3t液壓千斤頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 題目名稱 ： 3t液壓千斤頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 院系名稱 ： 機(jī) 電 學(xué) 院 班 級 ： 學(xué) 號 ： 學(xué)生姓名 ： 指導(dǎo)教師 ： 2012年 6月 1 摘 要 在實(shí)際生產(chǎn)中我們總是會遇到一些將重物如機(jī)床、笨重的箱子、井下的軌道等在沒有起吊設(shè)備的情況下移動或抬起的情況，僅靠人工操作是很難實(shí)現(xiàn)的，這時我們就需要用到千斤頂。 千斤頂與我們的生活息息相關(guān)，在各行各業(yè)如建筑、鐵路、汽車維修等部門均得到廣泛的應(yīng)用，因此千斤頂技術(shù)的發(fā)展將直接或間接影響到這些部門的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和工作，而液壓千斤頂又是千斤頂?shù)囊环N。在液壓千斤頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中， 對液壓元件制造精度要求高，工藝復(fù)雜，成本較高應(yīng)向標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展，液壓元 件維修較復(fù)雜，且需有較高的技術(shù)水平，元件盡量符合互換性。 通過研究液壓千斤頂?shù)膬?nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理。使我們對千斤頂有進(jìn)一步的了解，使我們更加科學(xué)合理的應(yīng)用千斤頂。 關(guān)鍵字 ：廣泛，工藝，互換性，工作原理 2 Abstract As the development of the marketing economy, nowadays, the privately owned enterprise becomes the important support in the economy and the society. But as the competition becomes keen, the privately owned enterprise also confronts the tough challenge. It is one of the most important and useful subject on how to improve the core competitiveness to make this kind of enterprise maintain the vigorous vitality. Keywords： Privately Owned Enterprise Shared Vision Visioning Procedure 3 前言 液壓千斤頂是典型的利用液壓傳動的設(shè)備，液壓千斤頂具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、攜帶方便、性能可靠等優(yōu)點(diǎn) ,被廣泛應(yīng)用于流動性起重作業(yè) ,是維修、汽車、拖拉機(jī)等理想工具。其結(jié)構(gòu)輕巧堅(jiān)固、靈活可靠，一人即可攜帶和操作。千斤頂是用剛性頂舉件作為工作裝置，通過頂部托座或底部托爪在小行程內(nèi)頂升重物的輕小起重設(shè)備。本次對車用液壓千斤頂進(jìn)行三維建模以及運(yùn)動仿真旨在了解液壓千斤 頂?shù)膬?nèi)部結(jié)構(gòu)，油液流動方式，密封方式，并且通過對液壓千斤頂?shù)姆治隽私庖簤簜鲃拥脑硪约皯?yīng)用。通過查閱大量文獻(xiàn)，和對千斤頂各部件進(jìn)行繪制建模不但熟悉了千斤頂內(nèi)液壓傳動原理還使得我對一些繪圖軟件的操作更加熟練。同時也在以前書本學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上對液壓傳動加深了理解。 4 1 液壓傳動概述 液壓傳動的應(yīng)用范圍的基本原理 自 18世紀(jì)末英國制成世界上第一臺水壓機(jī)算起，液壓傳動技術(shù)已有二三百年的歷史。直到 20 世紀(jì) 30年代它才較普遍地用于起重機(jī)、機(jī)床及工程機(jī)械。在第二次世界大 戰(zhàn)期間，由于戰(zhàn)爭需要，出現(xiàn)了由響應(yīng)迅速、精度高的液壓控制機(jī)構(gòu)所裝備的各種軍事武器。第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，戰(zhàn)后液壓技術(shù)迅速轉(zhuǎn)向民用工業(yè)，液壓技術(shù)不斷應(yīng)用于各種自動機(jī)及自動生產(chǎn)線。 本世紀(jì) 60 年代以后，液壓技術(shù)隨著原子能、空間技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展。因此，液壓傳動真正的發(fā)展也只是近三四十年的事。當(dāng)前液壓技術(shù)正向迅速、高壓、大功率、高效、低噪聲、經(jīng)久耐用、高度集成化的方向發(fā)展。同時，新型液壓元件和液壓系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) (CAD)、計(jì)算機(jī)輔助測試 (CAT)、計(jì)算機(jī)直接控制(CDC)、機(jī)電一體化技術(shù)、可靠 性技術(shù)等方面也是當(dāng)前液壓傳動及控制技術(shù)發(fā)展和研究的方向。 我國的液壓技術(shù)最初應(yīng)用于機(jī)床和鍛壓設(shè)備上，后來又用于拖拉機(jī)和工程機(jī)械?，F(xiàn)在，我國的液壓元件隨著從國外引進(jìn)一些液壓元件、生產(chǎn)技術(shù)以及進(jìn)行自行設(shè)計(jì)，現(xiàn)已形成了系列，并在各種機(jī)械設(shè)備上得到了廣泛的使用。 液壓傳動有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，因此它的應(yīng)用非常廣泛，如一般工。業(yè)用的塑料加工機(jī)械、壓力機(jī)械、機(jī)床等；行走機(jī)械中的工程機(jī)械、建筑機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車等；鋼鐵工業(yè)用的冶金機(jī)械、提升裝置、軋輥調(diào)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(jī)構(gòu) 等；發(fā)電廠渦輪機(jī)調(diào)速裝置、核發(fā)電廠等等；船舶用的甲板起重機(jī)械（絞車）、船頭門、艙壁閥、船尾推進(jìn)器等；特殊技術(shù)用的巨型天線控制裝置、測量浮標(biāo)、升降旋轉(zhuǎn)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(jī)起落架的收放裝置和方向舵控制裝置等。 液壓傳動的基本原理是在密閉的容器內(nèi)，利用有壓力的油液作為工作介 5 質(zhì)來實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換和傳遞動力的。其中的液體稱為工作介質(zhì)，一般為礦物油，它的作用和機(jī)械傳動中的皮帶、鏈條和齒輪等傳動元件相類似。 在液壓傳動中，液壓油缸就是一個最簡單而又比較完整的液壓傳動系統(tǒng) ，分析它的工作過程，可以清楚的了解液壓傳動的基本原理。 2 液壓傳動系統(tǒng)的組成 液壓系統(tǒng)主要由：動力元件（油泵）、執(zhí)行元件（油缸或液壓馬達(dá)）、控制元件（各種 閥）、輔助元件和工作介質(zhì)等五部分組成。 1、動力元件（油泵） 它的作用是把液體利用原動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓力能；是液壓傳動中的動力部分。 2、執(zhí)行元件（油缸、液壓馬達(dá)） 它是將液體的液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。其中，油缸做 直線運(yùn)動，馬達(dá)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。 3、控制元件 包括壓力閥、流量閥和方向閥等。它們的作用是根據(jù)需要無級調(diào)節(jié)液動機(jī)的速度，并對液壓系統(tǒng)中 工作液體的壓力、流量和流向進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。 4、輔助元件 除上述三部分以外的其它元件，包括壓力表、濾油器、蓄能裝置、冷卻器、管件及油箱等，它們同樣十分重要。 5、工作介質(zhì) 工作介質(zhì)是指各類液壓傳動中的液壓油或乳化液，它經(jīng)過油泵和液動機(jī)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。 3 液壓傳動的優(yōu)缺點(diǎn) 1、液壓傳動的優(yōu)點(diǎn) （ 1） 液壓傳動裝置的重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、慣性小。例如，相同功率液壓馬達(dá)的體積為電動機(jī)的 12% 13%。液壓泵和液壓馬達(dá)單位功率的重 6 量指標(biāo)，目前是發(fā)電機(jī)和電動機(jī)的十分之一，液壓泵和液壓馬達(dá)可小至0.0025N/W(牛 /瓦 ),發(fā)電機(jī)和電動機(jī)則約為 0.03N/W； （ 2）能在給定范圍內(nèi)平穩(wěn)的自動調(diào)節(jié)牽引速度，并可實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速，且調(diào)速范圍最大可達(dá) 1： 2000(一般為 1： 100)。 （ 3）換向容易，在不改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的情況下，可以較方便地實(shí)現(xiàn)工作機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)和直線往復(fù)運(yùn)動的轉(zhuǎn)換； （ 4）液壓泵和液壓馬達(dá)之間用油管連接，所以借助油管的連接可以方便靈活地布置傳動機(jī)構(gòu)，這是比機(jī)械傳動優(yōu)越的地方。例如，在井下抽取是由的泵可以采用液壓傳動來驅(qū)動，以克服長驅(qū)動軸效率低的缺點(diǎn)。由于液壓缸的推力很大，又加之容易布置，在挖掘機(jī)等 重型工程機(jī)械上，已基本取代了老式的機(jī)械傳動，不僅操作方便，而且外形美觀大方； （ 5）由于采用油液為工作介質(zhì)，元件相對運(yùn)動表面間能自行潤滑，磨損小，使用壽命長； （ 6）操縱控制簡便，自動化程度高，借助于各種控制閥，特別是采用液壓控制和電氣控制結(jié)合使用時，能很容易的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的自動工作循環(huán)，而且可以實(shí)現(xiàn)遙控； （ 7）容易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，借助于設(shè)置溢流閥等，同時液壓件能自行潤滑，因此使用壽命長。 （ 8）液壓元件實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化、便于設(shè)計(jì)、制造和使用。 2、液壓傳動的缺點(diǎn) （ 1）使用液壓傳動對維 護(hù)的要求高，工作油要始終保持清潔； （ 2）為了減少漏油，以及滿足某些性能上的要求，對液壓元件制造精度要求高，工藝復(fù)雜，成本較高； （ 3）液壓元件維修較復(fù)雜，且需有較高的技術(shù)水平； （ 4）液壓傳動對油溫變化較敏感，這會影響它的工作穩(wěn)定性。因此液壓 7 傳動不宜在很高或很低的溫度下工作， 一般工作溫度在 -15 60范圍內(nèi)較合適。 （ 5）液壓傳動在能量轉(zhuǎn)化的過程中，特別是在節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，其壓力大，流量損失大，故系統(tǒng)效率較低 ； （ 6） 液壓系統(tǒng)中的漏油現(xiàn)象等因素，影響運(yùn)動的平穩(wěn)性和正確性，使得液壓傳動不 能保證嚴(yán)格的傳動比。 3 液壓傳動在機(jī)械中的應(yīng)用 驅(qū)動機(jī)械運(yùn)動的機(jī)構(gòu)以及各種傳動和操縱裝置有多種形式。根據(jù)所用的部件和零件，可分為機(jī)械的、電氣的、氣動的、液壓的傳動裝置。經(jīng)常還將不同的形式組合起來運(yùn)用 四位一體。由于液壓傳動具有很多優(yōu)點(diǎn)，使這種新技術(shù)發(fā)展得很快。液壓傳動應(yīng)用于金屬切削機(jī)床也不過四五十年的歷史。航空工業(yè)在 1930年以后才開始采用。特別是最近二三十年以來液壓技術(shù)在各種工業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。 在機(jī)床上，液壓傳動常應(yīng)用在以下的一些裝置中： 1.進(jìn)給運(yùn)動傳動裝置磨床砂輪架和工作臺的進(jìn)給運(yùn)動大部分 采用液壓傳動；車床、六角車床、自動車床的刀架或轉(zhuǎn)塔刀架；銑床、刨床、組合機(jī)床的工作臺等的進(jìn)給運(yùn)動也都采用液壓傳動。這些部件有的要求快速移動，有的要求慢速移動。有的則既要求快速移動，也要求慢速移動。這些運(yùn)動多半要求有較大的調(diào)速范圍，要求在工作中無級調(diào)速；有的要求持續(xù)進(jìn)給，有的要求間歇進(jìn)給；有的要求在負(fù)載變化下速度恒定，有的要求有良好的換向性能等等。所有這些要求都是可以用液壓傳動來實(shí)現(xiàn)的。 2.往復(fù)主體運(yùn)動傳動裝置龍門刨床的工作臺、牛頭刨床或插床的滑枕，由于要求作高速往復(fù)直線運(yùn)動，并且要求換向沖擊小、換向時間短 、能耗低，因此都可以采用液壓傳動。 3.仿形裝置車床、銑床、刨床上的仿形加工可以采用液壓伺服系統(tǒng)來完成。 其精度可達(dá) 0.01 0.02mm。此外，磨床上的成形砂輪修正裝置亦可采用這種系統(tǒng)。 8 4.輔助裝置機(jī)床上的夾緊裝置、齒輪箱變速操縱裝置、絲桿螺母間隙消除裝置、垂直移動部件平衡裝置、分度裝置、工件和刀具裝卸裝置、工件輸送裝置等，采用液壓傳動后，有利于簡化機(jī)床結(jié)構(gòu)，提高機(jī)床自動化程度。 5.靜壓支承重型機(jī)床、高速機(jī)床、高精 度機(jī)床上的軸承、導(dǎo)軌、絲杠螺母機(jī)構(gòu)等處采用液體靜壓支承后，可以提高工作平穩(wěn)性和運(yùn)動精度。 表 1-1 液壓傳動在各類機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用實(shí)例 行業(yè)名稱 應(yīng)用場所舉例 工程機(jī)械 挖掘機(jī)、裝載機(jī)、推土機(jī)、壓路機(jī)、鏟運(yùn)機(jī)等 起重運(yùn)輸機(jī)械 汽車吊、港口龍門吊、叉車、裝卸機(jī)械、皮帶運(yùn)輸機(jī)等 礦山機(jī)械 鑿巖機(jī)、開掘機(jī)、開采機(jī)、破碎機(jī)、提升機(jī)、液壓支架等 建筑機(jī)械 打樁機(jī)、液壓千斤頂、平地機(jī)等 農(nóng)業(yè)機(jī)械 聯(lián)合收割機(jī)、拖拉機(jī)、農(nóng)具懸掛系統(tǒng)等 冶金機(jī)械 電爐爐頂及電極升降機(jī)、軋鋼機(jī)、壓力機(jī)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 汽車工業(yè) 自卸式汽車、平板車、高空作業(yè)車、汽車中的轉(zhuǎn)向器、減振器等 智能機(jī)械 折臂式小汽車裝卸器、數(shù)字式體育鍛煉機(jī)、模擬駕駛艙、機(jī)器人等 4 國內(nèi)外千斤頂發(fā)展情況 國外發(fā)展情況 早在 20 世紀(jì) 40 年代 ,臥式千斤頂就已經(jīng)開始在國外的汽車維修部門使用 ,但由于當(dāng) 時設(shè)計(jì)和使用上的原因 ,其尺寸較大 ,承載量較低。后來隨著社會需求量的增大以及千斤頂本身技術(shù)的發(fā)展 ,在 90 年代初國外絕大部分用戶已以臥式千斤頂替代了立式千斤頂。在 90 年后期國外研制出了充氣千斤頂和便 9 攜式液壓千斤頂?shù)刃滦颓Ы镯?。充氣千斤頂是由保加利亞一汽車運(yùn)輸研究所發(fā)明的 ,它用有彈性而又非常堅(jiān)固的橡膠制成。使用時 ,用軟管將千斤頂連在汽車的排氣管上 ,經(jīng)過 15 20 秒 ,汽車將千斤頂鼓起 ,成為圓柱體。這種千斤頂可以把 115t 重的汽車頂起 70cm。 Power-Riser 型便攜式液壓千斤頂則可用于所有類型的鐵道車輛 ,包括裝運(yùn)三層汽車的貨車、聯(lián)運(yùn)車以及高車頂車輛。同時它具有一個將負(fù)載定位的機(jī)械鎖定環(huán) ,一個三維機(jī)械手 ,一個全封閉構(gòu)架以及一個用于防止雜質(zhì)進(jìn)入液壓系統(tǒng)的外置過濾器。另外一種名為 Truck Jack 的便攜式液壓千斤頂則可用于對已斷裂的貨車轉(zhuǎn)向架彈簧進(jìn)行快速的現(xiàn)場維修。該千斤頂能在現(xiàn)場從側(cè)面對裝有70 125t 級轉(zhuǎn)向架的大多數(shù)卸載貨車進(jìn)行維修 ,并能完全由轉(zhuǎn)向架側(cè)架支撐住。它適用于車間或軌道上無需使用鋼軌道碴或軌枕作承。 國內(nèi)發(fā)展情況 我國千斤頂技術(shù)起步較晚 ,由于歷史的原因 ,直到 1979 年才接觸到類似于國外臥式千 斤頂這樣的產(chǎn)品。但是經(jīng)過全面改進(jìn)和重新設(shè)計(jì) ,在外形美觀 ,使用方便 ,承載力大 ,壽命長等方面 ,都超過了國外的同類產(chǎn)品 ,并且迅速打入歐美市場。經(jīng)過多年設(shè)計(jì)與制造的實(shí)踐 ,除了臥室斤頂以外 ,我 國還研規(guī)格齊全 ,形成系列產(chǎn)品 5 液壓千斤頂特點(diǎn) 液壓千斤頂是一種將密封在油缸中的液體作為介質(zhì) ,把液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能從而將重 物向上頂起的千斤頂 。它結(jié)構(gòu)簡單 ,體積小 ,重量輕 ,舉升力大 ,易于維修 ,但同時制造精度要求較高 ,若出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象將引起舉升汽車的下降 ,保險系數(shù)降低 ,使用其舉升時易受部位和地方的限制。傳統(tǒng)液壓千斤頂由于手柄、活塞、油缸、密封圈、調(diào)節(jié)螺桿、底座和液壓油組成。它利用了密 10 閉容器中靜止?jié)L體的壓力以同樣大小向各個方向傳遞的特性。優(yōu)點(diǎn) :輸出推力大 ；缺點(diǎn) :效率低。 6 液壓千斤頂常見故障排除 1 重載時頂桿不能升起。當(dāng)千斤頂頂?shù)侥骋桓叨群?, 頂桿就不再升高這表明千斤頂內(nèi) 缺少工作油 , 應(yīng)予補(bǔ)足。 2 頂桿抖動。這說明回油閥關(guān)閉不嚴(yán) , 可將回油閥針再向里擰緊一些。若仍不能頂起 , 且壓桿周圍漏油 , 則為頂桿密封圈損壞 , 應(yīng)予更換。若不能頂起且壓桿周圍也無漏油 , 再檢查回油閥和進(jìn)油閥門能否關(guān)嚴(yán)包括壓桿筒體端面接合處的密封墊圈情況若上述均無異常 , 則為頂桿密封圈損壞或其固定螺打松動 , 應(yīng)予更換或擰緊。 3 空載時頂桿就不能升起。首先檢查千斤頂?shù)挠土?,不足時應(yīng)添加。若千斤頂不缺油可 將千斤頂回油閥針?biāo)砷_ , 拆下加油孔油塞 , 然后用腳踩住千斤頂?shù)鬃?, 雙手向上拔起頂桿再壓下去 , 如此反復(fù)拔、壓頂桿幾次 , 以排除空氣若做完上述檢查后 , 擰緊加油孔油塞和回油閥 , 再試空頂若此時頂桿仍不能上升 , 應(yīng)將千斤頂放平 , 拆去回油閥 , 檢查閥與座的接觸情況是否良好 , 若有臟物 , 應(yīng)予清除若有坑、槽、不平應(yīng)予更換。最后檢查進(jìn)油閥門是否密封良好 ,頂桿密封圈有無損壞或脫落 , 若有則及時更換。 4 漏油。千斤頂?shù)穆┯筒课欢嘣谧c筒體結(jié)合處、頂桿周圍、回油閥的鎖緊螺紋處、 加油孔的固定油塞處、壓桿周圍等。漏油原因多為密封墊圈損壞必須及時更換 7 千斤頂技術(shù)展望 11 隨著我國汽車工業(yè)的快速發(fā)展 ,汽車隨車千斤頂?shù)囊笠苍絹碓礁?；同時隨著市場競爭 的加劇 ,用戶要求的不斷變化 ,將迫使千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)質(zhì)量要不斷提高 ,以適應(yīng)用戶的需求。用戶喜歡的、市場需要的千斤頂將不僅要求重量輕 ,攜帶方便 ,外形美觀 ,使用可靠 ,還會對千斤頂?shù)倪M(jìn)一步自動化 ,甚至智能化都有所要求。如何充分利用經(jīng)濟(jì)、情報、技術(shù)、生產(chǎn)等各類原理知識 ,使千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)工作真正優(yōu)化 ?如何在設(shè)計(jì)過程中充分發(fā)揮設(shè)計(jì)人員的創(chuàng)造性勞動和集體智慧 ,提高產(chǎn)品的使用價值及企業(yè)、社會的經(jīng)濟(jì)效益 ? 如何在知識經(jīng)濟(jì)的時代 充分利用各種有利因素 ,對資源進(jìn)行有效整合等等都將是我們面臨著又必須解決的重要的問題。 8 液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟?圖 8.1 是液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟韴D。大油缸 9 和大活塞 8 組成舉升液壓缸。杠桿手柄 1、小油缸 2、小活塞 3、單向閥 4 和 7 組成手動液壓泵。如提起手柄使小活塞向上移動，小活塞下端油腔容積增大，形成局部真空，這時單向閥 4 打開，通過吸油管 5 從油箱 12 中吸油；用力壓下手柄，小活塞下移，小活塞下腔壓力升高，單向閥 4 關(guān)閉，單向閥 7 打開，下腔的油液經(jīng)管道 6 輸入舉升油缸 9 的下腔，迫使大活塞 8 向上移動，頂起重物。再次 提起手柄吸油時，單向閥 7 自動關(guān)閉，使油液不能倒流，從而保證了重物不會自行下落。不斷地往復(fù)扳動手柄，就能不斷地把油液壓入液壓缸下腔，使重物逐漸地升起。如果打開截止閥 11，液壓缸下腔的油液通過管道 10、截止閥 11流回油箱，重物就向下移動。這就是液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟怼?通過對上面液壓千斤頂工作過程的分析，可以初步了解到液壓傳動的基 12 液壓千斤頂工作原理分析 圖 8.1 液壓千斤頂工作原理圖 1.杠桿手柄 2.小油缸 3.小活塞 4.單向閥 5.吸油管 6.管道 7.單向閥 8.大活塞 9.大油缸 10.管道 11.截止閥 12.油箱 13 本工作原理。液壓傳動是利用有壓力的油液作為傳遞動力的工作介質(zhì)。壓下杠桿時，小油缸 2 輸出壓力油，是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成油液的壓力能，壓力油經(jīng)過管道 6及單向閥 7，推動大活塞 8 舉起重物，是將油液的壓力能又轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。大活塞 8舉升的速度取決于單位時間內(nèi)流入大油缸 9中油容積的多少。由此可見，液壓傳動是一個不同能量的轉(zhuǎn)換過程。 8.1 液壓千斤頂?shù)淖饔?本液壓千斤頂是 杭州萬海五金經(jīng)營部 銷售的 QYL5D 油壓千斤 。為三一重工股份有限公司配套加工的外協(xié)件，它用在飛機(jī)的起落架以及吊車 ，挖掘機(jī)、裝載機(jī)、推土機(jī)、壓路機(jī)、鏟運(yùn)機(jī)的支撐架的機(jī)構(gòu)中，主要是起到支撐作用。因此，該零件的質(zhì)量及精度在使用中是非常重要的，必須制作出合理的工藝規(guī)程以確保零件的質(zhì)量。 8.2 液壓千斤頂主要構(gòu)件分析 該系統(tǒng)是一個組焊件，技術(shù)條件要求為：組焊后加工，熱處理調(diào)質(zhì)達(dá)到 HB240 HB280。表面粗糙度最高達(dá)到 Ra2.3 m，最低達(dá)到 Ra12.5 m，尺寸公差較小，另外有一處位置公差要求，這就需要經(jīng)過粗加工、半精加工、精加工過程。本零件用于大批量生產(chǎn)。本系統(tǒng)主要運(yùn)用了：杠桿原理，帕斯卡原理，單向閥原理等。 14 9 液 壓缸的設(shè)計(jì) 9.1 液壓缸的主要形式及選材 液壓缸能將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，用來驅(qū)動工作機(jī)構(gòu)作直線運(yùn)動或擺動運(yùn)動。它是液壓執(zhí)行元件。液壓缸由于結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，除單個使用外，還可幾個組合或與杠桿、連杠、齒輪齒條、棘輪棘爪、凸輪等其他機(jī)構(gòu)配合，實(shí)現(xiàn)多種機(jī)械運(yùn)動，因此應(yīng)用十分廣泛。 液壓缸有多種類型。按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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。 由于液壓缸要承受較大壓強(qiáng)，故液壓缸采用： 45 號鋼活塞式單作用液壓 缸。 9.2（液壓缸主要參數(shù)的計(jì)算）液壓缸的壓力 （ 1）額定 壓力 Pn: 也稱為公稱壓力，是液壓缸能用以長期工作的最高壓力。油液作用在活塞單位面積上的法向力圖 3.1。單位為 Pa，其值為 : Pn=G/A=3 104 （ 3.14 0.175 0.175） =2.96 105 Pa 圖 3.1 液壓缸的計(jì)算簡圖 式中：LF為活塞桿承受的總負(fù)載； A為活塞的工作面積。 上式表明，液壓缸的工作壓力是由于負(fù)載的存在而產(chǎn)生的，負(fù)載越 15 大，液壓缸的壓力也越大。 表 9.1 為國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的液壓缸公稱壓 力系列。 表 9.1 液壓缸公稱壓力（ MPa） 0.4 0.63 1 2.5 4 6.3 10 16 20 25 31.5 （ 2）工作壓力 P： 由于活塞的重力大約在 g=10 N左右，要遠(yuǎn)比物體的重力小，所以可以忽略不計(jì)。 所以 AFP L(g+G)/A=3.001 104 （ 3.14 0.175 0.175） =2.96 105 Pa Pn = 2.96 105 Pa （ 3）最高允許壓力 maxp ： 也稱試驗(yàn)壓力，是液壓缸在瞬間能承受的極限壓力。通常為 maxp 1.5Pn =1.5 2.95 105 Pa =4.42 105 Pa 0.442 MPa 9.3 液壓缸的輸出力與輸出力 （ 1）液壓缸的理論輸出力 F 出 等于油液的壓力和工作腔有效面積的乘積，即 F pA =AG=3 104 N 由于液壓缸為單活塞桿形式，因此兩腔的有效面積不同。所以在相同壓力條件下液壓缸往復(fù)運(yùn)動的輸出力也不同。由于液壓缸內(nèi)部存在密封圈阻 力回油阻力等，故液壓缸的的實(shí)際輸出力小于理論作用力。 （ 2）液壓缸的理論輸入力： 16 F 入 =F 出 A1 A2=3 104 (0.1752 0.1252) =3 104（ 0.030625 0.015625） =3 104 1.96 =5.88 102 N 式中 :A1 表示小液壓缸的橫截面積 ,0.01(m) 表示小液壓缸的半徑 ,A2表示大液壓缸的橫截面積 ,0.0175(m) 表示大液壓缸的半徑。 9.4 液壓缸的輸出速度 （ 1）大液壓缸的輸出速度 qv A = nSA1/A2=20 0.13 0.00926=0.0241 m/min q=nSA1=20 0.13 3.14 (0.01)2=8.16 10-6 L/min 式中： V 為液壓缸的輸出速度； q 為輸入液壓缸工作腔的流量； A2為大液壓缸工作腔的有效面積； A1表示小液壓缸的橫截面積； n =20 表示小液壓缸每分鐘回程 20 次； S=0.13 m表示小液壓缸工作行程為 130 mm （ 2） 速比v 2112 AAvvv 式中： V1為活塞前進(jìn)速度； V2為活塞退回速度； A1為活塞無桿腔有效面積；A2為活塞有桿腔有效面積。 速度不可過小，以免造成活塞桿過細(xì)，穩(wěn)定性不好。其值如表 3.2示： 表 3.2 液壓缸往復(fù)速度比推薦值 工作壓力 p/Mpa 10 1.25 20 20 往復(fù)速度比v 1.33 1.46 2 20 17 9.5 液壓缸的功率 （ 1）輸出功率 P0：液壓缸的輸出為機(jī)械能。單位 W，其值為 : 0p Fv=3 104 0.0241 =723 W 式中： F為作用在活塞桿上的外負(fù)載； v為活塞平均運(yùn)動速度。 （ 2）輸入功率 ip ：液壓缸的輸入為液壓能。單位為 W，它等于壓力和流量的乘積， 即 q=nSA1=20 0.13 3.14 (0.01)2=8.16 10-5L/min ip pq=2.96 105 2.5 10-5 =740 W 式中： p為大液壓缸的工作壓力； q為大液壓缸的輸入流量。 由于液壓缸內(nèi)存在能量損失（摩擦和泄露等 ），因此，輸出功率小于輸入功率。 9.6 小液壓缸的主要參數(shù)計(jì)算 （ 1）小液壓缸的輸出力等于大液壓缸的輸入力 , 即： F=588N （ 2）小液壓缸的流速為： V=(A 大 /A 小 ) V 大 =175 0.0241=4.2175 m/min （ 3）小液壓缸的流量為： q=nSA1=20 0.13 3.14 (0.01)2=8.16 10-6L/min 10 液壓控制閥 10.1 方向控制閥 方向控制閥是控制液壓系統(tǒng)中油液流動方向的，它為單向閥和換向閥兩類。單向閥有普通單向閥和液控單向閥兩種。 18 10.2 普通單向閥 普通單向閥簡稱單向閥，它的作用是使用油液只能沿一個方向流動，不許反向倒流。圖 4.1 所示為直通式單向閥的結(jié)構(gòu)及圖形符號。壓力油從 p1流入時，克服彈簧 3 作用在閥芯 2 上的力，使閥芯 2向右移動，打開閥口，油液從 p1口流向 p2 口。當(dāng)壓力油從 p2 口流人時，液壓力和彈簧力將閥芯壓緊在閥座上，使閥口關(guān)閉，液流不能通過。 （ a）結(jié)構(gòu)原理圖 （ b）圖形符號 圖 4.1單向閥 1、閥體； 2、閥芯； 3、彈簧 單向閥的彈簧主要用來克服閥芯的摩擦阻力和慣性力，使閥芯可靠復(fù)位， 為了減小壓力損失，彈簧鋼度較小，一般單向閥的開啟為 0.03 MPa0.05 MPa（如換上剛度較大的彈簧，使閥的開啟壓力達(dá)到 0.2 MPa 0.6 MPa，便可當(dāng)背壓閥使用）。 由于本千斤頂最低位置為 125mm，這就要求液壓缸體積很小，液壓缸內(nèi)無法使用這種單向閥，所以本千斤頂采用下圖所示的單向閥。 19 11頂起機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 本千斤頂是運(yùn)用四連桿機(jī)構(gòu) 11.1 彎曲桿 (手柄 )的設(shè)計(jì) 工程中常存在大量受彎曲的桿件 ,這些桿件在外力作用下常發(fā)生彎曲變形 ,以彎曲為主要變形的桿件稱為梁 .工程力學(xué)中對梁作以下 規(guī)定 : 梁任一橫截面上的剪力 ,其值等于該截面任一側(cè)梁上所有橫向力的代數(shù)和。 梁任一橫截面上的彎矩 ,其值等于該截面任一側(cè)所有外力對形心的力矩的代數(shù)和。 11.5 活塞桿的設(shè)計(jì) 工程實(shí)際中經(jīng)常遇到承受軸向拉伸或壓縮的構(gòu)件。例如，內(nèi)燃機(jī)中的連桿，鋼木組合桁架中的鋼拉桿等 。 承受軸向拉伸或壓縮的桿件稱為拉壓桿。實(shí)際拉壓桿的形狀，加載和連接方式各不相同，但都可簡化成圖 5.7 所示的計(jì)算簡圖，它們的共同特點(diǎn)是作用于桿件上的外力的合力作用線與桿件軸線重合，桿件的主要變形是沿軸線方向的伸長或縮短 。 (1)千斤頂?shù)幕钊麠U即為簡單 的拉壓桿，圖 5.7即為水平放置的大活塞桿，試選材 45 鋼，有機(jī)械設(shè)計(jì)制造基礎(chǔ)（陳立德主編）查得其許用拉應(yīng)力為 = 235 MPa 20 (2)設(shè)計(jì)截面：選擇拉壓桿的半徑為 r= 12.5mm 則其許用應(yīng)力為： max = F/A= 588/(3.14 0.0125 0.0125)=1.198 MPa (3)教核強(qiáng)度 : max = 1.198 MPa = 235 MPa 由此可見 ,滿足其強(qiáng)度。 (4)確定許用載荷 : Fmax A = (3.14 0.0125 0.0125) 235 106= 1.15 107 N 圖 11.7 拉壓桿計(jì)算簡圖 1 12 液壓油的選用 液壓油是液壓傳動系統(tǒng)中的傳動介質(zhì)，而且還對液壓裝置的機(jī)構(gòu)、零件起這潤滑、冷卻和防銹作用。液壓傳動系統(tǒng)的壓力、溫度和流速在很大的范圍內(nèi)變化，因此液壓油的質(zhì)量優(yōu)劣直接影響液壓系統(tǒng)的工作性能。故此，合理的選用液壓油也是很重要的。 一、 液壓 傳動工作介質(zhì)的性質(zhì) 1、 1、 密度 = m/V kg/ m3 一般礦物油的密度為 850950kg/m3 2、重度 = G/V N/ m3 一般礦物油的重度為 84009500N/m3 因 G = mg 所以 = G/V=g 3、液體的可壓縮性 當(dāng)液體受壓力作用二體積減小的特性稱為液體的可壓縮性。 體積壓縮系數(shù) = - V/pV 0 體積彈性模量 K = 1 / 4、 4、 流體的粘性 液體在外力作用下流動時，由于液體分子間的內(nèi)聚力而產(chǎn)生一種阻礙液體分子之間進(jìn)行相對運(yùn)動的內(nèi)摩擦力，液體的 這種產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的性質(zhì)稱為液體的粘性。由于液體具有粘性，當(dāng)流體發(fā)生剪切變形時，流體內(nèi)就產(chǎn)生阻滯變形的內(nèi)摩擦力，由此可見，粘性表征了流體抵抗剪切變形的能力。處于相對靜止?fàn)顟B(tài)的流體中不存在剪切變形，因而也不存在變形的抵抗，只有當(dāng)運(yùn)動流體流層間發(fā)生相對運(yùn)動時，流體對剪切變形的抵抗，也就是粘性才表現(xiàn)出來。粘性所起的作用為阻滯流體內(nèi)部的相互滑動，在任何情況下它都只能延緩滑動的過程而不能消除這種滑動。 粘性的大小可用粘度來衡量，粘度是選擇液壓用流體的主要指標(biāo)，是影響流動流體的重要物理性質(zhì)。 2 圖 2-2液體的粘性示 意圖 當(dāng)液體流動時，由于液體與固體壁面的附著力及流體本身的粘性使流體內(nèi)各處的速度大小不等，以流體沿如圖 2-2 所示的平行平板間的流動情況為例，設(shè)上平板以速度 u0向右運(yùn)動，下平板固定不動。緊貼于上平板上的流體粘附于上平板上，其速度與上平板相同。緊貼于下平板上的流體粘附于下平板圖 2-2液體的粘性示意圖上，其速度為零。中間流體的速度按線性分布。我們把這種流動看成是許多無限薄的流體層在運(yùn)動，當(dāng)運(yùn)動較快的流體層在運(yùn)動較慢的流體層上滑過時，兩層間由于粘性就產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的作用。根據(jù)實(shí)際測定的數(shù)據(jù)所知，流體層間的內(nèi)摩擦力 F與流體層的接觸面積 A 及流體層的相對流速 du 成正比，而與此二流體層間的距離 dz 成反比，即： F=Adu/dz 以 =F/A 表示切應(yīng)力，則有： du/dz (2 -6) 式中： 為衡量流體粘性的比例系數(shù)，稱為絕對粘度或動力粘度； du/dz 表示流體層間速度差異的程度，稱為速度梯度。 上式是液體內(nèi)摩擦定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。當(dāng)速度梯度變化時， 為不變常數(shù)的流體稱為牛頓流體， 為變數(shù)的流體稱為非牛頓流體。除高粘性或含有大量特種添加劑的液體外，一般的液壓用流體均可看作是牛頓流體。 流體的 粘度通常有三種不同的測試單位。 (1)絕對粘度 。絕對粘度又稱動力粘度，它直接表示流體的粘性即內(nèi)摩擦力的大小。動力粘度 在物理意義上講，是當(dāng)速度梯度 du/dz=1時，單位面積上的內(nèi)摩擦力的大小，即： 3 dudz (2-7) 動力粘度的國際 (SI)計(jì)量單位為牛頓 秒 /米 2，符號為 N s/m2，或?yàn)榕?秒，符號為 Pa s。 (2)運(yùn)動粘度 。運(yùn)動粘度是絕對粘度 與密度 的比值： =/ (2 -8) 式中： 為液體的動力粘度， m2/s； 為液體的 密度， kg/m3。 運(yùn)動粘度的 SI 單位為米 2/秒， m2/s。還可用 CGS制單位：斯 (托克斯 )， St斯的單位太大，應(yīng)用不便，常用 1%斯，即 1 厘斯來表示，符號為 cSt，故： 1cSt =10-2St =10-6m2/s 運(yùn)動粘度 沒有什么明確的物理意義，它不能像 一樣直接表示流體的粘性大小，但對 值相近的流體，例如各種礦物油系液壓油之間，還是可用來大致比較它們的粘性。由于在理論分析和計(jì)算中常常碰到絕對粘度與密度的比值，為方便起見才采用運(yùn)動粘度這個單位來代替 / 。它之所以被稱為運(yùn)動粘度，是因?yàn)樵谒牧烤V中只有運(yùn) 動學(xué)的要素長度和時間因次的緣故。機(jī)械油的牌號上所標(biāo)明的號數(shù)就是表明以厘斯為單位的，在溫度 50時運(yùn)動粘度 的平均值。例如 10 號機(jī)械油指明該油在 50 時其運(yùn)動粘度 的平均值是 10cSt。蒸餾水在 20.2 時的運(yùn)動粘度 恰好等于 1cSt，所以從機(jī)械油的牌號即可知道該油的運(yùn)動粘度。例如 20 號油說明該油的運(yùn)動粘度約為水的運(yùn)動粘度的 20 倍， 30號油的運(yùn)動粘度約為水的運(yùn)動粘度的 30倍，如此類推。動力粘度和運(yùn)動粘度是理論分析和推導(dǎo)中經(jīng)常使用的粘度單位。它們都難以直接測量，因此，工程上采用另一種可用儀器直接測量的粘度單位， 即相對粘度。 (3)相對粘度。相對粘度是以相對于蒸餾水的粘性的大小來表示該液體的粘性的。相對粘度又稱條件粘度。各國采用的相對粘度單位有所不同。有的用賽氏粘度，有的用雷氏粘度，我國采用恩氏粘度。恩氏粘度的測定方法如下：測定 200cm3某一溫度的被測液體在自重作用下流過直徑 2.8mm小孔所需的時間 tA，然后測出同體積的蒸餾水在 20 時流過同一孔所需時間 tB(tB=5052s)， tA與 tB的比值即為流體的恩氏粘度值。恩氏粘度用符號 E 表示。被測液體溫度 t 時的恩氏粘度用符號 Et 表示。 Et = tA/tB (2-9) 4 工業(yè)上一般以 20 、 50 和 100 作為測定恩氏粘度的標(biāo)準(zhǔn)溫度，并相應(yīng)地以符號 E 20、 E 50和 E 100來表示。 知道恩氏粘度以后，利用下列的經(jīng)驗(yàn)公式，將恩氏粘度換算成運(yùn)動粘度。 =7.31E -6.31/E10 -6 (2-10) 為了使液體介質(zhì)得到所需要的粘度，可以采用兩種不同粘度的液體按一定比例混合，混合后 的粘度可按下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。 E aE 1+bE 2-c(E 1-E 2)/100 (2-11) 式中： E 為混合液體的恩氏粘度； E 1， E 2分別為用于混合的兩種油液的恩氏粘度， E 1 E 2； a， b 分別為用于混合的兩種液體 E 1、 E 2各占的百分?jǐn)?shù)，a+b=100； c為與 a、 b 有關(guān)的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，見表 2-1。 表 2-1 系數(shù) c 的值 a/% 10 20 30 40 50 60 70 80 90 b/% 90 80 70 60 50 40 30 20 10 c 6.7 13.1 17.9 22.1 25.5 27.9 28.2 25 17 (4)壓力對粘度的影響。在一般情況下，壓力對粘度的影響比較小，在工程中當(dāng)壓力低于 5MPa時，粘度值的變化很小，可以不考慮。當(dāng)液體所受的壓力加大時，分子之間的距離縮小，內(nèi)聚力增大，其粘度也隨之增大。因此，在壓力很高以及壓力變化很大的情況下，粘度值的變化就不能忽視。在工程實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)液體壓力在低于 50MPa 的情況下，可用下式計(jì)算其粘度： p= 0(1+ p) (2-12) 5 式中： p 為壓力在 p(Pa)時的運(yùn)動粘度； 0為絕對壓力為 1 個大氣壓時的運(yùn)動粘度； p 為壓力 (Pa)； 為決定于油的粘度及油溫的系數(shù)，一般取=(0.002 0.004)10 -5， 1/Pa。 (5)溫度對粘度的影響。液壓油粘度對溫度的變化是十分敏感的，當(dāng)溫度升高時，其分子之間的內(nèi)聚力減小，粘度就隨之降低。不同種類的液壓油，它的粘度隨溫度變化的規(guī)律也不同。我國常用粘溫圖表示油液粘度隨溫度變化的關(guān)系。對于一般常用的液壓油，當(dāng)運(yùn)動粘度不超過 76mm2/s，溫度在 30150 范圍內(nèi)時，可用下述近似公式計(jì)算其溫度 為 t 的運(yùn)動粘度： t= 50(50/t)n (2-13) 式中： t為溫度在 t 時油的運(yùn)動粘度； 50為溫度為 50 時油的運(yùn)動粘度； n 為粘溫指數(shù)。粘溫指數(shù) n 隨油的粘度而變化，其值可參考表 2-2。 表 2-2 粘溫指數(shù) 50/mm2s-1 2.5 6.5 9.5 12 21 30 38 45 52 60 n 1.39 1.59 1.72 1.79 1.99 2.13 2.24 2.32 2.42 2.49 液壓傳動所用液壓油一般為礦物油。它不僅是液壓系統(tǒng)傳遞能量的工作介質(zhì)，而且還有潤滑，冷卻和防銹的作用。液壓油質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響液壓系統(tǒng)的工