小型單缸立式液壓機(jī)課程設(shè)計(jì)

1、液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì) 題目名稱小型單缸立式液壓機(jī)專業(yè)班級(jí)16級(jí)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名如花學(xué) 號(hào)1234567890指導(dǎo)教師李培機(jī)械與車輛工程學(xué)院二一七年 五 月 二十四 日目錄工作原理1引 言2第1章根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行工況分析31.1 液壓系統(tǒng)的工作要求31.2 負(fù)載分析和運(yùn)動(dòng)分析31.2.1 確定執(zhí)行元件的形式31.2.2 負(fù)載分析31.2.3 運(yùn)動(dòng)分析41.2.4 液壓機(jī)液壓缸負(fù)載循環(huán)圖和速度循環(huán)圖51.3 確定系統(tǒng)主要參數(shù)51.4 制定基本方案，擬定液壓系統(tǒng)圖71.4.1 調(diào)速回路的選擇71.4.2 三位四通電磁換向閥的選擇81.4.3 保壓回路的選擇81.4.4 快速回路的選擇91

2、.4.5 平衡回路的選擇10第2章 液壓元件參數(shù)計(jì)算與選擇122.1 確定液壓缸的主要參數(shù)122.1.1 初選液壓缸的工作壓力122.1.2 確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)122.1.3 確定液壓缸的工作壓力、流量和功率122.2 液壓泵及其驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇132.3 液壓控制閥的選擇142.4 選擇壓力表142.5 選擇輔助元件142.6 過(guò)濾器的選擇162.7 液壓系統(tǒng)驗(yàn)算16第3章 液壓油缸的設(shè)計(jì)173.1 引言173.2 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算173.2.1 缸筒和缸蓋組件173.2.2 排氣裝置193.3 活塞及活塞桿組件193.3.1 確定活塞及活塞桿的連接形式193.3.2 選擇活塞及活塞桿

3、的材料193.3.3 活塞與缸筒的密封結(jié)構(gòu)193.3.4 活塞桿的結(jié)構(gòu)193.3.5 活塞桿的強(qiáng)度校核203.3.6 活塞桿的導(dǎo)向、密封和防塵203.3.7 活塞203.3.8 緩沖裝置213.4 缸體長(zhǎng)度的確定21第4章 液壓油箱設(shè)計(jì)224.1 引言224.2 油箱的類型224.3 油箱的容量224.4 油箱設(shè)計(jì)234.4.1 箱頂、通氣器、注油口234.4.2 箱壁、清洗孔、吊耳（環(huán)）、液位計(jì)234.4.3 箱底、放油塞、支腳234.4.4 隔板和除氣網(wǎng)244.4.5 管路的配置24謝 辭25參考文獻(xiàn)26工作原理根據(jù)滑塊重量為20KN ，為了防止滑塊受重力下滑，可用液壓方式平衡滑塊重量。設(shè)

4、計(jì)液壓缸的啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)間為=0.02s 。液壓機(jī)滑塊上下為直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，且行程較小,故可選單桿液壓缸作執(zhí)行器,且液壓缸的機(jī)械效率1。因?yàn)橐簤簷C(jī)的工作循環(huán)為快速下降、慢速加壓、保壓、快速回程四個(gè)階段。各個(gè)階段的轉(zhuǎn)換由一個(gè)三位四通的換向閥和一個(gè)二位二通的換向閥控制。當(dāng)三位四通換向閥工作在左位時(shí)實(shí)現(xiàn)快速回程。中位時(shí)實(shí)現(xiàn)液壓泵的卸荷，亦即液壓機(jī)保壓。工作在右位時(shí)實(shí)現(xiàn)液壓泵的快進(jìn)和工進(jìn)。其工進(jìn)速度由一個(gè)調(diào)速閥來(lái)控制。快進(jìn)和工進(jìn)之間的轉(zhuǎn)換由二位二通換向閥控制。液壓機(jī)快速下降時(shí)，要求其速度較快，減少空行程時(shí)間，液壓泵采用全壓式供油，且采用差動(dòng)連接。由于液壓機(jī)壓力比較大，所以此時(shí)進(jìn)油腔的壓力比較大，所以在由保

5、壓到快速回程階段須要一個(gè)節(jié)流閥，以防在高壓沖擊液壓元件，并可使油路卸荷平穩(wěn)。為了對(duì)油路壓力進(jìn)行監(jiān)控，在液壓泵出口安裝一個(gè)溢流閥，同時(shí)也對(duì)系統(tǒng)起過(guò)載保護(hù)作用。因?yàn)榛瑝K受自身重力作用，滑塊要產(chǎn)生下滑運(yùn)動(dòng)。所以油路要設(shè)計(jì)一個(gè)單向閥，以構(gòu)成一個(gè)平衡回路，產(chǎn)生一定大小的背壓力，同時(shí)也使工進(jìn)過(guò)程平穩(wěn)。在液壓力泵的出油口設(shè)計(jì)一個(gè)單向閥，可防止油壓對(duì)液壓泵的沖擊，對(duì)泵起到保護(hù)作用。引 言液壓機(jī)作為一種通用的無(wú)削成型加工設(shè)備，其工作原理是利用液體的壓力傳遞能量以完成各種壓力加工的。其工作特點(diǎn)之一是動(dòng)力傳動(dòng)為“ 柔性”傳動(dòng), 不象機(jī)械加工設(shè)備一樣動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)復(fù)雜, 這種驅(qū)動(dòng)原理避免了機(jī)器過(guò)載的情況。一切工程領(lǐng)域，

6、凡是有機(jī)械設(shè)備的場(chǎng)合，均可采用液壓技術(shù)，它的發(fā)展如此之快，應(yīng)用如此之廣，其原因是液壓技術(shù)有著優(yōu)異的特點(diǎn)，歸納起來(lái)液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)傳動(dòng)方式具有顯著的優(yōu)點(diǎn)：液壓機(jī)單位重量的輸出的功率和單位尺寸的輸出功率；液壓傳動(dòng)裝置體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、布置靈活，易實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍寬，便于與電氣控制相配合實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；易實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)和保壓，安全可靠；元件易于實(shí)現(xiàn)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化；液壓易與微機(jī)控制等新技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)成“機(jī)-電-液-光”一體化便于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。第1章 根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行工況分析1.1 液壓系統(tǒng)的工作要求某小型單杠立式液壓機(jī)的工作循環(huán)為快速空程下行慢速加壓保壓快速回程停止。滑塊的快速往返速度為3m/m

7、in，加壓速度為40-250mm/min，壓制力為200000N，運(yùn)動(dòng)部件總重為20000N，要求采用液壓方式實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)部件的平衡；不考慮各種損失。下圖為動(dòng)作循環(huán)圖。圖1-1 工作循環(huán)圖1.2 負(fù)載分析和運(yùn)動(dòng)分析1.2.1 確定執(zhí)行元件的形式液壓機(jī)為立式布置，滑塊做上下直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，往返速度相同，故可以選缸筒固定的單桿雙作用活塞液壓缸（取缸的機(jī)械效率m=0.9），作為執(zhí)行元件驅(qū)動(dòng)滑塊進(jìn)行壓制作業(yè)。1.2.2 負(fù)載分析1、快速下降：?jiǎn)?dòng)加速 Fi1= Gg1t=20000103600.2=500N由于忽略滑塊導(dǎo)軌摩擦力，故快速下滑時(shí)為負(fù)載為0。2、慢速加壓：壓制時(shí)壓頭上的工作負(fù)載可分為兩個(gè)階段：初

8、壓階段，負(fù)載力緩慢地增加，約達(dá)到最大壓制力的5%，其行程為15mm；終壓階段，負(fù)載力急劇增加大最大壓制力，上升規(guī)律近似于線性，其行程為5mm，則初壓：F1=Fmax5%=2000005%=10000N終壓：F2=Fmax=200000N3、快速返回：?jiǎn)?dòng) Fi2= Gg2t=20000103600.2=500N F= Fi2+G=500+20000=20500N 等速 F=G=20000N 制動(dòng) F=G-Fi2=20000-500=19500N表1-1 工況負(fù)載表1.2.3 運(yùn)動(dòng)分析取快速下降行程為180mm，快速上升行程為200mm。已知加壓速度為40-250mm/min，取加壓速度為4mm

9、/s。1、快速下行：t1=L1v1=180300060=3.6s2、慢速加壓：慢速加壓分兩個(gè)階段：初壓階段行程為15mm；終壓階段行程為5mm。初壓：t2=L2v2=154=3.75s終壓：t3=L2v2=54=1.25s3、快速回程：t4=L3v3=200300060=4s表1-2 運(yùn)動(dòng)時(shí)間表1.2.4 液壓機(jī)液壓缸負(fù)載循環(huán)圖和速度循環(huán)圖圖1-2 負(fù)載循環(huán)圖 圖1-3 時(shí)間循環(huán)圖1.3 確定系統(tǒng)主要參數(shù)預(yù)選液壓缸的工作壓力P1=8MPa，將液壓缸的無(wú)桿腔作為主工作腔，考慮到液壓缸下行時(shí)用液壓方式平衡，則可算出液壓缸無(wú)桿腔的有效面積：A1=Fmaxmp1=2000000.98106=0.027

10、8m2液壓缸內(nèi)徑（活塞直徑）：D=4A1=40.02783.14=0.188m=188mm將液壓缸內(nèi)徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，取D=200mm根據(jù)快速上升與快速下降的速度相等，采用液壓缸差動(dòng)連接來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而確定活塞桿直徑，由d=0.7D，得d=0.7D=0.7200=140mm將活塞桿外徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，取d=140mm，從而算得液壓缸有桿腔與無(wú)桿腔的實(shí)際有效面積為：A1=4D2=42002=31415.927mm2A2=4D2-d2=42002-1402=16022.123mm2液壓缸在工作循環(huán)中各階段的壓力流量計(jì)算：快速下行：?jiǎn)?dòng)P=Fi1A1m=50070685.8350.9=7859.5033Pa

11、 q=A1v1=70685.835300060=3534291.75mm3s 恒速P=0慢速加壓：初壓 P=F1A1m=1000070685.8350.9=1.572105Pa q=A1v2=70685.8354=282743.34mm3s 終壓 P=F2A1m=20000070685.8350.9=3.144106Pa q由282743.34mm3s到0快速回程：?jiǎn)?dòng)P=FA2m=2050055292.0310.9=4.12105Pa 恒速P=FA2m=2000055292.0310.9=4.01105Pa q=A2v2=70685.835300060=2764601.55mm3s 制動(dòng)P=

12、FA2m=1950055292.0310.9=3.92105Pa表1-3 負(fù)載流量表工作循環(huán)中各階段的功率計(jì)算如表：表1-4 功率表1.4 制定基本方案，擬定液壓系統(tǒng)圖1.4.1 調(diào)速回路的選擇1、進(jìn)油節(jié)流調(diào)速：進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路在停車后啟動(dòng)的時(shí)候，由于進(jìn)油路上的節(jié)流閥控制流量，活塞前沖很小，甚至沒(méi)有沖擊；在實(shí)現(xiàn)壓力控制方面，進(jìn)油回油調(diào)速的進(jìn)油腔的壓力隨負(fù)載而變化，當(dāng)工作部件碰到死擋塊而停止后，其壓力將升到溢流閥的調(diào)定壓力，利用這一壓力變化來(lái)實(shí)現(xiàn)壓力控制是很方便的。但是進(jìn)油回油調(diào)速回路中，經(jīng)過(guò)節(jié)流閥發(fā)熱后的液壓由直接進(jìn)入液壓缸的進(jìn)油腔，故發(fā)熱和泄漏比較大；由于進(jìn)油回油調(diào)速回路中的回油路油液沒(méi)有節(jié)

13、流閥阻尼作用，所以它的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性差。2、回油節(jié)流調(diào)速回路：由于回油回油調(diào)速回路中的回油路油液有節(jié)流閥阻尼作用，同時(shí)空氣也不易進(jìn)入，所以可以獲得較好的的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性；回油回油調(diào)速回路中，經(jīng)過(guò)節(jié)流閥發(fā)熱后的液壓由直接回油箱冷卻，故發(fā)熱和泄漏比較小。但是由于回油節(jié)流調(diào)速回路的進(jìn)油路上沒(méi)有節(jié)流閥控制流量，在停車后啟動(dòng)的時(shí)候，即使回油路上節(jié)流閥關(guān)的很小，也會(huì)使活塞前沖；在回油節(jié)流調(diào)速回路中，只有回油腔的壓力才會(huì)隨負(fù)載變化，當(dāng)工件碰到死擋塊時(shí)，其壓力降至為零，利用這一變化來(lái)實(shí)現(xiàn)壓力控制比較麻煩。綜上，本設(shè)計(jì)采用進(jìn)油節(jié)流調(diào)速，并在回油路上加背壓閥的回路，這樣可以綜合進(jìn)油回油調(diào)速回路和會(huì)有調(diào)速回路的優(yōu)點(diǎn)，提高回

14、路的綜合性能。1.4.2 三位四通電磁換向閥的選擇液壓缸的運(yùn)動(dòng)方向采用三位四通M型中位機(jī)能電液換向閥控制，停機(jī)時(shí)換向閥處于中位，使液壓泵卸荷，快速下降時(shí)換向閥處于右位，快速上升時(shí)換向閥處于左位。1.4.3 保壓回路的選擇在三位四通電磁換向閥與液壓缸之間設(shè)置一個(gè)液控單向閥，其控油口與液壓缸的出油口管路相接，進(jìn)油口與三位四通電磁換向閥相接，出油口與液壓缸進(jìn)油路相接，形成保壓回路。利用蓄能器的保壓回路：當(dāng)液壓缸工作壓力不足時(shí)，通過(guò)釋放蓄能器力的油液補(bǔ)充給液壓缸來(lái)實(shí)現(xiàn)保壓。第一種保壓回路可以自動(dòng)的補(bǔ)充液壓油，使液壓缸的的壓力能長(zhǎng)期的保持在所需的范圍內(nèi)，而利用蓄能器的保壓回路的保壓時(shí)間取決于蓄能器的容量

15、，沒(méi)用第一種保壓方案的保壓時(shí)間長(zhǎng)和穩(wěn)定，故選用利用液控單向閥的自動(dòng)補(bǔ)油保壓回路。在液壓缸的進(jìn)油路，液控單向閥出油路上連接一個(gè)電接點(diǎn)壓力表，設(shè)置電接點(diǎn)壓力表的上限、下限值，當(dāng)液壓缸的壓力達(dá)到限值時(shí)，利用電接點(diǎn)壓力發(fā)出的電信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)切換四通三位電磁換向閥，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)保壓。圖1-4 系統(tǒng)保壓圖1.4.4 快速回路的選擇1、差動(dòng)連接快速路：為實(shí)現(xiàn)壓頭的往返速度相等，需要有差動(dòng)回路，在液壓缸的進(jìn)、出油口及液壓缸出油口與換向閥之間分別連接兩一個(gè)二位二通電磁閥。液壓缸快速下降時(shí)差動(dòng)連接，快速上升時(shí)切斷差動(dòng)連接。2、雙泵供油快速回路：雙泵供油快速回路中，泵1為大流量泵，泵2是小流量泵，泵1與泵2之間放一個(gè)單向

16、閥，快進(jìn)時(shí)，油液由泵1經(jīng)單向閥與泵2同時(shí)供油；工進(jìn)時(shí)，控制泵1的液控順序閥時(shí)其卸荷，只有泵2供油。差動(dòng)連接快速回路可以很好的控制其快進(jìn)和快退的速度，使其符合題目中的快進(jìn)和快退的速度相同；而雙泵供油的泄漏大，效率低，結(jié)果復(fù)雜，成本高，故選擇差動(dòng)連接快速回路。圖1-5 系統(tǒng)快速回路1.4.5 平衡回路的選擇防止壓頭在下降過(guò)程中由于自重而出現(xiàn)速度失控現(xiàn)象，在進(jìn)如液壓缸口處設(shè)置一個(gè)平衡回路來(lái)減輕這種現(xiàn)象。1、減壓平衡回路：在回路中設(shè)置一個(gè)減壓閥和一個(gè)溢流閥，形成減壓平衡回路。其中溢流閥的調(diào)定壓力大于減壓閥的調(diào)定壓力。2、順序閥平衡回路：在液壓缸的出油口安裝單向順序閥來(lái)調(diào)定壓力。由于順序閥的壓力調(diào)定后，

17、若工作負(fù)載變化小，則系統(tǒng)功率損失大，且活塞不可長(zhǎng)時(shí)間停留在一個(gè)位置，不適合本設(shè)計(jì)保壓要求，故選用減壓平衡回路。圖1-6 平衡回路此外在泵的出口并聯(lián)一個(gè)溢流閥，用于系統(tǒng)的安全保護(hù)；泵出口并聯(lián)一個(gè)壓力表及其開(kāi)關(guān)，以實(shí)現(xiàn)測(cè)壓；在液壓泵的出口串聯(lián)設(shè)置一個(gè)單向閥，以防止液壓油倒灌。綜上，將各回路合并整理，檢查以后繪制的液壓機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖如圖所示：圖1-7 系統(tǒng)回路圖1-油箱；2-過(guò)濾器；3-液壓泵；4-溢流閥；5-壓力表及其開(kāi)關(guān)；6-節(jié)流閥；7-單向閥；8-背壓閥；9-三位四通電磁換向閥；10-液控單向閥；11-減壓閥；12-溢流閥；13-二位二通電磁換向閥；14-二位二通電磁換向閥；15-液壓缸系統(tǒng)

18、圖中個(gè)電磁閥的動(dòng)作順序見(jiàn)表：表1-5 磁閥的動(dòng)作順序表26第2章 液壓元件參數(shù)計(jì)算與選擇2.1 確定液壓缸的主要參數(shù)2.1.1 初選液壓缸的工作壓力已知液壓缸的最大工作負(fù)載為200000N，液壓缸工作壓力為：P=FmaxmA=20000070685.83510-60.9=3.14MPa2.1.2 確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)根據(jù)1章1.3節(jié)的內(nèi)容，可知液壓缸內(nèi)徑D=200mm，活塞桿外徑d=140mm，液壓缸無(wú)桿腔有效面積為A1= 70685.835mm2，有桿腔有效面積為A2=55292.031mm2。2.1.3 確定液壓缸的工作壓力、流量和功率表2-1 工作壓力流量表表2-2 功率表2.2 液

19、壓泵及其驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇液壓缸的工作壓力出現(xiàn)在終壓后即保壓階段開(kāi)始時(shí)，P=3.14MPa。此時(shí)缸的輸入流量極小，且不考慮各種損失，故液壓缸至泵間的進(jìn)油路壓力損失取值p=0.5MPa。算得泵的最高工作壓力pp為：pp=3.64MPa。所需的液壓泵的最大供油量 按液壓缸的最大輸入流量（3534291.75mm3s）進(jìn)行估算。取泄漏系數(shù)K=1.1，則：qp=1.13534291.75=3887720.925mm3s=233.263Lmin根據(jù)系統(tǒng)所需流量，擬初選限壓式變量液壓泵的轉(zhuǎn)速為n=1500r/min，暫取容積效率，則可算得泵的排量參考值為：Vg=1000qvn=1000233.2631500

20、0.9=172.788mlr根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果查閱產(chǎn)品樣本，選用規(guī)格相近YBD200單聯(lián)葉片泵，其額定壓力Pn=6.3MPa，排量V=200ml/r，額定轉(zhuǎn)速n=1500r/min，容積效率=0.9 。其額定流量為：qp=Vnv=20015000.9=270mlr172.788mlr符合系統(tǒng)對(duì)流量的要求。不計(jì)任何損失，液壓泵的最大理論功率即為液壓缸工作時(shí)所需的最大功率Pp=1139.02W。查手冊(cè)，選用規(guī)格相近的Y100L24型封閉式三相異步電動(dòng)機(jī)電機(jī)，其額定功率為3KW，同步轉(zhuǎn)速1500r/min，滿載轉(zhuǎn)速1420r/min。按所選電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和液壓泵的排量，液壓泵的最大實(shí)際排量為：qt=nV=

21、14202000.9=255.6Lmin233.263Lmin滿足使用要求。2.3 液壓控制閥的選擇根據(jù)擬定的液壓系統(tǒng)原理圖，計(jì)算分析通過(guò)各液壓閥的最高壓力和最大流量，由設(shè)計(jì)手冊(cè)，選擇液壓閥的規(guī)格，如下表：2.4 選擇壓力表表1-3 壓力表型號(hào)表1-4 閥的規(guī)格表2.5 選擇輔助元件油管內(nèi)徑一般可參照所接元件接口尺寸確定，也可按管路允許流速進(jìn)行計(jì)算。管道內(nèi)徑及壁厚液壓管道的兩個(gè)主要參數(shù)，計(jì)算公式如下：d=4qv (2-1)pdn2b (2-2)式中q通過(guò)油管的最大流量，；油管中允許流速，（取值見(jiàn)表1-5），m/s；d油管內(nèi)徑，m；油管厚度，m；P管內(nèi)最高工作壓力，MPa；管材抗拉強(qiáng)度，MPa；

22、油液流經(jīng)油管吸油管高壓管回油管短管及局部收縮處允許流速0.51.52.551.52.557 n安全系數(shù)表1-5 油管流速表管內(nèi)最高工作壓力/MPa17.5717.517.5安全系數(shù)864表1-6管內(nèi)安全系數(shù)表1、高壓油管取內(nèi)徑d=25mm，則：v=40.0035342910.03223.14=4.4m/s符合油管中的允許流速。管材為45鋼，其壁厚為:3.640.032826000.7765mm取壁厚=1mm。2、對(duì)吸油管取內(nèi)徑d=60mm，則：v=40.0035342910.0623.14=1.25m/s符合油管中的允許流速。管材為45鋼，其管內(nèi)壓力幾乎為零，取其壁厚=1mm。3、對(duì)回油管取內(nèi)

23、徑d=45mm，則：v=40.0035342910.04523.14=2.22m/s符合油管中的允許流速。管材為45鋼，其管內(nèi)壓力最大時(shí)為0.41MPa，接近于零，取其壁厚=1mm。2.6 過(guò)濾器的選擇表1-7過(guò)濾器型號(hào)表2.7 液壓系統(tǒng)驗(yàn)算前述液壓系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)是在某些估計(jì)參數(shù)情況下進(jìn)行的。當(dāng)系統(tǒng)原理圖、組成原件及連接管路等設(shè)計(jì)完成以后，針對(duì)實(shí)際情況對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行各項(xiàng)性能分析計(jì)算。其目的在于對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)質(zhì)量做出評(píng)價(jià)和評(píng)判，若出現(xiàn)問(wèn)題，則應(yīng)對(duì)液壓系統(tǒng)某些不合理的設(shè)計(jì)進(jìn)行修正或重新調(diào)整，或重新采取必要的措施。性能驗(yàn)算內(nèi)容一般包括壓力損失、效率、發(fā)熱和升溫、液壓沖擊等，對(duì)于重要的系統(tǒng)，還應(yīng)對(duì)其動(dòng)態(tài)性能

24、進(jìn)行驗(yàn)算或計(jì)算機(jī)仿真。計(jì)算時(shí)只采用一些簡(jiǎn)化的公式以求得概略的結(jié)果。由于系統(tǒng)不考慮各種損失，且液壓系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，因此不必進(jìn)行液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算。第3章 液壓油缸的設(shè)計(jì)3.1 引言液壓缸有多種類型。按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為活塞式、柱塞式和組合式三大類；按作用方式又可分為單作用式和雙作用式兩種。在雙作用式液壓缸中，壓力油可供入液壓缸的兩腔，使缸實(shí)現(xiàn)雙向運(yùn)動(dòng)。由于該系統(tǒng)自身的特點(diǎn)，液壓缸采用雙作用式活塞式液壓缸。3.2 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算3.2.1 缸筒和缸蓋組件1、確定液壓缸油口尺寸液壓缸的油口包括油口孔及連接螺紋。油口可布置在缸筒或缸蓋上，油口直徑應(yīng)根據(jù)活塞最大速度和油口最高流速確定，計(jì)算公式如下：d0=0.

25、13Dvmaxv0 (3-1)式中D液壓缸內(nèi)經(jīng)，m； 液壓缸最大輸出流速，m/min； 油口流動(dòng)速度，m/min，一般不大于5m/s。對(duì)于無(wú)桿腔部位油口：d0=0.130.234.4=0.0215m選取M221.5的鏈接螺紋尺寸。對(duì)于有桿腔部位油口：d0=0.130.235=0.0201m選取M221.5的螺紋連接尺寸。2、確定缸筒和缸蓋的連接形式居于本設(shè)計(jì)，缸筒和缸蓋的連接形式選用法蘭連接。3、選擇缸筒和缸蓋材料缸筒選材：鑄鋼45 前缸蓋選材：鑄鋼45后缸蓋選材：鑄鋼454、計(jì)算缸筒和缸蓋的結(jié)構(gòu)參數(shù)缸筒壁厚的計(jì)算=PyD2.3-Py=1.53.140.22.3120-1.53.14=3.47

26、mm式中p液壓缸工作壓力，MPa；試驗(yàn)壓力，MPa，工作壓力p16MPa時(shí)，=1.5p；工作壓力16MPa時(shí)，=1.5p；D液壓缸內(nèi)徑，m；缸體材料許用應(yīng)力，MPa；取鑄鋼=120Pa；缸筒外徑的計(jì)算D1=D+2=200+3.47=203.47mm標(biāo)準(zhǔn)液壓缸的缸筒外徑系列D1=220mm缸底厚度h的計(jì)算對(duì)于平型缸底當(dāng)缸底無(wú)油口時(shí)h=0.433Dpy=0.4330.21.53.14120=17.16mm當(dāng)缸底有油口時(shí)h=0.433DpyD(D-d0)=0.4330.21.53.140.22120(0.2-0.02)=18.085mm液壓缸頭部法蘭厚度h的計(jì)算因?yàn)樵诟淄差^部有活塞桿導(dǎo)向孔，故其厚度

27、的計(jì)算方法與缸底有所不同。對(duì)于常用的法蘭式缸頭，其厚度的計(jì)算方法如下。h=3F(D0-dcp)dcp=3200000(0.22-0.18)3.140.18120106=18.81mm式中 F法蘭受力總和這里取F=200000N螺釘孔分布圓直徑，m；密封環(huán)平均直徑，m；法蘭材料許用應(yīng)力，Pa；4、缸筒與缸蓋的配合缸蓋與缸筒的配合采用H9/f9的間隙配合；缸筒與導(dǎo)向套采用H7/g9配合；缸底與缸筒采用H7/g6配合。3.2.2 排氣裝置排氣裝置用于排除液壓缸內(nèi)的空氣，使其工作穩(wěn)定，一般把排氣閥安裝在液壓缸兩端的最高位置與壓力腔相通，以便安裝后、調(diào)試前排除液壓缸內(nèi)的空氣，對(duì)于運(yùn)動(dòng)速度穩(wěn)定性要求較高的

28、機(jī)床和大型液壓缸，則需要設(shè)置排氣裝置，如排氣閥等。排氣閥的結(jié)構(gòu)有多種形式常用排氣閥為整體型排氣閥，其閥體與閥芯合為一體，材料為不銹鋼3Cr13，錐面熱處理硬度HRC3844。3.3 活塞及活塞桿組件3.3.1 確定活塞及活塞桿的連接形式根據(jù)工作壓力及活塞直徑、機(jī)械振動(dòng)的大小，選用螺紋連接。3.3.2 選擇活塞及活塞桿的材料活塞選擇ZQSn6-6-3為材料；活塞桿選擇45鋼；粗加工后調(diào)質(zhì)到硬度為229285HB，必要時(shí)高頻淬火達(dá)到4555HRC。3.3.3 活塞與缸筒的密封結(jié)構(gòu)活塞與缸筒之間既有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，有需要使液壓缸兩腔之間不漏油。根據(jù)液壓缸的工作壓力及作用選擇Yx型密封圈進(jìn)行密封。根據(jù)公稱直

29、徑進(jìn)行選取溝槽的公差選取為h9或H9。3.3.4 活塞桿的結(jié)構(gòu)液壓缸通常通過(guò)活塞桿的端部與其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相連接。常用活塞桿端部結(jié)構(gòu)形式，選用法蘭結(jié)構(gòu)形式。3.3.5 活塞桿的強(qiáng)度校核活塞桿只承受軸向力的作用，因此只進(jìn)行拉壓強(qiáng)度校核，此時(shí)=FA=20000041402=12.992MPa=3551.4=253.57MPa3.3.6 活塞桿的導(dǎo)向、密封和防塵活塞桿導(dǎo)向套裝在液壓缸的有桿側(cè)端蓋內(nèi)，用以對(duì)活塞桿進(jìn)行導(dǎo)向，內(nèi)裝有密封裝置以保證缸筒有桿腔的密封。外側(cè)裝有防塵圈，以防止活塞桿在后退時(shí)時(shí)把雜質(zhì)、灰塵和水分帶到密封裝置處，損壞密封裝置。1、導(dǎo)向套的尺寸配置與最小導(dǎo)向長(zhǎng)度導(dǎo)向套的主要尺寸時(shí)支承長(zhǎng)度，通

30、常按活塞桿直徑、導(dǎo)向套的形式、導(dǎo)向套材料承受能力、可能遇到的最大側(cè)向負(fù)載等因素來(lái)考慮。導(dǎo)向套過(guò)短將使缸應(yīng)配合間隙引起初始撓度增大，影響液壓缸工作性能和穩(wěn)定性，因此，設(shè)計(jì)時(shí)必須保證有一定的導(dǎo)向長(zhǎng)度，一般液壓缸的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度應(yīng)滿足：HL20+D2=20020+2002=110mmL液壓缸最大行程，mm；D缸筒內(nèi)經(jīng)，mm；導(dǎo)向套外圓與端蓋內(nèi)孔的配合采用H7/g6。導(dǎo)向套內(nèi)徑的配合一般多為H8/f9（或H9/f9），其表面粗糙度為0.631.25。外圓與內(nèi)孔的同軸度不大于0.03mm，圓度與同柱度公差不大于直徑公差之半，內(nèi)孔中的環(huán)形油槽要淺而寬，以保證良好潤(rùn)滑。2、活塞桿的密封和防塵活塞桿常用密封與防

31、塵結(jié)構(gòu)，選用J型防塵圈。3.3.7 活塞活塞在液體壓力的作用下沿缸筒往復(fù)滑動(dòng)，因此它于缸筒的配合應(yīng)適當(dāng)，即不能過(guò)緊，也不能間隙過(guò)大。設(shè)計(jì)活塞時(shí)，主要任務(wù)就是確定活塞的結(jié)構(gòu)形式，其次還有活塞與活塞桿的連接、活塞材料、活塞尺寸及加工公差等?；钊慕Y(jié)構(gòu)形式分為整體活塞和組合活塞，根據(jù)密封裝置形式來(lái)選用活塞結(jié)構(gòu)形式，該系統(tǒng)液壓缸中可采用Yx形圈密封。所以，活塞的結(jié)構(gòu)形式可選用組合活塞。3.3.8 緩沖裝置液壓缸的行程終端緩沖裝置可使帶著負(fù)載的活塞，在到達(dá)行程終端減速到零，目的是消除因活塞的慣性力和液壓力所造成的活塞與端蓋的機(jī)械撞擊，同時(shí)也為了降低活塞在改變運(yùn)動(dòng)方向時(shí)液體發(fā)出的噪聲，使液壓系統(tǒng)速度換接平

32、穩(wěn)，速度穩(wěn)定。緩沖裝置的工作原理時(shí)使缸筒低壓油腔內(nèi)油液（全部或部分）通過(guò)節(jié)流把動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，熱能則由循環(huán)的油液帶到液壓缸外。液壓缸的活塞速度在0.1m/s時(shí)，一般不采用緩沖裝置；在0.2m/s時(shí)，則必須采用緩沖裝置。本設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)最大速度為3m/min，即0.05m/s小于0.1m/s，但是活塞較大，所以不設(shè)置緩沖裝置。3.4 缸體長(zhǎng)度的確定液壓缸的缸體內(nèi)部長(zhǎng)度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和，缸體外形長(zhǎng)度還要考慮到兩端端蓋的厚度，導(dǎo)向套寬度，一般液壓缸缸體長(zhǎng)度不大于內(nèi)徑的2030倍,即在本系統(tǒng)中缸體長(zhǎng)度不大于40006000mm。本系統(tǒng)中：活塞行程L=200mm；活塞寬度B=（0.61）

33、D=120200mm，其中D為液壓缸內(nèi)經(jīng)；導(dǎo)向套滑動(dòng)面的長(zhǎng)度A=（0.61）D=120200mm；取活塞寬度B=120mm，導(dǎo)向套滑動(dòng)面的長(zhǎng)度A=120mm，液壓缸缸底厚度H=20mm，液壓缸缸蓋厚度H=20mm。液壓缸缸體內(nèi)部長(zhǎng)度為液壓缸行程長(zhǎng)度、中隔圈寬度與活塞寬度之和，即：200+120+25=345mm液壓缸缸體外形長(zhǎng)度為液壓缸內(nèi)部長(zhǎng)度、導(dǎo)向套寬度與缸蓋厚度之和，即：345+80+60=485mm第4章 液壓油箱設(shè)計(jì)4.1 引言液壓油箱簡(jiǎn)稱油箱，它往往時(shí)一個(gè)功能組件，在液壓系統(tǒng)中主要用于儲(chǔ)存液壓油、散發(fā)油液熱量、溢出空氣及消除泡沫和安裝元件等。按新近的液壓系統(tǒng)污染控制理論的要求，油箱不

34、應(yīng)該時(shí)一個(gè)容納污垢的場(chǎng)合，而要求在油箱中油液本身時(shí)達(dá)到一定清潔度等級(jí)的油液，并以這樣清潔的油液提供給液壓泵及整個(gè)液壓系統(tǒng)的工作油路。4.2 油箱的類型按油箱的結(jié)構(gòu)和用途分，通常分為整體式油箱、兩用油箱和獨(dú)立郵箱三種類型。整體式郵箱是指在液壓系統(tǒng)或機(jī)器內(nèi)部的構(gòu)件內(nèi)形成的油箱；兩用油箱是指液壓油與機(jī)器中的其他目的的用油的公用油箱，獨(dú)立油箱是應(yīng)用最應(yīng)用最廣泛的一類油箱，其熱量主要通過(guò)油箱壁靠輻射和對(duì)流作用散發(fā)，因此油箱是盡可能窄而高的形狀。根據(jù)油箱液面與大氣是否相通，又可分為開(kāi)式油箱和閉式油箱。因此本系統(tǒng)選用開(kāi)式油箱。4.3 油箱的容量油箱的容量是油箱的基本參數(shù)。油箱的容量包括油液的容量和空氣的容量

35、。 油箱的容量可用經(jīng)驗(yàn)法或根據(jù)散熱加以確定，本符合JB/T 79381999 液壓泵站油箱公稱容量系列的規(guī)定。用經(jīng)驗(yàn)法確定油箱的容量注意一下三種情況： 油箱的容量通常為液壓泵每分鐘排出體積額定值的35倍； 采用定量泵或非壓力補(bǔ)償變量泵的液壓系統(tǒng)，油箱容量的要大于泵流量的3倍以上； 采用壓力補(bǔ)償壓力油泵時(shí)，應(yīng)盡量提供至少為系統(tǒng)每分鐘所需油液體積的平均值（以升記）3倍的油箱容積。本系統(tǒng)液壓泵為單聯(lián)葉片泵，其每分鐘輸出油液的流量為300L/min，根據(jù)情況，選用公稱油箱容積為1000L的油箱。油箱的外形長(zhǎng)、寬、高分別為2340mm，860mm，815mm。此油箱為不帶支腳油箱，取油箱的壁厚為8mm。4.4 油箱設(shè)計(jì)4.4.1 箱頂、通氣器、注油口油箱的頂部結(jié)構(gòu)取決于它上面安裝的元件。當(dāng)箱頂上安裝泵組時(shí)，頂板厚度為側(cè)板的四倍，以免產(chǎn)生振動(dòng)。箱頂上一般要設(shè)置通氣器、注油口，通氣器常為附帶注油口的結(jié)構(gòu)。取下通氣帽可以注油，放回通氣帽即成通氣過(guò)濾器。通氣過(guò)濾器的網(wǎng)眼應(yīng)小于250，過(guò)流量應(yīng)大于20L/min，過(guò)濾精度不小于40，其容量應(yīng)為液壓泵容量?jī)杀?。油箱箱頂上的螺紋孔應(yīng)該用盲孔（不通孔），以防止污染物落入油箱內(nèi)。4.