全自动砖压机设计

全自动墙体砖压机机械结构及液压系统设计DesignofMechanicalStructureandHydraulicSystemofAutomaticHydraulicBrickPress摘 要全自动液压砖压机作为压制力加工的重要设备，已经成为工业生产必不可少的装备之一。大型砖压机由于其自身结构和承载方式的特征，容易因刚度、机械强度不足和共振而发生机身损坏，这使得结构分析与优化成为了大型全自动液压砖压机设计的一个重要内容。本课题采用传统理论方法对全自动液压砖压机机身进行结构设计、计算和强度校核，采用CAD设计软件及其他三维软件对上横梁、底座、上活动梁、下活动梁、主液压缸、立柱、总装图进行了工程绘图，在参考某公司生产的四梁四柱液压墙体砖液压机液压系统以及查阅大量关于液压系统设计的文献后，确定全自动液压砖压机的设计方案，并对其进行了可行性分析，最后对整个设计进行系统分析，得出整个设计切实可行。关键词：全自动液压砖压机；立柱；横梁IAbstractAutomatichydraulicbrickpressasanimportantpressureprocessingequipment,industrialproductioninparticularhasbecomeessentialequipmentceramicindustry.Largeautomatichydraulicbrickpress,becauseofitsstructureandthebeareroffeatures,easyduetomechanicalstrength,stiffnessandlackofresonancefailureoccurs,whichmakesthestructuralanalysisandoptimizationhasbecomealarge-scaleautomatichydraulicbrickpressanimportantelementofthedesign.Thistopicusingthetraditionaltheoryofautomatichydraulicbrickwallpressesagainstthefuselagestructuredesign,calculation,strengthcheck,usingAUTOCADdesignsoftwareontheupperbeam,base,onthebeams,underthebeams,mastercylinder,column,theassemblydiagramoftheengineeringdrawings,inreferencetoacompanyproducesfourcolumnhydraulicbrickwallbeamhydraulicmachinehydraulicsystemandaccesstoalotofbooksaboutthedesignofthehydraulicsystemafterdeterminingautomaticdigitalcontrolsystemdesign,drawinghydraulicsystemdiagramshowstheelectricalsystemofthejobdescription,anditsfeasibilityanalysis,andfinallytheentiredesignsystemanalysis,theentiredesignisfeasible.Keyword:Automatichydraulicbrickpress;Column;BeamsII目 录摘要.............................................................................................................IAbstract.....................................................................................................II1绪论..........................................................................................................11.1全自动液压砖压机的简介...........................................................11.2全自动液压砖压机在国内外的生产状况及发展趋势...............11.3本设计研究的内容和意义...........................................................32设计原理.................................................................................................32.1液压砖压机工作原理..................................................................42.2液压砖压机主要特点..................................................................43总体方案的论证和选择........................................................................43.1压制油缸的选择..........................................................................53.2机架结构形式的选择..................................................................74砖压机各主要零部件的设计................................................................94.1各零件的结构设计......................................................................94.2各主要零部件的初步设计计算................................................125砖压机各主要零件的详细设计及三维模型......................................225.1活动横梁的详细设计及三维模型的绘制................................225.2上横梁的详细设计和三维模型的绘制....................................245.3下横梁（工作台）的详细设计和三维模型绘制 255.4立柱的详细设计和三维模型绘制 265.5套筒的详细设计和三维模型绘制 275.6螺母的设计及三维模型绘制 285.7最终设计结果 29总结 31致谢 32参考文献 33附录 34烟台南山学院毕业设计 第1页绪论1.1全自动液压砖压机的简介全自动液压砖压机(以下简称砖压机)是现代墙体砖生产线的核心关键设备，是集机、电、液、气一体化的高技术专用设备。说它关键，主要是它前面进行原料加工，后加温直至干燥烧成，若砖压机出现故障，则整个系统停止运行。作为生产线的关键设备，全自动液压砖压机显出示许多的优点：①压机采用液压传动对砖胚施加静压力，工作运行平稳，有利于胚体压制成行。②采用液压传动可非常方便地实现对压制力的大小、速度的快慢、时间的调节控制，并能保持稳定运行，使压机动作很好的符合工艺的要求；③砖压机的大型化和自动化更容易实现；④胚体成型好，强度高。现代全自动液压砖压机都有可靠性、耐久性、调控性、效率等特点。本毕业设计主要研究宽体砖压机，以提高生产效率，节约生产成本为主体，来获得更好的经济效益。1.2全自动液压砖压机在国内外的生产状况及发展趋势1.2.1 国内外砖压机的生产概况1.2.1.1 国内生产概况当今的中国，是世界上公认的墙地砖生产大国，有着世界最大的陶瓷压机市场。但直到20世纪80年代末，全自动砖压机仍是我国建陶企业需要全部引进的装备，其主要来自意大利和德国。而今国产砖压机不仅可以替代进口的砖压机，而且还可以大批量的向国外出口，这是一个具有历史意义的重大的转变。国产砖压机的主要技术参数、主要技术性能和整体水平已接近国外现代砖压机的先进水平，而且差距在不断缩小，但是国产砖压机行业发展时间短，发展开发过程中存在一些问题也是难免的，制造企业还应该不断提高产品质量，进一步降低成本，提高自身的竞争力，在巩固国内市场的同时，积极开拓国际市场，只有在国际市场上占有一席之地，才真正证明国产压机的成功。经过多年的不懈努力，国产砖压机取得了长足的进步，无论从外观和结构方面都经过了不断的优化、创新，但与国外砖压机相比还有较大差距。因此国产砖压机的研发，要立足国情，可以用好的结构，适合国情的结构来弥补国内制造业的不足。烟台南山学院毕业设计 第2页梁体的优化最主要的就是最大限度的减少本体的应力集中，使梁体的应力场趋向均匀，在确保梁体刚度足够的前提下，可以适当减轻其重量。同时梁体的优化还要有利于铸造，例如优化时可以通过改变结构将铸造缺陷的密集区设计为低应力区以排除日后可能发生的隐患。科达机电为了满足陶瓷产业的发展需求推出宽体压机，有 KD3800、KD3200、KD2100。在一定的压力下，加宽工作台的，可提高生产效率。宽体压机可以降低主电动机的功率，可提高压制频率，还可以提高其工作的稳定性，并且在节能、外观上有很大的改善等，研究宽体压机还是很有意义的。通过现代的设计方法，对其进行设计，改变压机的大小、重量、受力情况等，对宽体压机将来能更好的适应市场和受到使用厂家的信赖好评给以保证，降低生产成本，为生产厂家获得更大的利益。。1.2.1.2 国外生产概况近十几年来，国外的砖压机发展非常快，随着科技的进步，全世界生产砖压机的主要产家如德国的莱斯公司，意大利的萨米克公司、西蒂公司等，日本的日型公司等一些公司不断推出结构日益完善，生产效率和自动化程度不断提高，出现多种结构形式的新型墙地砖成形液压机。国外的砖压机现在都在向美观，大吨位，高精度，高效率，节能控制，多功能自动化程度更高和机器的动作更加符合材料压制成型的工艺要求的方向发展。1.2.2 全自动液压砖压机的发展趋势随着科学技术的日益进步，现代全自动液压砖压机无论从主机结构还是液压控制技术方面相对于早期砖压机都有很大提高。例如砖压机的结构采用经过不断优化的新型结构，使其精度、稳定性和抗疲劳性能得到较大的提高；近年来新兴的液压伺服比例控制技术，使砖压机的压制动作更加的均匀、平稳，传动更加精准。这些都为建筑及陶瓷行业使用变化多样的高档瓷砖提供了非常有利的条件。液压机技术发展趋势：高质量、高效化、低能耗。提高液压机的工作效率，提高墙地砖的质量，降低生产成本。机-电-液压一体化。充分利用机械、电子及液压三个方面的先进技术完善整个系统。烟台南山学院毕业设计 第3页自动化、智能化。微电子技术的高速发展为液压机的自动化和智能化提供了充分的条件。自动化不仅仅体现在加工，还应能够实现对系统的自动诊断和调整，具有自动检测及处理故障的功能。目前，我国液压机制造行业虽然取得了较大发展，但与世界先进水平相比，还有一定的差距，还满足不了我国经济发展的需要。充分发挥现有液压机的生产潜力，提高设备利用率，加强对设备的维修和设备本身的技术改造，加强液压机和操作机之间的相互联系、液压机组的程序控制和自动控制的研究。1.3 本设计研究的内容和意义众所周知，随着我们国家的政策和经济的发展，我们自己意识到模仿别的国家的机器不再能满足我们国家经济高速公路发展的要求，近些年来我们自主设计创新的机械产品已经越来越多。我们只有自主生产出先进水平的机械，才能真正的摆脱国外对我们技术上的垄断，我们才能在国际上更具有竞争力。本设计设计的是全自动液压砖压机的机械部分的设计，对砖压机的机架进行详细设计。用现代的设计方法和技术，实现对砖压机的设计制造，以优化砖压机，减轻机器自身重量，节省材料等，提高其可靠性、调控性、稳定性等。陶瓷液压砖压机是现代陶瓷生产线的核心关键设备，是机、 电、液、气一体化的高技术专用设备。而研究宽体砖压机，可以提高生产效率，降低生产成本，获得更好的经济效益。此次我们研究的是全自动液压砖压机的机械部分，为了提高效率，可以加宽压机的工作台。增加砖压机工作台宽度可同时进行多块墙地砖的压制。研究的砖压机的机械部份，用CAD画出其二维视图，用PRO/E画出其三维模型,然后用ANSYS软件对其有限元分析代替传统的方法，优化设计，以节省材料。目标。一、实现砖压机同时压制墙砖 600mm×600mm(3片)，360mm×450mm（6片/次），450mm×600mm(5片/次)，500mm×500mm(4片/次)；二、实现砖压机的最优设计（减轻重量、提高疲劳强度等）。设计原理早期的砖压机采用的是螺旋传动，而螺旋传动只能传递的压制力相对较小，砖对砖压机的发展有很大限制，直到后来人们引入了液压传动，使压制力有很大的提高，并且可以压制出多种规格的砖，大大提高了生产效率。烟台南山学院毕业设计 第4页2.1 液压砖压机工作原理图2-1液压砖压机的工作原理1－小柱塞2－大柱塞3－坯体。液压砖压机是根据静态下液体压力等值传递的帕斯卡原理制成的，它是一种利用液体压力传递能量的机器。其工作原理如图2-1所示。2图2-1 液压砖压机的工作原理2.2 液压砖压机主要特点根据液压砖压机的工作原理可知，采用液压传动具有以下优点：（1）更容易实现大型化。因为油压和活塞的面积变动的方位比较大，压制力F=A×P，只要增大活塞面积 A和提高油压力P，就可得到大吨位的液压砖压机。目前已有公司宣称研制出一万吨液压砖压机。由此可知采用液压传动的砖压机容易获得更大的工作压制力，以满足压制大规格制品的要求。（2）可方便地实现对压制过程中的速度、 压力、保压时间等参数实行控制和调节。（3）对砖坯施加的压力为静压力，因此工作平稳，有利于砖坯的压制成形。（4）容易实现砖压机的自动化操作。总体方案的论证和选择全自动液压砖压机主机部分（又称机械部分）主要由机架、压制油缸、增压缸、烟台南山学院毕业设计 第5页顶模装置、布料装置及排气、安全装置等组成。本设计主要研究机架和压制油缸的选择。3.1 压制油缸的选择本设计拟采用活塞式油缸，油缸倒置并将其和活动横梁做成一体，即倒置式组合主油缸。改善了活动梁的受力状态,使压制力更加均匀,有利于坯体成形。现在砖压机的油缸主要有两种形式一种是活塞式油缸（图3-1（a）），另一种是柱塞式(图3-1(b))。我们将通过下面的比较，确定选择哪一种油缸更符合本设计的要求。（a） (b)图3-1液压砖压机压制油缸示意图1活动横梁 2 活塞 3 柱塞活塞式油缸被活塞分隔为两个腔，因此可以获得正反两个方面的运动。它属于双作用油缸。当活塞腔通入高压油，活塞杆腔回油时，即为工作行程；当活塞杆腔进油，活塞腔回油时，则可实现回程，故不需要另外设置回程缸。由于活塞式油缸不需另设回程缸，所以结构紧凑，零件少，安装空间小。活塞在运动时，除了活塞杆有导向作用外，活塞沿缸壁滑动，同时拥有导向作用，并且导向长度较长，所以活塞式油缸导向性能好。高压端的密封填充件的微小渗漏属内泄漏，所以活塞缸密封件的寿命较长，在不影响使用性能的前提下，一些微小泄漏不影响密封件的继续使用。柱塞式油缸是一种单作用油缸，只能从一个方向加压，所以要靠另外的油缸实现回程。柱塞在油缸中上下移动时是在导向套（环）中滑动的。一般导向套长度较短，为了加长导向距离，以便承受较大的偏心力矩，可在柱塞的两端安装导向套。此外回程缸的另一个作用是用于导向作用。柱塞缸的密封的寿命较短，原因是柱塞烟台南山学院毕业设计 第6页缸一端通高压油腔，另一端直接与大气相通，两端的压力差较大，很容易导致微小的渗漏，造成污染环境和坯体，影响油缸使用。柱塞在导向钢套中作往复运动，偏心载荷断还会发生倾斜，因此校塞表面必须具有足够的硬度及光洁度，以免过早磨损或表面拉毛而导致损坏。拉坏后，会直接影响密封件的寿命，引起高压液体的漏损，甚至每隔半月就必须换一次密封件，严重影响生产。通过上面的比较我们将选择活塞式的油缸。油缸的装配也有两种形式：一种是正常安装与上梁做一体（图 3-2），一个是倒置安装下梁做成一体（图 3-3）。图3-2主油缸与上横梁合一结构图3-3主油缸与动梁合一结构1横梁2缸盖3活塞4缸体5法兰1横梁2活塞3缸盖4缸体5动梁一般情况下，将油缸安装在上横梁上，活塞杆与活动横梁相连接。大吨液压砖压机采用将活塞式油缸倒置的结构，即将活塞杆与上横梁固连，活塞杆固定在上横梁上，将油缸与活动横梁做成一体，让缸体活动横梁作同步运动。工作原理同普通活塞式油缸一样，但具有如下优点：①增加了活动横梁受力面积，大大改善了活动横梁的受力情况，提高了活动横梁的刚性，使其受力变形小，使砖坯压制更加均匀，有利于砖坯的压制成形，提高砖坯压制质量。②油缸倒置和梁结构的简化，从而大大降低了加工难度，也不需要在上横梁的加工出油缸，从而大大提高梁的强度，减小了主机的尺寸。由于倒置有以上优点，烟台南山学院毕业设计 第7页所以本设计将选择倒置式油缸。③主油缸与动梁合一结构是大型砖压机的结构形式（如图3-3）。主油缸采用筒形无缸底结构，利用动梁的上平面作为油缸底部，通过独特的密封结构和柔性联接将主油缸和动梁连成一体。不仅仅具有油缸倒置式结构的优点，而且同带缸底倒置油缸结构相比，重量大大减轻，大大提高了砖压机的运动速度及工作效率；油缸的重量减轻一半以上，主机高度可适当降低，彻底解决了带底油缸的缸体与缸底连接部位的应力集中难题。综上所述，本油缸将使用活塞式油缸，而且倒置，油缸做成一体。3.2 机架结构形式的选择机架承受压制成形时的全部载荷，因此机架的强度和刚度几乎决定整机的性能。目前，在陶瓷墙地砖的生产过程中，砖压机是生产陶瓷粉料干压成型的关键设备，因此砖压机框架刚性的强弱直接影响了砖坯体的质量及成坯率的高低。总而言之就是砖压机框架的刚性越好，框架变形越小，机械强度、所压制的坯体密度、成坯率等都越高;反之，压机机械强度、坯体的密度及成坯率等都较低，严重时，甚至成不了型，坯体压制不出来。机架的性能在机器的整体中极为重要，所以说探讨和研究砖压机框架的设计计算，合理的提高框架的刚性，适当改善其外形尺寸，能有效地减少框架的变形，极大限度地提高砖坯体的质量及成坯率。目前常用的机架的结构形式有梁柱组合机架、拉杆－套筒梁柱组合机架、钢丝缠绕机架三种，通过下面的比较我们将选出最佳的方案是拉杆－套筒梁柱组合机架。拉杆－套筒梁柱组合机架（图3-5）。由上、下横梁与四根立柱用螺母连接而成，立柱由拉杆及套在其外面的套筒组成。装配时，拉杆两端分别穿过上、下横梁的通孔，可用专用千斤顶或者加热使拉杆伸长，最后用螺母拧紧。这样，拉杆受一个预拉力的作用，能够全长预紧。套筒受压而拉杆受拉，使上下横梁构成一封闭的框架，使整机的刚性更好，强度更大。开机运行时，机架承受脉动载荷，循环特征r=0。立柱给予预拉力后，脉动载荷与预拉力叠加，则会改变载荷的性质。如果设计得当，载荷的循环特征可大些，性质接近于静载荷。这样的话，拉杆就可以使用材料的屈服极限而不是持久极限特征来进行强度校核，材料本身的性质得到充分的利用，拉杆截面可以减小一点。拉杆－套筒梁柱组合机架的结构形式适用于中等压力的砖压机，即可用于3800吨砖压机。烟台南山学院毕业设计 第8页梁柱组合机架（图3-6）虽然制造和装配都比拉杆－套筒梁柱组合机架简单，成本也相对较低，但是刚度和强度都略逊一筹，在压制的时候容易产生较大的变形，性能也不够稳定，只适合吨位小的砖压机，不适合中型砖压机的使用。钢丝缠绕机架(图3-7)现在是世界大吨位压砖机比较常用的一种结构形式，由两个半圆梁，两立柱预应力绝缘绕组。利用预应力钢丝束柱施加足够的预紧力，梁柱上的拉应力大部分转化为压应力，从而大大降低了拉伸力所造成的疲劳裂纹增长和提高，由于压砖机构架的疲劳强度和刚度。在机架中较少使用的形式，技术尚未达到相应的水平，有一定的制造和装配难度大，成本高，它主要用于大吨位压砖机。3800吨砖压机是中等压力的砖压机，用拉杆－套筒梁柱组合机架的结构形式完全能够满足要求。图3-5拉杆-套筒梁柱组合机架图3-6梁柱组合机架1横梁2动梁3立柱4套筒5底座1横梁2动梁3立柱4底座烟台南山学院毕业设计 第9页图3-7 钢丝缠绕机架1上梁2动梁3导柱4底座5支脚综上所述，本设计将选择拉杆－套筒梁柱组合机架。砖压机各主要零部件的设计4.1 各零件的结构设计4.1.1 主机的结构从前面方案的选择中我们选择了现在比较常用的拉杆套筒式的梁柱式的结构形式，如下图（4-1）所示图4-1拉杆套筒式的结构烟台南山学院毕业设计第10页4.1.2 上横梁的结构设计我们采用梁柱式的结构，在上横梁上需开四个立柱孔。为了结构的美观我们将把充液箱放在上横梁，把两者做成一体，即上横梁上表面要开一个孔， 做为充液箱。活塞杆和上横梁之间采用法兰连接，连接处开孔。螺母连接处开沉孔，在套筒、法兰连接处都要设计有凸台。考虑到材料的成本，横梁内部可以适当的挖空。其结构简图如图（4-2）所示。形状尺寸要求：①立柱孔尺寸一般比插入端尺寸大 1-2mm。②立柱螺母锁紧的表面（沉孔表面）平面度≤ 0。③与活塞接触的表面平面度取 0.1，垂直度取（相对于轴线）0.05。图4-2上横梁的结构简图4.1.3 活动横梁的结构设计由于我们才用油缸倒置的形式，我们将要做成缸梁一体式的，活动横梁上也开有四个立柱孔。由于活动横梁在运动中的精度要求比较高，因此我们在套筒和上横梁之间加导套。下面还要有 T型槽，如下图（4-3）。形状与尺寸的精度要求：①活动横梁下表面的不平面度取

0.05，工作的平行度取

0.08。②孔前后左右的中心距偏差取±

0.2，孔对角方向上的公差由下面的公式R

x

*

x

y

*

y（式中

R、

R对角上孔的间距及公差；

x、

x左右方向上的间R

R距及公差；y、 y前后方向的间距及公差。）H7③立柱孔与导套的外圆的配合精度n6烟台南山学院毕业设计第11页图4-3 活动横梁的结构简图4.1.4 下横梁（工作台）的结构设计下横梁承受机器的主要压力，支撑整机重量与冲击力，需要固定梁，安装顶模装置，我们的设计是一个宽体压砖机，桌下梁应相对宽。在不影响梁的强度的前提下，我们可以对梁壁适当的挖空，具体结构形式如（4-4）所示。形状尺寸的精度要求①工作台面的平面度 0.05②锁紧螺母与之贴全的平面的平面度 0.16③立柱孔比立柱大 2mm图4-4 下横梁结构简图4.1.5 立柱的导向导套设计活动横梁与立柱配合间的导套是砖压机运动部分的导向装置，它对机器的运动精度，压出来的砖的尺寸精度，模具寿命及机身受力等有很大的影响，因此导向装置的设计也是非常重要的。拉杆套筒式的导向精度比较难保证，主要是由于配合面多，累积定向误差大，为了保证活动横梁的较高导向精度，我们在活动横梁导向处要加导套，导套的形式用圆筒式的。为了减小加工难度，将上下横梁做成凸台形式。上面我们在设计上横梁的时候已经初步的设计了导套，厚度取 20,高取40.现在我们对其进行详细设计。考虑到安装的方便性，我们把导套做成凸式的，然后用压盖将其固定，上面再加有防尘圈和毛线绒。其结构简图如图 4-5所示烟台南山学院毕业设计第12页图4-5拉杆套筒结构简图4.2 各主要零部件的初步设计计算4.2.1立柱拉杆初步设计计算压机在工作的时候，立柱只承受拉力，套筒内承受压力。总的预紧力一般为公称压力的1.2-1.5 倍，这里取1.5倍。我们可以以螺栓的设计方法为基准进行拉杆的设计。4.2.1.1 受力分析①拉杆的受力分析如下图所示：②砖压机在工作的时候是受力情况是在不断变化的，所以立柱受的拉力也是变化的。和螺栓受力变化一样如下图所示（《机械设计》P86）烟台南山学院毕业设计第13页其中：：每根立柱受的压机工作时所受所受力：工作压力（F＝p/4，其中p是公称压力）：立柱受的总拉力F:应力幅C1: 立柱拉杆的刚度C2: 上横梁各套筒的刚度△λ：拉杆加载后外伸长的长度上横梁和套筒加载后被压缩后的增量由《机械设计》公式得Q＝Qp+C1FC1C2/C2QP=Qp-FC1C2n-n截面所受的图如下图烟台南山学院毕业设计第14页/ C由QP=Qp-C1C1由Q＝Qp+C1 C2

2F=1.5-0.8F=0.7FC2F＝1.5F+0.2F＝1.7F由F＝P/4＝3.8107/4N＝9.95106N得Q＝1.6915107N4.2.1.2 材料选择本设计中立柱的材料将选择 35CrMo，以下是35CrMo的特性系数及力学性能：屈服极限MPa抗拉强度b980MPas835弹性模量E2.0741011MPa泊松比＝0.3由于立柱比较大，受力也比较大，需使用锻造的方法对其进行加工， 35CrMo这种合金钢具有良好的锻造性能，非常有利于立柱的锻造。4.2.1.3 拉杆直径计算初步的计算拉杆的直径 d，取安全系数 ns=3[ ]＝ s=835=278MPans3F][Q由A得到＝0.272mdAd2[]44螺纹型式的选择，小于500吨的一般选用公制细牙螺纹，对大于500吨的选用单线细牙锯齿形螺纹(按重型机床行业标准Q／ZBl73—73选用)。查阅《机械零件设计手册上册》499页，选用大径d=300螺距P＝12中径d2=291小径d1=279.14(螺母大径D＝300中径D2＝291小径D1＝282）。由于d1=279.14>272可以满足要求。故取d=300。4.2.1.4 螺母的设计立柱一般有整体式与对开式两种。整体式多用于中小型液压机，一般小于 500吨，对开式多用于大于 500吨的液压机。材料一般选用 45锻钢件。螺母高度取：H=1—1.5d烟台南山学院毕业设计第15页螺母外径取：

D＝1—1.8d式中

d为螺纹直径，设计中螺母的高度

H＝1.2d＝1.2

300＝360，螺母的外径D3＝1.5d=450，由螺纹的设计可得到螺母的大径

D＝300、中径

D2＝291、小径

D1＝282。4.2.1.5 防松装置的设计由于螺纹连接的柱在变负荷工况下，很容易松动，压砖的工作压力是不允许出现松动，松枝将不仅是有风险的，而且会影响压砖机的压制效果，所以需要防松设计。参照《机械设计手册》，我们采用摩擦防松中的对顶螺母。两螺母对顶后，旋合螺纹之间始终有摩擦力和压力的作用，通过两种力的相互作用达到防松的目的。工作载荷变动的时候，该摩擦力仍然存在。由上面可知螺母高度为360，故我们的两个螺母高度和大于等于360，取每个螺母的高度为180。4.2.1.6 疲劳强度校核由于砖压机在工作时立柱受交变应力， 我们有必要对它进行强度校核。 由上面已知安全系数S=3。立柱受的最大拉力Fmax=1.7F=1.6915107N，Fmin=1.5F=107，应力幅F2.7106Ｎ，应力保持不变，由《机械设计》1.425N32机械零件的疲劳强度计算：m=FmaxFmin=223MPa2Aa=F=38MPaA根据《材料力学》P359式（11-16）nK1a m其中：n——工作安全系数；——对称循环的持久极限；a ——应力幅； m——平均应力；——有效集中应力系数；烟台南山学院毕业设计第16页——尺寸系数； ——表面质量系数;——试件材料常数，对于合金钢 =0.23—0.3。查《机械设计手册》第二卷 P11106表11.6-4，立柱受抗压 0 1.42 11 0.23(s b) 0.23(835 980)=417.450 1.42 417.45 592.779MPa我们选择的材料是 35CrMo,查表得 =0.28，查表得螺纹连接的尺寸系数=0.5；由《机械零件设计手册》查表 6-5得有效应力集中系数 k≈2；查《机械设计手册——疲劳强度设计》表 3-2得[n]=1.7，所以：n417.5=1.95≥1.7380.284223因此立柱是安全，满足要求。4.2.2 套筒的初步设计计算4.2.2.1 套筒厚度的设计全自动液压压砖机采用套杆形式。套筒在工作过程总是在压缩，通过设计表明，上柱套始终受压，最大压力即为预紧力：1.53.8107=7Fmax=1.5F=N41.42510最小压力Fmin=0.7F=0.73.8107=6.65106N4在这里初步计算一下它的外径的大小，材料使用35CrMo,安全系数ns=3，则[]＝278Mpa，由于套筒和立柱是部分接触，套筒内径d初取330由1.5F[]得D2(0.3)21.331074得Ｄ389,这里取Ｄ＝400。(D22)3.14278106d44.2.2.2套筒的校核①压杆稳定性的校核烟台南山学院毕业设计第17页由《材料力学》9.5压杆稳定的校核，由公式（9.8）求出2E2(210109)150p830由于套筒是可简化成一端固定的，另一端铰支，=0.7。截面是圆环形，i=I=32(D4d4)D2d2A(D2d2)80.14l10.7(初取l=1300)，i1所以不能用欧拉公式计算临界压力。由分公式 (9.11)得as980798025.2961667b由于2，所以上面我们的强度计算是可以满足要求。②疲劳强度的校核套筒受交变应力，Fmax=1.5F=107，Fmin=6.65106N1.425Nm=FmaxFmin=190MPa，a=F=138MPa2AA由式（3-2），同上面的1=417Mpa，查表得应力集中系数k=1，查表尺寸的截面系数=1查《机械设计手册——疲劳强度设计》表3-2得[n]=1.7n1=2.21.7，因此满足要求。Kam4.2.3 上横梁的初步设计计算4.2.3.1 受力分析我们可以把上横梁简化成梁的形式进行初步设计，本设计油缸采用倒置安装。活塞杆与上面接触面的力可以看成是载荷均布力 q。通过材料力学的知识，我们对上横梁进行受力分析，求出最大弯矩 ,受力简图如下图所示烟台南山学院毕业设计第18页得知活塞杆的直径 d=1m，所以均布力 q=p/d=3.8107N/m；受力分析求出力FA，FB，弯矩M由MA＝0,求出FBFB*AB-q*d*AB/2=0FB＝q11.2=q＝1.6107N2.42同理FA＝q＝1.6 107N2剪力图如下图所示弯矩图如下图所示最大弯矩Mmax＝p*ABq*l2228烟台南山学院毕业设计第19页=3.81072.43.810744=3.61107N.m4.2.3.2 材料的选择砖压机的上横梁、活动横梁、底座都是采用铸造的方式生产的。中碳钢有良好的韧性及塑性，强度和硬性较高，切削性能良好。性能比低碳钢好。参照其它砖压机，本设计将采用 ZG270-500。ZG270-500特性系数及力学性能：屈服极限MPa抗拉强度500MPas270b弹性模量E2.0741011MPa泊松比＝0.34.2.3.3上横梁的设计参照其它砖压机，取上横梁的宽b=1400,高h=1400，对其进行初步计算可采用下面这个公式：KMmax[]W其中取K＝1.5，W＝bh2（初步设计把截面看成长方形），脆性材料安全系数可以6取大点，这里ns=4。则[]＝500/4＝125MPa1.51.805107=w1.41.42＝0.49611.8107Pa＝118MPa135MPa，可以满足要求。4.2.4 活动横梁的初步设计对于活动横梁，我们也可以简化成梁的形式进行初步设计，而不采用机械限烟台南山学院毕业设计第20页制，通过模具垫板传递压力，因此动梁仅受挤压应力和较小的弯曲应力两个力的作用。参考其它砖压机取其宽 b=1120，高h=400，材料和上横梁的一样选择ZG270-500。4.2.5 下横梁（工作台）的初步设计4.2.5.1 受力分析对于下横梁，我们也可以简化成梁的形式进行初步设计，在压制过程中下横梁受的是均布载荷，均布载荷的面积为模具与下横梁的接触面积，可以压制3块600600,接触长度大约是 2100，下横梁的分析计算过程和上横梁基本一致， 受力简图如下图所示。剪力图：弯矩图：烟台南山学院毕业设计第21页最大弯矩Mmax＝p(ABCD)，其中AB大约是中心间距AB初取3200，CD是下模和工作42台的接触面而定，一般取（0.35-0.6）倍的中心间距，由于是宽体砖压机可以比一般的大，所以取0.6倍，即CD=2100。Mmax=1.28 107N/m。4.2.5.2 材料选择材料和上横梁的一样选择 ZG270-500，G270-500特性系数及力学性能：屈服极限MPa抗拉强度500MPas270b弹性模量E2.0741011MPa泊松比＝0.34.2.5.3 下横梁的设计参照其它砖压机，取上横梁的宽b=1500,高h=1400，对其进行初步计算可采用下面这个公式：KMmax [ ]W2其中取K＝1.5，W＝bh （初步设计把截面看成长方形），脆性材料安全系数取高一点，6这里ns=4，则[]＝500/4＝125MPa，1.51.8525107w1.51.420.52w6＝53.4MPa53.4 [ ]，满足要求。4.2.6 充液箱的初步设计4.2.6.1 充液箱体积的计算为了保证一定的最低液压面，以保证气体不进入管道。充液箱的体积 Q，可由以下公式得出：烟台南山学院毕业设计第22页Q (K n )AS(m3)1 n式中：K——充液体积相对于工作缸的容积，一般取 2-2.5n ——充液箱相中最大压力和最小压力的比值一般取 0.7-0.75——工作缸的面积——活动行程由上面可知将K值和n值代入可得Q (4.3 5.5)AS，这里取Q=4.5AS；3由上面我们知道工作缸的直径 d=1250，活动行程S=190，所以Q=1m。4.2.6.2 充液箱的设计我们设计为圆筒式，初取 D=1200，则h=850；计算壁厚 ，由充液箱的最大压强取2bar即0.2MPa，用薄壁进行计算：PD2[ ]式中P是1.5倍的最大压强，D=1200，[]是许用应力，充液箱选用Q235的钢板焊接而成，安全系数取4，所以[]=58.755MPa，因此0.31200，取=3。2358.75砖压机各主要零件的详细设计及三维模型砖压机的三个都是用铸造的方法获得，零件成本 90%是由零件的设计决定。铸件的设计涉及四个方面的内容：a、压力铸造对零件形状结构的要求；b、压铸件的工艺性能；c、压铸件的尺寸精度及表面要求；d、压铸件分型面的确定。5.1 活动横梁的详细设计及三维模型的绘制5.1.1 活动横梁的总体设计活动横梁是砖压机的一个重要的运动部件，在运动中和套筒的摩擦很大，因此需要加导套，厚度可取10—20，这里取10，立柱导套做成对开式，这样方便装配与维修，每个导套高约11的活动横梁导向部分高度，这里约取1，高度80。活动4 3 4梁采用铸造工艺方法，由于《机械设计手册》铸造大壁厚可取 50，导向部分的高度烟台南山学院毕业设计第23页用套筒直径D=400和立柱导厚度10，导向套高度等于300，可以确定，活动梁柱孔D=420，立柱净间距为2400可以确定柱孔的水平距离L1=2820横梁，立柱纵向间距取200，只是立柱纵向孔间距L2=620，长=3420，宽b=1140，活动横梁的导向部分的度要大于活动横梁的活动行程的一半，取300。为了节省材料，形成一个箱体，在做十字加强筋，厚度100。从《机械设计手册》铸造的倒圆角，内部圆角取30，外部取25角。布置设计和铸造工艺的砂孔，砂孔边的应力最集中，砂孔一般布置在弯曲应力为零的中性层，虽然弯曲应力为零，但仍有较大的剪应力。砂孔半径R=100，设置在中性层，6个砂孔。5.1.2T 型槽的设计活动横梁下表面 T型槽的设计，T型槽是要固定模具。由《机械设计手册》表7-1可得取a=36，则b=60(允差+3)，c=25（允差+2），h=40，e=2，活动横梁上分布8个，具体位置与模具决定，三维图如图(5-1)所示。图5-1 活动横梁三维图烟台南山学院毕业设计第24页5.2 上横梁的详细设计和三维模型的绘制5.2.1 上横梁的总体设计大型铸件一般都要做成箱体的形式，由于上横梁受力比较大，为了保证梁强度和刚度，壁应该厚一些，上横梁我们设计成箱体形式，这里壁厚取 100。活动横梁左右的中心间距2820，前后的中心间距620，我们可以确定上横梁的长l=3330，宽(中间截面)b=1400，两边宽b1=1150，由《机械设计手册》箱体拐角处和连接处的倒圆角和《机械设计手册》铸件的设计，查得内部圆角都取50，外部取25。砂孔大小取直径D＝100,在中性面上，在上面两个面，总共4个，对称分布。5.2.2 立柱和上横梁的连接设计由立柱d=300，取其与柱孔接触部分的直径为 310，接触高度为120，上横梁与立柱的配合间隙原定为 H7，但在实际安装中，常常由于立柱垂直度公差（或向外n6偏离对角线方向），出现安装不进去的情况，所以对中小型液压机，应留有 1—2mm的间隙，这里取2mm，所以上横梁的立柱孔直径为312mm（接触部分），接触高度h=120，梁的立柱孔高度一般是立柱径的2.5—3.5倍，这里取等高梁，高度1400。由上下接触部分均为120,所以不接触部分为1140，由《JB-ZQ4169-97铸件设计规范》，不接触部分的直径要大于等于342我们取345，过渡处的倒圆角R=30。螺母与上横梁的接触地方加工出沉孔，沉孔的高度＝20，直径d＝470。套筒和上横梁接触的地方要做出凸台，凸台高度取20，内径310，外径420。5.2.3 活塞杆和上横梁的连接设计本设计采用油缸倒置的形式，活塞横杆与上横梁的连接形式的设计。活塞杆的直径 D＝1100,这里我们将采用螺栓连接，螺栓直接从上横梁充液箱的底部连到活塞杆。综上所述，和参照目前砖压机的结构形式设计，其上横梁的结构形式如图（5-2）所示。烟台南山学院毕业设计第25页图5-2 上横梁三维图5.3 下横梁（工作台）的详细设计和三维模型绘制下横梁的设计和上横梁的设计几乎相同，下横梁也采用箱体式，立柱孔的直径为310，配合精度为H7/h6，厚度为100，加强肋条的厚度为150，直接把上表面加厚取厚300，下表面直接穿透。下横梁的长度l=3565，宽b=1500，高h=1400，立柱孔的高度 h=900，与上横梁一样的结构形式，箱体内部放置螺母。四个地脚螺栓均布在横梁周围，对其进行固定，地脚螺栓取 M20，其它的参数和上横梁一样。立柱孔与立柱的接触部分长度 120，所以不接触部分的长度 660，具体给构形式如图 5-3所示。烟台南山学院毕业设计第26页图5-3 下横梁三维图5.4 立柱的详细设计和三维模型绘制5.4.1 立柱上螺纹设计我们采用的螺纹是锯齿螺纹，螺距P＝12，每个螺母的高度为180，由机《械设计手册》第2卷6-10中查得螺纹的退刀槽l=1.25p=15、螺纹的总长度395加上过度段的长度25。5.4.2 立柱上各段长度确定由上面我们知道上、下横梁与套筒的接触部分的直径d=310，高度h=100，过度部分的圆角R，都等于10。a段长420，b段和上横梁连接长度80，c段在上横梁内部不接触部分长度1190，g段与上横梁和套筒接触部分的长度160，f段上横梁到下横梁的长度去掉和套筒接触部分长度 1400，f 段下横梁和套筒接触部分的长度180，在下横梁内部不接触的部分长度740，h段是与下横梁接触的部分长度80，i段与a段一样也是420，立柱总长度4670，三维模型如图（5-4）所示。烟台南山学院毕业设计第27页图5-4 立柱三维图5.5套筒的详细设计和三维模型绘制由上面我们知道套筒的长度 1580，内径 310（接触部分），不接触部分内径320，外径 400，上下接触接触部分的高度为 100，上面