100吨四柱液压机整体设计

实 训 报 告实验课程名称 四柱液压机设计 专 业 班 级 机电14级 学 生 姓 名 戴佳铖、纪乾、魏山河 实验指导教师 邵威 实验日期 2017.07 1、 四柱液压机机械部分设计（纪乾）1 液压系统工况分析四柱液压机的工作过程如下：上液压缸驱动上滑块，实现“快速下行-慢速加压-保压延时-释压换向-快速返回-原位停止”的动作循环；下液压缸驱动下滑块，实现“向上顶出-停留-向下退回-原位停止”的动作循环。如1-1图所示。图1-1液压机工作循环图1.1 载荷的组成和计算1.2主液压缸载荷的组成和计算作用在活塞杆上的外部载荷包括工作载荷，导轨的摩擦力和由于速度变化而产生的惯性力。工件的压制抗力即为工作负载： 1.3初选系统工作压力 根据重量轻、体积小、成本低、效率高、结构简单、工作可靠、使用维护方便的原则，针对设计系统在性能和动作方面的特性，确定了设计系统的工作压力。如表1-2所示。本设计工作压力为25MPa。表1-2 按载荷选择工作压力载荷/KN50工作压力/MPa0.8-11.5-22.5-33-44-552 液压缸的设计2.1 主液压缸基本结构设计液压缸是液压系统的执行元件，它是一种把液体的压力能转换为机械能，以实现直线往复运动的能量转换装置。由于液压缸结构简单，工作可靠，在锻压设备中应用广泛。2.1.1 液压缸的类型液压缸选用单作用活塞液压缸，单作用活塞缸的活塞、活塞杆和导向套上都装有密封圈，因而液压缸被分隔为两个互不相通的油管，当活塞腔通入高压油而活塞杆腔回油时，可实现工作进程，当从反方向进油和回油是，可实现回程。2.1.2缸口部分结构缸口部分采用了Y形密封圈、导向套、O形防尘圈和锁紧装置等组成，用来密封和引导活塞杆。由于在设计中缸孔和活塞杆直径的差值不同，故缸口部分的结构也有所不同。2.1.3缸底结构缸底结构常应用有平底、圆底形式的整体和可拆结构形式。在本设计中采用平底结构。平底结构具有易加工、轴向长度短、结构简单等优点。所以目前整体结构中大多采用平底结构。2.1.4缓冲装置缓冲装置的工作原理是利用活塞或缸筒在其走向终端时在活塞和缸盖之间封住一部分油液，强迫它从小孔或油缝中挤出，以产生很大的阻力，使工作部件受到制动，逐渐减慢运动速度，达到避免活塞和端盖相撞击的目的。在液压缸中常见的装置是节流口可调式，节流口变化式两种。本设计中所设计的液压缸缓冲装置是节流阀调节。2.2缸体结构设计2.2.1液压缸主要参数的确定（1） 主缸的内径:公称力F=1000KN=1106N，液体最大工作压力P=25MPa=25106。求得活塞面积：=0.04所以=0.04即主缸内径D=0.2257m=225.7mm。查表取D=220mm确定活塞杆的直径： =0.7 =0.70.22=0.154M按标准取活塞杆直径d=(2) 确定液压缸的运动速度给定了液压缸的工作速度为：空程速度：120 工作速度：14 回程速度：120(3) 确定活塞杆的最大行程本设计课题给定了活塞杆最大行程为600mm。2.2.2主缸的设计计算（1）缸筒的结构和材料一般情况下，缸筒和缸盖的结构形式和使用材料有关。在此液压缸筒用45号无缝钢管。可保证结构通用性好，缸体加工容易，装卸方便，能充分满足设计要求。缸筒所选材料性能如表3-2。表2-2 缸筒所选材料型号MPaMPa%4560035516（2）对缸筒的要求a.内表面与活塞密封件及导向套的摩擦力作用下，能长期工作而磨损少， 尺寸公差等级和形位公差等级足以活塞密封件的密封性。b.有足够的强度，能长期承受最高工作压力，而不至产生永久变形以及能承受活塞侧向力和安装的反作用力而不至产生弯曲。缸筒内壁厚度：当3.216时，用使用公式:=0.028m取 =0.03m -试验压力（MPa），工作压力p16MPa时，=1.5p;工作压力p16MPa时，=1.25p; D -液压缸内径（m）; -缸体材料的许用应力（MPa）: -缸体材料的抗拉强度（MPa） -安全系数，n=3.5-5.一般取n=5. -强度系数，一般取1。 -计入壁厚公差及腐蚀的附加厚度，通常圆整到标准厚度值。缸体内最大工作压力为25 MPa.当时,材料使用不够经济,应改用高屈服强度的材料.（3）缸筒的强度校验在前一节中已经确定了缸筒的内径，为220mm，根据液压缸标准参数拟选缸厚度为30mm，则外径：=D+2，现在校验它的强度。额定压力必须要小于一个值，这样缸筒才是符合强度要求的，即： 0.35式中： -液压缸额定压力(MPa)-液压缸外径(m) -液压缸内径(m) -材料的极限应力(MPa) 所以： 0.3535547.54本题给定的为25，所以缸筒工作安全。（4）液压缸缸底厚度计算缸筒底部为平面时:取 式中： -筒底厚度（m）-液压缸内径（m）-试验压力（MPa）-缸底材料的许用应力（MPa）（5）液压缸固定螺栓直径校核式中： Z-固定螺栓数，取Z=8(均布) ；F-液压缸负载；k-螺纹拧紧系数k=（1.12-1.5），这里取1.3；- /(1.22.5), 为材料的屈服极限由于Z取得较小的值时，螺栓的直径将会变大，从而加大安装空间，可能会发生安装是干涉的情况；如果Z值取得太大，则势必加大调整时的难度，经过综合考虑，这里取Z=8。所以：=23.1mm选取标准值为24mm。根据实际情况，选取普通圆柱螺栓。由机械设计指导查的该螺栓的规格为24。（6）缸筒制造加工要求a.缸筒端面的垂直度公差值可按照7级精度选取0.06mm。b.缸筒内径的圆度公差值可按9、10、11级精度选取0.046mm，圆柱度公差值应该按照8级精度选取0.02mm。c.热处理调质，硬度为HB241285.缸体内表面镀铬，厚度为30-40微米,镀后研磨或者抛光。缸筒端部法兰厚度: =43.96mm 取h=50mm -法兰外圆半径; -螺孔直径; 螺钉 M24b螺钉中心到倒角端的长度2.2.4活塞的设计由于活塞在液体压力的作用下沿缸筒往复滑动，因此，它与缸筒的配合应适当，既不能过紧，也不能有间隙过大。配合过紧，不仅使最低启动压力增大，降低机械效率，而且容易损坏缸筒和活塞的滑动配合表面；间隙过大，会引起液压缸内部泄露，降低容积效率，使液压缸达不到要求的设计性能。（1）活塞材料查液压工程手册，可知：无导向环活塞：用高强度铸铁HT200300或球墨铸铁。有导向环活塞：用优质碳素钢20号、35号及45号。本设计采用有导向环的活塞，因此选用35号钢。（2）活塞结构型式根据密封装置型式来选用活塞结构型式。通常分为整体活塞和组合活塞两类。整体活塞在活塞四周上开沟槽，安置密封圈，结构简单，但给活塞的加工带来困难，密封圈安装时也容易拉伤和扭曲。组合式活塞结构多样，主要受密封型式决定。组合式活塞大多可以多次拆装，密封件使用寿命长。依据以上知识,本设计采用组合式活塞。（3）活塞的尺寸确定活塞的外径应略小于缸筒的内径，活塞与缸筒之间是用密封圈来连接的。其内孔的大小是根据与之相配合的活塞杆的直径来确定的。根据密封圈的大小来确定槽的深度和宽度。根据设计和安装要求，本设计活塞外径取为220mm,宽度B=0.6D取得140mm。（4）活塞的密封密封、形式与活塞的结构有关，可根据液压缸的不同作用和不同工作压力来选择,一般有密封圈密封、活塞环密封、间隙密封。这里采用O形加挡圈密封。密封圈的选定根据液压工程手册GB3452.3-88选定。（5）活塞的技术要求a.外径的圆柱度公差值，按10级精度选取，公差值为0.04mmb.端面对内孔轴线的垂直度公差值，应该按照7级精度选取,公差值0.04mm。图2-2 活塞 2.2.5活塞杆的设计(1) 活塞杆的材料活塞杆的材料为45号钢，采用实心结构。其两个端部均采用螺纹连接。活塞杆所选材料如表2-3所示。表2-3 活塞杆所选材料型号MPaMPa%45MnB10308359(2) 活塞杆尺寸的确定活塞杆的总长要根据油缸的行程来确定，本课题的工作台行程为600，综合其技术要求，选取活塞杆的总长为800mm。L=600mmB=（0.6-1.0）D=140mmA=（0.6-1.0）d=100mm由于LA+B+L-1/2BL100+140+30+600-70=800mmA 导向套滑动面长度；B 活塞宽度；L 液压缸的最大行程；数值在后面3.3.6导向环设计中具体计算。(3) 活塞杆的技术要求 a 安装活塞的轴肩端面与活塞杆的轴线的垂直度公差不大于0.04mm/100mm。b 活塞杆的外圆粗糙度Ra值一般为0.10.3。c 活塞杆在导向套中滑动，采用H8/h7配合。d 安装活塞的轴颈与外圆的同轴度公差不大于0.01mm。e 活塞杆的热处理：粗加工后调质到硬度为229-285HB，必要时，再经高频淬火，硬度达到HRC45-55。f 为了提高耐磨性和防锈性，活塞杆表面需镀铬处理，并进行抛光或磨削加工。g 活塞杆内端的卡环槽、螺纹和缓冲柱塞也要保证与轴线的同心，特别是缓冲柱塞，最好与活塞杆做成一体。（4）活塞杆直径d的校核：取d=0.16m, 满足要求。式中： F-活塞杆上的作用力；-活塞杆材料的许用应力，=/1.4。(5) 活塞与活塞杆的连接活塞与活塞杆连接有多种型式，所有型式均需有锁紧措施，以防止工作时由于往复运动而松开,它分为卡环型，轴套型，螺母型等几种型式。本设计采用螺母型连接；如图3-3所示：图2-3 活塞杆2.2.6 导向环的设计导向环安装在活塞外圆的沟槽内或活塞杆导向套内圆的沟槽内，以保持活塞与缸筒或活塞杆与其导向套同轴度，并用以承受活塞或活塞杆的侧向力。(1) 导向环的型式导向环有嵌入型和浮动型嵌入型导向环：在活塞外圆加工出燕尾型截面沟槽，用QAL9-4或紫铜制的铜带，表面加工成略带拱形，用木槌铆入沟槽内，最后加工导向环外圆。导向环圆周切出一个45度斜口。浮动型导向环：用高强度塑料等制的带，装在活塞外圆的矩形截面沟槽内，侧向保持有间隙，导向环可在沟槽内移动，并有一个45度斜开口。也可在沟槽底用粘合剂固定导向环。本设计采用浮动型导向环。(2) 导向环的尺寸采用不同的材料，导向环的尺寸也不同。聚四氟乙烯（也有掺青铜粉）导向环：根据活塞外圆直径或导向套内圆直径，导向环厚度可为1.52.5mm,宽度可为5.625mm。纤维增强酚醛树脂掺石墨导向环，厚度可为35mm，宽度可为2.525mm。基于此，本设计采用聚四氟乙烯导向环，其厚度为2.5mm，宽度为10mm。2.2.7导向套的设计导向套是用以对活塞杆进行导向，内装有密封装置以保证密封效果，导向套的典型结构形式是采用了轴套式。（1）导向套的材料 导向套要求磨损系数小，因此，采用了青铜。（2）导向套长度的确定导向套长度过短，将使缸因配合间隙引起的初始挠度增大。影响液压缸的工作性能和稳定性，因此，设计必须保证缸有一定的最小导向长度，一般缸的最小导向长度应满足：H式中：L-为液压缸的最大行程，L=600mm；D-为液压缸筒内径，D=220mm；H-为导向套最小导向长度；所以：HH30+110=140mm根据设计要求的需要，选择导向套的长度为150mm。活塞宽度B=0.6D=132mm.取B=140mm。导向套滑动面的长度A,在根据液压缸内径D而定；当D80mm时，取。A=0.6d=108mm.取100mm。 (3) 导向套的密封导向套与活塞杆之间的密封采用O形橡胶密封圈，根据GB/T3452.1-1992查阅，选取，密封环内径180mm，线径7mm。选自机械设计手册第2卷表10.1-40通用型O型密封圈尺寸系列与公差。并且采用防尘圈以防止活塞在后退时把杂质、灰尘及水份带到密封装置处.尺寸685。(4) 导向套的加工技术要求a、导向套外圆与端盖的配合为H8/f7。b、内孔与活塞杆外圆的配合为H8/h7。c、外圆与内孔的同轴度公差不大于0.03mm。d、内孔中的环形油槽和直油槽要浅而宽，以保证良好的润滑。导向套的零件图如图3-4所示：图2-4 导向套2.2.8缸盖的设计(1) 缸盖的材料和结构缸盖分为左缸盖和右缸盖，其中一个油口位于左缸盖之上。缸盖的材料选择45钢。(2) 缸盖的尺寸的确定缸盖与缸筒内壁的接触面为其定位基准。为了保证缸盖与缸筒两者轴线的同轴度，其装配面要经过磨削加工。缸盖的尺寸是由导向套、缸筒、活塞杆及固定装置的尺寸来确定。其法兰的尺寸由安装条件确定。其中直径d1与缸径相同220mm,基本尺寸D3取与密封圈外径相同200mm。(3) 缸盖的技术要求a、导向孔的表面粗糙度应为Ra=1.25m。b、与缸筒内径配合的直径采用h9，与活塞杆上的缓冲柱塞的配合的直径采用H9。偏差值为0.115mm。这三个尺寸的圆度和圆柱度误差不大于各自直径公差的一半，三个直径的同轴度误差按7级选取0.03mm。c、与缸筒接触的端面和与活塞接触的端面对轴线的垂直度误差在直径100mm上不大于0.04mm，按7级精度选取。前后端盖如图3-5、图3-6所示：图2-5 前端盖缸盖常用制造材料有35钢、45钢、铸钢，做导向作用时常用铸铁、耐磨铸铁。缸盖材料选用35钢，缸盖厚度计算公式如下：式中： t缸盖的有效厚度(m)；缸盖止口直径；缸盖材料许用应力。即：缸盖圆整后取缸盖厚度t=40mm。3.顶出液压缸主要参数的确定3.1（1）顶出缸的内径:公称力F=190KN=0.19106KN，液体最大工作压力P=25MPa=25106。求得活塞面积：=0.0076所以=0.0076即主缸内径D=0.098m=98mm。查表取D=100mm确定活塞杆的直径：=0.7=0.70.10=0.074M按标准取活塞杆直径d=(2) 确定液压缸的运动速度给定了液压缸的工作速度为： 工作速度：70 回程速度：140(3) 确定活塞杆的最大行程本设计课题给定了活塞杆最大行程为200mm。3.2顶出缸的设计计算（1）缸筒的结构和材料一般情况下，缸筒和缸盖的结构形式和使用材料有关。在此液压缸筒用45号无缝钢管。可保证结构通用性好，缸体加工容易，装卸方便，能充分满足设计要求。缸筒所选材料性能如表3-2。表3-2 缸筒所选材料型号MPaMPa%4560035516（2）对缸筒的要求a.内表面与活塞密封件及导向套的摩擦力作用下，能长期工作而磨损少， 尺寸公差等级和形位公差等级足以活塞密封件的密封性。b.有足够的强度，能长期承受最高工作压力，而不至产生永久变形以及能承受活塞侧向力和安装的反作用力而不至产生弯曲。缸筒内壁厚度：当时，用使用公式:= =0.013m取=0.015m -试验压力（MPa），工作压力p16MPa时，=1.5p;工作压力p16MPa时，=1.25p; D -液压缸内径（m）; -缸体材料的许用应力（MPa）: -缸体材料的抗拉强度（MPa） -安全系数，n=3.5-5.一般取n=5. -强度系数，一般取1。 -计入壁厚公差及腐蚀的附加厚度，通常圆整到标准厚度值。缸体内最大工作压力为25 MPa.当时,材料使用不够经济,应改用高屈服强度的材料.（3）缸筒的强度校验在前一节中已经确定了缸筒的内径，为100mm，根据液压缸标准参数拟选缸厚度为15mm，则外径：=D+2，现在校验它的强度。额定压力必须要小于一个值，这样缸筒才是符合强度要求的，即： 0.35式中： -液压缸额定压力(MPa)-液压缸外径(m) -液压缸内径(m) -材料的极限应力(MPa) 所以： 0.3535550.73本题给定的为25，所以缸筒工作安全。（4）液压缸缸底厚度计算缸筒底部为平面时:取 式中： -筒底厚度（m）-液压缸内径（m）-试验压力（MPa）-缸底材料的许用应力（MPa）（5）液压缸固定螺栓直径校核式中： Z-固定螺栓数，取Z=8(均布) ；F-液压缸负载；k-螺纹拧紧系数k=（1.12-1.5），这里取1.3；- /(1.22.5), 为材料的屈服极限由于Z取得较小的值时，螺栓的直径将会变大，从而加大安装空间，可能会发生安装是干涉的情况；如果Z值取得太大，则势必加大调整时的难度，经过综合考虑，这里取Z=8。所以：=12.6mm选取标准值为12mm。根据实际情况，选取普通圆柱螺栓。由机械设计指导查的该螺栓的规格为12。（6）缸筒制造加工要求a.缸筒端面的垂直度公差值可按照7级精度选取0.06mm。b.缸筒内径的圆度公差值可按9、10、11级精度选取0.046mm，圆柱度公差值应该按照8级精度选取0.02mm。c.热处理调质，硬度为HB241285.缸体内表面镀铬，厚度为30-40微米,镀后研磨或者抛光。缸筒端部法兰厚度:=27mm取 h=30mm -法兰外圆半径; -螺孔直径; 螺钉 M24b螺钉中心到倒角端的长度3.3活塞的设计由于活塞在液体压力的作用下沿缸筒往复滑动，因此，它与缸筒的配合应适当，既不能过紧，也不能有间隙过大。配合过紧，不仅使最低启动压力增大，降低机械效率，而且容易损坏缸筒和活塞的滑动配合表面；间隙过大，会引起液压缸内部泄露，降低容积效率，使液压缸达不到要求的设计性能。（1）活塞材料 查书液压工程手册，可知：无导向环活塞：用高强度铸铁HT200300或球墨铸铁。有导向环活塞：用优质碳素钢20号、35号及45号。本设计采用有导向环的活塞，因此选用35号钢。（2）活塞结构型式根据密封装置型式来选用活塞结构型式。通常分为整体活塞和组合活塞两类。整体活塞在活塞四周上开沟槽，安置密封圈，结构简单，但给活塞的加工带来困难，密封圈安装时也容易拉伤和扭曲。组合式活塞结构多样，主要受密封型式决定。组合式活塞大多可以多次拆装，密封件使用寿命长。依据以上知识,本设计采用组合式活塞。（3）活塞的尺寸确定活塞的外径应略小于缸筒的内径，活塞与缸筒之间是用密封圈来连接的。其内孔的大小是根据与之相配合的活塞杆的直径来确定的。根据密封圈的大小来确定槽的深度和宽度。根据设计和安装要求，本设计活塞外径取为100mm,宽度B=0.6D取得60mm。（4）活塞的密封密封、形式与活塞的结构有关，可根据液压缸的不同作用和不同工作压力来选择,一般有密封圈密封、活塞环密封、间隙密封。这里采用O形加挡圈密封。密封圈的选定根据液压工程手册GB3452.3-88选定。（5）活塞的技术要求a.外径的圆柱度公差值，按10级精度选取，公差值为0.04mmb.端面对内孔轴线的垂直度公差值，应该按照7级精度选取,公差值0.04mm。图3-2 活塞 3.4活塞杆的设计(1) 活塞杆的材料活塞杆的材料为45号钢，采用实心结构。其两个端部均采用螺纹连接。活塞杆所选材料如表3-3所示。表3-3 活塞杆所选材料型号MPaMPa%45MnB10308359(2) 活塞杆尺寸的确定活塞杆的总长要根据油缸的行程来确定，本课题的工作台行程为200，综合其技术要求，选取活塞杆的总长为300mm。L=200mmB=（0.6-1.0）D=60mmA=（0.6-1.0）d=42mm由于LA+B+L-1/2BL42+60+20+200-30=292mmC 导向套滑动面长度；D 活塞宽度；M 液压缸的最大行程；数值在后面导向环设计中具体计算。(3) 活塞杆直径d的校核：取d=0.07m, 满足要求。式中： F-活塞杆上的作用力；-活塞杆材料的许用应力，=/1.4。(5) 活塞与活塞杆的连接活塞与活塞杆连接有多种型式，所有型式均需有锁紧措施，以防止工作时由于往复运动而松开,它分为卡环型，轴套型，螺母型等几种型式。本设计采用螺母型连接；如图3-3所示：图3-3 活塞杆3.5 导向环的设计导向环安装在活塞外圆的沟槽内或活塞杆导向套内圆的沟槽内，以保持活塞与缸筒或活塞杆与其导向套同轴度，并用以承受活塞或活塞杆的侧向力。(1) 导向环的型式导向环有嵌入型和浮动型嵌入型导向环：在活塞外圆加工出燕尾型截面沟槽，用QAL9-4或紫铜制的铜带，表面加工成略带拱形，用木槌铆入沟槽内，最后加工导向环外圆。导向环圆周切出一个45度斜口。浮动型导向环：用高强度塑料等制的带，装在活塞外圆的矩形截面沟槽内，侧向保持有间隙，导向环可在沟槽内移动，并有一个45度斜开口。也可在沟槽底用粘合剂固定导向环。本设计采用浮动型导向环。(2) 导向环的尺寸采用不同的材料，导向环的尺寸也不同。聚四氟乙烯（也有掺青铜粉）导向环：根据活塞外圆直径或导向套内圆直径，导向环厚度可为1.52.5mm,宽度可为5.625mm。纤维增强酚醛树脂掺石墨导向环，厚度可为35mm，宽度可为2.525mm。基于此，本设计采用聚四氟乙烯导向环，其厚度为2.5mm，宽度为8mm。3.6导向套的设计导向套是用以对活塞杆进行导向，内装有密封装置以保证密封效果，导向套的典型结构形式是采用了轴套式。（1）导向套的材料 导向套要求磨损系数小，因此，采用了青铜。（2）导向套长度的确定导向套长度过短，将使缸因配合间隙引起的初始挠度增大。影响液压缸的工作性能和稳定性，因此，设计必须保证缸有一定的最小导向长度，一般缸的最小导向长度应满足：H式中：L-为液压缸的最大行程，L=200mm；D-为液压缸筒内径，D=70mm；H-为导向套最小导向长度；所以：HH10+35=45mm根据设计要求的需要，选择导向套的长度为60mm。活塞宽度B=0.6D=60mm.取B=60mm。导向套滑动面的长度A,在根据液压缸内径D而定；当D80mm时，取。A=0.6d=42mm.取45mm。(4) 导向套的加工技术要求a、导向套外圆与端盖的配合为H8/f7。b、内孔与活塞杆外圆的配合为H8/h7。c、外圆与内孔的同轴度公差不大于0.03mm。d、内孔中的环形油槽和直油槽要浅而宽，以保证良好的润滑。导向套的零件图如图3-4所示：图3-4 导向套3.7缸盖的设计(1) 缸盖的材料和结构缸盖分为左缸盖和右缸盖，其中一个油口位于左缸盖之上。缸盖的材料选择45钢。(2) 缸盖的尺寸的确定缸盖与缸筒内壁的接触面为其定位基准。为了保证缸盖与缸筒两者轴线的同轴度，其装配面要经过磨削加工。缸盖的尺寸是由导向套、缸筒、活塞杆及固定装置的尺寸来确定。其法兰的尺寸由安装条件确定。其中直径d1与缸径相同100mm,基本尺寸D3取与密封圈外径相同70mm。(3) 缸盖的技术要求a、导向孔的表面粗糙度应为Ra=1.25m。b、与缸筒内径配合的直径采用h9，与活塞杆上的缓冲柱塞的配合的直径采用H9。偏差值为0.115mm。这三个尺寸的圆度和圆柱度误差不大于各自直径公差的一半，三个直径的同轴度误差按7级选取0.03mm。c、与缸筒接触的端面和与活塞接触的端面对轴线的垂直度误差在直径100mm上不大于0.04mm，按7级精度选取。前后端盖如图3-5、图3-6所示：图3-5 前端盖缸盖常用制造材料有35钢、45钢、铸钢，做导向作用时常用铸铁、耐磨铸铁。缸盖材料选用35钢，缸盖厚度计算公式如下： 式中： t缸盖的有效厚度(m)；缸盖止口直径；缸盖材料许用应力。圆整后取缸盖厚度t=20mm。4 活动横梁的设计4.1活动横梁的主要作用:与工作缸柱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。因此需要有较好的强度、刚度及导向结构。活动横梁上部与工作缸柱塞相连，下部与上模座相连，梁体结构和受力状态都很复杂。当液压机工作时，高压液体作用于柱塞的力是通过活动横梁及上砧传递到锻件上而做功，活动横梁的上下运动则依靠梁与立柱的导向装置。4.2活塞杆与横梁的连接 刚性连接 柱塞下端插入活动横梁内。 此种连接方式在偏心载时，柱塞跟随活动横梁一起倾斜，将动梁所受偏心力矩的一部分传给工缸导向套，使导向套承受侧向水平推力或一对力偶，从而加剧导向套及封的磨损。单缸液压机或三缸液压机的中间工作缸多采取此种结构。在活塞杆焊接法兰用螺钉与横梁连接，用12根M30的螺钉，达到预紧的目的。4.3下横梁结构设计 下横梁的刚度要求应略严一些，以保证整个压机的刚性。下横梁直接与立柱、拉杆、工作台、回程缸和顶出器相连，梁体结构和受力状态都很复杂。对于下横梁，其设计原则与上横梁相同，是在满足相连部件最小几何尺寸要求和工艺要求的条件下，尽可能缩减其纵向、横向尺寸，这是有效提高梁的刚度、强度和减轻梁的重量应首先把握的主要原则。4.3.1各横梁参数的确定因为液压缸与横梁间的垫片厚度为25cm，因此可以推算横梁的厚度取大于25cm即满足要求。考虑在垫片与横梁的连接面积比垫片与液压缸的连接面积少一半所以上横的受力部分厚度选用50cm，因为有空心部分，所以整体厚度选用75cm。活动横梁受力部分为35cm，整体厚度选用50cm。因为下缸的公称压力小，但受力打，所以整体厚度选用40cm。5 主机载荷分析四柱液压机的最大工作负载为1000KN，顶出缸顶出力为190KN。由于工作时的负载远大于其它工况时的负载，因此在进行载荷设计时，取负载2000KN对液压机进行受力计算。液压机结构形式为“三梁四柱”式，工进加压的负载作用在横梁和导柱上，受载时横梁受压，导柱受拉，受力如图4.1所示F-负载 T-导柱拉力图5.1 横梁、导柱受力图6 导柱设计材料选择：导柱在工作过程中主要承受拉力，材料必须具备较高的抗拉强度。导柱材料选择45圆钢，也可选用锻件形式。热处理要求：导柱除了承受拉力之外，外圆柱表面与滑块之间还存在摩擦力。为了减少导柱表面的磨损，通过表面热处理提高表面硬度增加表面耐摩性。总的热处理工艺为调质和表面淬火。6.1理论设计计算：液压机的最大负载约为1000kN，通过力传递后，最后由四根导柱承受1000kN的拉力，作用在每根导柱上的拉力为250kN。由许用拉应力公式，可计算导柱的安全直径D。 式中：许用应力；取45钢=80100MPa；F轴向拉力；A横截面积。即： 圆整后取导柱直径D=65mm，为了防止四根导柱因瞬间的受力不均而被破坏，导柱直径可适当加大，取D=80mm。6.2 横梁设计材料选择：横梁工作时的受力为弯曲力，材料应具有一定的抗弯强度。选用45钢，毛坯采用锻件。热处理要求：横梁进行调质处理。理论计算校核：横梁受力可以简化为简直梁,中间受载的情形，如图5.1所示。图6.1 横梁滑块受力简图初步确定横梁的长、宽、高尺寸分别为1300、800、400mm，截面为矩形。即：在负载作用下的剪力和弯矩如图5.2所示。图6.2 (a) 剪力图 (b) 弯矩图由弯矩图2.7(b)可知，横梁C点11截面弯矩最大，该截面是危险截面。为了保证横梁能够正常工作，必须对该截面进行强度校核。正应力计算公式为： 式中：最大弯曲正应力；最大弯矩；抗弯截面系数()。矩形截面抗弯系数W计算公式为： 式中：矩形截面的宽；矩形截面的高。即：45钢的弯曲许用应力=100MPa，而横梁的最大弯曲应力=11.9MPa，远小于材料的许用应力，经过校核，设计尺寸满足要求。二、液压元件的选择（戴佳铖）一、四柱液压机主要设计参数图1 液压系统图图2 四柱液压机主要参数表参 数 项参 数公称力（最大负载）1000KN工进时液体最大工作压力25MPa主缸回程力200KN（20%的工称力）顶出缸顶出力190KN主缸滑块行程600mm顶出活塞行程200mm主缸滑块距工作台最大距离1000mm主缸滑块快进速度120mm/s主缸滑块工进最大速度14mm/s主缸快退速度120mm/s顶出活塞顶出速度70mm/s顶出活塞退回速度140mm/s工作台有效面积左右1000工作台有效面积前后800立柱中心距左右1080立柱中心距前后600电机功率7.5KW图3 液压元件选型序 号液 压 元 件 名 称元 件 型 号额定流量（L/min）工作压力(MPa)压降(MPa)1液压泵400SCY14-1B400323插装阀LC40DB20A60B70004004溢流阀DB20A130B60031.55电液换向阀WEH25HH50B6AG24T1100350.46溢流阀DB20A130B60031.57电液换向阀WEH25HN50B6AG24T1100350.48溢流阀DB20A130B60031.59溢流阀DB20A130B60031.510单向阀S25P110B40031.50.2511单向阀S25P110B40031.50.2512电液换向阀WEH25HO50B6AG24T1100350.413单向阀S25P110B40031.50.2514液控单向阀SLP30B1-30B40031.515溢流阀DB20A130B60031.516溢流阀DB20A130B60031.517液控单向阀SLP30B1-30B40031.519单向阀S25P110B40031.50.2520节流阀MG6G1.2B1521节流阀MG6G1.2B1522两位四通电液换向阀4WE6Y60B/CG24N9DLV8031.523两位四通电液换向阀4WE6Y60B/CG24N10DLV8131.5二、主缸参数 1.主缸的内径:=0.22m2.主缸活塞杆直径=0.16m3.主缸实际压力:= 4.主缸实际回程力:=5.顶出缸的直径:=0.1m6. 顶出缸的活塞杆直径 =0.07m7.顶出缸实际顶出力: = 8.顶出缸实际回程力：=三、主缸进油流量与排油流量：由流量计算公式： 1.快速空行程时的活塞腔进油流量=2.快速空行程时的活塞腔的排油流量=3.工作行程时的活塞腔进油流量=4.工作行程时的活塞腔的排油流量=5.回程时的活塞杆腔进油流量=6.回程时的活塞腔的排油流量=四、顶出缸的进油流量与排油流量：1.顶出时的活塞腔进油流量=2.顶出时的活塞杆的排油流量=3.回程时的活塞杆腔进油流量=4.回程时的活塞腔的排油流量=五、液压泵额定压力、流量计算及泵的规格选择1）泵工作压力确定实际工作过程中，液压油在进油路中有一定的压力损失，因此在计算泵的工作时必须考虑压力损失。泵的工作压力计算公式为：式中：Pp液压泵最大工作压力； P1执行部件的最大工作压力； 进油路中的压力损失，对于简单的系统，取0.20.5MPa，对于复杂系统，取0.51.5MPa。本液压机执行部件的最大工作压力=25MPa，进油路中的压力损失，取=0.5MPa。代入公式可求得泵的工作压力。即：通过计算，泵的工作压力Pp=25.5MPa。该压力是系统的静压力，而系统在各种工矿的过渡阶段出现的动态压力有时会超过静压力。此外，为了延长设备的使用寿命，设备在设计时必须有一定的压力储备量，并确保泵的寿命，因此在选取泵的额定工作压力Pn时，应满足，取Pp=1.25。即：Pn = 1.25Pp=1.25x25.5MPa=31.9MPa2）液压泵最大流量计算通过对液压缸所需流量的计算，以及各自的运动循环原理，泵的最大流量可由公式计算得到。式中：液压泵的最大流量；KL液压系统泄漏系数，一般取KL=1.11.3，取KL=1.2；同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值。如果这时溢流阀正处于溢流状态，还应加上溢流阀的最小溢流量。将参数代入公式中，即：3）液压泵规格选择查机械设计手册，根据泵的额定压力，选取液压泵的型号为：400SCY14-1B。基本参数如下：排量：400ml/r ； 额定压力：32MPa ；额定转速：1000r/min ； 容积效率：92% ；4）泵的流量验算：由液压泵的基本参数可知泵每分钟流量=400ml/r1000r/min=400L/min，适合泵实际所需的最大流量=328.4L/min，不需要设置补油油箱。六、电动机的选择液压机的执行件有两个，即：主缸和顶出缸。主缸和顶出缸各自工况的快进、工进、回程速度又不尽相同，这样对功率的消耗也不同。电动机额定功率的确定必须根据消耗功率最大的工况来确定，因此要分别计算主缸、顶出缸各工况消耗的功率。功率计算公式如下：P= 式中： P-电动机额定功率； Pp-液压泵的工作压力； -液压泵的流量； -液压泵的总效率，取=0.7。（1）主缸各工况功率计算1）快进功率主缸滑块快进时，在自重作用下速度比较快，而液压泵此时的输出油量不能满足滑块的快速下行。快进时的负载很小，只有活塞与缸筒、导柱与滑块之间的摩擦负载，这样泵的出口压力也很小，消耗的功率不会很大。2）工进功率由主缸负载循环图3.2可及，工进时主缸最大负载为1000KN，无杆腔面积A=，进油回路压力损失取P=0.5MPa，则液压泵的压力由公式计算。即：将、=31.9L/min、=0.7代入公式中，求得工进功率为：3） 快退功率设快退负载即主缸回程力为1/5的公称力200KN，取进油回路压力损失取P=0.5MPa，代入公式，求得泵的压力。即：将、=152.6L/min、=0.7代入公式中，求得快退功率即为：（2）顶出缸各工况功率计算1）顶出功率顶出时主缸最大负载为190KN，无杆腔面积A=0.078，进油回路压力损失取P=0.5MPa，那么液压泵的压力Pp可由公式计算。即：将、=33.0L/min、=0.7代入公式中，求得工进功率即为：2）回程功率顶出缸回程时，负载只有活塞与缸筒间的摩擦负载。负载大小应该比顶出时的负载要小很多，这样回程消耗的功率也比顶出时消耗的功率要小，因此，回程功率计算从略。（3）电动机额定功率及型号的确定电动机额定功率的确定，应依据消耗功率最大的工况。比较主缸、顶出缸各工况所需要的功率，主缸工进时的功率最大，为35.6KW。机械设计手册，选取电动机型号为：Y225S-4。技术参数：同步转速1500r/min ；额定功率：37KW ；满载转速：1480r/min 。七、液压元件的选择通过液压系统的参数计算查阅机械设计手册，液压元件选择如表3.4所示： 图4 液压元件明细表序 号液 压 元 件 名 称元 件 型 号额定流量（L/min）工作压力(MPa)压降(MPa)1液压泵400SCY14-1B400323插装阀LC40DB20A60B70004004溢流阀DB20A130B60031.55电液换向阀WEH25HH50B6AG24T1100350.46溢流阀DB20A130B60031.57电液换向阀WEH25HN50B6AG24T1100350.48溢流阀DB20A130B60031.59溢流阀DB20A130B60031.510单向阀S25P110B40031.50.2511单向阀S25P110B40031.50.2512电液换向阀WEH25HO50B6AG24T1100350.413单向阀S25P110B40031.50.2514液控单向阀SLP30B1-30B40031.515溢流阀DB20A130B60031.516溢流阀DB20A130B60031.517液控单向阀SLP30B1-30B40031.519单向阀S25P110B40031.50.2520节流阀MG6G1.2B1521节流阀MG6G1.2B1522两位四通电液换向阀4WE6Y60B/CG24N9DLV8031.523两位四通电液换向阀4WE6Y60B/CG24N10DLV8131.5八、液压油管设计液压传动中装置中，常用的液压油管有钢管、铜管、胶管、尼龙管和塑料管等。钢管承受的压力高，弯曲半径不能太小，弯制时比较困难。对于高压系统液压油管一般选用无缝钢管；紫铜管承受的工作压力一般在6.310MPa。紫铜管加热软化后可进行弯曲，比钢管容易弯制，价格昂贵，抗振性较弱；尼龙管主要用于低压系统；塑料管承受的工作压力比较小，一般用于液压系统的回油路中；胶管有高压管和低压管两种，而者的区别在于骨架组成不同。高压胶管是钢丝编制体或钢丝缠绕为骨架，可用于较高的油路中。低压胶管的组成骨架是麻线或棉线编制体，多用于压力较低的油路中。通过液压机主缸、顶出缸工作压力的计算可知，主缸的最大工作压力约为26.8MPa,顶出缸的工作压力约为24.9MPa。查机械设计手册，主缸与顶出缸工作压力较高，油管选用无缝钢管。油管的内径可由公式求得式中： 油管内径(mm)；油路通过最大流量(L/min)；油管中允许流速m/s。（1）主缸液压油管内径计算进油油管内径确定：主缸快进所需流量=273.7L/min，而泵的额定流量q=400L/min,取油管允许流速=4m/s，代入公式，即：圆整后，查机械设计手册，取，壁厚t=5.5mm。回油油管内径确定：主缸快退所需流量=128.9L/min，取油管允许流速=4m/s，代入公式，即：圆整后，机械设计手册，取，壁厚t=4.5mm。（2）顶出缸液压油管内径计算进油油管内径确定：顶出缸顶出所需流量=33.0L/min，取油管允许流速=4m/s，代入公式，即：圆整后，查机械设计手册 ，取，壁厚t=2.5mm。回油油管内径确定：顶出缸回程所需流量=33.6L/min，取油管允许流速=4m/s，代入公式，即：圆整后，查表机械设计手册，取，壁厚t=2.5mm。九、液压油箱设计液压油箱主要作用是贮存液压油、分离液压油中的空气和杂质，同时还起到散热的作用。（1）油箱有效容积的确定液压油箱根据系统压力的不同