液壓缸畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、 畢業(yè)設(shè)計(jì) 液壓缸的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 所系與專業(yè) 機(jī)械分院數(shù)控專業(yè) 班級(jí) 136 所在學(xué)期 學(xué)號(hào) 29110416200 年 月 日摘 要將液壓缸提供的液壓能重新轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置稱為執(zhí)行元件。執(zhí)行元件是直接做功者，從能量轉(zhuǎn)換的觀點(diǎn)看，它與液壓泵的作用是相反的。根據(jù)能量轉(zhuǎn)換的形式，執(zhí)行元件可分為兩類三種：液壓馬達(dá)、液壓缸、和擺動(dòng)液壓馬達(dá)，后者也可稱擺動(dòng)液壓缸。液壓馬達(dá)是作連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并輸出轉(zhuǎn)矩的液壓執(zhí)行元件；而液壓缸是作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)并輸出力的液壓執(zhí)行元件。而此說明書是針對(duì)液壓缸的工作環(huán)境和工作要求來確定液壓缸的工作壓力和承載能力，來確定其缸筒內(nèi)徑、壁厚和活塞桿的直徑。再根據(jù)液壓缸的零

2、部件的工作要求確定零件的工藝，根據(jù)零件的精度要求確定零件的加工方法，并生成工藝卡片，完成零件的加工。關(guān)鍵字：液壓缸、機(jī)械能、轉(zhuǎn)矩、執(zhí)行元件Abstract目錄摘要I第1章 緒論1第2章 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行元件液壓缸22.1 液壓缸的類型及結(jié)構(gòu)形式22.2 液壓缸的組成4第3章 液壓缸的設(shè)計(jì)103.1 簡介103.2 液壓缸的設(shè)計(jì)103.2.1 缸筒的設(shè)計(jì)123.2.2 活塞桿的設(shè)計(jì)結(jié)論參考文獻(xiàn)致謝20第1章 緒 論液壓傳動(dòng)是研究以有壓流體（液體）為傳動(dòng)介質(zhì)來實(shí)現(xiàn)各種機(jī)械的傳動(dòng)控制的學(xué)科。液壓傳動(dòng)是根據(jù)流體力學(xué)的基本原理，利用流體的壓力能進(jìn)行能量的傳遞和控制各種機(jī)械零部件運(yùn)動(dòng)。目前，液壓技術(shù)已廣

3、泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)裝備上，例如機(jī)械制造、工程、建筑、礦山、冶金、船舶等機(jī)械，上至航空、航天工業(yè)，下至地礦、海洋開發(fā)工程，幾乎無處不見液壓技術(shù)的蹤跡。液壓技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域大致上可以歸納為以下幾個(gè)主要方面：（1）各種舉升、搬運(yùn)作業(yè)。尤其在行走機(jī)械和較大驅(qū)動(dòng)功率的場合，液壓傳動(dòng)已經(jīng)成為一種主要方式。如起重機(jī)、起錨機(jī)等。（2）各種需要作用力大的推、擠、挖掘等作業(yè)裝置。例如，各種液壓機(jī)、塑料注射成型機(jī)等。（3）高響應(yīng)、高精度的控制。飛機(jī)和導(dǎo)彈的姿態(tài)控制等裝置。（4）多種工作程序組合的自動(dòng)操作與控制。如組合機(jī)床、機(jī)械加工自動(dòng)線。（5）特殊工作場合。例如地下水下、防爆等。在本次設(shè)計(jì)過程中，得到了無錫職

4、業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械分院李坤老師的悉心指導(dǎo)和大力支持。在此，對(duì)她表示衷心的感謝！由于資料缺乏，時(shí)間倉促，加上設(shè)計(jì)者本人水平有限，畢業(yè)論文中不足之處在所難免，敬請(qǐng)批評(píng)指正。 第2章 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行元件液壓缸2.1 液壓缸的類型及結(jié)構(gòu)形式液壓缸有多種類型。按作用方式可分為單作用式和雙作用式兩種；按結(jié)構(gòu)形式可分為活塞式、柱塞式、組合式和擺動(dòng)式四大類。其中，單作用液壓缸分為：單活塞桿液壓缸、雙活塞桿液壓缸、柱塞式液壓缸、差動(dòng)液壓缸和伸縮液壓缸。但是，差動(dòng)式液壓缸和柱塞式液壓缸只能單作用而不能雙作用。組合液壓缸包括：彈簧復(fù)位式、齒條式、串聯(lián)式和增壓式四種。擺動(dòng)液壓缸又分為：單葉片式和雙葉片式兩種。下面以一

5、種典型液壓缸為例，說明液壓缸的基本組成。圖2-1 空心活塞式液壓缸結(jié)構(gòu)1、15-活塞桿 2-堵頭 3-托架 4、7、17-密封圈 5-排氣孔 6-導(dǎo)向套 8-活塞 9-錐銷 10-缸筒 11-壓板 12-鋼絲環(huán) 13、23-紙墊 14-排氣孔 16、25-壓蓋18、24-缸蓋 19-導(dǎo)向套 20-壓板 21-鋼絲環(huán) 22-錐銷空心活塞式液壓缸如上圖2-1所示。它由缸筒10，活塞8，活塞桿1、15，缸蓋18、24，密封圈4、7、17，導(dǎo)向套6、19，壓板11、20等主要零件組成。這種液壓缸活塞桿固定，缸筒帶動(dòng)工作臺(tái)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)?；钊缅F銷9、22與空心活塞桿連接，并用堵頭2堵死活塞桿的一頭。缸筒兩

6、端外圓上套有鋼絲環(huán)12、21，用于阻止壓板11、20向外移動(dòng)，從而通過螺栓將缸蓋18、24與壓板相連（圖中沒有畫出），并把缸蓋壓緊在缸筒的兩端。為了減少泄漏，在液壓缸中可能發(fā)生泄漏的結(jié)合面安放了密封圈和紙墊。空心活塞桿和其上的油口a、c提供了液壓缸的進(jìn)、出油口。當(dāng)缸筒移動(dòng)到左、右終端時(shí)，油口a、c的開度逐漸減小，造成回油阻力逐漸增大，對(duì)運(yùn)動(dòng)部件起到制動(dòng)緩沖作用。在缸蓋上設(shè)有與排氣閥（圖中沒有畫出）相連的排氣孔5、14，可以排出液壓缸中的空氣，使運(yùn)動(dòng)更加平穩(wěn)。表2-1液壓缸的類型和特點(diǎn)類型速度作用力特點(diǎn)單作用液壓缸雙活塞桿液壓缸U=q/A3F=p1A1活塞的兩側(cè)都裝有活塞桿，只能向活塞一側(cè)供給壓

7、力油，由外力使活塞反向運(yùn)動(dòng)單活塞桿液壓缸U=q/A3F1=p1A1活塞僅單向運(yùn)動(dòng)，返回行程利用自重或負(fù)荷將活塞推回柱塞式液壓缸U=q/A3F1=p1A1柱塞僅單向運(yùn)動(dòng)，由外力使柱塞反向運(yùn)動(dòng)差動(dòng)液壓缸U3=q/A3F3=p1A1可使速度加快，但作用力相應(yīng)減小伸縮液壓缸-以短缸獲得長行程；缸由大到小逐節(jié)推出，靠外力由小到大逐節(jié)縮回雙作用液壓缸雙活塞桿液壓缸U1=q/A3U2=q/A2F1=（p1-p2）A1F2=（p2-p1）A2雙邊有桿，雙向液壓驅(qū)動(dòng)，雙向推力和速度均相等單活塞桿液壓缸U1=q/A3U2=q/A2F1=（p1-p2）A1F2=（p2-p1）A2單邊有桿，雙向液壓驅(qū)動(dòng)，u1V U2

8、，F(xiàn)1F2伸縮液壓缸-雙向液壓驅(qū)動(dòng)，由大到小逐節(jié)推出，由小到大逐節(jié)縮回組合液壓缸彈簧復(fù)位液壓缸-單向由液壓驅(qū)動(dòng)，回程彈簧復(fù)位串聯(lián)液壓缸U1=q/（A1+A2）U2=q2A2F1=p1（A1-A2）-2qA2F1=2p2A2-A2-q1（A1+A2）用于缸的直徑受限制，而長度不受限制處，可獲得在的推力增 壓 缸-由活塞缸和柱塞缸組合而成，低壓油送入A腔，B腔輸出高壓油齒條液壓缸-活塞的移動(dòng)通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)變成齒輪的往復(fù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)擺動(dòng)液壓缸單葉片液壓缸W=8q/（b（D2-d2）T=p（D2-d2）b/8把液壓能變?yōu)榛剞D(zhuǎn)的機(jī)械能，輸出軸擺動(dòng)角 < 300度雙葉片液壓缸W=4q/（b（D2-d2）T

9、=p（D2-d2）b/4把液壓能變?yōu)榛剞D(zhuǎn)的機(jī)械能，輸出軸擺動(dòng)角 < 150度注：b葉片寬度；D葉片的底端 、頂端直徑；w葉片軸的角速度；T- 理論轉(zhuǎn)矩2.2 液壓缸的組成從以上液壓缸的結(jié)構(gòu)形式上可知：液壓缸可以分為缸體組件、活塞組件、密封裝置、緩沖裝置和排氣裝置五大部分。(1)缸體組件缸筒組件有缸筒和缸蓋組成。缸筒和缸蓋的連接形式與其工作壓力有關(guān)。當(dāng)工作壓力p<10MPa時(shí),缸筒使用鑄鐵；工作壓力p<20MPa時(shí)，缸筒使用無縫鋼管；工作壓力p>20MPa時(shí)，使用鑄鋼或鍛鋼。以下是幾種常見的缸筒與缸蓋的聯(lián)接形式：圖2-2缸筒和缸蓋結(jié)構(gòu)(a)法蘭連接式(b)半環(huán)連接式(c)

10、螺紋連接式(d)拉桿連接式(e)焊接連接式(2)活塞組件活塞組件有活塞、活塞桿和連接件等組成，活塞與活塞桿連接形式?jīng)Q定于工作壓力、安裝形式、工作條件等。由于活塞在缸筒內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，必須選用優(yōu)質(zhì)材料。對(duì)于整體式活塞，一般采用號(hào)鋼或號(hào)鋼；裝配式的活塞采用灰口鑄鐵、耐磨鑄鐵或鋁合金等材料，有特殊要求時(shí)可在鋼活塞坯外面裝上青銅、黃銅和尼龍等耐磨套，以延長活塞的使用壽命。活塞桿無論是空心的還是實(shí)心的其材料常采用號(hào)鋼或號(hào)鋼等材料，當(dāng)沖擊振動(dòng)很大時(shí)，也可采用號(hào)鋼或Cr鋼。(3)密封裝置密封裝置主要用來防止液壓油的泄漏。液壓缸因?yàn)槭且揽棵荛]油液容積的變化來傳遞動(dòng)力和速度，故密封裝置的優(yōu)劣，將直接影響液壓缸的工

11、作性能。根據(jù)兩個(gè)需要密封的偶合面間有無相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可把密封圈分為動(dòng)密封和靜密封兩類。設(shè)計(jì)或選用密封裝置的基本要求是：具有良好的密封性能，并隨著壓力的增加能自動(dòng)提高其密封性能，摩擦阻力小，密封件耐油性，抗腐蝕性好，使用壽命長，使用的溫度范圍廣，制造簡單，裝拆方便等。通常液壓缸的密封有間隙密封、活塞環(huán)密封、型密封圈、Y型密封圈、V型密封圈等密封方式來防止漏油。(4)緩沖裝置當(dāng)運(yùn)動(dòng)部件拖動(dòng)質(zhì)量較大的部件作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)、運(yùn)動(dòng)速度較高時(shí)(v>12m/min)。運(yùn)動(dòng)部件慣性力較大，活塞運(yùn)動(dòng)到終端會(huì)與缸蓋發(fā)生機(jī)械碰撞，產(chǎn)生沖擊、噪聲，嚴(yán)重時(shí)影響加工精度，甚至引起破壞性事故。因此，在液壓缸內(nèi)兩端部應(yīng)設(shè)置緩沖

12、裝置。一般緩沖裝置由緩沖柱塞、緩沖油腔、三角節(jié)流槽、單向閥、節(jié)流閥組成。組合的緩沖形有圓柱形環(huán)隙式、圓錐形環(huán)隙式、節(jié)流口可變式節(jié)流口可調(diào)式。緩沖裝置的工作原理是利用活塞或缸筒在其走向行程終端時(shí)封住活塞和缸蓋之間的部分油液，強(qiáng)迫它從小孔或細(xì)縫中擠出，以產(chǎn)生很大的阻力，使工作部件受到制動(dòng)，逐漸減慢運(yùn)動(dòng)速度，達(dá)到避免活塞和缸蓋相互撞擊的目的。1節(jié)流閥(5)排氣裝置圖2-6 放氣裝置1缸蓋 2放氣小孔 3缸體 4活塞桿第3章 液壓缸的設(shè)計(jì)3.1 簡介液壓缸是液壓系統(tǒng)中活塞桿作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的工作機(jī)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)形式均為單活塞桿雙作用耳環(huán)安裝式。主要用于工程機(jī)械、運(yùn)輸機(jī)械、礦山機(jī)械及車輛等的液壓傳動(dòng)。液壓缸結(jié)構(gòu)如

13、下圖3-1:圖3-1液壓缸結(jié)構(gòu)3.2 液壓缸的設(shè)計(jì)液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算： 由于液壓執(zhí)行元件與主機(jī)結(jié)構(gòu)有著直接關(guān)系，因此所需要的液壓缸和在結(jié)構(gòu)上千變?nèi)f化。盡管有一些標(biāo)準(zhǔn)件可供選用，但有時(shí)還必須根據(jù)實(shí)際需要自行設(shè)計(jì)。下面介紹液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算。(一)主要尺寸的計(jì)算    液壓缸的主要尺寸包括缸筒內(nèi)徑D、活塞桿直徑d和缸筒長度L。    根據(jù)負(fù)載大小和液壓缸的工作壓力確定活塞的有效工作面積，再根據(jù)液壓缸的不同結(jié)構(gòu)形式計(jì)算出缸筒的內(nèi)徑?；钊麠U直徑是按受力情況決定的，可按表3-1初步選取。缸筒長度的確定要考慮活塞最大行程、活塞厚度

14、、導(dǎo)向和密封所需長度等因素。通常情況L(2030)d。計(jì)算結(jié)果要圓整成國家標(biāo)準(zhǔn)中的推薦值。主要尺寸初步確定后，還要按速度要求進(jìn)行驗(yàn)證。同時(shí)滿足力和速度的要求后才可以確定下來。表3-1  液壓缸工作壓力與活塞桿直徑液壓缸工作壓力p/MPa<557>7推薦活塞桿直徑d(0.50.55)D(0.60.7)D0.7D（二）強(qiáng)度校核     強(qiáng)度校核的項(xiàng)目包括缸筒壁厚、活塞桿直徑d和缸蓋固定螺栓的直徑ds。在中、低壓系統(tǒng)中，缸筒壁厚由結(jié)構(gòu)工藝決定，一般不做校核。在高壓系統(tǒng)中需按下列情況進(jìn)行校核。1.缸筒壁厚的校核當(dāng)D/>10時(shí)為薄壁，按

15、下式校核: 3-1式中，D-缸筒內(nèi)徑；缸筒材料的許用應(yīng)力，=b/n，b是材料的抗拉強(qiáng)度，一般取安全系數(shù)n=5；py試驗(yàn)壓力，當(dāng)缸的額定壓力pn16Mpa時(shí)，py=1.5pn；pn>16Mpa時(shí)，py=1.25pn。當(dāng)D/<10時(shí)為厚壁，按下式校核: 3-22.  活塞桿直徑d 3-3式中，F(xiàn)活塞桿上的作用力；活塞桿材料的許用應(yīng)力，= b/1.4。3.  缸蓋固定螺栓直徑ds 3-4 式中，F(xiàn)活塞桿上的作用力；k螺紋擰緊系數(shù)，k=1.121.5；z固定螺栓個(gè)數(shù)； 螺栓材料的許用應(yīng)力，= s/（1.222.5），s為材料的屈服點(diǎn)。活塞桿材料的許用

16、應(yīng)力，= b/1.4。（三）活塞桿穩(wěn)定性校核當(dāng)活塞桿受軸向壓縮負(fù)載時(shí)有壓桿穩(wěn)定性問題，即 壓縮力F超過某一臨界Fk值時(shí)活塞桿就會(huì)失去穩(wěn)定性。活塞桿穩(wěn)定性按下式進(jìn)行校核 3-5式中，nk安全系數(shù)，一般取nk=24。    當(dāng)活塞桿的細(xì)長比時(shí)， 3-6當(dāng)活塞桿的細(xì)長比，且時(shí)，式中，l安裝長度；    rk活塞桿截面最小回轉(zhuǎn)半徑，；    1柔性系數(shù)；    2由液壓缸支承方式?jīng)Q定的末端系數(shù)；    E活塞桿材料的彈性模量，鋼材：； 

17、0;  J活塞桿橫截面慣性矩；    A活塞桿橫截面積；    f由材料強(qiáng)度決定的試驗(yàn)值；    系數(shù)。3.1 缸筒的設(shè)計(jì)（1）缸筒材料的選擇根據(jù)其液壓缸的工作環(huán)境初步確定其最大推力和拉力為16MPa，即：工作壓力p<20MPa；因此其材料必須要有一定的強(qiáng)度和硬度，所以缸筒材料可選用無縫鋼管；在選購缸筒原材料時(shí),一般都是直接從鋼材廠訂購經(jīng)過冷拔后的20號(hào)鋼的缸筒毛坯件。即：無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械加工工藝過程卡片零件圖號(hào)零件名稱缸筒材 料 牌 號(hào)無縫鋼管毛坯種類每毛坯件數(shù)1 工 序 號(hào) 工名

18、序稱工 序 內(nèi) 容設(shè) 備工 藝 裝 備10粗精車M面C6140三爪卡盤、游標(biāo)卡尺20粗精車N面C6140三爪卡盤、游標(biāo)卡尺30割內(nèi)孔槽和錐面C6140三爪卡盤、游標(biāo)卡尺40打兩油口孔Z3025專用鉆夾具、游標(biāo)卡尺、50焊接兩油口60焊接缸底70檢驗(yàn)游標(biāo)卡尺80入庫04、23標(biāo)記處數(shù)更改文件號(hào)簽 字日 期標(biāo)記處數(shù)更改文件號(hào)簽 字 日 期（2）確定缸筒的總體尺寸a.缸筒內(nèi)徑的大小及厚度，液壓缸缸筒的內(nèi)徑為90mm，外徑為108mm。即：厚度為14mm。b.缸筒的總長度的確立，缸筒總長度L由活塞桿兩端活塞寬度、導(dǎo)向筒的寬度以及在滿足本液壓缸的行程后來確定。在整個(gè)液壓缸的設(shè)計(jì)中，缸筒的長度屬于不確定因

19、素。在此，先不予考慮。3.2 活塞桿的設(shè)計(jì)1.、耳環(huán)連接2、端部鉸軸連接3、中部鉸軸連接4、端部法蘭連接下面是整體式活塞桿的幾種聯(lián)接結(jié)構(gòu)如下圖3-2：5、中部法蘭連接6、底部法蘭連接圖3-2整體式活塞桿的幾種聯(lián)接結(jié)構(gòu)（1）活塞桿材料的選擇及加工工藝本次設(shè)計(jì)的整體式活塞桿的材料為45#鋼拼焊而成,桿徑大小為45mm。其結(jié)構(gòu)形式如下圖：圖3-3整體式活塞桿結(jié)構(gòu)形式根據(jù)液壓缸的承載能力可以確定其活塞桿的直徑為45mm，因?yàn)榛钊麠U在工作過程中和導(dǎo)向套之間作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其表面粗糙度很高，達(dá)到0.4，因此在精加工后還要做拋光處理。其工序表如表3-3所示表3-3活塞桿的加工工序卡無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械加工工藝過

20、程卡片零件圖號(hào)圖2零件名稱活塞桿共1 頁第1頁材 料 牌 號(hào)45鋼毛 坯 種 類鑄件 每毛坯件數(shù) 每 臺(tái) 件 數(shù) 1備 注 工 序 號(hào) 工 名 序 稱 工 序 內(nèi) 容設(shè) 備工 藝 裝 備鑄造時(shí)效涂底漆10車端面、打中心孔C6140三爪卡盤20粗車外圓到45.5mmC6140三爪卡盤、游標(biāo)卡尺30粗精車N面及其S端面C6140三爪卡盤40粗精車M面及R端面C6140三爪卡盤、游標(biāo)卡尺50割螺紋退刀槽C6140三爪卡盤、游標(biāo)卡尺60車螺紋C6140三爪卡盤、游標(biāo)卡尺、塞規(guī)70檢驗(yàn)游標(biāo)卡尺、塞規(guī)80鍍后拋光二次檢驗(yàn)入庫總 結(jié)經(jīng)過兩個(gè)多月的學(xué)習(xí)和努力，我終于完成了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)。在此期間我 查找各方

21、面的書籍并上網(wǎng)搜索資料，鍛煉了自己和獨(dú)立解決問題的能力。在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，使我對(duì)AUTOCAD、Word等辦公軟件有更深的了解，學(xué)會(huì)如何應(yīng)用及合理的規(guī)劃布局。從中，學(xué)到不少有關(guān)機(jī)械方面的知識(shí)，同時(shí)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)和液壓傳動(dòng)得到更進(jìn)一步的了解，這是第一次如此重視的液壓缸設(shè)計(jì)，在這次設(shè)計(jì)即將結(jié)束時(shí)自己才發(fā)現(xiàn)所有的有價(jià)值的資料都來源于圖書館和累積下來的手稿。來自網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)都是粗糙的，可直接利用的卻不夠詳盡不夠本原，是自己對(duì)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的最大體會(huì)。但鑒于本人學(xué)歷不精，認(rèn)識(shí)不足，在本次設(shè)計(jì)中存在一定地失誤和欠缺，希望老師給予批評(píng)和幫助，使本次設(shè)計(jì)更加完美，讓我在大學(xué)三年所學(xué)到的知識(shí)綜合運(yùn)用起來，會(huì)對(duì)我以后工作有很大的幫助。在今后的學(xué)習(xí)和工作中更努力，認(rèn)真負(fù)責(zé)，妥善地完成本職工作。畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，但我的課題研究仍沒結(jié)束，希望在將來的學(xué)習(xí)與研究中為我國工業(yè)設(shè)計(jì)的理學(xué)與美學(xué)的融合做出自己的貢獻(xiàn)。參 考 文 獻(xiàn)1、重型機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)編寫委員會(huì)編. 重型機(jī)械標(biāo)準(zhǔn) 第四卷 .北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社 ，19952、雷天覺主編 .