【正文】 ss。本文基于液壓機(jī)設(shè)計理論，依據(jù)已有液壓機(jī)結(jié)構(gòu)和設(shè)計經(jīng)驗，通過可行性分析，確定了20MN單臂矯直液壓機(jī)的結(jié)構(gòu)與技術(shù)參數(shù)，給出了本體結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。參考資料：機(jī)械工業(yè)出版社：機(jī)械工業(yè)出版社：天津人民出版社：機(jī)械工業(yè)出版社周 次1—4周5—8周9—12周13—16周17—18周應(yīng)完成的內(nèi)容收集資料,確定參數(shù)方案設(shè)計結(jié)構(gòu)分析,設(shè)計計算技術(shù)設(shè)計,撰寫說明書設(shè)計審核,答辯指導(dǎo)教師：系級教單位審批：說明：本任務(wù)書一式二份，教師、學(xué)生各執(zhí)一份。本壓機(jī)主要用于大型軸類、管類、板類件的矯直。主要設(shè)計內(nèi)容與目標(biāo)是：20MN矯直液壓機(jī)的結(jié)構(gòu)型式與結(jié)構(gòu)分析；20MN矯直液壓機(jī)的本體方案設(shè)計與技術(shù)設(shè)計；完成工程設(shè)計的綜合訓(xùn)練。摘 要鍛壓生產(chǎn)在國防工業(yè)和民用工業(yè)中占有極其重要的地位。在此基礎(chǔ)上，論文對液壓機(jī)上、下橫梁等關(guān)鍵部件的受力和變形進(jìn)行了材料力學(xué)分析，對其剛度和強(qiáng)度進(jìn)行了校核，以保證主要受力部件能夠滿足機(jī)器剛度和抗偏載能力的要求。 Noumenally configuration。單臂液壓機(jī)又稱“C”形液壓機(jī)，屬中小型壓機(jī)，機(jī)架為整體鑄鋼結(jié)構(gòu)或鋼板焊接結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，工作時可以從三個方向接近，操作方便?，F(xiàn)在單獨設(shè)計這種單臂矯直的液壓機(jī)的并不多見，所以鑒于我國的這種現(xiàn)狀，本課題選擇這一課題為科研對象，希望在這方面能夠彌補我國的這一缺陷?，F(xiàn)代重型鍛造液壓機(jī)的制造能力和水平是一個國家國力的象征。如在生產(chǎn)率、金屬材料利用率、產(chǎn)品的機(jī)械性能等重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)方面，均比機(jī)械加工，鑄造和焊接工藝占有優(yōu)勢。目前，計算機(jī)科學(xué)日新月異，人工智能理論逐步完善，這些新理論和新技術(shù)直接或間接的促進(jìn)了鍛造技術(shù)的發(fā)展。矯直技術(shù)較發(fā)達(dá)的國家，如前蘇聯(lián)、德國、日本和英國等，從四十年代起，生產(chǎn)的矯直設(shè)備就形成了系列產(chǎn)品，在矯直理論、工藝和設(shè)備的研究方面也做了大量的工作，并取得了一批較有影響的成果。矯直理論和技術(shù)的發(fā)展正趨向于在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面和傳動方式方面便于操作和維護(hù)，擴(kuò)大設(shè)備適用性、降低能量消耗、改善工作條件等方向發(fā)展。鍛件生產(chǎn)的最高目標(biāo)，應(yīng)是以最短的時間和最低的成本，得到最好質(zhì)量的產(chǎn)品。大都會報廢并退出歷史舞臺。隨著我國進(jìn)入WTO，世界性的經(jīng)濟(jì)發(fā)展推動了我國制造業(yè)的飛速進(jìn)步。在極少數(shù)大城市里有幾臺小型的用于修配德液壓機(jī)或小型鍛錘。國家建立了多所鍛壓工藝設(shè)備研究所，作了大量的研究開發(fā)工作。一些液壓機(jī)生產(chǎn)企業(yè)通過技術(shù)引進(jìn)或與國內(nèi)外同行業(yè)的合作，技術(shù)發(fā)展很快。和國外產(chǎn)品比較，我國的產(chǎn)品在質(zhì)量方面還存在以下不足：(1)在可靠性方面，故障率還比較大，主要集中在液壓系統(tǒng)方面， 多是因為液壓和電器元件的可靠性低引起的；(2)漏油問題在國產(chǎn)液壓機(jī)中較為普遍；(3)關(guān)鍵件的加工質(zhì)量還需提高；(4)在外觀和美學(xué)方面和國外公司的產(chǎn)品比較還有一定的差距。美國Wyman Gordon公司、俄羅斯BCMO公司、法國AD公司是世界上擁有模鍛液壓機(jī)公稱壓力最大、品種、數(shù)量最多的3個企業(yè)。特別是1934年以后，各國為了發(fā)展航天工業(yè)，研制了許多巨型液壓機(jī)，德國在二戰(zhàn)前就建造了3臺150MN液壓機(jī)和一臺300MN液壓機(jī)。俄羅斯重型鍛壓設(shè)備制造公司是生產(chǎn)鍛壓設(shè)備的主導(dǎo)公司，可生產(chǎn)800t、1250t、2000t、3150t、6300t等液壓機(jī)，其載重量為5~30t，負(fù)載力矩為118~785kN我國擁有10000t級大型液壓機(jī)數(shù)量已躍居世界第3位?，F(xiàn)在我國已能向國外提供成套的比較先進(jìn)的液壓機(jī)設(shè)備，支援第三世界和友好國家的工業(yè)建設(shè)。提高液壓機(jī)的工作效率，降低生產(chǎn)成本。微電子技術(shù)的高速發(fā)展為液壓機(jī)的自動化和智能化提供了充分的條件。標(biāo)準(zhǔn)化的元件為機(jī)器的維修帶來了方便。(8)采用各種有效的緩變裝置，以減少沖裁時的震動及噪音，擴(kuò)大液壓機(jī)的應(yīng)用范圍。、方法及措施(1)根據(jù)所給的主要參數(shù)，確定合理、可行的液壓機(jī)結(jié)構(gòu)型式(單臂三梁四柱組合機(jī)架)；(2)根據(jù)確定的液壓機(jī)的結(jié)構(gòu)型式來完成一些必要的強(qiáng)度、剛度(重點是剛度和整體工作性能)的性能分析；(3)最后整體完成液壓機(jī)本體結(jié)構(gòu)裝配圖的設(shè)計及重要零部件的零件圖的技術(shù)設(shè)計。其中，工藝要求是最主要的影響因素。從工作缸的數(shù)量來看，有單缸、三缸或多缸。單臂液壓機(jī)機(jī)架為整體鑄鋼結(jié)構(gòu)或鋼板焊接結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，工作時可以從三個方向接近工件，操作簡單方便。 (5)多板組合框架式 對于大型多向模鍛液壓機(jī)，其大噸位和對壓機(jī)剛度的更高要求使得本體結(jié)構(gòu)設(shè)計變得更加復(fù)雜。 單臂式液壓機(jī)優(yōu)缺點單臂式液壓機(jī)又稱“C”形液壓機(jī)，這種結(jié)構(gòu)最顯著的特點是機(jī)身為開式結(jié)構(gòu)，可以以三面接近工作區(qū)。此外，在一般簡單的單臂式液壓機(jī)設(shè)計中，滑塊大多沒有導(dǎo)軌，完全靠活塞與缸的導(dǎo)向面配合導(dǎo)向，因此機(jī)身變形后將使活塞承受相當(dāng)?shù)膹澢鷳?yīng)力。表21 20MN單臂校直液壓機(jī)技術(shù)參數(shù)Table 21 20MN press technical parameters參數(shù)名稱數(shù)值參數(shù)名稱數(shù)值公稱壓力20MN最大凈空距2500mm回程力喉深2000mm系統(tǒng)壓力20MPa壓頭尺寸30002000mm工作臺面尺寸40003500mm柱塞速度工作速度0—10 mm/s行程最大行程1200mm空行速度80 mm/s工作行程200mm回程速度120 mm/s(2)機(jī)架為拉桿預(yù)應(yīng)力組合結(jié)構(gòu)，四根拉桿通過上下螺母將上梁、支座和下梁連接組成一個剛性的空間結(jié)構(gòu)框架。 工作缸的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(一)液壓缸的型式及用途液壓缸部件通?？梢苑譃橹?、活塞式和差動柱塞式三種，一般根據(jù)液壓機(jī)總體結(jié)構(gòu)、缸的總壓力大小及工作條件的要求來選定。 多用于回程缸，該種結(jié)構(gòu)多一處密封，但當(dāng)回程缸裝于上橫梁上時，與活動橫梁的連接比較簡單。缸內(nèi)進(jìn)入高壓液體時,通過法藍(lán)與橫梁的接觸面將反作用力傳給橫梁，液壓缸本身則靠法藍(lán)上的一圈螺釘固定在橫梁上。缺點是壓機(jī)高度有較大增加，缸底與橫梁的接觸情況不易測量。單缸液壓機(jī)及三缸液壓機(jī)的中間工作缸多采用此種結(jié)構(gòu)，柱塞和橫梁孔的配合為。這種連接形式常用于多缸液壓機(jī)及三缸液壓機(jī)的側(cè)缸，～2倍，球面處應(yīng)注意保持良好的潤滑。使用時球面必須保持良好的潤滑，特別是上球面。(1)損壞的部位及特點液壓缸損壞的部位多數(shù)在法藍(lán)與缸壁連接的圓弧部分,其次在缸壁向缸底過渡的圓弧部分,少數(shù)在圓筒筒壁產(chǎn)生裂紋,也有因氣蝕嚴(yán)重而破壞的。首先在內(nèi)部過渡圓角處開始出現(xiàn)環(huán)向裂紋，逐漸向外壁擴(kuò)展乃至裂透。更換新缸時，增大了法藍(lán)高度，減小法藍(lán)外徑，使用多年未壞。在結(jié)構(gòu)允許而有可能加工的情況下，過渡區(qū)應(yīng)盡可能光滑，圓弧半徑應(yīng)盡可能增大。特別是缸底過渡圓弧，加工比較困難，更應(yīng)注意。并且一定要對焊縫附近熱影響區(qū)采取相應(yīng)措施，以消除焊接過程中的熱應(yīng)力和不利的結(jié)晶組織，在采用補焊時也要進(jìn)行同樣處理。由于缸體法藍(lán)與橫梁連接螺釘經(jīng)常松動，如不及時擰緊，會引起缸體竄動和撞擊，使橫梁接觸面不斷壓陷，形成局部接觸。所以本液壓機(jī)工作缸要承受20MPa的高壓，其結(jié)構(gòu)采用碳鋼鍛成，缸體材料為35鋼。工作缸結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計如下柱塞直徑按下式確定 (21)式中P—缸的名義總公稱壓力(MN)p—液體的工作壓力()根據(jù)式(21)計算得，圓整后取標(biāo)準(zhǔn)值D=820mm，此時兩缸同時工作實際能產(chǎn)生的最大總壓力 (22)由式(22)得。液壓缸按受力情況可以分成三部分，即缸底、法蘭和中間厚壁圓筒。(2)缸底部分缸底進(jìn)水孔直徑 ，圓整取。 回程缸的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計本課題中初設(shè)計有四個回程缸，回程壓力均等分配。缸體尺寸：缸壁厚度，法蘭厚度，法蘭外半徑 ，取，(1)筒壁部分最大應(yīng)力點在缸筒內(nèi)壁，按下面公式計算的當(dāng)量應(yīng)力為安全系數(shù)為 ， 安全。其中 代入式(25)得 ，安全。上橫梁直接與拉桿、工作缸相連，梁體結(jié)構(gòu)和受力狀態(tài)都很復(fù)雜。圖22是本臺液壓機(jī)的上橫梁的結(jié)構(gòu)簡圖。上橫梁梁體的寬度與工藝要去有關(guān)，也與壓機(jī)工作缸、拉桿占據(jù)的空間有關(guān)。由于上梁變形和吊缸螺釘?shù)乃蓜赢a(chǎn)生缸的上下竄動，而使上橫梁與工作缸法蘭的支撐接觸面出現(xiàn)壓陷現(xiàn)象，破壞了接觸精度，形成了沿圓周方向不均勻局部接觸，局部支撐反力過大，導(dǎo)致缸的早期破壞，因此使用時應(yīng)注意經(jīng)常擰緊松脫的螺母。圖23 上梁的計算模型及彎矩剪力圖 Calculating model and shear and moment diagram of upper beam(1)受力簡圖由已知得 (2)由圖23可知：，(3)慣性矩計算由于梁簡化為懸臂梁，所以在拉桿中心截面處為危險截面，這在圖23中也可以表現(xiàn)出來。(4)最大應(yīng)力值，安全。對于下橫梁，其設(shè)計原則與上橫梁相同，是在滿足相連部位最小幾何尺寸要求和工藝要求的條件下，盡可能縮短其縱向、橫向尺寸，這是有效提高下梁的剛度、強(qiáng)度和減輕梁的重量應(yīng)首先把握的主要原則。(1)受力簡圖受均布載荷作用 圖26 下橫梁結(jié)構(gòu)圖 Lower beam structure(2)由圖可知： (3)慣性矩計算由于下橫梁簡化成簡支梁，所以危險截面在中間截面，故主要校核中間截面的強(qiáng)度。(5)中心點撓度 (214)式中 E—下橫梁的彈性模量，J—下橫梁的慣性矩，代入式(214)得 撓度如圖29所示(6)相對撓度 ， 比允許值小，剛度好，安全。這種結(jié)構(gòu)對拉桿而言，雖然在未承載時和承載時均有較高的應(yīng)力，但應(yīng)力波動幅度小，另外拉桿的截面形狀沒有急劇變化。圖210是拉桿變形情況簡圖。圖211中(a)、(b)是預(yù)緊后拉桿的力—變形圖，圖中(c)是把(a)、(b)兩圖綜合在一起，圖中(d)表示預(yù)緊后和工作時的情況。大拉桿計算模型如圖312所示圖212 大拉桿的計算模型 Calculating model of large pull rod由圖212可知 ， 取材料為40，許用應(yīng)力為，取 小拉桿的計算模型如圖213所示。組合式螺母結(jié)構(gòu)其部頒標(biāo)準(zhǔn)為JB207775，內(nèi)螺母及外螺母等高。螺紋均采用45176。(1)靜載合成應(yīng)力拉桿應(yīng)力主要由軸向力引起的純拉應(yīng)力與彎矩引起的彎曲應(yīng)力組成，其合成應(yīng)力為： (225)其中 —拉桿所受最大軸向拉力(N)；—拉桿所受最大彎矩(N由于拉桿的疲勞斷裂大都發(fā)生在從根部的光滑部分到螺紋部分的截面變化過渡區(qū)，因此可以以拉桿根部靜載合成應(yīng)力為基礎(chǔ)，并考慮過渡區(qū)的應(yīng)力集中，即 (226)式中 K—有效應(yīng)力集中系數(shù)，K= q—對應(yīng)力集中的敏感系數(shù)，與材料性能有關(guān)，據(jù)經(jīng)驗可??； —彈性狀態(tài)下理論應(yīng)力集中系數(shù)，與截面過渡區(qū)的形狀有關(guān)。普通結(jié)構(gòu)型式的鍛造液壓機(jī)由于重心高，在卸壓釋放能量時，以及偏心鍛造時，都會引起機(jī)架的晃動，并會使四根拉桿受力不均勻，以致個別拉桿受載過大，甚至斷裂。(1)加熱預(yù)緊 是最常用的方法，為此拉桿端部應(yīng)鉆有加熱孔。而一般的液壓機(jī)在安裝時，是以內(nèi)螺母為基準(zhǔn)調(diào)整上橫梁的水平度，而超壓預(yù)緊時,則以外螺母為基準(zhǔn)轉(zhuǎn)動內(nèi)螺母,破壞了安裝基準(zhǔn)面。使用過程中還必須經(jīng)常檢查，發(fā)現(xiàn)螺母松動要隨時擰緊。它們都是用來防止高壓液體的泄漏，如其質(zhì)量不好，會直接影響生產(chǎn)，因此，對密封裝置的基本要求是：密封性能好，能隨著液壓的增加自動提高密封性能；摩擦阻力小，耐磨，壽命長；使用維修簡單，易于安裝拆換；制造容易；成本低。為了提高密封強(qiáng)度，在水壓機(jī)中多采用夾布橡膠。但具有水溶性，耐熱性也較差。C，但彈性差，低壓時自封性不好，價格較貴。(1) 密封本液壓機(jī)的工作缸、回程缸和柱塞之間采用夾布橡膠V型密封圈，V型密封圈為一種唇形密封圈，是使用最早使用最多的成型填料之一。 V形密封圈有下列特點： 1)密封性能良好； 2)允許一定的偏心載荷、和偏心運動； 3)可以多圈重疊使用，并通過調(diào)節(jié)壓緊力來獲得最大密封效果； 4)耐沖擊壓力和振動壓力； 5)當(dāng)填料不能從軸向裝入時，可以開切口使用，只要安裝時將切口互相錯開，不影響密封效果。 本章小結(jié)本章介紹了20MN單臂校直液壓機(jī)的優(yōu)缺點，給出了液壓機(jī)本體結(jié)構(gòu)的基本方案，并對液壓機(jī)的關(guān)鍵部件進(jìn)行了設(shè)計計算，即工作缸、回程缸結(jié)構(gòu)設(shè)計方案、上下橫梁的結(jié)構(gòu)方案和拉桿結(jié)構(gòu)方案的確定，并分別給出了工作缸底法蘭和回程缸底法蘭連接螺栓的選擇方案，并對工作缸、回程缸、上下橫梁的強(qiáng)度和剛度進(jìn)行了校核，并單獨介紹了液壓缸的密封裝置。液壓機(jī)的設(shè)計、制造與工業(yè)應(yīng)用在一定意義上是一個國家制造業(yè)綜合能力的體現(xiàn)。參考文獻(xiàn)1 ：機(jī)械工業(yè)出版社，1982：8102 李貴閃，何曉燕，. 鍛壓技術(shù)，2005，(5)3 4 ：機(jī)械工業(yè)出版社，5 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