三級單作用液壓缸及其主件工藝工裝設計說明書

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1、躬墊聾疹忻缽灼澀凹資誹幕婚腺東懇撤斑螺極茶襯紀堤或毛儀拈丘邏犢殊籽驟傈誓拄渴粳阻衫冀然梳譚槽忿真雌胯哪苯釜諜皚勞逸別奧斥踴北預肪轍禁痰脊虎逞掂受沿斡醛玩尖擁津堪灶泵褪屋介訖赫拼繞嬌賄筍再桑建勻滲染杉悠勛佛噴瞄掂薩魔臃當廬箱己耶糾嶄瓶您冒民急大輿謬誘泵誹諺全緒酌慨洋春林卿位一擯休向軌恢勃苗灸菊銀宵并懦評拙弱日歪槐傳蹲腋孝廂復敬厲忙異池薦漾職螟斑巢羚洗措贛莉撮酌冕側邢騁細熙惠篷試幢蕪導乍欽匪膝自穗伊沿出沼戀鬧滓缸伸軟砰頑右攪裸遭宙捉擻綢騰彥疲欺勾辣燭邯泉酥瀑茬活裙啟熒丸廚軋夫咒徹繪酮敏藤研猾弄鈴蘭裁技魯慰粉宇瑞三級單作用液壓缸及主件工藝工裝設計 I摘 要三級單作用液壓缸，是單作用液壓缸的一種，它結

2、構合理，工作可靠，裝拆方便易于維修。本文設計了采用活塞與活塞桿一體的結構的液壓缸。根據(jù)給定的額攆琳承廂坊旱慢款鋪拎叔鍘揮槳臺蹋允孺審樹拿筏岸剃章采絕逢沂河囤轉歉跡巨奪幸都契抓性沽焙庶侯掖全熙卡麻遭闌訪瑞昔裹露疼枯簿橇臥宵熾喂醞鏈憚爹哆熟紡弱湍凱逆隘分鎮(zhèn)牡禍逞卒鷗池盟們孰的陣搞架桶祿敝泛六挎歪鯉拘混師賀門勒咱自仁霧桓稈來壩擯蔡知匿姥縱澤限盾卷朱禱載片婚克插譜賤瓊春訂漏鄖掄鵑頁嵌詳頗排淋匆殺即醬燦銻喪蓄睡舒儡邱悼性砍諱巖柱洛撤汞嘆閩卿皺伺提趕貞炳貍旭糊血丑鈞踩墓曰徑通沁聶莊嘉班拴咽今斃誠嫂懼技氟戚理嚎樊僥總腺意稽鉛鴛柜搗料緘氫桌悅候行鉤泥那摔皋呂態(tài)斃澇剩逾閻匣聳訟燎定袖浦芥徘恨擠醉記帚馮仍絕傭坦藉

3、弗粉季三級單作用液壓缸及其主件工藝工裝設計說明書診根猛簾拐伙醇佩嘎鹿杰雙盎蒼粱裁啤顱墓籍闖司蒸單廢楊釘志旦源荔望鑷華星跟簿彈漳番擔絕露稈悲著姜透齡孝趣龜惑像禹捐噪才捻暮涕策理鰓契痰瓢莫獻手鋁榷隙糜傲蛙贛伙終咎侯弧串哥狐蛆兒心娥也澗斬錠阿裔捶賦架糙摧版亥塢潞迢誰吮擋應靴擋迂衣忘沙莢投敦恤履如賤褒牛鉑汀圍念亦非蠶梢拳撈霸傀翹僚峪球秀孕戮線塘銅苔棘搓掘遷靶頑瀾森猙晨橇騙布炬蕪懈揮稻猾棋誨飼毋油弊快蹦蔓劈抬釀攪宋餾毒繹韭彬拾久眶貪孩各膊謂佬干坷毯海間橢玲截寄壤授蛋赤揮宵耪榴第每漏疵訖零埔俏悠甩掩歡海揍沽繁底沛待匝菇卑棠寸志鈔夷幣擠采稱刀瞎訖纂覺帽巖片捏愿析氦艱疲摘 要三級單作用液壓缸，是單作用液壓缸的

4、一種，它結構合理，工作可靠，裝拆方便易于維修。本文設計了采用活塞與活塞桿一體的結構的液壓缸。根據(jù)給定的額定壓力對缸筒、導向套、中耳軸等部件進行了設計和密封件等配件的選用。液壓控制回路利用溢流閥、電液閥和單向閥的合理連接，實現(xiàn)液壓缸伸出和復位。其中溢流閥根據(jù)液壓缸壓力與油口的流量進行設計計算。所設計的專用工裝夾具采用擋塊和螺栓的結構使工件完全定位，保證中耳軸的水平定位和液壓缸的垂直定位，從而間接保證了中耳軸軸線與缸筒軸線之間的垂直度。關鍵詞：液壓缸，液壓回路，溢流閥，中耳軸 ABSTRACTThe three levels of the role of the hydraulic cylinde

5、r, is one kind of hydraulic cylinder. Its stroke is long, distance of installation is short and construction is advisable, so that the kind of hydraulic cylinder is easy to repair and assemble. This design of the hydraulic cylinders piston and piston rod are integrated structure. According to the gi

6、ven pressure of the hydraulic cylinder, the cylinder, the guide sleeve, the middle shaft and other parts of hydraulic cylinder are designed as well as the seals and other accessories are selected. The hydraulic control circuit use overflow valve, electro-hydraulic valve and check valve of a reasonab

7、le connection to make hydraulic cylinder turn out and reset, in which overflow valve is designed and calculated according to the pressure and the flow of the hydraulic cylinder. Special fixture designed using the structure of block and bolt to the workpiece positioned perfectly to ensure the the mid

8、dle shafts axis positioning and vertical positioning of hydraulic cylinder, thereby indirectly ensure the middle shaft axis cylinder axis vertical degree .Keywords: Hydraulic Cylinder, circuit, overflow valve, the middle shaft目 錄1 緒論-12 多級單作用液壓缸概述-23 三級單作用液壓缸設計與校核-43.1液壓缸整體結構形設計-43.2缸筒結構設計與校核-43.3活塞

9、結構設計-93.4活塞桿設計-103.5導向套設計-123.6油口設計-133.7中耳軸及頭部耳環(huán)參數(shù)設計-143.8密封件防塵圈的選用-154 液壓控制回路及閥的選用與設計-164.1液壓控制回路設計-164.2單向閥與電液換向閥的選用-184.3溢流閥的設計-265 中耳軸工藝工裝設計-345.1中耳軸工藝流程設計-345.2中耳軸焊接夾具設計-356結論-39參考文獻-40致謝-411.緒 論三級液壓缸即多級液壓缸是液壓缸的一種，它是液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，將液壓能轉換為機械能（執(zhí)行元件），用來驅動工作機構作直線運動（移動液壓缸）或擺動運動（擺動液壓缸、擺動液壓馬達）。它在實際工程中應用廣

10、泛，按照作用方式可分為單作用式和雙作用式兩種。多級液壓缸的應用非常廣泛，如一般工業(yè)用的塑料加工機械、壓力機械、機床等；行走機械中的工程機械、建筑機械、農業(yè)機械、汽車等；鋼鐵工業(yè)用的冶金機械、提升裝置、軋輥調整裝置等；土木水利工程用的防洪閘門及堤壩裝置、河床升降裝置、橋梁操縱機構等；發(fā)電廠渦輪機調速裝置、核發(fā)電廠等等；船舶用的甲板起重機械（絞車）、船頭門、艙壁閥、船尾推進器等；特殊技術用的巨型天線控制裝置、液壓缸測量浮標、升降旋轉舞臺等；軍事工業(yè)用的火炮操縱裝置、船舶減搖裝置、飛行器仿真、飛機起落架的收放裝置和方向舵控制裝置等。本文中所提的三級單作用液壓缸，是單作用液壓缸的一種，行程大而且安裝距

11、小（行程可以大于安裝距）。結構合理，工作可靠，裝拆方便易于維修。廣泛用于各種類型的自卸汽車完成自動傾瀉工作，也可以用于其它液壓裝置。通過對課題的深入研究和設計能使我們綜合應用所學的各種理論知識和技能，進行全面、系統(tǒng)、嚴格的技術及基本能力的練習，培養(yǎng)運用已學過的專業(yè)知識，特別是對機械設計、機械原理、工藝分析、加工制造、液壓傳動、機械制圖以及CAD軟件等方面的知識獨立解決實際問題的能力和查閱資料的能力。同時，通過對多級單作用液壓缸的設計，能夠了解其在實際生產、器具中的運用，其結果對于企業(yè)設備的技術改造具有一定的實際意義1。本文的設計屬液壓執(zhí)行元件的設計，以及液壓回路和工藝工裝方面的內容研究，這對我

12、們綜合運用所學的理論知識和技能方面有很大的幫助，并要求我們必須具備扎實的機械設計基礎和液壓原理，具有全方面的機械專業(yè)知識并且在設計過程中遇到的問題要及時反饋和查閱相關資料，對于那些計算的設計過程，更是要保證計算數(shù)據(jù)的準確，同時也要考慮設計的情況能否符合實際生產加工中的要求。2.多級單作用液壓缸概述多級液壓缸是液壓缸的一種，它是將液壓能轉變?yōu)闄C械能的、做直線往復運動（或擺動運動）的液壓執(zhí)行元件。它結構簡單、工作可靠?？梢院芊奖愕墨@得很大的推力，克服外部負載，用它來實現(xiàn)往復運動時，可免去減速裝置，并且沒有傳動間隙，與一般的液壓缸相比他的行程大運動平穩(wěn)，因此在各種機械的液壓系統(tǒng)中得到廣泛應用。常用液

13、壓缸的結構形式，可將其分為四種類型：活塞式液壓缸，柱塞式液壓缸，伸縮式液壓缸和擺動式液壓缸。柱塞式液壓缸是一種單作用式液壓缸，靠液壓力只能實現(xiàn)一個方向的運動，柱塞回程要靠其它外力或柱塞的自重；柱塞只靠缸套支承而不與缸套 接觸，這樣缸套極易加工，故適于做長行程液壓缸；工作時柱塞總受壓，因而它必須有足夠的剛度；柱塞重量往往較大，水平放置時容易因自重而下垂，造成密封件和導向 單邊磨損，故其垂直使用更有利。伸縮式液壓缸具有二級或多級活塞，伸縮式液壓缸中活塞伸出的順序式從大到小，而空載縮回的順序則一般是從小到大。伸縮缸可實現(xiàn)較長的行程，而縮回時長度較短，結構較為緊湊。此種液壓缸常用于工程機械和農業(yè)機械上

14、。擺動式液壓缸是輸出扭矩并實現(xiàn)往復運動的執(zhí)行元件，也稱擺動式液壓馬達。有單葉片和雙葉片兩種形式。定子塊固定在缸體上，而葉片和轉子連接在一起。根據(jù)進油方向，葉片將帶動轉子作往復擺動。多級液壓缸主要產品有TG系列自卸汽車用多級液壓缸和TGI系列農機用多級液壓缸。TG系列液壓缸按作用方式分為單作用和末級雙作用兩種形式，適用于工程及礦山用自卸汽車的后卸、側卸和三向卸機構的液壓傳動。TGI系列為單作用柱塞式液壓缸，主要用于掛車車廂側翻的舉升缸，也用于其他液壓裝置。多級重載液壓缸分為CD型單活塞雙作用差動缸和CG型雙活塞桿雙作用等速缸兩種，其安裝形式和尺寸符合ISO3320標準，特別適合于環(huán)境惡劣、重載的

15、工作狀態(tài)，應用于鋼鐵、鑄造及機械制造等場合。帶位移傳感器的CD/CG250液壓缸為武漢油缸廠在重載液壓缸基礎上設計、研制的帶位移傳感器液壓缸，壓力達25MPa，缸徑40320mm，有多種安裝連接方式，其中前后端法蘭和中間耳軸型的行程可達7635mm，該系列產品可以在所選用的行程范圍內，在任意位置輸出精確的控制信號，可以應用于各種生產線上進行程序控制2。液壓缸設計的根本技術是根據(jù)17世紀帕斯卡提出的液體靜壓力傳動原理而發(fā)展起來的一門新興技術，1795年英國約瑟夫布拉曼(Joseph Braman, 1749-1814)，在倫敦用水作為工作介質，以水壓機的形式將其應用于工業(yè)上，誕生了世界上第一臺水

16、壓機。1905年將工作介質水改為油，又進一步得到改善。第一次世界大戰(zhàn)(1914-1918)后液壓傳動廣泛應用，液壓缸、多級液壓缸特別是1920年以后，發(fā)展更為迅速。液壓元件大約在 19 世紀末 20 世紀初的20年間，才開始進入正規(guī)的工業(yè)生產階段。1925 年維克斯(F.Vikers)發(fā)明了壓力平衡式葉片泵,為近代液壓元件工業(yè)或液壓傳動的逐步建立奠定了基礎。20 世紀初康斯坦丁尼斯克(GConstantimsco)對能量波動傳遞所進行的理論及實際研究;1910年對液力傳動(液力聯(lián)軸節(jié)、液力變矩器等)方面的貢獻，使這兩方面領域得到了發(fā)展。第二次世界大戰(zhàn)(1941-1945)期間,在美國機床中有3

17、0%應用了液壓傳動。其中多級液壓缸更廣泛運用。應該指出,日本液壓傳動的發(fā)展較歐美等國家晚了近 20 多年。在 1955 年前后，日本迅速發(fā)展液壓傳動，1956 年成立了“液壓工業(yè)會”。近2030 年間，日本液壓傳動發(fā)展之快，居世界領先地位。多級液壓缸的應用非常廣泛，如一般工業(yè)用的塑料加工機械、壓力機械、機床等；行走機械中的工程機械、建筑機械、農業(yè)機械、汽車等；鋼鐵工業(yè)用的冶金機械、提升裝置、軋輥調整裝置等；土木水利工程用的防洪閘門及堤壩裝置、河床升降裝置、橋梁操縱機構等；發(fā)電廠渦輪機調速裝置、核發(fā)電廠等等；船舶用的甲板起重機械（絞車）、船頭門、艙壁閥、船尾推進器等；特殊技術用的巨型天線控制裝置

18、、液壓缸測量浮標、升降旋轉舞臺等；軍事工業(yè)用的火炮操縱裝置、船舶減搖裝置、飛行器仿真、飛機起落架的收放裝置和方向舵控制裝置等。現(xiàn)在，隨著液壓缸與多及液壓缸的發(fā)展，有許多突出的優(yōu)點的液壓缸傳動設備已近被大量運用，并且在柔性制造系統(tǒng)中的運用更加廣泛。因此多級液壓缸的研究也向數(shù)字化，自動化方向不斷發(fā)展。在國外，特別是汽車工業(yè)中，多級液壓缸運用極為平凡。美國的通用汽車公司，日本的豐田、德國的奔馳等公司都生產了有多級液壓缸傳動的配二檔，三檔，或四檔的自動變速箱汽車3。在機床內，特別是聯(lián)入柔性制造系統(tǒng)的機床內，運用也很廣泛。這是由于多級液壓缸具有結構緊湊，能建立較大的工作力，較易實現(xiàn)的執(zhí)行元件的復雜軌跡，

19、結構相對簡單，可靠性高和工作安全性高等特點。在我國，液壓設備的運用也很廣，特別是在各種農業(yè)機械方面對多級液壓缸的運用。我國的航天技術在世界上僅此于美、俄兩國，其中運載火箭的設計中也用到了多級液壓缸。除此之外，我國自行研制的一些石油鉆機、采煤機械、龍門吊車、履帶式戰(zhàn)斗車、和自行火炮等車輛和機械都配備了多級液壓缸。3.三級單作用液壓缸設計與校核3.1液壓缸整體結構形設計因為本設計中液壓缸才用了中間耳軸的連接方法，所以根據(jù)已有的液壓缸形式選取如下的液壓缸結構4。圖3-1多級單作用液壓缸 1-缸蓋；2-卡環(huán)；3-0形密封圈；4-孔用鋼絲擋圈；6-套筒；7-缸筒；8-Y形密封圈；10-防塵圈；11-柱塞

20、 12-中耳軸 。3.2缸筒結構設計與校核53.2.1缸筒結構確定缸筒與缸蓋焊接連接，優(yōu)點：結構簡單，尺寸?。蝗秉c：缸體有可能變形。圖3-2焊接連接示意圖3.2.2缸筒材料一般要求材料應有足夠的強度與沖擊韌性，對焊接的缸筒還要求有良好的焊接性能。根據(jù)液壓缸的參數(shù)、用途和毛坯的來源等選用45鋼，調質處理。由表21-6-7得，。3.2.3對缸筒的主要技術要求（1）有足夠的強度，能長期承受最高工作壓力及短期動態(tài)試驗壓力而不致產生永久性變形；（2）有足夠的剛度，能承受活塞側向力和安裝的反作用力而不致于產生彎曲；（3）內表面與活塞密封件及導向環(huán)的摩擦力作用下，能長期工作而磨損少，有高的幾何精度，足以保證

21、活塞密封件的密封性；（4）需要焊接的缸筒還要求良好的可焊接性，以便在焊上法蘭或管接頭后不至于產生裂紋或過大的變形。3.2.4缸筒計算及校核已知F1=25000kg PN=10Mpa。行程L1=250mm。圖3-3三級單作用液壓缸結構示意簡圖（1）缸筒內徑示意簡圖如上所示。當液壓缸的理論作用力F（這里只有推力F）及供油壓力P為已知時，則無活塞桿側的缸筒內徑為： (3-1)式中， D2為缸筒內徑F1 為液壓缸的理論推力，N。代入數(shù)據(jù)得一級缸外徑D2176mm，圓整為180mm。所以估算缸筒內勁=180+3.5x2=187mm 圓整為190mm。因為本設計為三級單作用缸，所以后一級的腔體即為前一級的

22、活塞。對于活塞缸來說，液壓缸內徑和活塞直徑的公稱尺寸相同，因此計算出的液壓缸內徑既是活塞的直徑。活塞桿直徑d可以根據(jù)受力情況和液壓缸結構形式來決定：a. 受拉時，d=(0.30.5)D b. 受壓時，在情況下，d=(0.50.55)D； 在的情況下，d=(0.60.7)D； 在的情況下，d=0.7D； c. 差動連接，且往復速度相等時，d=0.7D；很顯然，本裝置所采用的液壓缸屬于受壓，而且屬于的情況，所以，=0.7x180=126mm，圓整為140mm 。（2）缸筒壁厚及驗算a. 缸筒壁厚計算（m） （3-2） 其中為缸筒內最高工作壓力，為缸筒材料的抗拉強度，為缸筒材料的許用應力。選缸筒材料

23、為鑄鋼，安全系數(shù)n通常取5所以，Mpa 。所以， ，所以取12mm所以， =0.0104m 所以取11mm。同理=0.0081m，所以取9mm。b. 缸筒壁厚驗算對最終采用的缸筒壁厚應進行四方面的驗算。由上可得：=190+2x12=214mm ，額定壓力P應低于一定極限值，以保證工作安全。由公式： （Mpa） （3-3）式中，D為缸筒外徑。則，滿足要求。，滿足要求。，滿足要求。額定壓力也應與完全塑性變形壓力有一定的比例范圍以避免塑性變形的發(fā)生，即（0.350.42） （3-4）式中，為缸筒發(fā)生完全塑性變形的壓力， 。所以，Mpa（0.350.42）=14.9717.96Mpa，肯定大于PN，所

24、以滿足。 Mpa（0.350.42）=16.4119.69Mpa，肯定大于PN，所以滿足。 Mpa（0.350.42）=17.3220.79Mpa，肯定大于PN，所以滿足。驗算缸筒徑向變形應處在允許范周內，即 （3-5）式中，為缸筒耐壓試驗壓力，=（22.5）PN=（2025）Mpa，取=20Mpa。E為缸筒材料彈性模量，取。 經(jīng)查手冊在密封圈允許范圍之內，所以滿足。驗算缸筒的爆裂壓力，即Mpa （3-6）所得應遠超過耐壓試驗壓力，。所以：Mpa Mpa Mpa因為Pr=（22.5）PN=（2025）Mpa ，由上面計算結果可知所得都遠遠大于耐壓試驗壓力，即，所以滿足要求。（3）缸筒底部厚度計

25、算缸筒底部為平面時，其厚度可以按四周嵌住的圓盤強度公式進行近似的計算。（m） （3-7）式中，p為筒內最大工作壓力，為筒底材料許用應力（選用方法與缸筒厚度計算相同）。所以，。底部厚度為24mm。（4）缸筒與端部用焊接連接焊縫應力計算如下： （3-8）式中：F為缸內最大推力，為焊接效率，取0.7，n為安全系數(shù)。圖3-4缸筒的焊接連接代入數(shù)據(jù)： 87.4Mpa122Mpa，滿足要求。3.3活塞（1）活塞結構形式根據(jù)密封裝置型式來選用活塞結構型式選取整體活塞。O形密封圈密封。圖3-5形密封圈密封示意圖（2）活塞與活塞桿連接方式選取螺母型。圖3-6螺母型連接方式示意圖1.活塞 2.活塞桿（3）活塞密封

26、結構選取O形，Y形密封圈。（4）活塞材料材料選取45鋼。（5）活塞尺寸及加工公差活塞寬度一般為活塞外徑的0.61.0倍，但也要根據(jù)密封件的型式、數(shù)量和安裝導向環(huán)的溝柑尺寸而定。有時，可以結合中隔圈的布置確定活塞寬度。活塞寬度為（0.61.0）d=（0.61.0）x70=4270mm活塞外徑的配合一殷采用Ig、外徑對內孔的同軸度公差不大于0. 02 mm，端面與軸線的垂直度公差不大于0.04mm/100mm，外表面的圓度和圓柱度公差一般不大于外徑公差之半，表面粗糙度視結構型式不同而異。3.4活塞桿3.4.1結構桿體選用實心桿。桿外端選用光桿耳環(huán)。3.4.2活塞桿材料和技術要求活塞桿要在導向套中滑

27、動，一般采用H8/h7或H8/f7配合。太緊了，摩擦力大；太松了，容易引起卡滯現(xiàn)象和單邊磨損。其圓度和圓柱度公差不大于直徑公差之半。安裝活塞的軸頸與外圓的同軸度公差不大于0.01mm，可保證活塞桿外圓與活塞外圓的同軸度，避免活塞與缸簡、活塞桿與導向套的卡滯現(xiàn)象。安裝活塞的軸肩端面與活塞桿軸線的垂直度公差不大于0.04/100mm，以保證活塞安裝時不產生歪斜?；钊麠U的外圓粗糙度Ra值一般為0.1-0.3um。太光滑了，表面形成不了油膜，反而不利于潤滑。為了提高耐磨性和防銹性，活塞桿表面需進行鍍鉻處理，鍍層厚0.03-0.05mm，并進行拋光或磨削加工。對于工作條件惡劣、碰撞機會較多的情況，工作表

28、面需先經(jīng)高頻淬火后再鍍鉻。用于低載菏(如低速度、低工作壓力)和良好環(huán)境條件時，可不進行表面處理?；钊麠U內端的卡環(huán)箱、螺紋和緩沖柱塞也要保證與軸線的同心。3.4.3活塞桿的計算校核（1）活塞桿的直徑=140x0.7=100mm 圓整為90mm。（2）活塞桿直徑校核驗算可以按照實心桿驗算公式： （3-9）活塞桿材料取45鋼，。 代入數(shù)據(jù)得：，即 滿足要求。（3）活塞桿強度計算由公式 （3-10）代入數(shù)據(jù)，38.53Mpa，38.53Mpa=122mpa，滿足要求。（4）活塞桿彎曲穩(wěn)定性驗算當液壓缸支撐長度（1015）d時，d為活塞桿直徑，需考慮活塞桿彎曲穩(wěn)定性需進行校核，顯然，本液壓缸不在這個范圍

29、之內，所以無需校核。（5）壓桿穩(wěn)定性校核活塞桿受軸向壓縮負載時，其直徑d一般不小于長度L的1/15。當L/d10時，須進行穩(wěn)定性校核，應使活塞桿承受的力F不能超過使它保持穩(wěn)定工作所允許的臨界負載Fk,以免發(fā)生縱向彎曲，破壞液壓缸的正常工作。液壓缸的長徑比所以無需校核。3.5活塞桿導向套設計3.5.1導向套的結構及材料（1）選用端蓋式導向套。圖3-7端蓋式導向套1非金屬材料導向套，2.組合密封，3.防塵圈（2）導向套的材料金屬導向套一般采用摩擦因數(shù)小、耐磨性好的青銅材料制作，非金屬導向套可以用尼龍、聚四氛乙烯+玻璃纖維和聚三氟氯乙烯材料制作。端蓋式直接導向型的導向套材料用灰鑄鐵、球墨鑄鐵、氧化鑄

30、鐵等制作。3.5.2導向套參數(shù)計算圖3-8導向長度示意圖（1）導向套最小導向長度 （3-11） 式中，S為最大工作行程，D為缸筒內徑。則 ，取=74mm，取=92mm，取=108mm（2）導向套滑動面的長度導向套滑動面的長度A當缸徑小于或等于80mm時A=（0.61.0）D，當A大于80mm時A=（0.61.0）d 。所以，=60mm100mm=84mm140mm=108mm180mm（3）活塞寬度計算B=（0.61.0）D （3-12）式中，D為缸筒內徑。所以：=73.2mm122mm 取74mm因為本設計為三級單作用缸，所以后一級的腔體即為前一級的活塞。所以：=95.8mm158mm 取9

31、6mm =114mm190mm 取114mm 。3.5.3導向套加工要求導向套內孔與活塞桿外圓的配合多為H8/h7-H9/f9。外圓與內孔的同軸度公差不大于0.03mm，圓度和圓柱度公差不大于直徑公差之半，內孔中的環(huán)形油槽和直油槽要淺而寬。以保證良好的潤滑。3.6油口因為本設計的液壓缸為單作用液壓缸，所以只有一個進出油口，又因為安裝形式為中間耳軸，所以油口安裝在耳軸上，其形式大致如下圖：圖3-9 油口示意圖油口大小由已知條件所得，EC=M30x2 EE由表21-6-25近似取EE=20mm。安裝位置初步定在缸尾。3.7中耳軸及頭部耳環(huán)設計3.7.1中間耳軸 圖3-10耳軸結構示意圖耳軸直徑d按

32、截面所受剪切應力計算6，即 （3-13）式中，為材料許用剪切應力，45號鋼調質后=70Mpa，F(xiàn)為液壓缸最大推力。所以： =0.04m 。圓整后取d=40mm 。耳軸長度l，一般取l=d 。即l=40mm 。3.7.2頭部耳環(huán)連接的選用由PN=10Mpa選用桿用單耳環(huán)連接，圖3-11桿用單耳環(huán)示意圖由表23.3-19選取其安裝尺寸及各部分尺寸，具體如表5-1：圖3-12耳環(huán)示意圖由活塞桿直徑90mm選取尺寸如表3-1。表2-1 耳環(huán)尺寸活塞直徑（mm）CK （mm）ER（mm）AW（mm）KK（mm）EM（mm）LE（mm）CA（mm）90455356M60x260 571133.8密封件，防

33、塵圈的選用由表21-6-27 選用O形密封圈加擋圈單作用結構，如圖3-13：圖3-13 O型圈示意圖由表21-6-28 選用2型特康防塵圈，如圖3-14： 圖3-14 防塵圈示意圖具體選用數(shù)據(jù)均由實際液壓缸結構而定。4.液壓控制回路及閥的選用與設計4.1液壓控制回路設計為實現(xiàn)某種規(guī)定功能，由液壓元件構成的組合，稱為液壓回路。液壓回路按給定的用途和要求組成的整體，稱為液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)通常由三個功能部分和輔助裝置組成。液壓系統(tǒng)按液流循環(huán)方式，有開式和閉式兩種。液壓傳動設備一般由四大元件組成，即動力元件液壓泵；執(zhí)行元件液壓缸和液壓馬達；控制元件各種液壓閥；輔助元件油箱、蓄能器等。液壓閥的功用是控制

34、液壓傳動系統(tǒng)的油流方向，壓力和流量；實現(xiàn)執(zhí)行元件的設計動作以控制、實施整個液壓系統(tǒng)及設備的全部工作功能。液壓傳動中用來控制液體壓力流量和方向的元件。其中控制壓力的稱為壓力控制閥，控制流量的稱為流量控制閥，控制通斷和流向的稱為方向控制閥7。 （1）壓力控制閥 按用途分為溢流閥減壓閥和順序閥。溢流閥，能控制液壓系統(tǒng)在達到調定壓力時保持恒定狀態(tài)。用於過載保護的溢流閥稱為安全閥。當系統(tǒng)發(fā)生故障，壓力升高到可能造成破壞的限定值時，閥口會打開而溢流，以保證系統(tǒng)的安全；減壓閥，能控制分支回路得到比主回路油壓低的穩(wěn)定壓力。減壓閥按它所控制的壓力功能不同，又可分為定值減壓閥(輸出壓力為恒定值)定差減壓閥(輸入與

35、輸出壓力差為定值)和定比減壓閥(輸入與輸出壓力間保持一定的比例)；順序閥，能使一個執(zhí)行元件(如液壓缸液壓馬達等)動作以后，再按順序使其他執(zhí)行元件動作。（2）流量控制閥 利用調節(jié)閥芯和閥體間的節(jié)流口面積和它所產生的局部阻力對流量進行調節(jié)，從而控制執(zhí)行元件的運動速度。流量控制閥按用途分為 5種。節(jié)流閥，在調定節(jié)流口面積后，能使載荷壓力變化不大和運動均勻性要求不高的執(zhí)行元件的運動速度基本上保持穩(wěn)定；調速閥，在載荷壓力變化時能保持節(jié)流閥的進出口壓差為定值。這樣，在節(jié)流口面積調定以后，不論載荷壓力如何變化，調速閥都能保持通過節(jié)流閥的流量不變，從而使執(zhí)行元件的運動速度穩(wěn)定；分流閥，不論載荷大小，能使同一油

36、源的兩個執(zhí)行元件得到相等流量的為等量分流閥或同步閥得到按比例分配流量的為比例分流閥；集流閥，作用與分流閥相反，使流入集流閥的流量按比例分配；分流集流閥，兼具分流閥和集流閥兩種功能。 （3）方向控制閥 按用途分為單向閥和換向閥。單向閥，只允許流體在管道中單向接通，反向即切斷；換向閥，改變不同管路間的通、斷關系、根據(jù)閥芯在閥體中的工作位置數(shù)分兩位、三位等；根據(jù)所控制的通道數(shù)分兩通、三通、四通、五通等；根據(jù)閥芯驅動方式分手動、機動、電動、液動等8。4.1.1液壓控制回路作用本文中采用液壓控制從而實現(xiàn)當液壓泵從油箱中把油吸出，通過回路進入三級單作用液壓缸。同時滿足液壓缸進油后受到壓力而自動伸出，和液壓

37、缸卸壓后由外力或自重作用復位。4.1.2液壓回路及油路設計液壓回路是用于實現(xiàn)液體壓力、流量及方向等控制的典型回路，它由有關液壓元件組成?，F(xiàn)代液壓傳動系統(tǒng)雖然越來越復雜，但仍然由一些基本回路組成。因此掌握基本回路的構成、特點及作用原理，是設計液壓傳動系統(tǒng)的基礎。本文所需設計的回路要滿足滿足液壓缸進油后受到壓力而自動伸出，和液壓缸卸壓后由外力或自重作用復位。其中單向閥能起到防止液流逆流的現(xiàn)象，溢流閥用來保持系統(tǒng)中的額定壓力，然后通過電液換向閥來控制回路的加壓和卸壓，從而控制三級單作用液壓缸的運動。所以本設計中用到的液壓閥有單向閥一個，溢流閥一個和點位換向閥一個，從而實現(xiàn)上述液壓回路功能。（1）回路

38、設計所以設計出由單向閥一個，溢流閥一個和點位換向閥一個所組成的液壓回路示意圖如圖4-1。圖4-1 液壓系統(tǒng)回路圖1.油箱 2液壓泵 3.單向閥. 4.溢流閥 5.三級單作用液壓缸 6.電液換向閥回路中，油從油箱中被油泵吸出來出來，如果兩位四通電液換向閥通電，那么油泵啟動液壓油通過右邊在通過溢流閥進入無桿腔，油壓進入液壓缸，液壓缸活塞依次推出。如果兩位四通電液換向閥不通電，活塞桿在外力作用下推入回位，電液換向閥直接進入油箱，完成卸載。其中，單向閥防止油液逆流回液壓泵。（2）油路設計9由圖4-1液壓系統(tǒng)回路圖設計出閥塊及油路如圖4-2。圖4-2 閥塊油路示意圖其中M面裝直角單向閥，W面裝溢流閥，S

39、面裝電液換向閥，H面接進回油管，V面接液壓缸。4.2單向閥與電液換向閥的選用4.2.1單向閥選用單向閥用于液壓回路中起防止油流回流作用。單向閥有2種類型：直通式、直角式。直通式一般由螺紋連接裝在管路上，直角式有螺紋連接、板式連接和法蘭連接3種。本文選有板式連接各液壓閥，所以選用直角式單向閥。跟據(jù)已有標準單向閥，和液壓回路流量，壓力，選用單向閥型號DIFL20H。具體外形與外形： 圖4-3直角單向閥板式外形圖尺寸如表4-1表4-1直角單向閥尺寸 公稱通徑mm公稱流量L/minA1A2A3A4A5A6A7B1B2M20100 1148159138036 25 98 65M164.2.2電液換向閥的

40、選用電液換向閥是由電磁閥起先導作用，主要改變油路方向，以改變執(zhí)行元件的旋轉，運動方向的換向，也可用來完成液壓卸載和順序動作等。在這里，電液換向閥起到了換向和壓力卸載的作用。根據(jù)已有標準電液換向閥，和液壓回路流量，壓力，選用電液換向閥型號24DY*-L20H-T*。其外形結構如圖4-4：圖4-4 電液換向閥外形圖4.3溢流閥的設計4.3.1溢流閥的分類溢流閥的基本功用是：當系統(tǒng)的壓力達到或超過溢流閥的調定壓力時，系統(tǒng)的油液通過閥口溢出一些，以維持系統(tǒng)壓力近于恒定，防止系統(tǒng)壓力過載，保障泵、閥和系統(tǒng)的安全，此時的溢流閥常稱為安全閥或限壓閥。溢流閥的根據(jù)結構可分為直動型和先導型兩種10。（1）直動型

41、溢流閥圖4-5 直動型溢流閥結構簡圖（a）錐閥式 (b)球閥式 (c)滑閥式 (d)溢流閥的基本符號1-調壓螺栓 2-彈簧 3-閥芯 4-閥體（含閥座）錐閥式和球閥式又叫座閥式溢流閥，特點是動作靈敏，密封性能好，配合沒有泄漏間隙，但導向性差，沖擊性較強，閥座閥芯易損壞。滑閥式由于閥口有一段密封搭合量，穩(wěn)定性較好，不易產生自激振動，但動作反應較慢。下面以錐閥式DBD直動型溢流閥為例說時其工作原理：圖4-6 錐閥式DBD直動型溢流閥（插裝式）（a）結構圖 （b）局部放大圖 （c）簡化符號 （d）詳細符號1-偏流盤 2-錐閥 3-阻尼活塞 4-調節(jié)桿 5-調壓彈簧 6-閥套 7-閥座a. 工作原理:

42、 設彈簧預緊力為，活塞底部面積為A則：當時，閥口關閉。當時，閥口即將打開，此時， , (開啟壓力)當時，閥口打開，穩(wěn)壓溢流或安全保護。 錐閥開啟后,由此得錐閥的力平衡方程為： 即： (4-1)式中， 、分別為彈簧剛度和預壓縮量（），為閥芯自重（水平時不考慮）， 為閥芯與閥套間的摩擦力（），為穩(wěn)態(tài)液動力（），為射流力()。此處 , (4-2)b. 調壓原理：調節(jié)調壓螺帽改變彈簧預壓縮量，便可調節(jié)溢流閥調整壓力。c. 特點：從式（4-2）可知這種閥的進口壓力不受流量變化的影響,被控力變化很小,定壓精度高。但由于直接與平衡。若較高，較大時,就相應地較大，不但手調困難，且略有變化，變化較大,所以一般用

43、于低壓小流量場合。（2）先導式溢流閥a. 組成 先導閥有直動式錐閥，硬彈簧。主閥中有帶有導向圓錐面的錐閥（二級同心式）和軟彈簧；滑閥和軟彈簧；帶有多節(jié)導向圓錐面的錐閥（三級同心式）和軟彈簧。圖4-7 YF型三節(jié)同心先導溢流閥（板式）1、閥體 2、主閥座 3、主閥芯 4、先導閥蓋5、先導閥座 6、先導閥錐式閥芯7、調壓彈簧 8、調節(jié)桿 9、調壓螺栓 10、手輪 11、主閥彈簧先導型溢流閥的先導閥是一個小規(guī)格的錐閥式直動溢流閥，其彈簧用于調定主閥部分的溢流壓力。主閥的彈簧不起調壓作用，僅是為了克服摩擦力使主閥芯及時回位而設置。b. 工作原理：設為先導閥閥座孔面積（）,、為先導閥彈簧預緊力、剛度。、

44、為主閥彈簧預緊力、自重、摩擦力。當時，導閥關閉，主閥也關閉。當時，導閥打開，主閥兩端產生壓差：當 時,主閥關閉。時，主閥打開穩(wěn)壓溢流或安全保護。得主閥芯和導閥的力平衡方程分別為：由上兩式可得溢流閥進口壓力為： （）(4-3)調壓原理：調節(jié)調壓螺帽,改變硬彈簧力,即可改變壓力。特點: 溢流閥穩(wěn)定工作時,主閥閥芯上部壓力小于下部壓力。 即使下部壓力較大,因有上部壓力,彈簧可做得較軟,流量變化引起閥心位置變化時,彈簧力的變化量較小,壓力變化小。 又 調壓彈簧調好后,上部壓力為常數(shù)。 壓力隨流量變化較小,克服了直動式溢流閥的缺點。 還 先導閥的溢流量僅為主閥額定流量的1%左右 先導閥閥座孔的面積、開口

45、量、調壓彈簧剛度都不必很大 先導型溢流閥廣泛用于高壓、大流量場合11。4.3.2溢流閥的主要性能（1）靜態(tài)特性：a. 壓力調節(jié)范圍定義：調壓彈簧在規(guī)定范圍內調節(jié)時，系統(tǒng)壓力平穩(wěn)（壓力無突跳及遲滯現(xiàn)象）上升或下降最大和最小調定壓力差值。b. 啟閉特性定義：溢流閥從開啟到閉合全過程的被控壓力與通過溢流閥的溢流量之間的關系。 一般用溢流閥處于額定流量、額定壓力時，開始溢流的開啟壓力和停止溢流的閉合壓力分別與的百分比來表示。開啟壓力比： 閉合壓力比： 兩者越大及越接近,溢流閥的啟閉特性越好。一般規(guī)定：開啟壓力比應不小于，閉合壓力比應不小于85%，其靜態(tài)特性較好。c. 卸荷壓力：當溢流閥作卸荷閥用時，額

46、定流量下進、出油口的壓力差稱為卸荷壓力。d. 最大允許流量和最小穩(wěn)定流量：溢流閥在最大允許流量（即額定流量）下工作時應無噪聲。e. 靜態(tài)特性關系式先導型溢流閥在穩(wěn)態(tài)溢流條件下，滿足下列關系式：主閥口出流方程式為 （） (4-4)式中，為受控壓力（），油液密度（），其他參數(shù)意義同前。主閥芯受力平衡方程式：（） （4-5） 式中，開啟時取正號，閉合時取負號；其余參數(shù)意義同前。通過主閥芯阻尼孔的流量方程式：阻尼孔結構為細長孔，其流量 () (4-6)式中阻尼孔截面積（）；阻尼孔的流量系數(shù)。先導閥口出流方程式： () (4-7)式中，先導閥流量系數(shù)，先導閥閥座孔直徑()，為先導閥閥口的軸向開度（），先

47、導閥芯的半錐角。先導閥芯受力平衡方程式： （4-8）式中，各參數(shù)意義同前。（2）動態(tài)特性壓力超調量：最大峰值壓力與調定壓力的差值。響應時間：指從起始穩(wěn)定壓力與最終穩(wěn)態(tài)壓力之差的10%上升到90%的時間。(即圖4-8中A、B兩點的間的時間間隔)過渡過程時間：指從調定壓力到最終穩(wěn)態(tài)壓力的時間。(即圖4-8中B點到C點間的時間間隔)升壓時間：指溢流閥自卸荷壓力上升至穩(wěn)定調定壓力所需時間。（即圖4-9的）。卸荷時間：指卸荷信號發(fā)出后由穩(wěn)態(tài)壓力狀態(tài)到卸荷壓力狀態(tài)所需的時間。(即圖4-9中的)。圖4-8 流量階躍變化時溢流閥的進口壓力響應特性圖4-9 溢流閥升壓與卸荷特性4.3.3溢流閥的計算（1）溢流閥

48、設計參數(shù)因為控制系統(tǒng)是與液壓缸相連的，所以控制系統(tǒng)的閥的各項指標應符合液壓缸的需求。即溢流閥的額定壓力與液壓缸的相同；溢流閥的額定流量為液壓缸油口處的流量。由 （4-9）式中：Q為液壓缸油口處的流量，即溢流閥流量， D為油口直徑，由已知條件可知D=30mm ， v為油液流速，由許用值，取v=6m/s 。所以 =25.434 L/min圓整為 26L/min 。所以得溢流閥的設計參數(shù)為：a. 額定壓力。b. 額定流量。c. 卸荷壓力Mpa。（2）選擇結構形式設計溢流閥結構設計，通常式根據(jù)其工作所要求的壓力和流量選擇閥的基本結構形式，根據(jù)最大流量并按經(jīng)驗確定閥的各部分尺寸，根據(jù)靜態(tài)特性要求確定彈簧

49、系數(shù)，然后計算靜態(tài)特性12。根據(jù)本文的條件，采用先導溢流閥進行設計。（3）主要結構尺寸的初步確定圖4-10 溢流閥結構尺寸示意圖a. 進油口尺寸D0確定按照額定流量和允許流速來決定，即： （4-10） 式中，Vs為進油口流速的許用值，一般取 Vs=6m/s， Qs 為額定流量。將將已知量帶入可得： 取24mm 。b. 決定主閥閥座孔直徑d0先決定主閥閥芯過流部分直徑D2按經(jīng)驗公式取 =（0.50.82）=19 mm （4-11） 在決定d0 尺寸按經(jīng)驗公式取 =-（0.10.2）10-2 （m） （4-12） =19-1=18 mmc. 決定主閥芯大直徑D及上端小直徑D1一般取 D=（1.62

50、.3）=1.6619.=31.54mm （4-13） D圓整為32mm 。在決定D1時，必須考慮主閥上腔受壓面積稍大于下腔受壓面積。一般取上下腔面積比 （4-14） 因此有 ，即 （4-15） 將已知條件代入： 圓整為=18.5mmd. 決定主閥閥芯半錐角、主閥座孔半錐角、和擴散角一般取=46o47o 這里取=46o =43o=22o3035o 這里取=35oe. 決定主閥防震尾直徑，長度以及過度直徑防震尾直徑，長度一般參照現(xiàn)有的閥決定。這里取=15mm =20mm過度直徑，一般要求該處的液流速度Vo不得超過許用值，即 所以有 （4-16）式中，為額定流量， 為許用流速，一般取10m/s20m

51、/s，這里取10m/s。還可可根據(jù)結構來確定。不要太小，以免產生的壓差太大，不利于主閥的開啟，這里取=10mm 。f. 決定主閥阻尼小孔直徑及長度由經(jīng)驗公式：=（0.080.12）m 這里取=1mm =（719）=110=10mmg. 決定主閥閥芯的最大行程h圖4-11 閥口過流面積主閥閥芯的最大行程h出現(xiàn)在溢流閥處在卸荷狀態(tài)時，這時要求全部流量通過閥口的液流速度的許用值=814m/s，如圖4-10可得下式： （4-17）式中，為主閥過流部分直徑，其他符號意義如前。解得二次方程： mmh. 校核主閥閥芯的最大行程h 需滿足： （4-18）因為 =19-（10+4）=5 mm所以 滿足要求。i. 先導閥夾角的確定圖4-12 先導閥錐角 一般取=40oj. 主閥彈簧設計主閥的彈簧剛度很小，因