液壓缸設(shè)計(jì)-畢業(yè)設(shè)計(jì)

目錄 課程設(shè)計(jì)的目的 1 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容及所給參數(shù) 1 液壓缸主要尺寸的確定 2 液壓缸的密封設(shè)計(jì) 6 支承導(dǎo)向的設(shè)計(jì) 7 防塵圈的設(shè)計(jì) 8 液壓缸材料的選用 9 課程設(shè)計(jì)小結(jié) 13 參考文獻(xiàn) 14 1 說明書 一、 課程設(shè)計(jì)的目的 現(xiàn)代機(jī)械一般多為機(jī)械、電氣、液壓三者緊密相連結(jié)合的一個(gè)綜合體。液壓傳動(dòng)與機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)并列為三大傳統(tǒng)形式。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在現(xiàn)代機(jī)械的設(shè)計(jì)工作中占有重要的地位。因此，液壓傳動(dòng)課程是工科機(jī)械類各專業(yè)都開設(shè)的一門重要課程。它既是一門理論課，也與生產(chǎn)實(shí)際有著密切的聯(lián)系。為了學(xué)好這樣一門重要課程，除了在教學(xué)中系統(tǒng)講授以外，還應(yīng)該設(shè)置課程設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，掌握液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技能與方法。 課程設(shè)計(jì)的目的主要有 以下幾點(diǎn)： 1、 綜合運(yùn)用液壓傳動(dòng)課程及其他有關(guān)先修課程的理論知識(shí)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)知識(shí)，進(jìn)行液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)實(shí)踐，使理論知識(shí)和生產(chǎn)實(shí)踐緊密結(jié)合起來，從而使這些知識(shí)得到進(jìn)一步地鞏固，加深、提高和擴(kuò)展。 2、 在設(shè)計(jì)實(shí)踐中學(xué)習(xí)和掌握通用液壓元件，尤其是各類標(biāo)準(zhǔn)元件的選用原則和回路的組合方式，培養(yǎng)設(shè)計(jì)技能，提高學(xué)生分析和嫁接生產(chǎn)實(shí)際問題的能力，為今后的設(shè)計(jì)工作打下良好的基礎(chǔ)。 3、 通過設(shè)計(jì)，學(xué)生應(yīng)在計(jì)算、繪圖、運(yùn)用和熟悉設(shè)計(jì)資料（包括設(shè)計(jì)手冊(cè)，產(chǎn)品樣本，標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等）以及進(jìn)行估算方面得到實(shí)際訓(xùn)練。 二、 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容及所 給參數(shù) 1、 設(shè)計(jì)內(nèi)容 （ 1） 液壓缸內(nèi)徑 D，活塞桿直徑 d 的確定及繪制液壓缸總圖； （ 2） 液壓泵及匹配的電動(dòng)機(jī)選擇； （ 3） 液壓元件的選擇； （ 4） 按規(guī)定機(jī)械動(dòng)作要求，設(shè)計(jì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖，設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)； 2 （ 5） 液壓傳動(dòng)裝置的安裝及電氣控制系統(tǒng)的連接； （ 6） 調(diào)試。 2、 設(shè)計(jì)參數(shù) 液壓缸系統(tǒng)供油 P=6.3Mpa； 液壓缸最大推力 Fmax=5KN； 缸的最大行程 L=100mm； 三、 液壓缸主要尺寸的確定 1、 液壓缸工作壓力的確定 液壓缸的工作壓力主要根據(jù)液壓設(shè)備的類型來確定，對(duì)于不通用途 的液壓設(shè)備，由于工作條件不同，通常采用的壓力范圍也不同。 根據(jù)負(fù)載 F=5KN,查附表 7 可知液壓缸的工作壓力為 1.52Mpa,由附表 1 確定液壓缸的工作壓力P=2.5Mpa。 2、液壓缸 缸筒 內(nèi)徑 D 的計(jì)算 根據(jù)已知條件，工作最大負(fù)載 F=1500N，工作壓力 P=1.6MPa 可得 液壓缸內(nèi)徑 D 和活塞桿直徑 d 的確定： 已知 : F=1500N, P =1.6MPa， PFD 4=6106.115004 =39.5mm mmmmDd 2 9 . 6 2 59 . 5375.075.0 查表得： D=40mm ， d=32mm 則 222 1 2 5 64 4014.34 mmDA 故 必須進(jìn)行最小穩(wěn)定速度的驗(yàn)算，要保證液壓缸工作面積 A 必須大于保證最小穩(wěn)定速度的最小有效面積 Amin 3 又： 2336m i n/m i nm i nm i nm i n 2500m i n/108.0 m i n/1028.0 2 mmmmmmLVqAm 式中： qmin 流量閥的最小穩(wěn)定流量，由設(shè)計(jì)要求給出。 Vmin 液壓缸的最小速度，由設(shè)計(jì)要求給出。 故查表取 D=63mm 當(dāng) D=63mm 的時(shí) 222 7.3 1 1 54 6314.34 mmDA ，保證了 A minA 3、液壓缸活塞桿直徑 d 的確定 由已知條件可查表 23.6 33（ GB/T2348-1993），取 d=45mm。 查表知， 45 鋼的屈服強(qiáng)度 MPas 355 按強(qiáng)度條件校核： 3331 1031023551 2 0 04104 Fd 所以符合要求。 4、液壓缸壁厚的計(jì)算 液壓缸的壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件來計(jì)算。液壓缸的壁厚一般指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度。從材料力學(xué)可知，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應(yīng)力分布材料規(guī)律因壁厚的不同而各異。一般計(jì)算時(shí)可分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。 本設(shè)計(jì)按照薄壁圓筒設(shè)計(jì)，其壁厚按薄壁圓筒公式計(jì)算為： 2DPy (該設(shè)計(jì)采用無縫鋼管 ) pypy pppp 5.1)5.125.1( ，取 M Papy 4.26.15.1 =100 110MPa （無縫鋼管），取 =100MPa mm66.00102 631.2 4 由計(jì)算的公式所得的液壓缸的壁厚厚度很小，使缸體的剛度不夠，如在切削加工過程中的變形，安裝變形等引起液壓缸工作過程中卡死或漏油。所以用經(jīng)驗(yàn)法選 取壁厚： =8mm 5、缸體外徑尺寸的計(jì)算 缸體 外徑 mmDD 26.6463.026321 查機(jī) 械手冊(cè)表：外徑 1D 取 76mm 6、液壓缸工作行程的確定 由于在液壓缸工作時(shí)要完成如下動(dòng)作 快 進(jìn) 150 工 進(jìn) 50 工 進(jìn) 50 快 退 即可根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際工作的最大長度確定。由上述動(dòng)作可知工作行程為250mm。 7、缸蓋厚度的確定 一般液壓缸多為平底缸蓋 ，其有效厚度 按強(qiáng)度要求可用下式進(jìn)行近似計(jì)算： mmPDt 78.528.563433.0433.0 100 5.475.3 式中： D 缸蓋止口內(nèi)徑 (mm) T 缸蓋有效厚度 (mm) T 4.74mm 8、最小導(dǎo)向長度的確定 當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支承面中點(diǎn)到缸蓋滑動(dòng)支承面中點(diǎn)距離為 H，稱為最小導(dǎo)向長度。如果導(dǎo)向長度過小，將使液壓缸的初始撓度增大，影響液 5 壓缸的穩(wěn)定性，因此在設(shè)計(jì)時(shí)必須保證有一定的最小導(dǎo)向長度。 對(duì)一般的液壓缸，最小導(dǎo)向長度 H 應(yīng)滿足： mmmmDLH 4426320250220 式中： L 液壓缸的最大行程 (mm) D 液壓缸內(nèi)徑 (mm) 取 H=65mm 9、活塞寬度 B 的確定 活塞的寬度 B 一般取 B=（ 0.6-1.0） D 即 B=（ 0.6-1.0） 63=（ 37.8-63） mm 取 B=60mm 10、缸體長度的確定 液壓缸缸體內(nèi)部的長度應(yīng)等于活塞的行程與活塞寬度的和。缸體外部尺寸還要考慮到兩端端蓋的厚度，一般液壓缸缸體的長度不應(yīng)大于缸體內(nèi)徑 D 的20-30 倍。 即：缸體內(nèi)部長度 250+55=305mm 缸體長度（ 20-30） D=（ 1260-1890） mm 即取缸體長度為 510mm 11、液壓缸進(jìn)、出油口尺寸的確定 液壓缸的進(jìn)、出油口可布置在端蓋或缸筒上，進(jìn)、出油口處的流速不大于5m/s，油口的連接形式為螺紋連接或法蘭連接。 根據(jù)液壓缸螺紋連接的油口尺寸系列（摘自 GB/T2878-93）及 16MPa 小型系列單桿 自（ GB/T2878-93 ）及 16MPa 小型系列的單桿液壓缸油口安裝尺寸 6 （ ISO8138-1986）確定。 進(jìn)出油口的尺寸為 M16x1.5。連接方式為螺紋連接。 四：液壓缸的密封設(shè)計(jì) 液壓缸要求低摩擦，無外漏，無爬行，無滯澀，高響應(yīng)，長壽命，要滿足伺服系統(tǒng)靜態(tài)精度，動(dòng)態(tài)品質(zhì)的要求，所以它的密封與支承導(dǎo)向的設(shè)計(jì)極為重要，不能簡單的延用普通液壓缸的密封和支承導(dǎo)向。因此設(shè)計(jì)密封時(shí)應(yīng)考慮的因素： 用于微速運(yùn)動(dòng)（ 3-5mm/s）的場合時(shí)，不得有爬行，粘著滯澀現(xiàn)象。 工作在高頻振動(dòng)的場合的，密封摩擦力應(yīng)該很小且為恒值。要低摩擦，長壽命。 工作在食品加工、制藥及易燃環(huán)境的伺服液壓缸，對(duì)密封要求尤為突出，不得有任何的外滲漏，否則會(huì)直接威脅人體健康和 安全。 工作在諸如冶金、電力等工業(yè)部門的，更換密封要停產(chǎn)，會(huì)造成重大經(jīng)濟(jì)損失，所以要求密封長壽命，伺服液壓缸要耐磨。 對(duì)于高速輸出的伺服液壓缸，要確保局部過熱不會(huì)引起密封失效，密封件要耐高溫，要有良好的耐磨性。 工作在高溫、熱輻射場合的伺服液壓缸，其密封件的材料要有長期耐高溫的特性。 工作介質(zhì)為磷酸酯或抗燃油的，不能用礦物油的密封風(fēng)材料，要考慮他們的相容性。 伺服液壓缸的密封設(shè)計(jì)不能單獨(dú)進(jìn)行，要和支承導(dǎo)向設(shè)計(jì)統(tǒng)一進(jìn)行統(tǒng)籌安排。 （ 1）靜密封的設(shè)計(jì) 7 靜密封的設(shè)計(jì)要確保固定密封處在正常工作壓力的 1.5 倍工作壓力下均無外泄露。 靜密封通常選用 O 形橡膠密封圈。 根據(jù) GB3452.1-92 標(biāo)準(zhǔn)，查通用 O 形密封圈系列（代號(hào) G）的內(nèi)徑、截面及公差。 由液壓缸裝配草圖確定： 選用 63 3.55 G GB3452.1 一個(gè) 36 2.65 G GB3452.1 一個(gè) （ 2）動(dòng)密封的設(shè)計(jì) 動(dòng)密封的設(shè)計(jì)直接關(guān)系著伺服液壓缸性能的優(yōu)劣，其設(shè)計(jì)必須結(jié)合支承導(dǎo)向的設(shè)計(jì)統(tǒng)籌進(jìn)行。 活塞與缸筒之間用 Y 型密封圈。 根據(jù)液壓傳動(dòng)與控制手冊(cè)表 13-23， 查得用 226 編號(hào)的 O 型密封圈 ,其尺寸為 50.39 3.53. 活塞桿與端蓋之間用 Y 型密封圈 ,它使雙作用元件具有良好的性能 ,抗擠壓性好 ,尺寸穩(wěn)定 ,摩擦力小 ,耐磨、耐腐蝕性強(qiáng) . 五、支承導(dǎo)向的設(shè)計(jì) 伺服液壓缸的支承導(dǎo)向裝置就是為了防止活塞與缸筒、活塞活塞桿與端蓋之間的直接接觸 ,相互摩擦 ,產(chǎn)生磨損 ,從而達(dá)到降低摩擦 ,減少磨損 ,延長壽命 ,起到導(dǎo)向和支承側(cè)向力的作用 . 導(dǎo)向環(huán)的特點(diǎn) : 1) 避免了金屬之間的接觸 ； 2) 具有高的徑向交荷承觸力 ； 8 3) 能補(bǔ)償邊界力 ； 4) 具有強(qiáng)耐磨性和高壽命 ； 5) 摩擦力小 ； 6) 能抑制機(jī)械振動(dòng) ； 7) 有良好的防 塵效果 ,不允許外界異物嵌入 ； 8) 保護(hù)密封件不受過分?jǐn)D壓 ； 9) 導(dǎo)向時(shí)即使無潤滑也沒有液動(dòng)力方面的問題 ； 10) 結(jié)構(gòu)簡單 ,安裝方便 ； 11) 維修費(fèi)用小 . 導(dǎo)向環(huán)的作用 :導(dǎo)向環(huán)安裝在活塞外圈的溝槽內(nèi)或活塞桿導(dǎo)向套內(nèi)圓的溝槽內(nèi) ,以保證活塞與缸筒或活塞桿與其導(dǎo)向套的同軸度 ,并用以承受活塞或活塞桿的側(cè)向力 ,用來對(duì)活塞桿導(dǎo)向 . 根據(jù) 表 24.7-13 查得選用 GST5908-0630 的導(dǎo)向環(huán) . 導(dǎo)向套的選用為其導(dǎo)向長度 A=(0.6-1.0)D=(37.8-63)mm, 取 A=40mm 六 ：防塵圈的設(shè)計(jì) 為防止落入活塞桿的塵埃，隨著活塞桿的伸縮運(yùn)動(dòng)被帶進(jìn)端蓋和缸筒內(nèi)，從而使密封件和支承導(dǎo)向環(huán)受到損失和過早的磨損，所以，伺服液壓缸還設(shè)計(jì)安裝防塵圈。 防塵圈的選擇原則： 不給伺服液壓缸增加摩擦； 不產(chǎn)生爬行； 不粘著滯澀； 9 不磨損活塞桿。 防塵圈的選擇不當(dāng)，會(huì)引起摩擦力的增加，將保護(hù)活塞桿表面起潤滑作用的粘附性油膜層刮下來，造成粘附性滲漏，這種滲漏在原理上是允許的。 防塵圈的作用：以防止活塞桿內(nèi)縮時(shí)把雜質(zhì)、灰塵及水分帶到密封裝置區(qū)，損傷密封裝置。 綜上所述，經(jīng)查表 13-28（液壓傳動(dòng)與控制手冊(cè)），選用丁型無骨架防塵圈，尺寸為 45mm 七：液壓缸材料的選用 1、 缸筒 缸筒材料：常用 20、 35 和 45 號(hào)鋼的無縫鋼管。由于缸筒要與法蘭焊接在一起，故選用 45 號(hào)鋼的無縫鋼管。 缸筒和缸蓋的連接方式：法蘭連接；特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較簡單、易加工、易裝卸，使用廣泛，外形尺寸大，重量大。缸蓋的材料為 HT200，液壓缸內(nèi)圓柱表面粗糙度為 Ra0.2-0.4um。 （ 1） 內(nèi)徑用 H8 的配合； （ 2） 內(nèi)徑圓度、圓柱度不大于直徑公差之半； （ 3） 內(nèi)表面母線直線度在 45.0mm 長度上，不大于 0.03mm； （ 4） 缸 體端面對(duì)軸線的垂直度在直徑上每 100mm 上不大于 0.04mm； （ 5） 缸體和端蓋采用螺紋連接，用內(nèi)六角螺栓。 2、 活塞 活塞的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)根據(jù)密封裝置的形式來選擇，密封形式根據(jù)工件條件而定。 3、 活塞桿 10 （ 1） 活塞桿的外端結(jié)構(gòu) 活塞桿外端與負(fù)重連接，其結(jié)構(gòu)形式根據(jù)工作要求而定。 （ 2） 活塞桿的內(nèi)端結(jié)構(gòu) 活塞桿的內(nèi)端與活塞連接。所有形式均需有鎖緊措施，以防止工作時(shí)由于往復(fù)運(yùn)動(dòng)而松開。活塞桿與活塞之間還需安裝密封，采用緩沖套的螺紋連接。 4、 活塞桿導(dǎo)向套 活塞桿導(dǎo)向套裝在液壓缸的有桿腔一側(cè)的端蓋內(nèi)，用來對(duì)活塞桿導(dǎo) 向，其內(nèi)側(cè)裝有密封裝置，保證缸筒有桿腔的密封性。外側(cè)裝有防塵圈，防止活塞桿內(nèi)縮時(shí)把雜質(zhì)、灰塵和水分帶進(jìn)密封裝置區(qū)，損傷密封裝置。 5、 緩沖裝置 當(dāng)工作機(jī)構(gòu)質(zhì)量較大，運(yùn)動(dòng)速度較高時(shí)，液壓缸有較大的動(dòng)量。為了減少液壓缸在行程終端由于大的動(dòng)量造成的液壓沖擊和噪音，必須采用緩沖裝置。當(dāng)停止位置不要求十分準(zhǔn)確時(shí)，可在回路中設(shè)置減速閥和制動(dòng)閥，也可以在缸的末端設(shè)置緩沖裝置。 八：液壓泵的選擇 差動(dòng)進(jìn)給： M P aAA PAFP J .210016.0 0014.0103.00051 6212 M P aPPP jb 5.13.02.1 smmAAq 3321 0 0 0 1 3.0m i n0 0 8.00 0 1 6.05 KWqpP j 13.000013.0101 6 工進(jìn) 1： PaA APFP bj 5612 1021003.0 0014.0105.10051 11 ab MPPP 5.02 smmAq 33111 0 0 0 0 4.0m i n0024.08.0003.0 KWWqPP j 804.04800004.01021 5 工進(jìn) 2： smLmAq 33212 0 0 0 0 6.0m i n6.3m i n0 0 3 6.02.10 0 3.0 KWqPP j 720.000006.01021 5 快退： abj MPAAPFP 2.10014.0105.0003.00051 521 MPaPb 5 smmAq 332 0 0 0 1 1 7.0m i n0 0 7.00 0 1 4.05 KWqPP j 4041.00 0 0 1 1 7.0101 . 2 6 液壓泵的參數(shù)計(jì)算： 取進(jìn)油路總壓力損失為aMPP 8.0 ap PMPPPP 551 102 . 818.01021 因此泵的額定壓力可取ar PP 55 1016102 .8125.1 快進(jìn)時(shí)泵的流量為： m in8.881.1 Lqkq vp 工進(jìn) 1 時(shí)泵的流量為： m in64.24.21.11 Lqkq vp 工進(jìn) 2 時(shí)泵的流量為： m in96.36.31.12 Lqkq vp 根據(jù)上面計(jì)算的壓力和流量，查產(chǎn)品樣本，選用 MAYBN 型的限壓式變量葉片 12 泵，排量為 rmL15 ，該泵的壓力調(diào)節(jié)范圍為 MPa5.34.1 ，額定轉(zhuǎn)速 min1500 r 。 九：電機(jī)的選擇 m i n2.16m i n9.012001015 3 LLvnq v 根據(jù)以上計(jì)算，知道快進(jìn)時(shí)功率最大，故按快進(jìn)時(shí)估算電機(jī)功率。 差動(dòng)快進(jìn)