單點漸進(jìn)成形薄板成型分析

1、中文摘要單點漸進(jìn)成形是在數(shù)控機(jī)床上通過計算機(jī)程序控制形狀簡單的成形工具，利用其沿著垂直方向的進(jìn)給以與水平方向的運動軌跡逐層形成板類件的三維包 絡(luò)面，從而實現(xiàn)金屬板料連續(xù)局部塑性成形的加工方法，在板類件成形領(lǐng)域有 著廣泛的應(yīng)用前景。這種成型方式是一種具有高潛能的經(jīng)濟(jì)收益，快速的原型 應(yīng)用以與小批量生產(chǎn)特點的新型薄板成型方式，并且為形狀復(fù)雜的板類件成形 開辟了一條新路。本文討論了單點漸進(jìn)成形的原理，以與當(dāng)今社會對單點成型 的研究動態(tài)。在此根底上學(xué)習(xí)了液壓缸設(shè)計的一些內(nèi)容。通過利用液壓傳動達(dá) 到夾緊工件的目的，從而實現(xiàn)單點漸進(jìn)成形加工和生產(chǎn)的一體化。 在此過程中, 通過學(xué)習(xí)和實踐，掌握了液壓缸的工作

2、原理，并且對液壓傳動有了一個本質(zhì)的 認(rèn)識，這在今后的學(xué)習(xí)中對作者將會有很大的幫助。關(guān)鍵詞：單點漸進(jìn)成形薄板成型液壓缸液壓傳動AbstractSin glepoint in creme ntalforming is a process ing method, whichutilizes puter program to control the simple shape of forming tool in the numerical control machine, using the feed motion along the verticaldirect ionas well as the

3、trajectories of horiz on tal layers to formthree-dimensional pieces of sheet metal , thereby achieving metal sheet the localcontinuous plastic forming , so it has a wide prospect ofapplicationin the field of sheet metal forming.This forming is a newsheetmetal formi ng process with a high pote ntial

4、econo mic payoff for rapid prototyp ing applicati ons and for small qua ntity product ion, which cutsa new road for plex shape of sheet.This article discusses the prin ciple of Sin gle point in creme ntal forming , as well as the dyn amic study for the single point forming in today's society.On

5、this basis , the author studies the contents of hydraulic cylinder design.Through the using of fluid drive , this device achieves the intention of clamping the workpiece,thereby achiev ing the sin gle point in creme ntal formi ng process and the integrationof productionnthis process , through learni

6、ng and practice ,the author masters the working principle of hydraulic cylinder, and hasa nature understanding to fluid drive , which will give author a great helpin the future.formi ngKeywords: Sin gle pointin creme ntalformi ngSheet metalHydraulic cyli nder Fluid drive10F117目錄4緒論6第一節(jié)、本課題國內(nèi)外研究動態(tài)6、單

7、點漸進(jìn)成形的特點61.2.單點漸進(jìn)成形的國內(nèi)外研究動態(tài)6第二節(jié)、研究的根本內(nèi)容，擬解決的主要問題8、本文研究主要內(nèi)容 8第三節(jié)、液壓轉(zhuǎn)動的特點9、液壓傳動的優(yōu)點 9、液壓傳動的缺點 9第一章液壓缸設(shè)計 10第一節(jié)、液壓缸各局部零件的材料、公差以與熱處理1.1液壓缸零件10、缸體10、活塞桿10、端蓋10、軸套11、半圓環(huán)11、半圓環(huán)活塞11第二節(jié)、液壓缸的密封裝置11、密封裝置的類型 11、間隙密封11、接觸密封12、密封元件的常用材料12、常用密封元件的結(jié)構(gòu)和性能13、O形密封圈13、Y形密封圈14、V形密封圈14、鼓形和蕾形密封圈15、活塞環(huán)15、防塵密封圈16第三節(jié)、液壓缸的主要參數(shù)與設(shè)

8、計計算17、機(jī)構(gòu)尺寸與形式17、實際工作時輸出力 17、單桿活塞式液壓缸和柱塞式液壓缸的推力 、單桿活塞式液壓缸拉力F218、液壓缸的輸出速度 18、單桿活塞式液壓缸活塞外伸時速度19單桿活塞式液壓缸活塞縮進(jìn)時的速度19、根本尺寸20、缸筒壁厚20、液壓缸缸底厚度 21、缸體中部與底部聯(lián)結(jié)法蘭的厚度21、端蓋法蘭的厚度 22第四節(jié)、最小導(dǎo)向長度H23第二章強(qiáng)度校核25第一節(jié)、液壓缸局部校核25、法蘭與下壓板接觸面的擠壓應(yīng)力25、法蘭過度局部25、缸底強(qiáng)度計算28、筒壁局部28第二節(jié)、普通螺紋預(yù)緊與其強(qiáng)度校核31、底板上內(nèi)六角螺釘?shù)膹?qiáng)度校核與其預(yù)緊力確實定3536、缸體底部法蘭和缸蓋螺紋連接強(qiáng)度

9、校核與其預(yù)緊力確實定第三節(jié)、立柱預(yù)緊和計算37第四節(jié)、立柱螺母的設(shè)計與強(qiáng)度計算39第五節(jié)、上、下壓板的剛度計算42、上壓板剛度計算 42、下壓板剛度計算 44結(jié)論47致謝48參考文獻(xiàn)49緒論第一節(jié)、本課題國內(nèi)外研究動態(tài)1.1、單點漸進(jìn)成形的特點單點漸進(jìn)成形是以計算機(jī)為主要手段實現(xiàn)板料成形，具有以下一些特點：1）實現(xiàn)板料柔性成形不需要傳統(tǒng)的對合模具或僅采用簡單凸模就可以通過數(shù)控設(shè)備加工出成形 極限較大、形狀復(fù)雜的板類件，可實現(xiàn)規(guī) X成形，大大提高成形質(zhì)量。2）實現(xiàn)板料變軌跡和路徑成形通過改變成形軌跡和成形路徑，利用板料成形軌跡和路徑可變的特點，結(jié) 合有效的數(shù)值模擬技術(shù)，設(shè)計適當(dāng)?shù)某尚诬壽E和路徑，

10、可達(dá)到消除成形缺陷、 提高板料成形能力的目的。3易于實現(xiàn)CAD/CAE/CA一體化與板料成形自動化在成形過程中零件的曲面造型、 工藝規(guī)劃等都由計算機(jī)完成，而工件檢測、 設(shè)備控制以與成形過程模擬也可采用計算機(jī)技術(shù)。4在同一臺設(shè)備上可進(jìn)展多種不同形狀板類件的加工，采用數(shù)字化技術(shù)， 通過控制成形工具的成形軌跡進(jìn)展板料成形單點漸進(jìn)成形是在數(shù)控機(jī)床上通過計算機(jī)程序控制形狀簡單的成形工具， 利用其沿著垂直方向的進(jìn)給以與水平方向的運動軌跡逐層形成板類件的三維包 絡(luò)面，從而實現(xiàn)金屬板料連續(xù)局部塑性成形的加工方法，在板類件成形領(lǐng)域有 著廣泛的應(yīng)用前景。其起源可追溯到傳統(tǒng)的旋壓成形，而旋壓成形是通過形狀 簡單的工

11、具成形三維曲面的技術(shù)，由于旋壓成形原理所固有的缺陷只能加工軸 對稱回轉(zhuǎn)體工件，因而提出并開展了單點漸進(jìn)成形方法，隨著計算機(jī)技術(shù)尤其 是CAD/CAE/CAM/CA技術(shù)以與數(shù)控技術(shù)的開展，而且市場需求的日趨多樣化, 基于產(chǎn)品的數(shù)字化信息促使單點漸進(jìn)成形有了新的開展。為了更加形象的描述 單點漸進(jìn)成形過程，結(jié)合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，以使用凸模和未使用凸模為依據(jù)把單點漸進(jìn)成形分為無模單點漸進(jìn)成形和有模單點漸進(jìn)成形。日本信州大學(xué)K.Kitazawa對無模單點漸進(jìn)成形進(jìn)展了研究，在數(shù)控車床上 做了軸對稱無模單點漸進(jìn)成形實驗。為了使其自動設(shè)計路徑和軌跡從而生成工 具球頭包絡(luò)面，在車床增加一個CAD系統(tǒng)。板料由卡盤

12、夾持以315轉(zhuǎn)/分的常速 轉(zhuǎn)動，帶有球頭的成形工具安裝在刀架上并旋轉(zhuǎn)一定的角度，球頭包是在板料 旋轉(zhuǎn)時球頭沿軸向和徑向與板料做相對運動形成的，同時，板料被沿球頭包絡(luò) 面拉脹成形。還對工具路徑進(jìn)展了研究，包括多路徑的增量拉伸擴(kuò)展以與半球 形和半橢球形殼的雙路徑拉伸擴(kuò)展。第一次成形錐臺殼，在此根底上，通過第 二次成形半球形殼，也將雙路徑方法用于半橢球形零件。圖1無模單點漸進(jìn)成形過程示意圖 板料經(jīng)過無模單點漸進(jìn)成形后的材料性能進(jìn)展研究，成形了各種不同成形傾角 的錐臺殼，對成形零件進(jìn)展拉伸實驗。通過實驗得到，隨著成形傾角的增大， 屈服應(yīng)力和頸縮應(yīng)力增大，對金屬板料的非對稱零件成形進(jìn)展了研究。意大利 卡

13、拉布里亞大學(xué)G.Ambrogio等在板料夾具框架上應(yīng)用壓電測力計動態(tài)地測量 金屬板料和成形工具球頭之間垂直局部的應(yīng)力分布，有效地預(yù)防板料成形 中所產(chǎn)生的缺陷，還將無模單點漸進(jìn) 成形應(yīng)用到了醫(yī)學(xué)制造產(chǎn)品腳踝支 撐體上意大利布雷西亞大學(xué) A.Atta nasio等對單點漸進(jìn)成形過程 中成形工具球頭的路徑進(jìn)展了最優(yōu) 化，實驗顯示采用變化的步長深度進(jìn) 展成形，可以得到較好的外表質(zhì)量、 幾何精度和最終的成形厚度。其中步 長的選取主要取決于零件幾何形狀，尤其是控制最大的步長值和扇貝高度值。 國內(nèi)有關(guān)無模單點漸進(jìn)成形研究較早的是某某工業(yè)大學(xué)王仲仁、戴昆等，研究 了無模單點漸進(jìn)成形的壁厚變化規(guī)律，對變形后的壁

14、厚分布進(jìn)展了可視化處理， 這將使不同成形路徑下零件壁厚變化規(guī)律更加直觀，有利于尋找最優(yōu)的成形路 徑和采取有效的措施防止零件壁厚變化不均勻，提高板料的成形極限。對多道次成形能提高成形極限的問題進(jìn)展了分析，認(rèn)為板料無模單點漸進(jìn)成形過程可 以簡化成如圖1-1所示，圓S表示成形工具球頭，CD表示成形前的坯料，GD弧 表示板料最終成形的形狀，DB弧+ BE弧+ EF表示中間成形過程。在成形過程 中，板料上的A點與B點之間的質(zhì)點會被成形球頭 S與板料接觸的AB弧脹形至 最終成形輪廓上。由于AB弧上的法線方向均指向S的右側(cè)，所以板料上與成形 球頭S相接觸的質(zhì)點，如質(zhì)點A,在受到Z負(fù)方向脹形力作用的同時，也受

15、到X 正方向的脹形力的作用，并且最終被脹形至成形輪廓GD弧上。華南理工大學(xué)黃珍媛，阮鋒等對無模單點漸進(jìn)成形系統(tǒng)進(jìn)展了開發(fā)，指出 金屬板料的無模單點漸進(jìn)成形是金屬塑性成形方法與現(xiàn)代CAD/CAMi術(shù)、現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。對異型管件的無模單點漸進(jìn)成形進(jìn)展了實驗研究，通 過控制成形工步中的工步次數(shù)、徑向進(jìn)給和切向進(jìn)給量，使金屬的變形極限和 外表光潔度有較大的提高。另外某某航空航天大學(xué)G.Hussain，L.Gao等采用兩 種實驗方法研究了 Al合金的成形極限，針對圓錐斜截體和方形斜截錐體兩種件 研究了成形極限最大傾角。另外針對四類斜截棱柱體，設(shè)計不同的旋轉(zhuǎn)曲線研 究拉裂極限。結(jié)果明確，后者最大

16、的傾斜角比前者要小。單點漸進(jìn)成形工藝為小批量、形狀復(fù)雜的板類件成形開辟了一條新路，可 用于航空航天工業(yè)以與高級汽車試生產(chǎn)中，以與其他工業(yè)與民用產(chǎn)品中的小批 量、形狀復(fù)雜的板類件生產(chǎn)中，尤其是可以與其他技術(shù)結(jié)合成形板類件，例如 多點成形技術(shù)，采用多點成形進(jìn)展預(yù)成形，成形大致形狀之后，再采用單點漸 進(jìn)成形進(jìn)展后續(xù)的精加工再次成形，這樣既可以防止直接采用單點漸進(jìn)成形成 形效率低的問題，也防止了多點成形在一些復(fù)雜的局部位置成形精度不高的問 題，兩種成形方法結(jié)合后將在國內(nèi)外市場中有著廣闊的應(yīng)用前景。第二節(jié)、研究的根本內(nèi)容，擬解決的主要問題2.1、本文研究主要內(nèi)容1了解單點漸進(jìn)成形機(jī)理以與單點漸進(jìn)成形壓邊

17、裝置工藝分析；2初步確定夾具形狀、尺寸，分析單點漸進(jìn)成形壓邊裝置工作過程的定位 基準(zhǔn)和夾具的輸出力；3確定液壓傳動為動力系統(tǒng)系統(tǒng)，設(shè)計液壓缸;4選擇材料，確定工藝參數(shù)，校核強(qiáng)度第三節(jié)、液壓轉(zhuǎn)動的特點3.1、液壓傳動的優(yōu)點1易于實現(xiàn)直線往復(fù)和旋轉(zhuǎn)運動，在高壓下可獲得很大的力和力矩，且 運動平穩(wěn)，耐沖擊，低速穩(wěn)定性好。2調(diào)速性能好，易于實現(xiàn)無級調(diào)速，調(diào)速 X圍大，速比高達(dá)1000以上, 與電氣元件相配合可實現(xiàn)自動控制，作為執(zhí)行元件的液壓馬達(dá)具有極高的力矩 慣性比，空載加速度達(dá)3.4 105 1/s，且不像電機(jī)那樣會產(chǎn)生反電動勢，加 速度根本上是常數(shù)。3液壓元件體積小、重量輕、操作方便易于控制。液壓

18、元件比同體積的 電氣元件能產(chǎn)生更大的動力。在輸出功率一樣的條件下，液壓馬達(dá)的體積僅是 電動機(jī)體積的12%13% ;在轉(zhuǎn)速一樣的條件下，電機(jī)的質(zhì)量要比油泵高八倍。4動力傳遞和能量存儲方便，由于元件間相對位置的自由度較大，因而 易于布置。液壓系統(tǒng)具有自行潤滑的能力，且能有效地防止過載，這對提高系 統(tǒng)的可靠性和元件的工作壽命非常有利，5液壓元件易于實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化、便于組織專業(yè)性生產(chǎn)， 提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。3.2、液壓傳動的缺點1易造成油液泄漏、傳動效率低，不宜用于遠(yuǎn)距離輸送。2油液中混入雜質(zhì)后易產(chǎn)生元件的堵塞，且故障不易判斷和排除。3定比傳動性差，不適于速比要求較高的場合。4制造精度

19、要求高。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、設(shè)計水平和制造工藝的提高，這些缺點會逐漸克制 液壓傳動的應(yīng)用X圍將越來越廣。第一章液壓缸設(shè)計第一節(jié)、液壓缸各局部零件的材料、公差以與熱處理液壓缸又稱油缸，是一種將輸入的液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，用來驅(qū)動工作機(jī)構(gòu)作直線或小于 360度的回轉(zhuǎn)運動。液壓缸具有結(jié)構(gòu)簡單、工 作可靠、制造容易和使用維護(hù)方便等優(yōu)點，是應(yīng)用最廣的液壓執(zhí)行元件。液壓缸的種類繁多，通常把實現(xiàn)直線運動的液壓缸稱為推力液壓缸，實現(xiàn) 小于360°回轉(zhuǎn)運動的液壓缸稱為擺動液壓缸。其中推力液壓缸應(yīng)用最廣泛。本 設(shè)計采用的液壓缸為推力液壓缸。1.1液壓缸零件、缸體：缸體選用45號鋼，缸體端部需

20、要焊接，并調(diào)質(zhì)到 241285HB缸體內(nèi)徑 采用H8配合，即14OoO.O63mm缸體內(nèi)徑140的圓度公差按10級精度選取。為 防止腐蝕，并且提高缸體壽命，缸體內(nèi)外表應(yīng)鍍上厚度 3040卩m的鉻層，鍍 后要進(jìn)展珩磨或拋光。、活塞桿活塞桿選用HT20Q粗加工后調(diào)制到硬度為 229285HB再經(jīng)高頻淬火， 使硬度達(dá)到HRC664.導(dǎo)向面進(jìn)展外表鍍鉻處理，鍍層厚度為0.04毫米，鍍 后進(jìn)展拋光處理?；钊麠U直徑 80按9級精度選取，活塞桿直徑 80的圓度公差 值按8級精度選取，活塞桿直徑 80對底部直徑72的徑向跳動公差值為，活塞 桿底部端面對直徑 80中心線的垂直度公差值按7級精度選取。、端蓋液壓缸

21、的端蓋可選用35、45鍛鋼或ZG35 ZG4鑄鋼或HT200 HT300 HT350 鑄鐵等材料，由于本設(shè)計中的活塞桿材料為HT20C且熱處理過后硬度較高，從保護(hù)的角度上講，端蓋選擇材質(zhì)較軟的45號鋼。80的圓柱度公差按9級精度選取， 兩個端面與 80卩m。端蓋與缸體的配合屬于定位間隙配合，配合代號為 140H7/h6;端蓋與活塞桿的配合屬于間隙滑動配合，配合代號為80H7/g6。、軸套軸套材料選用45號鋼，80與軸采用定位間隙配合，配合代號為80H7/h6。80的圓柱度公差按9級精度選取。兩端面對 80中心線的垂直度公差值按7級選 取，80卩m、半圓環(huán)半圓環(huán)材料45號鋼，其作用相當(dāng)于擋圈，通

22、過過盈配合打入活塞桿中。半圓環(huán)粗加工后調(diào)質(zhì)到硬度為229卩m。半圓環(huán)內(nèi)孔和外緣的圓柱度公差值按 8級精度 選取，其同軸度公差按9級精度選取。、半圓環(huán)活塞半圓環(huán)活塞材料25號鋼，與缸體的配合屬于間隙滑動配合，配合代號為140卩m，活塞內(nèi)孔和外緣的圓柱度公差值按8級精度選取，其同軸度公差按7 級精度選取。第二節(jié)、液壓缸的密封裝置密封裝置是液壓缸和其他液壓元件不可缺少的局部， 其作用是防止泄漏（包 括內(nèi)泄和外泄）、防止灰塵、雜質(zhì)、水分等污染物從外部侵入。通常液壓缸和其 他液壓元件與系統(tǒng)的工作性能、效率和可靠性都與密封裝置的結(jié)構(gòu)和性能有關(guān)， 因此，正確選擇密封元件和確定其合理的結(jié)構(gòu)是很重要的。對密封裝

23、置的根本 要求是：在工作壓力下密封效果好，且摩擦阻力和泄漏少；在使用X圍內(nèi)的耐磨性、耐油性和抗腐蝕性能好，密封元件外表不易損壞且壽命長；結(jié)構(gòu)簡單、 使用安裝維修方便。2.1、密封裝置的類型根據(jù)運動狀況，密圭寸裝置分為靜密圭寸和動密圭寸，動密圭寸又有往復(fù)運動和旋 轉(zhuǎn)運動密圭寸；而根據(jù)密圭寸原理，密圭寸裝置分為間隙密圭寸和接觸密圭寸兩大類。 、間隙密封間隙密封是依靠相對運動的元件間的微小間隙實現(xiàn)密封的，本身并沒有專 門的密封元件.如閥芯與閥套、柱塞與柱塞缸、配流盤與斜盤的平面間隙密封 等。密封性能與間隙大小、壓力差、配合面長度、寬度或直徑大小和加工精度 有關(guān)。其間隙可根據(jù)允許泄漏量計算， 通常如此

24、按經(jīng)驗值選取，即每25mn直徑 上有I卩m的間隙。間隙密封的特點是結(jié)構(gòu)簡單、摩探阻力小，但存在著泄漏， 且長期工作會使磨損加大，降低密封性能。、接觸密封在密封配合外表間參加彈性元件而實現(xiàn)的密封稱為接觸密封。這種密封效果好，能在較大的壓力和溫度 X圍內(nèi)可靠地工作，是使用最廣泛的密封裝置， 常用有0形密封圈和各種唇形密封圈以與活塞環(huán)等，此外還有液壓支架液壓缸 中使用的蕾形和鼓形密封圈。2.2、密封元件的常用材料表1-1常用橡膠密封材料的性能和適用X圍橡膠種類使用溫度C主要性能適用X圍丁腈橡膠-50 +120耐油性、耐磨性、抗老化性能良好廣泛用于液壓、水壓和氣動設(shè)備 中，不可用于磷酸脂系工作液中聚氨

25、脂橡膠-30 +80機(jī)械強(qiáng)度、耐磨性、耐壓性和耐油性好用于耐磨性要求高的液壓與氣壓。高 溫下易水解，不宜用于水與水溶液的 介質(zhì)中聚丙烯橡膠0 +180耐油性、耐熱性很好，耐 低溫性能差用于高溫液壓設(shè)備，不宜用于水和酒精中氟化橡膠-50 +120耐高熱性、耐化學(xué)藥品腐 蝕性、耐油性好，耐磨性 也良好用于高溫液壓設(shè)備與要求耐腐蝕 的場合硫化橡膠-50 +120耐油性、耐溶劑性、耐 汽油性好，機(jī)械強(qiáng)度低用作固定密封氯磺化聚 乙烯橡膠-50 +120耐熱性、耐酸性、耐油 性、耐磨性好，彈性小用于需耐臭氧、耐化學(xué)藥品和耐高溫 油的場合天然橡膠 與天然合 成橡膠-50 +120富有彈性和耐磨性，機(jī) 械性能

26、良好，耐礦物油 差，耐蓖麻基油很好可用于蓖麻基油、水與乙醇為介質(zhì)的密封，不能用于礦物油密封元件的材料對工作介質(zhì)的適應(yīng)性影響很大，它包括非金屬和金屬材料 兩類。非金屬材料包括皮革、天然橡膠、合成橡膠和合成樹脂等，其中合成橡 膠使用最廣。根據(jù)不同的使用條件，合理選擇橡膠密封材料是非常重要的。表1-1給出了常用橡膠密封材料的性能和適用 X圍。當(dāng)不允許使用合成橡膠時，可采用合成樹脂，如聚四氟乙烯和尼龍等。上 述密圭寸材料具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度和耐壓、耐磨、耐沖擊以與摩擦 系數(shù)小等優(yōu)點，但其硬度隨溫度變化較大，彈性和柔性不如橡膠。在高速和高溫條件工作時，可使用金屬密封材料，如鑄鐵、銅和鋁等。其

27、中球墨鑄鐵可制成活塞環(huán)用于動密封，鋁和銅可制成墊片用于靜密封。2.3、常用密封元件的結(jié)構(gòu)和性能、O形密封圈O形密封圈為斷面呈圓形的橡膠環(huán)，具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便的優(yōu)點，應(yīng) 用X圍最廣。其密封原理如圖1-1所示。當(dāng)沒有液壓力作用時，0形圈依靠安 裝時產(chǎn)生的預(yù)壓縮變形來實現(xiàn)密封，如圖中a所示。在系統(tǒng)壓力建立后，在壓力油作用下，0形圈被擠到槽口的一側(cè)并緊貼在槽壁和密封面上，如圖中b所示。這樣既增加了密封面的接觸壓力，提高了密封效果，由于0形橡膠環(huán)的摩擦系數(shù)小、安裝空間小，故已被廣泛應(yīng)用于固定密封和運動密封。在運動密封 中，主要用于工作條件好且運動平穩(wěn)的中低壓液壓缸，當(dāng)壓力超過10Mpa寸，o形圈會被

28、擠入低壓側(cè)的間隙中而損壞。在這種情況下，應(yīng)在低壓側(cè)加擋圈，如 雙向均受壓力作用時，0形圈兩側(cè)均應(yīng)加擋圈，如圖中c、d所示。使用擋圈后， 可用于2030MPaE力下往復(fù)運動的密封。擋圈常用聚四氟乙烯、尼龍等材科 制成。由于O形橡 膠密封圈質(zhì)地較軟，容易被扭曲損壞，因而不能用于大直徑且行程長速度快的 液壓缸。硬度較高的O形圈可用于旋轉(zhuǎn)密圭寸，但運動速度不應(yīng)超過 2n)/ s，否 如此會因發(fā)熱而損壞。(a)(b)(c)(d)圖1-10形密封圈密封原理0形密封圈與其安裝溝槽的尺寸都已標(biāo)準(zhǔn)化，選用時，可查閱有關(guān)液壓傳 動設(shè)計手冊。、Y形密封圈丫形密封圈一般用丁腈橡膠制成，其結(jié)構(gòu)如圖 1-2所示。適于工作

29、壓力小 于20MPa溫度為-3080C的條件下工作，其密封性能可靠、摩擦力小，最宜 用于往復(fù)運動速度較高的場合。使用時應(yīng)使 丫形密圭寸圈的唇邊對著壓力油側(cè)， 當(dāng)壓力波動較大、運動速度較快時，為防止密封圈產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)和扭曲，須用支承 環(huán)固定，如圖中d所示。在y形圈的根底上又制出Yx形密圭寸圈，如圖中b、c 所示，它的內(nèi)外兩個唇邊長度不等，用于密封的唇邊較短，因此在工作時該唇 邊不會被擠入密封間隙而損壞。Yx形密封圈的高度H是其厚度兩倍，故工作時 不會翻轉(zhuǎn)，也不需要另加支承環(huán)， Yx形密封圖的工作壓力可達(dá)32MPa正逐步 取代丫形密封圈。圖1-2 Y形密封圈結(jié)構(gòu)、V形密封圈V形密封圈因其密封圈斷面里

30、V形得名，它由多層涂膠織物制成，并由支 承環(huán)1、密封圈2、和壓圈3組成，如圖1-3所示。使用時，需成組裝配，其中 密封圈不得少于三個，工作壓力越高，如此密封圈的個數(shù)越多。安裝時其開口 側(cè)應(yīng)朝向高壓側(cè)，并用螺紋壓蓋壓緊，V形密封圈密封性能好、耐高壓且工作可靠，可在50MPa以上壓力使用，但安裝空間較 大，摩擦阻力也比擬大。、鼓形和蕾形密封圈這兩種密圭寸圈是液壓支架用液壓缸的專用密 封圈，其結(jié)構(gòu)如圖1-4所示。圖中a為鼓形密封 圈，其截面呈鼓形，芯部為橡膠，外層為夾布膠， 圖1-3 V形密封圈結(jié)構(gòu)用于雙向往復(fù)運動密封，工作壓力達(dá) 2060MPa適于乳化液介質(zhì)，當(dāng)壓力超 過25MPa寸，應(yīng)在兩側(cè)加聚

31、甲醛活塞導(dǎo)向環(huán)，如圖中b所示。蕾形密封圈是由于缸口與活塞桿的單向密封，如圖中 c所示，它由橡膠I 和夾布橡膠2兩局部壓制而成，使用壓力與鼓形圈一樣，當(dāng)壓力超過25MPa時, 應(yīng)加聚甲醛擋圈。兩種密封裝置溝槽的結(jié)構(gòu)如圖中 b和d所示。圖1-4 鼓形和蕾形密封結(jié)構(gòu)、活塞環(huán)活寨環(huán)又稱漲圈，是由鑄鐵或銅制成的開口密封圈，其結(jié)構(gòu)如圖1-5所示,其摩擦阻力小，用于高溫高壓下工作的活塞密封，一般把兩個以上的活塞環(huán)裝 入活塞溝槽，并借彈性壓緊在缸筒內(nèi)壁，適于壓力小于20MPa活塞直徑小于的大型液壓缸。由于活塞環(huán)加工工藝要求較高，對缸筒外表粗糙度和幾何精度F要求都較高，故僅在高溫和高壓條件下才使用這種密封裝置。

32、圖1-5活塞環(huán)密封結(jié)構(gòu)、防塵密封圈為防止活塞桿在往復(fù)運動中將外界污染物帶入液壓缸內(nèi)，在缸蓋或?qū)蛱锥瞬繎?yīng)安裝防塵圈。圖1-6為防塵圈的結(jié)構(gòu)，圖中a為無骨架聚氨脂防塵圈，由 于防塵圈面邊有一定的預(yù)壓縮量，故能緊貼活塞桿。圖中b所示為防塵圈的工作情況，當(dāng)活塞扦2右移時，防塵圖I唇邊能將粘在活塞桿上的污染物體除去， 當(dāng)活塞桿左移時，因防塵圈支承局部與活塞扦間有間隙s，使唇邊對活塞產(chǎn)生的摩擦力很小。圖1-6防塵圈密封結(jié)構(gòu) 第三節(jié)、液壓缸的主要參數(shù)與設(shè)計計算3.1、機(jī)構(gòu)尺寸與形式圖1-7中：D1油缸外徑 mm D1=168mmD油缸內(nèi)徑mm D =140mmd活塞桿直徑 mm d=80mm圖1-7油缸結(jié)

33、構(gòu)圖3.2、實際工作時輸出力、單桿活塞式液壓缸和柱塞式液壓缸的推力F1F1-D2p1 103 1-1式中：F1液壓缸的推力kN;4P1工作壓力 MPa. p=16MPaD活塞直徑，即油缸直徑 m.D= 代入數(shù)據(jù)，可得：232F1-D p1100.785 0.1416 1000246.2kN4、單桿活塞式液壓缸拉力F2F2（D2 d2）p2 103 1-24式中：F2液壓缸的推力kN;P2工作壓力 MPa. p2=1MPaD活塞直徑 m.D=d活塞桿直徑m.d=。由于回程拉力在機(jī)構(gòu)中作用很小，只要保證下壓板能夠穩(wěn)定向下移動即可, 因此工作壓力p2的值可適當(dāng)取小一點，本裝置中取p2=1MPa代入數(shù)

34、據(jù)，可得：F2 （D2 d2）p2 103 0.785 （0.142 -0.082） 1 1000 20.7kN4圖1-8油缸的移動速度油缸（或活塞）的移動過程可分為加速運動，勻速運動和減速運動三個階段。 由于對起始階段的加速運動和制動階段的減速運動的影響因素太多，要從理論 上準(zhǔn)確計算油缸（或活塞）的移動速度是十分困難的。所以，油缸（或活塞）的移 動速度一般都是用其平均速度來表示，如圖1-8所示。油缸（或活塞）的動作速度 是根據(jù)油缸的承壓面積 A和油缸的流量Q來計算的。、單桿活塞式液壓缸活塞外伸時速度1 60 1-3Ai式中：1活塞外伸速度 m/min ；Q進(jìn)入液壓缸的液體流量m3 / s o

35、Q=5* 10 4 m3 /s ;A1活塞的作用面積 m? oAD20.785 0.1420.0154 m2 o4考慮裝置的穩(wěn)定性移動，流量盡量取小一點的數(shù)值，本設(shè)計中取Q=5*10 4 m3/s o代入數(shù)據(jù)，可得:A1605*100.01541.95m/min。單桿活塞式液壓缸活塞縮進(jìn)時的速度2 60 1-4A 2式中： 2活塞縮進(jìn)速度 m/min ；Q進(jìn)入液壓缸的液體流量m3/s.Q=5 10 4 m3 /s ;A 2活塞的作用面積m? oA2= (D2 d2)0.785 (0.1420.082)0.0104 m24代入數(shù)據(jù)，可得：60 60 5 10A20.01042.88m/min。3

36、.4、根本尺寸、缸筒壁厚油缸的壁厚 是按強(qiáng)度條件來確定的。根據(jù)對圓筒形壓力容器的研究明確, 薄壁圓筒和厚壁圓筒的應(yīng)力狀態(tài)不同，其強(qiáng)度計算公式也不一樣。一般情況下 都按薄型圓筒公式來計算：對于本設(shè)計屬于低壓系統(tǒng)情況，液壓缸缸筒厚度按薄壁筒計算：PyD 1-52式中：液壓缸缸同厚度 mPy16MPaP寸，Py 1.5p ；工作壓力p 16MPa寸，Py 1.25p。本裝置試驗壓力取py 1.25p 1.25 16 20MPaD液壓缸內(nèi)徑m缸體材料的許用壓力MPab 缸體材料的抗拉強(qiáng)度MPan安全系數(shù).n=2.55, 般取n=5因此:=S=600 =120MPa n 5代入數(shù)據(jù)，可得:PyD=20

37、0.1682 = 2 120設(shè)計的壁厚 140mm、液壓缸缸底厚度當(dāng)缸底無油孔時h 0.433D 1-6式中：h液壓缸的缸底厚度mD液壓缸內(nèi)徑mPy試驗壓力 Mpa Py 20MPa缸體材料的許用壓力 MPa,120MPa安全系數(shù)是5代入數(shù)據(jù)，可得:0.0297 m設(shè)計時，取h=30mm、缸體中部與底部聯(lián)結(jié)法蘭的厚度：3F(D0_DJD11-7式中：h法蘭厚度mF法蘭受力總和N.F= 246 103 ND0螺釘孔分度圓直徑m.D0 =D1法蘭根部直徑 m. D1 =缸體材料的許用壓力MPa,120MPa安全系數(shù)是5圖1-9法蘭尺寸圖代入數(shù)據(jù)，可得:h 3F（Do Di）3 246 Mg5。乎）

38、0.242m D1 丫 3.14 0.172 120 106設(shè)計時，中部法蘭厚度取h=35mm同理：底部法蘭也可近似用公式1-7其中：F=20* 103N; D0 = ；D1 = ； 120MPa安全系數(shù)是5所以:3F（D。 D1）D1I'33 20.7 10 （0.2160.172）3.140.1721201060.06 m設(shè)計時，底部法蘭厚度取h=15mm式中：h法蘭厚度mF-法蘭受力總和N.F= 20 103 ND0 螺釘孔分度圓直徑 m. Do =dcp 密封圈平均直徑 m. dcp = 缸體材料的許用壓力MPa,所以：h600/5 120MPa安全系數(shù)是5材料為45號鋼，3F

39、(D°_dcp)dcp3 20 103(0.216 0.086)3.14 0.086 120 1060.155m設(shè)計中取h=16mm.第四節(jié)、最小導(dǎo)向長度H活塞桿全部外伸時，從活塞支承面的中點到導(dǎo)向套滑動面中點的距離稱為 最小導(dǎo)向長度，如圖1-11所示。假如導(dǎo)向長度太小，會使液壓缸因間隙引起的 初始撓度增大而影響液壓缸的工作穩(wěn)定性。通常最小導(dǎo)向長度H應(yīng)滿足下式要求：H L ， mm 1-920 2由圖1-11知HC 1-102 2-II一A1|, 120L1ar71圖1-11液壓缸導(dǎo)向長度L液壓缸的最大工作行程，mn;A導(dǎo)向套滑動面長度，mm當(dāng) D>80mm寸，A= 0.6 1

40、d;當(dāng) D< 80mm寸，A= （0 . 6 1） D ;B活塞寬度，B= （0 . 6 1） D , mmC隔離套長度，mm當(dāng)不能滿足導(dǎo)向套長度時，可以在導(dǎo)向套與活塞之間加隔離套圖中的K， 其長度C由最小導(dǎo)向長度決定，同時也擴(kuò)大了導(dǎo)向套與活塞使用的通用性。根據(jù)設(shè)計結(jié)構(gòu)可知：液壓缸的最大行程 L=150mrnD=140mmA=75mnB=80mm 式1-9、1-10帶入數(shù)據(jù)，可得：L DH77.5 mm20 2H C 72.5 +C mm2 2所以，C的最小值為5mm因此在安裝過程中，裝置要加一個隔離套，以確 保其導(dǎo)向長度滿足要求。第二章強(qiáng)度校核第一節(jié)、液壓缸局部校核1.1、法蘭與下壓板

41、接觸面的擠壓應(yīng)力法蘭盤結(jié)構(gòu)如圖2-1所示2-1 :式中：Fi 法蘭受力總(D22s)2 (D1 2S)2Di4和 N.F=246 103ND1缸體外圓直徑m. D1 =D2 法蘭直徑 m. D2 =S過度圓角半徑m.S=缸體材料的許用應(yīng)力 MPa,120MPa安全系數(shù)是5圖2-1中部法蘭結(jié)構(gòu)圖代入數(shù)據(jù)，得：3F1246 10322_(D2 2s)2 (D 2s)20.785 (0.26 0.006)(0.168 0.006)49.15MPa由于9.15MPa<120MP，法蘭盤能夠抵抗裝置的擠壓.1.2、法蘭過度局部J X圍內(nèi)的缸體，由于法蘭與下壓板接觸的環(huán)形面積上作用著支承反力F，從而

42、在這局部引起很大的彎曲應(yīng)力，在過渡區(qū)圓弧，斷面形狀急劇變化，產(chǎn)生應(yīng)力集中。由F產(chǎn)生的彎矩M簡化公式為2-2F(b g) (1iri式中:M支承反力集中在法蘭平均半徑為r1缸內(nèi)半徑mm.q 70 mmr 2缸外半徑 mm.a 84 mm3法蘭接觸面圓周的平均半徑 mm.r3 112mmr4法蘭外緣半徑mm.5圓周上的彎矩Nr4130 mm 圖2-2法蘭尺寸圖5缸壁的平均半徑mm.708477 m mF平均半徑為5的圓周單位長度上的軸力 N/mm.Fh2-3Fh-液壓缸產(chǎn)生的總力量N.333Fh(246 x1020 x10 ) N 226 x10 N考慮下壓板自身有一定重力大約 4噸；一共裝置有兩

43、只液壓缸，每只分擔(dān)2噸所以：FFh226 1032 3.14 77467N / mm與支承臺面的彎曲剛度與根底系數(shù) k有關(guān)的量mm26(1 )匕)(2 口)3In6(10.3* 1 2)384 )( 8470 )3r2In84702-43宀TMPa) 3.1眾 2 1070 2 )33 MPa2-6因此，法蘭危險截面總的軸向拉應(yīng)力為:192 MPa .如果安全系數(shù)nX圍25的值取3,如此-n600MPa3200MPa.可以得0.039 m m0.3，鑄鐵為0.25h法蘭高度mm.h 35mm液壓缸的壁厚 mm. 14mm帶入數(shù)據(jù)，得:MF(3 J)1 丄-)(h)5.210 3N 根據(jù)板的圓柱

44、面彎曲，在法蘭與缸體圓筒連接處外外表由彎矩M產(chǎn)生的軸l n22 r5A467(11277 )出：z z比擬接近實際，但是沒有考慮過渡區(qū)圓弧對應(yīng)力的影響，只反響了法蘭拐角處一點的單項應(yīng)力，可用來進(jìn)展粗略的核算1.3、缸底強(qiáng)度計算在現(xiàn)有有關(guān)液壓機(jī)的書中，均把平地缸當(dāng)作均布載荷作用周邊剛性固定的 中心有孔的圓板來考慮按圓形平板彎曲強(qiáng)度計算：20.75 MPa 2-7式中：P 缸內(nèi)液體壓力 MPa. p=16MPaJ缸內(nèi)半徑mm.i70 mm缸底因開孔而引入的削弱系數(shù)專，2a為缸底進(jìn)水孔直徑皿2a=16mm所以:2ri 2a 140160.886140缸底厚度mm.30代入數(shù)據(jù)，得:20.75 些16

45、70 20.75 0.88630 273 .7 MPa缸底材料為45號鋼，其許用應(yīng)力戶，取安全系數(shù)n為5如此n=，可以得出缸底在工作過程中是安全的，安全系數(shù)是5.n1.4、筒壁局部用法蘭支承的缸筒中段除了有軸向拉應(yīng)力Z，尚有由內(nèi)壓p引起的徑向壓應(yīng)力r內(nèi)壁最大，向外逐漸減小，到外壁時為 0以與切向拉應(yīng)力t內(nèi)壁最大，向外逐漸減小。因此是三向應(yīng)力狀態(tài)2pri2ri(12牛）Mpa 2-82pri(12寫)Mpa 2-922Pri 2 Mpa2-10 式中：p缸內(nèi)液體壓力 MPa.p=16MPa2 Ar1缸內(nèi)半徑 mmr1 =70mmr2缸外半徑 mm.r2=84mmr所求應(yīng)力點位置半徑 mm.圖2-

46、3缸的中段應(yīng)力圖按上式計算結(jié)果，與實測應(yīng)力很接近.強(qiáng)度校核時，應(yīng)用第四強(qiáng)度理論，將r ri帶入2-8、2-9丨二式，得出圓筒內(nèi)壁處的 r和t，然后與2-10式帶入下式:2)2-111 2 22( zt)( tr)( rz經(jīng)計算后，最大合成當(dāng)量應(yīng)力發(fā)生在缸內(nèi)壁3r2max22務(wù) pMpa2-12Amax應(yīng)小于許用應(yīng)力，即3r2務(wù)P 2-13如缸內(nèi)半徑A與，由上式可導(dǎo)出計算液2 A壓缸外半徑2的公式:2-14對于缸體支承液壓缸中,0,其內(nèi)壁最大合成當(dāng)量應(yīng)力為:2-15丨代入數(shù)據(jù)，可得:宓r：max22 P 2Amax 二f 1 P " T；。7。4 16 97.7MPa r2 r184

47、70-(n 的 X 圍 2.5 5) n取 n=5,如此=600MPa/5=120MP,a 可以得出 nmax97.7MPa 120MPa因此，筒壁結(jié)構(gòu)滿足強(qiáng)度條件第二節(jié)、普通螺紋預(yù)緊與其強(qiáng)度校核工程上，絕大多數(shù)螺紋連接在裝配時都需要擰緊。受載之前，擰緊螺母使 得螺栓沿其軸線方向受到拉力作用，這個拉力稱之為預(yù)緊力。預(yù)緊力的目的是 為了提高連接的剛性、嚴(yán)密性和放松能力，以與提高螺栓在變載荷下的疲勞強(qiáng) 度。但過大的預(yù)緊力會導(dǎo)致整個連接的結(jié)構(gòu)尺寸增大，也會出現(xiàn)螺桿裝配時斷 裂。因此，為了保證所需要的預(yù)緊力，又不使螺紋連接件過載，在裝配時要控 制預(yù)緊力。通常規(guī)定，擰緊螺紋連接件的預(yù)緊應(yīng)力不得超過其材料

48、屈服極限的80%對于一般連接用的鋼制螺栓連接的預(yù)緊力 Fp，推薦按如下關(guān)系確定：碳素鋼螺栓Fp (0.6 0.7) sAi合金剛螺栓Fp (0.5 0.6) sAi式中：s螺栓材料的屈服極限Ai 螺栓危險截面的面積，Ai d2/4。分析明確，承受預(yù)緊力和工作拉力的緊螺栓的總拉力除了和預(yù)緊力 Fp、工 作壓力F有關(guān)以外，還受螺栓剛度Cb與被連接件剛度Cm等因素的影響。因此， 從分析螺栓連承受力和變形的關(guān)系入手，找出螺栓總拉力 Fq的大小。圖2-4表示單個螺栓連接在承受軸向拉伸載荷前后的受力與變化情況。圖2-4a是螺栓剛好擰到和被連接件接觸，但尚未擰緊。此時，螺栓和被連接件都 不受力的作用，因而也

49、不產(chǎn)生變形。圖2-4b是螺母已擰緊，但尚未承受工作載荷。此時螺栓受預(yù)緊力Fp的拉伸作用，其伸長量為入。相反，被連接件如此在Fp的壓縮作用下，其壓縮量為 m。（a）螺母未擰緊（b）螺母已擰緊（C）已承受工作載荷圖2-4單個緊螺栓連承受力變形圖圖2-4C是承受工作載荷時的情況。此時，假如螺栓和被件的材料在彈性變形X圍內(nèi)，如此兩者的受力與變形關(guān)系符合胡克定律。在工作載荷F的作用下螺栓將繼續(xù)伸長，其伸長量增加，總伸長量為b。而被連接件要恢復(fù)變形，其壓縮量隨之減少。根據(jù)連接的變形協(xié)調(diào)條件，被連接件壓縮變形的減 少量應(yīng)等于螺栓拉伸變形的增加量。因而壓縮量為m m 。而被連接件所受的壓縮力Fp減少至Fp，F(xiàn)

50、p稱為剩余預(yù)緊力。顯然，連承受載后，由于預(yù)緊力的變化，螺栓的總拉力Fq并不等于預(yù)緊力Fp與工作拉力F之和，而是等于剩余預(yù)緊力Fp與工作拉力F之和，即：FQ FP F 2-16為了保證連接的嚴(yán)密性，防止連承受載后接合面產(chǎn)生間隙，應(yīng)使 Fp 0 o 對于有密封性要求的螺栓連接，F(xiàn)p (1.5 1.8)F ;對于普通的螺栓連接，工作 載荷穩(wěn)定時，F(xiàn)p (0.20.6)F ;對于地腳螺栓連接，F(xiàn)p F o螺栓的預(yù)緊力Fp與剩余預(yù)緊力Fp與總拉力Fq的關(guān)系，可由彈性形變關(guān)系推出。 根據(jù)前面的分析，可得：F q F p Cb 2-17Fp Fp Cm 2-18式中：Cb、Cm 螺栓和被件的剛度，均為定值。

51、由2-16、2-17和2-18可得：Fq FpCb F 2-19Cb CmFp FpCm F 2-20Cb Cm式中稱為螺栓的相對剛度，其大小與螺栓和被連接件的結(jié)構(gòu)尺寸、Cb Cm材料以與墊片、工作載荷的作用位置等因素有關(guān)，其值在 01之間變動。假如 被連接件的剛度很大如采用剛性墊片，而螺栓的剛度很小如細(xì)長的或空心 的螺栓，如此螺栓的相對剛度趨于零，反之如此其值趨于 1o為了降低螺栓的表2-1螺栓的相對剛度Cb/ Cb Cm被連接鋼板間所用墊片類別Cb/ CbCm金屬墊片或無墊片皮革墊片銅皮石棉墊片橡膠墊片受力，提高螺栓的承載能力，應(yīng)使值盡量小些Cb CmCbCb Cm設(shè)計時，可先根據(jù)連接的受

52、載情況，求出螺栓的工作拉力F,再根據(jù)連接的工作要求去選取Fp的值，然后再根據(jù)2-16式計算螺栓的總拉力Fq。求得 Fq值后即可進(jìn)展螺栓強(qiáng)度計算。螺栓危險截面的拉應(yīng)力為:-F 2-21 di4考慮螺栓在總拉力Fq的作用下可能需要補(bǔ)充擰緊，螺栓危險截面的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為：Fq tan(v) ；22 2-22d；16式中：螺紋升角；當(dāng)量摩擦角;d1 螺紋的最小直徑;dJ/2，其中d2 螺紋中經(jīng)，它近似等于螺紋平均直徑d2 (dd為螺紋的公稱直徑。對于M1A M64普通螺紋的鋼制螺栓，可取tan v0.17, tan0.05 ,d2(1.04 1.08)d1，可得 0.5那么根據(jù)第四強(qiáng)度理論:ca23 223(0.5 )21.3 2-23于是螺栓危險截面的拉伸強(qiáng)度條件為ca 1 .31.3Fq-d1242-244 1.3Fq 2-252.1、底板上內(nèi)六角螺釘?shù)膹?qiáng)度校核與其預(yù)緊力確實定地板上共有16個M22的內(nèi)六角螺釘，所以單個螺釘工作壓力為:F= : 2F1 Fg/16= 246kNX其中F1為液壓缸的升程力，F(xiàn)g為下壓板的重力。對于普通的螺紋連接，工作載荷穩(wěn)定時，F(xiàn)p (0.2 0.6)F。在這里取Fp 0.5F，