小型液壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

10級(jí)液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)l 重慶大學(xué)10級(jí)液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)（說明書）課題22：小型液壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué) 生：王晨懿 20102868組內(nèi)任務(wù)：繪制主油缸裝配圖，選定主缸零件和裝配小 組：倪穎臻（組長(zhǎng)）20102907 夏健 20102899李穗文 20102856周彥杰 20102876指導(dǎo)教師：黃國(guó)勤專業(yè)班級(jí)：2010級(jí)機(jī)械電子工程4班重慶大學(xué)機(jī)械學(xué)院二O一三年七月摘 要液壓機(jī)是一種以液體為工作介質(zhì)，根據(jù)帕斯卡原理制成的用于傳遞能量以實(shí)現(xiàn)各種工藝的機(jī)器。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各種壓力加工的。液壓機(jī)一般由本機(jī)（主機(jī)）、動(dòng)力系統(tǒng)及液壓系統(tǒng)三部分組成。而液壓系統(tǒng)則是以油液作為工作介質(zhì)，利用油液的壓力能并通過控制閥門等附件操縱液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作的整套裝置。一切工程領(lǐng)域，凡是有機(jī)械設(shè)備的場(chǎng)合，均可采用液壓技術(shù)。本說明書主要用于說明根據(jù)工作進(jìn)程和一些工作要求設(shè)計(jì)出的小型液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)，包含設(shè)計(jì)構(gòu)思，工作原理和過程分析，相關(guān)參數(shù)計(jì)算，元件選型和系統(tǒng)驗(yàn)算等，并以說明書、原理圖和主油缸裝配圖的方式將最終結(jié)果表現(xiàn)出來。關(guān)鍵詞：液壓機(jī)，元件選型，原理圖，裝配圖，液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)目 錄摘 要1、工況分析及大致方案的擬定11.1 引言（設(shè)計(jì)任務(wù)書）11.1.1課程設(shè)計(jì)的目的11.1.2課程設(shè)計(jì)題目11.1.3課程設(shè)計(jì)主要內(nèi)容11.1.4任務(wù)分配21.2 液壓機(jī)的工作特性21.3 負(fù)載分析和運(yùn)動(dòng)分析21.3.1 確定執(zhí)行元件的形式21.3.2 負(fù)載分析與運(yùn)動(dòng)分析21.4 擬定基本方案41.4.1系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)41.4.2系統(tǒng)工作過程62、部分液壓元件參數(shù)計(jì)算與選擇62.1 液壓泵及其驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇62.1.1確定液壓泵的最大工作壓力62.1.2確定泵的流量72.1.3選擇液壓泵的規(guī)格72.1.4確定液壓泵的驅(qū)動(dòng)功率，驅(qū)動(dòng)電機(jī)選型72.2 液壓控制閥的選擇82.3 確定管道尺寸92.4 確定液壓油箱容積93、液壓缸設(shè)計(jì)93.1 液壓缸的主要參數(shù)計(jì)算93.1.1 初選液壓缸的工作壓力93.1.2 確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)93.1.3 確定液壓缸的流量103.2 液壓缸的選擇103.2.1缸筒和缸蓋組件103.2.2排氣裝置123.3活塞及活塞桿組件123.3.1 確定活塞及活塞桿的連接形式123.3.2 選擇活塞及活塞桿的材料133.3.3 活塞與缸筒的密封結(jié)構(gòu)133.3.4 活塞桿的結(jié)構(gòu)133.3.5 活塞桿的強(qiáng)度校核133.3.6 活塞桿的導(dǎo)向、密封和防塵143.3.7 活塞143.3.8 緩沖裝置153.4 缸體長(zhǎng)度的確定154、液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算164.1 壓力損失的驗(yàn)算164.1.1工作進(jìn)給時(shí)進(jìn)油路壓力損失164.1.2工作進(jìn)給時(shí)間回油路的壓力損失164.1.3變量泵出口處的壓力174.2 系統(tǒng)溫升的驗(yàn)算185、主油缸裝配體的CAD繪制19結(jié)束心得23參考文獻(xiàn)241 工況分析及大致方案的擬定1.1前言（設(shè)計(jì)任務(wù)書）1.1.1課程設(shè)計(jì)的目的1液壓傳動(dòng)與控制課程設(shè)計(jì)是機(jī)械電子工程專業(yè)學(xué)生在學(xué)完流體傳動(dòng)與控制以及其他有關(guān)課程，并經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)習(xí)后進(jìn)行的一個(gè)重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。學(xué)生通過本課程設(shè)計(jì)能夠進(jìn)一步熟悉并掌握液壓傳動(dòng)與控制的基本概念、熟悉液壓元件結(jié)構(gòu)原理、熟悉液壓基本回路、掌握液壓系統(tǒng)圖的閱讀方法及基本技能、能夠綜合運(yùn)用本課程及工程力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)等有關(guān)課程的知識(shí)設(shè)計(jì)一般工程設(shè)備液壓系統(tǒng)。同時(shí)，學(xué)生通過本課程設(shè)計(jì)可在以下幾方面得到訓(xùn)練：正確進(jìn)行工程運(yùn)算和使用技術(shù)文件、技術(shù)資料的能力；掌握系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的一般方法；正確表達(dá)設(shè)計(jì)思想的方法和能力；綜合利用所學(xué)知識(shí)解決工程實(shí)際問題的能力。1.1.2 課程設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)一臺(tái)小型液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)，要求實(shí)現(xiàn)快速空程下行慢速加壓保壓快速回程停止的工作循環(huán)?？焖偻邓俣葹?m/min，加壓速度為50250mmmin，壓制力為250kN，運(yùn)動(dòng)部件總重量為25kN。1.1.3課程設(shè)計(jì)主要內(nèi)容查閱文獻(xiàn)，了解并熟悉設(shè)計(jì)工況；確定液壓系統(tǒng)及主油缸的主要參數(shù)；繪制系統(tǒng)原理圖；計(jì)算選擇各液壓元件；驗(yàn)算系統(tǒng)性能；繪制主液壓缸裝配圖；編制技術(shù)文件，撰寫課程設(shè)計(jì)說明書；1.1.4任務(wù)分配周彥杰：進(jìn)行工況分析，繪制負(fù)載循環(huán)圖、速度循環(huán)圖與液壓系統(tǒng)原理圖，動(dòng)作順序表；李穗文：計(jì)算除主油缸外液壓系統(tǒng)各元件的相關(guān)參數(shù)，根據(jù)技術(shù)手冊(cè)等相關(guān)資料進(jìn)行選型，并對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)算；夏 ?。河?jì)算主液壓缸相關(guān)參數(shù)，根據(jù)技術(shù)手冊(cè)等相關(guān)資料進(jìn)行選型；王晨懿：繪制主液壓缸裝配圖，選擇零件型號(hào)及裝配；倪穎臻（組長(zhǎng)）：收集資料，審核數(shù)據(jù)，并根據(jù)其余同學(xué)的成果編寫課程設(shè)計(jì)說明書；1.2液壓機(jī)的工作特性一切工程領(lǐng)域，凡是有機(jī)械設(shè)備的場(chǎng)合，均可采用液壓技術(shù)。液壓機(jī)采用液壓系統(tǒng)傳動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)有：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)字化等等。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)器過載的情況。1.3 負(fù)載分析和運(yùn)動(dòng)分析1.3.1 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。單桿雙作用活塞式液壓缸 , 是液壓系統(tǒng)中作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，裝拆方便，易于維修，且連接方式多樣等特點(diǎn)，能夠滿足一般小型液壓機(jī)的運(yùn)動(dòng)要求。故在本次設(shè)計(jì)中可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(dòng)滑塊進(jìn)行壓制作業(yè)。1.3.2負(fù)載分析與運(yùn)動(dòng)分析根據(jù)已知參數(shù)對(duì)液壓缸各工況外負(fù)載進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算結(jié)果見下：工作負(fù)載 工件的壓制抗力即為工作負(fù)載：=250000N 摩擦負(fù)載 靜摩擦阻力： =0.225000=5000N 動(dòng)摩擦阻力： =0.125000=2500N 慣性負(fù)載 =ma=25000/103/(0.0260)=6250N背壓負(fù)載 = 30000N(液壓缸參數(shù)未定，由已知條件估算) 自 重 G=mg=25000N其中： 液壓缸的機(jī)械效率，一般取=0.9-0.97。則查找參考文獻(xiàn)1，工作循環(huán)各階段的外負(fù)載見下表：工況負(fù)載組成啟動(dòng)F=+ -G=10000N加速F=+-G=13750N快進(jìn)F=+-G=7500N工進(jìn)F=+-G=257500N快退F=+G=57500N故可得液壓機(jī)的速度循環(huán)圖和負(fù)載循環(huán)圖見下：1.4 擬定基本方案1.4.1系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)考慮到液壓機(jī)工作時(shí)所需功率較大，故采用容積調(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。在快速下降時(shí)，液壓泵以全流量供油，在慢速加壓到保壓時(shí)，泵的流量逐到零。當(dāng)液壓缸反向回程時(shí)，泵的流量恢復(fù)到全流量。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。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。故綜合考慮參考文獻(xiàn)2和參考文獻(xiàn)3可得原理圖見下：系統(tǒng)圖中個(gè)電磁閥的動(dòng)作順序見下表。執(zhí)行其動(dòng)作電磁鐵1YA2YA3YA啟動(dòng)+-快速下行+-慢速加壓+-+保壓-快速回程-+停止-1.4.2系統(tǒng)工作過程快速空程下行：1YA通電，泵2的流量通過三位四通電磁閥4進(jìn)入油缸8的上腔，使活塞快速下行。慢速加壓：1YA、3YA通電，液壓缸形成“差動(dòng)連接”，使液壓缸左右兩腔接通，實(shí)現(xiàn)活塞桿的“慢伸”。保壓：當(dāng)壓力表3達(dá)到上限值時(shí)，1YA、2YA、3YA均斷電，單向閥、三位四通電磁換向閥與液壓缸形成保壓回路。快速回程：1YA斷電、2YA通電、3YA通電，液壓油經(jīng)過三位四通電磁換向閥4的右位，經(jīng)過單向閥6、二位三通電磁閥7左位進(jìn)入液壓缸下腔，實(shí)現(xiàn)快速回程。停止：活塞桿回程后1YA、2YA、3YA均斷電，原位停止，油泵卸荷。2 部分液壓元件參數(shù)計(jì)算與選擇2.1 液壓泵及其驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇2.1.1確定液壓泵的最大工作壓力 上式中液壓泵最大工作壓力； 執(zhí)行元件最大工作壓力； 從液壓泵出口到液壓缸或液壓馬達(dá)入口之間的管路損失。簡(jiǎn)單系統(tǒng)可取0.20.5Mpa。故可取壓力損失上述計(jì)算所得的Pp是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的過度階段出現(xiàn)的 動(dòng)態(tài)壓力往往超出靜態(tài)壓力，另外考慮到一定的壓力儲(chǔ)備量，并確保泵的壽命，查找參考文獻(xiàn)4，因此選泵的壓力值應(yīng)為因此2.1.2確定泵的流量液壓泵工作時(shí)，最大流量應(yīng)該為式中KL油液的泄露系數(shù)取同時(shí)動(dòng)作的液壓缸或液壓馬達(dá)的最大總流量故2.1.3選擇液壓泵的規(guī)格根據(jù)以上求得的和，按照系統(tǒng)中你定的液壓泵的形式，查找參考文獻(xiàn)5，選擇相應(yīng)的泵CY14-1B型斜盤軸向式柱塞泵。 每轉(zhuǎn)排量； 額定壓力； 電機(jī)轉(zhuǎn)速1470r/min 容積效率，總效率2.1.4確定液壓泵的驅(qū)動(dòng)功率，驅(qū)動(dòng)電機(jī)選型分別算出快進(jìn)與工進(jìn)兩種不同工況時(shí)的功率，取兩者較大值作為選擇電動(dòng)機(jī)規(guī)格的依據(jù)。由于在慢進(jìn)時(shí)泵輸出的流量減小，泵的效率急劇降低，一般在流量在0.21L/min范圍內(nèi)時(shí)，可取。同時(shí)還應(yīng)該注意到，為了使所選擇的電動(dòng)機(jī)在經(jīng)過泵的流量特性曲線最大功率時(shí)不至停轉(zhuǎn)，需進(jìn)行驗(yàn)算，即式中，Pd所選電動(dòng)機(jī)額定功率；Pb內(nèi)嚙合齒輪泵的限定壓力；Qp壓力為Pb時(shí)，泵的輸出流量。 首先計(jì)算快進(jìn)時(shí)的功率，快進(jìn)時(shí)的外負(fù)載為7500N，進(jìn)油時(shí)的壓力損失定為0.3MPa。 快進(jìn)是需要的功率為： 工進(jìn)時(shí)需要的電機(jī)功率： Y系列電動(dòng)機(jī)是全封閉自冷式鼠籠型三相異步電動(dòng)機(jī)。其具有高效、節(jié)能、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩高、噪聲小、可靠性高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。安裝尺寸和功率等級(jí)完全符合IEC標(biāo)準(zhǔn)。采用B級(jí)絕緣，外殼防護(hù)等級(jí)為IP44，冷卻方式為IC411。Y系列電機(jī)用于一般無特殊要求的機(jī)械設(shè)備，如風(fēng)機(jī)、水泵、機(jī)床、攪拌機(jī)等Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)不僅滿足了國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門的配套需要，而且還提高了國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品的互換性，極大地方便了引進(jìn)設(shè)備的配套和維修。因此根據(jù)上述所算參數(shù)，查找參考文獻(xiàn)4電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品樣本，選用Y系列電動(dòng)機(jī)中的Y90S-4型電動(dòng)機(jī)，其額定功率為1.1KW，額定轉(zhuǎn)速為1400r/min。2.2 液壓控制閥的選擇根據(jù)所擬定的液壓系統(tǒng)原理圖，查找參考文獻(xiàn)5，按通過各元件的最大流量來選擇液壓元件的規(guī)格。則可得所選定的液壓元件如下表所示：序號(hào)元件名稱最大流量（L/min）最大工作壓力（Mpa）型號(hào)選擇1濾油器4525XU-D32X1002液壓泵4525CY14-1B3壓力表開關(guān)2025KF-284三位四通電磁閥452534YF30-E20B5單向調(diào)速閥3025AQF3-E20B6單向閥3025AF3-EA20B7二位三通電磁閥452523YF3B-E2032.3 確定管道尺寸 油管內(nèi)徑尺寸一般可參照選用的液壓元件接口尺寸而定，也可接管路允許流速進(jìn)行計(jì)算，本系統(tǒng)主要路流量為差動(dòng)時(shí)流量Q=38.16Lmin壓油管的允許流速取V=3m/s則內(nèi)徑d為 若系統(tǒng)主油路流量按快退時(shí)取Q=17.72Lmin，則可算得油管內(nèi)徑d=11.18mm. 綜合上述條件則可得d=18mm。即上面各閥的通徑取，現(xiàn)查找參考文獻(xiàn)5，參照CY14-1B變量泵吸油口連接尺寸，故可取吸油管內(nèi)徑d為42mm。2.4確定液壓油箱容積 查找參考文獻(xiàn)4可知，根據(jù)液壓油箱有效容量按泵的流量的57倍來確定，已知液壓泵的最大流量為45L/min，則為液壓油箱選用容量為400L。3 液壓缸設(shè)計(jì)3.1 液壓缸的主要參數(shù)計(jì)算3.1.1 初選液壓缸的工作壓力參考同類型液壓機(jī)，預(yù)選液壓缸的工作壓力3.1.2 確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)將液壓缸的無桿腔作為主工作腔，考慮到液壓缸下行時(shí)用液壓方式平衡，則可算出液壓缸無桿腔的有效面積：液壓缸內(nèi)徑：跟據(jù)參考文獻(xiàn)6表3-5，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，采用液壓缸差動(dòng)連接來實(shí)現(xiàn)，從而確定活塞桿直徑，由，得： 跟據(jù)參考文獻(xiàn)6表3-5，將活塞桿直徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，取，從而算得液壓缸有桿腔與無桿腔的實(shí)際有效面積為： 3.1.3 確定液壓缸的流量工作缸快速空程時(shí)所需流量 工作缸壓制時(shí)所需流量 工作缸回程時(shí)所需流量 3.2 液壓缸的選擇3.2.1缸筒和缸蓋組件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：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。油口連接螺紋尺寸見參考文獻(xiàn)4，表7-20。對(duì)于無桿腔部位油口：見參考文獻(xiàn)4，表7-20，選取M502的鏈接螺紋尺寸。對(duì)于有桿腔部位油口：見參考文獻(xiàn)4，表7-20，選取M422的螺紋連接尺寸。確定缸筒和缸蓋的連接形式查找參考文獻(xiàn)4表4-5，在本設(shè)計(jì)中，缸筒和缸蓋的連接形式選用焊接。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45計(jì)算缸筒和缸蓋的結(jié)構(gòu)參數(shù)1)缸筒壁厚的計(jì)算本次設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)為高壓系統(tǒng)，因此按厚壁缸筒計(jì)算式中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)，=1.25p；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(jì)算 見參考文獻(xiàn)6表3-11 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：產(chǎn)品系列代號(hào)額定壓力缸筒內(nèi)徑D/mmE型25125缸筒外徑/mm1603)缸底厚度h的計(jì)算 當(dāng)缸底有油口時(shí)式中缸底材料許用應(yīng)力，MPa；4)液壓缸法蘭安裝根據(jù)參考文獻(xiàn)4表5-24，前部，尾部法蘭均取直徑280mm,螺釘孔分布圓直徑235mm，螺釘孔直徑22mm,缸筒與缸蓋的配合根據(jù)參考文獻(xiàn)4查得，一般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(duì)于運(yùn)動(dòng)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)4圖5-4所示的幾種結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)中采用參考文獻(xiàn)4圖5-4（a）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 活塞與活塞桿的連接結(jié)構(gòu)可分為整體式和裝配式，裝配式又有螺紋連接、半環(huán)連接、彈贊擋圈連接和錐銷連接等類型。液壓缸在一般工作條件下，活塞與活塞桿采用螺紋連接。但當(dāng)工作壓力較高或載荷較大、活塞桿直徑又較小的情況下，活塞桿的螺紋可能過載。另外工作機(jī)械振動(dòng)較大時(shí)，固定活塞的螺母有可能振動(dòng)，因此需要采用非螺紋連接。活塞及活塞桿的常用連接形式見參考文獻(xiàn)4,表4-10，本設(shè)計(jì)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由參考文獻(xiàn)5可選活塞選擇ZQSn6-6-3為材料；活塞的材料通常采用鋼，耐磨鑄鐵，灰鐵HT15-33, HT20-40和鋁合金等。本設(shè)計(jì)根據(jù)條件選擇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。見參考文獻(xiàn)4，表5-8。溝槽的公差選取為h9或H9。3.3.4 活塞桿的結(jié)構(gòu) 活塞桿端部與工作機(jī)械的連接結(jié)構(gòu)，主要有以下幾種形式：焊接式單耳環(huán)；整體式單耳環(huán)；光滑端部；雙耳環(huán)；球頭；法蘭結(jié)構(gòu)形式；外螺紋連接；內(nèi)螺紋連接。液壓缸通常通過活塞桿的端部與其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相連接。參見參考文獻(xiàn)4，表5-3常用活塞桿端部結(jié)構(gòu)形式，則本設(shè)計(jì)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)3.3.6 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。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(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：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)4，表5-10導(dǎo)向套的尺寸配置與最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。其中導(dǎo)向面長(zhǎng)度包括了導(dǎo)向套的長(zhǎng)度與缸蓋厚度部分，參見參考文獻(xiàn)4，選擇普通導(dǎo)向套。取導(dǎo)向套長(zhǎng)度為153mm，端蓋總厚度63mm，防塵圈溝槽寬度為16mm。又因?qū)蛎婵傞L(zhǎng)度為153+63-16=200mm>187.5mm，故滿足要求。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0.631.25。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。活塞桿的密封和防塵參見參考文獻(xiàn)4，表8-57活塞桿常用密封與防塵結(jié)構(gòu)，選用J型防塵圈。3.3.7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)，即不能過緊，也不能間隙過大。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：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，參考文獻(xiàn)4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。3.3.8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，活塞的寬度和導(dǎo)向套寬度之和，缸體外形長(zhǎng)度還要考慮到兩端端蓋的厚度，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7200010800mm。參見參考文獻(xiàn)4，則本系統(tǒng)中：活塞行程L=250mm；活塞寬度B=（0.61）D=75125mm，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=75125mm；取活塞寬度B=75mm，導(dǎo)向套滑動(dòng)面的長(zhǎng)度A=75mm，液壓缸缸底厚度H=33mm，液壓缸缸蓋厚度H=30mm液壓缸缸體內(nèi)部長(zhǎng)度為液壓缸行程長(zhǎng)度、導(dǎo)向套寬度與活塞寬度之和，即：250+153+75=478mm液壓缸缸體外形長(zhǎng)度為液壓缸內(nèi)部長(zhǎng)度與缸蓋厚度之和，即：478+30+33=541mm由于541（10-15）d，所以不需要對(duì)活塞桿進(jìn)行校核。4 液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算4.1 壓力損失的驗(yàn)算已知該液壓系統(tǒng)中進(jìn)回油管的內(nèi)徑均為18mm，各段管道的長(zhǎng)度分別為：AB=1.5m AC=1m AD=1.5m DE=2m 。選用L-HL32液壓油，考慮到油的最低溫度為15，則查找參考文獻(xiàn)4可查得：15時(shí)該液壓油曲運(yùn)動(dòng)粘度 V=150cst=1.5cms；該液壓油的密度=920kgm。4.1.1工作進(jìn)給時(shí)進(jìn)油路壓力損失運(yùn)動(dòng)部件工作進(jìn)給時(shí)的最大速度為0.25mmin ，進(jìn)給時(shí)的最大流量為6.13Lmin ，則液壓油在管內(nèi)流速V為：管道流動(dòng)雷諾數(shù)Rel為：Rel=7.381.81.5=8.86又因Rel2300，可見油液在管道內(nèi)流態(tài)為層流其沿程阻力系數(shù)l=75/8.86=8.47，則進(jìn)油管道的沿程壓力損失P為：換向閥的壓力損失P=0.05MPa，忽略有野通過管接頭出的油壓損失，則進(jìn)油路的總壓力損失。4.1.2工作進(jìn)給時(shí)間回油路的壓力損失由于選用單活塞桿液壓缸且液壓缸有桿腔的工作面積為無桿腔的工作面積的二分之一，則回油管道的流量為進(jìn)油管的二分之一，則 又因Rel2300，可見油液在管道內(nèi)流態(tài)為層流則其沿程阻力系數(shù)為：回油管道的沿程壓力損失換向閥的壓力損失；調(diào)速閥的壓力損失；故回油路的總壓力損失為：4.1.3變量泵出口處的壓力由公式可算得 快進(jìn)時(shí)的壓力損失，快進(jìn)時(shí)液壓缸為差動(dòng)連接，自會(huì)流點(diǎn)A至液壓缸進(jìn)油口D之間的管路DE中，流量為液壓泵出口流量即38.16L/min,DE段管路的沿程壓力損失為P1-1為 又因Rel2300，可見油液在管道內(nèi)流態(tài)為層流則其沿程阻力系數(shù)為： 進(jìn)油管DE的沿程損失為 同樣可求管道AB段及AD段的沿程壓力損失見下：則可算得管道雷諾數(shù)為 故可算得：查找參考文獻(xiàn)5可查得換向閥則綜上可得，泵的出口壓力損失為：4.2 系統(tǒng)溫升的驗(yàn)算 在整個(gè)工作循環(huán)中，工進(jìn)階段所占的時(shí)間最長(zhǎng)，因此為了簡(jiǎn)化計(jì)算，主要考慮工進(jìn)時(shí)的發(fā)熱量。一般情況下，工進(jìn)速度大時(shí)發(fā)熱量較大，由于限壓式變量泵在流量不同時(shí)，效率相差極大，所以分別計(jì)算最大、最小時(shí)的發(fā)熱量，然后加以比較，取數(shù)值大者進(jìn)行分析。當(dāng)V=5cmmin時(shí) 流量Q=V（DD4）=50.1250.1254=0.613Lmin） 此時(shí)泵的效率為0.1，泵的出口壓力為22.4MPa 則有：P輸入=22.40.613（600.1）=2.29（KW） P輸出=FV=257500x4600.010.001=0.17（Kw） 此時(shí)的功率損失為 P=P輸入P輸出=2.29-0.17=2.12 (Kw)當(dāng)V=25cmmin時(shí)，Q=3.07Lmin 總效率=0.8 則有：P輸入=253.07（600.8）=1.599（Kw） P輸出=FV=25750025600.010.001=1.073（Kw） P=P輸入P輸出=0.526（Kw） 可見在工進(jìn)速度低時(shí)，功率損失為2.12Kw，發(fā)熱最大 假定系統(tǒng)的散熱狀況一般，取K=100.001Kw（cm） 油箱的散熱面積A為 A=0.065V2/3=6.5m2系統(tǒng)的溫升為： T=PKA=2.156（100.0016.6）=33.2驗(yàn)算表明系統(tǒng)的溫升在許可范圍內(nèi)。5、 主油缸的裝配圖繪制與選型繪制主油缸裝配圖圖紙選擇A1號(hào)圖紙，由于圖紙較大字體較小，所以放大部分字體根據(jù)初步設(shè)計(jì)，整個(gè)主油缸大致分為11個(gè)主要零件選型：根據(jù)計(jì)算，確定主油缸各主要尺寸參數(shù)，然后需根據(jù)書上選型方法進(jìn)行選型。1、根據(jù)液壓傳動(dòng)與控制課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表3-1，選定為雙作用液壓缸，且為單活塞桿，其主要特點(diǎn)是活塞可雙向運(yùn)動(dòng)，且具有一定的緩沖效果。2、 選擇缸的結(jié)構(gòu)類型：根據(jù)液壓傳動(dòng)與控制課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表3-2，分析拉桿型、焊接型、法蘭型液壓缸的特性。由拉桿型特點(diǎn)可知，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造和安裝均較為方便，缸筒是用內(nèi)徑經(jīng)過研磨的無縫鋼管半成品，按行程要求的長(zhǎng)度可切割。端蓋與活塞為通用件，但這類缸受行程長(zhǎng)度、缸內(nèi)徑和額定工作壓力的限制。當(dāng)行程及拉桿長(zhǎng)度過長(zhǎng)時(shí)，安裝時(shí)容易偏斜，致使缸筒端部泄露。缸筒內(nèi)經(jīng)過大或額定工作壓力過高時(shí)，由于徑向尺寸布置和拆裝問題，拉桿直徑尺寸受到限制，只是拉桿的拉應(yīng)力可能超過屈服極限，因此這類缸適用于行程1.5m，缸內(nèi)徑250mm，額定工作壓力小于20MPA的。而焊接型缸暴漏在外面的零件較少，外表光潔，外形尺寸小，能承受一定的沖擊負(fù)載和惡劣的外界環(huán)境條件。但由于前端蓋螺紋強(qiáng)度和預(yù)緊時(shí)端蓋該對(duì)操作的限制，因此不適用于過大缸內(nèi)徑和大壓力。而法蘭型由于尺寸較大，適用于大中型液壓缸，能承受較大沖擊負(fù)荷和惡劣外界環(huán)境條件，屬于重型缸，多用于重型機(jī)械和冶金機(jī)械。綜合來看，我們選擇了拉桿型液壓缸，但連接處采用了法蘭連接，前段處采用如液壓傳動(dòng)與控制課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書中圖3-1所示前端法蘭安裝方式。3、 選擇安裝方式：由液壓傳動(dòng)與控制課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書中表3-3、3-4所示，我們?cè)O(shè)計(jì)的是一臺(tái)小型液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)，由于作用力與支撐中心在同一軸線上，負(fù)載導(dǎo)向要求為需要導(dǎo)向，因此選擇了具有導(dǎo)向套的法蘭安裝方式。4、 液壓缸主要技術(shù)性能參數(shù)計(jì)算見夏健同學(xué)部分，由他計(jì)算可確定液壓缸的各項(xiàng)尺寸參數(shù)。5、 缸筒：根據(jù)液壓傳動(dòng)與控制課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書中表3-9可知，需選擇端蓋與缸筒的連接方式。由于我們是小型液壓裝置，因此選擇了端蓋與缸筒進(jìn)行焊接的方式，這種方式通常結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸較小，但缸體容易變形，而我們?cè)O(shè)計(jì)為小型壓力，因此可選擇此方式連接。在選材方面，由于工作溫度、焊接性能、較好的強(qiáng)度和沖擊韌性等性質(zhì)要求，具體包括要有足夠的強(qiáng)度，能長(zhǎng)期承受最高工作壓力及短期動(dòng)態(tài)試驗(yàn)壓力而不致產(chǎn)生永久變形；有足夠的剛度，能承受活塞側(cè)向力和安裝的反作用力而不致產(chǎn)生彎曲；內(nèi)表面與活塞密封件寄到想換的摩擦力的作用下，能長(zhǎng)期工作而且磨損很少，尺寸公差等級(jí)形位公差等級(jí)足以保證活塞密封件的密封性；需要焊接的缸筒還要有較良好的可焊性，以便在焊接上法蘭或者管子接頭以后不至于纏身裂紋或過大的變形，因此缸筒和端蓋全部采用45號(hào)鋼，且需進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理6、 缸筒加工要求：由于缸筒內(nèi)徑采用H7或H8級(jí)配合，表面粗糙度值應(yīng)該為0.160.32之間，需要進(jìn)行研磨。熱處理則應(yīng)進(jìn)行調(diào)質(zhì)，缸筒內(nèi)經(jīng)的圓度、錐度、圓柱度都要有較高的要求。缸筒的直線度公差在500mm長(zhǎng)度上不大于0.03mm。通往油口、排氣閥控的內(nèi)孔必須要倒角，不允許有飛邊、毛刺，以免劃傷密封件，都必須在半精加工以前進(jìn)行。7、 活塞的結(jié)構(gòu)與連接：根據(jù)以上情況分析，活塞我們選擇了組合式活塞，其結(jié)構(gòu)多樣，主要受密封形式的確定而被影響，組合式活塞大多數(shù)可以多次拆裝，密封件使用壽命長(zhǎng)。根據(jù)液壓傳動(dòng)與控制課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表3-13所示可知，活塞與活塞桿連接形式多樣，包括卡環(huán)型、軸套型、螺母型，卡環(huán)型裝拆方便，低速時(shí)使用廣泛，螺釘固定是不便于設(shè)計(jì)緩沖柱塞，但由于我們的設(shè)計(jì)不設(shè)計(jì)緩沖裝置，而螺釘連接較為熟知和常見，因此我們選擇了螺母型鏈接?；钊拿芊馔ㄟ^連著使用3個(gè)O型密封圈進(jìn)行密封，以達(dá)到所需的密封效果。 活塞材料選擇了常見的球墨鑄鐵，具有良好的機(jī)械性能?；钊耐S度等各項(xiàng)形位公差和尺寸公差都應(yīng)具有一定的要求，圖上未詳細(xì)注明。根據(jù)液壓傳動(dòng)與控制課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書中表3-15所示，活塞桿外部端頭連接形式包括小螺栓頭、大螺栓頭、螺孔頭、小球頭、大球頭、銷釘聯(lián)接、光桿耳環(huán)等方式，由于液壓系統(tǒng)不能允許有較大程度的擺動(dòng)，因此選用了缸工作時(shí)周線固定不動(dòng)的大螺栓頭連接方式。 活塞桿的粗糙度值選擇為0.2如上圖中所見，因?yàn)樘饣蛱还饣瑫?huì)分別導(dǎo)致不能形成油膜或磨損較大。為提高耐磨和防銹性能需要鍍鉻處理。 結(jié) 束 心 得這次我們課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容是小型液壓機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)我們來說也是對(duì)上一學(xué)期流體傳動(dòng)與控制的實(shí)踐應(yīng)用。在設(shè)計(jì)程中，我們由于對(duì)整體的觀念的欠缺，常常在不經(jīng)意中，只考慮到滿足一個(gè)或幾個(gè)性能要求，而沒有以一個(gè)整體的思想來考慮問題。比如，我們?cè)O(shè)計(jì)系統(tǒng)圖時(shí)，很容易忘記考慮系統(tǒng)保壓和液壓泵卸荷等問題，從而未能實(shí)現(xiàn)預(yù)定的工作要求。另一方面，我們用到了一些經(jīng)驗(yàn)公式以及一些在一定范圍內(nèi)取值的數(shù)據(jù)，而不是以前常用的精確公式和數(shù)值的計(jì)算，而且在查閱工具書方面的能力還不足，還需要在今后的設(shè)計(jì)中進(jìn)一步加強(qiáng)。出現(xiàn)以上的種種缺陷的關(guān)鍵問題在于我們?nèi)狈@方面專業(yè)能力的鍛煉。通過這次的課程設(shè)計(jì)，讓我們對(duì)液壓系統(tǒng)以及液壓閥件有了更深的認(rèn)識(shí)，大家由于能力所限，在設(shè)計(jì)過程中都出現(xiàn)了許多不足之處，但大家都在不斷的積極改正，每個(gè)人也都有了屬于自己的認(rèn)識(shí)和體會(huì)。倪穎臻：在整個(gè)課程設(shè)計(jì)中，各位組員在設(shè)計(jì)過程中給了我極大的支持與信任，我們一同積極討論，分配任務(wù)，并在遇到問題和難點(diǎn)時(shí)相互求教和討論結(jié)果。在整理其他組員發(fā)來的數(shù)據(jù)時(shí)，我從其中發(fā)現(xiàn)了不少問題，大家都耐心的一一改正；在編寫說明書時(shí)，我不斷修正說明書的目錄，格式等細(xì)節(jié)問題，以期做到最好。通過這一次課程設(shè)計(jì)，我付出了不少時(shí)間和精力，自身也學(xué)到了很多東西，編寫論文，配合協(xié)作，統(tǒng)籌全局的能力有了進(jìn)一步提升。王晨懿：在此次課程設(shè)計(jì)中，我負(fù)責(zé)繪制主液壓缸的裝配圖。裝配圖在這次課程設(shè)計(jì)中所需的所有圖中難度最大，細(xì)節(jié)要求最高，因此我花費(fèi)了極大的時(shí)間和精力去繪制。同時(shí)，在繪制過程中因?yàn)樨?fù)責(zé)計(jì)算的同學(xué)在不斷地修正數(shù)據(jù)，我也需配合的同步對(duì)裝配圖進(jìn)行調(diào)整。因此，這不僅鍛煉和鞏固了我用CAD繪圖的能力，也提升了我的配合協(xié)調(diào)的能力。夏 ?。涸诖舜握n程設(shè)計(jì)中，我負(fù)責(zé)主液壓缸的相關(guān)參數(shù)計(jì)算和選型。通過這次設(shè)計(jì)，我對(duì)液壓系統(tǒng)中的主液壓缸的設(shè)計(jì)有了初步的了解，對(duì)查找技術(shù)手冊(cè)進(jìn)行元件選型也有了進(jìn)一步的了解。出于認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度，我在設(shè)計(jì)計(jì)算的同時(shí)也在不斷的進(jìn)行檢驗(yàn)和修改，發(fā)現(xiàn)和完善了不少不足和缺漏之處，對(duì)自身活學(xué)活用的能力也有了提升。李穗文：在此次課程設(shè)計(jì)中，我負(fù)責(zé)除主液壓缸以外的相關(guān)液壓元件的參數(shù)計(jì)算和選型，以及對(duì)整個(gè)液壓系統(tǒng)的壓力和溫升驗(yàn)算。通過這次設(shè)計(jì)，我對(duì)液壓系統(tǒng)中的相關(guān)液壓元件的設(shè)計(jì)有了初步的了解，對(duì)查找技術(shù)手冊(cè)進(jìn)行元件選型也有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。我在進(jìn)行元件設(shè)計(jì)時(shí)也了解和學(xué)習(xí)了一些液壓元件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作特性，對(duì)流體傳動(dòng)與控制這門課在實(shí)際中的應(yīng)用有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)與拓展。周彥杰：在此次課程設(shè)計(jì)中，我負(fù)責(zé)進(jìn)行工況分析，繪制負(fù)載循環(huán)圖、速度循環(huán)圖、液壓系統(tǒng)原理圖及其動(dòng)作順序表。因?yàn)槲宜?fù)責(zé)的任務(wù)是對(duì)設(shè)計(jì)題目進(jìn)行最初的分析和計(jì)算，因此我對(duì)設(shè)計(jì)題目有著更深的了解。而系統(tǒng)原理圖和動(dòng)作順序表則是在負(fù)責(zé)計(jì)算和選型任務(wù)的同學(xué)的成果的基礎(chǔ)上繪制而成的，這鍛煉了我的綜合與實(shí)踐能力，以及配合協(xié)作能力。參 考 文 獻(xiàn)1 重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院.液壓傳動(dòng)與控制課程指導(dǎo)書M. 2013. 2 李松晶，叢大成，姜洪洲編.液壓系統(tǒng)原理圖分析技巧M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.3 周憶，于今主編.流體傳動(dòng)與控制M.北京：科學(xué)出版社, 2008. 4 張嵐 弓海霞 劉宇輝編.新編實(shí)用液壓手冊(cè)M. 北京：人民郵電出版社, 2008.5 成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(第五版)第5卷M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.6 張仁杰編.液壓缸的設(shè)計(jì)制造和維修M北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1989.7 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，1985.23