自動液壓門窗開合裝置設計含5張CAD圖-獨家.zip

自動液壓門窗開合裝置設計含5張CAD圖-獨家.zip,自動,液壓,門窗,裝置,設計,CAD,獨家 自動液壓門窗開合裝置設計 摘要 現(xiàn)如今，人們生活水平有了顯著的提高，社會在不斷的進步，科技領(lǐng)域的發(fā)展在不斷地推陳出新，使現(xiàn)代社會自動化、智能化和信息化的水平越來越高。各種方便于人們生活的自動控制系統(tǒng)開始進入到人們的日常生活中來。自動化技術(shù)先進，功能強大，同時具有很強的實用性能，從而使人們更加的相信科技力量進步的強大，更加促進人們對科技的研究與探索。自動化系統(tǒng)更能讓人們懂得，數(shù)字時代的發(fā)展將大大的改變?nèi)祟惖纳詈蜕a(chǎn)方式。 本次設計的題目是自動液壓門窗開合裝置設計，在查閱國內(nèi)外相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，對液壓門窗技術(shù)的發(fā)展就研究現(xiàn)狀有了充分的了解和掌握。對其總體方案進行了設計與確定，對總體方案中涉及到的主要零部件進行了詳細的設計、計算、校核與確定，例如液壓缸、門體等。對液壓控制方案進行了設計與確定，繪制本設計裝置的裝配圖、主要零部件圖、液壓系統(tǒng)原理圖等。 通過本次的設計，在全面總結(jié)、鞏固大學所學知識的同時，還為今后的學習和工作奠定了基礎(chǔ)。 關(guān)鍵詞：自動、液壓門窗、開合裝置、設計、校核 Abstract Nowadays, the people's living standard has been improved remarkably. The society is developing constantly. The development of the science and technology field is constantly renewing. The modern society is becoming more and more automatic, intelligent and informational. A variety of easy to people's lives, automatic control system began to enter into people's daily lives. Automation of advanced technology, powerful, and has a strong practical performance, so that people believe that the power of science and technology more powerful progress, more people to promote science and technology research and exploration. Automation systems can make people understand that the development of the digital age will greatly change the way people live and produce. The design of the topic is the design of automatic hydraulic windows and doors opening and closing devices, access to relevant information at home and abroad on the basis of the development of hydraulic doors and windows on the status quo with a full understanding of the master. The design and determination of the main components involved in the overall program were carried out in detail, such as hydraulic cylinder, door body and so on, were designed, calculated, checked and determined. The hydraulic control scheme was designed and determined, and the assembly drawing, main parts drawing and schematic diagram of the hydraulic system were drawn. Through this design, in a comprehensive summary, consolidate the knowledge learned at the same time, but also for the future study and work laid the foundation. Key words：Automatic, hydraulic doors and windows, opening and closing devices, design, check 目 錄 摘要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1 自動門窗的簡介 1 1.2 自動門窗的發(fā)展及研究現(xiàn)狀 1 1.3 自動門窗的發(fā)展前景 2 1.4 本課題設計的目的和意義 3 第2章 總體方案的設計與確定 4 2.1 設計任務及設計目標的確定 4 2.2 自動門運行阻力的計算 4 2.3 門體的設計 5 2.4 吊件的設計 8 2.5 導軌的設計 9 2.6 液壓裝置的設計 10 第3章 液壓缸的設計與確定 11 3.1 液壓缸推力的確定 11 3.2 液壓缸工作壓力的確定 11 3.3 液壓缸工作速度和縮后速度的確定 11 3.4 缸筒的設計 11 3.4.1 缸筒材料的確定 11 3.4.2 缸筒內(nèi)徑D的確定 12 3.4.3 缸筒壁厚δ的確定 12 3.4.4 缸筒底部的確定 13 3.4.5 缸筒加工要求的確定 14 3.5 活塞桿的設計 14 3.5.1 活塞桿材料的確定 14 3.5.2 活塞桿結(jié)構(gòu)形式的確定 14 3.5.3 活塞桿直徑D的確定 14 3.5.4 活塞桿理論拉力和推力的確定 15 3.5.5 活塞桿加工要求的確定 15 3.5.6 活塞桿導向形式的確定 16 3.5.7 活塞桿防塵和密封形式的確定 16 3.6 活塞的設計 16 3.6.1 活塞材料的確定 16 3.6.2 活塞結(jié)構(gòu)形式及尺寸的確定 16 3.6.3 活塞密封形式的確定 17 3.6.4 活塞加工要求的確定 17 3.6.5 活塞與活塞桿連接形式的確定 17 3.7 活塞導向環(huán)的設計 18 3.7.1 導向環(huán)形式的確定 18 3.7.2 導向環(huán)尺寸確定 18 3.8 耳環(huán)結(jié)構(gòu)的確定 18 3.9 進、出油口尺寸的確定 19 3.10 密封裝置的確定 19 3.11 排氣裝置的確定 20 3.12 緩沖裝置的確定 21 第4章 液壓缸主要零件的校核 22 4.1 活塞桿的校核 22 4.1.1 活塞桿拉伸強度的校核 22 4.1.2 活塞桿彎曲穩(wěn)定性驗算 22 4.2 缸筒的校核 23 4.2.1 缸筒內(nèi)徑D的校核 23 4.2.2 缸筒壁厚δ的校核 24 4.2.3 缸筒底部的校核 25 第5章 液壓控制方案的設計與確定 26 5.1 液壓系統(tǒng)控制方案的設計與確定 26 5.2 液壓系統(tǒng)控制原理圖 26 結(jié)論 28 致謝 29 參考文獻 30 II 第1章 緒論 1.1 自動門窗的簡介 在經(jīng)濟飛速發(fā)展的中國，在大都市里處處可見高高聳立的大廈，賓館，酒店，銀行，商場，寫字樓等場所。而且自動門窗已經(jīng)是隨處可見，是建筑智能化水平的重要標準之一。自動門窗的優(yōu)點是進出方便，防風，防塵，節(jié)約空調(diào)能源等；同時也方便了人們的出行，方便管理，增加安全性能。自動門窗是科技進步發(fā)展的成果，技術(shù)先進，功能強大，同時具有很強的實用性能。更讓人們了解到，科學技術(shù)的發(fā)展將改變?nèi)祟惖纳罘绞郊碍h(huán)境，自動化控制領(lǐng)域就是科學技術(shù)發(fā)展的一塊區(qū)域。 自動門窗用通俗易懂的話來說，就是門窗的擴展應用。自動門窗已經(jīng)不是那個需要人去開關(guān)的物品，而是能夠通過傳感器的判斷，從而去對門窗做出開啟和關(guān)閉的動作?，F(xiàn)在的自動門窗技術(shù)已經(jīng)非常成熟了，通過對自動門窗不斷的設計發(fā)展，使得現(xiàn)在的自動門窗感應靈敏度高，門窗開啟的速度也有相當高的控制度，門窗的安全性能也在不斷的提升。 隨著時代的發(fā)展，自動門窗已經(jīng)衍生出來許多自動門窗的種類。不同的控制方式，不同的建筑物使用需求，使得自動門窗不斷的加入新的功能，不斷的推陳出新。 1.2 自動門窗的發(fā)展及研究現(xiàn)狀 最初，自動門窗在二十世紀30-40年代才剛剛發(fā)明出來，且不是運用在民用方面的，那時候主要是運用在軍工方面，是由于軍事情況的需要才被發(fā)明出來。當時自動門窗主要應用在軍事倉庫和比較重要的工廠，因為自動門窗具有很高的安全性和方便性。隨后，隨著時代的發(fā)展，自動門窗開始從軍用轉(zhuǎn)向了民用方面，民用方面最開始用的就是美國的超級市場的運用，使得自動門窗開始走入了普通人民的視線中。接著，美國超級市場運用的成功，使得自動門窗開始不斷的發(fā)展以及運用到各種各樣的建筑物中。 世界上第一扇自動門窗是由美國人史丹利推出的樘自動門窗，隨后，科技的不斷進步，使得自動門窗出現(xiàn)了空氣式和油壓式的控制方式，但是通過油壓和空壓的方式，造成了能源很大程度上的浪費。接著，隨著電氣控制方式的成熟，出現(xiàn)了電氣式的自動門窗。直到現(xiàn)在，電氣技術(shù)已經(jīng)非常成熟了，主流的自動門窗控制系統(tǒng)大多都是采用的電氣式控制。 現(xiàn)在，國內(nèi)外的自動門窗發(fā)展仍有很大的差距。國外的自動門窗技術(shù)先進可靠，性能較好，但是其價格就相對國內(nèi)來說就高很多。而國內(nèi)的自動門窗產(chǎn)品雖然價格比較低廉，但是功能不夠強大齊全，不能與國外同類產(chǎn)品相比，故障率較高。隨著時間的推移，自動門窗行業(yè)的發(fā)展朝著智能化、多功能化等的方向發(fā)展。 1.3 自動門窗的發(fā)展前景 1、智能化，科技化，高端化 在現(xiàn)代商家競爭日益激烈的時刻，品牌效應以及產(chǎn)品的知名度在商家競爭中已經(jīng)占據(jù)了一席之地，大幅度提升品牌知名度在當代社會尤為重要, 當然了自動門的智能化發(fā)展在智能化行業(yè)的發(fā)展也日益增加。為了自動門的更好發(fā)展，更方便的為人們服務，一些商家企業(yè)在自動門的發(fā)展的道路上進行了一系列政策扶持等等。比如我們在生活中所熟悉的所了解的, 美國蒂姆自動門門業(yè)的發(fā)展, 他們在自動門的發(fā)展道路上為整個自動門行業(yè)的發(fā)展做出了突出的貢獻。自動門的發(fā)展方便快捷了我們的生活，自動門讓我們更方便的自由進出，同時省了人們的人力開門。生活中自動門的運動減少了噪音的產(chǎn)生，讓生活更舒心。這同時也會使得城市的基礎(chǔ)建設有了很大提高。藝術(shù)的氣息充斥著生活。一切顯得更完美。隨著自動化智能化技術(shù)的高度發(fā)展，自動門行業(yè)也如雨后春筍般發(fā)展起來。這無疑為自動門的發(fā)展有了更好的技術(shù)鋪墊。 2、發(fā)展大環(huán)境趨好 世界自動門的迅速發(fā)展每日都在飛速的進行著，國民對生活便捷的要求不斷提高。同時也是為了跟上時代的腳步，與世界接軌，科技尤為重要。所以要著重進行科技的發(fā)展，自動門的發(fā)展也是重要生活便捷的重要體現(xiàn)。所以單片機自動門的控制的發(fā)展很重要，此外，為了環(huán)保節(jié)約資源，政府出臺了一系列的政策。努力扶持建設農(nóng)村以及各鄉(xiāng)鎮(zhèn)自動化的自動門，因為自動門環(huán)保低碳，對保護環(huán)境有重大意義。所以自動門行業(yè)得發(fā)展必然贏得了社會的廣泛關(guān)而注，所以其發(fā)展尤為重要。 3、出口穩(wěn)步增長 在國家科技人才的不懈努力下我國單片機自動門行業(yè)的發(fā)展在飛速發(fā)展，取得了很大的成就。我國自動門行業(yè)在迅猛發(fā)展的同時對自動門質(zhì)量的要求的提高更為關(guān)注。質(zhì)量好的前提下，穩(wěn)步的增長對國民的生活水平的提高有很大幫助。人們對自己生活要求也在提高，單片機自動門的發(fā)展的快速提高，使得國家在國際地位取得了很大影響。使得我國的國際地位的提高。是我們國家在出口贏得了大量利潤。為國民經(jīng)濟的增長贏得了機會。 1.4 本課題設計的目的和意義 隨著科學技術(shù)的不斷推陳出新，自動化系統(tǒng)控制已經(jīng)開始進入了尋常百姓家，各種智能化的家電設備已經(jīng)連接為一體。而自動門窗控制系統(tǒng)也率先成為了的大廈，酒店，賓館，銀行，寫字樓，商場等人流密集地用來疏導人流和控制出入的第一選擇，提高了對人們生命安全的保障，而且自動門窗能實現(xiàn)多種提高安全功能。 通過畢業(yè)設計，學習系統(tǒng)地綜合運用知識和技能解決實際工程問題的本領(lǐng)，鞏固和加深對所學知識的理解，并且在設計過程中擴大和補充了知識面，使對知識的認識提高到一個新的水平。通過畢業(yè)設計，培養(yǎng)調(diào)查研究的習慣和能力，練習查閱資料，合理選擇計算標準，建立正確的設計和科研思想，加強科學性，牢固樹立實事求是和嚴肅認真的工作態(tài)度。 3 第2章 總體方案的設計與確定 2.1 設計任務及設計目標的確定 1、設計任務： 通過查找資料學習并設計出安全可靠能夠使用的閉門器。 2、設計目標： 理解知識，學會運用學習的知識，達到熟練掌握的目的。自己完成的一種形式的學習任務，培養(yǎng)獨立學習的品格，提高刻苦學習，知難而進的積極性和能力。檢驗學習的成果，找出自己的不足。 2.2 自動門運行阻力的計算 自動門運行阻力計算： 自動門在運行的過程中會受到許多阻力。門扇與凹槽門夾的摩擦力。有時候天氣風大，自動門在平移運動中會有風阻力，其中還包括包括坡度阻力和慣性阻力。主要 1、摩擦阻力 摩擦阻力包括門滑輪的滾動摩擦阻力以及門滑輪軸承中的摩擦阻力以及門滑輪輪緣與軌道之間的滑動摩擦阻力。這里為了簡化,假設其總運行效率為0.95。 2、風阻力。 根據(jù)實際環(huán)境情況，在這里取六級風壓進行阻力計算。 自動門的風阻力為： 式中為風力系數(shù)，平滑門風力系數(shù)取1.1； A-垂直與風向的迎風面積（自動門的總面積）； -計算風壓（Pa）； -運動過程中經(jīng)過試驗可以得出門滑輪和止擺器的綜合摩擦系數(shù)，選取0.1。 查表得六級大風風速：；這里取。 風壓計算公式： 綜上 2.3 門體的設計 此次設計的平行移動自動門的門體是由兩個可以活動的門扇組成，門扇在門夾內(nèi)部可以左右的運動來實現(xiàn)門體的運行，使得人們出入，同時自動門的框架是固定不動的?？蚣芄潭ㄔ趬γ嫔蟻碇С珠T扇，或是支撐門體附加。自動門的框架是固定在墻面內(nèi)部的嵌入在里面。系統(tǒng)中所用到的一些驅(qū)動的機構(gòu)都是安裝在框架上的，框架主要是一個橫梁，在框架的橫梁上面安裝了一系列的硬件設施及機構(gòu)。比如門夾也是在橫梁下面的凹槽內(nèi)部。然后門扇安裝早凹槽內(nèi)部實現(xiàn)左右的擺動，在橫梁的上面設計還可以安裝玻璃使得采光的效果更加，同時這樣的安裝也是使得人們追去的審美觀更加的突出，使得人們在進出的時候心情更加的愉悅。體現(xiàn)了設計的人性化一面。當然了，隨著科技的發(fā)展，自動門的設計也是五花八門，樣式層出不窮。也有整體門框動的，這就是根據(jù)在生活中的實際應用了，或是為了和諧建筑物的需要等等。 自動門的門扇設計形式主要有兩種，在現(xiàn)代社會市場主要有兩種結(jié)構(gòu)的門：一種是單開式的自動門，即單開式自動門，所謂單開式的自動門就是在單片機的控制下門扇在門夾的內(nèi)部實現(xiàn)往一個方向的運左或是向右來實現(xiàn)自動門的打開和關(guān)閉；還有就是雙開式的自動門，即雙開式自動門，所謂雙開式的自動門就是兩側(cè)的門扇往中間運動從而來實現(xiàn)門扇的打開和關(guān)閉，又或者是兩個門扇在接收到電機控制的時候從中間往兩邊同時運動來控制門扇的打開和關(guān)閉。在此次的設計中，本設計中選擇了從中間往兩側(cè)運動的第二種方式雙開式作為設計的對象。 單開式 雙開式 圖2.1兩種自動門的開門方式 商用平滑自動門的門體包括鋁合金、碳素鋼、不銹鋼和玻璃等。因為對門體的設計在這里沒有特殊要求，而平行移動的門扇大多采用的主要是玻璃，一種是建筑玻璃，一種是鋼化玻璃，因鋼化玻璃透明性好、強度高，破碎后無尖角不會傷人，所以在社會自動門應用廣泛，此設計主要是采用鋼化玻璃作為門扇材料。門體的相關(guān)參數(shù)如下表2.1 表2.1 門體規(guī)格參數(shù) 在設計中此次設計所選用的參數(shù)主要是：門扇的寬度為，門扇高度，運動的門扇的厚度。通過計算可以得出門扇的體積為： 此次設計所選用的雙開式自動門體的材料是鋼化玻璃，可以通過實驗得出鋼化玻璃密度，所以有單扇門的質(zhì)量： 在自動門體的設計中還有設計了門夾。主要材質(zhì)是玻璃，還進行設計了止擺裝置主要是控制自動門體的擺動，同時還設計了門吊輪，門吊件等附件，通過計算可以得出單扇門的總重約為55kg（經(jīng)過計算得到539N） 根據(jù)經(jīng)驗可得在日常生活中自動門的運行的速度約為0.4—0.5m/s,此次自動門設計中門扇的運行速度選取的是0.4m/s進行設計。下圖2.2為門體的整體平面外形圖： 圖2.2 門體結(jié)構(gòu)簡圖 同時做出門體運動的簡圖如2.3所示 圖2.3 門體結(jié)構(gòu)簡圖 運動簡圖分析： 由上圖自動門體的結(jié)構(gòu)簡圖可以看出整個機械設計的部分。其中主要包括兩個可以移動的門扇，橋門，還有吊件，主要是連接門扇和軌道，還有液壓缸用來實現(xiàn)門扇運動的動力來源，實現(xiàn)門扇在運動過程中速度的控制，活塞桿通過傳動來實現(xiàn)門扇的運動。 此次機械設計部分的分析如下：液壓泵可以根據(jù)電信號立刻輸出轉(zhuǎn)矩給液壓缸，液壓缸通過輸出的轉(zhuǎn)矩來驅(qū)動轉(zhuǎn)動輪，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)動。自動門的門體通過設計的吊件與活塞桿固定在一起，當左右兩端液壓缸的活塞桿同時外伸的時候，左右兩邊的門扇將同時關(guān)閉。當左右兩端液壓缸的活塞桿同時內(nèi)縮的時候，左右兩邊的門扇將同時打開。左右兩端的液壓缸通過同步器確保左右兩端的液壓缸步調(diào)一致。 2.4 吊件的設計 吊件是兩扇活動門能夠安全開合的重要組成部分之一，現(xiàn)對其設計如下： 1、材料的選擇 通過相關(guān)資料的查閱以及參照同類產(chǎn)品，對其吊件的材料，確定為45鋼。 2、數(shù)量的選擇 本次設計的吊件共有4件，2個和液壓缸相連接，2個為從動吊件，啟輔助的作用。 3、吊件結(jié)構(gòu)的設計 對其導軌的結(jié)構(gòu)，見下圖2.4吊件結(jié)構(gòu)圖。 圖2.4（a） 和液壓缸相連接吊件結(jié)構(gòu)圖 圖2.4（b）輔助吊件結(jié)構(gòu)圖 2.5 導軌的設計 導軌是兩扇活動門能夠安全開合的重要組成部分之一，現(xiàn)對其設計如下： 1、材料的選擇 通過相關(guān)資料的查閱以及參照同類產(chǎn)品，對其導軌的材料，確定為45鋼。 2、導軌結(jié)構(gòu)的設計 對其導軌的結(jié)構(gòu)，見下圖2.5導軌斷面圖。 圖2.5 導軌斷面圖 本次設計的導軌的長度為1590mm。 2.6 液壓裝置的設計 液壓裝置的本次設計開合裝置中較為重要的零部件，下面第三章和第四章，將對其進行詳細的設計、計算、校核與確定。 30 第3章 液壓缸的設計與確定 3.1 液壓缸推力的確定 液壓缸的推力比較重要。他既是液壓缸工作能力的體現(xiàn)，也是前提結(jié)構(gòu)設計的依據(jù)。通過前面的分析，能夠知道，取700N。 3.2 液壓缸工作壓力的確定 液壓缸公稱壓力也稱額定壓力，是液壓缸能以長期工作壓力。國家標準規(guī)定了公稱壓力系列標準見下表3.1。 表3.1 液壓公稱壓力系列單位：MPa 0.63 1.0 1.6 2.5 4.0 6.3 10.0 16.0 25.0 31.5 40.0 綜合考慮后選取公稱壓力 最高允許壓力是液壓缸在瞬間能承受最大的極限壓力。 國家規(guī)范規(guī)定為： 耐壓測試壓力是液壓缸在檢查質(zhì)量時需要承受的測試壓力。在此壓力測試時間內(nèi)，全部零件不得有破壞或永久變形等異常現(xiàn)象。 國家規(guī)范規(guī)定為： 3.3 液壓缸工作速度和縮后速度的確定 通過前面的設計、分析和假設：取工作速度和縮回速度均為。 3.4 缸筒的設計 3.4.1 缸筒材料的確定 部分材料的機械性能如下表3.2缸筒材料與機械性能對照表： 表3.2 缸筒材料與機械性能對照表 綜合考慮后，本文選取45號鋼作為缸筒的材料。 3.4.2 缸筒內(nèi)徑D的確定 根據(jù)查閱《機械設計手冊》可以知道實際缸推力計算公式： ，其中F為700N，PN為1Mpa（上面已經(jīng)進行了計算，在此不再累贅） 將數(shù)據(jù)代入上式可以得到，參見表3.3，取D=20mm。 表3.3 液壓缸徑尺寸系列單位（mm） 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 100 125 160 200 250 320 400 3.4.3 缸筒壁厚δ的確定 缸筒壁厚可按下列情況進行計算： 缸筒壁厚可按薄壁缸的缸筒的實用計算式：進行計算。 式中：D—缸筒內(nèi)徑16(mm)； —最高允許壓力1.5(MPa)； —缸筒材料許用應力（MPa）； —缸筒材料的屈服強度（MPa)； n—安全系數(shù)取2(一般取1.5～2.5)。 將公式轉(zhuǎn)換為 即 將公式轉(zhuǎn)換為 即 將上述數(shù)據(jù)代入公式，得到，取 查詢表3.4，缸筒材料選取20號鋼，其屈服強度 表3.4 高精度冷拔無縫鋼管機械性能 材料 抗拉強度 屈服強度 伸長率 硬度（HV） 20 500 400 8 140 35 600 500 6 170 45 700 600 4 210 27SiMn 900 800 3.4.4 缸筒底部的確定 圖3.1缸筒底部平面 圖3.1 缸筒底部平面 缸筒底部為平面時，其厚度可按照四周嵌住的圓盤強度公式進行近似計算： 式中：—缸筒底部厚度； —計算厚度處直徑暫取16mm； —液壓缸額定壓力1MPa； —缸筒底部材料為20號鋼，其許用應力為100MPa。 。取 3.4.5 缸筒加工要求的確定 1、缸筒與前端蓋采用螺紋連接，選用6級精度細牙螺紋。參考GB/T197一2003，選取缸筒內(nèi)螺紋代號：M30×1?6H，旋合長度L=50mm。 2、缸筒內(nèi)徑選用H8配合。內(nèi)徑表面粗糙度因活塞選用活塞環(huán)密封，內(nèi)徑表面粗糙度取0.2um。且均需研磨。 3、缸筒內(nèi)徑的圓度和圓柱度選取8級精度。 4、缸筒端面垂直度選擇7級精度。 5、為了防止腐蝕和磨損，缸筒內(nèi)表面鍍鉻，鉻層厚度為30-40um，鍍后研磨或拋光。 3.5 活塞桿的設計 3.5.1 活塞桿材料的確定 在查閱《機械設計手冊》的基礎(chǔ)上，向初步選擇活塞桿的材料為45號鋼。 3.5.2 活塞桿結(jié)構(gòu)形式的確定 (1)活塞桿的桿體 活塞桿的桿體分為實心和空心兩種。本油缸活塞桿采用實心。 (2)活塞桿的頭部結(jié)構(gòu) 活塞桿頭部直接與工作機構(gòu)連接，根據(jù)與負載連接的要求不同，活塞桿頭部主要有以下幾種結(jié)構(gòu)，見圖3.2。其中圖3.2a)、3.2c)為單耳環(huán)不帶襯套的結(jié)構(gòu)；圖3.2b)為單耳環(huán)帶襯套的結(jié)構(gòu)；圖3.2d)為雙耳環(huán)結(jié)構(gòu)；圖3.2e)為球頭結(jié)構(gòu)；圖3.2f)、3.2g)分別為外螺紋及內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)。 圖3.2 活塞桿頭部結(jié)構(gòu) 本文中選取單耳環(huán)帶襯套的結(jié)構(gòu)。 3.5.3 活塞桿直徑D的確定 活塞桿的直徑可以根據(jù)速比來確定，公式如下： 參見表3.5，選取； 得出；參見表3.6，取d=10mm。 表3.5 速度比? 選擇 壓力MPa ≤10 12.5～20 ≥20 速度比? 1.33 1.46 2 表3.6 活塞桿直徑尺寸系列單位(mm） 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 35 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 本文設計的活塞桿采用實心式，根據(jù)初步計算，現(xiàn)暫定活塞桿內(nèi)徑d1=10mm。 3.5.4 活塞桿理論拉力和推力的確定 圖3.3 活塞受力分析圖 當活塞桿伸出時理論推力： 當活塞桿回縮時理論拉力： 式中和分別為無桿腔和有桿腔的受力面積；—系統(tǒng)額定壓力1MPa。 3.5.5 活塞桿加工要求的確定 1、活塞桿采用20號鋼，熱處理采用調(diào)質(zhì)，表面須鍍硬鉻，鉻層厚度15-25um。 2、活塞桿外徑公差；直線度≤0.02mm/100mm；表面粗糙度Ra≤0.3-0.4um。 3、活塞桿圓柱度公差按8級選取。 3.5.6 活塞桿導向形式的確定 前端蓋采用球墨鑄鐵（QT700—2）耐磨材料制成，用其內(nèi)孔對活塞桿進行導向。 3.5.7 活塞桿防塵和密封形式的確定 1、活塞桿的防塵，采用O形密封圈進行防塵。 2、活塞桿的密封 液壓缸的靜密封部位主要有活塞內(nèi)孔與活塞桿、支撐座外圓與缸筒內(nèi)孔、端蓋與缸體端面等處。靜密封部位使用的密封件基本上都是O形密封圈。但本油缸將采用專用密封圈進行密封。 3.6 活塞的設計 3.6.1 活塞材料的確定 采用分體式有導向環(huán)的活塞，查詢《液壓工程手冊》,活塞采用45號鋼。 3.6.2 活塞結(jié)構(gòu)形式及尺寸的確定 活塞根據(jù)工作壓力、速度、溫度等工作條件來選擇密封件的工作形式，而選定的密封件的形式?jīng)Q定了活塞的結(jié)構(gòu)形式。 1—擋圈；2—密封件；3—導向環(huán) 圖3.4 活塞結(jié)構(gòu) 常用的活塞結(jié)構(gòu)形式有整體式和分體式，本油缸采用分體式活塞。結(jié)構(gòu)示意圖見，圖3.4，密封件導向環(huán)（支承環(huán))分槽安裝。 活塞寬度B一般按下公式取： B=（1.0-2.5）D=（1.0-2.5）X20=20-50mm 式中：D—液壓缸缸徑20mm； 結(jié)合整體尺寸選取B=40mm。 3.6.3 活塞密封形式的確定 1、聚四氟乙烯 2、O形密封圈 圖3.5 活塞的組合式密封圈 活塞的密封件選用準則取決于壓力、溫度、速度和工作介質(zhì)等因素。近年來主要選用O形密封圈和聚四氟乙烯（PTFE）主密封件組合在一起使用（如圖3.5)。這種組合式密封顯著提高了密封性能，降低了摩擦阻力，無爬行現(xiàn)象，具有良好的動態(tài)和靜態(tài)密封性，耐磨損，使用壽命長、安裝溝槽簡單、拆裝方便。另一特點是允許活塞外圓與缸筒內(nèi)壁之間有較大的間隙。因為組合式密封的密封圈能防止擠入間隙內(nèi)，這就降低了活塞與缸筒的加工要求。 3.6.4 活塞加工要求的確定 圖3.6 活塞加工要求 1、活塞外徑D對內(nèi)徑D1的徑向跳動公差值按7級和8級精度選取。 2、端面T對內(nèi)孔D1軸線的垂直度公差值按7級選取。 3、活塞D圓柱度公差按9級精度選取。 4、因為采用支承環(huán)，外徑D表面粗糙度和公差要求可降低。 3.6.5 活塞與活塞桿連接形式的確定 活塞與活塞桿的連接方式一般采用螺紋連接和卡環(huán)連接。螺紋連接，結(jié)構(gòu)簡單、實用，應用較為普遍。當工作機械振動較大時螺紋易松動，故必須采取防松措施。 卡環(huán)連接比較可靠，可以承受較大的工作壓力和機械振動，且結(jié)構(gòu)簡單、裝卸方便，但不能拆換。 本文綜合權(quán)衡利弊后采用螺紋連接。 3.7 活塞導向環(huán)的設計 3.7.1 導向環(huán)形式的確定 安裝在活塞外圓的導向環(huán),具有精確的導向作用，并可吸收活塞在運動時產(chǎn)生的側(cè)向力。帶導向環(huán)的活塞在液壓缸中運動是非金屬接觸的，因此摩擦系數(shù)小，啟動時無爬行。同時可以改善活塞桿與缸筒的同軸度，使間隙均勻，減少泄露。導向環(huán)采用耐磨材料，使用壽命長，磨損后易于跟換。能刮掉雜質(zhì)防止雜質(zhì)嵌入密封圈。 圖3.7 采用浮動型導向環(huán) 用高強度塑料（聚四氟乙烯)制的導向環(huán)帶狀坯料，裝在活塞外圓的矩形截面溝槽內(nèi)，側(cè)向保持有間隙，導向環(huán)可以在溝槽了移動。 3.7.2 導向環(huán)尺寸確定 活塞用導向環(huán)的寬度b 可按進行計算 式中：b—導向環(huán)寬度； —活塞最大徑向力； 根據(jù)分析知道，活塞在液壓缸中主要承受軸向力，徑向力較小。查閱《設計手冊》，可知其大小可以近似的取軸向里的15%-20%。軸向力為700N，所以徑向力為105N-140N。取120KN D—活塞外圓直徑20mm； —材料允許的表面承壓力，聚四氟乙烯為15MPa； K—安全系數(shù)取2； 經(jīng)計算并圓整取b=80mm 3.8 耳環(huán)結(jié)構(gòu)的確定 桿用耳環(huán)安裝在活塞桿外端部，通常用螺紋連接。本文涉及的耳環(huán)為單耳環(huán)式帶軸套。耳環(huán)的銷孔一般用11H配合。缸筒用耳環(huán)與缸筒后端蓋做成一體，同樣采用帶球鉸軸套耳環(huán)。具體結(jié)構(gòu)詳見圖3.8： 圖3.8 耳環(huán)的形式 a）不帶襯套單耳環(huán) b）帶襯套單耳環(huán) c）球鉸形單耳環(huán) d）、e）、f）鉸軸 根據(jù)設計手冊確定，確定耳環(huán)的結(jié)構(gòu)形式為不帶襯套單耳環(huán)。 3.9 進、出油口尺寸的確定 圖3.9 進、出油口尺寸 液壓缸的進、出油口布置在缸筒和后端蓋上面，并且采用螺紋的連接方式如圖3.8。由系統(tǒng)工作壓力1MPa查《新編液壓工程手冊》，油缸的工作速度為0.02m/s。 所以流量 所以根據(jù)公式A=q/V,經(jīng)計算A=1.87mm。取EC=M5。 3.10 密封裝置的確定 密封裝置主要用來防止液壓油的泄漏。液壓缸因為是依靠密閉油液容積的變化來傳遞動力和速度，故密封裝置的優(yōu)劣，將直接影響液壓缸的工作性能。 圖3.10 密封裝置 (a)間隙密封(b)摩擦環(huán)密封(c)○形圈密封(d)V形圈密封 液壓缸中常見的密封裝置如上圖3.10所示。圖3.10(a)所示為間隙密封，它依靠運動間的微小間隙來防止泄漏。為了提高這種裝置的密封能力，常在活塞的表面上制出幾條細小的環(huán)形槽，以增大油液通過間隙時的阻力。它的結(jié)構(gòu)簡單，摩擦阻力小，可耐高溫，但泄漏大，加工要求高，磨損后無法恢復原有能力，只有在尺寸較小、壓力較低、相對運動速度較高的缸筒和活塞間使用。圖3.10(b)所示為摩擦環(huán)密封，它依靠套在活塞上的摩擦環(huán)在O形密封圈彈力作用下貼緊缸壁而防止泄漏。這種材料效果較好，摩擦阻力較小且穩(wěn)定，可耐高溫，磨損后有自動補償能力，但加工要求高，裝拆較不便，適用于缸筒和活塞之間的密封。圖3.10(c)、圖3.10(d)所示為密封圈密封，它利用橡膠或塑料的彈性使各種截面的環(huán)形圈貼緊在靜、動配合面之間來防止泄漏。它結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，磨損后有自動補償能力，性能可靠。 對于活塞桿外伸部分來說，由于它很容易把臟物帶入液壓缸，使油液受污染，使密封件磨損，因此常需在活塞桿密封處增添防塵圈，并放在向活塞桿外伸的一端。 3.11 排氣裝置的確定 圖3.11 排氣裝置的形式 排氣裝置的形式和結(jié)構(gòu)見圖3.11，一般有整體排氣塞和組合排氣塞兩種。整體排氣塞（圖c、e）由螺紋與缸筒或端蓋連接，靠頭部錐面起密封作用。排氣時，擰松螺紋，缸內(nèi)空氣從錐面空隙中擠出并經(jīng)斜孔排出缸外。這種排氣裝置簡單方便，但螺紋與錐面密封處同心度要求較高，否則擰緊排氣塞后不能密封，會造成外泄漏。組合排氣塞一般由螺塞和錐閥組成。螺塞擰松后，錐閥在壓力的推動下脫離密封面而排出空氣。錐閥可以采用圖a所示的錐面密封，也可以采用圖b所示的錐面密封，還可以采用圖g所示的鋼珠密封。后兩種排氣密封形式對高壓缸比較適用。 3.12 緩沖裝置的確定 一般的液壓缸可不考慮緩沖裝置。但當液壓缸驅(qū)動質(zhì)量較大的工作機構(gòu)作快速往復運動時，為了防比活塞在行程終點處與缸蓋或缸底碰撞產(chǎn)生沖擊和噪聲，甚至造成液壓缸、油管和閥類元件損壞，常在液壓缸內(nèi)設有緩沖裝置。 本油缸采用環(huán)形縫隙節(jié)流的緩沖裝置。當柱塞進入與其相配的缸蓋上的內(nèi)孔時，孔中的液壓油只能通過間隙排出，使活塞速度降低。由于配合間隙不變，故隨著活塞運動速度的降低，起緩沖作用。緩沖圈厚度為40mm。 第4章 液壓缸主要零件的校核 4.1 活塞桿的校核 4.1.1 活塞桿拉伸強度的校核 驗算活塞桿的壓縮拉伸強度公式為： 式中：d—活塞桿直徑，前面已確定10mm； F—缸最大推力； 為活塞材料的許用應力， —活塞桿材料的屈服強度； n—安全系數(shù)，取2； 活塞桿為實心桿，材料選用20號鋼，=400Mpa； 所以 顯然活塞桿直徑滿足要求。 4.1.2 活塞桿彎曲穩(wěn)定性驗算 活塞桿受軸向壓縮負載時，它所承受的軸向力不能超過使它保持穩(wěn)定工作所允許的臨界負載，以免發(fā)生縱向彎曲，破壞液壓缸的正常工作。的值與活塞桿材料性質(zhì)、截面形狀、直徑和長度以及液壓缸的安裝方式等因素有關(guān)。表4.1液壓缸支承方式和末端系數(shù)ψ2的值，表4.2 f、a、ψ1的值，對支承方式的不同其末端系數(shù)的取值也將不同。 表4.1 液壓缸支承方式和末端系數(shù)ψ2的值 支承方式 末端系數(shù)ψ2 一端自由，一端固定 1/4 兩端鉸接 1 一端鉸接，一端固定 2 兩端固定 4 表4.2 、α、ψ1的值 材料 ×108N/m2 α ψ1 鑄鐵 5.6 80 鍛鋼 2.5 110 軟鋼 3.4 90 硬鋼 4.9 85 活塞通常是細長桿體，因此活塞桿的彎曲計算可按“歐拉公式”進行。 活塞桿彎曲失穩(wěn)臨界負荷KF ，可按下式計算： 式中：E—活塞桿彈性模量，碳素鋼一般取200GPa； J—活塞桿橫截面慣性矩； K—安裝及導向系數(shù)K=1； —安裝距； 在彎曲失穩(wěn)臨界負荷時，活塞桿將縱向彎曲。因此活塞桿最大工作負荷F應按下式驗證： 式中：F—活塞桿的最大推力； —安全系數(shù)取3.5； 顯然選取的活塞桿徑和材料滿足要求。 4.2 缸筒的校核 4.2.1 缸筒內(nèi)徑D的校核 液壓缸負載率為實際使用推力與理論額定推力的比值： 值是以衡量液壓缸在工作時負載，其取值范圍在中，故選取的缸徑和液壓缸額定壓力合格。 4.2.2 缸筒壁厚δ的校核 計算求得的壁厚δ值后，應滿足以下四點要求，以保證液壓缸的安全的工作： （1）液壓缸額定壓力值應低于一定的極限值，保證工作安全: 式中：—液壓缸額定壓力1MPa； —缸筒材料的屈服強度400MPa； —液壓缸筒直徑為20mm； —液壓缸直徑10mm。 （2）為了避免缸筒在移動時發(fā)生塑性變形，液壓缸的額定壓力值應與塑性變形有一定的比例范圍： 式中：—缸筒發(fā)生完全塑性變形時的壓力（MPa）； 將數(shù)值代入上式得： 缸筒壁厚δ顯然滿足。 （3）缸筒徑向變形值應在允許范圍內(nèi)，而不應超出密封件允許范圍： 式中：—液壓缸耐壓試驗壓力31.25MPa； V—缸筒材料的泊桑系數(shù)，鋼材ν=0.3； E—缸筒材料彈性模數(shù)，碳素20號鋼取200GPa。 （4）為了確保液壓缸的安全使用，缸筒的爆裂壓力應大于耐壓試驗壓力： 式中：—缸筒發(fā)生爆裂時的壓力（MPa）； —缸筒材料的抗拉強度，20號鋼。 計算求得，可以保證液壓缸的安全。 4.2.3 缸筒底部的校核 缸筒底部的強度可按公式計算 其中缸筒底部承受的最大作用力（前面已進行計算，在此不再累贅）；缸筒底部面積 所以缸筒底部的強度滿足要求。 第5章 液壓控制方案的設計與確定 5.1 液壓系統(tǒng)控制方案的設計與確定 用液壓傳動來控制門的開和關(guān)，可以選用雙活塞液壓缸。當從A端口輸入油液的時候，兩個柱塞同時相背運動，將門推開，當反向輸入油液的時候（即從B端口輸入），兩活塞又同時相向運動，拉動門，使門閉合。當有控制信號輸入進來的時候，電磁開停閥5和電磁換向閥7會同時改變狀態(tài)，即開停閥處于開的位置，換向閥換到使油液從A端口輸入的位置，兩活塞相背運動，B端口壓出的油液通過手動換向閥11和換向閥7回到油箱，經(jīng)過一定時間后，換向閥7改變狀態(tài)，是油液從B端口輸入，從A端口流出，經(jīng)7回到油箱。開停閥5的控制時間到了以后，就會改變狀態(tài)，自動閉合。 手動換向閥起到的作用就是：當停電的時候，只要手動換向，就可以用手推開門，而不至于門停在某一位置而打不開。溢流閥4的作用是控制液壓系統(tǒng)的壓力。 5.2 液壓系統(tǒng)控制原理圖 本次設計其液壓系統(tǒng)控制原理圖如下： 圖5.1 液壓系統(tǒng)控制原理圖 結(jié)論 時光匆匆如流水，轉(zhuǎn)眼便是大學畢業(yè)時節(jié)，春夢秋云，聚散真容易。在這個美好的季節(jié)里，我在電腦上敲出了最后一個字，心中涌現(xiàn)的不是想象已久的歡欣，卻是難以言喻的失落。是的，隨著論文的終結(jié)，意味著我生命中最純美的學生時代即將結(jié)束。通過本次設計我完成了自動液壓門窗開合裝置設計和零件的設計。對總裝配圖、液壓系統(tǒng)控制圖、液壓缸進行詳細的設計和計算，并且繪制了相應的圖形，取得了一定的成果，但在設計中也存在著一些不足?，F(xiàn)做如下總結(jié)： 1、對液壓傳動、機械設計基礎(chǔ)、公差配合、AUTOcad、Word等辦公軟件有更深的了解和更熟練的掌握。 2、對機械設計和液壓傳動得到更進一步的了解。掌握了油缸設計的步驟和方法。 3、通過查閱資料，我學會了如何利用工具書上的公式，對主要零件進行強度、剛度及穩(wěn)定性的校核。 4、沒有通過分析軟件對油缸進行干涉、變形及穩(wěn)定性的分析，這也是本次設計的不足之處。我將通過在今后的工作中來彌補這一不足，使得設計更加完美。 畢業(yè)設計雖然已經(jīng)完成，但我的課題研究仍沒結(jié)束，希望在將來的學習與工作中為機械工業(yè)設計的理學與美學的融合出出一份力。 致謝 完成畢業(yè)設計對于我來說，是一次能力的提升，通過完成畢業(yè)論文，讓我在遇到問題，怎么去解決問題這方面有了很大的進步，我相信在今后的工作里面，我也一定會秉承著這份堅持，這份對于機械設計的熱情，更好的將一個個難題解決。 完成這篇論文，跟我的指導老師的幫助是不能分開的，因為有他的指引，還有幫助，我才能最終完成這篇論文，在我困惑迷茫，舉棋不定時，指導老師不斷的鼓勵啟發(fā)我，為我本次設計打開新思路，他嚴謹而廣闊的教學態(tài)度深深地感染了我，教導我做人做事的道理，讓我為以后走入以后的學習、工作崗位做好提前準備。我深深地為老師的敬業(yè)精神所感動，讓我再一次對于老師說一聲“謝謝”！ 在寫這篇論文的時候，我的同學們也幫助了我，在這里我要謝謝你們。 參考文獻 [1] 王知性，劉廷榮，機械原理.北京，高等教育出版社，2003 [2] 黃茂林，馬正綱，孫寧.機械原理.重慶：重慶大學出版社，2002 [3] 方鍵主編.機械結(jié)構(gòu)設計.北京：化學工業(yè)出版社，2006. [4] 丁樹模、周驥平主編 液壓傳動.第二版 機械工業(yè)出版社 1999 [5] 李芝主編 液壓傳動.機械工業(yè)出版社 2002 [6] 臧克江主編 液壓缸.化學工業(yè)出版社2009 [7] 黃積偉主編 液壓傳動 北京：機械工業(yè)出版社 2007：1-289 [8] 雷天覺主編 新編液壓工程手冊.第二冊.北京：北京理工大學出版社 1998 [9] 楊東邦主編 機械CAD制圖與標準應用．北京：中國標準出版社，1998 [10] 雷天覺主編 液壓工程手冊.北京:機械工業(yè)出版社,1991 [11] 李壯云主編 液壓元件與系統(tǒng). 機械工業(yè)出版社. 2005.8 [12] 蔡文彥主編 液壓傳動系統(tǒng).上海:上海交通大學出版社,1996 [13] 杜國森主編 液壓元件產(chǎn)品樣本. 機械工業(yè)出版社. 1983.4 [14] 萬會雄、明仁雄主編 液壓與氣動傳動. 國防工業(yè)出版社. 2003 [15] 濮良貴主編.機械設計.北京：高等教育出版社，2001.