畢業(yè)論文終稿-壓力機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（送全套CAD圖紙 資料打包）

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Transmission fluid is the liquid medium for the work carried out energy transfer and control of a transmission system.This paper using hydraulic transmission to the basic principle of drawing up a reasonable hydraulic system map ,and then after necessary calculation to determine the liquid pressure system parameters , Then according to the parameters to choose hydraulic components specification. To ensure the realization of the fast down, slow pressure, pressure maintaining, rapid return, stop work cycle. Key words: hydraulic machine, course design, hydraulic transmission system design. III目錄摘 要 .IAbstract.II1 前言 .11.1 液壓傳動(dòng)的發(fā)展概況 .11.2 液壓傳動(dòng)在機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用 .11.3 液壓機(jī)的發(fā)展及工藝特點(diǎn) .21.4 液壓系統(tǒng)的基本組成 .32 小型壓力機(jī)的液壓系統(tǒng)原理設(shè)計(jì) .12.1 小型壓力機(jī)的基本結(jié)構(gòu) .12.2 任務(wù)分析 .22.2.1 技術(shù)要求 .22.2.2 任務(wù)分析 .22.3 方案的確定 .32.3.1 變壓式節(jié)流調(diào)速回路 .32.3.2 容積調(diào)速回路 .32.4 工況分析 .43 液壓缸主要參數(shù)的確定 .63.1 液壓缸主要尺寸的確定 .63.2 活塞桿強(qiáng)度計(jì)算 .63.3 液壓缸活塞的推力及拉力計(jì)算 .73.4 活塞桿最大容許行程 .83.5 液壓缸內(nèi)徑及壁厚的確定 .93.5.1 液壓缸內(nèi)徑計(jì)算 .93.5.2 液壓缸壁厚計(jì)算 .93.6 液壓缸筒與缸底的連接計(jì)算 .103.7 缸體結(jié)構(gòu)材料設(shè)計(jì) .113.7.1 缸體端部連接結(jié)構(gòu) .113.7.2 缸體材料 .113.7.3 缸體技術(shù)條件 .113.8 活塞結(jié)構(gòu)材料設(shè)計(jì) .113.9 活塞桿結(jié)構(gòu)材料設(shè)計(jì) .133.10 活塞桿的導(dǎo)向、密封和防塵 .143.11 缸蓋的材料 .143.12 液壓缸各工作循環(huán)中各階段的功率 .154 液壓系統(tǒng)圖 .164.1 液壓系統(tǒng)圖分析 .164.2 液壓系統(tǒng)原理圖 .165 液壓元件的選擇 .185.1 液壓泵的選擇 .185.2 閥類(lèi)元件及輔助元件 .185.3 油箱的容積計(jì)算 .196 液壓系統(tǒng)性能的運(yùn)算 .20IV6.1 壓力損失和調(diào)定壓力的確定 .206.2 油液溫升的計(jì)算 .216.3 散熱量的計(jì)算 .22結(jié)論 .23致 謝 .24參考文獻(xiàn) .25VVIVIIVIII11 前言1.1 液壓傳動(dòng)的發(fā)展概況液壓傳動(dòng)和氣壓傳動(dòng)稱(chēng)為流體傳動(dòng)，是根據(jù) 17 世紀(jì)帕斯卡提出的液體靜壓力傳動(dòng)原理而發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興技術(shù)，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣為應(yīng)用的一門(mén)技術(shù)。如今，流體傳動(dòng)技術(shù)水平的高低已成為一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。第一個(gè)使用液壓原理的是 1795 年英國(guó)約瑟夫·布拉曼(Joseph Braman,1749-1814)，在倫敦用水作為工作介質(zhì),以水壓機(jī)的形式將其應(yīng)用于工業(yè)上,誕生了世界上第一臺(tái)水壓機(jī)。1905 年他又將工作介質(zhì)水改為油,進(jìn)一步得到改善。 我國(guó)的液壓工業(yè)開(kāi)始于 20 世紀(jì) 50 年代，液壓元件最初應(yīng)用于機(jī)床和鍛壓設(shè)備。60 年代獲得較大發(fā)展，已滲透到各個(gè)工業(yè)部門(mén)，在機(jī)床、工程機(jī)械、冶金、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車(chē)、船舶、航空、石油以及軍工等工業(yè)中都得到了普遍的應(yīng)用。當(dāng)前液壓技術(shù)正向高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、低能耗、長(zhǎng)壽命、高度集成化等方向發(fā)展。同時(shí)，新元件的應(yīng)用、系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)仿真和優(yōu)化、微機(jī)控制等工作，也取得了顯著成果。目前，我國(guó)的液壓件已從低壓到高壓形成系列，并生產(chǎn)出許多新型元件，如插裝式錐閥、電液比例閥、電液伺服閥、電業(yè)數(shù)字控制閥等。我國(guó)機(jī)械工業(yè)在認(rèn)真消化、推廣國(guó)外引進(jìn)的先進(jìn)液壓技術(shù)的同時(shí)，大力研制、開(kāi)發(fā)國(guó)產(chǎn)液壓件新產(chǎn)品，加強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量可靠性和新技術(shù)應(yīng)用的研究，積極采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，合理調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，對(duì)一些性能差而且不符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的液壓件產(chǎn)品，采用逐步淘汰的措施。由此可見(jiàn)，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，液壓技術(shù)將獲得進(jìn)一步發(fā)展，在各種機(jī)械設(shè)備上的應(yīng)用將更加廣泛。1.2 液壓傳動(dòng)在機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用機(jī)床工業(yè)磨床、銑床、刨床、拉床、壓力機(jī)、自動(dòng)機(jī)床、組合機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等工程機(jī)械挖掘機(jī)、裝載機(jī)、推土機(jī)等汽車(chē)工業(yè)自卸式汽車(chē)、平板車(chē)、高空作業(yè)車(chē)等農(nóng)業(yè)機(jī)械聯(lián)合收割機(jī)的控制系統(tǒng)、拖拉機(jī)的懸掛裝置等輕工機(jī)械打包機(jī)、注塑機(jī)、校直機(jī)、橡膠硫化機(jī)、造紙機(jī)等冶金機(jī)械電爐控制系統(tǒng)、軋鋼機(jī)控制系統(tǒng)等起重運(yùn)輸機(jī)械起重機(jī)、叉車(chē)、裝卸機(jī)械、液壓千斤頂?shù)?礦山機(jī)械開(kāi)采機(jī)、提升機(jī)、液壓支架等建筑機(jī)械打樁機(jī)、平地機(jī)等船舶港口機(jī)械起貨機(jī)、錨機(jī)、舵機(jī)等鑄造機(jī)械砂型壓實(shí)機(jī)、加料機(jī)、壓鑄機(jī)等本機(jī)器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。本機(jī)器具有獨(dú)立的動(dòng)力機(jī)構(gòu)和電氣系統(tǒng)。采用按鈕集中控制，可實(shí)現(xiàn)調(diào)整、手動(dòng)及半自動(dòng)三種操作方式。本機(jī)器的工作壓力、壓制速度、空載快速下行和減速的行程范圍均可根據(jù)工藝需要進(jìn)行調(diào)整，并能完成一般壓制工藝。此工藝又分定壓、定程兩種工藝動(dòng)作供選擇。定壓成型之工藝動(dòng)作在壓制后具有保壓、延時(shí)、自動(dòng)回程、延時(shí)自動(dòng)退回等動(dòng)作。 本機(jī)器主機(jī)呈長(zhǎng)方形，外形新穎美觀，動(dòng)力系統(tǒng)采用液壓系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、動(dòng)作靈敏可靠。該機(jī)并設(shè)有腳踏開(kāi)關(guān)，可實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)工藝動(dòng)作的循環(huán)。1.3 液壓機(jī)的發(fā)展及工藝特點(diǎn) 液壓機(jī)是制品成型生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的設(shè)備之一，自 19 世紀(jì)問(wèn)世以來(lái)發(fā)展很快，液壓機(jī)在工作中的廣泛適應(yīng)性，使其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)獲得了廣泛的應(yīng)用。由于液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)和整機(jī)結(jié)構(gòu)方面，已經(jīng)比較成熟，目前國(guó)內(nèi)外液壓機(jī)的發(fā)展不僅體現(xiàn)在控制系統(tǒng)方面，也主要表現(xiàn)在高速化、高效化、低能耗；機(jī)電液一體化，以充分合理利用機(jī)械和電子的先進(jìn)技術(shù)促進(jìn)整個(gè)液壓系統(tǒng)的完善；自動(dòng)化、智能化，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的自動(dòng)診斷和調(diào)整，具有故障預(yù)處理功能；液壓元件集成化、標(biāo)準(zhǔn)化，以有效防止泄露和污染等四個(gè)方面。作為液壓機(jī)兩大組成部分的主機(jī)和液壓系統(tǒng)，由于技術(shù)發(fā)展趨于成熟，國(guó)內(nèi)外機(jī)型無(wú)較大差距，主要差別在于加工工藝和安裝方面。良好的工藝使機(jī)器在過(guò)濾、冷卻及防止沖擊和振動(dòng)方面，有較明顯改善。在油路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，國(guó)內(nèi)外液壓機(jī)都趨向于集成化、封閉式設(shè)計(jì)，插裝閥、疊加閥和復(fù)合化元件及系統(tǒng)在液壓系統(tǒng)中得到較廣泛的應(yīng)用。特別是集成塊可以進(jìn)行專(zhuān)業(yè)化的生產(chǎn)，其質(zhì)量好、性能可靠而且設(shè)計(jì)的周期也比較短。近年來(lái)在集成塊基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新型液壓元件組成的回路也有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，它不需要另外的連接件其結(jié)構(gòu)更為緊湊，體積也相對(duì)更小，重量也更輕無(wú)需管件連接，從而消除了因油管、接頭引起的泄漏、振動(dòng)和噪聲。邏輯插裝閥具有體積小、重量輕、密封性能好、功率損失小、動(dòng)作速度快、易于集成的特點(diǎn)，從 70 年代初期開(kāi)始出現(xiàn)，至今已得到了很快的發(fā)展。我國(guó)從 1970 年開(kāi)始對(duì)這種閥進(jìn)行研究和生產(chǎn)，并已將其廣泛的應(yīng)用于冶金、鍛壓等設(shè)備上，顯示了很大的優(yōu)越性。液壓機(jī)工藝用途廣泛，適用于彎曲、翻邊、拉伸、成型和冷擠壓等沖壓工藝，壓力機(jī)是一種用靜壓來(lái)加工產(chǎn)品。適用于金屬粉末制品的壓制成型工藝和3非金屬材料，如塑料、玻璃鋼、絕緣材料和磨料制品的壓制成型工藝，也可適用于校正和壓裝等工藝。由于需要進(jìn)行多種工藝，液壓機(jī)具有如下的特點(diǎn)：（1） 工作臺(tái)較大，滑塊行程較長(zhǎng)，以滿(mǎn)足多種工藝的要求；（2） 有頂出裝置，以便于頂出工件；（3） 液壓機(jī)具有點(diǎn)動(dòng)、手動(dòng)和半自動(dòng)等工作方式，操作方便；（4） 液壓機(jī)具有保壓、延時(shí)和自動(dòng)回程的功能，并能進(jìn)行定壓成型和定程成型的操作，特別適合于金屬粉末和非金屬粉末的壓制；（5） 液壓機(jī)的工作壓力、壓制速度和行程范圍可隨意調(diào)節(jié)，靈活性大。1.4 液壓系統(tǒng)的基本組成 1）能源裝置液壓泵。它將動(dòng)力部分（電動(dòng)機(jī)或其它遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)）所輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓能，給系統(tǒng)提供壓力油液。2）執(zhí)行裝置液壓機(jī)（液壓缸、液壓馬達(dá)） 。通過(guò)它將液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，推動(dòng)負(fù)載做功。3）控制裝置液壓閥。通過(guò)它們的控制和調(diào)節(jié)，使液流的壓力、流速和方向得以改變，從而改變執(zhí)行元件的力（或力矩） 、速度和方向，根據(jù)控制功能的不同，液壓閥可分為村力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。壓力控制閥又分為益流閥(安全閥)、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等；流量控制閥包括節(jié)流閥、調(diào)整閥、分流集流閥等；方向控制閥包括單向閥、液控單向閥、梭閥、換向閥等。根據(jù)控制方式不同，液壓閥可分為開(kāi)關(guān)式控制閥、定值控制閥和比例控制閥。4）輔助裝置油箱、管路、蓄能器、濾油器、管接頭、壓力表開(kāi)關(guān)等.通過(guò)這些元件把系統(tǒng)聯(lián)接起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)各種工作循環(huán)。5）工作介質(zhì)液壓油。絕大多數(shù)液壓油采用礦物油，系統(tǒng)用它來(lái)傳遞能量或信息。12 小型壓力機(jī)的液壓系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)2.1 小型壓力機(jī)的基本結(jié)構(gòu)小型壓力機(jī)機(jī)身屬于四立柱機(jī)身。機(jī)身由上橫梁、下橫梁和四根立柱組成。液壓機(jī)的各個(gè)部件都安裝在機(jī)身上，其中上橫梁的中間孔安裝工作缸，下橫梁的中間孔安裝頂出缸，工作臺(tái)面上開(kāi)有開(kāi)有 T 型槽，用來(lái)安裝模具。活動(dòng)橫梁的四個(gè)角上的孔套裝在四立柱上，上方和工作缸活塞相連接，由其帶動(dòng)橫梁上下運(yùn)動(dòng)。機(jī)身在液壓機(jī)工作中承受全部的工作載荷。工作缸采用活塞式雙作用缸，當(dāng)壓力油進(jìn)入工作缸上腔，活塞帶動(dòng)橫梁向下運(yùn)動(dòng)，其速度慢，壓力大，當(dāng)壓力油進(jìn)入工作缸下腔，活塞向上運(yùn)動(dòng)，其速度較快，壓力較小，符合一般的慢速壓制、快速回程的工藝要求。活動(dòng)橫梁是立柱式液壓機(jī)的運(yùn)動(dòng)部件，位于液壓機(jī)機(jī)身的中間，中間圓孔和上橫梁的工作活塞桿連接，四角孔在工作活塞的帶動(dòng)下，靠立柱導(dǎo)向作上下運(yùn)動(dòng)，活動(dòng)橫梁的底面也開(kāi)有 T 型槽，用來(lái)安裝模具。在機(jī)身下部設(shè)有頂出缸，通過(guò)頂桿可以將成型后的塑件頂出。液壓機(jī)的動(dòng)力部分是高壓泵，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗?，向液壓機(jī)的工作缸和頂出缸提供高壓液體。圖 2.1：小型壓力機(jī)22.2 任務(wù)分析2.2.1 技術(shù)要求設(shè)計(jì)一小型油壓機(jī)的液壓系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)的工作循環(huán)是：快速下降壓制保壓快退原位停止。主要性能參數(shù)與性能要求如下：壓制時(shí)外負(fù)載FL=15000N；運(yùn)動(dòng)部件自重 G=6000N；快進(jìn)、快退速度 0.1m/s，工進(jìn)速度0.88×10-3m/s；快進(jìn)行程 L1=150mm，工進(jìn)行程 L2=50mm；往復(fù)運(yùn)動(dòng)的加速時(shí)間 t=0.2s；保壓時(shí)間 40s。2.2.2 任務(wù)分析根據(jù)重量為 6000N ，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)計(jì)液壓缸的啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)間為 =0.2s 。液壓機(jī)滑塊上下為直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)t動(dòng)，且行程較?。?00mm）,故可選單桿液壓缸作執(zhí)行器,且液壓缸的機(jī)械效率。因?yàn)橐簤簷C(jī)的工作循環(huán)為快速下降、慢速加壓、保壓、快速回程四0.9cm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?？爝M(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。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。32.3 方案的確定由液壓機(jī)的工作情況來(lái)看，其外負(fù)載和工作速度隨著時(shí)間是不斷變化的。所以設(shè)計(jì)液壓回路時(shí)必須滿(mǎn)足隨負(fù)載和執(zhí)行元件的速度不斷變化的要求。因此可以選用變壓式節(jié)流調(diào)速回路和容積式調(diào)速回路兩種方式。2.3.1 變壓式節(jié)流調(diào)速回路節(jié)流調(diào)速的工作原理，是通過(guò)改變回路中流量控制元件通流面積的大小來(lái)控制流入執(zhí)行元件或自執(zhí)行元件流出的流量來(lái)調(diào)節(jié)其速度。變壓式節(jié)流調(diào)速的工作壓力隨負(fù)載而變，節(jié)流閥調(diào)節(jié)排回油箱的流量，從而對(duì)流入液壓缸的的流量進(jìn)行控制。其缺點(diǎn)：液壓泵的損失對(duì)液壓缸的工作速度有很大的影響。其機(jī)械特性較軟，當(dāng)負(fù)載增大到某值時(shí)候，活塞會(huì)停止運(yùn)動(dòng)，低速時(shí)泵承載能力很差，變載下的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性都比較差，可使用比例閥、伺服閥等來(lái)調(diào)節(jié)其性能，但裝置復(fù)雜、價(jià)格較貴。優(yōu)點(diǎn)：在主油箱內(nèi)，節(jié)流損失和發(fā)熱量都比較小，且效率較高。宜在速度高、負(fù)載較大，負(fù)載變化不大、對(duì)平穩(wěn)性要求不高的場(chǎng)合。2.3.2 容積調(diào)速回路容積調(diào)速回路的工作原理是通過(guò)改變回路中變量泵或馬達(dá)的排量來(lái)改變執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度。優(yōu)點(diǎn)：在此回路中，液壓泵輸出的油液直接進(jìn)入執(zhí)行元件中，沒(méi)有溢流損失和節(jié)流損失，而且工作壓力隨負(fù)載的變化而變化，因此效率高、發(fā)熱量小。當(dāng)加大液壓缸的有效工作面積，減小泵的泄露，都可以提高回路的速度剛性。綜合以上兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較，泵缸開(kāi)式容積調(diào)速回路和變壓式節(jié)流調(diào)回路相比較，其速度剛性和承載能力都比較好，調(diào)速范圍也比較寬工作效率更高，發(fā)熱卻是最小的?？紤]到最大壓制力為 320000N，故選泵缸開(kāi)式容積調(diào)速回路。42.4 工況分析2.4.1 工作負(fù)載工作負(fù)載 Fe 液壓缸的常見(jiàn)工作負(fù)載有重力、切削力、擠壓力等。阻力負(fù)載為正，超越負(fù)載為負(fù)。 自重 G=6000N 壓制力 F=FL=15000N 2.4.2 摩擦負(fù)載假設(shè)靜摩擦系數(shù) fs=0.2，動(dòng)摩擦系數(shù) fd=0.10.160fdFN2.4.3 慣性負(fù)載慣性負(fù)載 Fi 慣性負(fù)載時(shí)運(yùn)動(dòng)部件在啟動(dòng)和制動(dòng)過(guò)程中的慣性力，其平均值可按下式計(jì)算 F i =G/g*v/t (N)式中 g=重力加速度， m/s 2，g=9.8m/s 2v=速度變化量， m/s2t=啟動(dòng)或制動(dòng)時(shí)間，s 一般機(jī)械 t =0.10.5s，2.4.4 自重G=mg=6000N2.4.5 液壓缸在各工作階段的負(fù)載值查液壓缸的機(jī)械效率 ，可計(jì)算出液壓缸在各工作階段的負(fù)載情0.9cm況，如下表表 1 所示：表 1 液壓缸各階段的負(fù)載情況工況 負(fù)載計(jì)算公式液壓缸負(fù)載 /FN液壓缸推力/N啟動(dòng) fjF 1200 1333.33加速 fdg 6600 7333.33快 fdF 600 666.66760.1()306.29.8gGvFNt5進(jìn)工進(jìn) fdLF 15600 17333.33快退 fd 600 666.6672.4.6 負(fù)載圖與速度圖的繪制根據(jù)工況負(fù)載和以知速度 和 及行程 S，可繪制負(fù)載圖和速度圖，如1v2下圖（圖 1、圖 2）所示：圖 1(負(fù)載圖)圖 2（速度圖）63 液壓缸主要參數(shù)的確定3.1 液壓缸主要尺寸的確定（1）工作壓力 P 的確定：工作壓力 P 可根據(jù)負(fù)載大小及機(jī)器的類(lèi)型，來(lái)初步確定由手冊(cè)查表取液壓缸工作壓力為 25MPa。將液壓缸的無(wú)桿腔作為主工作腔，考慮到缸下行時(shí)，滑塊自重采用液壓方式平衡，則可計(jì)算出液壓缸無(wú)桿腔的有效面積，取液壓缸的機(jī)械效率 cm=0.9。（2）計(jì)算液壓缸內(nèi)徑 D 和活塞桿直徑 d 由負(fù)載圖知最大負(fù)載工進(jìn) F 為 15600N，取 d/D=0.7=161502.9cmFAP4310D= =0.0297m=29.7mm14液壓氣動(dòng)系統(tǒng)及元件 缸內(nèi)徑及活塞桿外徑 標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)：GB/T 2348-1993表 GB/T 2348-1993 直徑系列直徑系列/mm(GB/T 2348-1993)4、5、6、8、10、12、16、18、20、22、25、28、32、36、40、45、50、56、63、70、80、90、100、110、125、140、160、180、200、220、250、280、320、360按 GB/T2348-1993，取標(biāo)準(zhǔn)值 D=32mmd=0.7D=22.4mm 取值 d=25mm由此求得液壓缸的實(shí)際有效工作面積則：無(wú)桿腔實(shí)際有效面積： = 803.841A24D2m有桿腔實(shí)際有效面積： = =313.2152d3.2 活塞桿強(qiáng)度計(jì)算活塞桿在穩(wěn)定工作下，如果僅受軸向拉力或壓力載荷時(shí)，便可以近似的采用直桿承受拉、壓載荷的簡(jiǎn)單強(qiáng)度計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，7活塞桿應(yīng)力 (3.5)24dP或 (3.6)式中 P活塞桿所受的軸向載荷d活塞桿直徑活塞桿制造材料的許用應(yīng)力根據(jù)以上公式可知切斷液壓缸3221560.7103.4Pd可見(jiàn)，活塞桿的強(qiáng)度均滿(mǎn)足要求。3.3 液壓缸活塞的推力及拉力計(jì)算液壓油作用在液壓缸活塞上的作用力 P，對(duì)于一般單邊活塞桿液壓缸來(lái)說(shuō)，當(dāng)活塞桿前進(jìn)時(shí)的推力：(3.7)1214pDAP當(dāng)活塞桿后退時(shí)的拉力：(3.8)122-d）（當(dāng)活塞桿差動(dòng)前進(jìn)時(shí)（即活塞的兩側(cè)同時(shí)進(jìn)壓力相同的壓力油）的推力：(3.9)122134-pAP）（式中 D活塞直徑（即液壓缸內(nèi)徑） cmd活塞桿直徑 cm-液壓缸的工作壓力1p表 11-133 為活塞桿直徑 d 采用速度比計(jì)算得出，不同液壓缸直徑 D 和壓力下液壓缸活塞上的推力 及拉力 數(shù)值。1 1P28圖 3.1 液壓缸活塞的受力3.4 活塞桿最大容許行程根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表 11-141 和表 11-142 即可以概略的求出液壓缸的最大容許行程。兩個(gè)液壓缸均采用如圖固定自由模式進(jìn)行安裝。圖 3.2 安裝型式簡(jiǎn)圖根據(jù)長(zhǎng)度公式 (3.12)Pdl205(3.13)ClS-可知切斷液壓缸活塞桿計(jì)算長(zhǎng)度 l 和實(shí)際行程 S 分別為= =52.54cmPdl20582109=52.54-6=46.5cmClS-鐓粗液壓缸活塞桿計(jì)算長(zhǎng)度 l 和實(shí)際行程 S 分別為93.5 液壓缸內(nèi)徑及壁厚的確定3.5.1 液壓缸內(nèi)徑計(jì)算當(dāng) P 和 p 已知，則液壓缸內(nèi)徑 D 可按公式得：(3.14)pP4式中 P活塞桿上的總作用力，Np液壓油的工作壓力，KN可知液壓缸的內(nèi)徑為 32mm, 3.5.2 液壓缸壁厚計(jì)算一般，低壓系統(tǒng)用的液壓缸都是薄壁缸，薄壁可用下式計(jì)算：(3.15)cmpD2式中， 缸壁厚度， mp液壓缸內(nèi)工作壓力，Pa剛體材料的許用應(yīng)力D液壓缸內(nèi)徑，cm當(dāng)額定壓力 Pn16MPA 時(shí)，Pp=Pn×150/100當(dāng)額定壓力 Pn16MPA 時(shí)，Pp=Pn×125/100(3.16)nb缸體材料的抗拉強(qiáng)度，Pabn安全系數(shù)，一般可取 n=5應(yīng)當(dāng)注意，當(dāng)計(jì)算出的液壓缸壁較薄時(shí)，要按結(jié)構(gòu)需要適當(dāng)加厚。因此，根據(jù)上述公式可得，液壓缸 106253410pDm10故切斷液壓缸的壁厚為 5mm。關(guān)于液壓缸的安全系數(shù)，在設(shè)計(jì)液壓缸時(shí)通常取 n=5。但是這在比較平穩(wěn)的工作條件下，強(qiáng)度有些余量；相反，假如工作條件為動(dòng)載荷或沖擊壓力超過(guò)超耐壓力時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)危險(xiǎn)狀態(tài)。因此合理的安全系數(shù)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際使用條件選取。3.6 液壓缸筒與缸底的連接計(jì)算缸體法蘭連接螺栓計(jì)算缸體與端部用法蘭連接或拉桿連接時(shí)，螺栓或拉桿的強(qiáng)度計(jì)算如下：圖 3.3 缸體聯(lián)接螺紋處的拉應(yīng)力(3.17)ZdKP214螺紋處的剪應(yīng)力(3.18)7.02.31dk合成應(yīng)力(3.19).2n式中 Z螺栓或拉桿的數(shù)量材料為 45 鋼時(shí)， =30s s113.7 缸體結(jié)構(gòu)材料設(shè)計(jì)3.7.1 缸體端部連接結(jié)構(gòu)采用簡(jiǎn)單的焊接形式，其特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，重量輕，使用廣泛。缸體焊接后可能變形，且內(nèi)徑不易加工。所以在加工時(shí)應(yīng)小心注意。主要用于活塞式液壓缸。3.7.2 缸體材料液壓缸缸體的常用材料為 20、35、45 號(hào)無(wú)縫鋼管。因 20 號(hào)鋼的機(jī)械性能略低，且不能調(diào)質(zhì)，應(yīng)用較少。當(dāng)缸筒與缸底、缸頭、管接頭或耳軸等件需要焊接時(shí)，則應(yīng)采用焊接性能比較號(hào)的 35 號(hào)鋼，粗加工后調(diào)質(zhì)。一般情況下，均采用 45 號(hào)鋼，并應(yīng)調(diào)質(zhì)到 241285HB。缸體毛坯可采用鍛鋼，鑄鐵或鑄鐵件。鑄剛可采用 ZG35B 等材料，鑄鐵可采用 HT200HT350 之間的幾個(gè)牌號(hào)或球墨鑄鐵。特殊情況可采用鋁合金等材料。3.7.3 缸體技術(shù)條件a. 缸體內(nèi)徑采用 H8、H9 配合。表面粗糙度：當(dāng)活塞采用橡膠密封圈時(shí)，Ra 為 0.10.4 ，當(dāng)活塞用活塞環(huán)密封時(shí)， Ra 為 0.20.4 。且均需衍磨。m mb. 熱處理：調(diào)質(zhì)，硬度 HB241285。c. 缸體內(nèi)徑 D 的圓度公差值可按 9、10 或 11 級(jí)精度選取，圓柱度公差值應(yīng)按 8 級(jí)精度選取。d. 缸體端面 T 的垂直度公差可按 7 級(jí)精度選取。e. 當(dāng)缸體與缸頭采用螺紋聯(lián)接時(shí)，螺紋應(yīng)取為 6 級(jí)精度的公制螺紋。f. 當(dāng)缸體帶有耳環(huán)或銷(xiāo)軸時(shí)，孔徑或軸徑的中心線(xiàn)對(duì)缸體內(nèi)孔軸線(xiàn)的垂直公差值應(yīng)按 9 級(jí)精度選取。g. 為了防止腐蝕和提高壽命，缸體內(nèi)表面應(yīng)鍍以厚度為 3040 的鉻層，m鍍后進(jìn)行衍磨或拋光。3.8 活塞結(jié)構(gòu)材料設(shè)計(jì)3.8.1 活塞與活塞桿的聯(lián)接型式表 3.1 活塞與活塞桿的聯(lián)接型式12聯(lián)接方式 備注說(shuō)明整體聯(lián)接 用于工作壓力較大而活塞直徑又較小的情況螺紋聯(lián)接 常用的聯(lián)接方式半環(huán)聯(lián)接 用于工作壓力、機(jī)械振動(dòng)較大的情況下這里采用螺紋聯(lián)接。3.8.2 活塞的密封活塞與缸體的密封結(jié)構(gòu)，隨工作壓力、環(huán)境溫度、介質(zhì)等條件的不同而不同。常用的密封結(jié)構(gòu)見(jiàn)下表表 3.2 常用的密封結(jié)構(gòu)密封形式 備注說(shuō)明間隙密封 用于低壓系統(tǒng)中的液壓缸活塞的密封活塞環(huán)密封 適用于溫度變化范圍大，要求摩擦力小、壽命長(zhǎng)的活塞密封O 型密封圈密封 密封性能好，摩擦系數(shù)?。话惭b空間小，廣泛用于固定密封和運(yùn)動(dòng)密封Y 型密封圈密封 用在 20MPa 下、往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度較高的液壓缸密封結(jié)合本設(shè)計(jì)所需要求，采用 O 型密封圈密封比較合適。3.8.3 活塞的材料液壓缸常用的活塞材料為耐磨鑄鐵、灰鑄鐵（HT300、HT350） 、鋼及鋁合金等，這里采用 45 號(hào)鋼。3.8.4 活塞的技術(shù)要求a. 活塞外徑 D 對(duì)內(nèi)孔 的徑向跳動(dòng)公差值，按 7、8 級(jí)精度選取。1db. 端面 T 對(duì)內(nèi)孔 軸線(xiàn)的垂直度公差值，應(yīng)按 7 級(jí)精度選取。c. 外徑 D 的圓柱度公差值，按 9、10 或 11 級(jí)精度選取。13圖 3.3 活塞3.9 活塞桿結(jié)構(gòu)材料設(shè)計(jì)3.9.1 端部結(jié)構(gòu)活塞桿的端部結(jié)構(gòu)分為外螺紋、內(nèi)螺紋、單耳環(huán)、雙耳環(huán)、球頭、柱銷(xiāo)等多種形式。根據(jù)本設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，為了便于拆卸維護(hù)，可選用內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)。3.9.2 端部尺寸如圖，為內(nèi)螺紋聯(lián)接簡(jiǎn)圖。查表 11-148，按照本設(shè)計(jì)要求，選用直徑 螺距-螺紋長(zhǎng)= 。3245KtA圖 3.2 螺紋聯(lián)接簡(jiǎn)圖3.9.3 活塞桿結(jié)構(gòu)活塞桿有實(shí)心和空心兩種，如下圖。實(shí)心活塞桿的材料為 35、45 號(hào)鋼；空心活塞桿材料為 35、45 號(hào)無(wú)縫鋼管。本設(shè)計(jì)采用實(shí)心活塞桿，選用 45 號(hào)鋼。圖 3.3 空心活塞桿 圖 3.4 實(shí)心活塞桿3.9.4 活塞桿的技術(shù)要求a. 活塞桿的熱處理：粗加工后調(diào)質(zhì)到硬度為 HB229285，必要時(shí)，再經(jīng)過(guò)高頻淬火，硬度達(dá) HRC4555。在這里只需調(diào)質(zhì)到 HB230 即可。14b. 活塞桿的圓度公差值，按 911 級(jí)精度選取。這里取 10 級(jí)精度。c. 活塞桿的圓柱度公差值，應(yīng)按 8 級(jí)精度選取。d. 活塞桿的徑向跳動(dòng)公差值，應(yīng)為 0.01mm。e. 端面 T 的垂直度公差值，則應(yīng)按 7 級(jí)精度選取。f. 活塞桿上的螺紋，一般應(yīng)按 6 級(jí)精度加工（如載荷較小，機(jī)械振動(dòng)也較小時(shí)，允許按 7 級(jí)或 8 級(jí)精度制造） 。g. 活塞桿上工作表面的粗糙度為 Ra0.63 , 為了防止腐蝕和提高壽命，m表面應(yīng)鍍以厚度約為 40 的鉻層，鍍后進(jìn)行衍磨或拋光。m3.10 活塞桿的導(dǎo)向、密封和防塵3.10.1 導(dǎo)向套a. 導(dǎo)向套的導(dǎo)向方式、結(jié)構(gòu)表 3.3 導(dǎo)向套的導(dǎo)向方式導(dǎo)向方式 備注說(shuō)明缸蓋導(dǎo)向減少零件數(shù)量，裝配簡(jiǎn)單，磨損相對(duì)較快管通導(dǎo)套 可利用壓力油潤(rùn)滑導(dǎo)向套，并使其處于密封狀態(tài)可拆導(dǎo)向套容易拆卸，便于維修。適用于工作條件惡劣、經(jīng)常更換導(dǎo)向套的場(chǎng)合球面導(dǎo)向套導(dǎo)向套自動(dòng)調(diào)整位置，磨損比較均勻本設(shè)計(jì)采用缸蓋導(dǎo)向。b. 導(dǎo)向套材料導(dǎo)向套的常用材料為鑄造青銅或耐磨鑄鐵。由于選用的是和缸蓋一體的導(dǎo)向套，所以材料和缸蓋也是相同的，都選用耐磨鑄鐵。c. 導(dǎo)向套的技術(shù)要求導(dǎo)向套的內(nèi)徑配合一般取為 H8/f9，其表面粗糙度則為 Ra0.631.25 。m3.10.2 活塞桿的密封與防塵這里仍采用 O 型密封圈，材料選擇薄鋼片組合防塵圈，防塵圈與活塞桿的配合可按 H9/f9 選取。薄鋼片厚度為 0.5mm。153.11 缸蓋的材料液壓缸的缸蓋可選用 35、45 號(hào)鍛鋼或 ZG35、ZG45 鑄鋼或HT200、HT300、HT350 鑄鐵等材料。在這里選擇 ZG45 鑄鋼。缸蓋按 9、10 或 11級(jí)精度選取。6.6 液壓缸的排氣裝置3.12 液壓缸各工作循環(huán)中各階段的功率根據(jù) Ppq 可得液壓缸在工作循環(huán)中各階段的功率，其結(jié)果如表 5 所示。表 5-2 液壓缸各工作循環(huán)中各階段的功率工作階段 工率 W快進(jìn) 452工進(jìn) 410快退 410按以上數(shù)據(jù)可繪制液壓缸的工況圖如圖 5-1 所示。圖 5-1 工況圖16174 液壓系統(tǒng)圖4.1 液壓系統(tǒng)圖分析（1）考慮到液壓機(jī)工作時(shí)所需功率較大，固采用變量泵的容積調(diào)速方式。（2）為了滿(mǎn)足速度的有極變化，采用壓力補(bǔ)償變量液壓泵供油，即在快速下降的時(shí)候，液壓泵以全流量供油。當(dāng)轉(zhuǎn)化成慢速加壓壓制時(shí)，泵的流量減小，最后流量為 0。（3）當(dāng)液壓缸反向回程時(shí)，泵的流量恢復(fù)為全流量供油。液壓缸的運(yùn)動(dòng)方向采用三位四通 M 型電磁換向閥和二位二通電磁換向閥控制。停機(jī)時(shí)三位四通換向閥處于中位，使液壓泵卸荷。（4）為了防止壓力頭在工作過(guò)程中因自重而出現(xiàn)自動(dòng)下降的現(xiàn)象，在液壓缸有桿腔回路上設(shè)置一個(gè)單向閥。（5）為了實(shí)現(xiàn)快速空程下行和慢速加壓，此液壓機(jī)液壓系統(tǒng)采用差動(dòng)連接的調(diào)速回路。（6）為了使液壓缸下降過(guò)程中壓力頭由于自重使下降速度越來(lái)越快，在三位四通換向閥處于左位時(shí)，回油路口應(yīng)設(shè)置一個(gè)順序閥作背壓閥使回油路有壓力而不至于使速度失控。（7）為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，在液壓缸的活塞桿運(yùn)動(dòng)方向上安裝了三個(gè)接近開(kāi)關(guān)，使液壓系統(tǒng)能夠自動(dòng)切換工作狀態(tài)。（8）為了使系統(tǒng)工作時(shí)壓力恒定，在泵的出口設(shè)置一個(gè)溢流閥，來(lái)調(diào)定系統(tǒng)壓力。 4.2 液壓系統(tǒng)原理圖綜上分析可得小型液壓機(jī)液壓系統(tǒng)原理如圖 6-1 所示。18圖 6-1 液壓機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖1-變量泵 2-溢流閥 3-油箱 4-單向閥 5-三位四通電磁換向閥 6-單向順序閥 7-液壓缸 8-過(guò)濾器 9-調(diào)速閥 10-二位二通電磁換向閥 195 液壓元件的選擇5.1 液壓泵的選擇由液壓缸的工況圖，可以看出液壓缸的最高工作壓力出現(xiàn)在加壓壓制階段時(shí)P19.78MPa ，此時(shí)液壓缸的輸入流量極小，且進(jìn)油路元件較少故泵到液壓缸的進(jìn)油壓力損失估計(jì)取為 =0.5MPa 。所以泵的最高工作壓力P=19.78+0.5=20.28MPa 。p液壓泵的最大供油量 按液壓缸最大輸入流量（98.96L/min）計(jì)算，取泄漏pq系數(shù) K=1.1,則 =108L/min。根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) ，選用 63YCY141B 壓力補(bǔ)償變量型軸向柱塞泵，其額定壓力 P=25MPa，排量為 V=80mL/r,當(dāng)轉(zhuǎn)速為 1500r/min。由于液壓缸在工進(jìn)時(shí)輸入功率最大，這時(shí)液壓缸的工作壓力為 20.28MPa，流量為 1.24L/min ,取泵的總效率 =0.85，則液壓泵的驅(qū)動(dòng)電機(jī)所要的功率=540W，qP根據(jù)此數(shù)據(jù)按 JB/T8680.1-1998，選取 Y2-711-4 型電動(dòng)機(jī)，其額定功率 P=550W ，額定轉(zhuǎn)速 n=1500r/min,按所選電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和液壓泵的排量，液壓泵最大理論流量 nV=120L/min ，大于計(jì)算所需的流量 108L/min，滿(mǎn)足使用要求。tq5.2 閥類(lèi)元件及輔助元件根據(jù)閥類(lèi)元件及輔助元件所在油路的最大工作壓力和通過(guò)該元件的最大實(shí)際流量可選出這些液壓元件的型號(hào)及規(guī)格，結(jié)果見(jiàn)表 7-1。表 7-1 液壓元件的型號(hào)及規(guī)格20序號(hào)元件名稱(chēng) 額定壓力/Pa排量ml/r 型號(hào)及規(guī)格 說(shuō)明1 變量泵 25 80 63YCY141B額定轉(zhuǎn)速3000r/min 驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率為 550W2 溢流閥 調(diào)壓25 12 C175 通徑 20mm3 三位四通換向閥 28 160 WEH10G 通徑 20mm4 順序閥最大工作壓力32MPa160 HCT06L15 調(diào)速閥 28 160 FBG-3-125-10max160/inqL(單向行程調(diào)速閥)6 單向閥開(kāi)啟0.15MPa最大 200 S20A220 通徑 20mm7 二位二通換向 閥 28 160 2WE10D10 通徑 20mm5.3 油箱的容積計(jì)算容量 V (單位為 L)計(jì)算按教材式(7-8) : ，由于液壓機(jī)是高壓系統(tǒng)，pqV。 所以油箱的容量： =692.72L 7 96.87V取 V700L216 液壓系統(tǒng)性能的運(yùn)算6.1 壓力損失和調(diào)定壓力的確定（1）進(jìn)油管中的壓力損失由上述計(jì)算可知，工進(jìn)時(shí)油液流動(dòng)速度較小，通過(guò)的流量為 1.24L/min,主要壓力損失為閥件兩端的壓降可以省略不計(jì)。快進(jìn)時(shí)液壓桿的速度=5.6m/min，此時(shí)油液在進(jìn)油管的速度1VV= =4.34m/s60125.09.83Aq1）沿程壓力損失：沿程壓力損失首先要判斷管中的流動(dòng)狀態(tài)，此系統(tǒng)采用 N32 號(hào)液壓油，室溫為 20 度時(shí) ，所以有42./ms=954.8<23204310.vdRe油液在管中的流動(dòng)狀態(tài)為層流，則阻力損失系數(shù)=0.079，若取進(jìn)油和回油的管路長(zhǎng)均為 4m，油液的密度為 =900e75 ，則進(jìn)油路上的沿程壓力損失為3/mKg=0.122MPa.234.90124079.32 vdlP2）局部壓力損失：局部壓力損失包括管道安裝和管接頭的壓力損失和通過(guò)液壓閥的局部壓力損失，由于管道安裝和管接頭的壓力損失一般取沿程壓力損失的 10%，而通過(guò)液壓閥的局部壓力損失則與通過(guò)閥的流量大小有關(guān)，若閥的額定流量和額定壓力損失分別為 ，則當(dāng)通過(guò)閥的流量為 q 時(shí)的閥的壓力損失 ，由rq和 rq算得 =0.19MPa 小于原估算值 0.5MPa,所以是2()rp21609.85.P安全的。則進(jìn)油路上的壓力總損失為： 0.122+0.0122+0.190.3242MPa1P（2）回油管路上的壓力損失：22快進(jìn)時(shí)回油路上的流量 50.47L/min，則回油管路中的速度12Aqv= =1.2m/s，601325.04723Aq由此可以計(jì)算出=360<2320，43.vdRe油液在管中的流動(dòng)狀態(tài)為層流，則阻力損失系數(shù)0.208,e75所以回油路上的沿程壓力損失為0.02MPa。2.19034208.3vdlP而通過(guò)液壓閥的局部壓力損失： 0.05MPa2647.5.P則回油路上的壓力總損失為： 0.02+0.002+0.05=0.072MPa2由上面的計(jì)算所得求出總的壓力損失：=0.36MPa21PAP這與估算值相符。6.2 油液溫升的計(jì)算在整個(gè)工作循環(huán)中，工進(jìn)和快進(jìn)快退所占的時(shí)間相差不大，所以，系統(tǒng)的發(fā)熱和油液溫升可用一個(gè)循環(huán)的情況來(lái)計(jì)算。（1）快進(jìn)時(shí)液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量快進(jìn)時(shí)液壓缸的有效功率為： 374WFvo泵的輸出功率為： = 524WpqPi 6085.1927.03因此快進(jìn)液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量為: =150WoiiH（2） 快退時(shí)液壓缸的發(fā)熱量23快退時(shí)液壓缸的有效功率為： =374WFvo泵的輸出功率為： = =485WpqPi 6085.1479.03快退時(shí)液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量為： =111WoiiPH（3）壓制時(shí)液壓缸的發(fā)熱量壓制時(shí)液壓缸的有效功率為： =378WFvo泵的輸出功率 = =481WpqPi6085.1247193因此壓制時(shí)液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量為： =103WoiiPH總的發(fā)熱量為:H