螺纹联接毕业论文

【什么是铆工？】铆工俗称“铁裁缝”，任务是把两种或两种以上金属连接在一起，即铆接；电焊就是热铆，“铆焊不分家吗”。铆工是金属构件施工中的指挥者，铆工按图纸放样、下料后其它工种开始安装。【主要工作内容】铆工既根据要求作出相应的金属制品 ， 主要有识图和制图的知识；常用金属材料及热处理知识；能矫正变形较大或复合变形的原材料及一般结构件，能作成基本形体的展开图，计算展开料长；能使用维护剪床、气割、电焊机等设备；能读懂并装配桁架类、梁柱类、箱壳类、箱门类和低中压容器等图样，并进行全位置定位焊、铆接、螺纹连接，检验尺寸、形状位置。【基础知识和技能】主要有识图和制图的知识；常用金属材料及热处理知识；能矫正变形较大或复合变形的原材料及一般结构件，能作成基本形体的展开图，计算展开料长；能使用维护剪床、气割、电焊机等设备；能读懂并装配桁架类、梁柱类、箱壳类、箱门类和低中压容器等图样，并进行全位置定位焊、铆接、螺纹连接，检验尺寸、形状位置。【技师培养目标】在熟练掌握基础知识和技能的基础上，能作出复杂结构件的展开图、计算展开料长；制定工艺流程，编写工艺规程；能根据图样的技术要求制定装配、焊接、铆接和矫正工艺方案，设计工装夹具；熟悉质量管理和生产管理的相关知识；熟悉新技术、新材料和新工艺以及相关工种的知识等 。【主干课程】技师班开设的主要课程：机械制图、机械原理和机械零件、机械制造工艺学、公差与配合、工程力学、电工基础、金属材料与热处理、液压与气压传动、夹具设计、数控编程基础、焊接基础知识、钳工基础知识、质量和生产管理、本专业工艺课、技能训练和生产实习。课程内容包括铆工在铆焊结构的整个制造过程中，从号料到加工成形，直至装配的多道工序和多种操作技能。有工具、卡具、量具的正确使用；实用的简单几何作图和识图以及基本展开方法；放样，号料和样板制作；材料的冲压、剪裁、气割设备的介绍、调度、安装和正确的操作使用；材料矫正、材料的弯曲成形，压延成形、铆接、焊接的设备和操作技术的表演。最后还通过几个不同类型结构件装配的典型例子，来详细讲解铆工操作技能。公差公差实际参数值的允许变动量。参数，既包括机械加工中的几何参数，也包括物理、化学、电学等学科的参数。所以说公差是一个使用范围很广的概念。对于机械制造来说，制定公差的目的就是为了确定产品的几何参数，使其变动量在一定的范围之内，以便达到互换或配合的要求。几何参数的公差有尺寸公差、形状公差、位置公差等。①尺寸公差。指允许尺寸的变动量，等于最大极限尺寸与最小极限尺寸代数差的绝对值。②形状公差。指单一实际要素的形状所允许的变动全量，包括直线度、平面度、圆度、圆柱度、线轮廓度和面轮廓度6个项目。③位置公差。指关联实际要素的位置对基准所允许的变动全量，它限制零件的两个或两个以上的点、线、面之间的相互位置关系，包括平行度、垂直度、倾斜度、同轴度、对称度、位置度、圆跳动和全跳动8个项目。公差表示了零件的制造精度要求，反映了其加工难易程度。公差等级分为IT01、IT0、IT1、…、IT18共20级，等级依次降低，公差值依次增大。IT表示国际公差。公差等级或公差数值选择的基本原则是：应使机器零件制造成本和使用价值的综合经济效果最好，一般配合尺寸用IT5～IT13，特别精密零件的配合用IT2～IT5，非配合尺寸用IT12～IT18，原材料配合用IT8～IT14。配合基本尺寸相同的相互结合的孔和轴公差带之间的关系。决定结合的松紧程度。孔的尺寸减去相配合轴的尺寸所得的代数差为正时称间隙，为负时称过盈，有时也以过盈为负间隙。按孔、轴公差带的关系，即间隙、过盈及其变动的特征，配合可以分为3种情况：①间隙配合。孔的公差带在轴的公差带之上，具有间隙（包括最小间隙等于零）的配合。间隙的作用为贮藏润滑油、补偿各种误差等，其大小影响孔、轴相对运动程度。间隙配合主要用于孔、轴间的活动联系，如滑动轴承与轴的联接。②过盈配合。孔的公差带在轴的公差带之下，具有过盈（包括最小过盈等于零）的配合。过盈配合中，由于轴的尺寸比孔的尺寸大，故需采用加压或热胀冷缩等办法进行装配。过盈配合主要用于孔轴间不允许有相对运动的紧固联接，如大型齿轮的齿圈与轮毂的联接。③过渡配合。孔和轴的公差带互相交叠，可能具有间隙、也可能具有过盈的配合（其间隙和过盈一般都较小）。过渡配合主要用于要求孔轴间有较好的对中性和同轴度且易于拆卸、装配的定位联接，如滚动轴承内径与轴的联接。配合中允许间隙或过盈的变动量称为配合公差。它等于相互配合的孔、轴公差之和，表示配合松紧的允许变动范围铆接；铆接缺陷公差际参数值的允许变动量。参数，既包括机械加工中的几何参数，也包括物理、化学、电学等学科的参数。所以说公差是一个使用范围很广的概念。对于机械制造来说，制定公差的目的就是为了确定产品的几何参数，使其变动量在一定的范围之内，以便达到互换或配合的要求。几何参数的公差有尺寸公差、形状公差、位置公差等。①尺寸公差。指允许尺寸的变动量，等于最大极限尺寸与最小极限尺寸代数差的绝对值。②形状公差。指单一实际要素的形状所允许的变动全量，包括直线度、平面度、圆度、圆柱度、线轮廓度和面轮廓度6个项目。③位置公差。指关联实际要素的位置对基准所允许的变动全量，它限制零件的两个或两个以上的点、线、面之间的相互位置关系，包括平行度、垂直度、倾斜度、同轴度、对称度、位置度、圆跳动和全跳动8个项目。公差表示了零件的制造精度要求，反映了其加工难易程度。公差等级分为IT01、IT0、IT1、…、IT18共20级，等级依次降低，公差值依次增大。IT表示国际公差。公差等级或公差数值选择的基本原则是：应使机器零件制造成本和使用价值的综合经济效果最好，一般配合尺寸用IT5～IT13，特别精密零件的配合用IT2～IT5，非配合尺寸用IT12～IT18，原材料配合用IT8～IT14。配合基本尺寸相同的相互结合的孔和轴公差带之间的关系。决定结合的松紧程度。孔的尺寸减去相配合轴的尺寸所得的代数差为正时称间隙，为负时称过盈，有时也以过盈为负间隙。按孔、轴公差带的关系，即间隙、过盈及其变动的特征，配合可以分为3种情况：①间隙配合。孔的公差带在轴的公差带之上，具有间隙（包括最小间隙等于零）的配合。间隙的作用为贮藏润滑油、补偿各种误差等，其大小影响孔、轴相对运动程度。间隙配合主要用于孔、轴间的活动联系，如滑动轴承与轴的联接。②过盈配合。孔的公差带在轴的公差带之下，具有过盈（包括最小过盈等于零）的配合。过盈配合中，由于轴的尺寸比孔的尺寸大，故需采用加压或热胀冷缩等办法进行装配。过盈配合主要用于孔轴间不允许有相对运动的紧固联接，如大型齿轮的齿圈与轮毂的联接。③过渡配合。孔和轴的公差带互相交叠，可能具有间隙、也可能具有过盈的配合（其间隙和过盈一般都较小）。过渡配合主要用于要求孔轴间有较好的对中性和同轴度且易于拆卸、装配的定位联接，如滚动轴承内径与轴的联接。配合中允许间隙或过盈的变动量称为配合公差。它等于相互配合的孔、轴公差之和，表示配合松紧的允许变动范围铆接；铆接缺陷尽管铆接是一种早就使用的简单的机械联接，但人们并不总是用足够的技能、技巧去完成可靠的铆接。而对铆接次品的返修会造成人、财、物的极大浪费。本文仅就常见铆接缺陷及起因探讨如下：1 铆钉铆钉杆直径的大小是由被铆件所承受的实际载荷决定的。然而，就金属板材的铆接（这也是铆接的主要形式）来说，铆钉杆直径与被铆件的厚度有着密切的关系。如果铆钉与被铆件是同一种材料，铆钉杆的直径应是最厚板材厚度 T 方根（ ）的 1 . 4 倍。若铆钉杆直径大于此值，会造成铆接困难，而且由于钉孔的增大而削弱铆接部件的强度；若铆钉杆直径太小，铆接时则可能造成铆钉杆的弯曲。当被铆件很厚时，如图 1 所示。过长的铆钉杆将会承受弯曲载荷。在这种情况下，较为合理的方法是：在被铆件上为铆钉头加工沉头孔，以便用较短的铆钉完成铆接。为防止劣质铆接，必须保证铆钉杆长度适宜。如果铆钉杆过长，在铆接过程中就会产生弯曲变形如果铆钉杆太短，就不可能形成完整的铆钉头。

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螺纹是螺纹联结和螺旋传动的关键部分，现将机械中几种常用螺纹的特点和应用介绍如下：1. 三角形螺纹牙型角大，自锁性能好，而且牙根厚、强度高，故多用于联接。常用的有普通螺纹、英制螺纹和圆柱管螺纹。(1)普通螺纹：国家标准中，把牙型角α = 60°的三角形米制螺纹称为普通螺纹，大径d为公称直径。同一公称直径可以有多种螺距的螺纹，其中螺距最大的称为粗牙螺纹，其余都称为细牙螺纹，粗牙螺纹应用最广。细牙螺纹的小径大、升角小，因而自锁性能好、强度高，但不耐磨、易滑扣，适用于薄壁零件、受动载荷的联接和微调机构的调整。普通螺纹的基本尺寸见教材表9—1。(2).英制螺纹：牙型角α = 55°，以英寸为单位，螺距以每英寸的牙数表示，也有粗牙、细牙之分。主要是英、美等国使用，国内一般仅在修配中使用。2. 圆柱管螺纹牙型角α = 55°，牙顶呈圆弧形，旋合螺纹间无径向间隙，紧密性好，公称直径为管子的公称通径(图9-8c)，广泛用于水、煤气、润滑等管路系统联接中。3. 矩形螺纹牙型为正方形，牙型角α = 0°，牙厚为螺距的一半，当量摩擦系数较小，效率较高，但牙根强度较低，螺纹磨损后造成的轴向间隙难以补偿，对中精度低，且精加工较困难，因此，这种螺纹已较少采用。 （牙型角α=0）1.受力分析螺纹副中，螺母所受到的轴向载荷Q是沿螺纹各圈分布的，为便于分析，用集中载荷Q代替，并设Q作用于中径d2圆周的一点上。这样，当螺母相对于螺杆等速旋转时，可看作为一滑块(螺母)沿着以螺纹中径d2展开，斜度为螺纹升角l的斜面上等速滑动。匀速拧紧螺母时，相当于以水平力推力F推动滑块沿斜面等速向上滑动。设法向反力为N，则摩擦力为fN，f为摩擦系数，ρ 为摩擦角，ρ = arctan f。由于滑块沿斜面上升时，摩擦力向下，故总反力R与Q的的夹角为λ+ρ 。由力的平衡条件可知，R、F和Q三力组成力封闭三角形，由图可得：FQyd2使滑块等速运动所需要的水平力等速上升： Ft=Qtan(ф+ρ)等速上升所需力矩：T= Ftd2/2= Qtan(ф+ρ)d2/2等速下降： Ft=Qtan(ф—ρ)等速上升所需力矩：T= Ftd2/2= Qtan(ф—ρ)d2/22.螺纹的自锁螺母等速松退时的受力分析：观察教材图9—10，此时相当于滑块沿斜面等速下滑，由力的封闭三角形，得： 若ф≤ρ，则F≤0，这时必须加一反向作用力F才会使滑块下滑，若不加外力，则不论Q有多大，滑块也不会下滑，这种现象叫"自锁"。自锁条件：ф≤ρ3.螺旋副的效率螺旋副效率为有效功W2与输入功W1之比。螺母在力矩T作用下转动一周时，输入功W1=2лT，此时升举重物所作的有效功W2=QS；故螺旋副的效率为：η=W2/W1=QS/2лT=tanф/ tan(ф+ρ)。 螺纹的牙型角α≠0时的螺纹为非矩形螺纹，如教材图9—11所示。非矩形螺纹的螺杆和螺母相对转动时，可看成楔形滑块沿楔形斜面移动；平面时法向反力N=Q; 平面时摩擦力Ff =fN =fQ;楔形面时法向反力N/=Q/cosβ；楔形面摩擦力Ff! =f N/ =fQ/ cosβ;令f/ =f/ cosβ称当量摩擦系数。Ff! =f/Q；楔形面和矩形螺纹的摩擦力相比，与当量摩擦系数对应的摩擦角称为当量摩擦角，用ρV 表示。拧紧螺母时所需的水平推力及转矩：由于矩形螺纹与非矩形螺纹的运动关系相同，将ρV代替ρ后可得：使滑块等速运动所需要的水平力等速上升： Ft=Qtan(ф+ρV)等速上升所需力矩： T= Ftd2/2= Qtan(ф+ρV)d2/2等速下降： Ft=Qtan(ф—ρV)等速上升所需力矩： T= Ftd2/2= Qtan(ф—ρV)d2/2自锁条件：ф≤ρV效率为：η=W2/W1=QS/2лT=tanф/ tan(ф+ρV)。由于三角形螺纹的β=α/2=300；梯形螺纹β=α/2=150；锯齿形螺纹β=3；矩形螺纹β=0，所以各种螺纹的当量摩擦系数之间有如下关系：fv三角>fv梯形>fv锯齿>fv矩形可见，三角形螺纹的fv大，自锁性能好，且牙根强度高，故常用于联结。梯形、锯齿形及矩形螺纹，多用于传动。 §9—3 螺纹联接的基本类型及预紧和防松螺纹联接的基本类型1.螺栓联接被联接件的孔中不切制螺纹，装拆方便。如教材图9-12a为普通螺栓联接，螺栓与孔之间有间隙，由于加工简便，成本低，所以应用最广。如教材图9-12b为铰制孔用螺栓联接，被联接件上孔用高精度铰刀加工而成，螺栓杆与孔之间一般采用过渡配合，主要用于需要螺栓承受横向载荷或需靠螺杆精确固定被联接件相对位置的场合。2.双头螺柱联接使用两端均有螺纹的螺柱，一端旋入并紧定在较厚被联接件的螺纹孔中，另一端穿过较薄被联接件的通孔。适用于被联接件较厚，要求结构紧凑和经常拆装的场合。3. 螺钉联接螺钉直接旋入被联接件的螺纹孔中，结构较简单，适用于被联接件之一较厚，或另一端不能装螺母的场合。但经常拆装会使螺纹孔磨损，导致被联接件过早失效，所以不适用于经常拆装的场合。4. 紧定螺钉联接将紧定螺钉拧入一零件的螺纹孔中，其末端顶住另一零件的表面，或顶入相应的凹坑中。常用于固定两个零件的相对位置，并可传递不大的力或转矩。标准螺纹联接件螺纹联接件品种很多，大都已标准化。常用的标准螺纹联接件有螺栓、螺钉、双头螺柱、紧定螺钉、螺母和垫圈。普通螺栓 六角头：小六角头，标准六角头，大六角头1）螺栓 圆柱头（内六角）铰制孔螺栓——螺纹部分直径较小螺栓 粗制精制——机械制造中常用2）双头螺栓——两端带螺纹 A型——有退刀槽 施入端长度也各有不同。B型——无退刀槽3）螺钉种类繁多半圆头 一字槽平圆头 十字槽 共有按头部形状 六角头 头部起子槽 内六角孔圆柱头 一字加十字槽沉头要求全螺纹与螺栓区别 要求螺纹部分直径较粗4）紧定螺钉 锥端——适于零件表面硬度较低不常拆卸常合末端 平端——接触面积大、不伤零件表面，用于顶紧硬度较大的平面，适于经常拆卸圆柱端——压入轴上凹抗中，适于紧定空心轴上零件的位置适于较轻材料和金属薄板5）自攻螺钉——由螺钉攻出螺纹6）螺母 六角螺母：标准，扁，厚圆螺母（与带翅垫圈）+止退垫圈——带有缺口，应用时带翅垫圈内舌嵌入轴槽中，外舌嵌入圆螺母的槽内，螺母即被锁紧。螺母 粗制精制 粗制平垫 精制 A型普通垫圈 斜垫 B型——带倒角7）垫圈 防松垫圈（弹簧垫圈）——起防松作用带翅垫圈等螺纹联接的预紧螺纹联接 松联接——在装配时不拧紧，只存受外载时才受到力的作用——轻少用紧联接——在装配时需拧紧，即在承载时，已预先受力，预紧力QP预紧目的：保持正常工作。如汽缸螺栓联接，有紧密性要求，防漏气，接触面积要大性，靠摩擦力工作时，增大刚性等。增大刚性：增加联接刚度、紧密性和提高防松能力1. 拧紧力矩TΣ在预紧螺栓联接时，加在扳手上的力矩TΣ必须克服螺旋副中的螺纹力矩T和螺母与支撑面之间的摩擦力矩TfTΣ=T+TfT=F0tan(ф+ρV)d2/2Tf=fc* F0*rf; rf支撑面间的摩擦半径， fc为摩擦系数。TΣ=0.2 F0*d*10式中：TΣ的单位N.m; d的单位为mm.。2. 预紧力的控制通过测力矩扳手和完力矩扳手控制扳手力矩大小。 螺纹连接一般具有自锁性，此外螺母及螺栓头部的支撑面上的摩擦力也有防松作用，故拧紧后一般不会松脱。但在冲击、振动或变载荷作用下，以及在高温或温度变化较大时，螺纹钢之间的摩擦力会顺时减小或消失，联接就可能松动。防松的关键就是防松螺旋钢的相对转动。1. 摩擦防松（1）弹簧垫片：如图教材图9—23所示；利用收口的弹力使旋合螺纹间压紧。（2）对顶螺母：如图教材图9—24所示；增加摩擦放松；（3）自锁螺母：如图教材图9—25所示；增加摩擦放松；2. 机械放松开槽螺母与开口销,见教材图9—26；圆螺母与止动垫圈，见教材图9—27；带翅垫片,见教材图9—28。3. 变为不可拆联接端铆、冲点（破坏螺纹）见教材图9—29、点焊。 §9—4 螺纹联接的强度计算螺栓联接强度计算的目的，主要是根据联接的结构形式、材料性质和载荷状态等条件，分析螺栓的受力和失效形式，然后按相应的计算准则计算螺纹小径d1，再按照标准选定螺纹公称直径d和螺距P等。螺栓其余部分尺寸及螺母、垫圈等，一般都可根据公称直径d直接从标准中选定，因为制定标准时，已经考虑了螺栓、螺母的各部分及垫圈的等强度和制造、装配等要求。需要说明的是，螺栓联接、螺钉联接和双头螺柱联接的失效形式和计算方法基本相同，所以，本节对螺栓联接计算的讨论，其结论对螺钉联接和双头螺柱联接也基本适用。松螺栓联接松螺栓联接的特点是装配时不拧紧螺母，在承受工作载荷前，联接并不受力。这种联接只能承受静载荷，故应用不广。教材图9-30所示起重滑轮中的螺栓联接就是典型的例子。当承受轴向工作载荷F（N）时，螺纹部分的强度条件为：设计公式为：式中：d1——螺杆危险截面直径（mm）[σ]——许用拉应力 N/mm2 (MPa) 见教材表9—6. 1.采用普通螺栓工作时联接受到与螺栓轴线相垂直的外载荷FR的作用。被联接件在预紧力的作用下相互压紧，依靠结合面产生的摩擦力来抗衡外载荷，从而避免产生相对移动。显然，无论工作前还是工作后，螺栓本身仅受装配时由于拧紧螺母而产生的预紧力和螺纹副阻力矩的作用。预紧力使螺栓危险截面上产生拉应力:F0f*z*m≥KFR FR≥KFR/ f*z*m式中：z ——联接螺栓的数目；m ——结合面数目；f ——结合面间摩擦系数，对于钢或铸铁的干燥加工表面，可取f =0.1～0.15；K ——可靠性系数，亦称防滑系数，通常取K =1.1～1.3。由此可得，单个螺栓所需的预紧应力为：б=4F0/πd12 若计入扭转切应力的影响，强度条件为:设计公式为：式中：[σ]——许用拉应力 N/mm2 (MPa) 见教材表9—6。3. 采用铰制孔用螺栓绞制孔用螺栓联接一般均需拧紧，由预紧力产生的拉应力对联接强度的 影响可以不计。螺栓杆受横向工作载荷FR时，剪切强度条件为：螺栓杆或孔壁的挤压强度条件：式中：ds-螺栓杆剪切面直径（mm）；Z-联接螺栓数；m-接合面数；[τ]-螺栓的许用剪切应力（MPa）；查教材表9—6。[σp]-螺栓杆或孔壁中的低强度材料的许用挤压用力（MPa）；（查表教材9—6）h-螺栓杆与孔壁间的最小高度。4、压力容器中压强P对每个螺栓产生的轴向工作载荷为： F=p(лD2/4)/Z式中：Z为联接螺栓个数。p为气缸内的压强Mpa。未拧紧未受工作载荷时螺栓情况：如上图预紧前；拧紧后未受工作载荷时螺栓受预紧力F0作用：如上图的预紧。拧紧后受工作载荷时螺栓受到总拉力FΣ作用： FΣ=F+ F0此时，由于螺栓受工作载荷F的作用，伸长量又增加了δ2，被联接件间随螺栓伸长而被放松了δ2，故其压紧力由F0减小到F0'，被联接件作用与螺栓的反作用力也应为F0'， F0'称为剩余预紧力。剩余预紧力F0'值可参照教材表9-3选取。选取了F0'后，用FΣ=F+ F0计算出螺栓的总拉力FΣ的值。然后代入下式：强度计算为：设计公式为：根据受工作载荷F的伸长量与被联接件回弹变形量相等的关系，可导出预紧力F0与剩余预紧力F0/的关系为：F0= F0/+(1—Kc)F;式中：Kc=C1/(C1+C2)，Kc称相对刚度系数见教材表9—4；C1为螺栓刚度；C2为被联接件刚度。FΣ=F+ F0/=F0+ C1F/(C1+C2)。由上式可知，当螺栓受轴向工作载荷由0至F之间变化时，螺栓中总的拉力的变化范围是F0～FΣ。

一 绪论1.1 液压传动与控制概述液压传动与控制是以液体（油、高水基液压油、合成液体）作为介质来实现各种机械量的输出（力、位移或速度等）的。它与单纯的机械传动、电气传动和气压传动相比，具有传递功率大，结构小、响应快等特点，因而被广泛的应用于各种机械设备及精密的自动控制系统。液压传动技术是一门新的学科技术，它的发展历史虽然较短，但是发展的速度却非常之快。自从1795年制成了第一台压力机起，液压技术进入了工程领域；1906年开始应用于国防战备武器。第二次世界大战期间，由于军事工业迫切需要反应快、精度高的自动控制系统，因而出现了液压伺服控制系统。从60年代起，由于原子能、空间技术、大型船舰及电子技术的发展，不断地对液压技术提出新的要求，从民用到国防，由一般的传动到精确度很高的控制系统，这种技术得到更加广泛的发展和应用。在国防工业中：海、陆、空各种战备武器均采用液压传动与控制。如飞机、坦克、舰艇、雷达、火炮、导弹及火箭等。在民用工业中：有机床工业、冶金工业、工程机械、农业方面，汽车工业、轻纺工业、船舶工业。另外，近几年又出现了太阳跟踪系统、海浪模拟装置、飞机驾驶模拟、船舶驾驶模拟器、地震再现、火箭助飞发射装置、宇航环境模拟、高层建筑防震系统及紧急刹车装置等，均采用了液压技术。总之，一切工程领域，凡是有机械设备的场合，均可采用液压技术。它的发展如此之快，应用如此之广，其原因就是液压技术有着优异的特点，归纳起来液压动力传动方式具有显著的优点：其单位重量的输出功率和单位尺寸输出功率大；液压传动装置体积小、结构紧凑、布局灵活，易实现无级调速，调速范围宽，便于与电气控制相配合实现自动化；易实现过载保护与保压，安全可靠；元件易于实现系列化、标准化、通用化；液压易与微机控制等新技术相结合，构成“机-电-液-光”一体化便于实现数字化。1.2 液压机的发展及工艺特点液压机是制品成型生产中应用最广的设备之一，自19世纪问世以来发展很快，液压机在工作中的广泛适应性，使其在国民经济各部门获得了广泛的应用。由于液压机的液压系统和整机结构方面，已经比较成熟，目前国内外液压机的发展不仅体现在控制系统方面，也主要表现在高速化、高效化、低能耗；机电液一体化，以充分合理利用机械和电子的先进技术促进整个液压系统的完善；自动化、智能化，实现对系统的自动诊断和调整，具有故障预处理功能；液压元件集成化、标准化，以有效防止泄露和污染等四个方面。作为液压机两大组成部分的主机和液压系统，由于技术发展趋于成熟，国内外机型无较大差距，主要差别在于加工工艺和安装方面。良好的工艺使机器在过滤、冷却及防止冲击和振动方面，有较明显改善。在油路结构设计方面，国内外液压机都趋向于集成化、封闭式设计，插装阀、叠加阀和复合化元件及系统在液压系统中得到较广泛的应用。特别是集成块可以进行专业化的生产，其质量好、性能可靠而且设计的周期也比较短。近年来在集成块基础上发展起来的新型液压元件组成的回路也有其独特的优点，它不需要另外的连接件其结构更为紧凑，体积也相对更小，重量也更轻无需管件连接，从而消除了因油管、接头引起的泄漏、振动和噪声。逻辑插装阀具有体积小、重量轻、密封性能好、功率损失小、动作速度快、易于集成的特点，从70年代初期开始出现，至今已得到了很快的发展。我国从1970年开始对这种阀进行研究和生产，并已将其广泛的应用于冶金、锻压等设备上，显示了很大的优越性。液压机工艺用途广泛，适用于弯曲、翻边、拉伸、成型和冷挤压等冲压工艺，压力机是一种用静压来加工产品。适用于金属粉末制品的压制成型工艺和非金属材料，如塑料、玻璃钢、绝缘材料和磨料制品的压制成型工艺，也可适用于校正和压装等工艺。由于需要进行多种工艺，液压机具有如下的特点：（1） 工作台较大，滑块行程较长，以满足多种工艺的要求；（2） 有顶出装置，以便于顶出工件；（3） 液压机具有点动、手动和半自动等工作方式，操作方便；（4） 液压机具有保压、延时和自动回程的功能，并能进行定压成型和定程成型的操作，特别适合于金属粉末和非金属粉末的压制；（5） 液压机的工作压力、压制速度和行程范围可随意调节，灵活性大。二 150t液压机液压系统工况分析本机器(见图1.1)适用于可塑性材料的压制工艺。如冲压、弯曲、翻边、薄板拉伸等。也可以从事校正、压装、砂轮成型、冷挤金属零件成型、塑料制品及粉末制品的压制成型。本机器具有独立的动力机构和电气系统。采用按钮集中控制，可实现调整、手动及半自动三种操作方式。本机器的工作压力、压制速度、空载快速下行和减速的行程范围均可根据工艺需要进行调整，并能完成一般压制工艺。此工艺又分定压、定程两种工艺动作供选择。定压成型之工艺动作在压制后具有保压、延时、自动回程、延时自动退回等动作。 本机器主机呈长方形，外形新颖美观，动力系统采用液压系统，结构简单、紧凑、动作灵敏可靠。该机并设有脚踏开关，可实现半自动工艺动作的循环。2.2 工况分析本次设计在毕业实习调查的基础上，用类比的方法初步确定了立式安装的主液压缸活塞杆带动滑块及动横梁在立柱上滑动下行时，运动部件的质量为500Kg。1．工作负载 工件的压制抗力即为工作负载：2. 摩擦负载 静摩擦阻力：动摩擦阻力：3. 惯性负载自重：4. 液压缸在各工作阶段的负载值：其中： ——液压缸的机械效率，一般取 =0.9-0.97。工况 负载组成 推力 F/2.3负载图和速度图的绘制：负载图按上面的数值绘制，速度图按给定条件绘制，如图：三 液压机液压系统原理图设计3．1 自动补油的保压回路设计考虑到设计要求，保压时间要达到5s，压力稳定性好。若采用液压单向阀回路保压时间长，压力稳定性高，设计中利用换向阀中位机能保压，设计了自动补油回路，且保压时间由电气元件时间继电器控制，在0-20min内可调整。此回路完全适合于保压性能较高的高压系统，如液压机等。自动补油的保压回路系统图的工作原理：按下起动按纽，电磁铁1YA通电，换向阀6接入回路时，液压缸上腔成为压力腔，在压力到达预定上限值时压力继电器11发出信号，使换向阀切换成中位；这时液压泵卸荷，液压缸由换向阀M型中位机能保压。当液压缸上腔压力下降到预定下限值时，压力继电器又发出信号，使换向阀右位接人回路，这时液压泵给液压缸上腔补油，使其压力回升。回程时电磁阀2YA通电，换向阀左位接人回路，活塞快速向上退回。3．2 释压回路设计：释压回路的功用在于使高压大容量液压缸中储存的能量缓缓的释放，以免她突然释放时产生很大的液压冲击。一般液压缸直径大于25mm、压力高于7Mpa时，其油腔在排油前就先须释压。根据设计很实际的生产需要，选择用节流阀的释压回路。其工作原理：按下起动按钮，换向阀6的右位接通，液压泵输出的油经过换向阀6的右位流到液压缸的上腔。同时液压油的压力影响压力继电器。当压力达到一定压力时，压力继电器发出信号，使换向阀5回到中位，电磁换向阀10接通。液压缸上腔的高压油在换向阀5处于中位（液压泵卸荷）时通过节流阀9、换向阀10回到油箱，释压快慢由节流阀调节。当此腔压力降至压力继电器的调定压力时，换向阀6切换至左位，液控单向阀7打开，使液压缸上腔的油通过该阀排到液压缸顶部的副油箱13中去。使用这种释压回路无法在释压前保压，释压前有保压要求时的换向阀也可用M型，并且配有其它的元件。机器在工作的时候，如果出现机器被以外的杂物或工件卡死，这是泵工作的时候，输出的压力油随着工作的时间而增大，而无法使液压油到达液压缸中，为了保护液压泵及液压元件的安全，在泵出油处加一个直动式溢流阀1，起安全阀的作用，当泵的压力达到溢流阀的导通压力时，溢流阀打开，液压油流回油箱。起到保护作用。在液压系统中，一般都用溢流阀接在液压泵附近，同时也可以增加液压系统的稳定性。使零件的加工精度增高。3．3液压机液压系统原理图拟定上液压缸工作循环（1） 快速下行。按下起动按钮，电磁铁1YA通电，这时的油路为：液压缸上腔的供油的油路变量泵1—换向阀6右位—节流阀8—压力继电器11—液压缸15液压缸下腔的回油路液压缸下腔15—液控单向阀7—换向阀6右位—电磁阀5—背压阀4—油箱油路分析：变量泵1的液压油经过换向阀6的右位，液压油分两条油路：一条油路通过节流阀7流经继电器11，另一条路直接流向液压缸的上腔和压力表。使液压缸的上腔加压。液压缸15下腔通过液控单向阀7经过换向阀6的右位流经背压阀，再流到油箱。因为这是背压阀产生的背压使接副油箱旁边的液控单向阀7打开，使副油箱13的液压油经过副油箱旁边的液控单向阀14给液压缸15上腔补油。使液压缸快速下行，另外背压阀接在系统回油路上，造成一定的回油阻力，以改善执行元件的运动平稳性。（2） 保压时的油路情况：油路分析：当上腔快速下降到一定的时候，压力继电器11发出信号，使换向阀6的电磁铁1YA断电，换向阀回到中位，利用变量泵的柱塞孔从吸油状态过渡到排油状态，其容积的变化是由大变小，而在由增大到缩小的变化过程中，必有容积变化率为零的一瞬间，这就是柱塞孔运动到自身的中心线与死点所在的面重合的这一瞬间，这时柱塞孔的进出油口在配油盘上所在的位置，称为死点位置。柱塞在这个位置时，既不吸油，也不排油，而是由吸转为排的过渡状态。液压系统保压。而液压泵1在中位时，直接通过背压阀直接回到油箱。（3） 回程时的油路情况：液压缸下腔的供油的油路：变量泵1——换向阀6左位——液控单向阀7——液压油箱15的下腔液压缸上腔的回油油路：液压腔的上腔——液控单向阀14——副油箱13液压腔的上腔—节流阀8——换向阀6左位——电磁阀5——背压阀4——油箱油路分析： 当保压到一定时候，时间继电器发出信号，使换向阀6的电磁铁2YA通电，换向阀接到左位，变量泵1的液压油通过换向阀旁边的液控单向阀流到液压缸的下腔，而同时液压缸上腔的液压油通过节流阀9（电磁铁6YA接通），上腔油通过换向阀10接到油箱，实现释压，另外一部分油通过主油路的节流阀流到换向阀6，再通过电磁阀19，背压阀11流回油箱。实现释压。下液压缸的工作循环：向上顶出时，电磁铁4YA通电，5YA失电。进油路：液压泵——换向阀19左位——单向节流阀18——下液压缸下腔回油路：下液压缸上腔——换向阀19左位——油箱当活塞碰到上缸盖时，便停留在这个位置上。向下退回是在4YA失电，3YA通电时产生的，进油路：液压泵——换向阀19右位——单向节流阀17——下液压缸上腔回油路：下液压缸下腔——换向阀19右位——油箱原位停止是在电磁铁3YA，4YA都断电，换向阀19处于中位时得到的。四 液压系统的计算和元件选型4．1 确定液压缸主要参数：按液压机床类型初选液压缸的工作压力为25Mpa,根据快进和快退速度要求，采用单杆活塞液压缸。快进时采用差动连接，并通过充液补油法来实现，这种情况下液压缸无杆腔工作面积 应为有杆腔工作面积 的6倍，即活塞杆直径 与缸筒直径 满足 的关系。快进时，液压缸回油路上必须具有背压 ,防止上压板由于自重而自动下滑，根据《液压系统设计简明手册》表2-2中，可取 =1Mpa，快进时，液压缸是做差动连接，但由于油管中有压降 存在，有杆腔的压力必须大于无杆腔，估计时可取 ,快退时，回油腔是有背压的，这时 亦按2Mpa来估算。1) 计算液压缸的面积可根据下列图形来计算—— 液压缸工作腔的压力 Pa—— 液压缸回油腔的压力 Pa故：当按GB2348-80将这些直径圆整成进标准值时得： ,由此求得液压缸面积的实际有效面积为：2) 液压缸实际所需流量计算① 工作快速空程时所需流量液压缸的容积效率，取② 工作缸压制时所需流量③ 工作缸回程时所需流量4．2液压元件的选择4．2.1确定液压泵规格和驱动电机功率由前面工况分析，由最大压制力和液压主机类型，初定上液压泵的工作压力取为 ，考虑到进出油路上阀和管道的压力损失为 （含回油路上的压力损失折算到进油腔），则液压泵的最高工作压力为上述计算所得的 是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过渡阶段出现的动态压力往往超过静态压力，另外考虑到一定压力贮备量，并确保泵的寿命，其正常工作压力为泵的额定压力的80%左右因此选泵的额定压力 应满足：液压泵的最大流量应为：式中 液压泵的最大流量同时动作的各执行所需流量之和的最大值，如果这时的溢流阀正进行工作，尚须加溢流阀的最小溢流量 。系统泄漏系数，一般取 ，现取 。1．选择液压泵的规格由于液压系统的工作压力高，负载压力大，功率大。大流量。所以选轴向柱塞变量泵。柱塞变量泵适用于负载大、功率大的机械设备（如龙门刨床、拉床、液压机），柱塞式变量泵有以下的特点：1） 工作压力高。因为柱塞与缸孔加工容易，尺寸精度及表面质量可以达到很高的要求，油液泄漏小，容积效率高，能达到的工作压力，一般是（ ） ，最高可以达到 。2） 流量范围较大。因为只要适当加大柱塞直径或增加柱塞数目，流量变增大。3） 改变柱塞的行程就能改变流量，容易制成各种变量型。4） 柱塞油泵主要零件均受压，使材料强度得到充分利用，寿命长，单位功率重量小。但柱塞式变量泵的结构复杂。材料及加工精度要求高，加工量大，价格昂贵。根据以上算得的 和 在查阅相关手册《机械设计手册》成大先P20-195得：现选用 ，排量63ml/r，额定压力32Mpa，额定转速1500r/min，驱动功率59.2KN，容积效率 ，重量71kg，容积效率达92%。2．与液压泵匹配的电动机的选定由前面得知，本液压系统最大功率出现在工作缸压制阶段，这时液压泵的供油压力值为26Mpa，流量为已选定泵的流量值。 液压泵的总效率。柱塞泵为 ，取 0.82。选用1000r/min的电动机，则驱动电机功率为选择电动机 ，其额定功率为18.5KW。4.2.2阀类元件及辅助元件的选择1. 对液压阀的基本要求：(1). 动作灵敏，使用可靠，工作时冲击和振动小。油液流过时压力损失小。(2). 密封性能好。结构紧凑，安装、调整、使用、维护方便，通用性大2. 根据液压系统的工作压力和通过各个阀类元件及辅助元件型号和规格主要依据是根据该阀在系统工作的最大工作压力和通过该阀的实际流量，其他还需考虑阀的动作方式，安装固定方式，压力损失数值，工作性能参数和工作寿命等条件来选择标准阀类的规格：序号 元件名称 估计通过流量型号 规格1 斜盘式柱塞泵156.8 63SCY14－1B 32Mpa，驱动功率59.2KN2 WU网式滤油器 160 WU-160*180 40通径，压力损失 0.01MPa3 直动式溢流阀 120 DBT1/315G24 10通径，32Mpa，板式联接4 背压阀 80 YF3-10B 10通径，21Mpa，板式联接5 二位二通手动电磁阀 80 22EF3-E10B6 三位四通电磁阀 100 34DO-B10H-T 10通径，压力31.5MPa7 液控单向阀80 YAF3-E610B 32通径，32MPa8 节流阀80 QFF3-E10B 10通径，16MPa9 节流阀80 QFF3-E10B 10通径，16MPa10 二位二通电磁阀30 22EF3B-E10B 6通径，压力20 MPa11 压力继电器－ DP1-63B 8通径，10.5-35 MPa12 压力表开关－ KFL8－30E 32Mpa，6测点13 油箱14 液控单向阀 YAF3-E610B 32通径，32MPa15 上液压缸16 下液压缸17 单向节流阀48 ALF3－E10B 10通径，16MPa18 单向单向阀48 ALF3－E10B 10通径，16MPa19 三位四通电磁换向阀 25 34DO-B10H-T20 减压阀 40 JF3-10B4.2.3 管道尺寸的确定油管系统中使用的油管种类很多，有钢管、铜管、尼龙管、塑料管、橡胶管等，必须按照安装位置、工作环境和工作压力来正确选用。本设计中油管采用钢管，因为本设计中所须的压力是高压，P=31.25MPa ， 钢管能承受高压，价格低廉，耐油，抗腐蚀，刚性好，但装配是不能任意弯曲，常在装拆方便处用作压力管道一中、高压用无缝管，低压用焊接管。本设计在弯曲的地方可以用管接头来实现弯曲。尼龙管用在低压系统；塑料管一般用在回油管用。胶管用做联接两个相对运动部件之间的管道。胶管分高、低压两种。高压胶管是钢丝编织体为骨架或钢丝缠绕体为骨架的胶管，可用于压力较高的油路中。低压胶管是麻丝或棉丝编织体为骨架的胶管，多用于压力较低的油路中。由于胶管制造比较困难，成本很高，因此非必要时一般不用。1. 管接头的选用：管接头是油管与油管、油管与液压件之间的可拆式联接件，它必须具有装拆方便、连接牢固、密封可靠、外形尺寸小、通流能力大、压降小、工艺性好等各种条件。管接头的种类很多，液压系统中油管与管接头的常见联接方式有：焊接式管接头、卡套式管接头、扩口式管接头、扣压式管接头、固定铰接管接头。管路旋入端用的连接螺纹采用国际标准米制锥螺纹（ZM）和普通细牙螺纹（M）。锥螺纹依靠自身的锥体旋紧和采用聚四氟乙烯等进行密封，广泛用于中、低压液压系统；细牙螺纹密封性好，常用于高压系统，但要求采用组合垫圈或O形圈进行端面密封，有时也采用紫铜垫圈。液压系统中的泄漏问题大部分都出现在它管系中的接头上，为此对管材的选用，接头形式的确定（包括接头设计、垫圈、密封、箍套、防漏涂料的选用等），管系的设计（包括弯管设计、管道支承点和支承形式的选取等）以及管道的安装（包括正确的运输、储存、清洗、组装等）都要考虑清楚，以免影响整个液压系统的使用质量。国外对管子的材质、接头形式和连接方法上的研究工作从不间断，最近出现一种用特殊的镍钛合金制造的管接头，它能使低温下受力后发生的变形在升温时消除——即把管接头放入液氮中用芯棒扩大其内径，然后取出来迅速套装在管端上，便可使它在常温下得到牢固、紧密的结合。这种“热缩”式的连接已经在航空和其它一些加工行业中得到了应用，它能保证在40~55Mpa的工作压力下不出现泄漏。本设计根据需要，选择卡套式管接头。要求采用冷拔无缝钢管。2. 管道内径计算：（1）式中 Q——通过管道内的流量v——管内允许流速 ，见表：允许流速推荐值油液流经的管道 推荐流速 m/s液压泵吸油管液压系统压油管道 3~6，压力高，管道短粘度小取大值液压系统回油管道 1.5~2.6(1). 液压泵压油管道的内径：取v=4m/s根据《机械设计手册》成大先P20-641查得：取d=20mm,钢管的外径 D=28mm;管接头联接螺纹M27×2。(2). 液压泵回油管道的内径：取v=2.4m/s根据《机械设计手册》成大先P20-641查得：取d=25mm,钢管的外径 D=34mm;管接头联接螺纹M33×2。3. 管道壁厚 的计算式中： p——管道内最高工作压力 Pad——管道内径 m——管道材料的许用应力 Pa，——管道材料的抗拉强度 Pan——安全系数，对钢管来说， 时，取n=8； 时，取n=6； 时，取n=4。根据上述的参数可以得到：我们选钢管的材料为45#钢，由此可得材料的抗拉强度 =600MPa;(1). 液压泵压油管道的壁厚(2). 液压泵回油管道的壁厚所以所选管道适用。4. 液压系统的验算上面已经计算出该液压系统中进，回油管的内径分别为32mm,42mm。但是由于系统的具体管路布置和长度尚未确定，所以压力损失无法验算。4.2.4系统温升的验算在整个工作循环中，工进阶段所占的时间最长，且发热量最大。为了简化计算，主要考虑工进时的发热量。一般情况下，工进时做功的功率损失大引起发热量较大，所以只考虑工进时的发热量，然后取其值进行分析。当V=10mm/s时，即v=600mm/min即此时泵的效率为0.9，泵的出口压力为26MP，则有即此时的功率损失为：假定系统的散热状况一般，取 ，油箱的散热面积A为系统的温升为根据《机械设计手册》成大先P20-767：油箱中温度一般推荐30-50所以验算表明系统的温升在许可范围内。五 液压缸的结构设计5.1 液压缸主要尺寸的确定1) 液压缸壁厚和外经的计算液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。液压缸的壁厚一般指缸筒结构中最薄处的厚度。从材料力学可知，承受内压力的圆筒，其内应力分布规律应壁厚的不同而各异。一般计算时可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。液压缸的内径D与其壁厚 的比值 的圆筒称为薄壁圆筒。工程机械的液压缸，一般用无缝钢管材料，大多属于薄壁圆筒结构，其壁厚按薄壁圆筒公式计算设 计 计 算 过 程式中 ——液压缸壁厚(m)；D——液压缸内径(m)；——试验压力，一般取最大工作压力的(1.25~1.5)倍 ；——缸筒材料的许用应力。无缝钢管： 。= =22.9则 在中低压液压系统中，按上式计算所得液压缸的壁厚往往很小，使缸体的刚度往往很不够，如在切削过程中的变形、安装变形等引起液压缸工作过程卡死或漏油。因此一般不作计算，按经验选取，必要时按上式进行校核。液压缸壁厚算出后，即可求出缸体的外经 为2) 液压缸工作行程的确定液压缸工作行程长度，可根据执行机构实际工作的最大行程来确定，并参阅<<液压系统设计简明手册>>P12表2-6中的系列尺寸来选取标准值。液压缸工作行程选缸盖厚度的确定一般液压缸多为平底缸盖，其有效厚度t按强度要求可用下面两式进行近似计算。无孔时有孔时式中 t——缸盖有效厚度(m)；——缸盖止口内径(m)；——缸盖孔的直径(m)。液压缸：无孔时取 t=65mm有孔时取 t’=50mm3)最小导向长度的确定当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到缸盖滑动支承面中点的距离H称为最小导向长度（如下图2所示）。如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度（间隙引起的挠度）增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一定的最小导向长度。对一般的液压缸，最小导向长度H应满足以下要求：设 计 计 算 过 程式中 L——液压缸的最大行程；D——液压缸的内径。活塞的宽度B一般取B=(0.6~10)D；缸盖滑动支承面的长度 ，根据液压缸内径D而定；当D<80mm时，取 ；当D>80mm时，取 。为保证最小导向长度H，若过分增大 和B都是不适宜的，必要时可在缸盖与活塞之间增加一隔套K来增加H的值。隔套的长度C由需要的最小导向长度H决定，即滑台液压缸：最小导向长度：取 H=200mm活塞宽度：B=0.6D=192mm缸盖滑动支承面长度：隔套长度： 所以无隔套。液压缸缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体外形长度还要考虑到两端端盖的厚度。一般液压缸缸体长度不应大于内径的20~30倍。液压缸：缸体内部长度当液压缸支承长度LB (10-15)d时，需考虑活塞杆弯度稳定性并进行计算。本设计不需进行稳定性验算。5.2 液压缸的结构设计液压缸主要尺寸确定以后，就进行各部分的结构设计。主要包括：缸体与缸盖的连接结构、活塞与活塞杆的连接结构、活塞杆导向部分结构、密封装置、排气装置及液压缸的安装连接结构等。由于工作条件不同，结构形式也各不相同。设计时根据具体情况进行选择。设 计 计 算 过 程1) 缸体与缸盖的连接形式缸体与缸盖的连接形式与工作压力、缸体材料以及工作条件有关。本次设计中采用外半环连接，如下图1所示：图1 缸体与缸盖外半环连接方式优点：(1) 结构较简单(2) 加工装配方便缺点：(1) 外型尺寸大(2) 缸筒开槽，削弱了强度，需增加缸筒壁厚2)活塞杆与活塞的连接结构参阅<<液压系统设计简明手册>>P15表2-8，采用组合式结构中的螺纹连接。如下图2所示：图2 活塞杆与活塞螺纹连接方式特点：结构简单，在振动的工作条件下容易松动，必须用锁紧装置。应用较多，如组合机床与工程机械上的液压缸。