5000KN四柱式通用液压机设计与计算【含CAD图纸、说明书】
收藏
资源目录
压缩包内文档预览：(预览前20页/共50页)
编号：61636501
类型：共享资源
大小：1.30MB
格式：ZIP
上传时间：2020-03-24
上传人：机****料
认证信息
个人认证
高**（实名认证）
河南
IP属地：河南
50
积分
- 关 键 词：
-
含CAD图纸、说明书
5000
KN
四柱式
通用
液压机
设计
计算
CAD
图纸
说明书
- 资源描述：
-
压缩包已打包上传。下载文件后为完整一套设计。【清晰，无水印，可编辑】dwg后缀为cad图纸，doc后缀为word格式，所见即所得。有疑问可以咨询QQ 197216396 或 11970985
- 内容简介：
-
- I -5000KN5000KN 四柱式通用液压机设计与计算四柱式通用液压机设计与计算摘要摘要本设计简要介绍了液压机在现代工业中的地位，综述了国内外液压机的现状及其发展趋势。根据液压机现有的设计计算资料和给定的技术规格,以及液压机成型的工艺特点,确定了 5000KN 四柱式通用液压机总体设计方案,并对液压机的主要部件进行了详细的结构设计,以及对工作缸、充液阀、工作台、上横梁进行了强度与刚度计算，最后完成总装配图及上述零部件图的结构设计。本设计所设计的液压机适用于金属材料的压制、冲裁、弯曲、翻边、薄板拉深等，也可用于校正及小型金属零件的冷挤成型等工艺。本机与其它种类的液压机相比，结构紧凑，工艺适应性强，造价低。关键词关键词通用液压机通用液压机 横梁横梁 强度强度 刚度刚度- II -5000KN Four-column universal hydraulic press design and calculation ofAbstractThis paper describes the hydraulic machine in modern industrys position, an overview of the status quo at home and abroad hydraulic and trends. According to the existing hydraulic design calculations and given the technical specifications, as well as the characteristics of hydraulic press molding process to determine the 5000KN Four-column universal hydraulic press design plan, as well as major components of hydraulic machine carried out a detailed structural design, as well as the work of cylinder, liquid-filled valves, working platforms, carried out on the beam strength and stiffness calculation, the final completion of the overall assembly diagram and the structural design of the spare parts diagram. This article is designed hydraulic press suitable metal material of repression, blanking, bending, flanging, drawing sheets, etc. can also be used to calibrate and small metal parts such as cold extrusion process. The machine and other types of hydraulic press in comparison, compact structure, process adaptability, and low cost.Keywords Universal Hydraulic Machine Beam Intensity and Rigidity- III -目录目录摘要.IAbstract.II第 1 章 绪论.11.1 课题背景目的和意义.11.2 液压机的发展概况.11.2.1 液压机在现代工业中的地位.11.2.2 我国液压机的现状及发展趋势.21.2.3 国外液压机的发展状况.31.2.4 液压机的总体发展趋势.31.3 液压机的工作原理和结构特点.41.3.1 液压机的工作原理.41.3.2 液压机的特点.41.4 液压机的分类.51.5 本章小结.5第 2 章 液压机的本体结构的设计.62.1 液压机的结构特点及设计参数.62.1.1 液压机本体结构特点.62.1.2 液压机的设计参数.72.2 上横梁结构的设.72.2.1 结构形式.72.2.2 形状尺寸要求.82.2.3 上横梁与工作缸的联接方式.82.3 工作台结构的设计.92.3.1 结构形式.92.3.2 加工技术要求.102.3.3 工作台与顶出缸的联接方式.102.3.4 固定模具的结构.112.4 立柱.112.4.1 结构形式.12- IV -2.4.2 形状尺寸要求.122.5 充液阀.132.5.1 充液阀工作原理.132.5.2 充液阀的结构形式.142.6 工作缸.152.6.1 结构形式.152.6.2 设计尺寸.162.7 活动横梁结构的设计.162.7.1 结构形式.162.7.2 加工技术要求.172.7.3 形状和尺寸要求.172.8 本章小结.17第 3 章 液压机的强度与刚度计算.183.1 工作缸的强度计算.183.1.1 缸体的强度计算.183.1.2 缸口部分的强度计算.223.1.3 活塞部分的强度计算.243.2 充液阀的设计计算.253.2.1 充液阀技术要求.253.2.2 主阀的设计计算.263.2.3 控制活塞 Dc计算 .273.2.4 弹簧的设计计算.283.3 上横梁结构的强度与刚度计算.293.3.1 受力分析.293.3.2 主截面（）强度计算.303.3.3 主截面（）强度计算.333.4 工作台的强度与刚度计算.343.4.1 计算条件.343.4.2 工作台的弯矩与剪力计算.343.4.3 工作台的挠度计算.353.4.4 工作台的强度校核.393.4.5 工作台的刚度校核.403.5 本章小结.40- V -结论.41致谢.41参考文献.41- 1 -第第 1 章章 绪论绪论1.1 课题背景课题背景目的和意义目的和意义随着人们生活水平的提高，金属压制和拉深制品的需求量也逐年增加；同时，对产品品种的需求也越来越多，致使产品的生产批量日益缩小，为与中、小批量生产相适应，需要能够快速调整的加工设备，这使液压机成为理想的成型工艺设备。液压机是一种利用液体压力能传递能量,以实现各种压力加工工艺的机器，特别是当液压机系统实现具有对压力、行程速度单独调整功能后，不仅能够实现对复杂工件以及不对称工件的加工，而且，实现了极低的废品率。可变的动力组合、短的加工时间、根据工件长度的简易的压力行程调整等优越性，使液压机在国民经济中的应用越来越广泛。通过毕业设计，了解液压机的结构与工作原理，初步掌握液压机的设计计算步骤，以及液压缸和横梁的设计与计算方法。1.2 液压机的发展概况1.2.1 液压机液压机在现代工业中的地位在现代工业中的地位液压机自 19 世纪问世以来发展很快，由于液压机在工作中的广泛适应性，使其在国民经济各部门获得了广泛的应用。如板材成型；管、线、型材挤压；粉末冶金、塑料及橡胶制品成型；胶合板压制、打包；人造金刚石、耐火砖压制和炭极压制成型；轮轴压装、校直等等。各种类型液压机的迅速发展，有力地促进了各种工业的发展和进步。80 年代以来，随着微电子技术、液压系统设计等的发展和普及应用，液压机有了更进一步的发展。目前，世界上液压机的最大公称力已达 750MN2，用于有色金属的模锻成型。在液压机的控制方面，众多机型已采用 CNC 或工业 PC 机进行控制，使产品的加工质量和生产率有了极大的提高。目前，液压机已成为现代工业生产中必不可少的、材料成型生产中应用最广的设备之一。液压传动有许多突出的优点，因此它的应用非常广泛，如一般工业用的塑料加工机械、压力机械、机床等；行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机- 2 -械、汽车等；钢铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整装置等；土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等；发电厂涡轮机调速装置、核发电厂等等；船舶用的甲板起重机械（绞车） 、船头门、舱壁阀、船尾推进器等；特殊技术用的巨型天线控制装置、测量浮标、升降旋转舞台等；军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等。1.2.2 我国液压机的现状及发展趋势我国液压机的现状及发展趋势在我国，液压机行业的发展仅仅只有 50 年左右，1949 年以前，我国属于半殖民地半封建地的国家，备受列强欺凌，没有自己独立的工业体系，也根本没有液压机制造工业，整个中国只有一些修配用的小型液压机。1949 年以后，前三年属于经济恢复时期，1952 年开始，实行第一个五年计划，我国迅速建立起独立自主的完整的工业体系，能够逐步自行设计和制造国产汽车、机车、轮船、发电设备、飞机、火箭乃至精密的宇航设备，这些都极大的促进并需要各种液压机的迅速发展。1957 年到 1958 年我国开始自行设计自行制造第一批 25000KN 的中型锻造水压机，以北京市为例，解放前北平只是一个消费型城市，没有自己的制造业。为了彻底改变这种状况，1957 年初，在北京市委工业不及机械局的领导组织下，开始以全市大协作的方式建立一批关键技术装备，其中重要项目之一就是一台25000KN 锻造水压机。20 世纪 60 年代初期，在我国上海和东北有各自建立了一台 120MN 级的大行锻造水压机，成为我国液压机发展史上的重要标志与重大事件，体现了中国人民自力更生和艰苦奋斗的民族精神。20 世纪 60 年代中、后期，我国又先后成套设计并自行制造了一批技术要求更高的大型液压机，其中包括 300MN 有色金属模锻液压机、120MN 有色金属挤压液压机、80MN 黑色金属模锻水压机等。20 世纪 70 年代以后，我国已开始向国外出口了多台各种吨位的锻造液压机，其中最大的一台为 60MN 锻造水压机。20072008 年间，我国建造并投产的新型自由锻造水压机有60、70、140、150、165MN。至此，我国不但完成建立了自己的液压机设计和制造行业，而且已经达到了相当高的设计与制造水平。- 3 -20 世纪 80 年以来，随着我国改革开放国民经济迅猛发展，液压机的设计及制造水平也有很大发展。目前，各类液压机的发展趋势如下：(1)高精度(2)液压系统的集成化与精密化(3)数控化、自动化与网络化(4)柔韧化(5)高生产率与高效率(6)环境保护与人身安全保护(7)成线化与成套化1.2.3 国外液压机的发展状况国外液压机的发展状况液压传动和气压传动称为流体传动，是根据 17 世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，1795 年英国约瑟夫布拉曼(Joseph Braman,1749-1814)，在伦敦用水作为工作介质，以水压机的形式将其应用于工业上，诞生了世界上第一台水压机。1905 年将工作介质水改为油，又进一步得到改善。 第一次世界大战(1914-1918)后液压传动广泛应用，特别是 1920 年以后，发展更为迅速。液压元件大约在 19 世纪末 20 世纪初的 20 年间，才开始进入正规的工业生产阶段。1925 年维克斯(F.Vikers)发明了压力平衡式叶片泵,为近代液压元件工业或液压传动的逐步建立奠定了基础。20 世纪初康斯坦丁尼斯克(GConstantimsco)对能量波动传递所进行的理论及实际研究;1910 年对液力传动(液力联轴节、液力变矩器等)方面的贡献，使这两方面领域得到了发展。 第二次世界大战(1941-1945)期间,在美国机床中有 30%应用了液压传动。应该指出,日本液压传动的发展较欧美等国家晚了近 20 多年。在 1955 年前后 , 日本迅速发展液压传动,1956 年成立了“液压工业会” 。近 2030 年间，日本液压传动发展之快，居世界领先地位。1.2.4 液压机的总体发展趋势液压机的总体发展趋势 (1)减少能耗,充分利用能量(2)主动维护- 4 -(3)机电一体化1.31.3 液压机的工作原理和结构特点液压机的工作原理和结构特点1.3.11.3.1 液压机的工作原理液压机的工作原理液压机是一种利用液体压力能传递能量,以实现各种压力加工工艺的机器；是根据帕斯卡原理制成的,其工作原理,如图 11 所示。当小柱塞 1 上作用力为F1时,液体的压力为 P0=F1/A1, 根据帕斯卡原理,在密封容器中,液体的压力在各个方向上是相等的,因此有:F2=F1A2/A1图 11 示意图液压机一般是由本体(主机)、操纵系统及泵站三大部分组成。最常见的液压机本体是由上下横梁组成,四个立柱和螺母组成的一个封闭框架,承受所有工作载荷。工作缸固定在上横梁上,工作缸内部的活塞与活动横梁相连,当高压液体进入工作缸以后,在工作柱塞上产生很大的压力,并推动活塞、活动横梁,以及上模向下运动，使工件在上下模之间成型。当需要回程时,工作缸通低压油,高压液体进入回程缸推动回程活塞向上活动带动活动横梁回到原来的位置,完成一个动作循环2。1.3.21.3.2 液压机的特点液压机的特点液压机是利用液压传动技术进行压力加工的设备，与机械压力机相比，具有压力与速度可在广泛的范围内无级调节，可在任意位置输出全部功率和保持所需压力，结构布局灵活，各执行机构动作可方便达到所需的配合关系，四柱- 5 -式结构为液压机最常见的结构之一，其最显著优点是工作空间宽敞，便于四面观察和接近模具，整机结构简单，工艺性好等很多优点。同时液压机所需液压元件具有高度通用化标准化特点，设计和制造较为简单2。1.41.4 液压机的分类液压机的分类 (1)按用途分类手动液压机 一般为小型液压机，用于压制、压装等工艺。 1锻造液压机 它主要用于自由锻造、钢锭开坯以及有色与黑色金属模锻。 2冲压液压机 它主要用于各种板材冲压。 3校正压装液压机 它主要用于零件校形及装配。 4层压液压机 它主要用于胶合板、刨花板、纤维板、绝缘材料板等的压 5制。挤压液压机 它主要用于挤压各种有色金属和黑色金属的线材、管材、 6棒材及型材。压制液压机 它主要用于粉末冶金、塑料制品压制成型等。 7打包、压块液压机 用于将金属切屑等压制成型等。 8(2)按动作方式分类上压式液压机 下压式液压机 双动液压机 特种液压机 1 2 3 4(3)按机身结构分类柱式液压机 整体框架式液压机 1 2(4)按传动形式分类泵直接传动液压机 泵蓄能器传动液压机 1 2(5)按操纵方式分类手动液压机 1全自动液压机三种 半自动液压机 3 21.5 本章小结本章小结本章主要介绍了液压机的国内外发展概况和趋势及其工作原理与结构特点。- 6 -第第 2 章章 液压机的本体结构的设计液压机的本体结构的设计2.1 液压机的结构特点及设计参数液压机的结构特点及设计参数2.1.1 液压机本体结构特点液压机本体结构特点四柱式液压机是液压机中最常见、应用最广的一种结构型式。其主要特点是加工工艺性较其它类型液压机简单。图 2-1 为立式单缸四柱式液压机典型结构。它的机身是由上横梁、工作台和四根立柱组成。工作缸安装在上横梁内。活动横梁与工作缸的活塞连接成一整体，以立柱为导向上下运动，并传递工作缸内产生之力量，对制件进行压力加工。由于机身联接成一整体框架，故机身承受整个工作力量。 图 21 四柱式液压机- 7 - 2.1.2 液压机的设计参数液压机的设计参数（1）公称力 5000 kN； （7）液体工作压力 25 MPa （2）滑块行程 900 mm； （8）电动机功率 45.5 kW；（3）滑块开口高度 1500 mm； （9）顶出力 1000kN；（4）滑块工作速度 10 mm /s ； （10）顶出行程 300mm；（5）工作台尺寸 14001400mm （11）主电机功率 5.5N/ kW。（6）液压垫压力 1000kN； 2.2 上横梁结构的设上横梁结构的设2.2.1 结构形式结构形式上横梁位于立柱上部，用于安装工作缸，承受工作缸的反作用力，结构形式主要有：铸造和焊接两种形式。由于本液压机为批量生产，故采用铸造的方法制造。设计形式为：高度初设为 0.40.8 倍中心距，材料为 HT200；由于油缸孔的消弱，在采用铸造结构时，设计成等强度梁结构，即中部高度增加，以抵消油缸孔对断面的消弱作用。其结构设计为上、下封闭的箱式结构，以便受力后使应力分布较合理，如图 22。 图 22 上横梁结构图- 8 -2.2.2 形状尺寸要求形状尺寸要求上横梁通过立柱连接成机身上半部，并安装工作油缸，故对其形状尺寸有如下要求：(1)安装主油缸孔的轴线与油缸台肩贴合平面垂直度允差0.06/1000 mm；(2)调节螺母接触平面与油缸台肩贴合平面平行度允差0.05/1000 mm；(3)锁紧螺母接触面与调节螺母接触面（立柱穿过孔的上平面与下平面）间不平行度0.06/1000 mm；(4)油缸锁紧螺母平面与油缸台肩贴合平面间平面度0.12/1000 mm；(5)与油缸外圆配合公差为 D4/dc4 或高于次级；(6)立柱孔尺寸一般比立柱插入端直径大 12 mm。2.2.3 上横梁与工作缸的联接方式上横梁与工作缸的联接方式上横梁与工作缸采用圆螺母联接固定，如图 23。图 23 用圆螺母固定的结构当油缸加压时，油缸台肩传递反作用力与横梁，联接件（圆螺母）不受反作用力的作用，只有当油缸工作时，回程力作用于联接零件上。故联接零件只- 9 -需满足回程力要求即可。2.3 工作台结构的设计工作台结构的设计2.3.1 结构形式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。亦可按装顶出缸，回程缸及其它辅助装置。结构形式主要有：铸造和焊接两种。由于本液压机为批量生产，故采用铸造的方法制造。(1)外形尺寸（ABH）：20001500800 ；(2)材料选用 HT200，通过铸造制成。图 24 工作台结构图- 10 -2.3.2 加工技术要求加工技术要求(1)节省金属和减轻重量，做成箱形，在安装各种缸、活塞及立柱的地方做成圆筒形，中间加设筋板，承载大的地方筋板较密，以提高刚度，降低局部应力；(2)合理地布置筋板，可以使横梁重量轻，又有足够的强度和均匀的刚度；(3)在设计铸造横梁时，应注意使各部分厚度没有突然的变化，以避免不均匀冷却而产生内应力，在各处连接过渡区应有较大的圆角，如结构设计图24 所示。2.3.3 工作台与顶出缸的联接方式工作台与顶出缸的联接方式对于中小型通用液压机，一般来说，顶出力不大。常采用的结构如图 25 所示.。工作台 1，顶出缸 2，螺母 3，顶出缸结构采用活塞式。因为此结构简单，按装方便，故采用它。图 25 工作台与顶出缸的联接方式- 11 -2.3.4 固定模具的结构固定模具的结构为了固定模具，一般情况在工作台面上设有 T 型槽，按 GB15859 标准尺寸进行加工。T 型槽的尺寸和数量主要根据液压机回程吨位和顶出制件的最大压力设计。对于尺寸较小的工作台，T 型槽常采用交叉布置，尺寸较大的工作台的 T 型槽，常采用平行布置。由于我们的工作台尺寸较大，故 T 型槽采用平行布置（图26）图 26 T 型槽布置图 2.4 立柱立柱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与刚度，导向表面应有足够的精度、光洁度和必要的硬度。常用结构形式有四种如图（27）所示：（1） 两梁都用立柱台肩支承，用锁紧螺母上下加以锁紧。（2） 两梁都用调节螺母支承，用锁紧螺母上下加以锁紧。- 12 -（3） 上梁用立柱台肩支承，调节螺母安装于工作台面上，两端用锁紧螺母锁紧。（4） 上横梁用立柱台调节螺母支承，立柱肩支承载工作台面上，两端用锁紧螺母锁紧。2.4.1 结构形式结构形式图 27 立柱结构形式在选择立柱结构时，应考虑到它与上横梁、工作台应可靠预紧安装方便和便于调整机器的精度。故我们选择结构型式如图 27（d）所示。上横梁用立柱台调节螺母支撑立柱台肩支持在工作台面上，两端用锁紧螺母锁紧。2.4.2 形状尺寸要求形状尺寸要求(1)立柱导向面粗糙 度为 Ra0.63Ra1.25；(2)立柱导向面锥度及椭圆度不大于公差之半；(3)立柱导向面轴线直线度允差不大于 0.05/1000 mm；(4)毛坯应正火处理，消除锻造过程的内应力；- 13 -(5)立柱导向表面有条件应进行热处理，表面硬度不低于 HRc45，也可进行表面镀铬处理，度层厚度为 0.020.04 mm。2.5 充液阀充液阀2.5.1 充液阀工作原理充液阀工作原理充液阀的作用有两个，如图 28。1.当活动横梁自重下行时，油缸上腔产生真空，吸开充液阀，油箱之油液通过充液阀大量流入主缸上腔填充其不足；2.当活动横梁快速回程时，油缸上腔之油通过充液阀迅速排入油箱。图 28 充液阀原理图- 14 -2.5.2 充液阀的结构充液阀的结构形式形式充液阀实质上是可控单向阀的一种，现代液压机为了提高生产率或热压成型时减少工件的温降，要求有较快的空程速度和回程速度，往往是压制速度的几十倍。为了不增加辅助油泵，减少功率的消耗，采用充液系统是有效的方法。按其工作原理可分为常开式和常闭式两中。对于中小型液压机，一般均采用常闭式结构（图 29） 。特点：它是常闭的自动开启式的，具有很大的阀径，采用上弹簧结构，质量小，惯性小，动作灵活可靠。这种充液阀装在缸底，并整个浸在充液箱的油中。图 29 立式充液阀结构- 15 -2.6 工作缸工作缸2.6.1 结构形式结构形式液压缸是液压机的主要执行元件，主要完成直线往复运动，并将高压液体的压力能转换成使工件变形或成型的机械功。液压缸通常分为三种形式：柱塞式、活塞式、差动柱塞式。本液压机采用活塞式液压缸，因为活塞式液压缸可以两个方向作用，即能完成工作行程，有可实现回程，因此简化了液压机的结构，使液压机结构紧凑，零件减少，所需安装空间小。由于本液压机为 5000kN，故液压缸缸体材料选用 35。油缸缸底可用锻造方法制造，缸底为平底结构，缸底设回程缓冲，如图210 所示。图 210 活塞式液压缸油缸的设计参数：(1)油刚内直径: 600 mm (3)活塞行程: 900 mm (2)活塞杆直径: 450 mm （4)液体工作压力: 25Mpa加工技术要求(1)保证油缸内圆柱面与前端环面垂直，垂直度应小于 0.03mm；(2)前端面用环形件安装，其肩面的两个成压平面要相互平行，其平形度应小于 0.03 mm；(3) 保证装配后，用压力 0.3 MPa 的液压油试验，应能克服阻力作往复运动。其运动方向应与油缸轴线平行、与油缸前法兰的安装肩面和活塞杆顶端面垂直，垂直度应小于 0.03 mm。- 16 -2.6.2 设计尺寸设计尺寸主压力： P=0.785D2P(105Pa)回程压力： P回=0.785(D2-d2)P(105Pa)式中： D油缸外径，D =67cm；D油缸内经，D =50cm；d活塞杆直径，d =45cm；P液体工作压力，P =25 MPa。根据结构尺寸得实际工作压力： P=0.785502250=4906250 N P回=0.785(502-452)250=32187.5N。2.7 活动横梁结构的设计活动横梁结构的设计2.7.1 结构形式结构形式(1)外形尺寸（ABH）：20001500800 ；(2)材料选用 HT200，通过铸造制成，如图 211。图 211 活动横梁结构图- 17 -2.7.2 加工技术要求加工技术要求(1) 节省金属和减轻重量，做成箱形，在安装各种缸、活塞及立柱的地方做成圆筒形，中间加设筋板，承载大的地方筋板较密，以提高刚度，降低局部应力；(2) 合理地布置筋板，可以使横梁重量轻，又有足够的强度和均匀的刚度；(3) 在设计铸造横梁时，应注意使各部分厚度没有突然的变化，以避免不均匀冷却而产生内应力，在各处连接过渡区应有较大的圆角，如结构设计图211 所示。(4) 活动横梁与柱塞联接部位，开有环形 的集油槽，以便贮存油缸缸口部漏渗的油液。2.7.3 形状和尺寸要求形状和尺寸要求(1) 联接活塞杆孔轴线与四立主孔轴应相互平行，其平面度0.1/1000mm；(2) 活动横梁下平面直线度，按 JB1293-73 标准公差0.05/1000mm；(3) 联接活塞杆孔轴线与四立柱孔轴线对下平面垂直度允差0.060.10/1000mm；(4) 下平面对上平面（与活塞杆贴合平面）平行度允差0.06/1000mm； (5) 四立柱孔与导套外圆配合精度为 D3/gd。中心孔与活塞杆外圆配合精度为 D4/dc。2.8 本章小结本章小结本章主要对液压机的本体结构进行了详细的设计，其中包括上横梁、工作台、立柱、活动横梁、充液阀和工作缸等的设计。- 18 -第第 3 章章 液压机的强度与刚度计算液压机的强度与刚度计算3.1 工作缸的强度计算工作缸的强度计算3.1.1 缸体的强度计算缸体的强度计算1缸体的中段强度计算 油缸筒部的强度可按材料力学中厚壁筒公式进行计算。对于塑性材料，可根据第四强度理论计算出工作缸内壁的最大合成应力max。如图 31。tmaxtminrrtZZ图 31 工作缸筒部受力状态由第四强度理论知1=(3-1)22221zrrzzt式中： 作用于缸筒内任一点 K 处的切应力，且有t- 19 -t 22222122211rrrrrP式中： 作用于缸筒内任一点 K 处的径向应力，且有rr 22222122221rrrrrP式中：作用于缸筒的轴向应力，且有zz 2212222rrrP式中：r1工作缸内半径； r2工作缸外半径； r所求应力点位置的半径； p油缸最大工作压力。当 r=r1时：；rtPrrrr21222122z212222rrrP即油缸筒部内壁的合成应力达到最大值。将此处的r、t、z分别代入式（3-1）中，可得油缸筒部内壁的合成应力为：(3-2)max 22122223Prrr所设计的油缸结构尺寸参数和油缸最大工作压力分别为： r1=50 cm；r2=74 cm；pmax=25 Mpa，代入式（3-2）计算得：max2505066663222=1025(105Pa)2. 缸体的支承台肩处强度计算（1）支承台肩处挤压应力：支承台肩结构如图 32- 20 - =(3-3) 2232222785. 0SDSDP式中： P主压力，P=496025(105Pa)； D2缸体支承台肩处外径，D274cm； D3缸体支承台肩阶梯处外径，D369； S倒角尺寸，S0.2cm许用挤压应力，1200105Pa。 =224 . 0694 . 074785. 0490625=1040.6(105Pa) （2）支承台肩断面强度计算：从图 32 可见，台肩处断面上的合成应力为弯曲应力与拉伸应力之和。即: =(105Pa)(3-4) 12006785. 02212123hMaDDP式中： P主压力，P=4960250N； D2缸体支承台肩处外径，D260cm； D3缸体支承台肩阶梯处外径，D369cm。 Ma=T(3-5) 2123112ln22112DDhhhhDD式中： T=26042N/cm； 21DP6014. 3490625h=20cm，h=4.5cm； 21321DD - 21 - =(3-6) 221212213hD式中： 材料泊松比系数，钢=0.3、铸铁=0.25。得： =0.11142225 . 42603 . 013代入求 Ma 式内：Ma=2604.26074ln5 . 4202011. 0222011. 011260743=40321Ncm=2225 . 42 .260466069785. 0490625=550(105Pa) 图 32 缸体支承台肩处尺寸3. 缸底的强度计算 - 22 -本工作缸由锻造方法制造，其缸底结构为平底缸，侧边开有进油口，按圆形平板弯曲计算如图 33。 =1000(105Pa)(3-7) 3221875. 0BPD式中 P油缸最大工作压力,P=250；工作缸内直径，50cm；B缸底厚度，B12.5cm；系数，与进油孔有关，取为 0.70.8。代入上式得：=937.51(105Pa)225 .128 . 0502501875. 0 图 33 平底缸的结构简图3.1.2 缸口部分的强度计算缸口部分的强度计算 1. 作用在缸口导部分零件强度的计算- 23 - P1=0.785(3-8) 3221PdD 式中符号见图 34，尺寸为：D1=60cm，d=45cmP1=0.785=1910348.7N。25045602图 34 缸口结构简图2螺栓强度计算 螺栓选用 16 个 M36 双头螺栓，材料为 45，M36 螺纹内径d内=31.2cm。螺栓应力为： =(3-9) 311nFP式中： n螺栓数目，n=16 个； F1螺栓面积（cm2） ，F1=0.785 31.22=7.64 cm2 许用拉伸应力，1200(105Pa)。 =1140.9(105Pa)64. 71687.191034 - 24 -3. 缸口导套挤压强度计算 缸口导套材料为 HT200，导套挤压应力为： =1000(105Pa)(3-10) 322211785. 0DDP式中符号见图 34，尺寸为 D1=60cm，D2=53cm代入上式得： =214.61(105Pa)2215360785. 0P 3.1.3 活塞部分的强度计算活塞部分的强度计算1. 活塞杆低强度计算 活塞杆材料为 45，活塞直径为 20cm，长度 50cm，长度与直径比值约为2.5，在加压过程中活塞反受压面积较大，故其挤压及稳定性可略去不计。2. 活塞头部导向套计算 导套材料为 HT200,活塞头部结构见图 35，导套及压应力为： =(3-11) 3221221222785. 0250785. 0sdsddD式中符号见图 35，尺寸为d=45cm，D=50cm，s=0.2cm，s2=0.3cm，d1=37cm许用挤压应力， =1000(105Pa)。 代入式中得：=478.9(105Pa)22226 . 0374 . 045785. 02503750785. 0 - 25 -图 35 活塞头部结构见图3. 活塞杆与活动横梁断面挤压应力计算 活动横梁材料选用 45，许用挤压应力=1000 kgf/cm2。 =(3-12) 3244222785. 0sdsdP式中符号见图 36，尺寸为 d=45cm，d4=20cm，s=0.2cm，s4=0.2cm.代入上式得：=397.33(105Pa)224 . 0204 . 045785. 0490625 - 26 -图 36 活塞与活动横梁连接图3.2 充液阀的设计计算充液阀的设计计算3.2.1 充液阀技术要求充液阀技术要求1. 根据下行速度及回程排油量的要求：吸油时公称流量 Q1=1764L/min排油时排油量 Q2=940L/min；2. 吸油负压0.3105 Pa；3. 在控制压力为Pc=1.5105 Pa 时能泄压；4. 主缸下腔有 2105 Pa 阻力时能打开泄载阀；5. 上腔泄压至Pmin=1106 Pa 时，在最小回程压力Pr=4106 Pa 作用下，能可靠打开主阀。- 27 -3.2.2 主阀的设计计算主阀的设计计算1. 主阀直径 Dv （平均直径） (cm)(3-13) 30cos6 VSQDv 图 37 充液阀结构图按公式 313 计算得：已知： Q所需吸油量 取 Q=1764 L/min; V吸油流速 取 V=2.5m/sec; S主阀自吸行程 取 S=3cm；所以： =14.4cm866. 035 . 214. 361764vD从图 37 可知设计尺寸 D4=7.5cm 阀口为 1.530，故实际得- 28 -Dv=14.75cm 符合要求2. 阀口接触应力 (3-14) VVDPD2785. 0按公式 3-14 计算得：已知： 阀口轴向投影面积之宽度 取=0.6cm； P工作缸内液体最大工作压力 取 P=250(105Pa);所以： (105Pa);16646 . 075.1414. 32506 . 075.14785. 02）（ 故符合要求。 3. 主阀重量由结构尺寸计算得主阀重量 G=10kg。3.2.3 控制活塞控制活塞 Dc计算计算根据要求与（图 38）加压过程结束时有：P1=P P2=0从打开充液阀阀口之力平衡条件，可得下列关系：42pF31FP回程时，P2升压至 P 值，上腔油压靠泄压阀泄至： 图 38 充液阀受力图 P1=221PFF代入上式得打开充液阀条件为：21FF43FF- 29 -得： 0.7850.785PDc2212FFPDV即： (3-15) 2VCDKD按泄压后打开主阀的必要条件，即公式 3-15 计算，应为CD VCDKD式中： =14.75cmVD K=0.23500.785)44-(50785. 022221FF cm7.0114.750.23CD按要求 3，已选用泄载阀直径d0= 1.4cm，故应满足下列关系： 0.7850.785c2PDcP20dcm72. 54 . 115250d0CCPPD因设计时考虑通用化和标准直径，取 Dc=80mm 完全可以满足要求。3.2.4 弹簧的设计计算弹簧的设计计算1. 小弹簧 2 设计和计算（1）满足要求第二项，吸油负压不大于 0.3(105Pa)，故小弹簧最大工作力 P2为： (3-16) 2223 . 0785. 0GDPV式中： G主阀重量 （kg）按公式 3-16 计算： 2223 . 0785. 0GDPV- 30 - =0.78514.7520.3+10=612.4N（2）小弹簧应使主阀有初始密封力，一般初始密封压力取0.5kgf/cm2.故小弹簧起始工作压力（预压力）P1为： (3-17) 2257. 1GDPV按公式 3-17 计算：89.23106 . 075.1457. 12P 因此设计的弹簧 P1和 P2均在要求的范围内。故符合要求2. 大弹簧的设计和计算 （1）技术要求第四项，下腔阻力 P=2(105Pa)时，不能打开泄载阀。故弹簧初始工作压力 P1为： 221785. 0GDPC （2）满足技术要求第三项，操纵油压 Pc不宜过大。故弹簧初始工作压力 P1为：(3-18) 2221785. 0785. 0pdpDPvcC按公式 3-18 计算：pdpPvc221785. 075.14785. 0因此设计的弹簧 P1和 P2均在要求的范围内。故符合要求3.3 上横梁结构的强度与刚度计算上横梁结构的强度与刚度计算3.3.1 受力分析受力分析上横梁安装工作缸，液压机加压时上横梁受其反作用力，上横梁强度计算时，可假设为自由放在两支点上受两集中力、两端支撑的弯曲梁来考虑。如图39。- 31 -图 39 上横梁受力图其中：P公称压力，P5000KN； D油缸台肩尺寸，D =74cm； B立柱中心距，B =160cm。在主截面（）所受弯矩：M=(3-19) 22141BDPB16014. 37421160500041=137375000Ncm截面剪应力：Q=250000NP213.3.2 主截面（主截面（）强度计算）强度计算由于梁的中间截面弯矩最大，截面也比较薄弱，最大弯矩在梁的中点，故主要校核中间截面的强度，该梁截面的形状与尺寸如图 310。- 32 -图 310 上横梁等量简化截面计算中间截面惯性矩，将等效截面分成若干个小块矩形面积，本上横梁分为五块，先算出 WW 轴的惯性矩 Jw。 Jw=(3-20)iioiaSJ 3式中： Joi每块矩形面积对本身形心轴的惯性矩， Joi=(3-21)123iihb 3式中： b每块矩形面积的宽度（cm） ； h每块矩形面积的高度（cm） ； S每块矩形面积对 WW 轴的静面矩（cm3） ；SAa A每块矩形的面积（cm2） ；a每块矩形面积形心到 WW 轴的距离 h h=(3-22)iiAS 3整个截面对形心轴的惯性矩为：- 33 - J= Jw(3-23)iAh21 3表 31 上横梁截面惯性矩计算表 Jw=0.8640133106+2.4712106iioiaSJ 3.335213106cmh=39.2cmiiAS120448060 h= hh=40cm(3-24) 3J= Jw=3.335131061821024iAh21 =3.003437106cm受压截面上弯曲应力： =182.957(105Pa)(3-25)压JM1h 330034374013737500在受拉截面上弯曲应力： =182.957(105Pa)(3-26)拉JM2h 330034374013737500均小于铸钢横梁许用应力。序号截面宽度)(cmbi截面高度)(fcmh截面面积)(F2icm截面形心至 x轴的距离)(Y cmi截面对x 轴的静力距)(Y3cmFsiii静力距与面积形心至 x 轴距离的乘积)(Y4cmsii各截面积的惯性矩)(121J43cmhbiioi1142287922001738009.33321781367410060744400725.333314405605028000140000074666.67420102002550001250001666.6751420280102800280009333.3380120448060247120086401.33总计HiFiSiiYSoiJ- 34 -3.3.3 主截面（主截面（）强度计算）强度计算根据上横梁受力简图 39 可知，上横梁受弯矩及剪切而产生的挠度为： f弯=(3-27)222222962DDBBEJDBP 3 f剪=1.2(3-22)142GFDBP 3式中： P公称吨位（kgf） ，P=50000N； D油缸台肩尺寸（cm） ，D =74cm； B立柱中心距（cm） ，B =160cm； J上横梁主截面的惯性矩（cm4）,J=3003437 cm4； F1受剪主立板面积（cm2） ，F1=4015=1120 cm2； E材料弹性模数（105Pa） ，E =1.051011 Pa； G剪切弹性模数（105Pa） ，G =61010 Pa。代入上式得：f弯=2267427421602160230034371005. 1967421605000=0.01253cmf剪=1.2=0.024721120106474216050005上横梁在公称压力下总变形量 f： f = f弯+ f剪=(0.1920.32) (3-29)100020. 012. 0B 3故上横梁刚度符合要求。- 35 -3.4 工作台的工作台的强度与刚度计算强度与刚度计算3.4.1 计算条件计算条件 1.把工作台简化为简支梁；2.工作台的制造材料为 HT200(灰口铸铁)，其许用应力为：40 MPa,抗剪许用应力20 MPa；3.由于本机为四柱式通用液压机，其加载条件可视为中间部分承受均布载荷，设模具长度为 b，其受力分析简图如图 310 所示。图 310 工作台受力简图3.4.2 工作台的弯矩工作台的弯矩与剪力计算与剪力计算1.最大弯距 Mmax- 36 -已知： P=5000 kN； b=40 cm（模具长度） ； B=160 cm（立柱中心距） ，则 b=B41 q=12500 0N/cm 24BP1605000004Mmax = 4)B2b1 (41 PB =)1602401 (16050000041=175000000Ncm2.最大剪力 Qmax由受力分析简图 3-10 可得 Qmax=P/2=250000 0N。3.4.3 工作台的挠度计算工作台的挠度计算在计算工作台刚度时，除了要考虑弯矩引起的挠度外，由于液压机的工作台是短而粗的结构，所以还必须考虑由于剪力引起的挠度，即剪变形。其总挠度为 f0=f弯+f剪 。1. 弯矩引起的挠度 f弯可利用单位载荷法求解 f弯，由图 310 可得：(1)在外载荷作用下的弯矩方程为 42)(22axqxPMx(2)在单位载荷作用下的弯矩方程为xbM1工作台的最大挠度 f弯发生在横梁中点处，根据单位载荷法，有： (3-30) 41JEdxMMfx弯将 Mx、M1代入式（3-30）得： 42/22/0)(221laldxxaxIEqdxxxPIEf弯- 37 -将以知的 B、P、q、a 值代入，进行定积分后得 42/7/2222/7/232/7/243)2()32()4(J2J48BllllllxaxaxEqEPf弯 =0.0202JB3EP式中： E工作台材料的弹性模量，对于灰口铸铁 HT200；E=1.051011 Pa；J工作台计算截面的惯性矩。2剪力引起的挠度 f剪剪力引起的挠度 f剪同样可用单位载荷法进行计算，即(1)在外载荷作用下的剪力方程为 4)(2axqPQx(2)在单位载荷作用下的剪力方程为：11Q所以， (3-31) 41GFdxQKQfx剪将 Qx、Q1代入式（3-2）得 4xx2b0dq2 . 1222 . 1GFGFBPf剪将已知的 q、a 值代入上式，积分后可得 f剪=GFPB8021 剪弯fff0 =0.0202+JB3EPGFPB8021式中： G工作台材料的剪切弹性模量 (3-32) 4)1 (2EG- 38 - 泊松比，对于铸铁，=0.230.27，取=0.25则 PaG10610625. 0121005. 13计算工作台中间截面惯性矩 J在计算工作台截面惯性矩时，先将其截面图 3-11 简化为等效计算截面，如图 3-12 所示，最后按表 3-2 各项分别进行计算。图 3-11 工作台截面图图 3-12 工作台等效截面计算图- 39 -表 3.2 工作台截面惯性矩计算表 (1)整个工作台截面对x轴的惯性矩Jx为)(7 .122208335 .119471502 .273683YJ4cmsIiioix(2)整个工作台截面形心至下平面x轴的距离 h1为 )(9 .4548162209861cmFShii所以， )( 1 .349 .458012cmhHh(3)整个工作台截面对其中性轴（I-I）的惯性矩J为序号截面宽度)(cmbi截面高度)(fcmh截面面积)(F2icm截面形心至 x轴的距离)(Y cmi截面对x 轴的静力距)(Y3cmFsiii静力距与面积形心至 x 轴距离的乘积)(Y4cmsii各截面积的惯性矩)(121J43cmhbiioi1166101660751245009337500138332162348669.533777234750364.532649127442.5541452301162.525490643039016.5148524502.567.55348272112992329121451617061020440801632030607141140.573.51.280481622098611947150.5273683.2总计HiFiSiiYSoiJ- 40 -)(74.207443648169 .457 .122208334221cmFhJJix3.4.4 工作台的强度校核工作台的强度校核(1)截面最大弯曲拉应力拉拉= (3-33) 42maxJhM将上述计算值代入式(3-4)得拉=28.766 MPa74.20744361 .3417500000(2)截面最大弯曲压应力压压(3-34) 41maxJhM将已知值及计算值代入式 3-34 得压MPa726.3874.20744369 .4517500000对于 HT200,其=40MPa,经上述计算出的工作台的最大弯曲拉应力均小于其许用应力值，即，所以其设计是安全的。(3)最大剪应力max根据材料力学可知，由于横梁断面剪切力主要由立板承受，故可将截面简化为矩形，其剪应力在形心轴处最大，则(3-3
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号