校直机(￠100以下圆钢)结构设计

1、XXXXX本科毕业设计说明书 题 目校直机（ø100以下圆钢）结构设计 院 系 机械学院 专 业 制造及其机械设计自动化 姓 名 XXXXX 学 号 1114112XXX 学习年限 201X年 9 月 至 201X 年6 月 指导教师 XXX 职称 二级实习教师 申请学位 工学学士学位 2015年5月20日 校直机（100以下圆钢）结构设计 学生姓名：XXX 指导老师:XXXX摘 要： 本设计在总体上对校直机整体结构，和主要结构部件如加载油缸，主机机架进行设计和校核计算，对校直机主油缸主要性能参数进行设计，对结果进行分析研究,使校直机能够达到生产要求，在整体水平上提高校直机的工艺水准

2、，使校直机的工作生产能力达到突飞猛进。校直机主加载油缸是校直机的主要工作部件，校直机主缸的性能直接影响着校直机整体工艺水平。通过研究计算油缸易于损坏的部分进行优化设计，可以使液压缸整体生产能力和工艺强度达到，以此提高油缸机整个校直机的寿命和工作生产能力。关键词：校直机 液压系统 液压缸 The Design of Diameter of 100 the following round steelstraightening Machine StructureAuthors Name:XXXXX Tutor:XXXABSTRACT: This paper generally focus on th

3、e body structure of the straightening machine, and design the major structural components and its necessary check , calculation of the main parameters of the straightening master cylinder, and analysis and checking the results. To strive to make the hydraulic master cylinder to meet the requirements

4、 of production press and raise the overall technological level of the hydraulic machine, and straightening machine design level to advance to a new level.Hydraulic master cylinder is the main working parts of hydraulic machine, hydraulic machine master cylinder direct impact on the performance of th

5、e overall technological level of hydraulic machines. Through careful analysis and theory to solve the structure vulnerable part of the design problems in it , and the hydraulic cylinder can be reached technological strength of the overall requirements of the application of technology to improve the

6、standard of the hydraulic cylinder and life.KEYWORDS: Straightening machine Hydraulic system Hydraulic cylinder校直机（100以下圆钢）结构设计1 绪论1.1 选题背景意义 液压传动技术发展到如今地步已经有了比较完善、成熟的理论和实践经验基础。液压传动技术比较与机械传动油以下优点，他的操作方便简单易于执行，工作运动调速能力强，具有能实现直线运动和自动过载保护功的功能。液压传动能够轻松实现自动化生产，在工业生产过程中引入电-液联合控制系统后，能够实现比之前更先进的全自动化控制和大范围远程

7、遥控。由于液压传动工作介质是矿物油，会有较大的延程和较大的局部阻力损失。如果系统的工作压力比较高时，还有可能会出现比较大的油液泄漏，泄漏的油液会直接对环境造成严重的污染，有时候甚至会引起安全生产事故。同时油液受液压系统工作环境温度的影响很大在很高或很低的温度条件下液压系统无法正常工作。液压油为液体，容易泄露且可压缩，造成液压系统的稳定性，精确度不能够很好的保证。油液的这个特性造成了液压工作系统最大的弊端。此外，液压传动过程比传统的机械传动复杂，只有经验丰富的工作人员才能对其故障达到检测和排除的水准。总的来说，液压系统的优点还是大于缺点的，也得到了生产生活中广泛的应用。液压校直机自从19世纪问世

8、以来就得到了飞速的发展，在工业生产建设中已经有了非常广泛的应用，还成了产品压力加工成型不可缺少的机械设备。随着科学技术日新月异的发展，伴随着电子技术、液压技术的不断成熟，校直机工艺水平也得到了更进一步的发展。目前市场上的液压校直机的最大压力已经达到了750MN的水平，系统控制技术也从经历了由传统的继电器控制系统变为可编程控制器和工业计算机控制系统的过程，控制系统的发展是校直机在加工水平，运行稳定可靠性上有了很大的提高。  液压设备冲压加工比普通的机械加工应用范围更为广泛，可以用于对塑性材料的冷挤、校直、弯曲、冲裁、拉伸等，同时也可用于热处理的补充工艺。此外校直机还可用于粉末冶金、翻边

9、、压装等产品的成型加工工艺过程。校直机还能实现对复杂工件和不对称工件的校直加工，加工产品废品率较低。校直机根据加工要求，可以更换不同的压力行程。主机，液压系统，控制系统构成了校直机的主体。校直机工作过程的第一步是由电气系统来控制液压系统，而后在液压系统控制下主机主缸和活塞压头做顶出缸的顺序动作。总的来说，校直机操作简单，维护方便。 虽然校直机目前应用十分广泛，但是潜在的问题还很多。校直机属于高压液压工作设备,进行压力加工行程时,泄漏可能会随着液压系统的工作压力的增大而增大,工作精度达不到生产要求，生产出的零件废品率也大大增加，还会产生环境污染的问题。另外，液压校直机还存在以下许多问题

10、，在校直机完场一个校直行程时，卸下工作压力的过程中会有很大的液压冲击，对缸体元件机整机设备会造成不可估计的破坏；启动系统后，油液的流动使反馈过程不够灵敏；出现故障时难以排除和解决。对于设备维护人员来说是一个巨大的难题；工作过程中出现的冲击，气蚀的现象会缩短液压元件的寿命，造成成本的浪费。  为了提高生产效率和工作水准，校直机的设计还需要很大改进，具体的改进也在如下两方面进行 （1）油路设计方面  为了防止油液的泄漏污染，校油路的设计要像一体化方向发展，通过减少元件的数量，缩短油路，减少接口，可以提高元件的寿命。除此之外，元件的设计要标准，简单。集成油管统减少了管路连接，泄漏

11、问题会得到大大改善，应用标准元件也可以更方便的对设备进行维护。  （2）控制系统方面  本设计所用校直机为高压工作系统，一方面需要保证系统的安全可靠，另一方面又要不断提高系统的精度和工作能力，这是以后校直机系统控制方面的研究和发展方向。  1.2 课题研究现状校直机自从问世以来就被广泛的应用于国民生活和生产的各个方面。校直机的液压系统和整机结构方面，已经比较成熟。目前国内外校直机的发展现状不仅体现在控制系统方面，更体现在其对于机构简单，智能，系统的自我诊断和调整等方面的追求。目前国内外校直机的发展方向普遍趋向于；液压元件集成化、标准化，有效防止泄露和污染。

12、0;作为校直机两大组成部分的主机机架和液压系统，国内外的技术都比较成熟，能够生产的机型无较大差异。主要差别在于加工工艺水平和安装精度方面。国外具有良好的加工和安装工艺，其机器在过滤、冷却及防止冲击和振动方面，比国内的机械有较大的优势。 （1）油路结构设计方面，目前的发展方向无论是国内还是国外都趋向以一体化，集约化。插装阀、叠加阀和复合化元件都被大范围的使用在液压系统中。同时集成块的标准化，设计周期短，也为油路设计和使用提供了便利条件。 (2）安全性方面，国外较为先进的厂家某采用微处理器控制的高性能校直机利用软件实现故障的检测和维修，具有自动检测，自动修复等功能，属于较为发达的水准。 (3）校直

13、机的发展最主要体现在控制系统方面。随着高新科技的迅猛发展，微电子技术被应用到系统控制中。微电子控制的系统的校直机提高了校直性能和稳定性。相比之下，国内机型虽然品种齐全，但技术水平相对落后，缺少高档设备，不能达到集约化生产的目的。 国内校直机控制系统分为以下三种类型： (1）传统型控制系统主题为继电器。控制电路结构简单，技术要求低，成本较低，相应控制功能简单。继电器控制的校直机加工精度较低，主要使用与精度要求不高的单机生产，也能够组成小型的生产线。该机型还大范围的存在于国内的设备生产厂家中，而国外众多厂家既保留了对该机型的生产能力的同时主要面向技术含量更高的机型组织生产。 (2）采用可编程控制器

14、（PLC）的控制系统。采用逻辑可编程控制器对液压系统进行控制属于较为发达的生产水准。自动化程度较高，这种机型广泛应用于工业生产过程中，早期的可编程控制器只能进行简单的逻辑控制，随着技术水平的提高和科技工作人员的不断研发，可编程控制器有较高的稳定性和较好的灵活。但着还是在继电器控制和工业控制之间的一种过度控制方式，虽然比之前的继电器控制有了很大的提高，但与工业控制机相比还有很大差距。国内有部分厂家采用该控制系统，如天津锻压机械厂有60%的产品采用PLC控制来提高其可靠性和控制性。国外的厂家如丹麦的STENHQJ公司采用SIEMENS的可编程控制器，实现对压力和位移的控制。 (3）应用高级微处理机

15、（或工业控制计算机）的高性能控制系统。该控制方式是在计算机控制技术成熟发展的基础上采用的一种高科技含量的控制方式，这种控制方式的主要特点为：控制系统具有良好的人机交互性；可顺利实现对工件参数（如压力、速度、行程）的单独调整，能进行对复杂工件、不对称工件的加工；系统能够存储工作模式，节省调整时间，达到柔性加工要求相；通过软件来消除高速下的换向冲击，以降低噪声，提高系统的稳定性；在安全方面可利用软件进行故障诊断，并自动修复故障和显示错误。2 压力棒料校直机2.1 压力棒料校直机的工作原理压力棒料校直机与辊式棒料校直机同属于利用反复弯曲并逐渐减小压弯挠度方法达到棒料校直目的的设备。因为它是最简单的棒

16、料校直设备，压力棒料校直机的工作原理是将带有原始弯曲的工件支承在工作台的两个活动支点之间用压头对准最弯部位进行反向压弯的。当压弯量与工件弹复量相等时，压头撤回后工件的弯曲部位变直。如此进行，工件各弯曲部位必将全部变直从而达到棒料校直的目的。当然凭经验设定的压弯量很难准确的与工件的弹复量相等，所以在头一次反向压弯后要检测弹复量与压弯量的差值即残留挠度值，用此值修正第二次压弯量，用新压弯量进行再次反向压弯，再检测，直到棒料校直为止。通常靠人的感观和经验确定压弯量时，常需3次以上的修正工作。现代使用微机来设定压弯量则只需1-2次修正工作，而且速度快，质量稳定。2.2 本文方案的确定已知：校直机工作环

17、境为室内有灰尘，工作年限10年，每天工作8小时，工作台上可安装各式模具。根据用户需要单台设计生产。原始数据：校直100以下棒料，工作台面500×1200；抬起高度600；1液压缸 2机架 3压头 4 底坐及工作台8 3 液压缸设计计算3.1 校直力的确定校直长度为工作台面1/2,此校直过程为力学中的弯曲过程，根据材料力学经验公式= = = =其中d=100,校直长度=600代入公式求得=900KN3.2 液压缸主要尺寸的确定3.2.1 工作压力液压缸工作压力主要根据液压设备的类型来确定，对不同用途的液压设备，由于工作条件不同，通常采用的压力范围也不同。设计时， 可用类比法来确定。由表

18、1列出的数据，可供选定工作压力时参考。表1液压设备常用压力设备类型 机床农业机械或中型工程机械液压机重型机械起重运输机械磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力p/(Mpa)0.8-2.0 3-5 2-88-10 10-1620-32初步选定工作压力为25Mpa。3.2.2 液压缸内径D和活塞杆直径d的确定以单活塞杆液压缸为例来说明其计算过程。 式中为液压缸工作压力，初算时可取系统工作压力 ；p2为液压缸回油腔背压力，初算时无法准确计算，可根据表2估计；活塞杆直径与液压缸内径之比由表3选取： 表2 执行元件背压估计值 系统类型 背压（Mpa）中低压系统0Mpa简单的系统和一般轻载的节流调速系统 0.2

19、-0.5回油路带调速阀的调速系 0.5-0.8回油路带背压阀 0.5-1.5采用带补液压泵的闭式回路 0.8-1.5中高压系统16Mpa同上比中低压系统高50%-100%高压系统 如锻压机械等初算时背压可忽略不计 由表可得系统背压可忽略不计。 表3 液压缸内径d与活塞杆直径D的关系 按液压缸工作压力选取的d/D工作压力p/(Mpa)d/D0.2-0.30.5-0.580.62-0.70.7 由表得。F-工作循环中最大的外载荷：-液压缸密封处的摩檫力，它无法求得精确值，需要用液压缸的机械效率进行估算。式中是液压缸的机械效率 ，本次计算取。将液压缸的机械效率带回公式中进行计算，可得数据带入求得,由

20、表3，表4选取活塞杆直径和液压缸内径标准数值，服从表3 液压缸内径尺寸系列(GB2348-80)810121620253240506380（90）100（110）125(1400160(180）200（220）250320400500630注：括号内数值为非优先选用数值 表4 活塞杆直径系列（GB2348-80)456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360400由表3，表4综合选取后得 D=200, d=140对选定后的液压缸内径D ，必须进行最小稳定速度的验算。要保证液压缸节流腔的

21、有效工作面积A ，必须大于保证最小稳定速度的最小有效面积A min ，即 验算后合格，本设计过程可行，终上所述，得液压缸内径D=200mm活塞杆直径d=140mm3.2.3 液压缸壁厚和外径的计算液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。液压缸的厚度是指缸筒结构中最薄处的厚度。由材料力学可知，内应力分布规律因壁厚的不同而不同，一般计算时可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。 液压缸的内径D与其壁厚的比值的圆筒成为薄壁圆筒。起重运输机械与大型工程机械用的液压缸一般为无缝钢管，大多属于薄壁圆筒结构，起壁厚按薄壁圆筒公式计算 式中- 液压缸壁厚： D-液压缸内径： -试验压力，一般取工作压力的1.25-1.5倍：

22、-缸筒材料的许用应力。其中：锻钢 110-120Mpa：铸钢 100-110Mpa：无缝钢管100-110Mpa：高强度铸铁 60Mpa：灰铸铁 25Mpa。 本次设计选用缸筒材料为40锻钢，取其许用应力 ，带入数值进行计算得 ，取液压缸筒壁厚求出后，可得缸筒外径,由国际无缝钢管规格表得出 本次设计所用液压缸。终上所述，液压缸外径，液压缸壁厚3.2.4液压缸工作行程的确定 液压缸的工作行程，可以根据液压缸的实际工作行程来确定，同时需要参照下表进行标准值的选取：I2550801001251602002503204005006308001000125016002000250032004000II4

23、06390110140180220280360450550700900110014001800220028003000III24026030034038042048053060065075085095010501200130015001700190021002400260030003800 注：液压缸活塞行程标准值按以上1,2,3依次优先选取 本次设计行程为600，参照标准值表，选用630mm。3.2.5 缸盖厚度的确定液压缸盖为平底缸盖，有效厚度t按其强度要求按以下公式进行计算：无孔时：有孔时：其中t为缸盖有效厚度（mm） 为缸盖止口内径（mm） 为缸盖孔的直径（mm）本次缸盖设计为无孔，带

24、入设计数据，最终的缸盖厚度为30mm3.2.6 最小导向长度的确定 当活塞缸全部外伸时，从活塞杆支承面中点到缸盖滑动支承面中点的距离H称为最小导向长度。导向长度过大，会增大液压缸的初始挠度，影响液压系统工作的稳定性，设计是必须保证导向长度时合适的。 液压缸的导向长度满足以下公式： L为液压缸的最大行程，D为液压缸的内径。 活塞的宽度B 一般取B （06 10） D ；缸盖滑动支承面的长度，根据液压缸内径D 而定； 当D 80 m m 时，取l1 （06 10） D ； 当D 80 m m 时，取l1 （06 10） d 。本次设计活塞宽度为160mm 在保证最小导向长度的前提下，过分增大和B都

25、是不合适的，必要时可在活塞与缸盖之间设置隔套来保证H的长。隔套的长度C由需要的最小导向长度决定。 3.2.7 其他计算 液压缸的长度等于活塞行程与活塞宽度之和。缸体的外形长度还要考虑到两端缸盖的厚度。一般液压缸的长度应不大于缸体内径的20-30倍。缸体长度，其中行程为630会塞厚度为160，缸盖厚度为30，初步定缸体长度为900mm。 在进行为液压缸主要尺寸设计后，需要进行活塞杆稳定性计算，计算公式如下 其中液压缸的支承长度是指或死啊干全部外伸时，液压缸支承点与活塞杆前端连接处之间的距离:d活塞杆直径。验算后合格。3.3 液压缸的结构设计缸体的主要尺寸计算完成后，就要进行主要部分的结构计算。主

26、要包括：缸体与缸盖的连接，活塞与活塞杆的连接，密封装置，缓冲排气的装置。以及液压缸的安装方式。在不同的工作条件下，工作要求不同。因此，液压缸的结构设计也是大不相同的。本次设计要求明确，进行如下设计。3.3.1 缸体与缸盖的连接缸体与缸盖的连接方式与液压系统的工作压力，工作条件有关。 缸体与缸盖的连接方式 连接方式结构简图工作特点 法兰连接优点：（1） 结构简单、成本低（2） 容易加工、便于装拆（3） 强度较大、能承受高压缺点： 螺纹连接螺纹连接优点：（1） 外形尺寸小（2） 重量较轻缺点：（1） 端部结构复杂、工艺要求较高（2） 装拆时需要专用工具（3） 拧端盖时易损坏密封圈卡环连接半环连接优

27、点：（1） 结构较简单（2） 加工装配方便缺点：（1） 外形尺寸大（2） 缸筒开槽，削弱了强度，需增加缸筒壁厚内半环连接优点：（1） 外形尺寸较小（2） 结构紧凑，重量较轻缺本次设计选用法兰连接。3.3.2 活塞与活塞杆的连接 活塞与活塞杆的连接分为整体式和连接式，连接式分为螺纹连接，卡环连接，半环连接。连接方式结构简图特点整体式结构结构简单，适用于缸径较小的油缸螺纹连接结构简单，在振动的工作条件下容易松动，必须用锁紧装置。半环连接结构简单，装拆方便，不易松动，但会出现轴向间隙。多应用在压力高、负荷大、有振动的场合锥销连接结构可靠，用锥销连接，销孔必须配铰，销钉连接后必须锁紧，多用于负荷较小的

28、场合本次设计选用半环连接，具体半环尺寸执行国标。3.3.3 活塞杆导向部分的结构活塞杆导向部分的结构，包括活塞杆与端盖，导向套结构，以及密封，防尘机构和锁紧装置。导向套的形式可以做成缸盖直接导向，也可以做成与缸盖分开的导向套结构。与缸盖分开单独设置导向套方便材料磨损后更换，所以得到普遍应用。导向套的位置可以安装在密封圈的内侧，也可以安装在密封圈的外侧。本设计选择将导向套安装在密封圈的外侧。活塞杆处密封圈的形式有O形，V形，Y形，Yx形。为了清除活塞杆处部分沾附的灰尘、保证油液清洁及减少磨损，在端盖外侧增加防尘圈。常用的有无骨架防尘圈和J 形橡胶密封圈，也可用毛毡圈防尘。 活塞杆的导向以及密封防

29、尘装置结构形式简图特点端盖直接导向（1） 端盖与活塞杆直接接触导向，结构简单，但磨损后只能更换整个端盖（2） 盖与杆的密封常用O 型、Y 型、Y x形密封圈（3） 防尘圈用无骨架的防尘圈导向导向套导向（1） 导向套与活塞杆接触支承导向，磨损后便于更换，导向套也可用耐磨材料（2） 盖与杆的密封常用Y 形、Y x 形及V 形密封装置。密封可靠适用于中高压液压缸（3） 防尘方式常用J 形或三角形防尘装置在本次设计中选用导向套导向结构。方便更换，简单实用。3.3.4 液压缸缓冲装置液压缸带动工作部件运动时，因运动件的质量较大运动速度较高，则在到达行程终点时，会产生液压冲击，甚至使活塞与缸筒端盖之间产生

30、机械碰撞。为防止这种现象的发生，在行程未端设置缓冲装置。 环状间隙节流缓冲装置 a）圆柱形柱塞b）圆锥形柱塞 1 缓冲柱塞2 圆柱形油腔3 端盖3.3.5 其他机构设计 对于运动速度稳定性要求较高的机床液压缸和大型液压缸， 则需要设置排气装置，如排气阀等。排气阀尺寸 阀座阀孔孔dcDStM16611619.69331172103484-623M20X2814725.411439223134594-828注：1d M 16 的排气阀标记：排气阀M 162零件材料：阀座25 钢，阀杆3Cr18 不锈钢3阀杆锥头部分热处理硬度H R C38 444阀座孔的尺寸d3 及深度t 所指的部位见图2 6b液

31、压缸选用外法兰安装，选用长螺栓安装，圆周均布8个螺钉，依次紧固。即可实现将油缸紧固在机身上的目标。4 机架的设计4.1机架设计的一般要求（1）在满足强度和刚度的前提下，机架的重量应要求低，成本少。（2）抗振型号。把受迫振动振幅限制在允许范围内。（3）噪声小。 （4）温度场分布合理，热变形对精度的影响小。（5）机构设计合理，公益性良好，便于铸造、焊接和机械加工。（6）结构力求便于安装和调整，方便修理和更换部件。（7）有导轨的机架要求导轨面受力合理、耐磨性良好。（8）造型好。使之既适用经济，有美观大方。4.2 主板设计主板主要是为了安放液压缸，为了保证液压缸可以正常工作，它必须具有足够的强度。本次

32、设计主板采用上下薄板中间加肋板的设计，这种设计不仅可以保证主板具有足够的强度，还减少材料的使用和自身的重量。为计算薄板的厚度，需要先计算满足工作要求的实心主板的厚度。实心主板厚度，受力分析如图3-1，根据受力分析绘制弯矩图3-2图3-1 图3-2分析可得，主板的最大应力应小于许用应力： 截面系数 ， 为主板长度619mm计算得到主板受到的转矩为T=310 KN*m由公式3-1求得： 因为安全系数为2.5，所以 ；强度校核：薄板厚度：要保持强度不变即保持空心主板的最大切应力等于实心主板的最大切应力，带入强度条件后的上下薄板的厚度均为40，肋板宽度为20，肋板高度为40.肋板与螺栓之间应留有余量d

33、=8,所以薄板的边长为：4.2 侧面挡板的设计 (1)当液压缸工作的时候支架会产生逆时针的转矩（如图3-3），为了保证支架在工作中不发生变形，应使A处截面最大弯曲应力小于许用弯曲应力,即 图3-3 图3-4强度不够，所以应该在上面的弯曲处加筋板。当液压缸停止工作的时候，由于液压缸自身的重量，会使支架产生顺时针的转矩（如图3-4），为了保证支架不发生变形，应使B处截面最大弯曲应力小于许用弯曲应力,即 =15040=4654.88计算得，所以B处强度符合要求。至此我的毕业设计计算内容就全部完成了。36总结与致谢本文对液压机的设计还有很多不足之处，一是由于先现阶段知识面相对较窄，理论体系知识相对贫乏

34、，强度校核理论考虑不够周详；二是专业技能掌握不够熟练，设计过程中也未能将一些更先进的技术软件付诸应用，从而将设计作品更直观的展现。本次设计是对以前学习的知识进行了整理归纳，将其应用到实际中。为了这次毕业设计，我查阅了很多资料，多次请教李晓明老师指导，受益很大，对自己大学四年学习生活重新从头到尾检验了一下。在用CAD制图软件制图中，也复习到了一些因为时间关系忘记的知识。CAD制图对于机械专业的学生来说，掌握是非常必要的。对word文档的一些应用也熟悉了。办公软件的学习也是必不可少的，查阅资料的能力对于一个机械工程师来说也是必要的。即将面临毕业，在结束大学生活之前，能够让自己的身心得到一个完美而又

35、深刻的体验，是一次难忘的经历。它让我们明白我们从知识的接受者到知识的运用者的转变是需要头脑和身体力行共同实现的。将来在社会中，在工作中，我们将会承受和面临诸如此类更多更难的任务。这次毕业设计让我们进行了提前的检验和心里准备。经过这次设计，提高了我很多的能力，比如实验水平、分析问题和解决的能力、合作精神、严谨的工作作风和工作态度等。在设计过程中，前期遇到了摸不着头脑的问题，比如液压缸包括哪些组件，各个组件具体又是怎样的，有什么密封措施等一系列的问题。通过老师的指点和小组同学间的讨论，渐渐清洗了我的设计思路。中期遇到了装配体的画法问题以及结构的具体计算和选择，通过上网查资料，问老师和同学讨论，都一个个解决了。到设计快要完成的阶段，我才明白，其实看似复杂的问题经过进一步的解剖和分析，变的可以理解。当把复杂的问题经过深入的分析之后，问题的关键和重点