畢業(yè)論文：小型單缸立式液壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(200噸液壓機(jī))

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1、2012屆工程機(jī)械專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 重慶交通大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計 題 目：小型單缸立式液壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計 學(xué) 院：機(jī)電與汽車工程學(xué)院 專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計制造及其自動化（工程機(jī)械） 學(xué) 生：xx xx 學(xué) 號：xxxxxxxx 指導(dǎo)教師：繆 毅 2012年 5 月 25 29 目 錄 摘 要

2、1 ABSTRACT 2 第1章 方案分析及液壓原理圖的擬定 3 1.1 引言 3 1.2 液壓系統(tǒng)的工作要求 3 1.3 負(fù)載分析和運(yùn)動分析 4 1.3.1 確定執(zhí)行元件的形式 4 1.3.2 進(jìn)行負(fù)載分析和運(yùn)動分析 4 1.3.3 確定系統(tǒng)主要參數(shù) 5 1.4 制定基本方案，擬定液壓系統(tǒng)圖 7 第2章 液壓元件參數(shù)計算與選擇 13 2.1 確定液壓缸的主要參數(shù) 13 2.1.1 初選液壓缸的工作壓力 13 2.1.2 確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 13 2.1.3 確定液壓缸的工作壓力、流量和功率 13 2.2 液壓泵及其驅(qū)動電動機(jī)的選擇 13 2.3 液壓

3、控制閥的選擇 14 2.4 選擇壓力表 15 2.5 選擇輔助元件 15 2.6 蓄能器及過濾器的選擇 17 2.7 液壓系統(tǒng)驗算 17 第3章 液壓油缸的設(shè)計 18 3.1 引言 18 3.2液壓缸的設(shè)計計算 18 3.2.1缸筒和缸蓋組件 18 3.2.2排氣裝置 21 3.3活塞及活塞桿組件 21 3.3.1 確定活塞及活塞桿的連接形式 21 3.3.2 選擇活塞及活塞桿的材料 21 3.3.3 活塞及活塞桿的連接計算 22 3.3.4 活塞與缸筒的密封結(jié)構(gòu) 22 3.3.5 活塞桿的結(jié)構(gòu) 22 3.3.6 活塞桿的強(qiáng)度校核 23 3.3.7 活塞桿的導(dǎo)

4、向、密封和防塵 23 3.3.8活塞 23 3.3.9緩沖裝置 24 3.4 缸體長度的確定 24 第4章 液壓油箱設(shè)計 25 4.1 引言 25 4.2 油箱的類型 25 4.3 油箱的容量 25 4.4 油箱設(shè)計 26 4.4.1 箱頂、通氣器、注油口 26 4.4.2 箱壁、清洗孔、吊耳（環(huán)）、液位計 26 4.4.3 箱底、放油塞、支腳 26 4.4.4 隔板和除氣網(wǎng) 27 4.4.5 管路的配置 27 結(jié)束語 28 致謝 29 參考文獻(xiàn) 30 摘 要 液壓機(jī)作為一種通用的無削成型加工設(shè)備，其工作原理是利用液體的壓力傳遞能量以完成

5、各種壓力加工的。其工作特點之一是動力傳動為“ 柔性”傳動, 不象機(jī)械加工設(shè)備一樣動力傳動系統(tǒng)復(fù)雜, 這種驅(qū)動原理避免了機(jī)器過載的情況。 一切工程領(lǐng)域，凡是有機(jī)械設(shè)備的場合，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，歸納起來液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)傳動方式具有顯著的優(yōu)點：液壓機(jī)單位重量的輸出的功率和單位尺寸的輸出功率；液壓傳動裝置體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、布置靈活，易實現(xiàn)無級調(diào)速，調(diào)速范圍寬，便于與電氣控制相配合實現(xiàn)自動化；易實現(xiàn)過載保護(hù)和保壓，安全可靠；元件易于實現(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”一體化便于實現(xiàn)數(shù)字化。

6、 關(guān)鍵詞：液壓機(jī)，液壓技術(shù)，液壓系統(tǒng) ABSTRACT Hydraulic machine as a general without molding processing equipment, its working principle is the use of liquid pressure transfer energy to complete a variety of pressure processing. The work is one of the characteristics of power tr

7、ansmission as "flexible" transmission; unlike mechanical processing equipment power transmission system is complex, the drive principle to avoid overload condition. All the engineering fields, all mechanical equipment occasions, can be used in hydraulic technology, it developed so fast, so wide, it

8、s reason is the hydraulic technology has excellent characteristics, summed up the hydraulic machine hydraulic system driving mode has significant advantages : hydraulic unit weight of output power and unit size output power; hydraulic transmission device has the advantages of small volume, compact s

9、tructure, flexible arrangement, easy to realize stepless speed regulating, wide speed regulation range, convenient and electrical control with automation; easy to realize overload protection and holding pressure, safe and reliable; element is easy to realize serration, standardization, generalizatio

10、n; hydraulic and computer control the new technical combination, constitute a" machine - electric - hydraulic - light" for the realization of digital integration. KEYWORDS: hydraulic machine, hydraulic system, hydraulic technology 第1章 方案分析及液壓原理圖的擬定 1.1 引言 作為現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備實現(xiàn)傳動與

11、控制的重要技術(shù)手段，液壓技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。與其他傳動控制技術(shù)相比，液壓技術(shù)具有能量密度高﹑配置靈活方便﹑調(diào)速范圍大﹑工作平穩(wěn)且快速性好﹑易于控制并過載保護(hù)﹑易于實現(xiàn)自動化和機(jī)電液一體化整合﹑系統(tǒng)設(shè)計制造和使用維護(hù)方便等多種顯著的技術(shù)優(yōu)勢，因而使其成為現(xiàn)代機(jī)械工程的基本技術(shù)構(gòu)成和現(xiàn)代控制工程的基本技術(shù)要素。 液壓壓力機(jī)是壓縮成型和壓注成型的主要設(shè)備，適用于可塑性材料的壓制工藝。如沖壓、彎曲、翻邊、薄板拉伸等。也可以從事校正、壓裝、砂輪成型、冷擠金屬零件成型、塑料制品及粉末制品的壓制成型。本文根據(jù)小型壓力機(jī)的用途﹑特點和要求，利用液壓傳動的基本原理，擬定出合理的液壓系統(tǒng)圖，再

12、經(jīng)過必要的計算來確定液壓系統(tǒng)的參數(shù)，然后按照這些參數(shù)來選用液壓元件的規(guī)格和進(jìn)行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。小型壓力機(jī)的液壓系統(tǒng)呈長方形布置，外形新穎美觀，動力系統(tǒng)采用液壓系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、動作靈敏可靠。 1.2 液壓系統(tǒng)的工作要求 液壓機(jī)的滑臺的上下運(yùn)動擬采用液壓傳動，要求通過電液控制實現(xiàn)的工作循環(huán)如圖1-1：快速空程下行慢速加壓保壓快速回程停止。壓制力為2000000N，運(yùn)動部件總重為20000N，快速往返速度為3m/min，加壓速度為40-250mm/min，要求采用液壓方式實現(xiàn)運(yùn)動部件的平衡；不考慮各種損失。 圖 1-1 1.3 負(fù)載分析和運(yùn)動分析 1.3.1 確定執(zhí)行元件的形

13、式 液壓機(jī)為立式布置，滑塊做上下直線往復(fù)運(yùn)動，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），作為執(zhí)行元件驅(qū)動滑塊進(jìn)行壓制作業(yè)。 1.3.2 進(jìn)行負(fù)載分析和運(yùn)動分析 根據(jù)已知參數(shù)對液壓缸各工況外負(fù)載進(jìn)行計算，其計算結(jié)果如表 1-1所列。 表 1-1 工況 計算公式 外負(fù)載/N 說明 快速下降 啟動加速 500 ① ；為下行平均加速度，； ②由于忽略滑塊導(dǎo)軌摩擦力，故快速下滑時為負(fù)載為0； ③壓制時壓頭上的工作負(fù)載可分為兩個階段：初壓階段，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

14、規(guī)律近似于線性，其行程為5mm； ④ ；為回程平均加速度，； ⑤取啟動、制動時間=0.2s 等速 — 0 慢速加壓 初壓 100000 終壓 2000000 快速返回 啟動 20500 等速 20000 制動 19500 參照文獻(xiàn)[6]，第六章6.4節(jié)板料折彎機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計計算。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/s。 根據(jù)已知參數(shù)，各工況持續(xù)時間近似計算結(jié)果見表1-2。 表1-2 工況 計算式 時間/s 說明 快速下行 慢速加壓分

15、兩個階段：初壓階段行程為15mm；終壓階段行程為5mm。 慢速 加壓 初壓 終壓 快速回程 利用上述數(shù)據(jù)，并在負(fù)載和速度過渡段做粗略的線性處理后便得到如圖1-2所示的液壓機(jī)液壓缸負(fù)載循環(huán)圖和速度循環(huán)圖。 圖1-2 1.3.3 確定系統(tǒng)主要參數(shù) 參考同類型液壓機(jī)，預(yù)選液壓缸的工作壓力，將液壓缸的無桿腔作為主工作腔，考慮到液壓缸下行時用液壓方式平衡，則可算出液壓缸無桿腔的有效面積： 液壓缸內(nèi)徑（活塞直徑）： 跟據(jù)參考文獻(xiàn)[6],表9-7，按國標(biāo)GB/T 2438—1993，將液壓缸內(nèi)徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，。 根據(jù)快速上升與快速下降的速度相等

16、，采用液壓缸差動連接來實現(xiàn)，從而確定活塞桿直徑，由，得： 跟據(jù)參考文獻(xiàn)[6],表9-8，按國標(biāo)GB/T 2438—1993，將活塞桿外徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，取d=250mm，從而算得液壓缸有桿腔與無桿腔的實際有效面積為： 液壓缸在工作循環(huán)中各階段的壓力流量計算如表1-3所列。 表 1-3 工作階段 計算公式 負(fù)載F/N 工作腔壓力p/Pa 輸入流量q / 快速 下行 啟動 500 5400 5086.8 305.2 恒速 0 0 — — 慢速 加壓 初壓 100000 406.9 24.4 終壓 200

17、0000 406.9→0 24.4→0 快速 回程 啟動 20500 — — 恒速 20000 5086.8 305.2 制動 19500 — 工作循環(huán)中各階段的功率計算如表1-4。 表1-4 快速下降（啟動）階段 快速下降（恒速）階段 慢速加壓（初壓）階段 慢速加壓（終壓）階段 當(dāng)t=1.125時，功率最大，約為7947W。 快速回程（啟動）階段 快速回程（恒速）階段 快速回程（制動）階段 1.4 制定基本方案，擬定液壓系統(tǒng)圖 考慮到液壓機(jī)工作時所需功率較大，故采

18、用容積調(diào)速方式。為滿足速度的有極變化，采用壓力補(bǔ)償變量液壓泵供油。及在快速下降時，液壓泵以全流量供油，在慢速加壓到保壓時，泵的流量逐到零。當(dāng)液壓缸反向回程時，泵的流量恢復(fù)到全流量。 液壓缸的運(yùn)動方向采用三位四通M型中位機(jī)能電液換向閥控制，如圖1-3所示，停機(jī)時換向閥處于中位，使液壓泵卸荷，快速下降時換向閥處于右位，快速上升時換向閥處于左位。 在三位四通電磁換向閥與液壓缸之間設(shè)置一個液控單向閥，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，見圖1-3。 圖1-3 見圖1-3，在液壓缸的進(jìn)油路，液控單向閥出油路上連接一個電接點

19、壓力表，設(shè)置電接點壓力表的上限、下限值，當(dāng)液壓缸的壓力達(dá)到限值時，利用電接點壓力發(fā)出的電信號來實現(xiàn)切換四通三位電磁換向閥，以實現(xiàn)自動保壓。 為實現(xiàn)壓頭的往返速度相等，需要有差動回路，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二位二通電磁閥。液壓缸快速下降時差動連接，快速上升時切斷差動連接。見圖1-4。 圖1-4 為防止壓頭在下降過程中由于自重而出現(xiàn)速度失控現(xiàn)象，在液壓缸有桿腔回油路上設(shè)置一個內(nèi)控單向順序閥，形成平衡回路，見圖1-5。 圖1-5 此外在泵的出口并聯(lián)一個溢流閥，用于系統(tǒng)的安全保護(hù)；泵出口并聯(lián)一個壓力表及其開關(guān)，以實現(xiàn)測壓；在液壓泵的出口串聯(lián)設(shè)置一

20、個單向閥，以防止液壓油倒灌，見圖1-6。 圖1-6 由于液壓缸的直徑大于250mm、壓力大于7MPa，其油腔在排油前就先泄壓，因此必須有泄壓回路。本系統(tǒng)采用蓄能器以實現(xiàn)降噪泄壓，其回路如圖1-7所示。回路首次工作時，利用液控單向閥保壓，泄壓時電磁鐵通電使換向閥切換至上位，液壓缸無桿腔與蓄能器突然連接，其保壓期間積聚的液體壓縮勢能大部分被蓄能器吸收，以降低泄壓時產(chǎn)生的巨大噪聲，液壓缸下行時電磁鐵通電切換至下位，液壓源向無桿腔充液時同時蓄能器向液壓缸釋放回收的液壓能，以實現(xiàn)節(jié)能作用。 圖1-7 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 1-8 所示 圖

21、1-8 1-油箱；2-過濾器；3-液壓泵； 4-單向閥；5-溢流閥；6-壓力表及其開關(guān)；7-三位四通電液換向閥；8-液控單向閥；9-平衡閥；10-二位二通電磁換向閥；11-電接點壓力表； 12-液壓缸；13-蓄能器 系統(tǒng)圖中個電磁閥的動作順序見表1-5。 表1-5 執(zhí)行其動作 電磁鐵 1YA 2YA 3YA 4YA 5YA 啟動 + - - + + 快速下行 + - - + - 慢速加壓 + - - + - 保壓 - - - - _ 快速回程 - + + - + 停止 - - - - _ 自動補(bǔ)油

22、保壓時，電接點壓力表控制的電磁閥動作順序見表1-6。 表1-6 電接點壓力表 電磁鐵 1YA 2YA 3YA 4YA 5YA 壓力達(dá)到上限值時 - - - - - 壓力達(dá)到下限值時 + - - - - 第2章 液壓元件參數(shù)計算與選擇 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 根據(jù)第1章1.3節(jié)的內(nèi)容，已知液壓缸的最大工作負(fù)載為2000000N，液壓缸工作壓力為21.6MPa，為高壓液壓系統(tǒng)。 2.1.2 確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 根據(jù)第1章1.3節(jié)的內(nèi)容，可知液壓缸內(nèi)

23、徑D=360mm，活塞桿外徑d=250mm，液壓缸無桿腔有效面積為，有桿腔有效面積為。 2.1.3 確定液壓缸的工作壓力、流量和功率 快速下降階段，見表1-3，表1-4，液壓缸工作壓力、流量和功率可知分別為：5400Pa、305.2L/min、27.5W。 慢速加壓階段，見表1-3，表1-4。 初壓階段：液壓缸工作壓力、流量和功率分別為1.08MPa、24.4L/min、5494W。 終壓階段：液壓缸工作壓力、流量和功率分別為21.6MPa、24.4L/min、最大功率7947W。 快速上升階段，見表1-3，表1-4。 液壓缸工作壓力、流量和功率分別為0.42MPa、305.

24、2L/min、2136W。 2.2 液壓泵及其驅(qū)動電動機(jī)的選擇 由表1-3 可知，液壓缸的工作壓力出現(xiàn)在終壓后即保壓階段開始時，。此時缸的輸入流量極小，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。算得泵的最高工作壓力為： 所需的液壓泵的最大供油量按液壓缸的最大輸入流量（305.2L/min）進(jìn)行估算。取泄漏系數(shù)K=1.1，則： 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： 根據(jù)以上計算結(jié)果查閱產(chǎn)品樣本，選用規(guī)格相近的250YCY14—1B壓力補(bǔ)償斜盤式軸向柱塞泵，其額定壓力，排量V=250m

25、l/r，額定轉(zhuǎn)速n=1500r/min，容積效率。其額定流量為： > 符合系統(tǒng)對流量的要求。 不計任何損失，液壓泵的最大理論功率即為液壓缸工作時所需的最大功率，見表1-4可知： 查手冊，選用規(guī)格相近的Y160M—4型封閉式三相異步電動機(jī)電機(jī)，其額定功率為11KW，同步轉(zhuǎn)速1500r/min，滿載轉(zhuǎn)速1460r/min。 按所選電動機(jī)轉(zhuǎn)速和液壓泵的排量，液壓泵的最大實際排量為： > 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，計算分析通過各液壓閥的最高壓力和最大流量,參見文獻(xiàn)[5]，表8-23威格士系列液壓閥。選擇的液壓閥如下表2-1。

26、 表2-1 元件名稱 技術(shù)規(guī)格 公稱壓力/MPa 通徑/mm 流量/（L/min） 單向閥 25 50 約900 溢流閥 25 50 約900 三位四通電液換向閥 25 50 約900 液控單向閥 25 50 約900 平衡閥 25 50 約900 二位三通電磁換向閥 25 50 約900 2.4 選擇壓力表 參見文獻(xiàn)[5]，表8-38，選擇的壓力表技術(shù)規(guī)格如下表2-2所示。 表2-2 系列名稱 型號 測量范圍/MPa Y系列壓力表 YN型耐振壓力表 0～60 YX型耐振電接點壓力表 0

27、～60 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)行計算。 管道內(nèi)徑及壁厚液壓管道的兩個主要參數(shù)，計算公式如下。 式中q—通過油管的最大流量，； —油管中允許流速，（取值見表2-3），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； n—安全系數(shù)（取值見表2-4）。 表2-3 油管中的允許流速 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 0.5～1.5 2.5～5 1.5～2.5 5～7 表2-4 安全系數(shù) 管內(nèi)最高

28、工作壓力/MPa <17.5 7～17.5 17.5 安全系數(shù) 8 6 4 ①對高壓油管取內(nèi)徑d=50mm，則： 符合油管中的允許流速。 管材為45鋼，其壁厚為: 取壁厚=10mm。 ②對吸油管取內(nèi)徑d=80mm，則： 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=5mm。 ③對回油管取內(nèi)徑d=60mm，則： 符合油管中的允許流速。 管材為45鋼，其管內(nèi)壓力最大時為0.43MPa，接近于零，取其壁厚=5mm。 2.6 蓄能器及過濾器的選擇 參見文獻(xiàn)[5],表8-29蓄能器及其技術(shù)規(guī)格。選用的蓄能器技術(shù)規(guī)格如

29、下表2-5： 表2-5 類型 壓力/MPa 容積/L 工作壓力 耐壓 HXQ型活塞式蓄能器 17 25.5 1～39 參見文獻(xiàn)[5],表8-30 油液過濾器的典型產(chǎn)品及其技術(shù)規(guī)格。選擇的過濾器規(guī)格如下表2-6。 表2-6 類型 額定壓力/MPa 流量/(L/min) 過濾精度/ NXJ箱內(nèi)吸油過濾器 <0.007（原始壓力損失） 25～1000 80～180 2.7 液壓系統(tǒng)驗算 前述液壓系統(tǒng)的初步設(shè)計是在某些估計參數(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)計完成以后，針對實際情況對設(shè)計進(jìn)行各項性能分析計算。其目的在于對系統(tǒng)的

30、設(shè)計質(zhì)量做出評價和評判，若出現(xiàn)問題，則應(yīng)對液壓系統(tǒng)某些不合理的設(shè)計進(jìn)行修正或重新調(diào)整，或重新采取必要的措施。性能驗算內(nèi)容一般包括壓力損失、效率、發(fā)熱和升溫、液壓沖擊等，對于重要的系統(tǒng)，還應(yīng)對其動態(tài)性能進(jìn)行驗算或計算機(jī)仿真。計算時只采用一些簡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)比較簡單，因此不必進(jìn)行液壓系統(tǒng)性能驗算。 第3章 液壓油缸的設(shè)計 3.1 引言 液壓缸有多種類型。按結(jié)構(gòu)特點可分為活塞式、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，使缸實現(xiàn)雙向運(yùn)動。

31、由于該系統(tǒng)自身的特點，液壓缸采用雙作用式活塞式液壓缸。 3.2液壓缸的設(shè)計計算 3.2.1缸筒和缸蓋組件 3.2.1.1 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，計算公式如下： 式中D—液壓缸內(nèi)經(jīng)，m； —液壓缸最大輸出流速，m/min； —油口流動速度，m/min，一般不大于5m/s。 油口連接螺紋尺寸見參考文獻(xiàn)[5]，表7-20。 對于無桿腔部位油口： 見參考文獻(xiàn)[5]，表7-20，選取M502的鏈接螺紋尺寸。 對于有桿腔部位油口： 見參考文獻(xiàn)[5]

32、，表7-20，選取M422的螺紋連接尺寸。 3.2.1.2確定缸筒和缸蓋的連接形式 有參考文獻(xiàn)[5]表4-5，居于本設(shè)計，缸筒和缸蓋的連接形式選用法蘭連接。 3.2.1.3選擇缸筒和缸蓋材料 缸筒選材：鑄鋼45

33、 前缸蓋選材：鑄鋼45 后缸蓋選材：鑄鋼45 3.2.1.4計算缸筒和缸蓋的結(jié)構(gòu)參數(shù) ①缸筒壁厚的計算 本次設(shè)計的液壓系統(tǒng)為高壓系統(tǒng)，因此按厚壁缸筒計算 式中p—液壓缸工作壓力，MPa； —試驗壓力，MPa，工作壓力p≤16MPa時，=1.5p；工作壓力≥16MPa時，=1.5p； D—液壓缸內(nèi)徑，m； —缸體材料許用應(yīng)力，MPa； 取鑄鋼=120Pa； ②缸筒外徑的計算 見參考文獻(xiàn)[5]表4-7 標(biāo)準(zhǔn)液壓缸的缸筒外徑系列，選取的液壓缸信息如下表2-2。 表2-2 產(chǎn)品系列代號 額定壓力 缸筒內(nèi)徑D/mm F型 25 360 缸筒外徑/mm

34、 450 ③缸底厚度h的計算 對于平型缸底當(dāng)缸底無油口時 當(dāng)缸底有油口時 式中—缸底材料許用應(yīng)力，MPa； ④液壓缸頭部法蘭厚度h的計算 因為在缸筒頭部有活塞桿導(dǎo)向孔，故其厚度的計算方法與缸底有所不同。對于常用的法蘭式缸頭，其厚度的計算方法如下。 式中 F—法蘭受力總和，N；，這里取F=2000000N。 d—密封環(huán)內(nèi)徑，m； —密封環(huán)外徑，m； q—附加密封壓力，Pa； —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； 3.2.1.4缸筒和缸蓋的連接

35、計算 缸筒和缸蓋采用螺栓連接時，缸筒螺紋處的拉應(yīng)力為： 螺紋處的切應(yīng)力： 合成應(yīng)力為： 式中 K—螺紋擰緊系數(shù)，靜載時K=1.25~1.5；動載時K=2.54； —螺紋內(nèi)摩擦系數(shù)，一般取=0.12； —螺紋外徑，m； —螺紋內(nèi)經(jīng)，m，一般采用普通螺紋時，=-1.0825t（t為螺紋螺距，m）； D—液壓缸內(nèi)經(jīng)，m； []—螺紋材料許用應(yīng)力，Pa； —螺紋材料屈服點，Pa； n—安全系數(shù)，通常取n=1.5~2.5； F—缸筒螺紋處所受的拉力，N； Z—螺栓數(shù)； 3

36、.3.1.5 缸筒與缸蓋的配合 本設(shè)計以參考文獻(xiàn)[5]，11.3.3 液壓缸液壓機(jī)（單桿雙作用活塞缸）裝配圖及零件圖為參照，進(jìn)行液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 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/g6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，對于運(yùn)動速度穩(wěn)定性要求較高的機(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)有多種形式常用的有如參考文獻(xiàn)[5]圖4-20所示的幾種結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)中采用參考文獻(xiàn)[5]圖4-

37、21所示的排氣閥，該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HRC38～44。 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 活塞機(jī)及活塞桿的常用連接形式見文獻(xiàn)[5],表4-10，根據(jù)工作壓力及活塞直徑、機(jī)械振動的大小，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229～285HB，必要時高頻淬火達(dá)到45～55HRC。 3.3.3 活塞及活塞桿的連接計算 活塞與活塞桿螺紋連接時，活塞桿危險截面處的拉應(yīng)力為： 螺紋處的切應(yīng)力為：

38、 合成應(yīng)力為： 式中 K—螺紋擰緊系數(shù)，靜載時K=1.25~1.5；動載時K=2.54； —螺紋內(nèi)摩擦系數(shù)，一般取=0.12； —螺紋外徑，m； —螺紋內(nèi)經(jīng)，m，一般采用普通螺紋時，=-1.0825t（t為螺紋螺距，m）； D—液壓缸內(nèi)經(jīng)，m； []—螺紋材料許用應(yīng)力，Pa； —螺紋材料屈服點，Pa； n—安全系數(shù)，通常取n=1.5~2.5； F—液壓缸輸出的拉力，N； 3.3.4 活塞與缸筒的密封結(jié)構(gòu) 活塞與缸筒之間既有相對運(yùn)動，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

39、及作用選擇Yx型密封圈進(jìn)行密封。見文獻(xiàn)[5]，表8-49孔用Yx形密封圈尺寸，表8-50Yx形孔用密封圈溝槽形式與尺寸；表8-52軸用Yx形密封圈尺寸，表8-53軸用Yx形密封圈溝槽尺寸。根據(jù)公稱直徑進(jìn)行選取。溝槽的公差選取為h9或H9。 3.3.5 活塞桿的結(jié)構(gòu) 液壓缸通常通過活塞桿的端部與其驅(qū)動機(jī)構(gòu)相連接。參見文獻(xiàn)[5]，表4-13常用活塞桿端部結(jié)構(gòu)形式，選用法蘭結(jié)構(gòu)形式。 3.3.6 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 3.3.7 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)，用以對活塞桿進(jìn)行導(dǎo)向，內(nèi)裝有密封

40、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時把雜質(zhì)、灰塵和水分帶到密封裝置處，損壞密封裝置。 3.3.6.1 導(dǎo)向套的尺寸配置與最小導(dǎo)向長度 導(dǎo)向套的主要尺寸時支承長度，通常按活塞桿直徑、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)載等因素來考慮。 導(dǎo)向套過短將使缸應(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)計時必須保證有一定的導(dǎo)向長度，一般液壓缸的最小導(dǎo)向長度應(yīng)滿足： L—液壓缸最大行程，mm； D—缸筒內(nèi)經(jīng)，mm； 其他尺寸見參考文獻(xiàn)[5]，表4-19導(dǎo)向套的尺寸配置與最小導(dǎo)向長度。其中導(dǎo)向面長度包括了導(dǎo)向套的長度與缸蓋厚

41、度部分，參見文獻(xiàn)[5]，11.3.3 液壓缸液壓機(jī)裝配圖及零件圖。取導(dǎo)向套長度為153mm，端蓋總厚度63mm，防塵圈溝槽寬度為16mm。導(dǎo)向面總長度為153+63-16=200mm>180mm，滿足要求。 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0.63～1.25。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，以保證良好潤滑。 3.3.6.2 活塞桿的密封和防塵 參見文獻(xiàn)[5]，表8-57活塞桿常用密封與防塵結(jié)構(gòu)，選用J型防塵圈。 3.3.8活塞 活塞在液體壓力

42、的作用下沿缸筒往復(fù)滑動，因此它于缸筒的配合應(yīng)適當(dāng)，即不能過緊，也不能間隙過大。設(shè)計活塞時，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。 活塞的結(jié)構(gòu)形式： 活塞的結(jié)構(gòu)形式分為整體活塞和組合活塞，根據(jù)密封裝置形式來選用活塞結(jié)構(gòu)形式，查參考文獻(xiàn)[5]表4-10、4-12與8-50，活塞及活塞桿的密封圈使用，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。 3.3.9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，同時也為了降低活塞在

43、改變運(yùn)動方向時液體發(fā)出的噪聲，使液壓系統(tǒng)速度換接平穩(wěn)，速度穩(wěn)定。 緩沖裝置的工作原理時使缸筒低壓油腔內(nèi)油液（全部或部分）通過節(jié)流把動能轉(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，一般不采用緩沖裝置；在0.2m/s時，則必須采用緩沖裝置。 本設(shè)計的液壓系統(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 缸體長度的確定 液壓缸的缸體內(nèi)部長度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和，缸體外形長度還要考慮到兩端端蓋的厚度，導(dǎo)向套寬度，一般液壓缸缸體長度不大于內(nèi)徑的20～30倍,即在本系統(tǒng)中缸體長度不大于72

44、000～10800mm。 參見文獻(xiàn)[5],表4-19。本系統(tǒng)中： 活塞行程L=200mm； 活塞寬度B=（0.6～1）D=216～360mm，其中D為液壓缸內(nèi)經(jīng)； 導(dǎo)向套滑動面的長度A=（0.6～1）D=216～360mm； 取活塞寬度B=216mm，導(dǎo)向套滑動面的長度A=216mm，液壓缸缸底厚度H=125mm，液壓缸缸蓋厚度H=75mm。 液壓缸缸體內(nèi)部長度為液壓缸行程長度、中隔圈寬度與活塞寬度之和，即： 200+50+216=466mm 液壓缸缸體外形長度為液壓缸內(nèi)部長度、導(dǎo)向套寬度與缸蓋厚度之和，即： 466+153+66+125=810mm 第4章 液壓油箱設(shè)計

45、 4.1 引言 液壓油箱簡稱油箱，它往往時一個功能組件，在液壓系統(tǒng)中主要用于儲存液壓油、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，油箱不應(yīng)該時一個容納污垢的場合，而要求在油箱中油液本身時達(dá)到一定清潔度等級的油液，并以這樣清潔的油液提供給液壓泵及整個液壓系統(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，其熱量主要通過油箱壁靠輻射和對流

46、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，又可分為開式油箱和閉式油箱。 因此本系統(tǒng)選用開式油箱。 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。 油箱的容量可用經(jīng)驗法或根據(jù)散熱加以確定，本符合JB/T 7938—1999 《液壓泵站油箱公稱容量系列》（見參考文獻(xiàn)[5]表7-21）的規(guī)定。 用經(jīng)驗法確定油箱的容量注意一下三種情況： ① 油箱的容量通常為液壓泵每分鐘排出體積額定值的3～5倍； ② 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； ③ 采用壓力補(bǔ)償壓力油

47、泵時，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)液壓泵為壓力補(bǔ)償變量液壓泵，其每分鐘輸出油液的流量為345L/min，根據(jù)情況③，參照文獻(xiàn)[5],表8-33標(biāo)準(zhǔn)油箱外形尺寸，選用公稱油箱容積為1000L的油箱，其外形尺寸參見文獻(xiàn)[5],表8-33。油箱的外形長、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 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，頂板厚度為側(cè)板的四倍，以免產(chǎn)生振動。 箱頂上一般要設(shè)置通氣器、注油口，通

48、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濾器。通氣過濾器的網(wǎng)眼應(yīng)小于250，過流量應(yīng)大于20L/min，過濾精度不小于40，其容量應(yīng)為液壓泵容量兩倍。 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)。 油箱箱頂與箱壁的連接細(xì)節(jié)見參考文獻(xiàn)[6]，圖7-67。 4.4.2 箱壁、清洗孔、吊耳（環(huán)）、液位計 當(dāng)箱頂與箱壁之間不可拆連接時，應(yīng)在箱壁上至少設(shè)置一個清洗孔。清洗孔的數(shù)量與位置應(yīng)便于用手清洗油箱所有內(nèi)表面。清洗口蓋板應(yīng)能由一個人拆裝。清洗孔蓋板應(yīng)配有可重復(fù)使用的彈性密封圈。 清洗孔蓋板法蘭蓋板細(xì)節(jié)可參見參考文獻(xiàn)[6]，圖7-66所示。 清

49、洗孔尺寸、法蘭蓋板及密封件的細(xì)節(jié)可參見參考文獻(xiàn)[6]，圖7-66，表7-20。 為了便于油箱搬運(yùn)，應(yīng)在油箱四角上方焊接吊耳，對于無支腳油箱應(yīng)設(shè)置起吊用孔。液位計一般設(shè)置在油箱外壁上，并靠近注油口，以便于注油時觀測液面。液位計的下刻線至少比吸油過濾器或吸油管上緣高出75mm，以防止吸入空氣。 4.4.3 箱底、放油塞、支腳 應(yīng)在箱底設(shè)置放油塞（≥M181.5），以便于油箱清洗和油液更換。為此箱底應(yīng)朝清洗孔和放油塞傾斜，傾斜坡度通常為1/25～1/20，這樣就可以使沉積物（油泥和水）聚集到油箱中的最低點。 為了便于放油和搬運(yùn)，應(yīng)把油箱架起來，油箱至少離地150mm。但本設(shè)計選用無支腳油箱，

50、因此不設(shè)置支腳。 4.4.4 隔板和除氣網(wǎng) 油箱中，尤其是在油液容量超過100L的油箱中應(yīng)設(shè)置隔板。隔板要把系統(tǒng)吸油區(qū)和回油區(qū)隔開，并盡可能使油液在油箱內(nèi)沿油箱壁環(huán)流。 隔板缺口處要有足夠大的過流面積，使環(huán)流速度為0.3～0.6m/s。隔板結(jié)構(gòu)見參考文獻(xiàn)[6]，圖7-70 。溢流式隔板的高度不應(yīng)低于液面高度的2/3；隔板下應(yīng)有缺口，使吸油側(cè)的沉淀物經(jīng)此缺口以至回油側(cè)，并經(jīng)放油口排出。油箱結(jié)構(gòu)參見參考文獻(xiàn)[5]，表8—33不帶支腳矩形油箱。 為了有助于油液中的氣泡浮出液面，可在油箱設(shè)置除氣網(wǎng)。除氣網(wǎng)用網(wǎng)眼直徑為0.5mm的金屬網(wǎng)制作，并傾斜～布置。如果隔板與油箱內(nèi)表面之間采用焊接方式連

51、接，則焊縫應(yīng)焊滿。 4.4.5 管路的配置 1）吸油管和回油管 液壓泵的吸油管和回油管要分別進(jìn)入由隔板隔開的吸油區(qū)和回油區(qū)，管端應(yīng)加工成朝向箱壁的斜口。管口上緣至少至少應(yīng)低于最低液面75mm，管口下緣至少離箱底最高點50mm。 2）穿孔的密封 油管常從箱頂或箱壁穿過進(jìn)入油箱，穿孔處要妥為密封。最好在接口處焊接高出箱頂20mm的凸臺，以免維修時污物落入油箱。 結(jié)束語 畢業(yè)設(shè)計是在完成了三年的專業(yè)課學(xué)習(xí)，并進(jìn)行了大量生產(chǎn)實習(xí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的最后的一個教學(xué)環(huán)節(jié)。此次設(shè)計中雖然遇到了不少問題，但在老師的指導(dǎo)下，經(jīng)過

52、了幾個月的努力，初步達(dá)到了預(yù)想的成功，并在設(shè)計過程中注重了以下幾個方面的學(xué)習(xí)： （1）綜合運(yùn)用液壓傳動課程及其它有關(guān)已修課程的理論知識和生產(chǎn)實際知識，進(jìn)行液壓傳動設(shè)計實踐，使理論知識和生產(chǎn)實際知識密切地結(jié)合起來，從而使這些知識得到進(jìn)一步的鞏固、加深和擴(kuò)展。 （2）在設(shè)計實踐中學(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法，培養(yǎng)設(shè)計技能，提高分析問題和解決生產(chǎn)實際問題的能力，為今后的設(shè)計工作打下初步基礎(chǔ)。 （3）通過設(shè)計，初步具備了設(shè)計簡單液壓系統(tǒng)的能力，同時也提高了自己查閱和運(yùn)用有關(guān)手冊、圖表，運(yùn)用AutoCAD等軟件及編寫技術(shù)文件的技能，是很重要的一次實踐環(huán)節(jié)。

53、 此次設(shè)計除了考察我們專業(yè)課的能力之外，還培養(yǎng)了我們發(fā)現(xiàn)問題、分析問題并解決問題的能力，為即將離開母?！貞c交通大學(xué)，以后的工作奠定了良好的基礎(chǔ)，更是對我們四年來專業(yè)課學(xué)習(xí)的一個良好的總結(jié)。 由于能力所限，經(jīng)驗不足，設(shè)計中肯定有很多不足之處，希望各位老師多多加指導(dǎo)批評。 致謝 在畢業(yè)設(shè)計即將完成之際，我非常感謝學(xué)校給我們的這次機(jī)會，讓我們把在校的理論知識在實踐上很好的結(jié)合起來；提高了我們的動手能力，拓寬了我們的有關(guān)專業(yè)的知識。 首先感謝我們的指導(dǎo)老師，在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)和幫助下才完成了畢業(yè)設(shè)計和論文工作，指導(dǎo)老師認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度，嚴(yán)

54、謹(jǐn)治學(xué)的精神和深厚的理論水平都使本人受益匪淺，指導(dǎo)老師無論在理論上還是在實踐中，都給予了本人很大的幫助，對我們的畢業(yè)設(shè)計任務(wù)和說明書寫提出了許多建設(shè)性建議，特別是在我們的課題遇到困難時，他給了我們極大的鼓勵和幫助。 感謝母校——重慶交通大學(xué)的辛勤培育之恩！ 還要衷心感謝機(jī)電工程學(xué)院全體老師四年來對我的教誨，他們不僅使我的知識、能力得到提高，更重要的是教會了我怎樣提高自己的自學(xué)能力，怎樣去適應(yīng)社會。 愿母校明天更輝煌，全體老師身體健康、心想事成。 參考文獻(xiàn) [1] 周士昌主編．液壓系統(tǒng)設(shè)計圖集[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003。 [2] 雷天覺主編．新編液壓工程手冊[M]，上下冊．北京：北京理工大學(xué)出版社，2005。 [3] 機(jī)械工業(yè)部編．液壓元件產(chǎn)品樣本[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1985。 [4] 張仁杰編著．液壓缸的設(shè)計制造和維修[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1989。 [5] 張利平編著．液壓傳動設(shè)計指南[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.5。 [6] 張利平編著．液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.8。 [7] 張福玲，陳堯明編著．液壓與氣壓傳動（第2版）[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.1。