畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）10MN四柱式液壓機(jī)主油缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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1、 編號(hào): 畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)) 題 目 10MN四柱式液壓機(jī)主油缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化

2、 教學(xué)單位 德州學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 （蓋章） 二O一五年三月十五日 德州學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開題報(bào)告書 2015年 12月 25日 院（系） 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 姓 名 高聰 學(xué) 號(hào) 201101701100 論文（設(shè)計(jì)）題目 10MN四柱式液壓機(jī)主油缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 一、選題目的和意義 當(dāng)今，大型制造業(yè)的發(fā)展水平已成為衡量一個(gè)國家綜合國力的重要標(biāo)

3、志。10MN四柱式液壓機(jī)的迅猛發(fā)展與制造業(yè)的發(fā)展有著密切的聯(lián)系。本文對(duì)四柱式液壓機(jī)的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，并且詳細(xì)的對(duì)其主要結(jié)構(gòu)主油缸的設(shè)計(jì)比較詳細(xì)的說明。目前,我國液壓機(jī)進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)期,并朝著大型、超大型化的趨勢發(fā)展,國內(nèi)四柱式液壓機(jī)制造規(guī)模居世界前列。四柱式液壓機(jī)適用于可塑性材料的壓制工藝，如粉末制品成型、塑料制品成型、冷（熱）擠壓金屬成型、薄板拉伸以及橫壓、彎壓、翻透、校正等工藝，具有廣闊的市場。 二、本選題在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 我國四柱式液壓機(jī)的發(fā)展已經(jīng)能夠獨(dú)立研發(fā)，現(xiàn)在我國已成為設(shè)計(jì)、生產(chǎn)四柱式液壓機(jī)的大國之一。從1956年起，我國技術(shù)人員開始了從學(xué)習(xí)、仿制到

4、獨(dú)立研發(fā)四柱式液壓機(jī)。許多的專家針對(duì)鍛造工藝、設(shè)備從理論上進(jìn)行了深入地研究，并培養(yǎng)了大量的液壓專業(yè)人才。國家建立了多種鍛壓工藝設(shè)備研究所，并進(jìn)行了的研究開發(fā)工作，先后研制成功一系列的四柱式液壓機(jī)。 四柱式液壓機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，是向世界先進(jìn)水平靠攏的必經(jīng)途徑?，F(xiàn)在的PI—C、觸摸屏、電液伺服及二通插裝閥的系統(tǒng)已經(jīng)很成熟。應(yīng)用這些技術(shù)可以對(duì)速度、壓力、活動(dòng)橫梁的行程大小實(shí)現(xiàn)精確的控制。投資油泵直接傳動(dòng)鍛造液壓機(jī)，既有錢，又可以提高設(shè)備工作效率。隨著油泵直接傳動(dòng)系統(tǒng)的改進(jìn)與創(chuàng)新，其經(jīng)濟(jì)效益會(huì)更加可觀。 三、課題設(shè)計(jì)方案

5、 10MN四柱式液壓機(jī)主要由主機(jī)、液壓控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)三部分組成。 它的主機(jī)包括工作臺(tái)、滑塊、上缸、頂出缸等結(jié)構(gòu)；其液壓系統(tǒng)由執(zhí)行元件、輔助元件、動(dòng)力裝置、工作介質(zhì)等組成；電氣控制控制系統(tǒng)主要是由繼電器、接觸器、行程開關(guān)、電器控制柜等組成。四柱液壓機(jī)的動(dòng)作順序通過電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)控制，控制順序框圖電氣系統(tǒng)液壓系統(tǒng)。液壓機(jī)的工作原理由電氣控制系統(tǒng)控制液壓系統(tǒng)，液壓控制系統(tǒng)再控制主機(jī)工作，主機(jī)動(dòng)作觸及行程開關(guān)，將信號(hào)反饋給電氣控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)循環(huán)控制。 四、計(jì)劃進(jìn)度安排 2014.12---

6、-2015.01 完成本項(xiàng)目前期研究工作。包括深入的實(shí)地調(diào)研，收集相關(guān)資料，確定課題研究方案，對(duì)10MN四柱式液壓機(jī)主油缸整體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行論證； 2015.01----2015.02 完成本項(xiàng)目中期研究工作，提交中期檢查表。包括對(duì)10MN四柱式液壓機(jī)主油缸整體設(shè)計(jì)方案各組成部分進(jìn)行整體建模、運(yùn)動(dòng)仿真和有限元分析； 2015.02----2015.03 完成本項(xiàng)目全部研究工作。包括整體設(shè)計(jì)方案，匯總整理本項(xiàng)目研究結(jié)果，撰寫并發(fā)表論文、申請(qǐng)實(shí)用新型專利，結(jié)項(xiàng)。 五、主要參考文獻(xiàn) [1]林永新.鍛造設(shè)備制造技術(shù)的發(fā)展.稀有金屬快報(bào),2012,23 (12):8 [2]徐宇瑾

7、,韓大衛(wèi),黃新,等 .快速鍛造液壓機(jī)組主機(jī)結(jié)構(gòu)型式與選型.重型機(jī)械,2012 (6):45～47 [3]魏偉.快鍛液壓機(jī)國內(nèi)外現(xiàn)狀及舊水壓機(jī)改造.鍛壓機(jī)械,2013 (2):8 [4]蔡墉.我國自由鍛液壓機(jī)和大型鍛件生產(chǎn)的發(fā)展歷程[ J ] 大型鑄鍛件, 2013.28～37 [5]林永新.鍛造設(shè)備制造技術(shù)的發(fā)展[ J ] .稀有金屬快報(bào),2014.27～56 指導(dǎo)教師意見及建議： 簽名： 年 月 日 教學(xué)單位領(lǐng)導(dǎo)小組審批意見：

8、 組長簽名： 年 月 日 德州學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中期檢查表 院(系)：機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 2015年 03月 05日 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目：10MN四柱式液壓機(jī)主油缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 高聰 學(xué) 號(hào) 201101701100 指導(dǎo)教師 牟世剛 職 稱 講師 計(jì)劃完成時(shí)間：

9、2015年03月14日 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的進(jìn)度計(jì)劃： 2014.12----2015.01 完成本項(xiàng)目前期研究工作。包括深入的實(shí)地調(diào)研，收集相關(guān)資料，確定課題研究方案，對(duì)10MN四柱式液壓機(jī)主油缸整體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行論證； 2015.01----2015.02 完成本項(xiàng)目中期研究工作。包括對(duì)10MN四柱式液壓機(jī)主油缸整體設(shè)計(jì)方案各組成部分進(jìn)行整體建模、運(yùn)動(dòng)仿真和有限元分析； 2015.02----2015.03完成本項(xiàng)目全部研究工作。包括整體設(shè)計(jì)方案，匯總整理本項(xiàng)目研究結(jié)果，撰寫并發(fā)表論文、申請(qǐng)實(shí)用新型專利，結(jié)項(xiàng)。 完成情況： 到現(xiàn)在為止，我通過查找資料學(xué)到了很多，對(duì)

10、四柱式液壓機(jī)有了深入的了解。四柱式液壓機(jī)是一種以液體為工作介質(zhì)，并根據(jù)帕斯卡原理制成的用于傳遞能量以實(shí)現(xiàn)各種工藝的機(jī)器。液壓機(jī)一般由本機(jī)（主機(jī)）、動(dòng)力系統(tǒng)及液壓控制系統(tǒng)三部分組成。液壓機(jī)分類有閥門液壓機(jī)，液體液壓機(jī)，工程液壓機(jī)。 四柱式液壓機(jī)與機(jī)械壓力相比，其具有壓力，速度可在非常廣的范圍內(nèi)無級(jí)調(diào)速，可以在任意的位置輸出全部的功率和保持所需的壓力，結(jié)構(gòu)布局靈活，各執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作可方便地到達(dá)所希望的配合關(guān)系等許多優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)液壓元件具有高度的通用化，標(biāo)準(zhǔn)化特點(diǎn)，設(shè)計(jì)制造均比較方便簡。 指導(dǎo)教師評(píng)議 簽 名：

11、 年 月 日 目 錄 摘要及關(guān)鍵詞.................................................................................................................................1 1 引言 1 1.1 四柱式液壓機(jī)主油缸的結(jié)構(gòu)研究 1 1.2選題的目的和意義 1 1.3國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 1 2 10MN四柱式液壓機(jī)的工作原理及其功能 2 2.1液壓機(jī)的工作原理 2 2.2液壓機(jī)

12、的主要功能及運(yùn)行模式 2 3液壓機(jī)主油缸的主要性能參數(shù)的計(jì)算 3 3.1主油缸的壓力值 3 3.2主油缸活塞的運(yùn)動(dòng)速度 3 3.3主油缸缸的速比 4 3.4活塞的理論推力和拉力 4 4液壓機(jī)主油缸中重要部件設(shè)計(jì) 5 4.1主油缸缸筒設(shè)計(jì) 5 4.2主油缸活塞的設(shè)計(jì) 9 4.3主油缸活塞桿與活動(dòng)橫梁連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10 4.4主油缸緩沖裝置的設(shè)計(jì) 10 4.5主油缸排氣閥的設(shè)計(jì) 11 5主油缸的密封 11 5.1密封的意義 11 5.2 密封機(jī)理、摩擦和磨損 12 6結(jié)論 13 參考文獻(xiàn) 14 謝 辭 16 附 錄

13、 德州學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院 2015屆 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 10MN四柱式液壓機(jī)主油缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 高聰 （德州學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，山東德州 253023） 摘要：四柱式液壓機(jī)是制品成型生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的設(shè)備之一，同時(shí)也是理想的成型工藝設(shè)備，其具有對(duì)行程、壓力、速度單獨(dú)調(diào)整功能，與機(jī)械加工系統(tǒng)相比較，液壓機(jī)有極大的優(yōu)勢。隨著微型電子技術(shù)和液壓工藝的不斷進(jìn)步，四柱式液壓機(jī)有了很大的發(fā)展，眾多機(jī)

14、型已采用計(jì)算機(jī)數(shù)字控制機(jī)床或個(gè)人計(jì)算機(jī)機(jī)來控制，提高了產(chǎn)品加工質(zhì)量和生產(chǎn)率。液壓機(jī)主油缸是液壓機(jī)的主要工作部件，液壓機(jī)主油缸的性能直接影響著液壓機(jī)整體工藝水平。通過細(xì)致的分析及理論研究解決易損部分設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中存在的問題，可以使主油缸達(dá)到工藝強(qiáng)度要求，提高主油缸應(yīng)用的工藝水準(zhǔn)及使用壽命。所以對(duì)液壓機(jī)主缸進(jìn)行細(xì)致嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)計(jì)算對(duì)對(duì)液壓機(jī)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)有著至關(guān)重要的作用。本論文從總體上對(duì)液壓機(jī)主缸主要參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)所得結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)算、分析,從而力爭使液壓機(jī)主油缸能夠滿足生產(chǎn)工藝要求，并從整體上提高液壓機(jī)的工藝水準(zhǔn)。 關(guān)鍵詞：液壓機(jī)；液壓系統(tǒng)；主油缸 1 引言 1.1 四柱式液壓機(jī)主油缸的結(jié)構(gòu)研究

15、 四柱式液壓機(jī)是制品成型生產(chǎn)過程中應(yīng)用最廣的設(shè)備之一，同時(shí)也是非常理想的成型工藝設(shè)備，尤其是當(dāng)液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)具有對(duì)壓力、行程、速度單獨(dú)調(diào)整功能后，不僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜工件以及不對(duì)稱工件的加工而且廢品率非常低，與機(jī)械加工系統(tǒng)相比，有極大的優(yōu)越性。隨著微電子技術(shù)、液壓工藝技術(shù)的不斷發(fā)展，四柱式液壓機(jī)的技術(shù)含量大量增多，非常多的機(jī)型已采用計(jì)算機(jī)數(shù)字控制機(jī)床或個(gè)人計(jì)算機(jī)來控制，提高了產(chǎn)品加工品質(zhì)和生產(chǎn)效率[1]。 液壓機(jī)主油缸是液壓機(jī)的主要工作部件，液壓機(jī)主油缸的性能直接影響著液壓機(jī)整體工藝水平。通過細(xì)致的分析及理論研究解決易損部分設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中存在的問題，可以使液壓缸整體上達(dá)到工藝強(qiáng)度要求，提

16、高液壓缸應(yīng)用的工藝水準(zhǔn)及使用壽命。所以對(duì)液壓機(jī)主油缸進(jìn)行細(xì)致嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)計(jì)算對(duì)對(duì)液壓機(jī)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)有著至關(guān)重要的作用[2]。 1.2選題的目的和意義 從主油缸的結(jié)構(gòu)方面去解決四柱式液壓機(jī)目前存在的問題，需要深度剖析目前國內(nèi)外液壓機(jī)主油缸的整體結(jié)構(gòu)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外部結(jié)構(gòu)等，在對(duì)其結(jié)構(gòu)有深入了解之后，找出主要缺陷，并逐一解決。這樣就可以，減少材料的使用，提高液壓機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，開拓國內(nèi)外液壓機(jī)市場，推動(dòng)我國工業(yè)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展[3]。 1.3國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 目前，國際上很多大型的液壓機(jī)生產(chǎn)企業(yè)對(duì)于液壓機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，根據(jù)市場需要，組織專業(yè)人員做了大量的工作，比如德國的 MULLE

17、R 公司、日本住友株式會(huì)社、美國科麥隆公司等。但是這些都是不能對(duì)外公開的企業(yè)機(jī)密，所以很多方面仍然無法突破，存在不少問題。 其一，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，由于缺少有限元軟件和優(yōu)化軟件的輔助，設(shè)計(jì)人員更多的是結(jié)合材料力學(xué)計(jì)算以及以往設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，但是這樣效果并不是很好，某些問題得不到解決，仍然會(huì)導(dǎo)致某些部件出現(xiàn)問題。 其二，國內(nèi)的液壓試驗(yàn)機(jī)同國外和臺(tái)灣的液壓試驗(yàn)機(jī)相比較，有一個(gè)典型的缺點(diǎn)就是過于笨重，這就必然會(huì)提高生產(chǎn)成本，降低市場競爭力。 其三，由于用戶的需求不同使得某些參數(shù)發(fā)生變化，技術(shù)人員必須在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改變，從而產(chǎn)生很多冗余的工作，增加設(shè)計(jì)時(shí)間，不能迅速的應(yīng)對(duì)市場變化，并

18、且使成本增高。 四柱式液壓機(jī)實(shí)現(xiàn)其機(jī)械化和自動(dòng)化，是向世界先進(jìn)水平靠攏的必經(jīng)途徑?，F(xiàn)在的PI—C、工控機(jī)、電液伺服、觸摸屏及二通插裝閥的系統(tǒng)已經(jīng)很成熟。采用這些技術(shù)可以對(duì)壓力、速度、活動(dòng)橫梁的行程大小實(shí)現(xiàn)精確的控制，非常容易實(shí)現(xiàn)四柱式液壓機(jī)生產(chǎn)的自動(dòng)化。投資油泵直接傳動(dòng)鍛造液壓機(jī)，既有錢，又可以提高設(shè)備工作效率。隨著油泵直接傳動(dòng)系統(tǒng)的改進(jìn)與創(chuàng)新，它的經(jīng)濟(jì)效益會(huì)更加可觀[4]。 2 10MN四柱式液壓機(jī)的工作原理及其功能 2.1液壓機(jī)的工作原理 液壓試驗(yàn)機(jī)的工作原理是帕斯卡原理-液體壓力在靜態(tài)下是等值傳遞的，它是通過液體的壓力來進(jìn)行工作的。液體的壓力傳遞原理是：在充滿液體的密閉容

19、器里，任一點(diǎn)單位有外力的作用，都會(huì)傳遞至全部液體，而且數(shù)值不變。非常多的液壓機(jī)械都是建立在這個(gè)原理的基礎(chǔ)上制成。 2.2液壓機(jī)的主要功能及運(yùn)行模式 四柱式液壓機(jī)的功能主要是：用于可塑性材料的壓制工藝，如粉末制品成型、塑料制品成型、冷（熱）擠壓金屬成型、薄板拉伸以及橫壓、彎壓、翻透、校正等工藝，具有廣闊的市場。 1- 小柱塞；2-大柱塞；3-工件 圖1 液壓機(jī)的工作原理 3液壓機(jī)主油缸的主要性能參數(shù)的計(jì)算 對(duì)液壓機(jī)主油缸進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)計(jì)算，得出主缸的相關(guān)主要參數(shù)數(shù)值，并對(duì)數(shù)值進(jìn)行校核計(jì)算，得出最終設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，并使設(shè)計(jì)所得液壓機(jī)主缸能夠滿足設(shè)計(jì)要求。 3.1主油缸的壓

20、力值 液壓缸的壓力為油液作用在單位面積上的壓力。壓力值是由負(fù)載力產(chǎn)生的，在同一個(gè)活塞的有效面積上負(fù)載力越大，克服負(fù)載所需要的壓力值就會(huì)越大。額定壓力PN是液壓缸能用一長期工作的壓力，設(shè)計(jì)額定壓力數(shù)值為原始條件[5]。 按主機(jī)的類型選擇相對(duì)應(yīng)工作壓力值，液壓機(jī)屬于高壓機(jī)械，工作壓力選擇范圍為，初步定本次設(shè)計(jì)工作壓力為。 3.2主油缸活塞的運(yùn)動(dòng)速度 活塞的運(yùn)動(dòng)速度為單位時(shí)間內(nèi)壓力油液推動(dòng)活塞移動(dòng)的距離 運(yùn)動(dòng)速度可表示為 當(dāng)活塞桿伸出時(shí)h p-′ (3-1) 由上式可得

21、已確定的液壓缸，伸出速度大小取決與進(jìn)液流量。 可以根據(jù)液壓機(jī)整體工作需要選擇相應(yīng)的流量泵，從而控制液壓缸速度。 同上伸出公式理，可得：當(dāng)活塞桿縮回時(shí) (3-2) 當(dāng)選定為常數(shù)時(shí)，也為常數(shù)，但在實(shí)際上，活塞在行程兩端各有一個(gè)加、減速的階段，所以上式中計(jì)算的數(shù)值均為最高速度?；钊淖罡哌\(yùn)動(dòng)速度受到活塞桿和活塞密封圈以及行程末端緩沖機(jī)構(gòu)所能承受的動(dòng)能的限制。對(duì)于選擇活塞運(yùn)動(dòng)速度，當(dāng)速度過低時(shí)可能造成爬行，液壓缸不能正常工作，故應(yīng)大于，綜合公稱壓力值及液壓機(jī)的應(yīng)用，并

22、且參照法國MARREL和CPOAC公司采用橡膠密封圈的液壓缸許用最大線速度表，初步確定為[6]。 3.3主油缸缸的速比 計(jì)算液壓缸的速比主要是為了確定直徑和活塞桿是否需要設(shè)置緩沖裝置，速比過大或者過小，都容易造成活塞桿太細(xì)或造成過大的背部壓，因而影響穩(wěn)定性 (3-3) 查液壓手冊(cè)，得。 3.4活塞的理論推力和拉力 對(duì)于雙作用單活塞桿液壓缸來說，活塞桿伸出時(shí)的理論推力為： (3-4) 活塞桿縮回時(shí)的理論推力為：

23、′= (3-5) -′ 4液壓機(jī)主油缸中重要部件設(shè)計(jì) 1 活塞桿 2 連接環(huán) 3法蘭 4 接管 5 缸筒6 大鎖母 圖2液壓機(jī)主油缸 4.1主油缸缸筒設(shè)計(jì) 液壓缸的缸筒是液壓缸的主要零件之一，它與油口、缸底、缸蓋等零部件構(gòu)成密封的容腔，可用于容納壓力油液，同時(shí)它還可以作為活塞運(yùn)動(dòng)的“軌道”。缸筒的設(shè)計(jì)主要是為了正確確定各部分的尺寸，保證液壓缸有足夠的有效行程、運(yùn)動(dòng)速度和輸出力，同時(shí)還必須具有一定的強(qiáng)度，能夠承受負(fù)載力、液壓力和意外沖擊了力；缸筒的內(nèi)表面應(yīng)具有合適的形位公差等級(jí)、表面粗糙度和配合公差等級(jí)，以保證液壓缸的運(yùn)

24、動(dòng)平穩(wěn)性，密封性和用性[7]。 4.1.1液壓缸缸筒機(jī)構(gòu)及材料的選擇 設(shè)計(jì)液壓缸缸筒機(jī)構(gòu)選擇為內(nèi)螺紋連接形式，該結(jié)構(gòu)具有構(gòu)造簡單、外徑較小、重量較輕、安裝簡單等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是裝卸時(shí)需要專門的工具、端部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、和擰端部蓋時(shí)可能把密封圈擰扭等。 液壓缸缸筒材料需要具有有足夠的沖擊韌性和強(qiáng)度，同時(shí)要求有良好的焊接性能。根據(jù)液壓缸的參數(shù)、毛坯來源和用途等可選用以下材料如:，，等。當(dāng)前市場上還有采用熱軋的無縫鋼管或退火冷拔等工藝，國際市場上已有內(nèi)孔精衍磨或內(nèi)孔精加工工藝，只需按所要求的長度切割無縫鋼管即可[8]。其主要要求是：需要滿足足夠的強(qiáng)度，可以長期承受短期動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)壓力及最高工作壓力而不

25、至產(chǎn)生永久變形；需要滿足足夠的剛度，能承受安裝的反作用力和活塞側(cè)向力而不致產(chǎn)生彎曲；同時(shí)滿足在與內(nèi)表面與活塞密封件及導(dǎo)向環(huán)的摩擦力作用下，能長期工作而磨損少，尺寸公差等級(jí)和形位公差等級(jí)足以保證活塞密封件的密封性。 綜合以上各項(xiàng)要求，初步確定缸筒材料選擇為無縫鋼管，其材料參數(shù)為： 圖3缸筒 4.1.2液壓缸缸筒的計(jì)算 (1） 缸筒內(nèi)徑的計(jì)算 液壓缸內(nèi)徑通常是根據(jù)液壓缸的有效工作壓力和牽引力來確定的。液壓缸的牽引力必須能夠克服所受到的阻力?？傋枇Π芊庋b置的摩擦力；公稱壓力；回油腔由于背壓作用產(chǎn)生的阻力和活塞桿與活塞的重力等，所以最大牽引力為

26、 ++- (4-1) ① 公稱壓力,根據(jù)本次設(shè)計(jì)給定初始條件確定為。 ② 密封裝置的摩擦力,根據(jù)所選擇密封裝置的不同，設(shè)計(jì)中采用密封裝置為形密封圈 (4-2) 式中——摩擦系數(shù)，?。? -′——密封處的工作壓力 ——密封處的直徑

27、 ——密封圈的有效高度 由于計(jì)算比較復(fù)雜，在實(shí)際應(yīng)用中所采用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算，一般取，這次設(shè)計(jì)取。 ③ 回油腔背油壓力多根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，但本次設(shè)計(jì)中回油腔直接通油箱，故取。 ④ 活塞桿與活塞的重力計(jì)算中可忽略不計(jì)。液壓缸有效工作壓力值由前述確定為。代入原公式計(jì)算得： 。 對(duì)于單活塞桿缸，當(dāng)無桿腔進(jìn)油時(shí)，液壓缸內(nèi)徑的計(jì)算式為： ()=--- (4-3) 有桿腔進(jìn)油時(shí)，液壓缸內(nèi)徑的計(jì)算公式為：

28、 ()-- (4-4) 而本次設(shè)計(jì)中取回油壓力，此時(shí)可簡化內(nèi)徑的計(jì)算公式為： 無桿腔進(jìn)油時(shí) (4-5) 代入數(shù)值得 ?′ 有桿腔進(jìn)油時(shí) (4-6) p= + 代入數(shù)值計(jì)算得

29、 最后將以上各式所求得的值，選擇其中最大者，圓整到標(biāo)準(zhǔn)值.綜合以上計(jì)算結(jié)果，圓整最大值確定[9]。 (2） 缸筒壁厚的計(jì)算 缸筒壁厚為： d= (4-7)++ 其中—缸筒材料強(qiáng)度要求的最小值 —為缸筒外徑公差余量 —腐蝕余量 關(guān)于的值，按下列情況分別進(jìn)行計(jì)算：當(dāng)時(shí)，用薄壁缸筒的實(shí)用計(jì)算公式： 時(shí)

30、 (4-8) 當(dāng)時(shí)，可用實(shí)用公式 (4-9) 當(dāng)時(shí) (4-10) 綜合以上計(jì)算，查相關(guān)數(shù)據(jù)表，確定 計(jì)算,所以采用公式為： (4-11)

31、 而式中為缸筒的最高工作壓力，通常取 (4-12) --缸筒材料許用應(yīng)力， 代入上式得 所取圓整值,符合強(qiáng)度要求 (3） 缸筒底部厚度計(jì)算 當(dāng)缸筒低部為平面時(shí)，它的厚度可以按照四周嵌住的圓盤強(qiáng)度公式進(jìn)行近似計(jì)算： 代入數(shù)值算得 因?yàn)橐簤焊椎撞啃枰B接油口等部件，還需要焊接等加工，設(shè)計(jì)中液壓缸底部需固定充液箱，所以缸筒底部應(yīng)取足夠厚度值才能達(dá)到以上要求[10]。 初步確定缸筒底部厚

32、度。 4.1.3液壓缸缸筒部分較核 (1)液壓缸缸筒壁厚的較核 設(shè)計(jì)中液壓缸缸筒壁厚與缸筒內(nèi)徑比值較小，采用薄壁缸筒進(jìn)行較核計(jì)算。根據(jù) 規(guī)定，在計(jì)算中對(duì)液壓缸壁厚應(yīng)加，則 ′′3 + 而實(shí)際中壁厚為，所以壁厚符合規(guī)定要求。 (2)液壓缸底部厚度較核 設(shè)計(jì)的液壓缸底部為平底結(jié)構(gòu)，根據(jù)規(guī)定，較核如下： (4-13)而實(shí)際設(shè)計(jì)中缸底部厚度為，滿足設(shè)計(jì)要求。 4.2主油缸活塞的設(shè)計(jì) 圖4活塞 主油缸的活塞在液體壓力作用下，沿著缸筒往復(fù)滑動(dòng)，其與缸筒的配合應(yīng)適當(dāng)，液壓力的大小與活塞有效面積有關(guān)，活塞

33、直徑與缸筒內(nèi)徑一致。所以設(shè)計(jì)活塞時(shí)，主要任務(wù)就是確定活塞的結(jié)構(gòu)形式[11]。 采用Y型橡膠密封圈對(duì)活塞進(jìn)行密封，活塞材料選用高強(qiáng)度球墨鑄鐵或鑄鐵?；钊鈴降呐浜喜捎?，外徑對(duì)于內(nèi)孔的同軸度一般不要大于，軸線垂直度與端面公差不大于，外表面的圓柱度和圓度一般不大于外徑公差的一半。 4.3主油缸活塞桿與活動(dòng)橫梁連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 活動(dòng)橫梁連接結(jié)構(gòu)與活塞桿，活動(dòng)橫梁與活塞桿間采用分體十法蘭盤安裝形式，其中法蘭盤是由兩個(gè)半圓型部分組成，具體見液壓缸裝配圖，活動(dòng)橫梁與法蘭盤用四個(gè)螺栓連接，并且在活塞桿前端設(shè)計(jì)圓柱部分與活動(dòng)橫梁的圓孔之間配合，方便定位。這種結(jié)構(gòu)安裝方便，結(jié)構(gòu)簡單，并且強(qiáng)度相對(duì)較高，適合安裝

34、在較大型的液壓機(jī)中[12]。 圖5法蘭盤 4.4主油缸緩沖裝置的設(shè)計(jì) 主油缸的活塞桿具有一定的質(zhì)量，在液壓力的驅(qū)動(dòng)作用下會(huì)產(chǎn)生很大的動(dòng)量。在其行程的終端，當(dāng)活塞桿的桿頭進(jìn)入到主油缸缸的端蓋和缸底部分時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致機(jī)械碰撞，產(chǎn)生相當(dāng)大的沖擊壓力和噪聲。故采用緩沖裝置，就是為了避免這種機(jī)械碰撞。緩沖裝置的工作原理是：使主油缸低壓腔內(nèi)油液通過節(jié)流裝置把動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，然后熱能由循環(huán)的油液帶到液壓缸外。 主油缸的緩沖裝置一般技術(shù)要求為：緩沖裝置要能夠以很短的緩沖行程去吸收最大的動(dòng)能；在緩沖過程中要盡量的避免產(chǎn)生壓力脈沖以及過高的緩沖腔壓力峰值，使壓力變化為漸變的過程；緩沖腔內(nèi)壓力峰

35、值應(yīng)小于1.5倍的供油壓力；當(dāng)動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮軓亩褂鸵簻囟壬仙龝r(shí)，油液的最高溫度值不能超過密封件的允許極限。 設(shè)計(jì)液壓機(jī)部分，應(yīng)采用整體行程限位開關(guān)形式并且以縫隙節(jié)流式緩沖裝置作為輔助（具體見裝配圖）限位開關(guān)不僅在形成位置上發(fā)揮限制作用，使活動(dòng)橫梁上下的移動(dòng)速度得到優(yōu)化，提高工作效率，而且可以在活塞移動(dòng)過程中，設(shè)定始、末位置，起到一定的緩沖作用[13]。 4.5主油缸排氣閥的設(shè)計(jì) 壓力油進(jìn)入主油缸后，缸內(nèi)仍會(huì)有氣體，由于氣體具有滯后擴(kuò)張性和壓縮性，會(huì)造成整個(gè)液壓系統(tǒng)和液壓缸在工作中的顛振和爬行，影響液壓機(jī)的運(yùn)行。為了防止這中現(xiàn)象的發(fā)生，除了避免空氣進(jìn)入液壓系統(tǒng)外，還必須在液壓缸上安裝

36、排氣閥。對(duì)于垂直安裝的液壓缸，排氣閥應(yīng)設(shè)在端蓋的上方并且與壓力腔相通。 5主油缸的密封 5.1密封的意義 四柱式液壓機(jī)主油缸的種類很多, 按不同的方法可以有不同的分類，如按額定工作壓力分類、按使用領(lǐng)域工作特點(diǎn)分類、按結(jié)構(gòu)形式和作用分類等。無論哪一種主油缸,其可靠性和使用壽命大多都取決于密封圈的使用和選型[14]。 圖6密封圈 5.2 密封機(jī)理、摩擦和磨損 5.2.1靜態(tài)密封 在靜止情況下, 所有的液壓密封圈是采用過盈配合從而形成初始預(yù)壓力來實(shí)現(xiàn)密封;因?yàn)楸幻芊饨橘|(zhì)的壓力疊加于初始預(yù)壓力，所以作用在密封表面的壓縮力的大小總是大于被密封壓力的大小:

37、 （5-1) 5.2.2 摩擦 其中液壓密封圈的摩擦, 會(huì)受到滑動(dòng)表面和密封圈之間的潤滑油膜厚度的影響。這就會(huì)產(chǎn)生 3 種摩擦情況： (1)靜摩擦。 (2)混合摩擦。 (3)油液摩擦。 啟動(dòng)的時(shí)候, 必須首先克服高的靜態(tài)摩擦力, 由于速度升高, 會(huì)有更多的液體從滑動(dòng)表面與密封圈之間被抽出，從而滑動(dòng)表面以及與其直接接觸面減小,同時(shí)摩擦力迅速下降。速度進(jìn)一步提高, 進(jìn)入油液摩擦區(qū)。摩擦力會(huì)跟隨速度升高再一次開始升高。在此動(dòng)液潤滑區(qū)里, 摩擦力的產(chǎn)生的原因是油液里的剪切應(yīng)力[15]。 5.2

38、.3 磨損 液壓密封的磨損, 是由潤滑油膜的厚度以及摩擦狀態(tài)所決定的。多數(shù)密封圈都在混合摩擦區(qū)產(chǎn)生作用, 并不斷受連續(xù)性磨損的影響。隨著溫度、工作壓力以及速度條件的變化, 磨損程度還主要由滑動(dòng)摩擦材料表面、物質(zhì)特性以及液壓油的潤滑特性所決定。同時(shí)液壓油里的空氣和外界帶入的贓物,也會(huì)影響磨損。 6結(jié)論 四柱式液壓機(jī)的學(xué)習(xí)研究，對(duì)它的工作原理及其功能有了更深層次的把握，在液壓機(jī)的運(yùn)行方面采用的微電子技術(shù)，大大提高了液壓機(jī)的工作效率。通過對(duì)液壓機(jī)主油缸壓力值的設(shè)計(jì)，活塞桿的運(yùn)動(dòng)速度設(shè)計(jì)，主油缸的缸速比的設(shè)計(jì)，活塞的理論推力和拉力控制，主油缸缸筒的設(shè)計(jì)，活塞的設(shè)計(jì)活塞桿與活動(dòng)橫梁連接結(jié)構(gòu)設(shè)

39、，緩沖裝置的設(shè)計(jì)，主油缸排氣閥的設(shè)計(jì)等，大大的提高四柱式液壓機(jī)主油缸的性能，從而使液壓機(jī)更加的完善。 參考文獻(xiàn) ［1］孫如軍.液壓與氣壓傳動(dòng)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2011.45～66 ［2］郭瑞琴,李建斌,秦芳芳,史紅霞,史朝陽,馮大明.采掘機(jī)械液壓系統(tǒng)常見故障分析[J].機(jī)械管理開發(fā),2013.23～46 ［3］杜巧連,熊熙程,魏建華.拖拉機(jī)液壓懸掛耕深電液控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2010 (08):12～16 ［4］劉登彪,李翠,郭凡燦.負(fù)載等初撐力等壓雙伸縮立柱的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]．煤礦機(jī)械2012.1

40、3～17 ［5］張祖芳.開式壓力機(jī)機(jī)身的有限元分析及其優(yōu)化設(shè)計(jì)[碩士學(xué)位論文].南京:東南大學(xué),2011.4～6 ［6］機(jī)械壓力機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)(第一版)楊群譯.北京:電子工業(yè)出版社,2009.30～37 ［7］劉振堂.國外數(shù)控沖床的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢.鍛壓機(jī)械,2012 (l):7～9 ［8］減貽娟.數(shù)控高速?zèng)_床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真7碩士學(xué)位論文].山東濟(jì)南:山東大學(xué).2010.7～9 ［9］俞新陸.液壓機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用(第一版).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2011.89～101 [10]張盛華.快鍛液壓機(jī)機(jī)架的有限元分析.[西北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文].2010.18 [11]林永新.

41、鍛造設(shè)備制造技術(shù)的發(fā)展.稀有金屬快報(bào),2012,23 (12):8 [12]徐宇瑾,韓大衛(wèi),黃新,等 .快速鍛造液壓機(jī)組主機(jī)結(jié)構(gòu)型式與選型.重型機(jī)械,2012 (6):45～47 [13]魏偉.快鍛液壓機(jī)國內(nèi)外現(xiàn)狀及舊水壓機(jī)改造.鍛壓機(jī)械,2013 (2):8 [14]蔡墉.我國自由鍛液壓機(jī)和大型鍛件生產(chǎn)的發(fā)展歷程[ J ] 大型鑄鍛件, 2013.28～37 [15]林永新.鍛造設(shè)備制造技術(shù)的發(fā)展[ J ] .稀有金屬快報(bào),2014.27～56 10MN hydraulic master cylinder four-post

42、 design Gao Cong (Mechanical and Electronic Engineering Department of Dezhou University, Dezhou Shandong, 253023) Abstract: Four-hydraulic machine is one of the products most widely used molding production equipment, but also the ideal molding process equipment, which has a stroke, pressure, spee

43、d adjustment function alone can achieve machining of complex parts and asymmetry of the workpiece, Compared with the machining system has great advantages. In recent years, with the microelectronics technology, the development of hydraulic technology, with the further development of hydraulic machin

44、es, many models have been used to control CNC or PC, improve product quality and productivity machining. Hydraulic master cylinder is the main working parts of a hydraulic machine, hydraulic master cylinder hydraulic performance directly affects the overall level of technology. Consumable part of th

45、e design to solve the problems in the structure through careful analysis and theoretical research, technology can make the master cylinder to reach the strength requirements, standards and technology to improve the life of the master cylinder applications. So the hydraulic master cylinder were metic

46、ulous design calculations for the design of the hydraulic machine has a crucial role in the production. In this paper, on the whole of the hydraulic master cylinder main parameters were calculated, and the results were checking, analysis, and strive to make hydraulic master cylinders to meet the req

47、uirements of the production process and to improve the standard of hydraulic technology as a whole. Keywords: Hydraulic machine, Hydraulic system,Master cylinder 謝 辭 另外，非常感謝學(xué)校給予我這樣一次獨(dú)立完成一個(gè)課題的機(jī)會(huì)。在這個(gè)課題設(shè)計(jì)的過程，指導(dǎo)老師給予了極大的關(guān)懷與幫助，在此，向各位指導(dǎo)老師致以深深的謝意。還要感謝幾

48、個(gè)好同學(xué)的幫助，我們一起修改論文格式，一起努力一起學(xué)習(xí)。我即將畢業(yè)，走入社會(huì)，這次課程設(shè)計(jì)提高了我學(xué)以致用的能力，分析解決問題的能力，獨(dú)立思考的能力。再一次對(duì)母校表示誠摯的感謝。 16 德州學(xué)院畢業(yè)(論文)設(shè)計(jì)評(píng)語 院 （系）： 機(jī)電工程學(xué)院 ?！I(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名： 高聰 學(xué) 號(hào)： 201101701100 題 目： 10MN四柱式液壓機(jī)主油缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師評(píng)語： 評(píng)定成績：

49、 　　　　　　　　　　　　　　　 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 德州學(xué)院畢業(yè)(論文)設(shè)計(jì)評(píng)語 院 （系）： 機(jī)電工程學(xué)院 專　業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名： 高聰 學(xué)　號(hào)： 201101701100 題 目： 10MN四柱式液壓機(jī)主油缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 評(píng)閱人評(píng)語： 評(píng)定成績： 　　　　　　　　　　　　　　　 評(píng)閱人簽名： 年 月 日

50、 德州學(xué)院畢業(yè)(論文)設(shè)計(jì)評(píng)語 院 （系）： 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名： 高聰 學(xué)　號(hào)： 201101701100 題 目： 10MN四柱式液壓機(jī)主油缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 答辯小組評(píng)語： 評(píng)定成績：

51、 　　　　　　　　　　答辯小組組長簽名： 年 月 日 指導(dǎo)教師評(píng)定成績 （30%） 評(píng)閱人評(píng)定成績 （30%） 答辯小組評(píng)定 成績（40%） 答辯委員會(huì)主任簽字： 年 月 日 總括評(píng)定成績 德州學(xué)院畢業(yè)(論文)設(shè)計(jì)答辯記錄 院?。ㄏ担簷C(jī)電工程學(xué)院 專　業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名： 高聰 學(xué)　號(hào)： 201101701100

52、 題 目： 10MN四柱式液壓機(jī)主油缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 答辯時(shí)間： 2015 年 3 月 20 日 地 點(diǎn)： 會(huì)議室 答辯組成員： 孫如軍 王會(huì) 李彩霞 侯曉霞 王萬新 孫莉 1問題:說一下液壓機(jī)的工作原理？ 液壓試驗(yàn)機(jī)的工作原理是帕斯卡原理-液體壓力在靜態(tài)下是等值傳遞的，它是通過液體的壓力來

53、進(jìn)行工作的。液體的壓力傳遞原理是：在充滿液體的密閉容器里，任一點(diǎn)單位有外力的作用，都會(huì)傳遞至全部液體，而且數(shù)值不變。非常多的液壓機(jī)械都是建立在這個(gè)原理的基礎(chǔ)上制成。 2問題：液壓缸怎么去選擇材料？ 液壓缸缸筒材料需要具有有足夠的沖擊韌性和強(qiáng)度，同時(shí)要求有良好的焊接性能?？梢蚤L期承受短期動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)壓力及最高工作壓力而不至產(chǎn)生永久變形；需要滿足足夠的剛度，能承受安裝的反作用力和活塞側(cè)向力而不致產(chǎn)生彎曲；同時(shí)滿足在與內(nèi)表面與活塞密封件及導(dǎo)向環(huán)的摩擦力作用下，能長期工作而磨損少。 3問題：液壓機(jī)主油缸密封有什么意義？ 四柱式液壓機(jī)主油缸的種類很多, 按不同的方法可以有不同的分類，如按額定

54、工作壓力分類、按使用領(lǐng)域工作特點(diǎn)分類、按結(jié)構(gòu)形式和作用分類等。無論哪一種主油缸,其可靠性和使用壽命大多都取決于密封圈的使用和選型。 4問題：通過這次課題設(shè)計(jì)你覺得自己在那些方面提高了？ 我覺得自己在課題設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)的了解了液壓機(jī)的主油缸結(jié)構(gòu)；并且學(xué)以致用的能力和查找文獻(xiàn)的能力有大幅度的提高。同時(shí)學(xué)會(huì)獨(dú)立思考并解決問題，對(duì)自己的專業(yè)產(chǎn)生的更大的興趣。 德州學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）課題說明書 2015年3月20日 題 目 10MN四柱式液壓機(jī)主油缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 指 導(dǎo) 教 師 牟世剛 職 稱 講師 主要研究方向 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 選

55、題的主要目的和意義： 當(dāng)今，大型制造業(yè)的發(fā)展水平已成為衡量一個(gè)國家綜合國力的重要標(biāo)志。10MN四柱式液壓機(jī)的迅猛發(fā)展與制造業(yè)的發(fā)展有著密切的聯(lián)系。本文對(duì)四柱式液壓機(jī)的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，并且詳細(xì)的對(duì)其主要結(jié)構(gòu)主油缸的設(shè)計(jì)比較詳細(xì)的說明。目前,我國液壓機(jī)進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)期,并朝著大型、超大型化的趨勢發(fā)展,國內(nèi)四柱式液壓機(jī)制造規(guī)模居世界前列。四柱式液壓機(jī)適用于可塑性材料的壓制工藝，如粉末制品成型、塑料制品成型、冷（熱）擠壓金屬成型、薄板拉伸以及橫壓、彎壓、翻透、校正等工藝，具有廣闊的市場。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢： 我國四柱式液壓機(jī)的發(fā)展已經(jīng)能夠獨(dú)立研發(fā)，現(xiàn)在我國已成為設(shè)計(jì)、生產(chǎn)四柱式液壓機(jī)的大國之一。從1956年起，我國技術(shù)人員開始了從學(xué)習(xí)、仿制到獨(dú)立研發(fā)四柱式液壓機(jī)。許多的專家針對(duì)鍛造工藝、設(shè)備從理論上進(jìn)行了深入地研究，并培養(yǎng)了大量的液壓專業(yè)人才。國家建立了多種鍛壓工藝設(shè)備研究所，并進(jìn)行了的研究開發(fā)工作，先后研制成功一系列的四柱式液壓機(jī)。 教學(xué)單位領(lǐng)導(dǎo)小組審批意見： 組長簽名： 年 月 日