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1 緒論
1.1 液壓機原理
液壓機是一種利用液體壓力能來傳遞能量，以實現(xiàn)各種壓力加工工藝的機器。
液壓機是一種可用于加工金屬、塑料、木材、皮革、、橡膠等各種材料的壓力加工機械，能完成斷崖、沖壓、折邊、冷擠、校直、彎曲、成形、打包等多種工藝，具有壓力和速度可大范圍無級調整、可在任意位置輸出全部功率和保持所需壓力等優(yōu)點，因而用途十分廣泛。
液壓機根據(jù)帕斯卡原理制成，其工作原理如圖1所示。兩個充滿工作液體的具有柱寒或活塞的容腔由管道相連接，當小柱塞1上的作用力為F1時，液體的壓力為，A1為柱塞1的工作面積。根據(jù)帕斯卡原理：在密閉的容器中，液體壓力在各個方向上是相等的，則壓力p將傳遞到容腔的每一點，因此，在大柱塞2上特產(chǎn)生向上的作用力F2，迫使工件3變形，且
式中：A2——大柱塞2的工作面積。
圖1-1液壓機工作原理
1--小柱塞 2--大柱塞 3--工件
液壓機的機構形式很多，其中以四柱立式液壓機最為常見。液壓機一般由本體(主機)及液壓系統(tǒng)兩部分組成。最常見的液壓機本體結構簡圖如圖2所示。它由上橫梁1、下橫梁3、四個立柱2和十六個內(nèi)外螺母組成一個封閉框架，框架承受全部工作裁荷。工作缸9固定在上橫梁1上，工作缸內(nèi)接有工作柱塞8，它與活動橫粱7相連接?；顒訖M梁以四鞘立柱為導向，在上、下橫哭之間接復運動。在活動橫梁的下表面上，一般固定有上模(上砧)，而下模(下砧)則固定于下橫粱上的工作臺上。當高壓液體進人工作缸后，在工作柱塞上產(chǎn)生很大的壓力，并推動柱塞、活動橫梁及上模向下運動，使工件5在上、下模之間產(chǎn)生塑性變形?；爻谈?固定在下橫梁上，其中有回程柱塞6，它與活動橫梁相連接?；爻虝r，工作缸通低壓，高壓液體進入回程缸，推動回程柱塞6向上運動，帶動活動攢粱回到原始位置，完成一個工作循環(huán)。
圖1-2液壓缸本體圖
1—上橫梁 2—立柱 3—下橫梁 4—回程缸
5—工件 6—回程柱塞 7活動橫梁 8—工作柱塞 9—工作缸
1.2 液壓機的特點
液壓機與其他鍛壓設備相比具有以下特點：
(1)基于液壓傳動的原理，執(zhí)行元件(缸及柱塞或活塞)結構簡單，結構上易于實現(xiàn)很大的工作壓力、較大的工作空間和較長的工作行程，因此適應性強，便于壓制大型工件或較長較高的工件。
(2)在行程的任何位置均可產(chǎn)生壓力機額定的最大壓力?？梢栽谙罗D換點長時間保壓，這對許多工藝來說，都足十分需要的。
(3)可以用簡單的辦法(各種閥)在一個工作循環(huán)中調壓成限壓，不易超載，容易保護各種模具。
(4)沿塊的總行程可以在一定范圍內(nèi)任意地無級地改變，滑塊行程的下轉換點可以根據(jù)壓力或行程位置來控制或改變。
(5)沿塊速度可以在一定范圍內(nèi)在相當大的程度上進行調節(jié)，從而可以適應工藝過程時沿塊速度的不同要求。用泵直接傳動時，滑塊速度的調節(jié)可以與壓力及行程無關。
(6)與鍛錘相比，工作平穩(wěn)，撞擊、振動和噪聲較小，對工人健康、廠房基礎、周期環(huán)境及設備本身都有很大好處。
液壓機的缺點是：
(1)用泵直接傳動肘，安裝功率比相應的機械壓力機大。
(2)由于工作缸內(nèi)升壓及降壓都需要一定時間，閥的換向也需要一定時間，速度不夠高，因此在快速性方面不如機械壓力機。
(3)由于液體有可壓縮性，在快速卸載時，可能會引起壓機本體或液壓系統(tǒng)的振動，因此不太適合于沖裁、剪切等工藝。
(4)工作液體有一定使用壽命，到一定時間應更換。
3
2 總體方案的設計
2.1 總體方案
液壓機可以分解為兩大主要系統(tǒng)：液壓系統(tǒng)和機械系統(tǒng)。具體可以分解為5大組件：
1） 底板組件
2） 小車組件
3） 液壓系統(tǒng)
4） 立柱
5） 上板組件
液壓機的結構分解圖如圖2-1所示：
圖2-1壓力機系統(tǒng)結構分解圖
以上5個部分共同組成了壓力機系統(tǒng)，共同協(xié)調完成所需的工藝。接下來的兩章將重點實現(xiàn)以上5個部分的設計過程及其校核。
3 液壓系統(tǒng)的設計
液壓系統(tǒng)對于整個壓力機的重要性是不言而喻的。常見的液壓系統(tǒng)由以下部分組成：
圖3-1液壓系統(tǒng)的組成
為了實現(xiàn)液壓系統(tǒng)對工件進行規(guī)定的動作需要對液壓系統(tǒng)的各個部分進行設計。
3.1 明確系統(tǒng)設計要求
對以固定式機械來說，該壓力機對液壓系統(tǒng)的要求是：
a) 有較大的空間，可以存放油箱且不需要另設散熱裝置的系統(tǒng)；
b) 要求結構盡可能簡單的系統(tǒng)；
c) 采用節(jié)流調速，
d) 精度要求很低，只需控制行程即可。
e) 經(jīng)濟性好
為了滿足對彈簧強壓處理的要求，壓力機需要實現(xiàn)“快進—減速升壓—保壓—快速回程—停止”的工作循環(huán)。系統(tǒng)要求低速，小功率驅動。
保壓時壓力為80kN，快退時取為2kN；
工作行程為320mm。
快進快退速度約為v1=v3=10mm/s，工進時v2=1mm/s
所以，該系統(tǒng)適合用開式系統(tǒng)?；赜凸?jié)流調速回路
3.2 工況分析
3.2.1 負載分析
經(jīng)過計算可得，將彈簧壓至并圈高度時，壓力機所受的力F=80kN，簡單的繪制其負載圖如圖3-2所示：
圖3-2液壓系統(tǒng)的載荷圖
3.2.2 運動分析
由壓力機上的行程要求，得到液壓系統(tǒng)的行程在工作循環(huán)的變化圖如圖3-3所示。以下為位移循環(huán)圖。通過位移循環(huán)圖，可以清楚地看到該液壓執(zhí)行元件的工作循環(huán)。
圖3-3液壓系統(tǒng)工作循環(huán)圖
3.3 確定液壓缸主要參數(shù)
3.3.1 確定液壓缸
表3-1 按速比要求確定d/D
V1/V2
1.15
0.125
1.33
1.46
1.61
2
d/D
0.3
0.4
0.5
0.55
0.62
0.71
注：v1—無桿腔進油時活塞運動速度；
V2—有桿腔進油時活塞運動速度；
簡單液壓系統(tǒng)液壓缸選用單桿式。依據(jù)表1，有桿腔與無桿腔的速比可取為1.46，所以活塞桿直徑d與缸筒直徑D的關系為。
3.3.2 初選系統(tǒng)的工作壓力
工程機械的選型表如下：
表3-2 各種機械常用的系統(tǒng)工作壓力
機械類型
機床
農(nóng)業(yè)機械
小型工程機械
建筑機械
液壓鑿巖機
液壓機
大中型挖掘機
重型機械
起重運輸機
磨床
組合機床
龍門刨床
拉床
工作壓力/MPa
0.8~2
3~5
2~8
8~10
10~18
20~32
表3-3執(zhí)行元件背壓力
系統(tǒng)類型
背壓力/MPa
簡單系統(tǒng)或輕載節(jié)流閥調速系統(tǒng)
0.2~0.5
回油路代調速閥的系統(tǒng)
0.4~0.6
回油路設置有背壓閥的系統(tǒng)
0.5~1.5
用補油泵的閉式回路
0.8~1.5
回油路較復雜的工程機械
1.2~3
回油路較短，且直接回油箱
可忽略不計
根據(jù)表2中提供的各類設備的常用工作壓力，選定該壓力機的工作壓力為P=10MPa。因此，液壓缸無桿腔的壓力可取為P1=10MPa。在回油時，帶有調速閥，液壓缸上必須有一定得背壓P2。根據(jù)表3中的情況，取P2=0.5MPa。
3.3.3 計算液壓缸的工作面積和流量
1) 活塞直徑計算
一般情況下，液壓缸在受壓狀態(tài)下工作，其活塞面積為：
亦可根據(jù)下面的公式計算：
代入前面步驟中已知數(shù)值，可以求得
依據(jù)下表4選擇相應的直徑。
表3-4活塞直徑d(mm)
速比
缸徑
40
50
63
80
90
100
110
1.46
22
28
35
45
50
55
63
3
45
50
60
70
80
依據(jù)表4，計算圓整后得到 D=100mm，d=55mm
由此求得液壓缸兩腔的實際有效面積為：
2) 缸筒壁厚計算
按照下列公式計算：
對于45鋼，其屈服強度=360MPa
計算得到t=2.80mm 取為3mm
根據(jù)國家的標準缸的外徑為127mm，加工成型后的外徑為124mm，故缸筒的壁厚應選為12mm。
3) 活塞桿強度計算
對于材料文調質45鋼，=600MPa，代入上式驗算得到。所以符合要求。再與標準液壓缸對比后發(fā)現(xiàn)，基本吻合
4) 流量校核
當工作速度很低時，還須按最低速度要求驗算液壓缸的尺寸
式中：A----液壓缸有效工作面積(m2);
Qmin----系統(tǒng)最小穩(wěn)定流量；
Vmin---最小工作速度(m/s)
代入其最小速度v2=1mm/s，可得Qmin=5.48×10-6m3/s。
3.3.4 繪制執(zhí)行元件工況圖
液壓執(zhí)行元件的主要參數(shù)確定后，就應繪制執(zhí)行元件的工況圖。工況圖是選擇液壓泵和電機功率的依據(jù)。利用工況圖可以驗算各個工作階段所確定參數(shù)的合理性。根據(jù)D和d值，可以估算出液壓缸在各個工作階段的壓力、流量和功率，以此繪制出工況圖3-4。
圖3-4工況圖
3.3.5 擬定液壓系統(tǒng)原理圖
3.4 液壓回路的選擇
鐵路機車的減振彈簧是鐵路機車安全正常運行的重要部件之一，工況差長期處于交變應力的作用下，故必須對它進行定期的檢測。
減振彈簧是由一組復合彈簧、上下彈簧座和螺栓預壓緊組成，有關資料顯示彈簧的預壓緊力為8000KG左右。
要對減振彈簧進行檢測，必須先拆下上下彈簧座的連接螺桿，再將彈簧力緩慢施放，這樣就可將彈簧取出進行檢測。檢測后的彈簧裝上上下彈簧座后，緩慢壓縮至預緊位置后裝上螺桿便可交付使用。
我現(xiàn)在的工作就是設計一種裝置安全可靠并且操作方便、實用地將組合減振彈簧取出和裝上。
液壓系統(tǒng)的設計總體思路為
要滿足克服8000KG力的要求，也就是說液壓系統(tǒng)的壓力使油缸產(chǎn)生的推力P大于8000KG，我們?yōu)榱肆粲幸欢ǖ挠嗟毓蔬x擇壓力機油缸的推力為10000KG。
缸徑和系統(tǒng)壓力的選擇，當油缸推力一定時，缸徑與系統(tǒng)壓力是成反比的，也就是說缸徑越大時系統(tǒng)壓力就會小；反之亦然。缸徑與系統(tǒng)壓力必須匹配，如果缸太大，制作成本就會很高，設備整體也不協(xié)調；如果系統(tǒng)壓力太高，也會使系統(tǒng)元件的要求提高，制作成本也會提高，并且也會增加使用維護費用，因為液壓系統(tǒng)的故障率是隨系統(tǒng)壓力的增高而增加的，故我們選擇缸徑為φ100（符合國家行業(yè)標準），系統(tǒng)壓力為127kg/。（系統(tǒng)壓力應選160 kg/級的）
壓力機在工作時要求油缸活塞桿往復運動的速度是可調的，并可在行程中的任意停止。所以我們在系統(tǒng)中應該選擇三位四通電磁換向閥且其滑閥機能為M型。這樣可以在油缸停止時，壓力油直接回油箱，這樣可以減少系統(tǒng)的壓力負擔，也可以減緩系統(tǒng)油溫的上升速度，我們還在換向閥下疊加一單向節(jié)流閥以調節(jié)油缸活塞桿的速度，并且采用回油節(jié)流，以利于活塞桿運行平穩(wěn)。
按設計規(guī)范我們我們要在油缸有桿腔油口處設置一平衡閥，以免系統(tǒng)出現(xiàn)故障（如油管破裂等）時，油缸活塞桿突然下滑造成工傷事故，但是由于我們的工件（減振彈簧）是由小車送入的，故我們沒有設計平衡閥，特此說明。
元件的選擇。在滿足功能的前提下成本越合理越好，也就是性價比要合理符合我們的要求，我們通過查閱相關資料并調研后得知，國內(nèi)市場上液壓元件第一檔次為德國的力士樂、日本油研、美國威格士、等為代表，他們的元件質量好價格高，其價格比國內(nèi)同類產(chǎn)品高3—5倍，有的甚至搞10倍；第二檔次是以北京華德、上海立新、臺灣朝田湧鎮(zhèn)等為代表的；第三檔次為山西榆次、四川長江、上海高行、臺灣力王等為代表的；第四檔次為江浙一帶仿制廠家等。
油泵是系統(tǒng)的重要元件，我們應該選額壓力為160 kg/，流量為16ml/r與國產(chǎn)榆次的為佳。
換向閥、溢流閥、節(jié)流閥也是重要的控制元件，應選臺灣型的元件為好。通徑為φ6mm。
壓力表、壓力表開關、空濾器、吸濾器、油標等附件應選國產(chǎn)為好。
3.4.1 選擇系統(tǒng)類型
由于采用回油節(jié)流調速，故而選用開式系統(tǒng)。
3.4.2 選擇調速回路
由工況圖可知，壓力機液壓系統(tǒng)的功率不大，運動速度低，工作負載變化小，效率和發(fā)熱并不突出，故可采用調速閥調速，因為回路節(jié)流調速能獲得更低的穩(wěn)定速度，故本系統(tǒng)采用調速閥式回油節(jié)流調速回路。
該型壓力機需要一個結構簡單，價廉，調速范圍大，效率較低的低速小了功率場合，故而采用回油節(jié)流調速方案。
3.4.3 選擇液壓泵的類型
依據(jù)工作壓力小于21MPa，而且系統(tǒng)采用節(jié)流調速回路，選擇定量泵?；蛘啐X輪泵。
3.4.4 選擇執(zhí)行元件
選用單出桿活塞缸的液壓缸，它是一種廣泛適用于各類機械的液壓缸。
3.4.5 選擇調壓方式
利用彈簧加載式溢流閥。在換向閥處于中位時調壓亦可。為了保證夾緊力可奧而且單獨調節(jié)，在主路上串接單向閥。
3.4.6 選擇換向回路
該流量為小流量，故而選用電磁換向閥。當壓力機壓頭運動間隔?t后，電磁繼電器通電，開始換向。進行下一步動作。
3.4.7 繪制原理圖
綜合上述分析和所確定的方案，將各個回路合理的組合為該壓力機的液壓系統(tǒng)，其原理如圖3-5所示。
圖3-5 液壓系統(tǒng)原理
1--過濾器 2—油箱 3—電機 4—液壓泵 5—溢流閥
6，7—壓力表及壓力表開關 8—三位四通電磁換向閥 9—單向調速閥 10—液壓缸
其中：9由調速閥和單向閥組成
3.5 計算和選擇液壓元件
3.5.1 選擇液壓泵
1) 確定液壓泵的最大工作壓力Pp
式中：p1---液壓缸的最大工作壓力
---從液壓泵出口到液壓缸入口之間的總的管路損失
由上可知，p1為10MPa壓力損失取為0.5MPa，那么最大工作壓力Pp≥10.5MPa。
2) 確定液壓泵的流量
液壓缸工作時，液壓泵的輸出流量是：
式中：K—系統(tǒng)的泄露系數(shù)，一般取K=1.1~1.3；
---最大總流量，包括最小溢流量。
由上式計算Qp=1.3*(0.5*10-4+5.48*10-5)=1.92*10-4m3/s。
3) 選擇液壓泵的規(guī)格
根據(jù)以上的Pp和Qp值，從產(chǎn)品樣本中選取泵為小流量泵。
4) 確定驅動功率
根據(jù)式子
式中：--液壓系統(tǒng)的總效率。按照表5選取。
表3-5液壓泵的總效率
液壓泵類型
齒輪泵
螺桿泵
葉片泵
柱塞泵
總效率
0.6~0.7
0.65~0.80
060~0.75
0.80~0.85
以上計算得到驅動功率P=2.88kW。選擇驅動功率為5kW。
3.5.2 選擇液壓控制閥
1.電磁換向閥的選擇
根據(jù)系統(tǒng)設計需要在合理分配油路的原則基礎上，查《機械設計手冊》選擇電磁換向閥型號為4WE6/AG24.
4WE6/AG24型牌號的含義如下：
4代表三位四通；WE代表電磁換向閥；6代表通徑6mm； A代表濕式標準電磁鐵；G24代表直流電24V。
電磁換向閥的部分技術規(guī)格如下：
介質：礦物油；
介質溫度：-30~80；
介質黏度：(2.8~380);
工作壓力：A、B、P腔小于等于25MPa，T腔小于等于6MPa；
額定流量：15L/min；
電源電壓：交流電50Hz，110V，220V；直流電12V、24V、110V
消耗功率：26W；
吸合功率：46VA；
啟動功率：130 VA；
接通時間：40ms（直流）、25ms（交流）；
斷開時間：30ms（直流）、20ms（交流）；
最高環(huán)境溫度：50；
最高線圈溫度：150；
2.溢流閥的選擇
DB/DBW型溢流閥具有壓力高，調節(jié)性能平穩(wěn)，最低調節(jié)壓力和調節(jié)范圍大等優(yōu)點。DB型閥組要用于控制系統(tǒng)壓力；DBW型電磁溢流閥也可以控制系統(tǒng)的壓力并能在任意時候使之卸荷。設計調節(jié)泵的出口壓力為5MPa，查《機械設計手冊》選擇溢流閥型號：直動式溢流閥DBDA6P6。
DBDA6P6型直動式溢流閥部分參數(shù)如下：
通徑：6mm；
工作壓力：P口40MPa，T口31.5MPa；
流量：50L/min；
介質：礦物油磷酸脂液壓油
介質溫度：-20°——70°
重量： 1.5kg
表3-6 控制元件
序號
名稱
實際流量(L/s)
選用規(guī)格
1
單向閥
0.74
DF-B20K
2
溢流閥
2
YF-B20C
3
三位四通閥
3.6
34DY-B10H-T
4
調速閥
＜0.7
QF-B10C
以上為選用的液壓控制閥的列表。
3.5.3 計算泵的驅動功率，選擇電機
Y系列的電動機為全封閉自扇冷或水冷式籠型三相異步電機，用于空氣中有易燃、易爆或腐蝕性氣體的場合。它適用于電壓為380V且無特殊要求的機械上，如泵、馬達和機床等。
根據(jù)給定參數(shù)的計算所得液壓泵的驅動功率為2.2kw，查《機械設計手冊》選用電機型號：Y100L1-4。該電機可防水滴、鐵屑及其他物件沿垂直方向掉入電機內(nèi)部，它可作為泵，機床等的動力源使用。該電機性能如下：
額定功率：2.2kw；
同步轉速：1500r/min；
滿載轉速：1440r/min；
額定轉矩：2.2N
電壓：380V。
3.5.4 輔助元件
1) 油箱
郵箱儲油按下式計算：
式中：a—經(jīng)驗系數(shù)，按照表3-7選取
表3-7經(jīng)驗系數(shù)a
系統(tǒng)類型
行走機械
低壓系統(tǒng)
中亞系統(tǒng)
鍛壓系統(tǒng)
冶金機械
a
1~2
2~4
5~7
6~12
10
根據(jù)表格所示，取a為7。
計算：V=5.48*7*60*10-5=0.023m3/min。
由此設計得到油箱圖。
圖3-6 油箱結構圖
3.5.5 聯(lián)軸器的選擇
選擇彈性套柱銷聯(lián)軸器。彈性套柱銷聯(lián)軸器具有一定的補償兩軸線相對偏移能力和緩沖減震能力。結構簡單、維護方便。適用于對減震要求不高、底座剛性好、對中精度較高場合，不宜用于高速或低速重載場合，是應用廣泛的一種聯(lián)軸器。
聯(lián)軸器的計算轉矩：
式中 T ----理論轉矩，N
---驅動功率，kw；
n----工作轉速，r/min；
---動力機的系數(shù)，查表取1.0；
K----工況系數(shù)，查表取1.5；
---啟動系數(shù)，查表取1.0；
---溫度系數(shù)，查表取1.5；
--公稱轉矩，；
將數(shù)據(jù)代入上式計算得：
經(jīng)計算選取聯(lián)軸器的型號為：LT5ZC3582/J1B3260GB/T4323-1984,其參數(shù)如下：
主動端：Z型軸孔、C型鍵槽，；
從動端：J1型軸孔、B型鍵槽，；
3.5.6 液壓介質的選擇
液壓工作介質的選擇應該是根據(jù)液壓系統(tǒng)中重要元件的油膜承載能力確定的，故應在保證承載能力的條件下，選擇適合的介質粘度。
工作介質粘度太大，系統(tǒng)的壓力損失大，效率降低，而且泵的稀有狀況惡化，容易產(chǎn)生空穴和氣蝕作用，是泵運轉困難，粘度太小，則系統(tǒng)泄露太多，容積損失增加，系統(tǒng)效率亦低，并使系統(tǒng)的剛性變差。因此，為了使液壓系統(tǒng)能夠正常和穩(wěn)定地工作，要求工作介質的粘度隨溫度的變化要小。
工作介質對液壓系統(tǒng)各運動部件起潤化作用，以降低摩擦和磨損，保證系統(tǒng)能夠長時間正常工作，故要求液壓系統(tǒng)的介質要具有很好的潤滑作用。
另外液壓介質還要有抗氧化性，防銹和不腐蝕金屬，同密封材料相容，消泡和抗泡沫性，抗乳化性，潔凈度高等要求。
液壓介質的分類查《液壓與氣壓傳動》表1-3可知。
根據(jù)系統(tǒng)要求選擇液壓介質如下：
查《機械設計手冊》齒輪泵工作溫度：5~40 ；推薦選用運動黏度（）：30~70葉片泵工作溫度：5~40
推薦選用運動黏度（）：30~49.
綜合考慮以上情況選用：L-HM32礦物油型液壓油。
L-HM32礦物油型液壓油，運動黏度時不大于420.，40時運動黏度范圍是28.8~35.5，是防銹抗氧制礦物油，可改善液壓實驗系統(tǒng)的抗磨性，保證實驗數(shù) 據(jù)真實可靠，使系統(tǒng)穩(wěn)定運行，保持性能安全可靠。其部分質量指標如下：
運動黏度：28.8；
黏度指數(shù)：不小于95；
抗磨性試驗：不小于10（FZG齒輪機試驗），不小于100（葉片泵試驗）；
機械雜質：無；
空氣釋放值：6/min（50）；
泡沫性：150/10（24）。
3.6 液壓系統(tǒng)的性能驗算
3.6.1 壓力損失 壓力損失估計，=1MPa。主要是管路泄露等等損失。
3.6.2 發(fā)熱計算 采用相關文獻公式估算，本系統(tǒng)對散熱要求不高
3.7 液壓裝置結構設計
3.7.1 液壓裝置的結構形式 采用單機，臥式液壓泵布置。這樣簡單，實用。
3.7.2 液壓泵的類型 采用箱體式，占地小。
4 機械系統(tǒng)總圖的設計及其各零件的設計
壓力機的機械結構可以按照功能分為四個部分：
1) 底板組件
2) 小車組件
3) 上板組件
4) 立柱
液壓機本體結構的設計應考慮以下三個基本原則：
(1)盡可能地滿足工藝要求，便于操作；
(2)具有合理的強度、剛度及運動部分的導向精度，使用可韶，不易損壞
(3)具有很好的經(jīng)濟性，重量輕，制造維修方便。
其中，工藝要求是最主要肋影響因素。出于在液壓機上進行的工藝是多種多樣的，因此液壓機的本體結構型式也必然是多種多樣的。從機架型式看，有立式與臥式；從機架組成方式看，有梁柱組合式、單臂式和板架式；從：工作缸數(shù)量看，有單位、三位或多缸。對于小型、中型多采用最為常見的立式結構，梁柱組合式單缸結構。
整個壓力機是單件小批量生產(chǎn)，用于實現(xiàn)彈簧強壓工藝中的一個步驟，故而考慮盡量采用焊接結構。下面就四個方面系統(tǒng)設計。以下是參考簡圖：
圖4-1 壓力機簡圖
4.1 橫梁設計
4.1.1 橫梁的結構設計
橫梁包括上橫粱、下橫梁(或工作臺)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．并用筋扳與橫梁面板相連(參閱圖2—48)。在承載較大處，筋扳較密，以提高橫梁剛度，降低局部應力．筋板多布置成網(wǎng)格形式輻射形。
中小型液壓機橫梁有鑄造結構和焊接結構兩種。生產(chǎn)批量較大的小型液壓機，義撈梁多為鑄鐵件HT 200或鑄鋼件ZG270—500；單件小批生產(chǎn)時，采用A3或16Mn板材焊接而成。焊接件的焊縫質量要可靠。
為防止橫梁構件變形，不論采用鑄造結構或焊接結構部必需進行熱處理，以消除其內(nèi)應力。
中小型液壓機掇梁多數(shù)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，并利用控和拉緊螺栓聯(lián)接。
綜合以上考慮，上橫梁的結構設計如圖4-2所示：
圖4-2上橫梁結構圖
根據(jù)其結構形式而確定下的尺寸如圖所示。
而下橫梁是為下滑動機構提供支撐平臺，因而必須有導軌機構。采用焊接結構，其結構形式如下：
圖4-3 下橫梁(工作臺)結構圖
4.1.2橫梁強度和剛度校核
1 上橫梁強度校核
根據(jù)上橫梁的受力情況，對其強度做初步校核。主要的承力件為上板體、螺栓。分別對其進行強度校核。
A. 上板體強度校核
上板體采用45鋼加工而成，主要承受來自壓力油缸的反作用力。其尺寸如下圖所示：
圖4-4上板體尺寸
上料板的有效面積Acm=S矩形－4S小圓－S大圓－4S四角=0.2314m2
而由上板的材料：45鋼 。查機械設計手冊得：
[]=/S=360/1.5=240(S=1.5)
軸向載荷
F= PS=P(Dd)/4=58875N
=240MPa
所以上板體的強度符合要求。
B. 螺栓強度校核
油缸座套上采用了4個M16的螺栓連接。
聯(lián)接螺栓的材料：45鋼 。查機械設計手冊得：
[]=/S=360/1.5=240(S=1.5)
軸向載荷
F= PS=P(Dd)/4=58875N
按照受預緊力F0和工作載荷F共同作用的緊螺栓連接的強度計算可得：螺栓所受的總拉力F1不等于預緊力F0和工作拉力F之和，而等于殘余預緊力F2與工作拉力F之和，即
F1=F2+F
對于一般連接，工作載荷穩(wěn)定時，取F2=0.2F=0.2X58875N=11775N。所以，F(xiàn)1=F2+F=70650N。危險剖面的拉伸強度條件為：
=114.2MPa=240MPa
由上可得聯(lián)接螺栓的強度足夠
C. 油缸座套強度校核
油缸座套的結構尺寸如下
圖4-5 油缸座套
油缸座套的有效面積Acm= S大圓－S小圓=0.0157m2
而由座套的材料：45鋼 。查機械設計手冊得：
[]=/S=360/1.5=240(S=1.5)
軸向載荷
F= PS=P(Dd)/4=58875N
=240MPa
所以座套的強度亦符合要求。
2 下橫梁強度校核
根據(jù)下橫梁的受力情況，對其強度做初步校核。下橫梁主要是對提供一個工作平臺，亦稱為工作臺。對地支撐和對小車提供導軌支撐作用。主要的承力零件為底板支座和支柱套。分別對其進行強度校核。
A. 底板支座強度校核
底板支座的結構尺寸如下：
圖4-6 底板支座
底板支座與地面靠鋼板角支撐。底板支座的材料為A3鋼。
底板支座的有效面積Acm=t*L周長=0.0236m2
而由支座的材料：45鋼 。查機械設計手冊得：
[]=/S=360/1.5=156.7(S=1.5)
軸向載荷
F= PS=P(Dd)/4=58875N
=240MPa
所以支座的強度亦符合要求。
B. 支柱套強度校核
支柱套的結構尺寸如下圖：
圖4-7 支柱套
支柱套的有效面積Acm= S大圓－S小圓=0.00251m2
而由支柱套的材料：45鋼。屈服極限。查機械設計手冊得：
[]=/S=360/1.5=240(S=1.5)
軸向載荷
F= PS=P(Dd)/4=58875N
=240MPa
所以支柱套的強度亦符合要求。
4.1.3 橫梁的固定：
防松的根本問題是防止螺旋副的相對轉動，防松的措施很多，按工作原理分為以下三類：
（一） 摩擦放松：這類放松措施是使擰緊的螺母之間不因外載荷變化而失去壓力，始終有摩擦阻力防止連接松脫。這種方法不十分可靠，故多用于振動和沖擊不劇烈的場合。常用的有以下幾種：
（1） 對頂螺母 采用對頂螺母通過兩螺母對頂擰緊而產(chǎn)生的對頂壓力，使兩螺的螺紋分別與螺栓在旋合段內(nèi)的螺紋相互壓緊，防止連接松脫。
（2） 彈簧墊圈 這種墊圈通常由65Mn鋼制成，經(jīng)熱處理富有彈性。螺母擰緊后，因墊圈的彈性反力，使螺母與螺栓的螺紋之間產(chǎn)生一定的附加彈性壓力，此壓力不隨外載荷的變化而消失，故產(chǎn)生的摩擦力始終存在，能防止螺母松脫。；另外，墊圈斜口的尖端低著螺母與被連接件的支持面，也有助于放松。
（3） 自鎖螺母 常用形式有利用螺母末端橢圓口的彈性變形箍緊螺栓，橫向壓緊螺紋。
（二） 機械防松
（1） 槽形螺母和開口銷 開口銷穿過螺母上的槽和螺栓末端的孔后，尾端分開，使螺母與螺栓不能相對轉動，從而達到放松的目的。這種放松常用于有振動的高速機械中的聯(lián)接。
（2） 圓螺母和帶翹墊圈 將帶翹墊圈的內(nèi)翹嵌入外螺紋零件端部的軸向槽內(nèi)，擰緊圓螺母后，將墊圈的一個外翹彎入螺母的一個槽內(nèi)鎖住螺母，常用于滾動軸承等與軸一起轉動的零件的軸向固定。
（3） 止動墊圈 止動墊圈的一邊彎貼在螺母的側面上，另一邊彎入被連接件的槽中，從而約束螺母松動。這種方法較麻煩，多用于較重要或受力較大的場合。
（4） 串連鋼絲 將低碳鋼絲穿入各螺栓頭部的孔內(nèi)，使其相互制約，但必須注意鋼絲的穿繞方向，要促使螺釘擰緊。此法防松可靠。但裝拆不便，僅適用于螺栓組連接。
（三） 對于不經(jīng)常裝拆和不拆的連接，可采用破壞螺紋副的關系來防松。
本設計中就使用了對頂螺母的防松形式，通過兩螺母對頂擰緊而產(chǎn)生的對頂壓力，使兩螺的螺紋分別與螺栓在旋合段內(nèi)的螺紋相互壓緊，防止連接松脫。
4.2 立柱設計
4.2.1 立柱結構設計
1立柱結構及其與橫梁連接的型式
由于采用立式結構的四立柱設計，故而每個立柱承受相同的力。立柱要求能夠支撐起液壓系統(tǒng)及其其他部件。對于小型壓力機系統(tǒng)，圖a為雙螺母式(內(nèi)外螺母式)，每根立柱取四個內(nèi)外螺母與上、下橫粱緊固連接在一起，該種結構型式的立柱加工、安裝與維修都較為方便，因此采用較普遍。
圖4-8 常見立柱結構形式
由以上的結構圖，參考a的結構形式，結合立柱的高度要求而設計得到立柱的結構如下：
圖4-9 立柱結構及尺寸圖
2 立柱受力
由以上立柱的結構圖，得到立柱的受力為拉應力力彎矩產(chǎn)生的彎曲應力。
4.2.2立柱強度校核
按最簡單的受力狀態(tài)計算，假設上下橫梁的剛度很大，忽略上下橫梁的變形而施加于立柱的附加彎曲應力，則立柱只承受簡單的軸向拉力，其拉應力為：
式中： F----液壓機的公稱壓力；
A----每根立柱的截面積；
n-----立柱根數(shù)；
-----許用應力
對于材料為40Cr的立柱來說，=800MPa；軸向載荷為
F= PS=P(Dd)/4=58875N
所以，立柱強度符合要求
4.2.3立柱裝配配合
立柱在加工時，有著較高的精度和配合要求，兩端配合圓柱需要保持較高同軸度，端面與圓柱面需保持較高的垂直度，圓柱面上有較高的粗糙度要求。
對于配合，一般采用基軸制配合。如K6/h7。
4.2.4立柱預緊
立柱的預緊方法：對小型液壓機可使用扳手旋緊螺母，但其所能達到的預緊力是有限的。一般液壓機可采用“超張預緊”、“加熱預緊“以及“液壓拉緊”。
超張預緊適用于內(nèi)外螺母式立柱結構的液壓機；超張后，用扳手旋緊上、下橫梁處的內(nèi)螺母即可，但旋緊時需注意保證上橫梁下表面與下橫梁上表面之間的平行度。
采用加熱預緊，通常需在立柱端部鉆一直徑為40~60mm的孔，其深度需大于橫梁高度，孔內(nèi)可通熱蒸汽、插入燒紅的鋼棒或插入電熱棒加熱，加熱時應注意兩對角立柱同時加熱。對加熱溫度的計算以及螺母旋轉角度的外算，詳見參考文獻。
采用液壓拉緊裝置對螺栓進行冷拉，所需時間短，效率高，但需一套專門裝置。
4.3 滑動機構設計(小車)
4.3.1 小車結構設計
小車的主要作用是給彈簧提供一個支撐環(huán)境，待彈簧完成強壓處理的工藝后，退出，取走彈簧，開始處理下一個彈簧。故而小車在導軌上運動，車體上有下模座，為彈簧提供支撐。按照此要求，初步確定小車的結構形式如下：
圖4-10 小車組件
4.3.2 小車關鍵部件強度校核
由于小車中主要的承力零件為導軌、橡膠彈簧和小車下模座。而導軌為角鋼焊接結構，顯然滿足強度要求，下模座同上模座，強度符合要求。重點校核橡膠彈簧的強度。要求其形變量不能超過規(guī)定值。
橡膠彈簧的結構如下：
圖4-11 橡膠彈簧
圓柱橡膠彈簧的壓縮形變?yōu)?
其中：
取HS=50，d=25mm，h=28mm，代入計算可知f=14.7mm＜18mm，因此，此橡膠彈簧是滿足設計要求的。
4.3.3 其他零件設計圖及小車裝配要求
1 其他零件設計圖
小車中由小車框軌，基座，軸座，彈簧，下模座，小車軸，小車支桿小車軸座蓋組成。按照小車的設計要求，其余部分的主要結構如下：
圖4-12小車下模座
圖4-13 小車基座
圖4-14 小車軸
圖4-15 小車軸座蓋
圖4-16 小車支桿
圖4-17 小車框軌
2 小車裝配要求
小車軸與軸承裝配為基孔制。其余為過渡配合。
結 論
“鍥而不舍，朽木不折；鍥而不舍，金石可鏤?！苯?jīng)過三個多月的馬拉松式的緊張設計，隨著這份《設計說明書》的收筆也即將告捷?；叵肫鹪O計的過程，酸甜酸苦辣一言難盡。雖然時間的緊迫和就業(yè)的壓力始終徘徊在設計的過程中，但畢竟收獲的喜悅還是勝過了工作的幸勞。非常慶幸能在畢業(yè)之際交上一份令自己滿意的答卷。
畢業(yè)設計是大學課程的最后一次課，也是四年來最重要的一個環(huán)節(jié)，它涉及四年來所學的各科知識，將它們?nèi)诤显谝黄?。在畢業(yè)設計這門課程中讓我們體會到知識的重要，每門課程都有它的可取之處，所有的事物都是相聯(lián)通的，缺少其中任何一門知識，我們的設計將會停滯，所以我們要學會融會貫通，綜合運用。
經(jīng)過三個多月的馬拉松式的緊張設計，隨著這份《設計說明書》的收筆也即將告捷。回想起設計的過程，酸甜酸苦辣一言難盡。雖然時間的緊迫和就業(yè)的壓力始終徘徊在設計的過程中，但畢竟收獲的喜悅還是勝過了工作的幸勞。非常慶幸能在畢業(yè)之際交上一份令自己滿意的答卷。
本次畢業(yè)設計課題內(nèi)容覆蓋面廣。涉及到機械、液壓、等多門主干課程，通過認真實習、調查、分析、研究、查閱大量參考資料，順利地完成了此次的畢業(yè)設計。這次的設計中，我也發(fā)現(xiàn)自己在基礎課和專業(yè)課上存在的缺陷，在王老師的悉心指導和同組同學的幫助下，我也逐漸地彌補自己的缺陷，努力將自己的設計做好。
通過此次畢業(yè)設計，我了解和掌握了壓力機設計的基本要求、步驟、方法及應考慮的有關問題，并鞏固和深化了大學三年中幾乎所有專業(yè)知識，培養(yǎng)了科學的思維、工作方式和理論聯(lián)系實際的能力，更是體會到了相互協(xié)作的工作精神，給即將踏上工作崗位的我們起到一次很好地實戰(zhàn)練兵演習，為將來的工作打下基礎。
致 謝
在本次設計中，全部由王小平老師指導，王老師工作細致，嚴謹治學，不僅在設計中給予我極大的幫助，指導我完成工作，還教給我許多做人的道理：“多讀書，求甚解”，“活到老，學到老”，我感受很深，不懂不可怕，重要努力去弄懂。王老師作為一位高級工程師，教給我們這些做人做事的道理，在以后的生活工作中都是非常有用的，在此表示深沉地謝意！同時，借此機會謹向教誨過我的老師們表示深深地謝意；向在身后一如既往地支持我的父母表示深深地謝意；向在設計過程中關心和幫助我的同學表示深深地謝意！
由于本人設計經(jīng)驗不足，不妥之處在所難免，水平亦有限，懇請各位老師批評指正。
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