【導讀】完成鐓鍛液壓機本體設計。熟悉和掌握液壓機設計的方法和一般規(guī)律，學會使。用相關的設計資料，初步形成獨立設計的能力。通過分析鐓鍛工藝和鐓鍛機，并且聯系液壓傳動的優(yōu)勢，根。的裝配等，并且進行了強度校核。同時，對于本次設計工作進行了總結。

　　

【正文】 球面連 第 3章 鐓鍛液壓缸輪廓尺寸設計 27 第 3章 鐓鍛液 壓機輪廓尺寸設計 立柱直徑的估算 本設計中采用三梁四柱的框架結構，液壓機各部件的尺寸都由立柱直徑來確定。由于立柱式機架是一個多次超靜定的空間框架，解題過程十分復雜。因此，在進行受力分析時，一般采用以下簡化假設，以建立比較簡單易解的力學模型：由于一般液壓機的機架結構對稱于中間平面，載荷也往往對稱于中間平面，可將空間框架簡化為平面框架；立柱與上、下橫梁為剛性連接；不考慮安裝應力及溫度應力。 初次估算立柱直徑時，在上述假設條件下，再設出最 簡單的情況，即液壓機結構承受中心載荷作用。上、下橫梁的剛度很大，可忽略上、下橫梁變形引起的彎曲應力，立柱只承受簡單的軸向拉力，其拉應力為： ][10 4 ?? ??? nFPp 式中： P—— 液壓機的公稱壓力（ N）； F—— 每根立柱的截面積（ cm2）； n—— 立柱的根數。 [σ ] —— 立柱材料許用拉伸應力，對 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，這次設計中，采用空心立柱，所以指的是環(huán)形面積。 d= 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 28 此為立柱的最小直徑值， 取 d=100mm 液壓機輪廓尺寸設計考慮的因素 ； ： 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 橫梁的結構設計 橫梁包括上橫梁、下橫梁（或稱工作臺）和活動橫梁（或稱滑塊）。橫梁通常都設計成上、下封閉的箱形結構件，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，降低局部應力 。筋板多布置成網格形或輻射形。為防止橫梁構付變形，不論采用鑄造結構或焊接結構都必需進行熱處理，以消除其內應力。 中小型液壓機橫梁多數為整體結構，而大型液壓機橫梁由于受制造和運輸能力的限制往往設計成組合式，并利用鍵和拉緊螺栓聯接 。對于鑄造結構的橫梁，應注意使各部分厚度沒有突然變化，還應注意正確設計與布置鑄造工藝所需的出砂孔。出砂孔邊緣處的應力集中往往是 出砂孔應盡量避免設在受力的主傳力筋上，出砂孔的位置應遠離應力最大的區(qū)域，尺寸不要過大，形狀以圓形為好，孔邊最好設有加強圈。采用鋼板焊接結構的橫梁構件，應注意不要將焊接點設在受力較大處，焊縫宜對稱布置，焊接時應防止構件變形，嚴格控制焊縫質量。為了減輕重量，縮短立柱長度，一般根據“等強梁概念”將上橫梁設計成梁的中部高度較兩端稍高的形式，但其高度差不能太大。當立柱中心距較小時，為便于加工， 可設計成“等高梁”。在梁的高度 第 3章 鐓鍛液壓缸輪廓尺寸設計 29 過渡區(qū)，應盡量增大過渡圓角半徑以及減小傾角，以減輕應力集中。對于鑄造結構的上橫粱，在中小型液壓機中也可將主缸與上橫梁鑄戍一體，這種結構簡單，但加工較復雜。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構也是可行的。 橫梁產生疲勞裂紋的發(fā)源地。出砂孔通常布置在梁的中性層上，雖然彎曲應力為零，但仍存在較大的剪應力。如取一開有長圓孔的小單元體為例，此單元體受剪切變形后， 上梁結構設計 上橫梁斷面分布應根據其受力情況來考慮，一般梁中部高度較兩端 稍高。在立柱中心距較小時，為了便于加工，常設計成等高梁。上橫梁通過立柱聯接成機身上半部，并安裝工作油缸，為使其組成的空間合乎要求及活塞運動平穩(wěn)，要求上橫梁安裝油缸孔的軸線與安裝油缸的臺肩平面應垂直，上橫梁與調節(jié)螺母接觸面與主油缸臺肩應平行，以及立柱穿過孔的上下平面應平等等，內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肩貼合平面不垂直度允許公差應小于等于 ； （ 2）調節(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小于等于 ； （ 3）鎖緊螺母接觸面與調節(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。 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 30 第 3章 鐓鍛液壓缸輪廓尺寸設計 31 上橫梁的強度計算 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，且 Mmax=F/2(b/2D/Π ) =1 106（ 100/225/） = 106 N m b 立柱的寬邊中心距 （ cm） 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 32 F 液壓機工稱壓力 (N) 最大的撓度 在梁的 中點： 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 2）由于梁的中間截面彎矩最大，截面也比較薄弱，故主要 校核截面的強度。該梁中間截面的形狀與尺寸如圖 1所示 . 可將此截面 簡化成圖 2所示的等效截面。 第 3章 鐓鍛液壓缸輪廓尺寸設計 33 3）計算中間截面最大彎矩 Mmax=F/2(b/2D/Π ) =1 106（ 100/225/） = 106 N m 4）計算中間截面慣性矩 將等效截面分成若干個小矩形面積，此處分為三塊（見圖 2），先算出截面對底邊 WW軸的慣性矩 Jw Jw = ∑ J0i + ∑ Siai 式中 J0i 每塊矩形的面積對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 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） 再求出整個截面的形心軸到 WW軸的距離 h1 h1 = ∑ Si/∑ Ai 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 34 整個截面對形心的慣性矩為 Jz = Jw – h12∑ Ai 為了方便，可用表 31來輔助計算。 表 31輔助計算數據 分 塊 序 號 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力值，進行強度校核 。 最大壓應力為 σ y = Mmaxh1 / Jz 第 3章 鐓鍛液壓缸輪廓尺寸設計 35 = 42 106 247。 = N/cm2 = MPa 最大拉應力為 σ 1 = Mmaxh2 / Jz = 42 106 247。 = N/cm2 = MPa 均小于鑄鋼梁的許用應力 [σ ]=80MPa。 6）核算上 橫梁中點撓度 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 = 將以上各數據帶入 f0計算公式得 f0 = mm 則 f0/b =247。 1m = mm/m ＜ 比允許值小，剛度較好，強度也安全。 活動橫梁結構設計 對于活動橫梁，其結構應根據壓制工藝性質而定。對 加緊 液壓機，只承受壓應力，故可設計成上面敞開的箱形構件，中部高度也可以較低。對 于有可能在偏心載荷條件下工作的活動橫粱，一般設計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?；顒訖M梁的結構設計還應考慮導向問題，為保證具有足夠的導向精度，一般導向部分高度不應小于活塞行程的二分之一。 從結構上來看，活動橫梁行程終止無機械限程，即無限程裝置，依靠電燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 36 氣行程開關來 限制其運動之上下位置?；顒訖M梁通過模具墊板傳遞壓力，故活動橫梁僅受擠壓及較小彎曲，因此對活動橫梁計算可以略。 下橫梁核校 下橫梁的受力情況經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 由于本設計中，工藝為模鍛鐓粗，故簡化為均布載荷 第 3章 鐓鍛液壓缸輪廓尺寸設計 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 （模具長度） q =F/L = 2 106247。 (360 103) = 106 N 代入數值 Mmax = 2 106247。 2 1247。 2 106247。 2（ 1247。 247。 2） 2 = 106= 106 Nm 燕山大學本科生畢業(yè)設計（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，截面均勻對稱 則 Ix =∑（ Ici + eci2Ai） =2 [800 503247。 12+1752 50 800]+40 3003247。 12 = 1011mm4 截面最大彎曲應力為 1211 6xm a x MPIM ???? ????拉? 第 3章 鐓鍛液壓缸輪廓尺寸設計 39 ? ? MPa? ? ? ????拉 故強度校核為安全 截面剪切力主要由立板承受 其最大剪應力 MP ahF 6m a xm a x ?????? ?? ? ][max ?? ? 故校核剪切力結果安全。 下橫梁所產生的最大撓度 GA