315t通用液压机本体设计

1、315t 通用液压机本体设计摘要液压机广泛应用于国民经济的各个部门，是一种重要的锻压设备。本文提出了液压机的基本工作原理以及我国独立发展液压机的重要性，介绍了通用液压机的概念、主要特点以及其主要用途，并着重对液压机的整体结构设计及主要尺寸计算进行了详细的论述。首先，对液压机的工作原理和特点及主要用途做了简要的说明。其次，对液压机各个缸的尺寸和结构进行了计算和分析，并对液压缸体破坏原因进行了分析。再次，对液压机的横梁和立柱结构进行了计算分析以及强度、刚度校核。最后，对整个设计过程进行了归纳。关键词液压机；本体；液压缸；立柱；横梁315t 通用液压机本体设计AbstractHydraulic Pr

2、ess, which is widely used in every sector of national economies, is a kind of importantforgingequipment.Thisthesisproposedthebasicworkingprincipleofthe hydraulicmachineandtheIndependent Developmenthydraulicimportance.Besides,it introduced a common hydraulic machine concept, the main features as well

3、 as its main purpose and then discussed the hydraulic machine's overall design and key size calculation in detail.Firstly, the hydraulic machine working principle, characteristics and main uses werebriefly described.Secondly, the hydraulic cylinder the size and structure of each were calculated

4、and analyzed, and the destruction of the hydraulic cylinder causes were analyzed.Thirdly, beam and column structure of the hydraulic press were calculated and analyzed, and the strength and stiffness was checked.Finally, the entire design process was summarized.Keywords：Forging Hydraulic Press；body；

5、beam；Hydraulic cylinder；frame目 录摘要1Abstract2第一章 绪论31.1 课题背景31.3 液压机的结构41.4 液压机的发展概况41.4.1 液压机发展历史41.4.2 国内液压机发展现状6第二章 论文研究的主要内容82.1 主要研究内容82.2 名词说明92.2.1 公称压力92.2.2 最大净空距92.2.3 最大行程92.2.4 工作台压力92.2.5 回程力92.3.液压机本体结构概述10第三章 液压缸部件123.1 液压缸简述123.2 液压缸的型式及特点123.3 液压缸与活动横梁的连接形式133.4 工作缸计算与校核133.5 活塞及缸的各附

6、件153.5.1. 密封件153.5.2.导套153.6 液压缸校核153.6.1 缸体强度计算：153.6.2. 缸底强度计算：173.6.3. 缸口部分零件强度计算：173.7. 活塞部分计算：183.7.1. 活塞杆受压计算：183.7.2. 活塞头部导向套计算：183.7.3. 活塞头部螺母螺纹应力计算193.7.4. 活塞与活塞横梁断面挤压应力：3.7.4.活塞与活塞横梁断面挤压应力：3.7.5. 活塞与活动横梁连接螺母计算201315t 通用液压机本体设计23.8. 顶出缸及顶出柱塞203.8.1 确定顶出缸尺寸213.8.2 顶出缸校核22第四章 机架部分234.1.横梁234.

7、1.1 上横梁强度计算244.1.2.上横梁刚度计算274.1.3 下横梁的强度计算284.1.4 下横梁的刚度计算304.1.5.活动横梁314.2 立柱314.2.1 立柱的选择314.2.2 立柱螺母和立柱预紧314.2.3.立柱的设计计算324.2.4 立柱拉伸变形35第五章 结论 .2315t 通用液压机本体设计3第五章 结论参考文献37致谢383315t 通用液压机本体设计4第一章 绪论1.1 课题背景随着人们生活水平的提高，金属压制和拉伸制品的需求逐年提高，同时，对产品品种的需求也越来越多，另一方面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

8、使液压机成为理想的成型工艺设备。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。这种加工方式还适合于长行程、难成型以及高强度的材料。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， 这与机械加工系统相比，有其优越性。液压机是制品成型声频中应用最广泛的设备之一，自 19 世纪问世以来发展很快， 已成为工业生产中必备的设备之一。由于液压机在工作中的广泛适用性，使其在国民经济各部门获得了广泛应用。随着人们生活水平的提高，金属制品和拉伸制品的需求逐年提高，同时对品种的需求也越来越多，另一方面产品的生产批量日

9、益缩小，为适应这些趋势的发展，就学要设计性能更完善的液压机以满足要求。同时，新工艺及新技术的应用，使液压机在金属加工及非金属成形方面的应用越来越广泛，在机床行业中所占的份额也在大幅度攀升。同时，为了节约能源及各种昂贵的高强合金，几年来精密模锻工艺发展很快，而液压机的加压速率易于控制，更适合精密模锻，液压机的设计及制造正在引起个制造业的重视。基于上述背景，深入研究液压机的设计、制造及应用至关重要。而作为即将毕业的本科生，独立设计一台最为经典的“315t 三梁四柱式通用液压机”正是学习、研究液压机的开始。1.2 液压机的工作原理液压机本体一般由机架、液压缸部件、运动部分及导向装置以及其他辅助装置组

10、成。辅助装置则是根据工艺需要而增设，如顶出装置、穿孔装置、移动工作台、加热保温装置等。工艺要求是影响液压机本体结构形式的最主要因素，由于在不同液压机上完成的工艺是多种多样的，因此液压机的本体结构形式也必然是多种多样的。从机架形式看，有立式与卧式；从机架组成方式看，有梁柱组合式、单柱式、框架式、钢丝缠绕预应力牌坊式、圆筒及钢筋混凝土整体浇铸式等。最常见的液压机本体结构为三梁四柱式。它由上横梁、下横梁、框架，移动横梁， 立柱、拉杆等组成，工作缸固定在上横梁上，工作缸内装有工作柱塞，它与活动横梁相4315t 通用液压机本体设计5连接。活动横梁以四根立柱为导向，在上、下横梁之间往复运动。在活动横梁的下

11、表面上，一般固定有上模（上砧），而下模（下砧）则固定于下横梁上的工作台上。当高压液体进入工作缸后，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，使工件在上、下模之间产生塑性变形。回程缸固定在下横梁上，其中有回程柱塞， 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，推动回程柱塞向上运动，带动活动横梁回到原始位置，完成一个工作循环。1.3 液压机的结构液压机是一种利用液压力来传递能量，以实现各种压力加工工艺的机床。随着新工艺及新技术的应用，液压机在金属加工及非金属成形方面的应用越来越广泛，在机床行业中所占的份额也在大幅度攀升。液压机根据帕斯卡原理制成。液压机一般由

12、本体，操纵系统及泵站三大部分组成。泵站为动力源，共给液压机各执行机构及控制机构以高压工作液体。操纵系统属于控制机构，它通过控制工作液体的流向来使液压机动作。四柱式液压机是液压机中最常见、应用最广泛的一种结构型式。其主要特点是加工工艺性较其它类型液压机简单。四柱式液压缸主要不足有：由于用四立柱作架体，机身刚度较框架式小，由于用四立柱作导向，活动横梁内导套与四立柱磨损后不易调正。四柱液压机组成部分可分为：工作部分即工作油缸，活动横梁等，机身部分即上横梁、工作台及立柱组成，辅助部分即移动动工作台和移动工作缸等。在本次设计中，采用的是预应力框架式结构，基于一些国内外的结构改进，适当的对结构进行了一些独

13、特的设计，主要是参考我国重机厂对现有液压机的改进方案，改进的方案主要有两点，一是对立柱结构的改进，一是对液压缸结构的改进。因为它们将受到巨大载荷作用，属于易损件，如何通过改进结构提高使用寿命成为关键。所以，在本次设计中，关键步骤是对关键件的力学分析，而不是结构设计。通常需要对易损件进行有限元分析，在本次设计中，只基于了传统的力学公式，建立在了材料力学基础上。关键件采用锻造结构，三个横梁采用铸钢结构。1.4 液压机的发展概况1.4.1 液压机发展历史早在1662就发现了利用液体产生很大力量的可能性。1795年英国人Bramah取得了第一个手动液压机的专利。直到1859年，维也纳铁路工场有了第一批

14、用于金属加工的液压机，它们分别是7000KN、10000KN、和12000KN。1884 年在英国曼彻斯特首先使用了锻造钢锭用的锻造水压机，由于它与锻锤相比具有很多优点，因此发展很快，1893年建造了当时最大的120MN的锻造水压机。5315t 通用液压机本体设计6随着航空工业的迅速发展，模锻液压机的公称压力不断提高。1934年德国制造了70MN的模锻水压机，第二次世界大战期间，德国又制造了一台300MN的模锻水压机。1955 年左右，美国先后制造了二台315MN及二台450MN的大型模锻水压机，苏联则在50年代后期先后制造了几台300MN及两台750MN的大型模锻水压机。此外在法国安装的由苏

15、联设计与制造的650MN模锻液压机，则是西欧目前最大的一台。由于液压机在工作中的广泛适应性，它还普遍应用于国民经济的各个部门，如板材成形、粉末冶金、管、线型材挤压、胶合板压制、打包、人造金刚石、耐火砖压制、电缆包覆、碳极压制成形、轮轴压装、校直等等。各种类型的中小型液压机发展十分迅速， 有力地促进了各种工业的发展。1949年以前，我国没有自己独立的工业体系，也根本没有液压机制造工业，只有一些修配用的小型液压机。1949年以后，我国迅速建立了独立自主的完整工业体系。我国已能自行设计和制造汽车、机车、发电设备、轧钢设备、飞机、火箭、人造卫星等产品， 这些都促进各种液压机的发展。19571962年间

16、，我国已开始自行设计、自行制造各种锻压设备，其中有近30台10000KN到31500KN的中型锻造水压机及二台120MN到125MN的大型锻造水压机，同时，也初步建立了一支设计和制造液压机的技术队伍。80年代以来，液压机技术有了飞速发展，主要表现在以下几个方面：（1） 迅速采用数控及计算机控制技术，以实现工艺过程自动化及提高各运动部分的控制精度。例如中小型锻造液压机在逐步实现液压机及操作机联动的基础上，可以采取计算机程序控制，在锻件高度方向的尺寸公差，已可控制在1mm左右，目前，中小型快锻液压机已有取代老式蒸汽, 空气自由锻锤的趋势。在中小型模锻液压机方面，采用微机辅助的检测控制系统，可以根据

17、压力大小来补偿工作台、机架、滑块及模具等环节受载变形带来的误差，从而使滑块停止位置精度小于0.1mm。在液压板料折弯机中，采用计算机控制的自动弯曲补偿装置，可经常保持折弯机床身和上横梁之间的平行度，从而保证了3m长的薄板弯曲件沿弯曲线的角度偏差在自动弯管机可存贮一千多个程序段， 可以自动弯曲不同弧度的管子，送进、夹紧，折弯均自动化。可编程微处理机控制的全自动矫正液压机，其控制模块包括检测、计算和存贮，在考虑毛坯原始弯曲程度、材料硬度性能等原始条件下，经过计算机运算，可得出优化的矫正过程。从一种矫正工件换到另一种所需辅助时间仅为几分钟，矫正过程中出现的问题可随时在屏幕上显示出来， 以便于修正。（

18、2） 出现了快速换模装置，它包括设立中间模具库、模具转台、横向换砧装置及快速央紧机构等，以适应多品种小批量的市场需求- 例如在20MN下拉式锻造液压机上， 已能将换一副砧芋的时间由15min减少到1min。又如瑞典制造的深拉延液压机，模具初调在机外进行，安装完毕后进入压力机，新型夹紧装置使模具在液压机上的拆装时间不到1min，同时完成行程，压力的调整，再借助待加工板材进行生产调整， 2min内即可投入生产。（3） 采用各种先进的快速滑阀或插装阀，减少阀的换向时间，使阀的响应时间减6315t 通用液压机本体设计7少到10ms以下。（4） 采用各种有效的缓冲装置，以减少冲裁时的振动及噪声，扩大液压

19、机的应用范围。（5） 逐步向柔性加工系统（FMS）发展，即把微电子技术、自动检测及反馈、工业机器入和自动仓库结合在一起，将多台不同功能的设备组成柔性加工系统或中心，以适应中小批量多品种工件的自动化合理加工。1.4.2 国内液压机发展现状在生产能力及市场方面，国内液压机的产量每年都有 很大的增长率，其中2004 年， 国内液压机的销售额大约在10 亿元人民币，2005 年达到13 亿，到2006 年一季度，各液压机生产企业的的全年定单已基本饱和。2006 年，在销售收入上，国内突破亿元的企业已超过3 家，如合肥锻压机床有限公司、天津市天锻压力机有限公司、徐州压力机械股份有限公司，其中合肥锻压机床

20、有限公司、天津市天锻压力机有限公司在2005 年销售收入已突破2 亿元。国内液压机从产值和销售收入上和国外发达国家比较，还不具有优势，但从生产的台数和总吨位上比较，在国际上，我国的液压机生产产量处于领先地位。国产液压机在国内的市场占有率超过90%，出口产品的产值占总产值的比例很少， 不到5%，只有少数企业的产品具备出口条件，大多出口到第三世界国家。国内进口的液压机多为一些专用液压机，大部分为日本产品，欧美的产品较少。在产品的技术水平上，国内液压机单机的技术水平达到了国际中等或较先进水平。一些液压机生产企业通过技术引进或与国内外同行业的合作，技术发展很快。但在一些技术含量较高的液压机中，某些关键

21、技术，如液压和电控部分，还要通过与国内外的企业或研究单位合作，高档的液压元件和电控元件还主要依靠进口。目前，国内液压机产品还是以单机或单机组成的无关联的生产线为主，主要还是靠人工上下料，带自动上下料的液压机台数还不足3%，由多台机器组成的自动线基本上还处于起步阶段。从产品分布上看，低档的液压机主要集中在小吨位上，其台数占有量超过总数的70%但产值不超过30%，一般为小吨位的四柱或单柱液压机。具有一定技术含量的中档框架液压机的产值超过50%用于特殊场合的在控制上比较先进的高档产品产值占有率约在15%左右，这类液压机一般采用先进的电液比例技术，来提高和达到一定的特殊功能。在质量水平上，随着用户对产

22、品质量要求的不断提高，国内各液压机生产企业越来越重视产品的质量问题。由于国内液压机的技术最早是从前苏联引进和吸收的，国内生产的液压机在刚度和强度上远远优于日本及韩国的产品，与欧美的产品相当。和国外产品比较，我国的产品在质量方面还存在以下不足：在可靠性方面，故障率还比较大， 主要集中在液压系统方面，多是因为液压和电器元件的可靠性低引起的；漏油问题在国产液压机中较为普遍；关键件的加工质量还需提高；在外观和美学方面和国外公司的产品比较还有一定的差距。总体上讲，国产液压机在质量上和国外一些较知名公司的产品还有一定的差距，但随着国内制造商对质量的不断重视和管理水平的提高，国产7315t 通用液压机本体设

23、计8液压机的质量会接近和赶上国际水平。8315t 通用液压机本体设计9第二章论文研究的主要内容2.1 主要研究内容本课题主要是设计 315t 三梁四柱式液压机的本体结构（类似于图 2）。结合已有液压机类型及资料进行设计的结构分析及优化，其中包括对液压缸、立柱及横梁的设计。主要技术参数如下： (1)公称压力：3150KN (2)顶出力：630KN (3)滑块行程：800mm (4)净空高：1250mm (5)顶出行程：200mm(6)有效台面尺寸：1260mm×1200mm本着满足生产要求、具有足够刚度强度、有良好的经济性和较长使用寿命等原则， 主要得出以下拟解决的问题：(1) 对 3

24、15t 液压机进行结构分析及确定本体设计方案，主要是对液压缸、横梁、立柱的结构、形式及尺寸确定。(2) 对液压缸底及法兰部分进行强度校核，法兰部分需重点校核。(3)对立柱、横梁（重点）部分的强度校核。图 2 315t 四柱式万能液压机9315t 通用液压机本体设计102.2 名词说明2.2.1 公称压力公称压力是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（取整数），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。泵直接传动的液压机不需要从结构上进行压力分级。2.2.2 最大净空距最大净

25、空距是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，最大净空距反映了液压机在高度方向上工作空间的大小，它应根据模具（工具）及相应垫板的高度、工作行程大小以及放人坯料、取出工件所需空间大小等工艺因素来确定。最大净空距对液压机的总高、立柱长度、液压机本体稳定性以及安装厂房高度等都有很大影响。因此既要尽可能满足工艺要求，又要尽量减小压机的高度，以降低其造价。2.2.3 最大行程最大行程指活动横梁位于上限位置时，活动横梁的立柱导套下平面到立柱限程套上平面的距离，也即活动横梁能够移动的最大距离。最大行程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

26、度以及整个机架的高度。2.2.4 工作台压力工作台一般安装在下横梁上，其上安放模具或工具，工作台尺寸指工作台面上可以利用的有效尺寸，工作台尺寸取决于模具（工具）的平面尺寸及工艺过程的安排。大中型锻造或厚板冲压液压机，往往设置移动工作台。移动工作台的行程则和更换模具及工艺操作方式有关。除了工作台尺寸外，在有些四柱式或双柱式液压机中，反映液压机平面尺寸上工作空间大小的参数，还有立柱中心距（宽边及窄边）。它们应根据工艺过程操作上的要求来确定。2.2.5 回程力计算回程所需的力量时，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、提升剁刀等）、工作缸排液阻力、各缸密封处的摩擦力以及活动横梁导向

27、处的摩擦力等。回程力由活塞缸下腔工作面积或单独设置的回程缸来实现。10315t 通用液压机本体设计112.3.液压机本体结构概述液压机从结构（主要是指主机结构）观点来看，则可分为单柱式、四柱式、整体框架式和拉杆预应力组合结构。液压机的主机结构包括机身各执行机构、各油缸和滑块。合理的选择主机结构对于确保使用要求，制造工艺性和其他技术经济指标都有很大的意义。1. 梁柱组合式最常见的形式是三梁四柱式结构，四柱式结构为液压机最常见的结构形式之一。四柱式结构最显著的特点是工作空间宽敞、便于四面观察和接近模具。整机结构简单，工艺性较好，但立柱式需要大型圆钢或锻件。四柱式液压机最大的缺点是承受偏心载荷能力较

28、差，最大载荷下偏心距一般为跨度（即左右方向的中心距）的百分之三左右；由于立柱的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能调整和补偿。这些缺点在一定程度上限制了它的使用范围。2. 框架式框架式结构是液压机本体结构中常见的另一种结构形式，可分为组合框架式和整体框架式两大类，广泛应用于塑料制品、粉末冶金、薄板冲压及挤压液压机中。整体框架式可以是整体焊接框架或整体铸钢框架，一般为空心箱型结构，抗弯性能较好，立柱做成矩形截面，便于安装平面可调导向装置。但 1250t 液压机采用这种结构， 机架尺寸和重量过大，不便于制造、运送、安装和维修。组合框架式由上下横梁及两立柱

29、组成，之间靠拉紧杆（一般四根）连接和紧固，在横梁和立柱的结合面用键定位。整体框架结构多用于小型液压机。由于机架在工作过程中承受拉力和弯曲应力，因此大多采用型钢、钢板焊接和整体铸钢结构。只有在小吨位和小台面的液压机才可能采用铸铁铸造的整体结构。整体焊接式结构的优点是省去了整个铸造工序，制造周期短；在结构设计上可以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、需要相应的焊接设备和熟练的焊接技术，以尽量减少焊接变形和残余内应力；焊后一般必须消除应力退火；此外，焊后加工也较为复杂。整体铸造结构的特点是零件数量少，加工面少，机架刚度大。但需要制作木模和砂箱等。结构上

30、壁厚不能太薄、厚度差不能太大，因此重量较大。此外，铸件清砂等均较费工时，单件小批生产时成本较高，外观也较粗糙。整体框架结构的特点是零件数量少，重量轻、刚度大。但零件单件重量较大，焊后加工工艺较为复杂。有时甚至需要专门的设备加工，以确保工作台面平直度和导轨支承面对工作台的垂直度。由于单件重量较大，设计时应仔细考虑吊运和加工设备工作能力。框架式结构具有刚性好、导向精度高、抗疲劳能力强等优点，但操作不如梁柱式结构方便。11315t 通用液压机本体设计12整体框架式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

31、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。3. 单柱式单柱式结构又称为“C”形床身或开式结构。此类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。单柱式结构最大的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对台面的垂直型产生角位移。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。12315t 通用液压机本体设计13第三章 液压缸部件3.1 液压缸简述液压缸是液压系统的两类执行元件之一，相对于液压马达来说，液压缸应用较为广泛。它是以密闭在

32、管路中的受压液体作为工作介质，并通过介质来进行能量的传递、转换。液压缸可将液压能转换成机械能的一种能量转换元件，实现往复直线运动，即液压执行元件。液压缸的应用与液压传动的应用几乎是一致的，它可以作为控制元件、增力执行元件、以及非执行元件，还可与多种机构配合使用，完成复杂的机械运动，从而进一步的扩大了它的应用范围。在本实验压机设计中，液压缸与上下横梁配合使用。它结构简单、工作可靠。是液压设备中最早和最长应用的液压元件之一。用它来实现往复运动时， 运动平稳，因此在各种机械的液压系统中得到广泛应用。液压缸输出力和活塞有效面积及其两边的压差成正比；液压缸基本上由缸盖、缸筒、活塞杆、活塞、密封装置、导向

33、装置组成，若有需要，某些液压缸在前面基础上还设有缓冲装置以及排气装置。3.2 液压缸的型式及特点随着液压行业的发展，为了满足液压机的设计需求，液压缸设计的结构形式在不断改进。规格、品种相对以往也在不断地增多。更能满足不同的生产需求。根据常用液压缸的结构形式来看，液压缸按结构可分为活塞式液压缸、柱塞式液压缸以及差动式液压缸三种类型。（1） 柱塞式液压缸柱塞式液压缸是最简单的液压缸，一般由缸体、柱塞、导向、密封等结构组成，它只有一个油口，此结构在水压机中应用最多，主要在工作台移动缸、主工作缸和回程缸等地方广泛应用。它制造容易，但柱塞缸下端无油口，柱塞只能进行单方向作用，若要进行回程，则需要借助外力

34、来实现反方向这一运动。由于柱塞与液压缸缸体内表面没有配合尺寸，因此对缸体内表面精度要求不是很高，故只需进行粗加工或者不加工。（2） 活塞式液压缸活塞式液压缸可进行两个方向的运动，故需要在活塞的两端均加密封，故在活塞的移动的位置中，缸体内表面与活塞接触的部位均有较高的精度及光洁度要求，需进行加工，结构较为复杂，故在油压机中相对水压机应用较多，可以在工作缸及顶出缸等采用。对于活塞式液压缸，活塞与活塞杆之间有整体式和组合式两种类型。（3） 差动柱塞式液压缸该结构实际上是将柱塞式液压缸进行的一种变形，它是利用液压缸内部两端的有效面积差值来进行传动的，在回程缸中应用较为广泛，该结构的密封要比其它的多一处

35、，导向长度也比柱塞式液压缸长，并且在某种特定的情况下，柱塞与活动横梁之间的连接比较13315t 通用液压机本体设计14简单。本题选用活塞式液压缸3.3 液压缸与活动横梁的连接形式液压缸与活动横梁的连接方式有三种，即刚性连接、单球面支承连接以及双球面中间杆连接。（1） 刚性连接柱塞下端插入到活动横梁内。当存在偏心载荷时，柱塞则会跟随活动横梁一起倾斜， 这就使得活动横梁所受到的偏心力矩其中有一部分会传递到缸内导套上，使导套受到侧向水平推力的作用，从而加重了导套以及密封的磨损。（2） 单球面支承连接柱塞支承于活动横梁上的凸球面底座上。凸球面底座可以在水平方向上稍有移动。球面接触面加润滑油槽，如果润滑

36、条件良好，那么当存在偏心载荷并且活动横梁在偏心载荷作用下产生倾斜时，球面副可以相对滑动，那么柱塞只传递摩擦力矩及轴向压力， 此时柱塞依旧保持垂直状态，因此侧推力将大大减少，改善了导套及密封的加速磨损情况。（3） 双球面中间杆连接中间杆与柱塞之间留有间隙，这种结构多用于大型液压机，当液压机承受偏心载荷时， 依靠中间杆在上下球面座中摆动，使柱塞保持垂直，减小作用在各个部件的侧推力，这种连接方式的缺点是其结构比较复杂，加工成本高。本题选用刚性连接的方式。柱塞的表面质量，对工作缸密封装置和导向铜套的磨损及寿命有极大的影响，因此柱塞表面必须具有足够的硬度和良好的粗糙度。为了达到这一要求，制造柱塞的材料一

37、般选用含碳量较高的碳素锻钢，锻造毛坯，机加工后表面进行特殊处理。本台液压机的工作柱塞空心杆部材料选用铸钢，工作柱塞头部、回程柱塞和顶出缸采用 45 钢。3.4 工作缸计算与校核液压机在工作时，假定各密封处总摩擦阻力与活动部分重量对压机工作能力的影响相互抵消。液压缸要求配合表面的粗糙度Ra 值为 0.1-0.4m，使导套、密封圈、支承件能顺利滑动，从而确保密封效果，减小磨损。主工作缸采用 ZG310-570 铸造。初取=120Mpa。最高工作油压 p=32Mpa。14315t 通用液压机本体设计15确定工作缸尺寸:根据液压缸应产生的名义总压力 P 及选定的工作油压 p 可确定柱塞直径4FpPH4

38、´ 3150´103p ´ 32´106d =´102 =» 35.4cm （注：液压缸工作压力取32´106 Pa）（2-1）将 d 圆整为标准直径 d=360mm（查表 2-1，JB2001-76） 液压缸内经 D 为 D=d+ D =2rD 为缸内壁与活塞间在直径上的间隙，铸钢液压缸取 2040mm,s s -3P所以取液压缸直径为 40cm液压缸外径： D1= D´= 52cm （取s =135MPa，适合于 32´106 Pa，对于35 钢。实际的工作压力：pp主压力： FH=´ Pd

39、 2 ´10-4 =´ 32 ´106 ´ 362 ´10-4 » 3.26MN 44pp回程压力：P=´（D2 - d2）´ P =´（402 - 362）´ 3200 » 0.76MN 4415315t 通用液压机本体设计16Fs=H ´104 £ s（许用挤压引力可取为 80MPa，当横梁为铸钢时）挤A若倒角为 0.2 时，4 ´106´104£ 80´106p ´(D2- 0.2 ´ 2)2 - (

40、52 + 0.2´ 2)2 Þ D³ 53.5cm2取D= 57cm(法兰直径）2d = r1- r = 26 - 20 = 6 cm取 t=13cm,h=23cm,R= 5cm,R=1.5cm.13.5 活塞及缸的各附件3.5.1. 密封件密封用来防止高压液体的泄漏，如质量不好，会直接影响生产。对密封的基本要求是：密封性能好，能随着液体压力增高自动提高密封性能，摩擦阻力小，磨损小，寿命长，使用维修方便，易拆换，成本低，制造容易。基于上述要求，密封材料应具有以下特点：在一定温度使用范围内有良好的化学稳定性，不溶于工作液体，与金属接触不相互其作用，不软化或硬化，弹性

41、好，永久变形小，有适当的机械强度，耐磨性好，摩擦系数小，易于压制变形，价格低廉等。在工作缸与柱塞之间，我国目前采用的是夹布人字形密封，由支撑环、人字形密封圈及压环组成。在高压液体作用下，密封圈自动贴紧密封件，起到密封作用。人字形密封的具体尺寸可查标准 HG4-337-66。设计中必须采用非标准时，允许采用相邻较大一档的密封圈，以 45°剖口切去一段使用。3.5.2. 导套导套在柱塞往复运动时起导向作用，一般用抗压耐磨的 ZQSn6-6-3 青铜铸造。导套/的长度与工作柱塞直径比值 H/d 一般为 0.5-1.0，小值用于大型液压机。我国已拟定了工作缸导套标准JB2003-76。导套与

42、液压缸内壁的配合在柱塞直径小于500mm 时为D/gc，4大于 500mm 时为 D/db，与柱塞的配合为 Ddc4 。3.6 液压缸校核3.6.1 缸体强度计算：1. 中段强度：缸体材料选用 35 号钢。应用第四强度理论进行计算，缸筒内壁最大当量应力为s=max3D21D2 - D21P = 135MPa £ s = (110 150)MPa16315t 通用液压机本体设计17图 1 油缸支承台肩处尺寸F2. 支承台肩强度计算： s挤=H ´104 £ s （许用挤压应力，当横梁为铸钢时，可A取为 80MPa），取S= 0.2cm ，p (D2倒角4 ´

43、;106- 0.2´ 2)2 - (52 + 0.2 ´ 2)2 ´104£ 80´106则Þ D2若取D2则s=挤³ 53.5 cm= 57cm4´104p(57 - o.4)2 - (52 + 0.4)2 = 27.8 £ 80MPa, 所以符合要求。3. 支承台肩断面，台肩处断面上的合成应力为弯曲应力与拉伸应力之和，即：s =P+ 6Ma£ s = 120MPa0.78（5 D2 - D2）h 2341上式中，P=326000kgf, D3= 52.5cm，D4= 42cm ，Ma= T（

44、D- D224 ）1bh2hD 1+2bD4( h )3 ln D214其中：T=PpD4=3260003.14 ´ 42= 2471kgf / cm ，h=23cm,h= 0.5´(D13- D ) = 5.25cm , b =（3 1- m2）（ D4 ）2h2214m 材料泊松比系数。钢： m = 0.3，铸铁： m = 0.25.17315t 通用液压机本体设计18得： b =（3 1- 0.32） = 0.1231212 ´ 5.252带入求 Ma 式内：Ma 求得为 2380kgf，所以s =326000+ 6 ´ 2380= 92MPa &

45、#163; s 0.78（5 52.52 - 422 )5.2323.6.2. 缸底强度计算：通过j =2r - 2rs1a ,2rd1Pr2=´j0.751t 2£ s(取100MPa）Þ r= 35mm, 若取raa= 30mmj2r- 2r20 - 31=校核：a = 0.85 2r201s= 0.75´dPr 21jt 2= 93.3 £ 100MPa.符合图 2 缸底结构尺寸图 3 缸口结构尺寸3.6.3. 缸口部分零件强度计算：1. 作用在缸口导套及法兰盘上的力，P = 0.78（5 D2 - d2 )P ，所以P= 0.78（54

46、22 - 362）´ 320 » 117000kgf1412. 螺栓计算：螺栓选用 20 个 M30 双头螺栓，材料为 35，M30 螺纹内径为d内= 26.2mm 。螺栓拉伸应sP力为：= nF11£ s ，式中：n 为螺栓数目，n=20, F1为螺栓截面积F = 0.785´ 26.221= 5.4cm2 ，s 为许用拉伸应力。对于大于 M12 的螺钉s £ 120MPa，小于 M12 的螺钉s £ 100MPa18315t 通用液压机本体设计19所以s = 117000 = 108 £ s 20´ 5.43.

47、 缸口导套计算：缸口导套材料选用 HT20-40，导套挤压应力为：Ps =1£ s = 1000kgf / cm20.78（5 D2 - D2）4545式中尺寸， D= 42cm，D= 38cm.带入得到：s =117000= 465kgf / cm2£ s 0.78（5 422 - 382 )4. 法兰盘计算；法兰材料选用 35，故弯曲应力：s3P（D=13- D ）cp£ s = 1500kgf / cm2弯p（D2- D- 2d50)H 2弯D式中尺寸为：3= 46cm，Dcp= 0.5(D4+ D ) = 40cm, D52= 57cm, d0= 3.2c

48、mH = 6.5cm弯代入上式得：s= 1470kgf / cm2£ s弯3.7. 活塞部分计算：图 4 活塞头部结构3.7.1. 活塞杆受压计算：活塞杆材料为 35，活塞杆直径为 36cm,长度为 140cm 左右。长度与直径之比约为 4.在加压过程中活塞仅受压，面积较大。故对其挤压及其稳定性可略去不计。3.7.2. 活塞头部导向套计算：导套材料为 HT20-40,活塞头部结构见图，导套挤压应力为：s =0.78（5D2 - d2 )P1£ s0.785(d - 2S )2 - (d1+ 2S2)2 12式中尺寸为： d= 29cm，d = 36cm, s = 0.2cm

49、, S= 0.3cm19315t 通用液压机本体设计20s ® 许用挤压应力 kgf/cm 2 ,s =1000kgf/cm 20.78（5 402 - 292）320代入式中得；s = 620kgf / cm20.785(36 - 0.4)2 - (29 + 0.6)2 3.7.3. 活塞头部螺母螺纹应力计算£ s 螺母螺纹所受的力： P = 0.78（51式中符号尺寸位： D = 40cm, dD2 - d2 ) p1= 29cm代入得： P = 0.78（5402 - 292）320 = 190660kgfP螺纹剪切应力：t = pdbk£ t = 600k

50、gf / cm2弯螺纹弯曲应力：s内= pd3Phtb(tk)2£ s弯 = 1200kgf / cm2内式中：螺纹选取M280 ´ 4d- -螺纹中径（cm）, d中中d- -螺纹内径（cm), d= 27.74cm= 27.48cm内内b - -螺纹长度（cm）, b = 5,.6cm t - -螺距（cm）, t = 0.4cmh - -螺纹高度（cm）, h = 0.259cmk - -螺纹完满系数，对三角形螺纹取k = 0.81代入两式：t = 48.7MPa £ t s= 116.8MPa £ s弯弯所以符合要求。3.7.4. 活塞与活塞横梁

51、断面挤压应力：活塞横梁材料选用 HT20-40，取许用挤压应力s = 1000kgf / cm2 得s =P£ s 0.785（ d - 2S )2 - (d4+ 2S )444式中各个尺寸： d = 36cm, S = 0.5cm, d= 15.5, S= 0.3cm代入上式：s =3260000.785（ 36 -1)2 - (15.5 + 0.6)2 = 430kgf / cm2 £ s 20315t 通用液压机本体设计213.7.5. 活塞与活动横梁连接螺母计算P螺纹剪切应力：t = pd回£ t = 600kgf / cm2 bk螺纹弯曲应力：s内=3P

52、 ht回£ s = 1200kgf / cm2弯pd b(tk)2弯内式中各式符号尺寸位: 螺纹选取M150 ´ 4 故：螺纹内径d= 14.48cm螺纹高度h =d- d=外内0.26cm 2内b - -螺纹长度（cm）, b = 8.5cm t - -螺距（cm）, t = 0.4cmk - -螺纹完满系数（kgf），P回= 76000kgf代入两式：t =760003.14 ´14.48 ´ 8.5 ´ 0.81= 242kgf / cm2 £ t s=3´ 76000 ´ 0.26 ´ 0.458

53、4kgf / cm2弯3.14 ´14.48 ´ 8.（5 0.4 ´ 0.81）2£ s弯符合要求。3.8. 顶出缸及顶出柱塞顶出器顶出力为 630KN，顶出杆的最大行程为 200mm。顶出缸若采用法兰支承形式， 缸的加工精度容易确保，法兰的受力情况较好，但法兰的外径较大，对中间横梁的强度和刚度削弱较严重，并且法兰与横梁内部支承肋板的贴紧情况不易检查。综合考虑顶出装置的技术要求及在中间横梁内的固定便利，将顶出缸制成缸底支承形式，如图 3-5 所示。顶出缸直接靠缸底支承在中间横梁底板的内壁上，缸的上下部侧壁上开进油口和出油口，且下部外圆表面与中间横梁内的圆筒形肋板配合，充分发挥“厚壁筒效应”，有效保护油缸。缸底支承的缺点是缸底与中间横梁的接触情况不易测量，只能通过确保加工精度避免过大的接触应力。顶出活塞杆的作用除顶出工件外，在有些用途中可以完成浮动压边、浮动压制、反向冲功能。进行浮动压边