【正文】 目名稱 2MN鐓鍛液壓機(jī)本體設(shè)計(jì) 題目性質(zhì) ： 工程設(shè)計(jì) （ √ ）；工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究型 （ ）； 理論研究型 （ ）；計(jì)算機(jī)軟件型 （ ）；綜合型 （ ） （ ）； （ ）； （ ） 題目類型 （ √ ） （ ） 題目來源 科研 課題 （ ） 生產(chǎn)實(shí)際 （ ） 自選 題目 （ √ ） 主 要 內(nèi) 容 完成鐓鍛液壓機(jī)本體設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括總體方案的分析和設(shè)計(jì)，各部件的設(shè)計(jì)選取，總機(jī)體的裝配等，并且進(jìn)行了強(qiáng)度校核。鐓鍛機(jī)已經(jīng)被列為我國鍛壓行業(yè)發(fā)展的一種重點(diǎn)需求設(shè)備。我國的鐓鍛機(jī)水平也取得了很大程度的發(fā)展。自動冷鐓機(jī)按機(jī)械傳動系統(tǒng)不同可以分為曲柄式自動冷鐓機(jī)和曲柄扛桿式自動冷鐓機(jī)，其中前者是最廣泛的應(yīng)用形式。 我國的熱鐓機(jī)自動化程度較低，主要用于多品種、小批量生產(chǎn)。其中夾鉗機(jī)械手采用 3 點(diǎn)或 4 點(diǎn)夾緊，夾鉗機(jī)械手的開、閉及往返是通過雙凸輪機(jī)構(gòu)控制。 （ 3）電熱鐓機(jī) 電熱鐓機(jī)主要用來進(jìn)行①料、管料的端部鐓粗，比如氣閥、螺釘?shù)裙ぜ?的加工；②中部鐓粗，比如用于汽車、拖拉機(jī)的變速桿、自行車腳踏板等零件的中部鐓粗；③陰模鐓粗。這些新發(fā)展都會使電鐓機(jī)的性能得到提高，得到更廣泛的應(yīng)用 。 如 ： 板材成形； 管、線、型材擠壓； 第 1章 緒論 3 輪軸壓制，校直等等。 人們對 鍛件的尺寸精度 和生產(chǎn)效率提出了越來越高的要求，因而對液壓機(jī)的鍛造速度和壓下精度 的要求也隨之提高 。 鐓鍛液壓機(jī)具有可實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速，制造成本低，工藝效果良好等優(yōu)點(diǎn)，可以產(chǎn)生優(yōu)異的 經(jīng)濟(jì)效益。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 第 2章 液壓缸的設(shè)計(jì) 與校核 2MN 液壓鐓鍛機(jī)本體設(shè)計(jì) 技術(shù)參數(shù) 鐓鍛力 P1： 2 MN 夾緊力 P2： 2 MN 介質(zhì)壓力 p： MPa 鐓鍛工作行程 S1： 350 mm 夾緊工作行程 S2： 200 mm 工作速度 V： 60 mm/s 回程力 P： 回程速度 v： 100 mm/s 坯料直徑 D： 60mm 液壓缸設(shè)計(jì)概述 液壓缸是液壓機(jī)中將高壓液體的壓力勢能轉(zhuǎn)換為有用機(jī)械功的主要執(zhí)行元件，主要完成直線往復(fù)運(yùn)動，所受負(fù)荷重，工作頻繁，往往由于設(shè)計(jì)、制造或使用不當(dāng)，過早損壞。 （ 1）柱塞式液壓缸 此機(jī)構(gòu)在水壓機(jī)中應(yīng)用最多，廣泛用于主工作缸，回程缸，工作臺移動缸及平衡缸等處。由于柱塞有上、下兩處導(dǎo)向，可以承受較大的偏心距。 1. 圓 筒筒壁 一般裂紋首先出現(xiàn)在內(nèi)壁，逐漸向外發(fā)展，裂紋多方位縱向分布，或與缸壁母線成 45176。 損 壞 的原因 影響液壓缸壽命的因素是多方面的，必須結(jié)合具體情況分 析，但歸納起來主要有以下幾個方面： 結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)的不合理，如法蘭高度太小或法蘭外徑過大，使綜合應(yīng)力過高而損壞。 由于法蘭基缸底圓弧過渡區(qū)有應(yīng)力集中，如加工光潔度很差，有明顯刀痕，會對應(yīng)力集中很敏感，降低疲勞強(qiáng)度。 液壓缸法蘭與橫梁接觸面應(yīng)要求 80%以上的面積接觸，即在累計(jì) 4/5 圓周長度上間隙不大于 。本液壓缸采用 45鋼。 液壓缸以法蘭支承并安裝在橫梁上由缸外壁的兩個環(huán)形面積與橫梁相配合。 考慮到安裝要求和強(qiáng)度需求，鐓鍛液壓缸采用法蘭固定方式， 以其法蘭部分支承并固定在梁下表面，由法蘭的環(huán)形上表面與梁配合。通過缸壁傳到法蘭部分，靠法蘭與橫梁支撐面上的支撐反力來平衡。這里使用簡化計(jì)算法進(jìn)行理論力學(xué)粗略強(qiáng)調(diào)校核。 ????? ???M P )1 4 0 (102)(102262122????????rrP HZ ??燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 所以法蘭部分經(jīng)校核是安全的。 工作流量 2trP ???? ??? ??? ?Z 第 2章 液壓缸的設(shè)計(jì)與校核 15 m / s/m)10410(410604q332332?????????? ?? ?? DVVS 管內(nèi)流速 V0 =管徑 30??????? ?V? 油口直徑取 50mm 油口型式選 GB/T 2878 A 型油口。對密封的基本要求是：密封性能好，能隨著液體壓力增高自動提高密封性能，摩擦阻力小，磨損小，壽命長，使用維修方便，易拆換，成本低，制造容易。人字形密封的具體尺寸可查標(biāo)準(zhǔn) HG433766。導(dǎo)套的長度與工作柱塞直徑比值 H/d 一般為 ，小值用于大型液壓機(jī)。 壓蓋 壓蓋選 壓蓋選 活塞桿 活塞桿一般用鍛鋼或鑄鋼制成，也有分段鍛造或鑄造后再用電渣焊接而成。 鐓鍛液壓缸的活塞桿采用的材料的是 Q235。使用時球面保持良好的潤滑。 有經(jīng)驗(yàn)公式得： a154mm/154][ 2ss MPN ???? ησσ 52122212221 10)1(RR PRr ??? RRσ 52122212221t 10)1( ???? RRRR PRσ 5212221z 10??? RR PRσ 式中 P為介質(zhì)壓力 R為所求應(yīng)力點(diǎn)位置的半徑 R1為缸內(nèi)半徑 R2為缸外半徑 強(qiáng)度核算時，應(yīng)力第四強(qiáng)度理論 第 2章 液壓缸的設(shè)計(jì)與校核 19 212z2t2tz ][(21 ）σ（ σ）σ（ σ）σσσ ττ ??? 最大合成當(dāng)量應(yīng)力發(fā)生在缸內(nèi)壁， 5212222m a x 103 ??? PRR Rσ σ max應(yīng)該小于許用應(yīng)力 [σ ] ][103 5212222 σ??? PRR R 現(xiàn)已知缸的內(nèi)半徑 R1以及 [σ ]，由上式導(dǎo)出計(jì)算液壓缸外半徑 R2的公式 512 103][][ ?? PRR σ σ 將數(shù)值 R1=145mm [σ ]=154Mpa P= 代入上式 R2= 考慮到整個缸體結(jié)構(gòu)尺寸及其安裝，取 R2=205mm 故 夾 緊 缸壁厚 δ =R2R1=60mm 缸體法蘭的尺寸 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 外半 徑 r4的確定 查《機(jī)械手冊》 σ y=(FH／ An) 104≤ [σ y] 其中 FH——該缸能發(fā)出的最大能量 An——法蘭接觸橫梁面積 [σ y]——許用應(yīng)力 FH=2MN 由公式得到： {2／ [π (r42222)]} 104≤ 80 計(jì)算得到： r4≥ 考慮到法蘭的安裝，及其穩(wěn)定性，可靠性等因素取 r4=280mm 法蘭高度 h 一般有 H=(:2)δ , 其中 δ =60mm 故 h=90:120mm 第 2章 液壓缸的設(shè)計(jì)與校核 21 取 h=105mm 過渡圓角 一般有 R=(:)δ 有 R=9:15mm 故 R=15mm 缸底部件的設(shè)計(jì)及計(jì)算 由經(jīng)驗(yàn)公式知： t=（ ）δ 所以缸底厚度 t取 t=120mm 夾緊 缸強(qiáng)度的校核 總體受力分析 液壓缸的一般形式是一端開口一端封閉的后壁高壓容器。 中端圓筒部分 液壓缸內(nèi)徑 r 內(nèi) =145mm，液壓缸外徑 r 外 =205mm 所產(chǎn)生當(dāng)量應(yīng)力 Pr ??? 222 rr3 外內(nèi)外? 帶入數(shù)據(jù)求得 31. 5205145205 3 222 ???? ? 因?yàn)樵S用應(yīng)力 [σ ]=140MPa, 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 所以 σ [σ ] 所以經(jīng)過校核，缸壁部分是安全的。 )(21 243 Rrrr ????)(21 215 rrr ???145205l)145205()145205()(6rln)()()(64324 312212???????????????nrrrrr 內(nèi)外?? ?mm1 75)(21mm2 5021r215243?????????rrrRrr 第 2章 液壓缸的設(shè)計(jì)與校核 23 法蘭外半徑為 560mm 所以得到 P平均半徑為 r5 的圓周上的單位長度上的軸向力 h1 為板厚， P=2MN/m. h1=60mm 代入上式得到 M=根據(jù) 板的圓柱面彎 曲公式在法蘭 與缸體圓筒連 接處表面由彎 矩產(chǎn)生的軸向應(yīng)力為： 由軸向力引起的軸向拉應(yīng)力為： 總的軸向拉應(yīng)力為 所以法蘭部分經(jīng)校核是安全的。最大彎曲應(yīng)力發(fā)生在圓板的周邊，根據(jù)第三強(qiáng)度理論，最大當(dāng)量應(yīng)力為 圖 33 缸底部分簡圖 其中 P為缸內(nèi)液體壓力， r1為缸的內(nèi)半徑 為 t 缸低厚度。 經(jīng)過校核，液壓缸的強(qiáng)度符合要求。 在工作缸與柱塞之間，我國目前采用的是夾布人字形密封，由支撐環(huán)、人字形密封圈及壓環(huán)組成。剖口切去一段使用。導(dǎo)套與液壓缸內(nèi)壁的配合在柱塞直徑小于 500mm 時為 D/gc，大于 500mm 時為 D/db，與柱塞 的配合為 44/dcD 。 活塞桿在導(dǎo)向銅套中作往復(fù)運(yùn)動，偏心載荷時還會發(fā)生傾斜，因此要求其表面必須具有足夠的硬度及小的粗糙度 ，以免過早磨損，或因表面拉毛，拉成溝槽而導(dǎo)致?lián)p壞。 工作缸和活動橫梁的連接形式有三種，即剛性連接、球面支撐連接和雙球面中間桿連接。由于立柱式機(jī)架是一個多次超靜定的空間框架，解題過程十分復(fù)雜。 [σ ] —— 立柱材料許用拉伸應(yīng)力，對 45 鋼， [σ ]可取為 5080MPa。 、下橫梁的高度； 初選方法： 上梁：（ 3～ ）立柱直徑 下梁：（ ～ 4）立柱直徑 活動橫梁：（ 3～ 4）立柱直徑 上梁的高度： 100mm=350mm 下梁的高度： 4 100mm=400mm 活動橫梁高度： 4 100mm=400mm 橫梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 橫梁包括上橫梁、下橫梁（或稱工作臺）和活動橫梁（或稱滑塊）。為防止橫梁構(gòu)付變形，不論采用鑄造結(jié)構(gòu)或焊接結(jié)構(gòu)都必需進(jìn)行熱處理，以消除其內(nèi)應(yīng)力。采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)的橫梁構(gòu)件，應(yīng)注意不要將焊接點(diǎn)設(shè)在受力較大處，焊縫宜對稱布置，焊接時應(yīng)防止構(gòu)件變形，嚴(yán)格控制焊縫質(zhì)量。對于鑄造結(jié)構(gòu)的上橫粱，在中小型液壓機(jī)中也可將主缸與上橫梁鑄戍一體，這種結(jié)構(gòu)簡單，但加工較復(fù)雜。出砂孔通常布置在梁的中性層上，雖然彎曲應(yīng)力為零，但仍存在較大的剪應(yīng)力。 具體要求如下： （ 1）安裝主軸缸孔的軸線與油缸臺肩貼合平面不垂直度允許公差應(yīng)小于等于 ； （ 2）調(diào)節(jié)螺母接觸平面與油缸臺肩貼合平面的不平行度允許公差應(yīng)小于等于 ； （ 3）鎖緊螺母接觸面與調(diào)節(jié)螺母接觸面（立柱穿過孔的上平面與下平面）間不平度允許公差應(yīng)小于等于 ； （ 4）油缸鎖緊螺母平面與油缸臺肩貼合平面間不平度允許公差應(yīng)小于等于 ； （ 5）與油缸外圓配合公差為 H7/f7； （ 6）立柱孔尺寸一般比立柱插入端直徑大 1～ 2mm。 第 3章 鐓鍛液壓缸輪廓尺寸設(shè)計(jì) 33 3）計(jì)算中間截面最大彎矩 Mmax=F/2(b/2D/Π ) =1 106（ 100/225/） = 106 N 最大壓應(yīng)力為 σ y = Mmaxh1 / Jz 第 3章 鐓鍛液壓缸輪廓尺寸設(shè)計(jì) 35 = 42 106 247。 1m = mm/m ＜ 比允許值小，剛度較好，強(qiáng)度也安全?；顒訖M梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮導(dǎo)向問題，為保證具有足夠的導(dǎo)向精度，一般導(dǎo)向部分高度不應(yīng)小于活塞行程的二分之一。 (360 103) = 106 N 代入數(shù)值 Mmax = 2 106247。 247。 下橫梁所產(chǎn)生的最大撓度 GA。 12+1