【正文】 實現(xiàn)加載，液壓系統(tǒng)地執(zhí) 行元件為單作用活塞缸，能源裝置為液壓泵站。 fRmfF z K F? 或 fK39。 下邊的螺栓被放松，使螺栓的預(yù)緊力減小。 178121 4 4 9 2 . 3 0 . 2 2 9 6 . 5 1 4 5 5 1 . 6MCF F F F FCCN? ? ? ? ?? ? ? ? 式中： Fi—— 第 i個螺栓受的總拉力， N； 查表得： C1/C1+C2=。 同理，當(dāng)螺栓的個數(shù)從 4~14 增加時，各螺栓所受的總的工作拉力 F。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 31 工作載荷變化時螺栓的力與應(yīng)變 當(dāng)工作載荷在 0 ~ 4830N 之間變化時 ，螺栓 8 所受的總拉力及應(yīng)變計算步驟同上述，可計算的總拉力及應(yīng)變?nèi)缦卤恚? 表一 工作載荷變化時螺栓的力與應(yīng)變 外載荷 力 F(N) 應(yīng)變 ? （ 610? ） 500 1000 1500 2021 2500 3000 3500 4000 4500 4830 F 1455 1461 1467 1472 1478 14848 1490 1496 15026 1506 ? 6 力 —— 應(yīng)變線圖為： ? （ 106） 外載荷 圖 —— 應(yīng)變線圖為：（坐標(biāo)圖 1） 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 32 螺栓個數(shù)變化時受力最大螺栓的力 — 應(yīng)變計算 1. 當(dāng)只有 4個螺栓時， 橫向力 FR=， 力矩 M=893698Nmm， 預(yù)緊力 F’ =。 1 m a x121 4 4 9 2 . 3 0 . 2 2 8 6 4 . 4 1 5 0 6 5 . 2CF F FCCN?? ?? ? ? ? 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 27 液壓系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)的確定 初選 本系統(tǒng)的工作壓力為 P=，活塞的運(yùn)動速度可以調(diào)節(jié)，系統(tǒng)工作時無桿腔回油，有桿腔進(jìn)油，退回時無桿腔進(jìn)油，其缸筒內(nèi)徑、無桿腔面積和有桿腔面積計算如下： 1. 有桿腔活塞有效面積 A2 當(dāng)受最大推力， F=, 根據(jù)平衡條件有 2P A F?? ? ? 即 ： 2 FA P?? 式中： η —— 油缸的機(jī)械效率， η = 則： 22 64 8 3 0 . 8 8 0 7 . 20 . 9 5 6 . 3 1 0FA m mP ?? ? ??? 2. 缸筒內(nèi)徑 D 對有桿腔面積而言，有： ? ?222 4DdA ? ?? 查《機(jī)械設(shè)計手冊》得，當(dāng)工作壓力 P≤ 10MPa 時，速比取 ?? 則有： ? ?2212 22448 0 7 .24DDAA Dd??? ?? ? ?? 得： D= 根據(jù)液壓缸內(nèi)徑系列（ GB/T234880），取 D=40mm。根據(jù)第四強(qiáng)度理論及對大量螺栓擰緊的統(tǒng)計分析可證明，其復(fù)合應(yīng)力σ ca 的計算只需將拉伸應(yīng)力σ加大 30%，其強(qiáng)度條件為： ? ?? ? ??? 即： ? ?39。 確定螺栓的主要參數(shù) 確定螺栓的基本數(shù)據(jù) 常用的螺栓材料有 Q21 2Q3 35和 45鋼，本設(shè)計中螺栓無特殊用途，根據(jù)工作條件，選擇常用材料 45 鋼。 4. 確定控制方式 控制方式從不同的角度來分，可有手動、機(jī)動、氣動、電動、液動、電液動等；也可分為壓力控制、形成控制；還可分為內(nèi)控制和外控制等；選用那種方式，應(yīng)視系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)、功率范圍、精度要求、自動化程度、能源形勢、使用的場合以及機(jī)器使用的頻率程度和利用率等因素而定，本設(shè)計采用電液動結(jié)合的控制方式。在明確了液壓系統(tǒng)要完成的任務(wù)和要求的基礎(chǔ)上，粗略的計算一下系統(tǒng)的輸出功率，便可以確定液壓系統(tǒng)的基本形式，包括以下幾個具體內(nèi)容： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 22 1. 選用開式系統(tǒng)或是閉式系統(tǒng) 通常對于固定是機(jī)械總是采用開式系統(tǒng)，及系 統(tǒng)中包含一個主油箱，作為油液循環(huán)的開口環(huán)節(jié)，有利于油液的冷卻和凈化，但不夠緊湊，考慮到實際情況，本設(shè)計系統(tǒng)采用開式系統(tǒng)。 （ 2） 液壓系統(tǒng)必須完成那些動作，其先后順序以及彼此之間的連鎖關(guān)系； （ 3） 液壓驅(qū)動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動形式及運(yùn)動速度； （ 4） 對調(diào)速、調(diào)壓范圍，運(yùn)動平穩(wěn)性，轉(zhuǎn)換 精度等性能方面的要求； （ 5） 各種動作機(jī)構(gòu)的載荷大小及其性質(zhì)； （ 6） 實現(xiàn)自動化控制的程序，操作可靠的要求； （ 7） 對防塵、防凍、噪聲、安全可靠的要求； （ 8） 對效率等方面的要求； 綜上所述，在設(shè)計液壓系統(tǒng)時，主要針對以下幾點基本要求： （ 1） 對于液壓缸而言，其完成得使直線往復(fù)運(yùn)動，所以選擇普通的活塞液壓缸進(jìn)行加載。通?？傄亚昂蟛襟E需統(tǒng)籌兼顧，不斷的刪改和審閱。以上部分均借鑒內(nèi)蒙古科技大學(xué)機(jī)械實驗室同類設(shè)計部件。而液壓加載裝置則相反，它結(jié)構(gòu)簡單緊湊，其主要優(yōu)點有以下： 液壓加載裝置的體積較小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊； 液壓加載裝置的傳動比較穩(wěn)，主要表現(xiàn)在重量輕、慣小 ,反應(yīng)快，易于實內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 17 現(xiàn)快速啟動、制動和頻繁的換向液壓系統(tǒng)操作方便簡單，使用壽命長； （ 1） 液壓系統(tǒng)傳動簡單，加載精確，試驗誤差??； （ 2） 多數(shù)液壓系統(tǒng)元件已實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化； （ 2） 液壓系統(tǒng)的設(shè)計制造和維修也較為方便簡單； 但液壓系統(tǒng)也有其缺點：一般的液壓元件的造價都比較貴。選擇臺式結(jié)構(gòu)主要原因有： ㈠從對加載裝置的分析，本實驗臺采用的是液壓加載系統(tǒng)，如果實驗臺的底座設(shè)計的較低，在整臺試驗機(jī)在無別的支撐時，會造成操作面過低，帶來操作上的不方便；若降低底座設(shè)計的高，則會造成材料的浪費，制造成本的增加，致使其經(jīng)濟(jì)性較差。因為各螺栓的拉伸剛度相同，所以左、右兩側(cè)螺栓的工作載荷 Fi與這個距離成正比。由于各螺栓所受預(yù)緊力相同，則各螺栓連接處產(chǎn)生的摩擦力均相等。假設(shè)各螺栓所需要的預(yù)緊力為 F’ ，螺栓數(shù)目為，則其平衡條件為： 39。下面正對典型的受載荷情況分別加以討論。設(shè)計時，一般按靜載荷確定其直徑 ，然后校核其強(qiáng)度。 θmθbF39。39。21162d)t g (F39。在承受工作載荷之前，螺栓不受力。布置螺栓時。下面介紹的是螺栓組聯(lián)接的設(shè)計和計算。最后計算機(jī)自動生成螺栓組的變形受力圖。將計算機(jī)引入到實驗課中，通過計算機(jī)將新的數(shù)據(jù)分析方法和圖形與實際操作結(jié)合起內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 4 來，更有利于學(xué)生的分析思維，同時學(xué)生也學(xué)到和掌握了計算機(jī)技術(shù)。這樣實現(xiàn)了四種基本載荷的施加。綜合眾多聯(lián)接要求，設(shè)計出該“多功能螺栓組實驗臺”，實現(xiàn)了加載方式的多樣性以及實驗測試的多樣性。 在設(shè)計開始指出，我翻閱了大量相關(guān)的資料，在實驗室進(jìn)行了實際觀察，對試驗臺的整體構(gòu)造以及實驗臺的 控制形勢有了一個初步的輪廓。 本設(shè)計介紹了試驗臺的系統(tǒng)設(shè)計，工作原理及主要技術(shù)指標(biāo)，該實驗臺具有測試可靠、制造容易、維護(hù)方便的優(yōu)點。 因此在設(shè)計時就要根據(jù)不同目的而提出不同的要求。左側(cè)液壓缸帶動加載頭左右移動，實現(xiàn)扭矩載荷 的施加（ D）。學(xué)生只需對各種參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，并點擊相應(yīng)的按鈕，就能完成該實驗，并且借助于各種圖形和動畫演示能讓學(xué)生對所學(xué)知識的理解和認(rèn)識進(jìn)一步加深。實驗者根據(jù)需要選擇相應(yīng)的載荷形式，并且輸入對應(yīng)載荷的大小，即完成載荷的施加過程，如需改變以上數(shù)據(jù)，只需重復(fù)以上工作即可。 螺栓組聯(lián)接的 結(jié)構(gòu)設(shè)計及受力分析 大多數(shù)機(jī)器的螺紋聯(lián)接件都是成組使用的，其中以螺栓組聯(lián)接最具有典型性，它們與被連接件構(gòu)成螺栓組聯(lián)接。 螺栓的排列應(yīng)有合理的間距、邊距。 綜合考慮以上幾個方面，確定出本螺栓組實驗臺的布置形式主要做成以下形式，如圖 所示： 圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 7 . 單個螺 栓連接的強(qiáng)度計算 . 松螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計算 對于松螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計算，在裝配時，螺母不需要擰緊。d? 螺栓危險截面的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 8 2131 439。 39。0ta nta nbbbmmmFCFCF F FF F FF F F F F????????? ? ?? ? ?? ? ? ? ? Cb、 Cm分別表示螺栓和被聯(lián)接件的剛度，且為定值。 （ 2） 受軸向變載荷螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計算 對于受軸向變載荷的重要連接（如汽缸反復(fù)進(jìn)氣排氣），其螺栓所受工作載荷如下圖所示在之 0~F 間變化，因而螺栓所受的總拉力在 F‘ ~F 之間變化。分析時，通常作一下假設(shè)： ① 被聯(lián)接件為剛體，受載后連接接合面仍保持平面； ② 螺栓組中各螺栓的拉伸強(qiáng)剛度或剪 切剛度（即螺栓的各材料、直徑、長度）和預(yù)內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 12 緊力大小相同； ③ 螺栓工作在彈性范圍內(nèi)； 而且，螺栓組的對成中心與連接接合面的形心重合；承載后結(jié)合面仍保持為平面。在橫向載荷 F的作用下，各螺栓所承受的工作載荷是均等的，因此，對于普通螺栓聯(lián)接應(yīng)保證連接預(yù)緊后，結(jié)合面所產(chǎn)生的最大摩擦力必須大于或等于橫向載荷。T受轉(zhuǎn)矩的螺栓組聯(lián)接的簡化圖 圖 采用受拉的普通螺栓聯(lián)接時，靠連接預(yù)緊后的在結(jié)合面間產(chǎn)生的摩擦力矩來抵抗轉(zhuǎn)矩 T。即在此翻轉(zhuǎn)力矩 M 的作用下，引起左、右兩側(cè)各螺栓產(chǎn)生工作載荷 Fi，其對 OO 軸線力矩之和必與此翻轉(zhuǎn)力矩 M 相平衡，則： 1 1 2 2F L F L F zL z M? ? ? ? (a) 根據(jù)螺栓變形協(xié)調(diào)條件，各螺栓的拉伸變形量與其軸線到螺栓組對稱軸線 OO 的距離成正比。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 16 第三章 螺栓組實驗臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計 實驗 機(jī)的型式 一般情況下，多功能螺栓組實驗臺有臺式和立式之分，本次設(shè)計參考的是臺式?？v觀兩種加載方式的優(yōu)缺點，本設(shè)計采用液壓加載方式，機(jī)械加載的優(yōu)點是加載裝置的制造成本低；缺點是使結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，從而造成的誤差也較大。 對于被連接，主要有以下部分組成：框架部分，見圖 ；托架，見圖 。由于具體條件的不同，系統(tǒng)的設(shè)計步驟也不是固定不變的。 由于在第三章中比較了液壓加載和機(jī)械加載的優(yōu)缺點，從而確定選擇了液壓加載方式，內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 21 在本設(shè)計的實驗機(jī)中，對系統(tǒng)主要有以下幾點要求： （ 1） 主機(jī)的概況：用途、性能、工藝流程、作業(yè)環(huán)境、總體布局等 。 如上節(jié)所述，液壓傳動系統(tǒng)有一個定量泵，一個油箱，一個油缸。本設(shè)計中只有直線往復(fù)運(yùn)動，故采用油缸。液壓缸采用豎直安裝，活塞桿工作時承受拉應(yīng)力，系統(tǒng)最大工作壓力為。R zmfFF ? 式中： z —— 螺栓數(shù)目； f —— 結(jié)合面間的摩擦系數(shù)， f= ~ ， 取 f=； m—— 結(jié)合面對數(shù)； Kf—— 考慮由摩擦力傳遞橫向載荷 時的可靠性系數(shù)，通常 取 ； F’ —— 施加載荷后螺栓所受預(yù)緊力； 1. 受橫向載荷時螺栓預(yù)緊力的計算 緊螺栓聯(lián)接擰緊螺母時，螺栓螺紋部分不僅受預(yù)緊力 F’ 所產(chǎn)生的拉應(yīng)力作用，同時還受螺栓與螺母之間的螺紋摩擦力矩下所產(chǎn)生的扭矩應(yīng)力的作用。 4. 單個螺栓所受的工作拉力 受力最大螺栓所受的由引起的工作拉力為： 22m a x2221 m a xm a xm a x 78489 3698... ?????? LLL LMF= 螺栓所受的總工作拉力為： 39。 總拉力產(chǎn)生的應(yīng)變?yōu)椋? 639287 )1010(10200 4 5 5 14dEFEAF ?? ???????????? ????? 式 中： ε i —— 第 i個螺栓的應(yīng)變； E —— 螺栓材料的彈性模量， E=200?109 aP ； A —— 螺栓的橫截面面積， m