【導(dǎo)讀】完成鐓鍛液壓機(jī)本體設(shè)計(jì)。熟悉和掌握液壓機(jī)設(shè)計(jì)的方法和一般規(guī)律，學(xué)會(huì)使。用相關(guān)的設(shè)計(jì)資料，初步形成獨(dú)立設(shè)計(jì)的能力。通過分析鐓鍛工藝和鐓鍛機(jī)，并且聯(lián)系液壓傳動(dòng)的優(yōu)勢(shì)，根。的裝配等，并且進(jìn)行了強(qiáng)度校核。同時(shí)，對(duì)于本次設(shè)計(jì)工作進(jìn)行了總結(jié)。

　　

【正文】 球面連 第 3章 鐓鍛液壓缸輪廓尺寸設(shè)計(jì) 27 第 3章 鐓鍛液 壓機(jī)輪廓尺寸設(shè)計(jì) 立柱直徑的估算 本設(shè)計(jì)中采用三梁四柱的框架結(jié)構(gòu)，液壓機(jī)各部件的尺寸都由立柱直徑來確定。由于立柱式機(jī)架是一個(gè)多次超靜定的空間框架，解題過程十分復(fù)雜。因此，在進(jìn)行受力分析時(shí)，一般采用以下簡(jiǎn)化假設(shè)，以建立比較簡(jiǎn)單易解的力學(xué)模型：由于一般液壓機(jī)的機(jī)架結(jié)構(gòu)對(duì)稱于中間平面，載荷也往往對(duì)稱于中間平面，可將空間框架簡(jiǎn)化為平面框架；立柱與上、下橫梁為剛性連接；不考慮安裝應(yīng)力及溫度應(yīng)力。 初次估算立柱直徑時(shí)，在上述假設(shè)條件下，再設(shè)出最 簡(jiǎn)單的情況，即液壓機(jī)結(jié)構(gòu)承受中心載荷作用。上、下橫梁的剛度很大，可忽略上、下橫梁變形引起的彎曲應(yīng)力，立柱只承受簡(jiǎn)單的軸向拉力，其拉應(yīng)力為： ][10 4 ?? ??? nFPp 式中： P—— 液壓機(jī)的公稱壓力（ N）； F—— 每根立柱的截面積（ cm2）； n—— 立柱的根數(shù)。 [σ ] —— 立柱材料許用拉伸應(yīng)力，對(duì) 45 鋼， [σ ]可取為 5080MPa。 F≥ P／ (n[σ ]) =2 106247。 (4 80 106)= 24dF ?? 式中： d—— 為立柱直徑 F—— 是指有效面積，這次設(shè)計(jì)中，采用空心立柱，所以指的是環(huán)形面積。 d= 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 此為立柱的最小直徑值， 取 d=100mm 液壓機(jī)輪廓尺寸設(shè)計(jì)考慮的因素 ； ： B=350mm,T=350mm。 、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(dòng)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(dòng)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(tái)）和活動(dòng)橫梁（或稱滑塊）。橫梁通常都設(shè)計(jì)成上、下封閉的箱形結(jié)構(gòu)件，在安裝各種缸、柱塞及立柱處一般做成圓筒形，并用筋板與橫梁面板相連。在承載較大處，筋板較密，以提高橫梁剛度，降低局部應(yīng)力 。筋板多布置成網(wǎng)格形或輻射形。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。 中小型液壓機(jī)橫梁多數(shù)為整體結(jié)構(gòu)，而大型液壓機(jī)橫梁由于受制造和運(yùn)輸能力的限制往往設(shè)計(jì)成組合式，并利用鍵和拉緊螺栓聯(lián)接 。對(duì)于鑄造結(jié)構(gòu)的橫梁，應(yīng)注意使各部分厚度沒有突然變化，還應(yīng)注意正確設(shè)計(jì)與布置鑄造工藝所需的出砂孔。出砂孔邊緣處的應(yīng)力集中往往是 出砂孔應(yīng)盡量避免設(shè)在受力的主傳力筋上，出砂孔的位置應(yīng)遠(yuǎn)離應(yīng)力最大的區(qū)域，尺寸不要過大，形狀以圓形為好，孔邊最好設(shè)有加強(qiáng)圈。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(duì)稱布置，焊接時(shí)應(yīng)防止構(gòu)件變形，嚴(yán)格控制焊縫質(zhì)量。為了減輕重量，縮短立柱長(zhǎng)度，一般根據(jù)“等強(qiáng)梁概念”將上橫梁設(shè)計(jì)成梁的中部高度較兩端稍高的形式，但其高度差不能太大。當(dāng)立柱中心距較小時(shí)，為便于加工， 可設(shè)計(jì)成“等高梁”。在梁的高度 第 3章 鐓鍛液壓缸輪廓尺寸設(shè)計(jì) 29 過渡區(qū)，應(yīng)盡量增大過渡圓角半徑以及減小傾角，以減輕應(yīng)力集中。對(duì)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(jiǎn)單，但加工較復(fù)雜。尤以工作行程短，缸體較矮的為宜。在四立柱間距較小，工作缸較大的情況下采用該種結(jié)構(gòu)也是可行的。 橫梁產(chǎn)生疲勞裂紋的發(fā)源地。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。如取一開有長(zhǎng)圓孔的小單元體為例，此單元體受剪切變形后， 上梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 上橫梁斷面分布應(yīng)根據(jù)其受力情況來考慮，一般梁中部高度較兩端 稍高。在立柱中心距較小時(shí)，為了便于加工，常設(shè)計(jì)成等高梁。上橫梁通過立柱聯(lián)接成機(jī)身上半部，并安裝工作油缸，為使其組成的空間合乎要求及活塞運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，要求上橫梁安裝油缸孔的軸線與安裝油缸的臺(tái)肩平面應(yīng)垂直，上橫梁與調(diào)節(jié)螺母接觸面與主油缸臺(tái)肩應(yīng)平行，以及立柱穿過孔的上下平面應(yīng)平等等，內(nèi)筋板和外筋板須符合鑄鋼件最小壁厚要求。 具體要求如下： （ 1）安裝主軸缸孔的軸線與油缸臺(tái)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(tái)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(tái)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。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 第 3章 鐓鍛液壓缸輪廓尺寸設(shè)計(jì) 31 上橫梁的強(qiáng)度計(jì)算 1） 液壓缸的環(huán)形接觸面平均直徑 D（ cm） D = 1/2(r4 + r2 +R) =1/2（ 280+205+15） =250 mm =25 cm 各段剪力為如圖所示， 最大剪力 Q = F/2 = 1 106 N 最大彎矩在梁的中點(diǎn)，且 Mmax=F/2(b/2D/Π ) =1 106（ 100/225/） = 106 N m b 立柱的寬邊中心距 （ cm） 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 F 液壓機(jī)工稱壓力 (N) 最大的撓度 在梁的 中點(diǎn)： f0 =[P/（ 48EJ） ](b/2 – D/ π )[3b2 – 4(b/2 D/π )2] +[ KPb/（ 4GA） ][12D/(π b)] 式中 E 梁的彈性模量（ N/cm2） J 梁的截面慣性矩（ cm4） G 梁的剪切彈性模量（ N/cm2） A 梁的截面積（ cm2） K 截面形狀系數(shù) 2）由于梁的中間截面彎矩最大，截面也比較薄弱，故主要 校核截面的強(qiáng)度。該梁中間截面的形狀與尺寸如圖 1所示 . 可將此截面 簡(jiǎn)化成圖 2所示的等效截面。 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 m 4）計(jì)算中間截面慣性矩 將等效截面分成若干個(gè)小矩形面積，此處分為三塊（見圖 2），先算出截面對(duì)底邊 WW軸的慣性矩 Jw Jw = ∑ J0i + ∑ Siai 式中 J0i 每塊矩形的面積對(duì)本身形心軸的慣性矩（ cm4） J0i = bihi3/12 bi 每塊矩形面積的寬度 （ cm） hi 每塊矩形面積的高度（ cm） Si 每塊矩形面積對(duì) WW 軸的靜面矩（ cm3） Si = Aiai Ai 每塊矩形的面積（ cm2） ai 每塊矩形面積形心到 WW軸的距離（ cm） 再求出整個(gè)截面的形心軸到 WW軸的距離 h1 h1 = ∑ Si/∑ Ai 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 整個(gè)截面對(duì)形心的慣性矩為 Jz = Jw – h12∑ Ai 為了方便，可用表 31來輔助計(jì)算。 表 31輔助計(jì)算數(shù)據(jù) 分 塊 序 號(hào) 寬高 Ai = bihi ai Si = Aiai Ji = Siai J0i=bihi3/12 bi hi cm2 cm cm3 cm4 cm4 cm cm 1 57 5 285 2 25 15 3 57 5 285 25 ∑ 35 50 397650 Jw = ∑ J0i + ∑ Siai = + 397650 = cm4 h1 = ∑ Si/∑ Ai = 247。 = cm h2 = h – h1 = = cm Jz = Jw – h12∑ Ai = cm4 5）分別求出中間截面最大應(yīng)力值，進(jìn)行強(qiáng)度校核 。 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。 = N/cm2 = MPa 最大拉應(yīng)力為 σ 1 = Mmaxh2 / Jz = 42 106 247。 = N/cm2 = MPa 均小于鑄鋼梁的許用應(yīng)力 [σ ]=80MPa。 6）核算上 橫梁中點(diǎn)撓度 f0，按下式 f0 =[P/ （ 48EJ ） ](b/2 – D/ π )[3b2 – 4(b/2 D/ π )2] +[ KPb/（ 4GA） ][12D/(π b)] 式中 E = 107 N/cm2 G = E/[2(1+μ )] = 106 N/cm2 J = 105 cm4 A = cm2 K = 將以上各數(shù)據(jù)帶入 f0計(jì)算公式得 f0 = mm 則 f0/b =247。 1m = mm/m ＜ 比允許值小，剛度較好，強(qiáng)度也安全。 活動(dòng)橫梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 對(duì)于活動(dòng)橫梁，其結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)壓制工藝性質(zhì)而定。對(duì) 加緊 液壓機(jī)，只承受壓應(yīng)力，故可設(shè)計(jì)成上面敞開的箱形構(gòu)件，中部高度也可以較低。對(duì) 于有可能在偏心載荷條件下工作的活動(dòng)橫粱，一般設(shè)計(jì)成高度略低于上橫梁，而壁厚相近的封閉式箱形體，如圖 1— 3— 50所示?；顒?dòng)橫梁的結(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。 從結(jié)構(gòu)上來看，活動(dòng)橫梁行程終止無機(jī)械限程，即無限程裝置，依靠電燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 36 氣行程開關(guān)來 限制其運(yùn)動(dòng)之上下位置。活動(dòng)橫梁通過模具墊板傳遞壓力，故活動(dòng)橫梁僅受擠壓及較小彎曲，因此對(duì)活動(dòng)橫梁計(jì)算可以略。 下橫梁核校 下橫梁的受力情況經(jīng)常隨不同的工藝而變化，分為以下四種情況： （ 1） 集中載荷 （ 2） 均布載荷 （ 3 ） 用馬架鍛造 （ 4 ） 偏心載荷 由于本設(shè)計(jì)中，工藝為模鍛鐓粗，故簡(jiǎn)化為均布載荷 第 3章 鐓鍛液壓缸輪廓尺寸設(shè)計(jì) 37 可知在 II 截面有： Mmax = Fb/2q/2（ b/2L/2） 2 式 中 : b=1000mm (寬邊中心距 ) L=360mm （模具長(zhǎng)度） q =F/L = 2 106247。 (360 103) = 106 N 代入數(shù)值 Mmax = 2 106247。 2 1247。 2 106247。 2（ 1247。 247。 2） 2 = 106= 106 Nm 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 38 Fτ max = F/2 = 106 N II 截面處尺寸示意圖如下 由上圖可知，截面均勻?qū)ΨQ 則 Ix =∑（ Ici + eci2Ai） =2 [800 503247。 12+1752 50 800]+40 3003247。 12 = 1011mm4 截面最大彎曲應(yīng)力為 1211 6xm a x MPIM ???? ????拉? 第 3章 鐓鍛液壓缸輪廓尺寸設(shè)計(jì) 39 ? ? MPa? ? ? ????拉 故強(qiáng)度校核為安全 截面剪切力主要由立板承受 其最大剪應(yīng)力 MP ahF 6m a xm a x ?????? ?? ? ][max ?? ? 故校核剪切力結(jié)果安全。 下橫梁所產(chǎn)生的最大撓度 GA