四柱万能液压机总体及液压系统设计（全套含CAD图纸）
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中文题目：液压机总体及液压系统设计外文题目：DESIGN OF HYDRAULIC PRESS AND HYDRAULIC SYSTEM毕业设计（论文）共 69 页（其中：外文文献及译文 22 页） 图纸共 2 张 完成日期 2007 年 6 月 答辩日期 2007 年 6 月购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 1972163961摘要进入 19 世纪以来，随着制造业的飞速发展，对机械加工设备的要求也越来越高，人们迫切需要一种通用性强，加工范围广，工作负载大的加工设备。尽管早在 17 世纪中期帕斯卡就发现了利用液体能产生很大力量的可能性，但直到 19 世纪，液压技术才得到人们的广泛重视。为了应对军事、航空工业等领域的需求，德国、英国、苏联等国家先后制造了一批公称压力达到上万吨的模锻液压机。这个时候液压成型机械得到了充分的发展并具有了成熟的技术。液压机广泛应用于金属薄板的冲压拉深成形；金属机械零件的压力成形；粉末制品行业；非金属材料的压制成形；木制品的热压成形等领域。液压机极强的通用性奠定了它在工业生产领域的重要地位，成为国民生产中一枚关键的“棋子”。本设计对液压成型机械做了简单的回顾和总结，并具体设计了一台公称压力为2500kN 的通用液压机，重点在于液压系统设计方面，详细拟定了液压系统压力、方向控制等回路，绘制了液压系统图，并选择了各液压元件的具体型号等。为了满足工业生产的需要，促进国民经济发展，我国必须加大液压成型机械的研发和设计制造，争取早日达到国际先进水平，打破西方发达国家对液压关键元件的技术垄断。关键词：液压机；液压缸；液压系统；横梁；液压阀购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 液压机总体及液压系统设计2AbstractIn the 19 century, with the rapid development of manufacturing, machinery processing equipment requirements are also getting higher and higher, People urgently need a high universality, processing a wide range of the work load of processing equipment. Although as early as the mid-17th century Pascal discovered the use of liquid can produce the possibility of great power, It was not until the 19th century, hydraulic technology to receive widespread attention. In response to the military, aviation industry and other areas of demand, Germany, Britain, the Soviet Union and other countries has created a number of Nominal pressure reached 10,000 tons of forging hydraulic press. This time forming hydraulic machinery were fully developed and is a mature technology. Hydraulic press widely used in the sheet metal stamping drawing, metal machine parts pressure forming; powder products industry; non-metallic materials to suppress forming; wood products in areas such as the hot press forming. Hydraulic highly versatile for its industrial production in the area of the important status and become an indispensable national product of a pawn.In this paper, hydraulic molding machine to do a simple review and sum up, and specifically designed for a Nominal pressure of 2500 kN Hydraulic presses, focused on the design of the hydraulic system, the elaboration of the hydraulic pressure system, the direction of control loop, rendering The hydraulic system map, and select the various hydraulic components such as the specific models.In order to meet the needs of industrial production, promote economic development, China must increase the hydraulic molding machinery design and manufacture of the research and development and to strive for an early reached the international advanced level, breaking the Western developed countries on key components of the hydraulic technology monopoly.Key words: hydraulic machine; hydraulic cylinder; hydraulic system; beams; hydraulic valve购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 1972163963购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 液压机总体及液压系统设计4购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 19721639650 前言液压机是利用液压传动技术进行压力加工的设备，在制品成型生产中应用非常广泛。自 19 世纪以来发展迅速，已成为工业生产中必不可少的设备之一。液压机几乎适用于所有需要压力加工的工艺，目前广泛应用于金属薄板的冲压拉深成形；金属机械零件的压力成形；粉末制品行业；非金属材料的压制成形；木制品的热压成形等领域。液压机是最早应用液压传动的机械之一，目前液压传动已成为压力加工机械的主传动形式，在重型机械制造业，航空工业，塑料及有色金属加工工业等之中，液压机已成为重要设备。我国的液压技术是随着新中国的建立、发展而发展起来的，从 1952 年上海机床厂试制出我国第一台液压元件（齿轮泵）起，大致经历了创业奠基、体系建立、成长发展、引进提高等几个发展阶段。而国内的液压机发展也十分迅速，在生产能力及市场方面，产量大幅度上升，国内占有率高达 90以上，不过在出口方面，产值还不到 5。我国仅在生产台数和总吨位上处于国际领先地位，在产值和销售收入方面和国外发达国家比较不具有优势。技术水平上，国内液压机单机达到了国际中等或较先进的水平，但部分关键件，如液压和电控部分，还得靠和国外合作甚至完全进口。目前国内液压机普遍存在质量可靠性低，漏油问题严重，关键件加工质量低，外观和美学上还需提高，基本是以单机加工为主，多机联合组成的生产线普及率低。随着现代工业的飞速发展，对机械加工设备的要求也越来越高，机械制造业作为国民经济发展的基础行业，占有举足轻重的地位。为了不使国民经济发展受到桎梏，我国必须加大机械制造业的研究与开发。本文共分为三章：第一章绪论，主要介绍了液压机的工作原理，发展历程以及特点。第二章液压机的本体结构及设计计算，主要介绍了液压机各个部件的结构并进行了相应的参数选择。第三章液压系统设计，重点进行了液压系统各主要回路的选择，系统图的合成绘制，以及各个液压阀的型号选择等。由 于 本 文 编 者 的 水 平 有 限 ， 本 书 一 定 存 在 不 少 缺 点 和 错 误 ， 敬 请 各 位 读 者 给 予 提出 指 正 意 见 。购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 液压机总体及液压系统设计61 绪论1.1 液压机的工作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。其主要是利用帕斯卡原理制造而成的。如图 11 所示：1小柱塞2大柱塞3工件4液体图 11 液压机工作原理图Figure 1 -1 hydraulic machine diagram两个充满液体的具有柱塞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，液体压力为 PF 1/A1，A 1 为柱塞 1 的工作面积，根据帕斯卡原理，在密封容积中，液体压力在各个方向上是相等的，则压力 P 将传到容腔中的每一点，因此大柱塞 2 上将产生向上的作用力 F2，迫使工件 3 变形，且 F2 F1A2/A1。1.2 液压机的特点及分类 1.2.1 液压机的特点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，结构上易实现很大的工作压力，较大的工作空间和较长的工作行程，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以产生压力机额定的最大压力，可以长时间保压。3）可以利用阀在工作循环中调压或限压，不易超载，容易保护模具。购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 19721639674）滑块总行程可以在一定范围内任意改变，滑块速度可以在一定范围内最大程度的调节。5）工作平稳，撞击，振动和噪声小，对工人健康，厂房基础，周围环境及设备有很大好处。但液压机由于其设计安装的原因，也就有如下缺点：1）用泵直接传动时，安装功率比相应的机械压力机大。2）由于工作缸升压及降压，阀换向需要一定时间，空程速度不够高，在快速性方面不如机械压力机。3）由于液体的可压缩性，在快速卸载时，容易加大本机和液压系统的振动。4）工作液体有一定使用寿命，一段时间后得更换，增加了工作量和复杂度。1.2.2 液压机的分类按照机架结构形式液压机可分为梁柱式组合框架型、整体框架式、单臂式等。按照功能用途液压机可分为手动液压机、锻造液压机、冲压液压机、一般用途液压机、校正、压装液压机、层压液压机、挤压液压机、压制液压机、打包压块液压机、专用液压机等十组类型。1.3 液压机的选择液压机本体一般由机架、液压缸部件、运动部分、及导向装置组成。由于加工工艺的多样性，液压机的结构型式也是多种多样的。根据设计要求：液压机可用于塑性材料的压制及冲裁、弯曲、弯边、浅拉伸等，也可用于从事校正、压装、砂轮成形、磨料制品成形等工作，具备独立的动力机构和电器系统，可实现调整，手动等操作方式；公称压力为 2500kN。可选择 Y32 系列小型四柱万能液压机，机身为三梁四柱式，单缸体。1.4 液压机发展历程1653 年，帕斯卡发现了利用液体能产生很大力量的可能性，并首次提出了帕斯卡定律。1795 年，英国人 Bramah 发明了第一个手动液压机。18591861 年，维也纳铁路工场生产了第一批用于金属加工的液压机，公称压力分别达到了 7000kN,10000kN 和 12000kN。1884 年，在英国曼切斯特首先使用了锻造钢锭用的锻造水压机，于 1893 年建造了当购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 液压机总体及液压系统设计8时世界最大的 120MN 的锻造水压机。第二次世界大战前后，德国，美国，英国，苏联等先后制造了 315MN750MN 的大型模锻水压机。进入二十世纪以来，随着制造业的发展，将流体技术与数控，计算机控制和微电子技术相结合，液压机进入了一个新的发展阶段，逐渐成为工业生产中必不可少的设备，在国民经济各部门得到了广泛应用。1.5 国内液压机技术发展情况1949 年新中国成立以后，我国建立了独立自主的完整工业体系，液压机的研发也逐渐受到重视。19571962 年，我国开始自行设计，自行制造各种锻压设备，期间生产了将近 30 台 10000kN 到 31500kN 中型锻造水压机及两台 120MN 到 125MN 的大型锻造水压机，初步建立了一支设计和制造液压机的队伍。60 年代，我国先后成套设计制造了一些大型液压机，如 300MN 的有色金属模锻水压机，120MN 有色金属挤压水压机，80MN 黑色金属模锻水压机等。进入 70 年代，我国已具备向国外出口多吨位液压机的能力，其设计制造已达到了一定的先进水平。进入 21 世纪以来，我国的液压机技术及生产能力已趋于成熟，国内市场占有率高达90以上。2005 年，国内液压机销售额就达到了 13 亿元人民币左右。在生产台数和总吨位上，我国液压机生产产量处于国际领先地位。但我国的液压机在技术水平上与国外还存在较大差距，部分关键件，如高档的液压元件和电控元件还得依靠国外进口。国产液压机普偏存在质量可靠性低，漏油问题严重，关键件加工质量低等问题。在今后的发展中，国产液压机还得在自动上下料，多工位，快速高速，依托电液比例技术，传感器，电子，计算机，网络等以及环保方面加大研发力度。购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 19721639692 液压机的本体结构及设计2.1 四柱万能液压机的结构及工作特点2.1.1 结构四柱液压机一般由机身、主缸、顶出缸、油箱、液压动力机构及电控装置等组成，用液压管道及电线等连接。机身为三梁四柱式，利用四根立柱及紧锁螺母将上横梁和下横梁（工作台）组成一个封闭的刚性框架，主缸装于上横梁上，主缸活塞与活动横梁紧固连接，活动横梁靠四根立柱导向，可上下运动，活动横梁和工作台表面都开有 T 形槽，便于安装模具。工作台下部安装有顶出缸，用于顶出工件。在液压机的顶部设有油箱，在活动横梁快速下行时，可及时向主缸上腔补油，以减少主缸建压时间，提高快速性。2.1.2 工作特点四柱万能液压机可实现活动横梁的空程快速下降、减速下降、工作压制、保压延时、快速回程及停止等动作，其工作压力，压制速度，空程下降的行程范围及减速的行程范围均可以根据工艺要求进行调整。工作压制分为定压成形和定程成形两种方式。定压成形是液压机工作压力达到调定压力时可进行保压，延时及自动回程，延时时间可根据需要进行调整。定程成形是活动横梁达到调定压力的行程位置后，可进行保压，延时及自动回程。四柱液压机一般采用按钮集中控制，操作方式有调整、手动和半自动三种。2.2 四柱万能液压机的基本参数基本参数是液压机的基本技术数据，根据液压机的工艺用途及结构类型来确定，而用户的具体要求也是设计液压机基本尺寸的一大依据。为了更有利于专业化生产，降低成本，提高质量和便于维修，应尽量选用系列化，通用化和标准化的尺寸。如图 21 所示：1) 公称压力 液压机名义上能产生的最大力量 F。FPS （2-1）式中 F公称压力；P工作液体压力；S工作柱塞总工作面积。购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 液压机总体及液压系统设计10设计要求已给出：F 2500kN。图 21 液压机基本参数示意图Figure 2-1 hydraulic diagram basic parameters2) 最大净空距（开口高度）H即活动横梁停在上限位置时，从工作台上表面到活动横梁下表面的距离。查锻压手册第 3 卷表 182 四柱液压机基本内参数可知，H 取 1120mm。3）最大行程 S活动横梁位于上限位置时，活动横梁的立柱导套下表面到立柱限程套上表面的距离，即活动横梁能移动的最大距离。 查如上手册，取 s=710mm。4）工作台尺寸 （长 B宽 T） 工作台尺寸指工作台面可以利用的有效尺寸，其取决于模具（工具）的平面尺寸及工艺过程的安排。查如上表，取 B 等于 1000mm,A 取 1000mm。购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396115) 活动横梁运动速度按液压机的工作过程分为空载下行速度 V1、工作行程速度 V2、回程速度 V3。查锻压手册第 3 卷表 182，取 V1=90mms, V 2 =12mms，V 3=60mms。6）顶出器公称压力 F1 及行程 s1顶出器的力量及行程由工艺要求来确定。查锻压手册第 3 卷表 182，取 F1等于 400kN, s1 等于 250mm。2.3 液压缸设计液压缸（油缸）是液压传动系统中的执行元件，是一种将液压能转变为机械能的转换装置。它可以做直线往复运动和小于 360的摆动。做直线运动的液压缸称为推力液压缸，做摆动的液压缸称为摆动液压缸。液压缸具有结构简单，制造容易，使用维护方便，易于实现远控和自控等优点，因此，液压缸广泛应用于工业生产等部门。该液压机包含了主缸和顶出缸两个液压缸。主缸的作用在于高压液体进入主缸后，作用活塞上，经过活动横梁将力传给工件，使工件产生塑性变形。主缸是液压机的主要部件之一。顶出缸主要用于工件的浮动压边和顶出。2.3.1 液压缸的结构2.3.1.1 液压缸类型的选择液压缸的类型多种多样，液压机最常用的主缸型式有柱塞式和活塞式两种。如图 22 所示：柱塞式 活塞式 图 22 主缸类型简图Figure 2-2 master cylinder type各自的特点及应用范围：1）柱塞式液压缸：它在水压机中应用最多，广泛应用于工作缸、回程缸、工作台移动缸及平衡缸等处。结构简单，制造容易，但只能单方向移动，反向移动需要回程缸实现。购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 液压机总体及液压系统设计122）活塞式液压缸：此结构在中小型油压机中应用广泛。可以实现双向作用，既能完成工作行程，又可以实现回程，所以简化了液压机结构。但是活塞在两个方向上都要求密封，因此缸的内表面在全长上均需加工，精度要求较高，粗糙度要求低，部件结构比较复杂。 根据设计要求，公称压力为 2500kN,即中小型油压机，故选用结构简单，能实现工作行程和回程双向运动的活塞式液压缸。2.3.1.2 液压缸支承型式的选择1）法兰支承：液压缸以法兰支撑并安装在横梁内，由缸外壁的两个环行面积与横梁相配合。缸内进入高压液体时，通过法兰与横梁的接触面将反作用力传给横梁，液压缸本身靠法兰上的一圈螺栓固定在横梁上。法兰也可以嵌入上横梁内，采用压环固定。2）缸底支承：液压缸直接靠缸底固定在上横梁上。这种连接不用法兰，消除了法兰过渡区的应力集中，并减小了缸体毛坯尺寸。但这种支承形式增加了液压机的高度，缸底与横梁的接触情况不易检查。本液压机主缸和顶出缸均采用法兰支承，通过法兰分别将其固定在上横梁和下横梁上。2.3.2 主缸设计该液压机主缸采用活塞式结构，为单活塞杆式双作用液压缸，主要由缸体、活塞、导向套等组成。缸筒与缸底焊接成一体。如图 23 所示，缸体 1 的上端设有两个进油孔，侧壁安有一个进有孔，分别为液压机空载下行和工作行程和回程时提高油压。缸体与上横梁用法兰固定，用紧锁螺母 5 锁紧。法兰与缸筒的连接形式通常有整体、焊接、螺纹等连接形式，该液压缸选用整体形式。但液压机空载下行或工作时，高压液体进入缸内，为防止缸筒向下或向上移动，可通过法兰与上横梁的接触面将反作用力传给法兰，迫使缸筒固定在原位置。活塞为组装件，由活塞杆 6 和活塞头 4 组成，由螺钉固紧。活塞杆由导向套 7 导向。缸内两腔间的密封靠活塞内孔与活塞杆配合处的密封圈以及反方向安装在活塞外缘上的密封圈来保证。为防止油液外泄，导向套 7 的外缘安装有密封圈，内孔由密封圈和挡圈进行密封。活塞杆可通过压环 9 与动横梁固定。购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396131缸体 2、3螺母 4活塞头 5紧锁螺母 6活塞 7导向套 8压紧环 9压环图 2-3 主缸示意图Figure 2-3 Sketch of the main cylinder2.3.2.1 主缸主要零部件的结构和材料1）缸筒该液压缸需要固定在上横梁上，所以如前面所述，在缸筒上设计有法兰，通过法兰固定。缸筒的材料常用 35 号，45 号无缝钢。在承受负荷很大的情况下，也可以采用高强度合金无缝钢管作缸筒。该液压缸采用 45 号钢，并调质到 HB241285，以改善其加工性能和强度。2）活塞和活塞杆活塞与活塞杆的结构主要包括活塞与活塞杆的连接结构、活塞杆端部的连接结构、活塞与活塞杆及缸筒的密封结构等。a.活塞与活塞杆的连接结构活塞与活塞杆的连接结构可分为整体式和装配式。装配式又有螺纹连接、半环连接、弹簧挡圈连接和推销连接等类型。液压缸在一般工作条件下，活塞与活塞杆采用螺纹连购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 液压机总体及液压系统设计14接，其结构简单，拆装方便。该液压缸采用的螺钉连接，为了防止工作机械振动较大时螺钉松动，在螺钉上还装有一螺母，如图 23 标号 2 所示。b.活塞杆的主体结构和端部连接结构活塞杆主体有实心和空心两种。一般情况下多采用实心杆；为了减轻大型液压缸的重量或杆固定而缸筒带动工作机构运动等情况，则采用空心杆。该主缸采用实心杆。活塞杆端部与工作机械的连接结构可根据不同的使用要求来定。主要有焊接式单耳环、整体式单耳环、光滑端部、双耳环、球头、外螺纹连接、内螺纹连接等形式。该主缸采用外螺纹连接形式，并通过压环与活动横梁固接。c.活塞和活塞杆的材料活塞的材料通常采用钢，耐磨铸铁，灰铁 HT1533，HT2040 和铝合金等。实心活塞杆的材料通常为 35 号，45 号钢，活塞杆粗加工后要调质到硬度 229285HB ,必要时再经高频淬火，硬度达到 4555HRC。 3）导套及密封圈的选用a.导套导套在活塞杆往复运动中起导向作用，如图 23 所示，标号 7 即为导向套。该导套为轴套式，材料选用抗压耐磨的 ZQSn6-6-3 青铜铸造。导套的长度可查相关手册，原机械部已拟定了柱塞式液压缸的导套标准 JB2003-76。导套过短将使缸因配合间隙引起的初始挠度增大，影响缸的工作性能和稳定性。因此在设计时必须保证缸有一定的最小导向长度。一般液压缸的最小导向长度应满足：（2-2）20DLH式中 H为最小导向套长度；L为液压缸最大行程；D为缸筒内径。b.密封圈密封件的作用是用来防止高压液体的泄露。它是易损件，如质量不好，会严重影响液压机的正常工作。因此要求密封件密封性好，能随液体压力增高而提高其密封性能，摩擦阻力小、磨损小、寿命长、使用维护简单、易拆换、成本低、容易制造。在选择密封件的材料时，要求在一定范围内有较好的化学稳定性，不溶于工作介质，与金属材料购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 19721639615接触时不相互作用（如腐蚀、粘着等） ，不软化或硬化，弹性好，永久变形小，有适当的机械强度，耐磨性好，摩擦系数小，易压制成型等。密封圈的材料通常选用聚胺酯橡胶，在各种液压缸中应用较为广泛。密封圈有 V 型、U 型、Y 型、O 型等型式。液压机的密封可分为相对运动件表面之间的动密封和固定件表面之间的静密封。如图 23 所示，活塞内孔与活塞杆配合处的密封圈选用 O 型，活塞头外缘上的密封圈选用 Yx 型，导向套 7 的外缘安装 O 型密封圈，其内孔的密封圈选用 Yx型。2.3.2.2 主缸基本参数1) 工作负载和工作压力液压机的工作负载是指工作机构在满负荷的情况下，以一定的加速度起动时，对液压缸产生的总阻力。根据设计要求，该液压缸的工作负载为 2500kN。液压缸的工作压力是指作用在活塞上克服最大工作负载所需的液体压力。可根据主机类型参照下表来选取：表 2-1 按主机类型选择液压缸工作压力Table 2-1 by the host type of pressure on the choice of hydraulic cylinders机床主机类型磨床 组合机床 龙门刨床 拉床农业机械小型工程机械工程机械辅助机械液压机中大型挖掘机重型机械起重运输机械工作压力MP a 2 35 8 810 1016 2032根据设计要求，液压缸工作压力可选用 25MPa。2）工作速度和速比液压缸的工作速度与供液流量和活塞的有效作用面积相关。可根据选定的液压泵流量、液压缸缸筒内径和活塞杆直径来确定。 活塞杆的伸出速度 和缩回速度 分别为：1v2v（2-3）214DvQ（2-4）)(22d购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 液压机总体及液压系统设计16式中 Q进液流量；容积效率；vD缸筒内径；d活塞杆直径。液压缸的速比与缸筒内径和活塞杆直径有关。速比一般不宜过大，否则无杆腔回液流速过高而形成很大的背压。但也不宜过小，否则活塞杆直径相对于缸筒内径太细，稳定性差。(25)221dDv可按下表选取：表 2-2 不同工作压力时推荐的速比Table 2-2 different pressure recommended by the ratio工作压力MPa 1012.520 20速比 1.33 1.46；2 2该主缸工作压力为 25Mpa,所以选 等于 2。3）缸筒内径和活塞杆直径对于双作用单活塞杆式液压缸，液压缸是以推力驱动工作负载，由推力 等于工作1F负载 R 的条件，可得R= = （21FmpD246）由此可求出缸筒内径为D= （2-mp147）式中 液压缸进油压力；p机械效率；m机械效率 可根据密封圈形式来确定，通常橡胶密封时取 =0.95；m代数据入上式得：购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 19721639617D= 95.0124.363D=0.366m由式 2-5 可得：（2-8Dd1）代入数据得： =0.25936.021dm缸筒内径按 GB234880 规定的液压缸筒内径尺寸系列圆整得 D=40mm；活塞杆直径按 GB234880 规定的活塞杆直径系列尺寸圆整得 d=32mm；4）最大工作行程和最小导向长度最大工作行程 s 指活动横梁位于上限位置时，活动横梁的立柱导套下表面到立柱限程套上平面的距离。前面已选出，s=710mm。主缸的最小导向长度是指活塞杆全部外伸时，从活塞支撑面中点到导向套滑动面中点的距离。对于一般液压缸，其最小导向长度 H 应满足下式要求：（2-9）20DL式中 L液压缸的最大行程；D缸筒内径。则 H =0.236m； 240.71.5）缸筒壁厚和外径缸筒相当于一个两端封闭的圆筒形受压容器，由材料力学知，其应力状态是随着缸筒内径和壁厚的比值 D/ 的改变而变化的。因此在计算缸壁的合成应力和厚度时，必须考虑不同的比值 D/ 和材质，采用不同的计算公式。根据目前工程机械和重型机械的实际情况，用得最多的是中厚壁液压缸，因此先按该种公式计算，再修正。购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 液压机总体及液压系统设计18（2-10）cpD03.2式中 强度系数，当采用无缝钢管时， =1；0c计入筒壁公差及腐蚀时的附加厚度，一般可以略去；缸筒材料的许用应力，缸筒材料选用 45 号钢，故 常取 110150Mpa。 对于工程机械和重型机械用的液压缸的缸筒，一般都采用无缝钢管，当忽略 c 值以后，则缸筒的计算公式如下：（2-11）pD3.2代入数据得：661025103.24.0.040m缸筒的壁厚确定后，由下式计算出缸筒外径：=0.40+20.04=0.48m 2De2.3.3 顶出缸设计顶出缸为活塞式结构，如图 2-4 所示，主要由缸体、活塞杆及导向套、行程开关、凸台、顶杆等组成。缸体的下底设有进油孔和出油孔。缸体与下横梁采用法兰 4 固定，用紧锁螺母 7 锁紧，防止缸筒随活塞杆上下窜动。活塞与活塞杆为整体式，由导向套 5导向。活塞杆与缸体内壁以及活塞杆与导向套之间用 O 型密封圈密封，导向套与缸体内壁用 Yx 型密封圈密封。导向套用螺母 3 固定。图上顶出缸的右端设有顶杆和行程开关。顶杆与活塞杆连接在一起，显示活塞杆的伸出长度。行程开关用来控制顶出缸的工作过程。购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396191凸台 2防尘圈 3螺母 4法兰 5导向套 6、10、12Yx 型密封圈7、11O 型密封圈 8锁紧螺母 9活塞杆 13缸盖 14行程开关 15顶杆图 2-4 顶出缸示意图Figure 2-4 to top-cylinder diagram2.3.3.1 顶出缸主要零部件的结构和材料1) 缸筒与缸盖缸筒与缸盖连接形式一般有焊接、螺纹连接、半环连接、螺栓连接等，该顶出缸采用螺纹连接，这种连接方式重量较小，外径较小，使用广泛。缸筒与下横梁采用法兰固定，法兰与缸筒外壁用螺纹连接，并用锁紧螺母锁紧。缸筒常用 35 号，45 号无缝钢制成。该缸筒采用 45 号钢，并调质到 HB241285，以改善加工性能和强度。缸盖材料一般选用 35 号，45 号钢锻件或 ZG35，ZG45 铸钢及 HT2547，HT3054 等灰铁铸件等。该缸盖选用 45 号钢锻件。2) 活塞与活塞杆活塞或活塞杆的连接结构一般有整体式和装配式。顶出缸仅仅在需要工件顶出或压边时才使用，使用时间较少，负载较轻，故设计成整体式，这种结构简单，强度大。顶出缸活塞杆杆径较小，所以其主体结构设计成实心，活塞杆端部与凸台连接，采用光滑端部结构。实心活塞杆的材料常用 35 号，45 号钢，此活塞杆选用 45 号钢。3) 密封、导向和防尘装置活塞与缸筒之间的密封性能好坏直接影响着液压缸的工作性能。由于活塞与缸筒内壁之间的存在相对运动，因此该密封属于动密封。该密封常用的装置有密封圈、摩擦环、活塞环等。此处顶出缸活塞杆与缸筒的密封装置选用 Y 型密封圈，其密封可靠，摩擦阻力小，很适合于往返速度较高的液压缸。具体型号可选用 Yx 型密封圈 D180 Q/ZB248购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 液压机总体及液压系统设计2077。活塞杆的导向结构采用轴套式，用 Y 型密封圈密封。防尘圈的结构采用 Y 型密封圈，型号为 Q/ZB33677。4)行程开关行程开关为标准件，可直接从公司选购。2.3.3.2 顶出缸基本参数1）顶出缸的工作负载和工作压力由设计要求可知，该液压机公称压力为 2500kN，查 锻压手册表 182“ 四柱液压机基本参数”可得出该顶出缸的顶出力为 400 kN，即工作负载为 400 kN。顶出缸的工作压力可由表 21 查出， 取 25MPa，速比由表 22 查得， 取 2。p2）顶出缸内径和活塞杆直径由式 27 可知缸筒内径为：D= = =0.146mpF1495.012.3463m由式 28 可知活塞杆直径为：= 0.146=0.0103Dd12对以上计算所得的缸筒内径和活塞杆直径，需要按 GB234880 规定的液压缸内径尺寸系列和活塞杆直径尺寸系列圆整。圆整得： 16mm； 11mmd3) 最大工作行程和最小导向长度顶出缸的最大工作行程查锻压手册表 182“ 四柱液压机基本参数”可知=250mm。L顶出缸的最小导向长度由式 29 得：= =205 0DLH21605m4）缸筒壁厚和外径 缸筒壁厚由式 211 得：p3.2购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 19721639621= 0.016661025103.2. m缸筒的壁厚确定后，由下式计算出缸筒外径： De=0.192m 016.2.2.4 四柱式组合机架设计该液压机采用三梁四柱式结构，结构如图 21 所示。液压机工作时，高压液体进入工作缸，拖动活塞、活动横梁及上模运动，使工件在上、下模之间产生塑性变形。整个作用力向上通过工作缸的法兰传到上横梁上，向下则通过下模、工作台传到下横梁上，最后作用于上、下横梁及立柱构成的封闭框架中。中心载荷时，若横梁有足够的刚度，则立柱只承受轴向拉力。偏心载荷时，偏心力矩作用于活动横梁及活塞上，将在立柱或上梁上产生侧推力，使机架受力情况恶化。在某些液压机中，由于频繁加载、卸载以及载荷突然释放，会引起机架的剧烈振动。四柱式组合机架主要包括立柱和横梁梁部分。2.4.1 立柱2.4.1.1 立柱结构及其与横梁连接的型式该液压机公称压力为 2500kN，是小型的液压机，所以立柱常选用结构如图 25 所示，购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 液压机总体及液压系统设计22图 25 立柱结构示意图Figure 2-5 The structure of Column其为双螺母式，立柱靠四个内外螺母与上、下横梁紧固连接在一起，立柱加工、安装与维护都很方便。但由于液压机经常处于反复加载的情况，因而螺母易松动，应及时紧固，否则机架在加载及卸载时会剧烈晃动，造成立柱折断。2.4.1.2 立柱的受力分析四柱式机架是一个高次超静定的空间框架，因此在进行受力析时，为建立易解的力学模型，可采取简化假设： 1）由于一般液压机的机架结构对称于中间平面，载荷也对称于中间平面，因此可将空间框架简化为平面框架； 2）立柱与上、下横梁为刚性连接；3）不考虑安装应力及温度应力。该四柱液压机公称压力为 2500kN,为小型的液压机，故偏心载荷可忽略不计，仅承受中心载荷，当上、下横梁的刚度很大时，可忽略上、下横梁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：购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 19721639623(2-12)nAFp式中 F液压机的公称压力； A立柱的截面积；n立柱的根数。 许用应力，取 4555Mpa,若液压机只受中心载荷，可取 7080Mpa。 该液压机取许用应力为 75Mpa,立柱根数为 4 根，公称压力为 2500kN。则带入数据： 41025107236d式中 d立柱直径。 计算得： d=103mm2.4.1.3 立柱螺母立柱螺母一般为圆柱形，有整体式和对开式两种。如图 26 所示，该液压机选用整体式。材料一般选用 45 号锻钢或 ZG270500。中小型液压机一般选用公制细牙螺纹。螺母高度一般选取： 1.5 1h0d则 m3.0.螺母外径取：D 11.8 则 mm5.45.式中 螺纹直径。0d购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 液压机总体及液压系统设计24图 26 整体式螺母示意图Figure 2-6 overall nut-Sketch螺母与上下横梁的贴合面应与螺纹线轴线垂直，其垂直度要求在 0.05mm 之内，以保证螺母与横梁紧密贴合。 2.4.1.4 立柱的预紧与放松 1）立柱的预紧为了保证机架的精度和刚度，防止螺母松动，立柱与 上、下横梁的联结要有可靠的预紧。对于小型的液压机可使用扳手旋紧螺母，该液压机公称压力仅为 2500kN，故采用扳手旋紧螺母已能达到要求。对于一些大型的液压机，可采用“超张预紧” 、 “加热预紧” 、“液压拉紧”等。2）立柱的防松防松锁紧装置是用来防止立柱螺母自动松脱。小型液压机。可采用如图 27 所示的装置来锁紧螺母。当螺母预紧后，将锁紧板 1 放入立柱 3 端部预先铣好的槽中，然后在锁紧板两侧的螺母上焊上挡板 2，卡住锁紧板防止螺母与立柱相对转动。 1锁紧板 2挡块 3立柱 4螺母 图 27 立柱螺母防松锁紧装置Figure2-7 post-nut-locking devic2.4.1.5 立柱导套活动横梁的导向关系到机器的运动精度，工作缸密封件与导向面的磨损情况，加工制件的尺寸精度，模具寿命及机身的受力情况等等。因此，应合理选择导向结构与配合要求。在中小型液压机上 ，常采用如下图 28 所示的整体式圆柱面导套。购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 19721639625图 28 整体式圆锥面导套Figure 2-8 overall cone-surface guided sets其结构简单，加工方便，但在偏心载荷作用下，导套与立柱成线性接触，使机架受力不好，加剧磨损。但该液压机公称 压力小，偏心载荷很小，可忽略不计，故采用圆柱面导套对液压机不会产生明显副作用。对于大型液压机，通常采用双球面和单球面的导套。导套材料一般采用青铜 ZQSn663，其材质较软，不致使立柱表面拉伤。导套的高度一般取活动横梁导向部分高度的 左右，导套厚度为 2030mm 左右。对于中小14型液压机，导套直径上的间隙为 1.53mm。 2.4.2 横梁 2.4.2.1 横梁的结构设计横梁包括上横梁、下横梁（或称工作台）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为圆筒形，并用筋板与横梁面板相连。在承载较大处，筋板较密，以提高横梁刚度，降低局部应力。筋板多布置成网格形或辐射形。 中小型液压机横梁有铸造和焊接结构两种。该液压机采用铸造结构，材料选用铸铁HT200。为了防止横梁结构变形，必须进行热处理以消除内应力。铸造结构的横梁，应注购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 液压机总体及液压系统设计26意使各部分厚度没有突然变化，还应注意正确设计与布置铸造工艺所需的出砂孔。因为出 砂孔边缘处的应力集中常常使横梁产生疲劳裂纹，所以出砂孔一般布置在梁的中性层上。另外出砂孔应尽量避免设在受力的主传力筋上，位置应远离应力最大的区域，尺寸不要过大，形状以圆形为好，孔边最好设有加强圈。为了减轻重量，缩短立柱长度，一般根据“等强梁概念” ，将上横梁设计成梁的中部高度较两端稍高的形式，但高度差不能太大。当立柱中心距较小时，为便于加工，可设计成“等高梁” 。在梁的高度过渡区，应尽量增大过渡圆图角半径 R 减小倾角 ，以减轻应力集中。 根据以上所述，可设计成如图 210 所示：图 2-10 上横梁结构示意图Figure 2-10 The structure of the beams对于活动横梁，其结构应根据压制工艺性质而定。对粉末冶金液压机，只承受压应力，故可设计成上面敞开的箱形构件，中部高度可以较低。对于有可能在偏心载荷条件下工作的活动横梁，一般设计成高度略低于上横梁，而壁厚相近的封闭式箱形体。该液压机选用此种结构，如图 211 所示：购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 19721639627图 2-11 活动横梁结构示意图Figure 2-11 beam structure of activities下横梁又叫工作台,工件加工时安放在下横梁上，用 T 型槽固定。顶出缸利用缸肩与背紧螺母从而固定在下横梁内部。下横梁的固定是利用地脚螺栓固定的。其结构如图 212 所示：图 2-12 下横梁结构示意图Figure 2-12 The structure of the beams购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 液压机总体及液压系统设计283 液压机的液压系统设计3.1 明确液压系统的技术要求液压机主要是靠液体压力来完成工作的，大多数属于高压、大流量的范畴。液压传动系统的设计是整机设计的一部分，它除了应符合主机动作循环和静、动态性能等方面的要求外，还应当满足结构简单
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