机械压力机设计中的缺陷与改进.doc

应用技术研究
机械压力机设计中的缺陷与改进

[文章摘要] 压力机的结构设计在一些环节上仍存在着很多欠缺与不足，使压力机的整机质量潜在着问题隐患。本文作者结合理论知识与实践经验，寻找出结构设计中的不足，并结合零部件的工作原理、结构特点、工艺要求进行了详细的阐述，同时也分别提出了相应的改进措施，并对为何如此改进的原因加以了分析说明。
[关 键 词] 压力机设计 不足 改进

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0 前言
在机械压力机产品的设计与开发中，广大机械设计工作者精益求精、严格谨慎，力求避免产品结构设计中的错误和不足，而且尽管目前国内机械压力机产品的结构设计已经相对比较成熟，但是由于设计人员的疏忽和误解，以及对产品使用过程中的工艺要求与特点理解不透、认识不足，往往还会出现一些考虑上的欠缺或错误，并最终导致压力机发生质量上的问题。
1 设计缺陷与改进措施
1.1 压力机曲轴支撑
设计缺陷：原设计中曲轴两端都被支撑固定，如图1-a所示。此种结构不合理。
改进措施：常规设计中，一般的轴与其轴承的支撑要考虑发热后轴能自由膨胀，因此，一个轴承是固定的，另一个轴承必须在轴向有伸缩的可能。同样对于曲轴，因为温度的关系也只能在一端曲轴轴承处限定位置，其他轴承的轴向都要留有间隙，使曲轴能够在压力机长期工作温升过高后自由伸缩，如图1-b所示。
图1-a 设计缺陷 图1-b 改进措施
1.2 曲轴结构应力集中
设计缺陷：原设计中曲轴结构应力集中十分严重，特别在曲柄与曲轴连接的两侧处对曲轴承受疲劳交变载荷极为不利。如图2-a所示，此种结构不合理。
改进措施：对于传递较大功率的曲轴来说，承受的载荷多属疲劳交变载荷。为了提高曲轴的疲劳强度，减轻不必要的自身重量和减小其旋转惯性力，一般曲轴设计不宜取如图2-a所示的实心结构形式。改进后，采用中空结构形式，如图2-b所示。这种结构不但可使原应力集中区的应力分布均匀，使圆角过渡部分的应力平坦化，而且有利于后序热处理工艺所引发的残余应力的消除。

图2-a 设计缺陷 图2-b 改进措施
1.3 滑动轴承轴瓦的周向固定
设计缺陷：滑动轴承的轴瓦轴向、周向都应固定，固定元件安装在轴承座上，如图3-a所示。此结构不合理。
改进措施：为了使轴不移动就能较方便地从轴的下面取出轴瓦，则防止转动的固定元件，应如图3-b所示安装在轴承盖上。
图3-a 设计缺陷 图3-b 改进措施
1.4 平衡器活塞杆结构
设计缺陷：在原气缸设计中，采用较紧凑、效果好的O形圈密封；在活塞杆密封处，采用O形圈、橡胶密封圈，结构如图4-a。但使用不久、活塞杆密封漏风严重。故障原因是活塞杆结构不良，活塞杆与连接螺纹采用相同的公称尺寸，而各类橡胶密封圈内径均有较大的负偏差，以保证其密封性能，其数值远较此处活塞杆的负偏差为大，故在安装过程中，造成密封圈内表面擦伤，使用中必然产生泄漏。
改进措施：连接螺纹尺寸要小于活塞杆尺寸，安装时要小心，避免擦伤密封圈内表面。另外，在橡胶密封圈通过的地方，所有尖角要倒圆，如图4-b所示，这对气缸其他部位的密封也同样适用。

图4-a 设计缺陷

图4-b 改进措施
1.5 大齿轮齿圈与轮毂的过盈配合
设计缺陷：原设计中在过盈配合连接的齿圈、轮毂等零件的结合面处加设了定位销，如图5-a所示。
改进措施：在过盈配合连接的齿圈、轮毂等零件的结合面处禁止加设定位销。因为过盈配合连接是靠结合面的挤压应力达到结合目的，开设定位销后，破坏了结合面的应力状态，从而使连接失败。
图5-a 设计缺陷 图5-b 改进措施 图5 齿轮齿圈与轮毂配

图6-a 设计缺陷 图6-b 改进措施
图6 人字齿轮齿向选择
1.6 人字齿轮齿向选择
设计缺陷：原设计如图6-a所示, 无中间退刀槽的人字齿轮，啮合时会将润滑油挤在人字齿的转角处。
改进措施：为了避免在啮合时将润滑油挤在人字齿的转角处，因此，在选择人字齿轮齿的方向时，要使齿在啮合时，人字齿转角处的齿部首先开始接触，这样就使得润滑油从中间部分向两端流出，保证齿轮的润滑。
1.7 风包支腿垫板结构
设计缺陷：压力容器的壳体承受很大的拉伸应力。在设计安装支脚时应尽可能地安装垫板，并注意垫板的形状和安装方式，以避免作用于其上的附加载荷。如图7-a所示，容器支脚虽然通过垫板焊接在壳体上，但壳体却沿矩形垫板棱角处发生了龟裂。这是因为垫板没有圆角，焊接时四角产生的应力集中过大。另外，容器在使用中,配管的伸缩产生的外力以及风力引起的外力都施加在支脚部，从而使支脚部发生了疲劳，导致龟裂现象的发生。
改进措施：如图7-b所示，将垫板的棱角变为圆角，以减少焊接时的应力集中。

图7-a 设计缺陷 图7-b 改进措施
1.8 风包支腿底板结构
设计缺陷：原设计中，如图8-a所示。此种结构不合理。
改进措施：卧式容器一般有两个支腿，其中一个支腿的底脚螺孔要作成长圆形，如图8-b，使容器能够伸缩。如容器上有各种管子连接时，还要考虑伸缩的相互影响，因此管子应配有伸缩器等。

8-a 设计缺陷 图8-b 改进措施
1.9 压力机底座焊接结构
设计缺陷：大型闭式机械压力机的底座的焊接，如图9-a所示，作为主要承力构件的前后纵向板被横向钢板隔断,焊缝布置在横板厚度方向，连接处的焊缝受力大，易产生层状撕裂，故应避免采用。
改进措施：改成图9-b结构，结构简单，焊缝受力小。
图9-a 设计缺陷 图9-b 改进措施
2 结束语
专业技术人员在设计成熟产品时，也会因为设计考虑不周的问题而出现一些欠缺或错误。因此要求我们应根据不同的工况进行合理的选择，设计出最优的结构和系统，来满足工艺技术的要求并促进其发展。
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Deficiency and Betterment in Press Design
Abstract : The structure design of the press has a lot of deficiencies and shortages in some aspects, which make the whole quantity of the press have some latent problems . Combining the theories knowledge and practices, the author find the shortages within press structure design and put forward the elaborate detail by combining the work principle with structure characteristics and technics requirement. Meanwhile, the author give the homologous improvement measures respectively and explicate the reason why to take those measures.
Keywords : Press design Deficiency Betterment