预紧适用于内外螺母式立柱结构的液压机；超张后， 用扳手旋紧上、下横梁处的内螺母即可，但旋紧时需注意保证上横梁下表面与下横梁上表面之间的平行度。 采用加热预紧，通常需在立柱端部钻一直径为 4060mm 的孔，其深度需大于横梁高度，孔内可通热蒸汽、插入烧红的钢棒或插入电热棒加热，加热时应注意两对角立柱同时加热。对加热温度的计算以及螺母旋转角度的外算，详见参考文献。 采用液压拉紧装置对螺栓进行冷拉，所需时间短，效率高，但需一套专门装置。 4.3 滑动机构设计 (小车 ) 4.3.1 小车结构设计 小车的主要作用是给弹簧提供一个支撑环境，待弹簧完成强压处理的工艺后，退 出，取走弹簧，开始处理下一个弹簧。故而小车在导轨上运动，车体上有下模座，为弹簧提供支撑。按照此要求，初步确定小车的结构形式如下： nts 32 图 4-10 小车组件 4.3.2 小车关键部件强度校核 由于小车中主要的承力零件为导轨、橡胶弹簧和小车下模座。而导轨为角钢焊接结构，显然满足强度要求，下模座同上模座，强度符合要求。重点校核橡胶弹簧的强度。要求其形变量不能超过规定值。 橡胶弹簧的结构如下： nts 33 图 4-11 橡胶弹簧 圆柱橡胶弹簧的压缩形变为 24Phf Ed 其中： 0 .0 320 . 1 1 73 . 6 (1 1 . 6 5 )4HSGeE iGiSdSh取 HS=50， d=25mm， h=28mm，代入计算可知 f=14.7mm 18mm，因此，此橡胶弹簧是满足设计要求的。 4.3.3 其他 零件设计图及小车装配要求 1 其他零件设计图 小车中由小车框轨，基座，轴座，弹簧，下模座，小车轴，小车支杆小车轴座盖组成。按照小车的设计要求，其余部分的主要结构如下： nts 34 图 4-12 小车下模座 nts 35 图 4-13 小车基座 图 4-14 小车轴 nts 36 图 4-15 小车轴座盖 nts 37 图 4-16 小车支杆 图 4-17 小车框轨 2 小车装配要求 小车轴与轴承装配为基孔制。其余为过渡配合。 nts 38 结 论 “锲而不舍，朽木不折；锲而不舍，金石可镂。”经过三个多月的马拉松式的紧张设计，随着这份设计说明书的收笔也即将告捷。回想起设计的过程，酸甜酸苦辣一言难尽。虽然时间的紧迫和就业的压力始终徘徊在设计的过程中，但毕竟收获的喜悦还是胜过了工作的幸劳。非常庆幸能在毕业之际交上一份令自己满意的答卷。 毕业设计是大学课程的最后一次课，也是四年来最重要的一个环节，它涉及四年来所学的各科知识，将它们融合在一起。在毕业设计这门课程中让我 们体会到知识的重要，每门课程都有它的可取之处，所有的事物都是
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