JH36-400機械壓力機機身部分及其上橫梁加工工藝的設(shè)計含10張CAD圖,jh36,機械,壓力機,機身,部分,部份,及其,橫梁,加工,工藝,設(shè)計,10,cad JH36-400機械壓力機機身部分及其上橫梁加工工藝的設(shè)計 摘要 通過對機械壓力機的發(fā)展現(xiàn)狀的分析，以及參考雙點機械壓力機的設(shè)計，確定了本課題的主要設(shè)計內(nèi)容。在確定了機械壓力機初步設(shè)計方案后，決定采用傳統(tǒng)理論方法對JH36-400機械壓力機機身部件進行設(shè)計、計算、強度校核和對壓力機上橫梁加工工藝的設(shè)計及其計算，采用AUTO CAD設(shè)計軟件對傳動系統(tǒng)中各主要零部件及總裝圖進行了工程繪圖，在參考了某公司生產(chǎn)的閉式雙點機械壓力機機身部件以及查閱了大量關(guān)于機身部件設(shè)計的書籍后，確定機身部件的設(shè)計方案，并對其進行了可行性分析，最后對整個設(shè)計進行系統(tǒng)分析，得出整個設(shè)計切實可行。 關(guān)鍵詞 機械壓力機 ；機身部件；加工工藝。 Abstract Through to the mechanical press's development present situation's analysis, as well as refers to the JH36-400 mechanical press's design, has determined this topic main design content. After having determined mechanical press preliminary design plan, decided that uses the traditional theory method to carry on the design, the computation, the intensity examination to the JH36-400 mechanical pressure fuselag epartes system; Used the AUTO CAD design software each main spare part and the final assembly drawing has carried on the project cartography to the fuselag epartes system in; In referred to some company to have produced the closed two point mechanical pressure engine drive system which as well as has consulted massively after the transmission system design books, the definite fuselag epartes system's design proposal, has drawn up the transmission system schematic diagram, has given fuselag epartes system's working instructions, and has carried on the feasibility analysis to it, finally carried on the system analysis to the entire design, obtained the entire design to be practical and feasible. Keywords mechanical press epartes of body processing II 目 錄 1 概述 1 1.1 緒論 1 1.2 曲柄壓力機的工作原理與結(jié)構(gòu)組成 2 1.3 曲柄壓力機的發(fā)展概況 4 1.4 通用曲柄壓力機的型號和技術(shù)參數(shù) 6 1.4.1 曲柄壓力機的型號 6 1.4.2 通用曲柄壓力機的技術(shù)參數(shù) 8 2 機身結(jié)構(gòu)的設(shè)計 9 2.1 機身類型 9 2.2 機身結(jié)構(gòu)設(shè)計 10 2.2.1 機身設(shè)計 10 3 機身強度計算 12 3.1 立柱和拉緊螺栓計算 12 3.1.1 立柱和拉緊螺栓的受力和變形情況 12 3.1.2 立柱強度驗算 14 3.1.3 拉緊螺栓的強度驗算 14 3.2 上橫量和底座的計算 18 3.2.1 上橫量和底座的受力分析 18 3.2.2 上橫梁的計算 19 3.3 壓力機底座的計算 23 4 閉式組合機身變形計算 26 4.1 雙點壓力機底座變形計算公式 26 4.1.1 底座變形計算公式 26 4.1.2 壓力機底座變形計算 27 4.2 雙點壓力機上橫梁變形計算 27 4.2.1 上橫梁變形計算公式 27 4.2.2 上橫梁變形計算 28 5 機身的緊固 29 5.1 緊固的方法分類 29 5.2 緊固的方法選擇 30 6 上橫梁加工工藝設(shè)計 31 6.1 上橫梁的作用 31 6.2 上橫梁的工藝分析 31 6.2.1 技術(shù)要求分析 31 6.2.2 加工方法 32 6.3 上橫梁工藝規(guī)程設(shè)計 32 6.3.1 零件的生產(chǎn)類型 32 6.3.2 零件各表面加工順序的確定 33 6.3.3 切削用量的選擇 33 6.3.4 數(shù)據(jù)計算 34 總結(jié) 43 致謝 44 參考文獻 45 II 1 概述 1.1 緒論 鍛壓生產(chǎn)在工業(yè)生產(chǎn)中占有重要的地位。采用鍛壓工藝生產(chǎn)工件具有效率高、所量好，重量輕和成本低的特點。所以，工業(yè)先進的國家愈來愈多地采用鍛壓工藝代替切削工藝和其他工藝。鍛壓機械在機床中所占的比重也愈來愈大。近年來，鍛壓機械的擁有量日本為34%，美國為32.4%。在鍛壓機械中。又以曲柄壓力機最多，占一半以上。 用曲柄壓力機可以進行沖壓、模鍛等工藝，廣泛用于汽車、農(nóng)業(yè)機械、電器儀表、國防工業(yè)以及日用品等生產(chǎn)部門。隨著工業(yè)的發(fā)展，曲柄壓力機的品種和數(shù)量愈來愈多，質(zhì)量要求愈來愈顯著，壓力愈來愈大。它在機械制造工業(yè)以及其他工業(yè)的鍛壓生產(chǎn)中的作用愈來愈顯著。例如，在汽車 拖拉機工廠中，用熱模鍛壓力機代替模鍛錘生產(chǎn)模鍛件已經(jīng)成為一個發(fā)展的檔勢。日本已有四條熱模鍛壓力機生產(chǎn)線，其中一條110000千牛熱模鍛壓力機自動生產(chǎn)線是在1971年建成的，可以生產(chǎn)重達1400牛，長達1.3米的曲軸以及重達1000牛，長達2米的汽車前梁生產(chǎn)效率為60件/時。從揀料預(yù)熱、剪切、鍛造、檢驗到包裝發(fā)送全部自動進行，全線僅用24人。比模鍛錘的生產(chǎn)效率高得多，勞動條件大為改善。西德已經(jīng)制造了五條120000千牛熱模鍛匠力機自動生產(chǎn)線，供應(yīng)世界各國。又如，在日用品生產(chǎn)中，如果不采用高速沖壓自動機，那么產(chǎn)品的成本與質(zhì)量在國際市場上將失去競爭能力。因此大量制造和使用曲柄壓力機，已經(jīng)成為工業(yè)先進國家的發(fā)展方向之一。 我國在解放以前，曲柄壓力機的生產(chǎn)非常落后，只能制造一些手動沖床。解放以后，才有了飛速的發(fā)展，到目前為止，我們已經(jīng)制造了80000千牛的熱模鍛壓力機，40000千牛的雙點壓力機以及其他各種型號的壓力機。但是，與工業(yè)先進的國家比較，我國的曲柄壓力機制造業(yè)還很落后，主要表現(xiàn)在質(zhì)量不高、數(shù)量不足。品種不全等幾個方面特別是缺乏大型高效的設(shè)備。因此，必須大力發(fā)展曲柄壓力機，以滿足四個現(xiàn)代化的需要。 曲柄壓力機的類型很多，按照工藝用途分類如下： 1）板料沖壓壓力機 （1）通用壓力機．用來進行沖裁、落料、彎曲、成形和淺拉廷等工藝。 （2）拉延壓力機，用來進行拉延工藝。 （3）板沖高速自動機，適用于連續(xù)級進送料的自動沖壓工藝。 （4）板沖多工位自動機，適用于連續(xù)傳送工件的自動沖壓工藝。 2）體積模鍛壓力機 （1）冷擠壓機，用來進行冷擠壓工藝。 （2）熱模鍛壓力機，用來進行熱模鍛工藝。 （3）精壓機，用來進行平面精壓，體積精壓和表面壓印等工藝。 （4）平鍛機，用來進行平鍛工藝。 （5）冷墩自動機，用于制造如螺釘螺母等各種標準件。 （6）精鍛機，用來精鍛各種軸類工件。 3）剪切機 （1）板料剪切機，用于裁剪板料。 （2）棒料剪切機，用于截裁棒料。 1.2 曲柄壓力機的工作原理與結(jié)構(gòu)組成 曲柄壓力機是采用機械傳動的鍛壓機器。通過傳動系統(tǒng)把電動機的運動和能量傳給工作機構(gòu)，從而使坯料獲得確定的變形，制版所需的工件。 圖1—1、圖1—2分別是曲柄壓力機的外形圖和運動原理圖。其工作原理如下：電動機通過三角皮帶將運功傳給大皮帶輪1，從而通過齒輪2、3、4把運動傳給偏心齒輪5，連扦6的上端套在偏心齒輪上，下端與滑塊7用鉸鏈連接，因此，就將齒輪的旋轉(zhuǎn)運動變成滑塊的往復(fù)運功。上模裝在滑決上，下模裝在工作臺上。當材料放在上下模之間時，即能進行沖裁或其他變形工藝，制成工件。氣墊18是用來頂出工件或在拉伸時作壓邊用。由于工藝操作的需要，滑塊時而運動，時而停止，因此裝有離合器5和制動器4。壓力機在整個工作周期內(nèi)進行工藝操作的時間很短，即有負荷的工作時間很短，大部分時間為無負荷的空程。為了使電機的負荷均勻，有效地利用能量，因而裝有飛輪。大皮帶輪即起飛輪作用。 圖1-1 閉式壓力機機身 圖1-2 壓力機傳動原理圖 從上述的工作原理可以看出，曲柄壓力機一般由下面幾部分組成： (1)工作機構(gòu) 一般為曲柄滑塊機構(gòu)， 由曲軸、連桿和滑塊等零件組成。 (2)傳動系統(tǒng) 包括齒輪傳動和皮帶傳動等機構(gòu)。 (3)操縱系統(tǒng) 如離合器和制動器。 (4)能源系統(tǒng) 如電動機和飛輪。 (5)支承部件 如機身。 除上述基本部分以外，還有多種輔助系統(tǒng)與附屬裝置，如潤滑系統(tǒng)、保護裝置以及氣墊等。 曲柄壓力機的工作機構(gòu)代表壓力機的工作特征，其運動規(guī)律將影響壓力機的工作性能，而其受力狀況則是壓力機強度和剛度設(shè)計的基礎(chǔ)。壓力機的傳動系統(tǒng)將影響壓力機的整體布置、外形尺寸、美觀以及重量和成本。離合器和制動器是壓力機能否正常穩(wěn)定工作的關(guān)鍵，它們的正確設(shè)計與使用將會大大提高壓力機的工作可靠性和壽命。壓力機工作時，除需要其有足夠的壓力外，還需要具有足夠的能量。電動機和飛輪的正確選用與合理設(shè)計是獲得足夠能量的基礎(chǔ)，同時也給節(jié)約能量提供了途徑。所有的部件和零件都支承在機身上，機身的合理設(shè)計將降低壓力機的重量，提高壓力機的剛度。壓力機的輔助裝置與系統(tǒng)將使壓力機獲得必要的輔助功能，使其安全運轉(zhuǎn)，是提高壓力機使用效率不可缺少的組成部分，其設(shè)計好壞在一定程度上標志著壓力機的先進與否。 1.3 曲柄壓力機的發(fā)展概況 鍛壓生產(chǎn)已有悠久的歷史，但是，采用鍛壓機械進行鍛壓生產(chǎn)卻只有百余年的歷史，十九世紀三十年代，世界上山現(xiàn)了第一臺簡易的平鍛機和蒸汽錘。六十年代生產(chǎn)了一些沖壓用的液壓機。直到十九世紀末期，才出現(xiàn)相當規(guī)模的曲柄壓力機和鍛造用的液壓機。二十世紀前期，由于汽車工業(yè)的興起，曲柄壓力機以及其他鍛壓設(shè)備得到了迅速發(fā)展。眾所周知，由于采用現(xiàn)代化的鍛壓工藝生產(chǎn)工件具有效率高、質(zhì)量好、能量省和成本低的特點。所以，工業(yè)先進的國家越來越多地采用鍛壓工藝代替切削工藝和其他工藝。鍛壓生產(chǎn)在工業(yè)生產(chǎn)中的地位越來越重要，鍛壓機械在機床中所占的比重也越來越大。近年來，鍛壓機械的擁有量日本為34％，美國為32．4％。在鍛壓機械中，又以曲柄壓力機最多，占一半以上。用曲柄壓力機可以進行沖壓和模鍛等工藝生產(chǎn)，它廣泛用于汽車、農(nóng)業(yè)機械、電器儀表、國防工業(yè)以及日用品等生產(chǎn)部門。隨著工業(yè)的發(fā)展，曲柄壓力機的品種和數(shù)量越來越多，質(zhì)量要求越來越高，壓力越來越大。它在機械制造工業(yè)以及其他工業(yè)的鍛壓生產(chǎn)中的作用越來越顯著。例如，在汽車拖拉機工廠中，用熱模鍛壓力機代替模鍛錘生產(chǎn)模鍛件已經(jīng)成為一個發(fā)展趨勢。日本已有數(shù)條熱模鍛壓力機生產(chǎn)線，其少一條110000kN熱模鍛壓力機生產(chǎn)線是在197l年建成的，可以生產(chǎn)重達140kg，長達1．3m的曲軸以及重達100kg，長達2m的汽車前梁，生產(chǎn)效率為每小時60件。．從裝料、預(yù)熱、剪切、鍛造、檢驗到包裝、發(fā)送全部自動進行。全線僅用24人，比模鍛錘的生產(chǎn)效率高得多，勞動條件大為改善。德國已經(jīng)制造了若干條120000kN的熱模鍛壓力機自動生產(chǎn)線，供應(yīng)世界各國。我國也購置—條，對汽車鍛件的生產(chǎn)起著良好的作用。又如，冷擠壓工藝是—項新興的工藝，用冷擠壓生產(chǎn)的零件表面粗糙度小，尺寸精度高，直徑為20一30mm的零件其公差范圍可控制在0.015m m以內(nèi)，因此，所生產(chǎn)的零件不需進行或少量進行切削加工即可使用。大大提高了生產(chǎn)率，并節(jié)約了原材料。 隨著冷擠壓工藝的發(fā)展，各種類型的擠壓機應(yīng)運而生，正在使加工行業(yè)產(chǎn)生巨大的變化。再如，在日用品及家用電器生產(chǎn)中，如果不采用高速沖壓自動機，產(chǎn)品的成本與質(zhì)量在國際市場上將失去競爭能力。因此大量制造和使用曲柄壓力機，已成為工業(yè)先進國家的發(fā)展方向之—。 近年來，曲柄壓力機正向著高速度和高精度的方向發(fā)展，并努力降低噪音．提高安全 性，擴大自動化程度，改善勞動條件。特別是采用微型計算機控制的曲柄壓力機，更具有先進的水平。 例如，行程次數(shù)500次／min左右的高速壓力機已普遍應(yīng)用，美國明斯恃(Minster)公司已生產(chǎn)250kN2000次／min的超高速壓力機。美國國民(National)公司發(fā)展了新系列的高速冷墩機，M12四工位螺母冷墩機生產(chǎn)率為每分鐘250件。 精密沖裁的壓力機己發(fā)展到25000 kN，可沖裁的最大板厚已達25mm，加工的零件周邊的表面粗糙度很小，尺寸精度很高，沖切面的垂直度可達89°30’。 擠壓機己發(fā)展到50000kN，多工位擠壓機已發(fā)展到45000kN，機器精度不斷提高，剛度已達到同規(guī)格的通用壓力機的2—3倍。 1982年在日本大阪國際機床展覽會上展出了55臺鍛壓設(shè)備，其中采用數(shù)控的占34．5％，可以人機對話，編成十分方便。日本會田公司制造的2000KN“沖壓中心”，采用微型計算機控制，自動換模、換料和調(diào)整工藝參數(shù)，全部時間只需5min。德國奧穆科（Eumuco）公司近年來制造的熱模鍛壓力機和平鍛機，都已采用微機巡回檢測各軸承的溫度，顯示工藝力，對壓力機的安全運轉(zhuǎn)起著重要作用。 國際標準化組織（ISO）規(guī)定，在85—90dB的連續(xù)噪音下，工作時間不能超過8h, 而美國和瑞士規(guī)定為85dB?，F(xiàn)在德國舒勒（Sehuler）公司制造的開式壓力機已為75dB。還有一些公司正在研制低噪音（75dB）的折彎機和冷墩自動機。 我國解放以前，曲柄壓力機的生產(chǎn)非常落后，只能制造一些手動沖床。解放以后才有了飛速的發(fā)展，到目前為止，我們已經(jīng)制造了80000kN的熱模鍛壓力機，40000kN的雙點壓力機以及其他各種型號的壓力機。近年來，由于自行研究和引進技術(shù)，研制水平達到了一個新的高度。我國的汽車制造廠，電機電器制造廠以及有關(guān)的工廠都裝備著不少新型的曲柄鍛壓機械。但是，與工業(yè)先進的國家比較，我們的曲柄壓力機制造業(yè)仍屬落后，主要表現(xiàn)在質(zhì)量不高，性能不好和品種不全等方面，特別缺乏大型高效的設(shè)備。因此，必需大力發(fā)展曲柄壓力機，以滿足現(xiàn)代的需要。 1.4 通用曲柄壓力機的型號和技術(shù)參數(shù) 1.4.1 曲柄壓力機的型號 按照JB／GQ2003—84型譜，曲柄壓力機的型號用漢語拼音字母、英文字母和數(shù)字表 示，例如JA31—l 60B型號的意義是： 圖1-3 機床型號 現(xiàn)將型號的表示方法敘述如下： 第一個字母為類代號，代表八類鍛壓設(shè)備中某類設(shè)備。在八類鍛壓設(shè)備中，與曲柄壓力機有關(guān)的有五類。機械壓力機用拼音字母J表示，線材成形自動機、鍛機、剪切機和彎曲校正分別用Z、D、Q和W表示。 第二個字母代表同一型號產(chǎn)品的變型順序號，凡主參數(shù)與基本型號相同，但其他某些基本參數(shù)與基本型號不同的，稱為變型，用字母A、B、C……表示第一、第二、第三……種變型產(chǎn)品。 第三、四個數(shù)字為組、型代號。在型譜中，每類鍛壓設(shè)備分為10組，每組分為10型。第一個數(shù)字代表“組”，第二個代表“型”?！?1”在型譜中查得為“閉式單點壓力機”。 橫線后面的數(shù)字代表主參數(shù)。一般用壓力機的公稱壓力(見下面敘述)作為主參數(shù)。型譜中的公稱壓力用工程單位制的“噸”表示，故轉(zhuǎn)化為法定單位制的“千?！睍r，應(yīng)把此數(shù)字乘以10。例如此處160代表160 t，乘以10即為1600kN。 最后一個字母代表產(chǎn)品的重大改進順序號，凡型號已確定的鍛壓機械，若結(jié)構(gòu)和性能上與原產(chǎn)品有顯著不同，則稱為改進，用字母A、B、C代表第一、第二、第三……次改進。有些鍛壓設(shè)備，緊接組、型代號的后面還有一個字母，代表設(shè)備的通用特性，如字母K代表數(shù)控，G代表高速等。 表1-1 通用壓力機型號 1.4.2 通用曲柄壓力機的技術(shù)參數(shù) 曲柄壓力機的技術(shù)參數(shù)反映了壓力機的工藝能力、加工零件的尺寸范圍以及有關(guān)生產(chǎn)率等指標，現(xiàn)分述如—下： 1) 公稱壓力P，及公稱壓力行程S 曲柄壓力機的公稱壓力(或稱額定壓力)是指滑塊離下死點前某一特定距離(此特定距離稱為公稱壓力行程或額定壓力行程)或曲柄旋轉(zhuǎn)到離下死點前某一特定角度(此特定角度稱為公稱壓力角或額定壓力角)時，滑塊所容許承受的最大作用力。例如630、1000、1600、2500、3150、4000、6300kN……。這個系列是從生產(chǎn)實踐中歸納整理后制訂的，既能滿足生產(chǎn)需要，又不致使曲柄壓力機的規(guī)格過多，繪制造帶來困難。當然專為實現(xiàn)某工藝的壓力機也可以按實際需要的工藝力來確定公稱壓力。在型譜中，通用壓力機一般以公稱壓力作為主參數(shù)，其他技術(shù)參數(shù)稱為基本參數(shù)。 2) 滑塊行程S 它是指滑塊從上死點到下死點所經(jīng)過的距離。它的大小將反映壓力機的工作范圍。行程較長，則能生產(chǎn)高度較高的零件，通用性較大。但壓力機的曲柄尺寸要加大，隨之而來的是齒輪模數(shù)和離合器尺才均要增大，壓力機造價增加。而且模具的導柱導套可能脫離，影響工件精度和模具壽命。此外，滑塊的速度也要加大。所以，應(yīng)該適當選擇行程長度。 3) 滑塊行程次數(shù)n 它是指滑塊每分鐘從上死點到下死點，然后再回到上死點所往復(fù)的次數(shù)。行程次數(shù)越高，生產(chǎn)率越高，但次數(shù)超過一定數(shù)值以后，必需配備機械化自動化送料裝置，否則不可能實現(xiàn)高生產(chǎn)率。行程次數(shù)提高以后，機器的振動和噪音也將增加?，F(xiàn)代的壓力機，有提高行程次數(shù)的趨勢。 4) 最大裝模高度H,及裝模高度調(diào)節(jié)量△H； 裝模高度是指滑塊在下死點時，滑塊下定向到工作臺板上表面的距離。當裝模高度調(diào)節(jié)裝置將滑塊調(diào)整到最上位置時，裝模高度達最大值，稱為最大裝模高度。上下模的閉合高度應(yīng)小于壓力機的最大裝模高度。裝模高度調(diào)節(jié)裝置所能調(diào)節(jié)的距離，稱為裝模高度調(diào)節(jié)量。與裝模高度并行的標準尚有封閉高度。所謂封閉高度是指滑塊在下死點時，滑塊下表面到工作臺上表面的距離。它和裝模高度之差恰是工作臺板的厚度。裝模高度及其調(diào)節(jié)量必需適當，增大其數(shù)值固然能安裝閉合高度較大的模具，適應(yīng)性較大，但若安裝高度較小的模具時，則需增添附加墊板，給工作帶來不便。而且，壓力機的高度也相應(yīng)增加。 5) 工作臺板及滑塊底面尺寸 它是指壓力機工作中間的平面尺寸。它的大小直接影響所安裝的模具的平面尺寸以及壓力機平面輪廓的大小。 2 機身結(jié)構(gòu)的設(shè)計 機身是壓力機的一個基本部件。所有零部件都裝在機身上面。工作時要承受全部工作變形力(某些下傳動壓力機除外)。因此機身的合理設(shè)計對減輕壓力機重量，提高壓力機剛度，以及減少制造工時，都具有直接的影響。 2.1 機身類型 機身分為兩大類型即開式機身和閉式機身。前者三面敞開，操作方便，但剛度較差，適用于中小型壓力機；后者兩側(cè)封閉，剛度較好但操作不如開式的方便，適用于中大型壓力機以及某些精度要求較高的小型壓力機。 開式機身常見類型如圖2-l所示。按機身背部有無開口可分為雙柱機身(如圖中a)和單柱機身(如圖中b、c)。按機身是否可以傾斜分為可傾機身(如圖中a)和不可傾機身(如圖中b、c)。按機身的工作臺是否可以移動分為固定臺(如圖中b)和活動臺(如圖中c)。此外尚分柱形臺、轉(zhuǎn)動臺等。不同的機身型式有不同的用途，雙柱可傾機身便于從機身背部卸料，有利于沖壓工作的機械化與自動化。活動臺機身可以在較大范圍內(nèi)改變壓力機的裝模高度，適用工藝范圍較廣。單柱固定臺機身一般用于公稱壓力較大的開式壓力機。 （a） （b） （c） 圖2-1 開式機身類型 (a) 雙柱可傾機身 (b)單柱固定臺機身 (c)單柱活動臺機身 閉式機身常見類型如圖2—2所示。整體閉式機身加工裝配工作量較少；但需要大型加工設(shè)備，運輸也較困難。組合閉式機身(如圖中所示)是由上梁、立柱、底座和拉緊螺栓組而成，因此，加工運輸比較方便，在大中型壓力機里此種機身應(yīng)用較多。 圖2-2 組合式機身 2.2 機身結(jié)構(gòu)設(shè)計 2.2.1 機身設(shè)計 機身作為壓力機的主要零件，大部分零部件都安裝固定在上面。機身由全鋼焊接的上橫梁、底座和立柱組成，通過四根拉桿螺栓預(yù)緊形成整體框架。三件間通過定位套定位。此三件為壓力機的主受力件，采用全鋼焊接，并進行消除內(nèi)應(yīng)力處理，具有高的強度和剛度。同時用數(shù)控機床進行加工，保證高的加工精度。 機身結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)滿足下列要求： (1)機身在滿足強度、剛度的條件下，力求重量輕、節(jié)約金屬。 (2)結(jié)構(gòu)力求簡單，并便裝于其上的所有部件、零件容易安裝、調(diào)整、修理和更換。 (3)結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)便于鑄造或烽接和機加工。 (4)必須有足夠的底面積，保證壓力機的穩(wěn)定性。 (5)結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)力求減少振動和噪音。 (6)結(jié)構(gòu)設(shè)計力求外形美觀。 機身結(jié)構(gòu)分為鑄造結(jié)構(gòu)和焊接結(jié)構(gòu)兩種。鑄造結(jié)構(gòu)使用材料有HT20—40鑄鐵、QT42—10球鐵和ZG35鑄鋼等。焊接結(jié)構(gòu)使用材料多為鋼板，也有用16Mn鋼板。鑄造結(jié)構(gòu)的材料比較容易供應(yīng)，消震性能較好。但重量較重，剛度較差。目前，較適合于成批生產(chǎn)。焊接結(jié)構(gòu)與之相反，重量較輕，剛度較好，外形比較美觀，但消震性能較差。當前我國鋼板材料供應(yīng)不足，焊接技術(shù)和工藝裝備有待于進一步提高與充實，因此，只適合于單件小批生產(chǎn)。對于采用鑄造還是焊接結(jié)構(gòu)，須視各廠具體條件而定。隨著工業(yè)的發(fā)展，焊接結(jié)構(gòu)必然將更廣泛采用。 鑄造結(jié)構(gòu)盡量使壁厚不要有突然變化，適當加大過渡圓角，減少應(yīng)力集中。結(jié)構(gòu)設(shè)計需使鑄造和加工方便。焊接結(jié)構(gòu)盡量設(shè)計成具有對稱性的截面相對稱性的焊縫位置，以減少焊接變形，特別是扭曲變形。要合理布置筋板，數(shù)量不宜過多。焊縫應(yīng)盡量遠離應(yīng)力集中區(qū)域，盡量避免用焊縫直接承受主要工作載荷。焊縫避免交叉與聚集，并考慮焊接施工方便。 總結(jié)以上敘述，以及參考JH36-400機械壓力機的機身設(shè)計，確定了以焊接結(jié)構(gòu)作為此次機身設(shè)計的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。具體的材料和機身各部分的尺寸，可查看具體的零件圖。 3 機身強度計算 機械零件因強度不足，會發(fā)生材料斷裂、變形等情況，從而造成機械零件喪失工作能力或達不到設(shè)計要求的性能。 3.1 立柱和拉緊螺栓計算 3.1.1 立柱和拉緊螺栓的受力和變形情況 （a） （b） （c） 圖3-1 螺栓和立柱變形示意圖 由圖3-1，如設(shè) λ——預(yù)緊后拉緊螺栓伸長量； λ——預(yù)緊后立柱壓縮量； λ——工作十拉緊螺栓的伸長量； λ——工作時立柱殘余壓縮量； 則拉緊螺栓在壓力機工作時比預(yù)緊時所增加的伸長量為： Δλ= λ—λ 立柱在壓力機工作時比預(yù)緊時所減少的壓縮量為： Δλ=λ—λ ∵ Δλ= Δλ=Δλ ∴ λ—λ=λ—λ 式(3.1) 因為在彈性范圍內(nèi)，螺栓和立柱的受力和變形都是線性關(guān)系，所以可以用圖3-2表示： （a) （b) （c) （d) （a）預(yù)緊后螺栓的力的變形圖；( b) 預(yù)緊后立柱的力的變形圖； (c)第(a)和(b)種情況的合并 (d) 預(yù)緊后和工作時螺栓和立柱的力的變形圖 圖3-2 力的變形圖 由圖可知： P=P+P 若將工作壓力增至ZP（Z稱為預(yù)緊系數(shù)），則立柱的變形量為零，即λ=0 所以，式（3.1）成為： λ—λ=λ 式(3.1a) ∵ λ=（米） λ=（米） λ=（米） ∴ —= 式(3.2) 式中 P——公稱壓力（牛）； P——預(yù)緊力（牛）； Z——預(yù)緊系數(shù)，對通用壓力機取1.5； L﹑L——螺栓和立柱工作長度（米）； E﹑E——螺栓和立柱彈性模量（牛/米）； n﹑m——螺栓和立柱數(shù)目，通常n=4,m=2； 由式（3.2）可得預(yù)緊力Py： Py= 式(3.3) 其中 Kl=, Kz= 由于沿立柱長度方向截面不等，當截面相差比較懸殊時應(yīng)采用當量截面積F代替式（3.3）中的Fz。 F按下式計算： F==／(米) 式(3.4) 式中 F﹑F……F——立柱各段不同截面面積(米)； L﹑L……L——立柱相應(yīng)于不同截面的各段長度（米）。 3.1.2 立柱強度驗算 立柱強度驗算公式： σ=≤[σ]（帕） 式（3.5） 式中 Py——預(yù)緊力； F——立柱最小截面積（米)； [σ]——立柱許用應(yīng)力，對鑄鐵取350×10帕，對鋼板取600～800×10帕。 表3-1 立柱最小截面積 壓力機型號 立柱材料 單點通用壓力機 雙點通用壓力機 曲軸平行與正面 曲軸垂直與正面 鑄 鐵 0.19P 0.2P 0.2P 鋼 板 0.095P 0.1P 0.105P 注：Pg——壓力機公稱壓力（千牛） 3.1.3 拉緊螺栓的強度驗算 拉緊螺栓強度驗算公式 σ=≤[σ]（帕） 式（3.6） 式中 Z——預(yù)緊系數(shù)，取1.5； F——拉緊螺栓最小截面積（米)； [σ]——拉緊螺栓許用應(yīng)力，參照現(xiàn)行壓力機，取為1300～1500×10帕。 拉緊螺栓預(yù)緊一般采用加熱方法，即先把螺母用扳手預(yù)檸緊，然后在螺栓和螺母上各畫一直線“A”，并在螺母旋轉(zhuǎn)的反方向畫另一條直線“B”（見圖3-3），這“A”﹑“B”兩線之間的夾角為β，即為加熱后螺母需要的回轉(zhuǎn)角。螺栓加熱伸長后，轉(zhuǎn)動螺母，使螺母上的”B”線和螺栓上的“A”線對準，這樣螺栓冷卻后，機身即被預(yù)緊。 圖3-3 回轉(zhuǎn)角圖 螺母的回轉(zhuǎn)角β可按下式確定： β=×360 式（3.7） 式中 S——拉緊螺栓螺距（米）； ﹑——拉緊螺栓和立柱預(yù)緊時的伸長和壓縮（米） ∵ ∴ 式（3.8） 式中 L——拉緊螺栓工作長度； τ——拉緊螺栓應(yīng)變。 （a）立柱簡圖 （b） 拉緊螺栓簡圖 圖3-4 雙點壓力機立柱和拉緊螺栓簡圖 由圖3-4可的立柱各部分截面面積及其長度： 表3-2 立柱各部分截面面積及其長度數(shù)據(jù) 面積（平方厘米） 長度（厘米） Ⅰ 1254 11 Ⅱ 2296 143.5 Ⅲ 324 9 Ⅳ 744 46.5 Ⅴ 1392 87 Ⅵ 384 11.5 預(yù)緊力 Py = 令 F= =1080厘米=0.108米 ∴ PyN 立柱的強度為： σ==Pa [σ]=600～800×10 Pa σ﹤[σ],安全 螺栓強度： σ=Pa [σ]=1300～1500×10Pa σ＜[σ],安全 預(yù)緊時螺母轉(zhuǎn)角： β=×360 令 S=4.8mm ∴ β= 若按經(jīng)驗公式 3.2 上橫量和底座的計算 3.2.1 上橫量和底座的受力分析 （a) 機身簡圖 （b）上橫梁受力簡圖 （c） 底座受力簡圖 圖3—5 雙點壓力機上橫梁和底座的受力簡圖 圖3—5為雙點壓力機上橫梁和底座的受力簡圖。一般把上橫梁和底座看成一簡支梁，其跨度等于拉緊螺栓之間的距離L。上橫梁的載荷是通過芯軸傳遞的。雙點壓力機的載荷可看成集中作用在兩個壓力點上，作用力為公稱壓力的二分之一，即為。底座的載荷是通過墊板均勻作用在底板上，可看成3/4的長度上均布載荷q作用，q值為 式（3.9） 3.2.2 上橫梁的計算 如圖3—5b圖，上橫梁的最大彎矩為： N/m 式(3.10) 強度計算公式為： 式中 ——上橫梁中央截面的最大拉應(yīng)力（Pa）； ——上橫梁中央截面的最大壓應(yīng)力（Pa）； ——上橫梁中央截面形心至上橫梁底面距離（m）； H ——上橫梁中央截面高度（m）； J ——上橫梁中央截面慣性矩（m）； ——上橫梁許用拉應(yīng)力，材料為Q235時，=315～390×10Pa；材料為鋼板時，=400～500×10Pa； ——上橫梁許用壓應(yīng)力，材料為Q235時，=350×10Pa。 按照上述細長梁的計算方法計算上橫梁的應(yīng)力與實測應(yīng)力有較大出入。例如，北京第二輕工機械廠生產(chǎn)的JB31-160壓力機上橫梁最大拉應(yīng)力按上法計算時為142×10Pa，而靜態(tài)實測應(yīng)力為209×10Pa，實測應(yīng)力比計算的大47%。動態(tài)實測應(yīng)力為247×10Pa，比靜態(tài)的又增大了18%。因此，按細長梁的計算方法計算不太合適，而從應(yīng)力分布規(guī)律分析，則近似于高粱。又有上海鍛壓機床廠生產(chǎn)的5000千牛的雙點壓力機，上橫梁計算的最大拉應(yīng)力和靜態(tài)實測的分別為150×10Pa和320×10Pa，也有類似的情況。 (a) 橫梁中央危險截面結(jié)構(gòu)簡圖 (b) 上橫梁中央危險截面形心簡圖 圖3-6 上橫梁中央危險截面簡圖 圖3-6是此次設(shè)計的壓力機上橫梁中央危險截面的結(jié)構(gòu)簡圖及計算形心時的簡化圖。 （1）由圖(a) 可的危險截面的面積為 A=1294×53=68582mm A=186×826=153636 mm A=1346×107=144022 mm A=1346×107=144022 mm A=186×907=168702 mm A=1666×80=133280 mm F= A+ A+ A+ A+ A+ A=8122cm (2) 計算危險截面的形心 組合圖形形心坐標的計算公式為： ， 式（3.11） 由圖(b）可得： 危險截面形心y為： 由式（3.11）得 y= =705.5mm （3） 計算危險截面慣性矩J 圖3-7 危險截面慣性矩坐標圖 任意平面圖形如上圖所示，其面積為A。y軸和z軸為圖形所在平面內(nèi)的坐標軸。在坐標（y,z）處取微積分dA，遍及整個圖形面積A的積分 = ， = 分別定義為圖形對y軸和z軸的慣性矩。 以ρ表示微面積dA到坐標原點O的距離，下列積分 因為，=，于是有： J===+=+ 式（3.12） 若圖形為高為h、寬為b的矩形，則： =，= 式（3.13） 所以：壓力機上橫梁危險截面慣性矩J，可用式（3.12）和（3.13）計算。 ==1605.4 cm ， ==956968.1 cm ==10575.3 cm ， ==44293.2 cm ==13740.9 cm ， ==2174391.3 cm ==13740.9 cm ， ==2174391.3 cm ==1156521.1 cm， ==48636.8 cm ==7108.3 cm , ==3082717.5 cm ∴=+++++=1203292 cm =+++++=10481398.2 cm 危險截面慣性矩J: J=+=1203292 +10481398.2 =11684690.2=1168.5×10 cm 所以由（1）、（2）、（3）中的數(shù)據(jù)，可計算： 危險截面最大彎矩為 ==3.5×10N.m 危險截面最大應(yīng)力為 =253.6×10Pa =105.7×10Pa ∴ , 安全 3.3 壓力機底座的計算 （a) 底座結(jié)構(gòu)簡圖 （b） 計算形心時簡化圖 圖3-8 底座簡圖 由圖3-8（b）可得： 由式（3-11）得危險截面形心y： y= =29.4cm 壓力機底座危險截面慣性矩J的計算為： =，= ==990cm， ==13864.5cm ==34133cm， ==1333333cm ==3657cm， ==2218666.7cm ==5956cm， ==5976cm ==175.5cm， ==118638cm ∴ =++++=44911.5cm =++++=3690478.2cm 危險截面慣性矩J： J=+ =44911.5 +3690478.2 =3735389.7=373.5×10cm 底座最大彎矩為： N.m 式（3.14） 式中 L——兩邊立柱拉緊螺栓中心距離（米）。 強度計算公式為： 式（3.15） 式（3.16） 式中 ——底座中央截面的最大拉應(yīng)力（Pa）； ——底座中央截面的最大壓應(yīng)力（Pa）； 所以，底座危險截面的最大彎矩為： ==8.44×10Pa 底座危險截面的最大應(yīng)力為： =288.3×10Pa =66.4×10Pa ∴ , 安全 按照上述計算方法計算JB31—160壓力機底座的最大拉應(yīng)力為151×10Pa ，最大壓應(yīng)力為142×10Pa，而靜態(tài)實測分別為170×10Pa及108×10Pa。因此，如果考慮高梁的影響，上述的載荷簡化是比較符合實際的。 4 閉式組合機身變形計算 組合式機身變形應(yīng)包括底座、上橫梁和立柱的變形，機身變形影響機床工件的加工精度和機床的使用壽命。由于模具裝在底座或墊板上，因此，底座的變形直接影響工件的精度和使用壽命。一般計算底座的變形即可。只是在必要時再計算上橫梁和立柱的變形。 4.1 雙點壓力機底座變形計算公式 4.1.1 底座變形計算公式 雙點壓力機底座受力簡圖見圖3-5（c）,其彎曲正應(yīng)力的變形、彎曲剪應(yīng)力的變形和總變形為： =m =m ∴ = + =+m 式(4.1) 式中 ——公稱壓力（牛）； L——拉緊螺栓間距（米）； E——彈性模量； 鑄鐵為0.9×10牛/米； 碳鋼為2.1×10牛/米； G——剪切模量； 鑄鐵為4.5×10牛/米； 碳鋼為8.1×10牛/米； J——底座中央截面慣性矩（米）； F——底座中央截面面積（米）； ——最大剪應(yīng)力與平均連盈利的比值。 如下圖所示的底座簡化剖面，α為 圖4—1 底座簡化剖面 α= 式（4.2） 算出的總撓度應(yīng)小于容許撓度。 =（～）L 式（4.3） 由于底座上還有墊板，所以實際撓度還將有所減小。 4.1.2壓力機底座變形計算 = + =+m 式（4.4） 令 =4000×10牛， L=1.35米， J=0.03735米， F=0.37米 G=4.5×10牛/米, E =0.9×10牛/米. 由式（4.2），可計算的； α= = =9.9 ∴ = + =+m =+ =0.047+0.091=0.138mm 而 =（～）L=（～）×1350 =0.169～0.225mm > 撓度不大、剛度夠。 4.2 雙點壓力機上橫梁變形計算 4.2.1 上橫梁變形計算公式 上橫梁受力簡圖如圖3-5（b）,其彎曲正應(yīng)力的變形、彎曲剪應(yīng)力的變形和總變形為： =m =m =+=+m 式（4.6） 式中 為上橫梁主軸中心至拉緊螺栓中心的距離（米）。 4.2.2 上橫梁變形計算 令 =4000×10牛， L=1.666米， J=0.1168米， F=0.8122米 G=4.5×10牛/米,E=0.9×10牛/米。 α= ==4.87 =+= +=0.165mm ≤（～）L=（～）×1350=0.169～0.225mm ≤, 撓度不大、剛度夠。 5 機身的緊固 四柱式機械壓力機機身必須用鎖緊螺母和可靠的緊固，并具有足夠的預(yù)緊力，否則在機械壓力機加壓時，立柱臺肩與工作臺面、調(diào)節(jié)螺母與上橫梁接觸平面間產(chǎn)生間隙。泄壓換向回程時，產(chǎn)生振動，并使立柱臺肩和工作臺接觸平面間產(chǎn)生沖擊載荷，可導致鎖緊螺母松退，立柱精度因此被破壞。更為嚴重的是由于立柱臺肩和工作臺接觸面積較小，沖擊載荷會造成臺肩局部墩粗。墩傷接觸的工作臺表面，造成檢修時，立柱不易從活動橫梁導套孔中抽出。 5.1 緊固的方法分類 1) 普通緊固 鄭重方法是用扳手來旋緊鎖緊螺母，它所能達到的預(yù)緊力，受到扳手孔，扳手強度以及安裝所能施加的旋緊力等限制，力量是較小的。因此，只能用噸位小的機械壓力機的聯(lián)結(jié)裝配中。 2) 加壓情況下緊固 這種方式利用機械壓力機本身加壓后，使立柱承載伸長時，用扳手將調(diào)節(jié)螺母旋緊，泄壓后立柱回縮得到緊固連接，其預(yù)緊力的大小主要由機械壓力機壓力大小來決定，通常取公稱壓力的1.5~2倍，泄壓時也需加壓后旋松。此方法緊固較可靠，卸載也較方便，對于四螺母結(jié)構(gòu)立柱與工作臺面貼合的四個調(diào)節(jié)螺母的緊固，采用此方法較為有利。與上橫梁下平面貼合之四個調(diào)節(jié)螺母用于調(diào)節(jié)機器精度，此時，調(diào)節(jié)精度時所需加的壓力要比所經(jīng)力大。對于三螺母結(jié)構(gòu)，只能做到上橫梁連接部分的預(yù)緊，對工作臺連接部分，則只能用其他方法預(yù)緊。 3) 加熱緊固 此方法是靠立柱一端的熱脹，在立柱的一端鉆40~60mm直徑的孔，孔的深度要大雨橫梁高度，孔內(nèi)通過高壓蒸汽或用火焰加熱，也可采用電加熱法。加熱時應(yīng)將兩對角立柱同時加熱。 立柱伸長量為： cm 式（5.1） 式中：，——立柱和工作臺材料彈性模量 ，——每一立柱預(yù)緊部分截面積而后工作臺預(yù)緊受壓區(qū)截面積cm ——預(yù)緊力 ——立柱預(yù)緊部分長度cm 加熱升高溫度： 式中：u——每加熱的線膨脹系數(shù)。 對于鋼材 加熱后立柱溫度： 式中：——室溫。 立柱螺母旋進角度： 室中：S——螺距（cm） 4) 液壓緊固 圖5—1 液壓緊固工作原理圖 利用液壓油缸加壓來使立柱伸長而鎖緊螺母，工作原理見圖5—1所示： 液壓缸1支撐于導套3上，活塞2及立柱5用螺母4連接起來。當液壓缸內(nèi)通入高壓油P時，活塞2上升將立柱拉長后即可鎖緊。用此法立柱螺紋部應(yīng)加長， 以保證活塞2旋入后有足夠的強度。 5.2 緊固的方法選擇 此次機身設(shè)計時，機身緊固采用液壓裝置預(yù)緊。用四根拉桿螺栓連接上橫梁，立柱，底座。上橫梁，立柱，底座，三件間通過定位套定位。拉桿上端用閉母鎖緊，然后用液壓預(yù)緊裝置進行預(yù)緊，每根拉桿的預(yù)緊力為150±1噸。 6 上橫梁加工工藝設(shè)計 6.1 上橫梁的作用 上橫梁是雙點機械壓力機重要的基礎(chǔ)件之一，屬于箱體類零件。它支撐和包容著各類傳動件，保證其運動動力進行驅(qū)動和分配，彼此按一定的傳動關(guān)系進行協(xié)調(diào)的運動，因此，必須使眾多的軸，套以及齒輪等零件保持其正確的位置關(guān)