压环压套及配套压机设计 (2)

压环压套及配套压机设计说明书 I摘要本文介绍了压塑模和液压机在近几年的发展状况，说明了压塑模的三种结构特点和液压机的工作特点，主要分析了液压机本体结构的优缺点和发展趋势。依据课题安排和实际要求，确定了 10T 液压机本体结构的总体设计方案。通过给定的参数，选定了模架形式。通过自己设定参数，选定机架形式并对其进行受力分析。然后分别对液压机本体结构各零部件的尺寸和结构进行设计和分析，包括液压缸，上横梁，活动横梁，下横梁和工作台等。最后本文对整个设计过程进行了归纳总结。关键词：液压机，压塑模，本体结构压环压套及配套压机设计说明书 IIAbstractThis article describes the modeling and hydraulic pressure in the development of recent years shows that the pressure of three structural characteristics and modeling of hydraulic characteristics of the work, the mainly analyzed the development trend of hydraulic structure and their advantages and disadvantages. According to the topics and requirements, I identified 10T design program of hydraulic press. Through the given parameters, I selected mold form. Then I set parameters by myself, choose the rack type and stress analysis. Then I designed and analyzed the size and structure each of the hydraulic structure and their parts, including the hydraulic cylinder, the beam, the slide, under the beams and platforms. Finally, the entire design process was summarizedKey words: Hydraulic Press, Pressure Modeling，Body Structure压环压套及配套压机设计说明书 III目 录1 绪论 .11.1 引言 .11.2 压塑模简介 .21.3 液压机简介 .21.4 10 吨小型液压机本体结构简介 .31.5 课题的来源、目的及主要内容 .41.5.1 课题的来源 .41.5.2 选题目的与意义 .42 模架的选择 .52.1 模架结构概述 .52.1.1 根据模具上下模的配合特征分类 .52.1.2 根据模具在压机上的固定方式分类 .62.2 模架结构的确定 .62.3 模架的简单计算 .72.3.1 加料室高度计算 .72.3.2 成型压力计算 .92.3.3 顶出装置 .93 机架的选择 .113.1 机架结构概述 .113.2 机架结构的确定 .123.3 机架的力学分析 .123.3.1 一般性假设 .123.3.2 中心载荷作用下的机架受力分析 .124 液压缸部件设计 .144.1 液压缸结构概述 .144.2 缸体材料选择 .144.3 液压缸的设计计算 .144.4 液压缸的部件形式 .154.5 液压缸的校核 .175 横梁的设计 .205.1 概述 .205.2 上横梁的设计 .205.3 活动横梁的设计及校核 .215.4 下横梁的设计 .216 工作台设计和校核 .256.1 工作台的校核 .256.2 T 形槽的设计 .267 液压机的辅助设施简单设计 .287.1 启动系统和停止系统 .28结论 .30压环压套及配套压机设计说明书 IV参考文献 .31致谢 .32压环压套及配套压机设计说明书 11 绪论1.1 引言进入 21 世纪以来，我国液压机行业的发展速度从未低于 15%(年增长率)，以上运行，年销售额从 400 多亿元增加到 2000 多亿元，连续八年多的增长使我国液压机行业从规模上已进入世界前三名。虽然还有这样或那样的不足，但我国液压机行业已趋于成熟，今后的发展将是以创新、提升、优化为主要模式。可以说，我国液压机行业已从一个以战略地位为主的基础性行业逐步发展为战略地位与经济地位并举的重要的基础性和支柱性产业。 2010 年又是一个液压机行业的发展之年，但是，我们必须对各种有利和不利的因素保持清醒的认识，既要进一步切实加强对用户、生产、市场需求的调查研究分析工作，又要加强培养大批各种专业专家、人才、熟练技术工人，充分发挥个人、集体作用、结合引进消化与自主创新相结合、合作与竞争相结合，以适应当今经济时代、国际市场竞争愈益激烈，技术壁垒日益严峻的新形势。与此同时，随着日新月异的塑料工艺发展，压塑工艺应用于热固性掺混料，如脲醛塑料、酚醛树脂、环氧树脂、蜜胺树脂和橡胶中。尽管有一些材料可注射成型，但采用压塑工艺仍非常普遍。压铸用材料较压塑用材料要求可塑性更软。许多热固性材料具有高抗冲级(1.0ft 一 lb)和良好缺口冲击强度的保持性，只有在极限压力下才会流动。热固性材料的压塑成型的明显优点是系统简单。将材料置入一加热型腔，保压至所要求团化时间。因工艺过程简单，费用少。添加剂和增强剂无规则，并能得到较好强度。由于无浇口和流道，不浪费材料，模具几乎也不用维修。零件的统一性好，无铸口和流痕，减少了修饰成本。根据制品结构和所用的塑料应用特点，可采用全压式模具、半压式模具和闭模。设备：简单也是压塑设备的主要特点。两半压板结合在一起，加温，加压，将材料制成预定形状。多数压塑过程采用液压操作；也有采用气动操作的。上下两压板在压力之下在 4 个角柱上上下移动。根据压塑设备的大小，压力一般为 201000 吨。压板的大小一般为 8 英寸 2 到 5 英尺 2。在加料和固化以后的脱模方面存在不同自动化程度，常用最现代的液压机进行。以前的简单系统有温度控制、压力控制、停压控制和时间控制。现代设备采用更高级的微处理机控制。对于较薄的制品，在板中可用加热筒或带式加热器。对较深的制件，需要用筒形电加热器、蒸汽加热或热油系统加热。有数种用于压塑中的加热体系：用蒸汽加热模温均匀，但加热温度限在 350F 以下；套筒加热或其它加热 (加热盘管、加热带等) 比较干净，易于保养，用得比较普及；热油加热，由于加热介质循环稳定，所以加热均匀。现在又有许多新加热方法，热水加热，类似于热油加热，加热介质一水一气体燃烧连续循环，可提供更高的压塑温度。压环压套及配套压机设计说明书 2为了适应小型塑料制品工厂短期加工需求，大量简单，易于安装的小型液压机伴随着其时代发展孕育而生。1.2 压塑模简介压塑成型是塑料加工成型领域中应用历史最悠久的工艺之一。它具有生产工艺成熟、设备和模具简单、易于成型大型塑料制件、可利用多腔模来提高小尺寸制件的产量等优点,所以在电器、机械、交通运输、建筑、化工、仪器仪表、家具和日用品等诸多领域得到了广泛的应用。压塑成型及模具设计是一门不断发展的综合学科。随着科学技术的不断进步及计算机技术的发展,使压塑成型技术也在进一步发展和完善,每年都有数以万计的文献发表,新材料、新技术不断地涌现。在历届国际塑料加工会议上,压塑成型技术都占有很重要的地位。压塑成型（Compression Molding）是压缩模塑的简称，又称压塑。塑料或橡胶胶料在闭合模腔内借助加热、加压而成型为制品的塑料加工（也是橡胶加工）方法。一般是将粉状、粒状、团粒状、片状，甚至先作成和制品相似形状的料坯，放在加热的模具的型腔中，然后闭模加压,使其成型并固化或硫化,再经脱模得制品。1.3 液压机简介液压机从主机结构观点来看，主要包括单柱液压机、四柱液压机和整体框架液压机。液压机的主机结构包括机身、各执行机构、各油缸和滑块(动梁)。合理的选择主机结构对于确保使用要求，制造工艺性和其经济适用性都有很大的意义。液压机适用于几乎所有需要压力加工的工艺。与机械压力机相比，它具有压力和速度可在大范围内无级调整，可在任意位置输出全部功率和保持所需压力，结构布置灵活，各执行机构可很方便地达到所希望的动作配合等优点。因此，液压机在我国国民经济的各行各业，尤其是塑性加工领域得到了日益广泛的应用。各种类型液压机的迅速发展，有力的促进了各种工中的发展和进步。八十年代以来，随着微电子技术，液压技术的发展和普及应用，液压机有了更进一步的发展。众多机型己采用 CNC 和 PC 机来进行控制，使产品的加工质量和生产效率有了极大的提高。国外生产压机的主要有德国 LAEIS 公司，意大利的SACMI、SITI、NASSETTI、WELKO 公司。进入 90 年代以来，各公司在保持个子结构特点的基础上形成系列化产品，向大吨位、高精度、高效率、节能控制、高自动化程度和使压机的动作更加符合锻造工艺的发展方向。1662 年，帕斯卡提出了静压传递原理。1775 年英国入 Bramah 取得了第一个手动液压机的专利。1859-1861 年，维也纳铁路工场有了第一批用于金属加工的液压机，它们分别是 7MN、IOMN 和 12MN。1884 年在英国曼彻特首先使用锻造钢锭用的锻造压环压套及配套压机设计说明书 3水压机。相对锻锤而言，它有许多优点，发展很快。1893 年建造了当时最大的 120MN锻造水压机。巨型水压机一般指工作压力在 IOOMN 以上水压机。20 世纪初，随着航空工业和军事工业发展，液压机吨位不断提高，应用越来越广，巨型液压机得到迅速发展。液压机公称压力的大小一度成为各国机械行业制造水平高低的标志之一1.4 10 吨小型液压机本体结构简介本文研究的 10 吨小型液压机的本体是采用整体框架式结构。其机架体由上横梁、动梁、下横梁等组成的。框架承受全部的工作载荷，工作缸固定在上横梁上，工作缸内有工作活塞，与活动横梁相连，活动横梁以四根框架板为导向，在上下横梁之间往复运动。基本参数是液压机的基本技术数据，是根据液压机的工艺用途及结构液压机的基本参数有以下内容：(1)公称压力 指液压机名义上能产生的最大力量，在数值上等于工作液体压力和工作柱塞总工作面积的乘积，它反映了液压机的主要工作能力。为了充分利用设备，节约高压液体并满足工艺要求，一般大中型液压机将公称压力分为两级或三级。(2)最大净空距(闭合高度) 指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，它反映了液压机在高度方向上工作空间的大小。(3)最大行程 指活动横梁能够移动的最大距离，应根据工件成形过程中所要求的最大工作行程来确定，它直接影响工作缸和回程缸及其柱塞的长度及整个机架的高度。(4)工作台尺寸 指工作台面上可以利用的有效尺寸，它取决于模具的平面尺寸及工艺过程的安排。(5)回程力 活动横梁返程时所需要的驱动力。计算回程力要考虑活动部分的重量、回程时工艺上所需的力量(如拔模力、提升剁力等)、工作缸排液阻力、各缸密封处的摩擦力以及活动梁导套处的摩擦力等。(6)活动横梁运动速度 分为工作行程速度、空行程速度及回程速度。应根据不同的工艺要求来确定工作行程速度，它的变化范围很大。锻造液压机要求工作速度较高，可达 50150mm/s。(7)允许最大偏心距 指工件变形阻力接近公称压力时所能允许的最大偏心值。在液压机工作时不可避免地要承受偏心载荷。偏心载荷在液压机的宽边与窄边都会发生。在结构设计计算时，必须考虑此偏心值。表 1-1 设计参数压环压套及配套压机设计说明书 4序号 项目 参数 单位1 公称压力 100 KN3 液体压力 25 MPa4 动梁最大行程 430 mm5 闭合高度 430 mm6 框架净间距 650500 mm7 工作台面尺寸 637490 mm8 回程力 30 KN9 主缸最大工作速度 100 mm/s10 活动横梁空程下降速度 300 mm/s11 活动横梁回程速度 300 mm/s1.5 课题的来源、目的及主要内容1.5.1 课题的来源本课题来源于老师自选课题，熟悉压塑模及配套压机的简单设计流程，为以后工作做准备。1.5.2 选题目的与意义我通过该课题的毕业设计，对大学所学知识进行一次综合应用和系统实践，培养我将知识转化为产品的能力。我通过每人一题的独立设计，通过对产品进行功能分析和结构分析，查阅和理解相关资料和文献，根据产品特点设计出一套完整的模具图纸，并能为模具配套设计压机结构。最终具备独立完成模具设计的能力，培养具备严谨、科学的功过态度。通过二维及三位软件完成压环压模的设计，根据所设计模具的参数，确定压机参数，并设计该压机本体结构。熟练模具 CAD/CAM 软件在模具设计开发中的应用。为毕业走向企业奠定基础。压环压套及配套压机设计说明书 52 模架的选择2.1 模架结构概述2.1.1 根据模具上下模的配合特征分类溢式压缩模 这种模具无加料腔，模腔总高度 H 基本上就是塑件高度。成型时由于凸模和凹模无配合高度，完全靠导柱定位，因而塑件的径向尺寸精度较低，高度尺寸尚可。宽度为 B 的环型面积即挤压面，在和模到终点时才会完全闭合，因而压机的压力不能全部传递给物料，得到的塑件密度往往比较小，强度等力学性能也不搞。过剩的物料极易沿分型面溢出，使塑件飞边总是水平的，去除困难且影响塑件的外观。因此这种模具不适宜压制压缩率搞的塑件，如带状、片状或纤维填料的塑料，也不适合成型薄壁或壁厚均匀性要求很高的塑件。但溢式压缩模的优点是结构简单，造价低廉、耐用，塑件容易取出，通常可用压缩空气吹出塑件。因而溢式压缩模适用于压制扁平塑件，特别是强度和尺寸无严格要求的塑件，如纽扣、装饰品等。半溢式压缩模 其特点是加料腔是型腔的延续，但截面大于型腔的截面，凹、凸模闭合时，在加料腔和型腔的分界处形成挤压面，宽度约为 45MM 并带有排气溢料槽和溢料槽。凸模下压到与挤压面接触为止，过剩的物料通过配合间隙和溢料槽排出。这种模具成型的塑件致密度比溢式压缩模好。由于加料腔的断面尺寸较塑件大，凸模不沿着模具型腔壁摩擦，不会划伤型腔壁表面，模具的寿命大大提高，另外推出时也不会损伤塑件外表面，当塑件轮廓形状复杂时，加料腔截面形状可以简化，如采用矩形、圆形或方形等，使加工方便。半溢式压缩模在生产中使用较广泛，适用于成型流动性好的塑料及形状复杂的、带有小型嵌件的塑件。由于有挤压环所以也不适宜布片或长纤维做填料的塑件。不溢式压缩模 这种模具的加料腔为型腔上部截面的延续部分，凸模和加料腔有较高精度的间隙配合，所以塑件的径向尺寸精度较高。不溢式压缩模的特点是塑件承受压力大，密实性好，强度高。另外它没有挤压面，理论上压机的压力将全部作用在塑件上，塑件的溢出量很少，因而所得塑件飞边极薄，而且飞边在塑件上成垂直分布，去除比较容易，可以采用平磨等方法去除。不溢式压缩模适于成型流动性较差、单位比压高、比容大的塑件，例如棉布、玻璃布或长纤维填充的塑料。不溢式压缩模的缺点是凸模和加料腔侧壁摩擦，不可避免的会擦伤加料腔侧壁，同事，加料腔的截面尺寸与型腔截面相同，在推出塑件时会损伤塑件的外表面。该压缩模必须设置推出装置，否则塑件很难取出。不溢式压缩模一般不应用于设计成多型腔模具，因为加料不均衡就会造成各型腔的压力不等，而引起一些制件欠压。由于该模具在成型时的塑件溢出量极少，因而加料量的多少直接影响塑件的高度尺寸，每模加料都必须准确测量，所以塑件的高度尺寸不易保证。压环压套及配套压机设计说明书 62.1.2 根据模具在压机上的固定方式分类固定式 这种模具上下模都固定在压机上，开模、合模、推出塑件等动作均在机内进行，具有生产效率高、操作简单、劳动强度小，模具寿命长等特点。移动式 该模具不固定在压机上，成型后移出压机，用卸模架等专用卸模工具开模。这种模具结构简单，制造周期短，主要用于试验及试制新产品时制造样品，以及形状较复杂、嵌件较多、加料困难、带有螺纹的塑件。半固定式 半固定式一般上模固定在压机上，下模沿导轨移动，用定位块定位。相较于移动式压缩模，减少了人工劳动强度，并且容易安放嵌件和加料。这是最常见的结构形式，广泛应用于各种用途的液压机中。由上、下横梁与立柱组成一个刚性封闭框架。2.2 模架结构的确定在综合了本次设计工件的形状尺寸如图 2-1、精度要求一般和批量中等的要求，我决定选用固定半溢式压缩模。这种压缩模具有生产效率高、操作简单、劳动强度小，模具寿命长且适用于此等精度的工件。图 2-1压环压套及配套压机设计说明书 72.3 模架的简单计算塑料（粉状酚醛+木粉）的基本参数如下表 2-1表 2-1 塑料（粉状酚醛+木粉）的基本参数序号 项目 参数 单位1 预热温度 90120 2 预热时间 60 S3 压制成型型腔内单位压力 12.517.5 MPa4 成型温度 140195 5 压制时间 60 S6 密度 1.341.45 g/7 压比 K 2.53.5由于本次设计主要设计为液压机，模具设计以其外形尺寸为主。2.3.1 加料室高度计算加料室容积 件件料件 VMv356.4920.1V 料塑件所需塑粉的体积，mV 件塑件体积，m塑料密度，kg/m塑料比体积，m/kg，经验证明实际比体积可取 0.80.9 的标称比体积，对纤维填料宜取大值M塑件质量，kg加料室高度一般粉状塑料 H（1.72.5 ）h=51mmH加料室高度，mmh塑件高度，mm压环压套及配套压机设计说明书 8加料腔高度如图 2-2图 2-2 25)1.0()(432SVHH加料腔高度，cmV塑料体积，cm V2塑件在 AB 线以下部分的体积，cmV3塑件在 AB 线以上部分的体积，cmV4型芯在 AB 线以上的体积，cm，直径小时可忽略压环压套及配套压机设计说明书 9通过简单计算，设计出模具如下图 2-3图 2-31-定模座板 2-导套 3-导柱 4-定模板 5-动模板 6-支承板 7-垫块 8-动模座板 9-联接螺钉 10-联接螺钉 11-顶板 12-推杆固定板 13-联接螺钉 14-凹模 15-型芯 16-凸模 17-联接螺钉2.3.2 成型压力计算 KNPAF4.29)1.52(1因为 29.5KN 约等于 3 吨，所以我预计设计的 10 吨的液压机，能够满足这个零件的成型工艺。2.3.3 顶出装置多数压机都带有顶出装置，完全不带顶出装置的压机主要适用于移动式压缩模。固定式压缩模的推出机构一般由压机的顶出机构驱动。设计固定式压缩模推出机构时，必须了解压机顶出系统与压模推出机构的连接方式。当压机带有液压顶出装置时，液压缸的活塞杆即是压机的顶出杆。压缩模的推出机构和压机的顶出杆有以下两种连接方式。压环压套及配套压机设计说明书 10间接连接 这种连接方式压机顶杆只起到顶出塑件的作用，压缩模推出机构的复位靠压缩模的复位杆作用才能复位。直接连接 这种结构，尾轴分别连接在压缩模的推板和顶杆的中心。其特点是压塑模不需要再设复位机构，压机顶杆不仅起顶出作用，而且在回程时能将压缩模的推出机构拉回复位。我在本次设计中，就是用的是这种连接方式，其简单示意图如图 2-4图 2-4压塑模中还有一些相关结构尺寸，诸如引导环，加热装置，配合环，挤压环等等，因为其数值较小，对液压机设计影响不大，在此不做设计，望指导老师和审核老师见谅。压环压套及配套压机设计说明书 113 机架的选择3.1 机架结构概述单柱式结构又称“C”形床身或开式结构，可分为整体机身和组合机身两种结构。这种液压机最突出的优点是操作方便，可三面接近工件，装卸件简单方便。单柱式结构最大缺点是机身为悬臂梁受力。因此变形较大，机架刚度很差。特别是在受力时变形不对称致使主缸中心线相对台面产生角位移。这种情况将使模具间隙偏向一侧，主缸活塞承受弯曲应力，因而使密封结构和导套工作恶化，磨损加剧，寿命降低。单柱液压机在工作中，由于机身的变形，滑块与工作台会产生一定的夹角，故多用在对精度要求不高的应用场合，如：压装、板材压型、校直等工艺。如图 3-1a四柱液压机是通过四根立柱把上下横梁连接起来，活动横梁依靠四根立柱导向，该结构液压机具有结构简单，制造成本低等特点，故应用最为广泛。四柱式液压机立柱刚度较差，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易调整和补偿。如图 3-1b整体框架结构主要分为焊接和整体铸钢结构。整体焊接式结构的优点是制造周期短，在结构设计上可根据受力情况合理布置和选用不同厚度的钢板，因此重量最轻。缺点是各钢板焊前加工量较大、焊接工艺要求高、焊后需消除应力退火、焊后加工较为复杂。整体铸造结构的特点是零件数量少，加工面少，机架刚度大。但结构上壁厚需满足铸造工艺要求，因此重量较大。此外，单件小批生产成本较高，外观也较粗糙。整体框架结构最大的缺点为支柱和横梁转角处应力集中，而且在转角处往往应力最大。所以设计上应采取适当加大过渡圆角半径，合理布置焊缝和适当加大转角处的断面面积等措施。否则，其应力集中点的应力可能较计算应力大 1.53 倍，形成薄弱环节。如图 3-1ca b c图 3-1压环压套及配套压机设计说明书 123.2 机架结构的确定鉴于我设计的模具的外形尺寸，我决定选用整体框架式。为了达到经济实用性问题，提高性价比，我决定选用整体铸造结构，这样可以反复使用一个模型进行铸造，省去了反复设计的人工和精力。并且省去焊接，退火等各种复杂程序，达到以安全第一，速度第二的目标，符合现代社会的高效生产的目的。同时，根据实际的液压机行程，在支架的内侧贴紫铜垫，来保证活动的横梁良好稳定的运行。3.3 机架的力学分析3.3.1 一般性假设框架式液压机架是一个空间框架，前后左右对称。支架与上下横梁以螺栓联接液压机与上横梁用螺栓联接，作用力集中于四个联接的螺柱工作活塞作用于活动横梁的力，以集中力来代表。通过工作台作用于下横梁的载荷，为均匀分布。上横梁和下横梁可以简化成等惯性矩的梁。活动横梁的刚性假设为无穷大。3.3.2 中心载荷作用下的机架受力分析假设上下横梁的刚度很大，因此可以忽略上下横梁引起的弯曲应力，支架只承受简单的轴向拉力，每个支架的受轴向力为,如图 3-2图 3-2 KNnPF5410式中 P液压机的公称力（KN）n支架的数目假设在仅受轴向力的状态下，支架所承受的内应力如图 3-3压环压套及配套压机设计说明书 13图 3-3 MPamKNKNAFP 68.5402)1020(5P仅受轴向力时，支架的应力F仅受轴向力时，支架的受力A支架的横截面积假设在仅受轴向压力的情况下，压力机达到满负荷输出。如图 3-4图 3-4 KN5.2610PF2压切 压拉F 压液压缸输出压力P1液压缸与上横梁之间联接螺栓数量F 拉每个螺栓受的拉力P2支架与上横梁之间联接螺栓数量F 切每个螺栓受的切向力压环压套及配套压机设计说明书 144 液压缸部件设计4.1 液压缸结构概述液压缸部件的作用在于把液体压力能转换成机械功。高压液体进入液压缸内后，将液体压力作用于柱塞(活塞)上，通过活动横梁将作用力传到工件上，以达到工作目的。它是液压机主要零部件之一。活塞式液压缸在中小型油压机上应用广泛。活塞式液压缸可以两个方向动作，既能完成工作行程，又可实现回程。柱塞式液压缸在水压机中应用最多，广泛用于工作缸、回程缸、工作台移动缸及平衡缸等处，它结构简单，制造容易，但只能单方向作用，反向运动需用回程缸来实现。故不选用。4.2 缸体材料选择本次设计液压缸缸体材料均采用 20MnMo。根据 GB/T 17107-1997，对缸体进行调质处理后，其力学性能为 MPa480b， Pa270s。4.3 液压缸的设计计算液压缸的设计计算大致包括缸体内外径，壁厚，进程力，回程力和进油口尺寸等。我设计的液压缸活塞杆以及缸体内径如图 4-1 所示图 4-1工作缸外径 m13042.8531012 pDD2=130mm压环压套及配套压机设计说明书 15工作缸壁厚 m1520312DS24.1560.13.0.0a v取 aD=16mm。式中 液压缸进水口直径（mm）；液压缸内径（mm）；0v进水口液体流动速度（m/s）；缸的最大输出速度（m/min）。进程力计算 KN5.219650PF22R进F 进进程力R工作缸半径P液体压力 25Mpa可以满足 10T 压机的需要。回程力计算 KN14.325)0(P)(F2rR回F 回回程力r活塞杆半径可以满足 10T 压机的需要。4.4 液压缸的部件形式液压缸通过 4 个螺栓固定在上横梁中，如图 4-2图 4-2压环压套及配套压机设计说明书 16这种结构设计，便于安装拆卸，适用于小型厂家使用，一个人加一个小型的电葫芦，就可以完成整个液压机上横梁部分的安装。如果缸内密封圈发生磨损，此类液压缸设计也便于更换密封圈，仅需打开液压缸的压盖，就可以进行内部清理和更换。因为是小型液压机，四个螺栓受力已经经过计算校核，满足其使用性能。工作缸活塞与活动横梁的联接如图 4-3图 4-3活塞杆支承于活动横梁的球面座上，球面座一般做成凸球形，通过紧固环压紧在活动横梁上，并用六角螺栓紧固在活动横梁上。仅使其在水平方向上稍有移动。在偏心加载时，活动横梁在偏心力矩作用下倾斜转动，此时，如果球面处润滑良好，球面副可以相对滑动，则活塞只传递轴向压力及摩擦力矩，活塞仍然基本保持垂直，因此侧推力将大为减少，鉴于设计的是小型液压机，偏心加载较小，通过球面联接，基本能够使偏心加载为 0，此处不在校核。活塞杆活塞杆使用 45 号钢，经过调质的热处理，表面镀铬，其抗拉强度600MPa屈服强度340MPa。长度为 500mm。导向套液压缸导向套在活塞杆往复运动时起导向作用，选用抗压耐磨的 ZCuSn6Pb3Zn6锡青铜铸造后加工而成，导套的长度取(0.40.8)D 。活塞式的缸的导向套可以取的短一点，所以我选取 55mm。密封密封的作用是防止液压系统中工作介质泄漏。如密封失败，工作介质可能从高压腔泄漏到低压腔，或泄漏到元件外部，从而可能造成运动不稳定、停位不准确或无法停位，不能保压，污染环境，甚至引起设备其他故障，因此，密封的质量对液压机的工作性能有直接影响。对密封的基本要求是密封性好、摩擦力小。我设计使用活塞环在活塞处使用，其基本结构如图 4-4压环压套及配套压机设计说明书 17图 4-4原理是将活塞环放入活塞后，活塞环靠弹力张开，贴近于液压缸表面。活塞环内径和活塞环之间留有一定的间隙，当液压缸活塞两侧油压不等，油液经过活塞环侧壁和活塞槽的配合间隙，喷射入底部，再由另一侧挤出，如此经过几道活塞环，油压减小，泄露减少。根据设计需求，我选用 4 个活塞环。在导向套上，贴近缸壁的一侧，我使用的是 O 型密封圈，作为静密封圈，每个 O型密封圈可承受 200Mpa 的力。而在活塞杆一侧，我使用加挡圈的 O 型密封环，如下图所示，这样可以防止密封环的挤入，同样可以达到密封的效果。图 4-54.5 液压缸的校核对于较长的液压缸，其中间部分是一个等厚度承受均匀分布内压的厚壁圆筒，除有轴向拉应力 z外，尚有由内压 p 引起的径向压应力 r（内壁最大，向外逐渐减小，到外壁时为零）和切向拉应力 t（内壁最大，向外逐渐减小），是三向应力状态，如图 4-6 所示。压环压套及配套压机设计说明书 18图 4-6 液压缸圆筒部分应力状态图根据弹性力学理论，圆筒段任意一点的三向主应力值分别为 212rrp(4-1)212t rr(4-2)21zrp(4-3)式中 r径向应力；t切向应力；z轴向应力；p缸内液态压力；1r缸的内半径；2缸的外半径；所求应力点位置的半径。采用 Von Mises 强度准则，当量应力为 2)()()( 2zrrttz (4-4)压环压套及配套压机设计说明书 19将式（4-1 ）、式（4-2 ）、式（4-3）代入式（4-4 ），且令 1r时，可得缸内壁最大合成当量应力为 MPa05.650612321maxrp安全系数为 .2.7sn满足要求压环压套及配套压机设计说明书 205 横梁的设计5.1 概述横梁包括上横梁、活动横梁及下横梁，是液压机本体十分重要的部件，它们外形轮廓尺寸很大，重量也大，占液压机本体总重的绝大部分。为了节约成本，上横梁和下横梁都使用箱体结构，在受力大的地方使用加筋来保证其强度。本机的三个梁均采用 ZG35，铸造结构为整体铸造式。5.2 上横梁的设计整个上横梁的壁厚是 20mm。如果假设整个上横梁为一个箱体结构，在没有加强筋的情况下，其受力都会在箱体的转角处，那里会都很大的弯矩。如下图所示图 5-1如果在结构上加上加强筋的话，那么受力情况会得到很大的改善，如下图所示图 5-2可以明显的看出，在加了加强筋以后，作用于转角的力矩会被加强筋承担掉一部分，那么如此可以提高安全系数，又不会加大成本。压环压套及配套压机设计说明书 215.3 活动横梁的设计及校核活动横梁于活塞杆使用的是球头联接，假设力作用于横截面积最少处，并假设其是一个矩形图 5-3横截面积为 37.6mm60mm=2256mm则这一截面上的受力分析 MPamKNAF32.42561025.4 下横梁的设计下横梁设计需要注意的是：放置顶出缸的空间和整个液压机的稳定性。首先，为了是力均匀分布于下横梁上，我设计了整个一块工作台，通过螺栓联接，固定于下横梁上面，如图 5-4 所示图 5-4压环压套及配套压机设计说明书 22工作台不仅可以使压力均匀分布于整个下横梁，同时，可以仅仅对工作台进行加工 T 型槽，避免对整个下横梁进行加工，可以节省人力，物力，加工出来的精度也更高，最重要的是，加工好后移动方便，T 型槽被破坏掉后，可以及时更换，避免不必要的浪费。对于顶出缸的放置，我在下横梁中设计了一个桶型结构，如图 5-5图 5-5虚线部分为假设的顶出缸，图中开口部分是留有给顶出缸接入油管，保证其正常工作。因为下横梁设计有顶出缸的桶型结构，所以在力学方面，其所受的力偏大于上横梁的结构，所以，这里我使用了较厚的加强筋，并与桶型结构联接，在铸造时直接铸造为一体，是结构更加合理，强度更大。如图 5-6 所示图 5-6压环压套及配套压机设计说明书 23由图中可以看出，作用于桶型结构的加强筋面积可以近似看成一个120mm20mm 的矩形。则 MPamKNAF7.41202为了能够稳定的放置在地面，我拟定设计下横梁的底部，如下图图 6-6增大底面面积，能够均匀的分散液压机本身的重力，并且对一定的外力有抵抗能力，不易歪倒，同时增加运行的稳定性，减少机体震动，有效的提高零件加工质量。压环压套及配套压机设计说明书 246 工作台设计和校核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，亦可安装顶出缸及其他辅助装置。工作台所选用的材料及其结构形式与上横梁相同。因此对工作台面的不平度、各部件安装定位基面均应有必要的技术要求，其具体的要求如下：工作台台面不平直度，按 JB1293-73 标准允许0.05/1000mm安装顶出缸孔的轴线与顶出缸台肩贴合平面间不垂直度允许 0.03/300mm6.1 工作台的校核工作台承受液压机总吨位。假设为自由放在两支点上的弯曲梁来考虑，支点距离即为工作台边距，工作时压力通过模具作用于制件，由于大多数的制件和模具有对称的形状，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受力均布载荷