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1、精选优质文档-倾情为你奉上中南大学本科毕业论文（设计） 题 目 大型油缸冲击试验台结构总体设计 学生姓名 指导教师 专业班级 机电工程试验班 完成时间 2013.5.28 摘 要根据企业的需要，本课题通过比较已有的中小型油缸试验台，对油缸冲击试验台进行设计，使其可用来测试大型油缸的性能、寿命等各项参数指标。此实验台要求可实现最大缸径280mm、试验长度0.38m及试验压力370MPa的工况，可承受最大推力4300kN，最大拉力2500kN，其主要包括主机、液压系统和电控系统三大部分，而课题侧重的是主机的结构设计，其用于安装被测油缸并承受试验所产生的推力和拉力。本文对主机的方案进行分析和比较，并
2、确定选用中间受力的设计方案。主要对主机的主机构、运动机构、主机架、试验工装进行了详细设计。出于安全方面考虑，本文还对试验台主要部件进行了强度校核，这为试验台的设计和优化提供了一个参考。 关键词：油缸 冲击试验台 结构设计AbstractComparing the existing small and medium-sized cylinder test-beds, a long and larger-sized cylinder test platform, which is used to test the various parameter index of long and big-si
3、zed cylinder, such as the performance and life, is designed to satisfy the requirements of enterprise in this paper. The working conditions that the platform is required to achieve include the maximum cylinder diameter (250mm), the test pressure (from 0.3m to 8m), and the test pressure (from 3MPa to
4、 70MPa).In addition, the platform should withstand the maximum thrust (4300kN) and tension (2500kN). The test platform mainly consists of main body, hydraulic pressure system, and electric-controlling system, and themainfocusofthissubject here is the structural design of the main body, which is used
5、 to install the cylinder tested and withstand thrust and tension generated during the test. Firstly, the paper analysesandcomparesthe implementationalternatives of the main body, and determine to choose the design scheme of receiving stress in their middle parts. And then, a detailed designabout the
6、 main bodywouldbegin, such as the main mechanism, the movement mechanism, the main frame, and the testequipment. Finally, for safety reasons, theintensitychecking of the critical pieces is carried out in this paper.Keywords: cylinder platform structural design专心-专注-专业目 录第1章 绪论1.1液压及油缸试验台的发展液压传动作为不同于
7、机械传动的一门新技术，从1650年静压传递原理被帕斯卡提出、1850年英国人在液压起重机和压力机中运用帕斯卡原理开始，液压传动已经有了两三百年的历史。早期的液压传动大多用水作为介质，因此油缸也叫做液压缸。最早在舰艇上的炮塔转位器用水代替油取得成功，其后才有了液压转塔车床和磨床。在第二次世界大战期间，将功率大、反应快、动作准的液压传动和控制运用在兵器后，使其性能大大的提高。这一举动不但带给人们新的认识，而且对液压传动的发展有了很大的提升，战争其实有时候在科技发展上会带来意想不到的结果。在工业上的大力运用是在20世纪中后期才开始的。20世纪60年代后，随着计算机、微电子及科学技术的大力发展，使液压
8、传动包括传动、控制、检测成为一门完整的技术，使他在国防建设、国民经济发展等各方面都得已应用。液压传动在其自己的领域内已占有绝对优势，例如，国内外大多数工程机械、90%的机床、95的自动化生产线采用了新技术液压传动。因此，使用液压传动现在已成为一个国家工业、军事的重要衡量指标之一【14】。作为液压系统主要执行元件之一的油缸，它的性能将会直接影响到液压系统的可靠性，更进一步将会影响液压设备的正常运行和维护，因此需要通过测试台检测其性能是否达到技术要求5。随着科学技术的迅猛发展,液压行业对油缸综合性能的要求也随着提高,对油缸性能的检测与试验成为保证液压系统正常运转的可靠保障。最近十几年高端油缸市场几
9、乎被德美日所垄断,导致这种结果的一个主要原因就是我国的油缸试验台比较落后，在油缸检测方面落后,让我国液压缸产品质量降低，发展较慢。近几年随着我国经济的快速发展，对科学技术的重视，在油缸检测及实验方面有了很大的提高，在这里让大家见证一个实例：地处长沙的三一重工收购了曾近在重型机械遥遥领先于世界的德国普茨迈斯特（大象公司）。随着工程机械技术的不断发展， 油缸作为工程机械中一个非常重要的部件，对使用时的密封性、安全可靠性和使用寿命也有了更高要求。一些存在质量问题油缸的出厂，不仅为客户造成了很大损失，而且也为日后种下了安全隐患。油缸试验平台作为油缸唯一的试验平台，随着近几十年科技的发展，液压系统更加的
10、趋向于完美，对他的要求也越来越严格，国家制定的油缸试验方法GB/T 15622-1995也更新为GB/T15622-2005。油缸试验平台也随着油缸的发展步步高升。1.2液压油缸实验台国内外现状1.2.1国内现状 国内油缸试验台的发展可谓突飞猛进，在不到十年的时间内，专门做油缸试验台的厂家犹如雨后春笋，冒出了十多家，我认为徐州力成液压设备有限公司做的比较好、比较全。徐州力成液压设备有限公司借助徐工集团工艺研究所和江苏省机电研究所改制机会，一些长期从事非标设备和专用工艺装备设计制造的主要工程技术人员从中脱离了出来，于2003年成立了专业从事各种专用液压设备研发、设计、制造的科技型股份制企业徐州力
11、成液压设备有限公司。介绍几款他们的产品。1） 油缸装配试验一体机油缸装配试验一体机(见图1-1）是在装缸机上先对油缸进行装配，装配完成后，接着就在装缸机上进行试验。该机主要由液压试验单元和装缸机组成，装缸机不仅具有装缸的作用，还作为试验台架使用。这种设备的配置最大的优点是占用场地面积小，购置上节省了试验台架的费用；最大的缺点是在装缸时不能试验，试验时不能装缸，工作效率低。所以该种设备主要适用于油缸的维修、新品试制、非批量油缸的装配试验，批量油缸装配试验很少采用。2） 伸臂类油缸模拟工况动态加载试验台伸臂缸模拟工况动态加载试验台（见图1-2）主要用于起重机伸臂油缸在最高工作压力下运行时的全行程加
12、载试验，同时也可用于伸臂类油缸的模拟加载试验和常规出厂试验。主要性能参数试验系统最大试验流量：200 L/min；试验系统最大试验压力：35MPa；加载系统最大流量：25 L/min；加载系统最大压力： 20MPa；试验油缸最大行程：9000mm.图1-1 油缸装配试验一体机图1-2 伸臂类油缸模拟工况动态加载试验台3） 油缸型式试验台 油缸型式试验台（见图1-3）主要用于油缸型式试验，依据GB/T 156222005液压缸试验方法中的相关要求，能满足液压油缸型式试验要求的有关项目。如：1）试运转；2）起动压力特性试验；3）耐压试验；4）泄漏试验（内泄漏、外泄漏）；5）缓冲试验；6）负载效率试
13、验；7）高温试验；8）耐久性试验；9）行程检查。同时可满足主油缸的防尘、防水、支腿油缸的偏载试验等；试验台主要性能参数：系统试验压力：31.5兆帕，最高试验压力：50兆帕；系统容积补偿流量: 65L/min，耐久性工作流量：1440 L/min，循环冷却系统工作流量：200L/min，高温试验最大流量：65L/min；耐久性试验时无杆腔运行速度最高可达到1.0 M/S(缸径160)；测试液压缸最大行程为3000mm（包括泵送、起重机、港机、路机、煤机、桩机、履带吊等系列油缸）；测试液压缸最大缸径为320mm；最大输出力为3500kN；试验台电机总功率：531.2kW；试验台设置单独的过滤系统，
14、过滤系采用三级过滤，最精密级为5um；试验台可满足B级测试精度。图1-3 油缸型式试验台另外还有其他几家公司的产品及简介，如实验台（见图1-4）依据GB/T15622-2005液压缸试验方法的要求，可对液压缸型式试验和出厂试验的规定项目进行检测。为了满足液压缸试验较宽的压力和流量范围的要求，根据试验实际工况最佳分配功率，降低能耗，系统选用高压小流量柱塞泵和低压大流量齿轮泵搭配；当液压缸启动运行时，低压大流量齿轮泵运行，满足运动速度的要求，当油缸到达行程终点时，低压齿轮泵卸荷, 高压柱塞泵运行，满足系统高压的要求。试验台采用比例溢流阀控制，在操作台上可以远程调节液压系统的压力、流量等参数，调节的
15、压力、流量通过操作台上的数显仪表显示，方便读取。本试验台配备了加载装置，可对液压缸的负载性能进行全面检测，最大加载载荷500KN。试验台主要技术参数：1、最高额定压力：32Mpa2、系统总的流量：55 L/min图1-4 泰安永泰油缸试验台1.2.2国外现状1994年成立的韩国富林机械有限公司在液压测试方面有很高的造诣，也是目前国外在这方面拥有比较领先的技术。其产品有很多种类，设备很齐全。现列出其中一二，因资源问题，对产品只有简单介绍。1）、一般油缸试验机（见图1-5）：600 Bar 2 Line D50 - D250 * 5M；2）、标准油缸试验机（见图1-6）：600 Bar 2 Lin
16、e D32-D150；3）、超大型特殊油缸试验机（见图1-7）:450 LPM D10M；4）、挖掘机油缸试验机（见图1-8）：188 lpm * 210 bar 2 line；5）、超大型油缸试验机（见图1-9）：900 Lpm * 350 Bar-750 Bar Impulse Pre；6）、黑色化试验机（见图1-10）。 图1-5 一般油缸试验机 图1-6 标准油缸试验机 图1-7 超大型特殊油缸试验机 图1-8 挖掘机油缸试验机 图1-9 超大型油缸试验机 图1-10 黑色化试验机1.3液压油缸平台的发展趋势1）高压化是液压油缸发展的主要趋势之一。由于重型机械的发展较快，如混凝土搅拌站
17、、大型起重机械、地下工程机械等，他们都有压力要求高、实际安装空间小的特点，尽可能提高单位空间的油缸压力不但解决了这一难题，而且为油缸的发展带来了提升。想要解决高压化这一难题，当然与材料技术的发展有很大的关系，只有解决了油缸材料问题才能根本上解决高压化问题。随着油缸的高压化，对其测试及试验的提高随之而来。因为高压就代表着危险，只有有了高质量高性能的试验台才能试验检测高压化油缸，油缸才敢在实际生活中运用2）极端发展。随着世界机械向两端发展即微小型和超大型，所需的配件也有向两极发展的趋势，而现代重型机械95%使用液压系统，作为液压系统的主要执行元件之一的液压缸也有向更大更长发展的趋势。油缸试验台作为
18、油缸各项指标的测试的一个平台，他的发展改进也势在必行。3）智能化。无论微小型的还是超大型的油缸试验要求安全准确智能，因此实验平台将可能会向智能型自动化方向发展。通过和微电子、计算机、机器人等有机的结合，有一天将有可能实现无人自动化，智能分析数据，自动修复油缸所存在的问题。 1.4 课题来源、要求及意义1.4.1 课题来源对于工程实验班的毕业设计由学校、学院领导制定的方案：校企联合培养，让学生更早的了解企业项目。三一重工及他的客户需要用更大更长的油缸，而油缸作为工程机械中一个非常重要的部件，对使用时的密封性、安全可靠性和使用寿命有很高要求。对其的检测也显得更加重要。由于引进的韩国富林油缸冲击试验
19、台可试验油缸长度和缸径偏小、主要零部件使用寿命较低，现需求研制一台可试油缸更长更大的冲击试验台。1.4.2 课题要求本课题要求设计的大型油缸冲击试验台，用于油缸生产企业对较长较大的油缸进行2倍额定压力的冲击试验，可实现在几秒钟的时间内，使缸内压力由3MPa升高至70MPa，并且两腔交替升压降压。还具备每试验到一定次数后进行内泄漏测试等功能。试验台分主机、液压系统和电控系统三大部分。主机用于安装被试油缸，并承受试验所产生的推力和拉力。液压系统提供高压油，交替输送到被试缸的活塞腔和活塞杆腔，并维持油液的温度和清洁度。其工作原理是液压系统向某一腔供油，当压力达到压力传感器所设定的压力时，如70MPa
20、，工控机发出指令，控制电磁换向阀、增压缸等动力元件，是该腔泄压并转向另一腔供油，不断循环。本设计要求对大型油缸冲击试验台主机进行总体方案设计，包括主机架、活动机架、试验工装等。主要设计任务及参数：1、 查阅相关文献，翻译一篇相关的英文科技文献；2、 完成大型油缸冲击试验台主机总体方案设计，主要设计任务及参数：可试油缸直径：280mm；可试油缸长度：6m（耳环型安装距）；最大试验长度：8m；试验压力：3-70MPa；3、 机架承受最大推力：4300kN；最大拉力2500kN；4、 最大试验容积：130L；最长升压时间：6s；5、 完成2-3种结构方案的机架方案设计，并比较其优劣，包括在相同强度和
21、刚度条件下的重量、制造难度、可靠性、试验长度调整和试验工装装拆的方便性。6、 完成大型油缸冲击试验台主机总体装配图，以及主要零部件的工程图；7、 图纸数量折合标准图纸不少于4张A1图纸。1.4.3 课题意义油缸试验台是为了检测油缸是否有问题存在，能否达到要求。如油缸活塞杆和缸筒的偏心就是油缸普遍存在的问题，此问题比较严重的油缸当重复使用后，部件之间的公差将变得更大，P.J.Gamez-Montero，E.Salazar，R.Castilla，J. Freire, M.Khamashta，E.Codina等人专门针对这一问题发表了论文位移对液压缸负载能力的影响，他们通过大量实验已证明此问题会大大
22、降低了动力缸的负载能力；油缸摩擦问题也是普遍存在的问题【5,6】。只有有了高质量的试验台等设备，才能尽可能降低让此类问题。液压系统中作为重要的执行元件之一油缸，他性能的好坏将直接影响液压系统的性能，更加会影响到设备的运行维护，用油缸试验平台测试并记录数据，通过现代技术分析数据而获得油缸的全部指标，这样就可以预防由于油缸而出现的问题，大型油缸实验平台可测试的油缸长度、缸径都变长变大，这样对于需要用大型油缸的机械，如大型起重机，煤矿液压支架等等。而目前全国液压平台大多适用于中小型油缸，此设计对于大型油缸的测试有一定的作用。1.5 本课题的主要内容本论文的研究方案见图1-11.图1-11 课题研究方
23、案全文共四章，各章的主要内容简述如下：第一章绪论，对液压、油缸、油缸试验平台进行了简单的介绍，综述了国内外目前油缸实验平台的研究现状及发展，以及对课题的来源、任务、意义作简短的介绍。第二章为主体，设计2-3种方案，选择呢最优的一种，通过课题给定的参数来计算设计结构，用pro e做三维图，cad做二维图。第三章为结论，反映设计的特点、结果和理论见解。第2章 大型油缸试验台方案选择及结构设计2.1 油缸试验方法根据国标【GB/T 15622-2005】，制定以下实验方法。2.1.1 试验装置液压缸试验装置如图2-1和2-2.图2-1 加载缸水平加载试验装置图2-2 重物模拟加载试验装置2.1.2
24、测量准确度测量准确度采用B、C两级。测量系统的允许系统误差应符合表1-1的规定。表2-1 测量系统允许系统误差测量参数测量系统的允许系统误差B级C级压力在小于0.2MPa表压时/kPA 3.0 5.0在等于或大于0.2MPa表压时/% 1.5 2.5温度/ 1.0 2.0力/% 1.0 1.5流量/% 1.5 2.52.1.3 试验用油液1）粘度 油液在400C时的运动粘度为29mm2/s74mm2/s。注：特殊要求除外。2）温度 除特殊规定外，型式试验应在500C20C下进行；出厂试验应在应在500C40C下进行。出厂试验允许降低温度，在150C450C范围内进行，但检测指标应根据温度变化进
25、行调整，保证在500C40C时能达到产品标准规定的性能指标。3）污染度等级 试验系统油液的固体颗粒污染等级不得高于GB/T14039规定的19/15或-19/15【8】.4）相容性试验用油液应与被试液压缸的密封件材料相容。2.1.4 试验项目和试验方法1）试运行为了完全排除液压缸内的空气，需调整被测油缸试验系统压力，是被试液压缸在无负载工况下启动，并全行程往复运动数次【9】。2）启动压力特性试验 试运转后，在无负载工况下，调整溢流阀，使无杆腔（双活塞杆液压缸，两腔均可）压力逐渐升高，至液压缸启动时，记录下的启动压力即为最低启动压力。3）耐压试验 使被试液压缸活塞分别停在行程的两端（单作用液压缸
26、处于行程极限位置），分别向工作腔施加1.5倍的公称压力，型式试验保压2min；出厂试验保压10s【10】。4）耐久性试验 在额定压力下，使被试液压缸以设计要求的最高速度连续运行，速度误差为10%.一次连续运行8h以上。在试验期间，被试液压缸的零件均不得进行调整。记录累计行程【11,12】。5）泄漏试验 a、内泄漏：使被试液压缸工作腔进油，加压至额定压力或用户指定压力，测定经活塞泄漏至未加压腔的泄漏量。b、外泄漏：检查缸体各静密封处、结合面处和可调节机构处是否有渗漏现象。在试验过程进行下列检测：a）检查油缸在运动中是否振动或爬行；b) 以活塞杆的密封处油液泄漏情况为依据。在试验结束的时候，观看活
27、塞杆上的油膜，应该不能够形成油环或油滴；c）在全部静密封处，不应该有油液泄漏；d）如果是焊接结构的液压缸，应该查看焊缝处有没有油液泄漏【13】。6)缓冲试验 将被试液压缸工作腔的缓冲阀全部松开，调节试验压力为公称压力的5000，以设计的最高速度运行，检测当运行至缓冲阀全部关闭时的缓冲效果。7)负载效率试验 将测力计安装在被试液压缸的活塞杆上，使被试液压缸保持匀速运动，按下式计算出在不同压力下的负载效率，并绘制负载效率特性曲线，如图2-3.=100% (2.1)图2-3 负载效率特性曲线8）常温试验 在额定压力下，向被试液压缸输人90的工作油液，全行程往复运行1小时。9）行程检验 使被试液压缸的
28、活塞或柱塞分别停在行程两端极限位置，测量其行程长度【14】。2.2 大型油缸试验台方案选择设计一件产品时其方案选择虽然加重了设计者的负担，但通过方案选择会让设计者知道只设计一种时所想不到的问题。在每次设计机械时，方案选择是一个必不缺少的环节，是保证产品可靠、安全的前提。2.2.1仿韩国福临型试验台因三一重工已经引进韩国富临的油缸试验台，如图1-9，次试验台的可试长度5m，试验压力最高可达70m，最高受力2500kN。但目前所需的试验平台可试油缸长度达到了6-8m，总推力更加达到了4300kN。这种仿韩国福临的实验平台（如图2-4）机架总长14m，因制造问题只能分两段制造。表面有槽型钢加螺栓联接
29、，通过螺栓的强度承受推力和拉力。图2-4 仿韩国福临型试验台优点：1）台面键槽和孔位韩国福临的油缸试验台一致，可实现工装通用，节省资源；2）油缸支座的开档宽度可调节，以适应不同的油缸；3）结构简单容易操作；4）装配方便。缺点：1）重量较大；2）两端受力，适用于中小型油缸试验，对于大型油缸产生的大力容易形成弓形，试验台寿命短，如图（2-5）；3）大型油缸的缸径变大时a变大力偶M=Fa变大导致试验台主机架表面弓形加剧。图2-5 受力分析图2.2.2中间受力型试验台中间受力型试验台（图2-6）用大梁式主机，此方案思路来源于徐州力成液压设备有限公司的油缸式试验台（图1-3），明显改善了机架受力状况，在
30、提高强度和刚度的同时可减轻重量，尤其最大单件的起重量。图2-6 中间受力型试验台这种油缸试验台总长11米，比上面仿韩国的试验台短了3m，支撑有3个，通过计算就可以满足要求。根据所测油缸的不同，其主机构固定不动，通过移动活动机构的位置就可以满足最短300mm，最长8100mm的油缸，其油缸最大外径可以达到950mm。此试验台的受力如图2-7.图2-7 大梁式试验台受力分析油缸支撑用一个活动机构和一个主机构，两个机构都是通过圆锥销固定在大横梁上，衡量为11000660100的型钢打孔而成。通过两种方案的比较，认为第二种方案在相同刚度和强度下的重量、制造难度、可靠性、试验长度调整方面更加好一点。其缺
31、点就是试验工装装拆不是很方便，需借助车架行车等设备，但油缸的每次试验周期比较长，因此此缺点可以忍受。2.3 结构设计结构设计对于此论文是重中之重，也是关键所在，首先在设计大型油缸试验台时要考虑设计的经济型要求。经济性体现在设计、制造和使用的全过程中。设计制造表现为成本低；使用表现为高效率，较少地消耗能源，以及简单的管理和低的维护费用等【15】。提高设计经济性和制造经济性的指标主要有：1）运用先进的设计方法，使设计最优化，尽可能使设计计算结果精确，保证产品的可靠性。尽可能采用Pro/e，CAD，有限元等技术，提高设计进度，减小设计成本。在较大公司如三一重工，他们都有自己的资料库，像pro/e这些
32、软件除了本身带的功能外，为了更好的使用，有专门的队伍进行研究，这样就使设计的质量速度更好更快。最近几年企业对有限元仿真的运用已普及，尤其是重型工程产品的研发，用仿真软件不但提高了设计精度，设计速度，而且提高了产品的安全。2）最大限度地使用标准化的和系列化的零、部件。在条件允许的情况下，尽量采用标准化尺寸及结构设计零件。使用标准化可以不但减少设计时间及成本，而且使产品大众化，能让客户有更好的使用体验。3）尽量使用新的材料、新的技术、新的结构、新的工艺来设计产品。最近几年各种新的技术突飞猛进，如计算机、生物学等，他们几乎带动了全部的科学技术，这也导致产品的更新换代速度增加，而且让产品更加完美。由于
33、材料技术的大力发展，设计的时候选材也成了门学问技术，恰当的选择材料不仅使设计最优化，而且可以让产品更轻更小或者更大更重。4）为了是零件用料少、易加工、方便装配，尽可能改善零件的工艺性【16】。试验台的可靠性需要依靠组成他的零、部件的可靠性及系统构成来保证。试验台和零件的可靠度是指在规定的使用时间（寿命）内和预定的环境条件下，能够正常完成其功能的概率。失效的发生都是随机性的，造成失效的原因也是随机的，在于那些衡量零件工作条件的数量指标的随机性。例如零件所受的载荷、环境温度等不可能永远是恒定的，而是随机变化的；零件本身的物理及机械性能也是随机变化的。5） 材料经济性 材料经济性其主要表现有以下几个
34、点： a材料的本身相对价格。b材料加工方面的费用。c材料利用率。d采用组合结构。e节约稀有材料。6）材料的供应状况 选材时还应考虑当时当地的材料的供应状况。为了简化供应和贮存的材料品种，对于小批制造的零件，应尽可能减少同一部机器上使用的材料品种和规格【17，18】。2.3.1 大梁的设计1）外形设计 大梁作为大型油缸试验台主要承受力的大件，考虑了大梁加工工艺性，选材的合理性，及大概的受力分析后，根据设计要精确、安全、可靠三原则进行设计。在实际生产中，应先估算，然后用经典力学计算全部尺寸，最后需要有限元软件（如ansys、dynaform 和ABAQUS），但因时间问题，此论文没有进行最后一步的
35、校核。梁的设计可以看做轴的轴心受力，主要考虑刚度、强度、稳定性等方面校核。大梁的强度校核主要计算抗拉、抗压应力等应足够满足。刚度校核主要计算大梁的最大挠度，因此试验台的支撑比较多，在这方面可以保证符合规定，能保证安全。整体稳定与刚度存在线性关系，主要指由于刚度差导致侧向发生失稳。根据方案的初步设计大梁长需要11m所承受的力为4300/2kN，大概形状如图2-8.图2-8 大梁在大梁设计时，所受力通过圆锥销传递给圆锥销孔，因此有三种位置：中上、中间、中下。如果大梁主要受拉力，而且由于自重有向下的挠度，且中间无支撑的话就选择中上位置；无论受拉力还是推力，大梁如果有足够支撑使其变形减小到最低的话就选
36、择中间位置；如果大梁所受力主要为推力，且支撑少，选择中下比较适合。在本设计中，考虑到自重的影响，运用了两种解决方法：1）提高大梁的安全系数，也就是让大梁的垂直高度增加，可以减缓大量由于自身及其他部件引起的向下弯曲；2）中间位置加一辅助支撑，因大梁的垂直高度增加，支撑辅助可以减少，这样的好处就是在安装的时候方便调节试验台的水平度。2）尺寸计算依据三一重工给定的任务书油缸直径280mm；试验最高压力70MPa。计算出大梁承受的最大推力为F = PS = 70MPa(140mm)2 (2.2) =4310.3kN圆整为4300KN.两根大梁，其中每根受力为F1F1 =F/4=2150kN其受力分析如
37、图2-9图2-9 大梁的受力分析大梁材料为Q235，查机械设计手册可知厚度大于100时其屈服强度为s=195MPa，因大梁为主要受力件，安全系数取2.5，考虑到大梁的自重即横放在上面的主机构、活动机构和被测油缸的重量，安全系数升高取4.5，即许用屈服强度为s=43.3MPa，由受力图可知大梁只受拉力F1，危险截面在大梁与圆锥销的相交处，先取销直径d=160mm，则大梁的拉应力为 =s （2.3）其中A为危险截面面积，即A = B（D-d）取大梁的宽度B=100mm，代入可得计算得D 650.78mmD取651mm，圆整为660mm。大梁主要受F1=2150kN的拉力，根据任务书上面的要求，其次
38、还受F2=1250kN的推力，因此所受力可以归结为变应力，故材料会有疲劳破坏，提高大梁材料的性能，降低疲劳破坏也是一重点，疲劳破坏最为严重的地方是与圆锥销的相交处，因此，提高孔周围的表面质量，使其表面加工的较为光洁，减小或消除孔周围的表面可能发生的初始裂纹。2.3.2 圆锥销及锥套的设计图2-10 锥套 图2-11 圆锥销1）形状及作用 圆锥销（图2-11）及锥套（图2-10）用来连接活动机构的轴及主机构的主箱体，是一个主要的受力件，对其的设计计算是必须的。锥套是一个开口的圆锥套，外表面是圆柱，内表面为锥面，在圆锥销用长螺栓拉紧的时候锥套就会紧贴在轴和圆锥销上面，防止圆锥销松动。圆锥销中间为M
39、40的螺纹孔，m36螺栓的可穿过孔来拉紧两圆锥销如图2-12。图 2-12 活动机构的安装图因试验台轴的横向受力很小，对螺栓的要求不高。2）尺寸计算因大梁的厚度为100mm，及圆锥销与大梁的接触长度为100mm；因为圆锥销的里段与轴配合，尺寸应大于100mm，取接触长度为210mm.圆锥销用来传递被试油缸与大梁之间的相互作用力，其受力与大梁受力是一对作用力与反作用力，受力分析如图2-13。用42CrMo合金钢制造圆锥销，查机械设计手册其屈服点s为930MPa，因圆锥销受挤压力的同时还有剪切力，其安全系数取5.0，s=186MPa。由大梁的设计知F1 = 2150kNa、 剪切强度计算图2-13
40、由 （2.4）整理得D代入数据计算得D115mm取D=120mmb、 挤压强度计算由 （2.5）整理得D+d代入数据计算得D156mm取D=160mm2.3.3 活动轴的设计轴的设计包括合理的结构设计和尺寸计算。结构主要取决于这几个方面：轴在试验台的安装形式和位置；活动轴上需要安装的零件类型、数量、尺寸、和与轴的联接方法；载荷的大小性质及分布情况；活动轴的加工工艺性等。对于不同结构上的轴所受到的影响不同，另外轴的结构形式随具体情况而不同，因此没有标准结构形式的轴。但是设计时必须要注意轴的设计原则，轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置；轴上的零件应便于装拆和调整；轴应具有良好的制造工艺性等。此试
41、验台活动轴上的零件只有两个侧板，轴线方向的旋转用键来固定，轴向方向应没有作用力，侧板加紧的情况下通过摩擦完全能满足周向的定位，不需要轴套等固定件，用摩擦不仅节约了材料，而且装配方便，其结构如图2-14.图2-14 活动轴及零件1）键的选择 键作为一种标准件，在试验台上是用来实现轴和侧板之间的轴向固定以传递转矩，键一般有：平键、半圆键、楔键和切向键联接。平键的工作面为他的两侧，工作时，靠键同键槽侧面的挤压来传递转矩，此键不能承受轴向力，所以不能用作有轴向力存在的部件中。为了适应轮毂中键槽的斜度，半圆键可以在键槽中能绕几何中心摆动，他的工作面为侧面，但他在轴上的键槽较深，所以只能用在轻载荷、静载荷
42、的轴上面。楔键的工作面为上下表面，上表面与他配合的键槽底面均有1:100的斜度。切向键其实是由一对斜度1:100的楔键组成，一对楔键沿斜面拼合后相互平行的两个窄面为工作面。本试验台的联接要求不高、传递的转矩不大，根据键的选择原则，选用一般平键就符合要求。 2）轴的尺寸计算 选轴的材料为42CrMo，因为轴是受力的主要元件之一，其安全系数选择应偏高，现取5.0为安全系数，查机械设计手册可知屈服强度为s=930MPa，即许用屈服强度为s=186MPa。轴的受力分析如图2-15图2-15 轴的受力分析a、剪切剪切强度 （2.6）整理得代入数据计算得D181mmb、弯曲根据受力可做出如图2-16所示的
43、剪力图和弯矩图a 剪力b 弯矩图2-16 剪力与弯矩由图3-12可知危险截面在固定横梁两侧板最内侧。最大弯曲正应力为 （2.7）其中 =338.6kN/m截面为圆形，则代入可得代入数据计算得D289.9mm综上所述，D可取290mm。 2.3.4 主机构拉紧螺栓及铰接螺母设计在设计主机构时设想了很多方案，如像活动轴那样后面再加个上下固定的定位销；还有些看起来比较好用，容易装配，但被老师否定了，因为加工工艺性不好，不能加工。铰接螺母联接型（图2-17），这种结构用一根螺栓通过铰接螺母联接，将主机构的受力箱子和主机架相连，铰接螺母为直径160mm的30CrNi3合金钢制作而成，且有四根而只受挤压力
44、，根据前面圆锥销的强度校核，强度、刚度完全符合。螺杆用30CrNi3合金钢制作而成，直径为85，另一端带有M40的螺纹沉孔h=100mm（后面有用哦），根据前面圆锥销的计算，强度肯定符合。 图2-17 铰接螺母联接型a、螺纹连接的选用 连接螺纹可以分为普通螺纹联接、非螺纹密封的管螺纹连接、用螺纹密封的管螺纹连接、米制锥螺纹连接。普通螺纹连接的牙型是等边三角形，旋合后内螺纹留有径向空隙。为了减小应力集中，设计时可以将外螺纹的牙根圆角大一点。这种联接方式升角、螺距小，自锁性比较好，强度相对于其他几种螺纹连接较高，但因螺纹牙细导致不耐磨，容易滑扣【20】。非螺纹密封的管螺纹的牙型是等腰三角形，旋合后
45、无空隙，通常适用于旋塞、管接头、阀门以及其他附件。如果密封性较高的话可以在密封面加东西，如密封物。用螺纹密封的管螺纹的牙型是当药三角形，螺纹全都在圆锥管的管壁上，其锥度为1:16.其保证紧密性是依靠本身的变形完全可以保证的。一般用于旋塞、管接头、阀门以及其他附件。米制锥螺纹的牙型角=600，平顶螺纹牙，其分布同用螺纹密封的管螺纹，主要用于气体或液体管路系统。根据上面的分析比较，选择普通螺纹的连接最为适合此试验台的情况。b、螺纹联接的预紧 绝大多数螺纹连接在装配时必须拧紧，试验台的螺栓要承受很大额定力，因此一定要预紧，使大支架和箱体在测试油缸承受工作载荷之前，预先受到力的作用。预紧的好处在于增强大支架和箱体连接的可靠性和紧密性，可以防止当大支架安装油缸后开始试验时，由于承受力过大使铰接螺母、螺杆、大支架、箱体出现缝隙从而相对滑移，这样不仅会导致试验失败，更重要的是安全问题，在21世纪发展过快的中国，安全是一个最不能忽视的问题。经验证明：合适的预紧力对于螺纹连接的可靠性以及连接件的疲劳强度都是很有帮助的，在这儿的预紧力F0（060.7）A1,在这里F0645kN，因为预紧力过大会导致整个联接的结构尺寸增大，有可能直接拉断螺柱。所以