液壓千斤頂系統(tǒng)設(shè)計(jì)

畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題目 液壓千斤頂系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系別 機(jī)電系 專業(yè) 機(jī)電一體化技術(shù) 班級 機(jī)電 0505 姓名 學(xué)號 指 導(dǎo) 教 師 日期 2007 年 12 月 I 設(shè)計(jì)任務(wù)書 設(shè)計(jì)題目： 液壓千斤頂系統(tǒng)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)要求： 1、分析研究液壓千斤頂結(jié)構(gòu)原理圖； 2、設(shè)計(jì)一個液壓千斤頂，繪制工作結(jié)構(gòu)原理圖 ； 3、寫出畢業(yè)設(shè)計(jì)論文：論述方案 、參數(shù)選擇、計(jì)算過程等 ； 4、設(shè)計(jì)要求參數(shù)表： 額定起重量 Gn（ T） 最低高度 H（ mm ） 起升高度（ mm ） 手柄操作力（ N） 5 200 100 400 設(shè)計(jì)進(jìn)度要求： 第一 周 ： 確定題目 ； 第二 周 ： 資料調(diào)研，設(shè)計(jì)概況 ； 第三 周 ： 按要求參數(shù)選擇、計(jì)算過程 ； 第 四 周 ： 材料的整理和錄入 ； 第五 周 ： 完成設(shè)計(jì)的摘要和前言 ； 第六 周 ： 完成全部設(shè)計(jì) ； 第 七 周 ： 交設(shè)計(jì)（論文），指導(dǎo)教師審核，修改設(shè)計(jì)（論文） ； 第 八 周 ： 答辯 。 指導(dǎo)教師（簽名）： I 摘 要 本文從液壓千斤 頂結(jié)構(gòu)與工作原理的分析，按要求對參數(shù)進(jìn)行選擇，按參 數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)、 教核 ， 四個方面， 層層推進(jìn)，步步為營，逐步 闡述液壓千斤頂設(shè)計(jì)的全過程。尤其在手柄，頂 桿 ，液壓缸 ， 焊接夾具設(shè)計(jì) 中， 運(yùn)用已掌握的液壓結(jié)構(gòu)原理知識、機(jī)械設(shè)計(jì) 與 制造理論及計(jì)算公式 、機(jī)械加工工藝 ，確定了整個液壓系統(tǒng)各個零件的幾何尺寸，確保了液 壓千斤頂?shù)馁|(zhì)量和強(qiáng)度。 該 液壓千斤頂 額定起重量為 5 T，極限為 6 T，當(dāng)超過 5.5 T 時自動泄荷， 保證千斤頂 不會因?yàn)槌?負(fù) 荷而損壞。該液壓千斤頂系統(tǒng)簡單，實(shí)用性強(qiáng)，成本低，使用維護(hù)方便，抗拉性能強(qiáng)， 運(yùn) 行穩(wěn)定可靠 。 手柄的靈活設(shè)計(jì)及低強(qiáng)度運(yùn)行，更增加了 千斤頂使用的普便性。 關(guān)鍵詞： 工作原理 ， 幾何尺寸 ， 手柄設(shè)計(jì) ， 加工工藝， 強(qiáng)度 I 目 錄 摘 要 . I 1液壓技術(shù) . 1 1.1液壓技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用 . 1 1.2千斤頂?shù)姆诸惣坝猛?. 2 2液壓千斤頂工作原理分析 . 4 2.1液壓千斤頂?shù)淖饔?. 5 2.2液壓千斤頂主要構(gòu)件分析 . 5 3液壓缸的設(shè)計(jì) . 6 3.1 液壓缸的主要形式及選材 . 6 3.2（液壓缸主要參數(shù)的計(jì)算）液壓缸的壓力 . 6 3.3液壓缸的輸出力與輸出力 . 7 3.4 液壓缸的輸出速度 . 7 3.5 液壓缸的功率 . 8 3.6小液壓缸的主要參數(shù)計(jì)算 . 8 4液壓控制閥 . 9 4.1 方向控制閥 . 9 4.2普通單向閥 . 9 4.3背壓閥 . 9 5拉壓桿和彎曲桿的設(shè)計(jì) . 10 5.1 彎曲桿 (手柄 )的設(shè)計(jì) . 10 5.2求得支座反力 . 10 5.3梁的剪應(yīng)力 FS 及彎矩 M . 10 5.4確定危險(xiǎn)截面 . 11 5.5活塞桿（拉壓桿）的設(shè)計(jì) . 13 6液壓油的選用 . 14 7工 藝規(guī)程設(shè)計(jì) . 15 7.1熱處理 . 15 7.2制訂工藝路線 . 15 8焊接夾具設(shè)計(jì) . 17 8.1設(shè)計(jì)理由 . 17 8.2焊接夾具的設(shè)計(jì)原理 . 17 8.3 確定夾具結(jié)構(gòu)方案 . 17 II 結(jié) 論 . 22 致 謝 . 23 參考文獻(xiàn) . 24 附 錄 A . 25 1 1 液壓 技術(shù) 1.1 液壓技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用 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， 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。 液壓傳動之所 以能得到廣泛的應(yīng)用，是由于它具有以下的主要優(yōu)點(diǎn)： (1)由于液壓傳動是油管連接，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，在井下抽取石油的泵可采用液壓傳動來驅(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，又加之極易布置，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。 (2)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 0.0025 N/W(牛 /瓦 ),發(fā)電機(jī)和電動機(jī)則約為 0.03 N/W。 (3)可在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。借助閥或變量泵、變量馬達(dá)，可以實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，調(diào)速范圍可達(dá) 1 2000，并可在液壓裝置運(yùn)行的過程中進(jìn)行調(diào)速。 (4)傳遞運(yùn)動均勻平穩(wěn)，負(fù)載變化時速度較穩(wěn)定。正因?yàn)榇颂攸c(diǎn)，金屬切削機(jī)床 2 中的磨床傳動現(xiàn)在幾乎都采用液壓傳動。 (5)液壓裝置易于實(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。 (6)液壓傳動容易實(shí)現(xiàn)自動化 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，能很容易地實(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)液壓元件已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，便于設(shè)計(jì)、制造和推廣使用。 液壓傳動的缺點(diǎn)是： (1)液壓系統(tǒng)中的漏油等因素，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。 (2)液壓傳動對油溫的變化比較敏感，溫度變化時，液體粘性變化，引起運(yùn)動特性的變化，使得工作的穩(wěn)定性受到影響，所以它不宜在溫度變化很大的環(huán)境條件下工作。 (3)為了減少泄漏，以及為了滿足某些性能上的要求，液壓元件的配合件制造精度要求較高，加工工藝較復(fù) 雜。 (4)液壓傳動要求有單獨(dú)的能源，不像電源那樣使用方便。 (5)液壓系統(tǒng)發(fā)生故障不易檢查和排除。 總之，液壓傳動的優(yōu)點(diǎn)是主要的，隨著設(shè)計(jì)制造和使用水平的不斷提高，有些缺點(diǎn)正在逐步加以克服。液壓傳動有著廣泛的發(fā)展前景。 1.2 千斤頂 的分類及用途 千斤頂 是一種起重高度小 (小于 1 )的最簡單的起重設(shè)備，它主要用于廠礦、 交通 運(yùn)輸?shù)炔块T作為車輛修理及其它起重、支撐等工作。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)備它有 機(jī)械 式和 液壓 式兩種。機(jī)械式千斤頂又有齒條式與螺旋式兩種，由于起重量小，操作費(fèi)力，一般只用于機(jī)械維修工作，在修橋過程中不適用。液壓式千斤頂結(jié)構(gòu)緊湊，工作平穩(wěn)，有自鎖作用， 故使用廣泛。其缺點(diǎn)是起重高度有限，起升速度慢。 液壓千斤頂分為通用和專用兩類。 專用液壓千斤頂使專用的張拉機(jī)具，在制作預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件時，對預(yù)應(yīng)力 鋼 筋施加張力。專用液壓千斤頂多為雙作用式。常用的有穿心式和錐錨式兩種。 3 穿心式千斤頂適用于張拉鋼筋束或鋼絲束，它主要由張拉缸、頂壓缸、頂壓 活塞及彈簧等部分組成。它的特點(diǎn)是：沿拉伸 軸心有一穿心孔道，鋼筋 (或鋼絲 )穿入后由尾部的工具 錨固。 近年來隨著科技的飛速發(fā)展，同時帶動 自動控制系統(tǒng)日新月異更新，液壓技術(shù) 的應(yīng)用正在不斷地走向深 入。 4 2 液壓千斤頂工作原理分析 圖 2.1 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 圖 2.1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。 5 2.1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。 2.2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 HB240HB280。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，單向閥單向?qū)ㄔ淼取?6 3 液壓缸的設(shè)計(jì) 3.1 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 。 3.2（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=5 104 （ 3.14 0.2 0.2） =3.98 105 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)載越大，液壓缸的壓力也越大。 表 3.1為國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的液壓缸公稱壓力系列。 表 3.1 液壓缸公稱壓力（ MPa） 0.4 0.63 1 2.5 4 6.3 10 16 20 25 31.5 7 （ 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 LFpA=(g+G)/A=5.001 104 （ 3.14 0.2 0.2） =3.98168 105 Pa Pn = 3.98 105 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 3.98 105 Pa =5.97 105 Pa 0.6 MPa 3.3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=5 104 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： F 入 =F 出 A1 A2=5 104 (0.022 0.22)=5 102 N 式中 :A1 表示小液壓缸的橫截面積 ,0.02(m) 表示小液壓缸的半徑 ,A2 表示大液壓缸的橫截面積 ,0.2(m) 表示大液壓缸的半徑 。 3.4 液壓缸的輸出速度 （ 1） 大液壓缸的 輸出速度 qv A = nSA1/A2=10 0.3 0.01=0.03 m/min q=nSA1=10 0.3 3.14 (0.02)2=3.768 10-3 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 =10 表示小液壓缸每分鐘回程 10次； S=0.3 m表示小液壓缸工作行程為 300 mm 8 （ 2） 速比 V 2112vvA 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 3.5 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=5 104 0.03 =1500 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=10 0.3 3.14 (0.02)2=3.768 10-3 L/min ip pq=3.98168 105 3.768 10-3 =1500.3 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。 3.6 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=500 N （ 2） 小液壓缸的流速為： V=(A 大 /A 小 ) V 大 =100 0.03=3 m/min （ 3） 小液壓缸的流量為： q=nSA1=10 0.3 3.14 (0.02)2=3.768 10-3 L/min 半徑（ mm ） 壁厚（ mm ） 材料 類型 20 2 HT200 單作用活塞式 9 4 液壓控制閥 4.1 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 。 4.2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 MPa 0.05 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 ） 。 4.3背壓閥 為了液壓缸不超過最高允許壓力 maxp =0.6 Mpa，需要在回油路上并聯(lián)一個 0.55 MPa的背壓閥。只需將 4.2中設(shè)計(jì)的單向閥換上剛度較大的彈簧，使閥的開啟壓力達(dá)到 0.55 MPa，便可當(dāng)背壓閥使用。這樣，當(dāng)壓力超過 0.55 MPa時，背壓閥自動打開泄荷，使液壓缸免受損壞。 10 5 拉壓桿和彎曲桿的設(shè)計(jì) 5.1 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 。 5.2求得支座反力 試 選擇 45號 正火鋼 ,設(shè)計(jì)為環(huán)形截面 (如圖 5.5),畫出受力圖 (如圖 5.1 a)進(jìn)行受力分析 ,由梁的平衡方程求得支座反力 (如圖 5.2 b): F1 + F2 - F = 0 (式 5-1) F1L1 - FL2 = 0 (式 5-2) 聯(lián)立 (1)(2)代入數(shù)據(jù) F2=500 N L1=1 M L2=0.2 M ,得 : F1= 125 N F = 625 N 5.3梁的剪應(yīng)力 FS及彎矩 M 以 B點(diǎn)為分界點(diǎn)將 AC桿分為兩段 : AB段 : FS(A) = F1 = 125 N M(B點(diǎn)右側(cè) )=125 (1-0.2)=100 N*M BC段 : FS(C) = - F2 = -500 N M(B點(diǎn)右側(cè) )= 500 0.2 =100 N*M 根據(jù)以上結(jié)果可繪出剪力圖 (圖 5.3 c)和彎矩圖 (圖 5.4 d)： 11 圖 5.1a 受力圖，圖 5.2b支座反力，圖 5.3c 剪力圖 ,圖 5.4d 彎矩圖 5.4確定危險(xiǎn)截面 （ 1） B 點(diǎn)所在截面的彎矩最 大 , 即正應(yīng)力最大 , C 點(diǎn)所在截面的剪力最大 ,即切應(yīng)力最大 。 所以 C,B 兩點(diǎn)所在截面為危險(xiǎn)截面 。 （ 2） B截面的截面系數(shù)為 : 12 3343105986.132)44.01(33.014.332)1(14.3mDwwyz 其中 ： 4.03.0 25.04 Dd D為外徑 , d為內(nèi)徑 (如圖 5.5) B截面的正應(yīng)力為 : max =M/WZ =100/1.5986 10-3 =6.25 104 Pa C截面的切應(yīng)力為 : Tmax =2FS/A =2 500/(3.14 0.3 0.3)=3.538 103 Pa 有機(jī)械設(shè)計(jì)手冊查得 45號，正火 鋼的許用切應(yīng)力為 30 MPa 40 MPa， 許用正應(yīng)力為 275 MPa， 由于 B 截面的正應(yīng)力遠(yuǎn)小于其許用應(yīng)力 ， C 截面的切應(yīng)力遠(yuǎn)小于其許用應(yīng)力，這樣 勢必造成鋼材的浪費(fèi)，為節(jié)省鋼材降低成本，提高效益，需要重新選擇材料 。 圖 5.5 環(huán)形截面 圖 5.6 實(shí)心截面 （ 3）重新選擇材料設(shè)計(jì)截面 選用實(shí)心圓柱松木梁 (如圖 5.6),其許用正應(yīng)力為 =7 MPa，其許用切應(yīng)力為T=1 MPa。 B截面的彎曲截面系數(shù)為： WZ = WY = 3.14D3/32 =3.14 0.027/32=2.649 10-3 M3 B截面的正應(yīng)力為 : max = M/WZ =100/2.649 10-3=3.7 104 Pa C截面的切應(yīng)力為 : Tmax = 4FS/3A =4 500/3 (3.14 0.152)=9.436 103 Pa 13 (4)校核強(qiáng)度： max = 3.7 104 Pa = 7 MPa Tmax = 9.436 103 Pa T= 1 MPa 因此，梁的強(qiáng)度是足夠的，其實(shí)際 生活中，許多木材都是能夠滿足其強(qiáng)度的，如柳木，楊木 。所以，將梁制成可活動的零件，則千斤頂?shù)膽?yīng)用，尤其是在農(nóng)業(yè)、工業(yè)生活中的應(yīng)用，更為廣泛和方便。 5.5 活塞桿（拉壓桿）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即為水平放置的活塞桿，試選材 HT100，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 = 80 MPa (2)設(shè)計(jì)截面：選擇拉壓桿的半徑為 r= 4mm 則其許用應(yīng)力為： max = F/A= 500/(3.14 0.004 0.004)=9.95 MPa (3)教核強(qiáng)度 : max = 9.95 MPa = 80 MPa 由此可見 ,滿足其強(qiáng)度 。 (4)確定許用載荷 : Fmax A = (3.14 0.004 0.004) 80 106= 4 103 N 圖 5.7 拉壓桿計(jì)算簡圖 14 6 液壓油的選用 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)的工作性能。 為了更好地傳遞運(yùn)動和動力，液壓油應(yīng)具備如下性能： (1)潤滑性能好 ； (2)純凈度好，雜質(zhì)少 ； (3)合適的粘度和良好的粘溫特性 ； (4)抗泡沫性，抗乳化性和防銹性好，腐蝕性小 ； (5)對熱，氧化，水解都有良好的穩(wěn)定性，使用壽命長 ； (6)對液壓系統(tǒng)所用金屬及密封件材料等有良好的相容性 ； (7)比熱和傳熱 系數(shù)大，體積膨脹系數(shù)小，閃點(diǎn)和燃點(diǎn)高，流動點(diǎn)和凝固點(diǎn)低 。 一般根據(jù)液壓系統(tǒng)的使用性能和工作環(huán)境等因素確定液壓油的品種。當(dāng)品種確定后，主要考慮油液的粘度。在確定油液粘度時主要應(yīng)考慮系統(tǒng)工作壓力，環(huán)境溫度及工作部件 的運(yùn)動速度。當(dāng)系統(tǒng)的工作壓力大，環(huán)境溫度較高，工作部件運(yùn)動速度較大時，為了減少泄漏，宜采用粘度較高的液壓油。當(dāng)系統(tǒng)工作壓力 小 ，環(huán)境溫度較低，而工作部件運(yùn)動速度較高時，為了減少功率損失，宜采用粘度較低的液壓油。 當(dāng)選購不到合適粘度的液壓油時，可采用調(diào)和的方法得到滿足粘度要求的調(diào)和油。當(dāng)液壓油的某些性能指 標(biāo)不能滿足某些系統(tǒng)較高要求時，可在油中加入各種改善其性能的添加劑， 如 抗氧化，抗泡沫，抗磨損，防銹以及改進(jìn)粘溫特性的添加劑，使之適用于特定的場合。 因此 ， 該千斤頂選用 千斤頂專用 液壓油 。 15 7 工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 7.1熱處理 千斤 頂 絲杠是由連接頭和缸 體組成的 ,它們都是采用 45鋼的。而在它們加工前要經(jīng)過正火處理，以增加它們的切削性能，來消除應(yīng)力，細(xì)化組織，防止產(chǎn)生變形與開裂。接著進(jìn)行粗加工、調(diào)質(zhì)和精加工。然后需要進(jìn)行高頻感應(yīng)加熱淬火和低溫回火，以便提高表面的硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度；低溫回火的目的是消除應(yīng)力，防 止，磨削加工時產(chǎn)生裂紋。 加工后需要進(jìn)行保溫處理，可以使工件不易 變形，誤差較小。最后用冷卻液進(jìn)行處理，為以后使連接頭和 缸 體 的裝配打下基礎(chǔ) 。 7.2制訂工藝路線 制訂工藝路線的出發(fā)點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證。在生 產(chǎn)綱領(lǐng)已確定為大批量生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用萬能機(jī)床配以專用 夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此以外，還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。 （ 1）連接頭的加工工序如下： 工序一：選擇實(shí)心鋼外徑為 140mm 的毛坯，在下料機(jī)上取 L=100mm 長。 工序二：在 CA6140x1500 車床上夾右端外圓車左端外圓車成 133、車成 121、 42、 100、 8 45、 1.5 45，掉頭夾外圓找正車成 SR80球面。 工序三：檢驗(yàn)。 （ 2）杠體的加工工序如下： 工序一：選擇毛皮 168 28管材，在下料機(jī)上取 L=500mm 長。 工序二：車距左、右端面 100往里車架位見圓， L-60，在左端面車深孔引孔 2.02.0120 ，L=90mm 深 。 工序三：深孔鏜：粗、精鏜內(nèi)孔為 2.02.0120。 工序四：夾左端內(nèi)孔，右端上中心架，在右端車接頭止口配合尺寸 05.00121， L=16深 。 （ 3）組焊件的加工工序如下： 工序一：鉗工：將焊接件備齊，并清洗干凈。 16 用自制夾具按焊接圖裝配并點(diǎn)焊牢固。 工序二：焊接：局部預(yù)熱按圖要求焊接成型，保證質(zhì)量。 工序三：熱處理：硬質(zhì)為 HB240 280后（ 120內(nèi)孔酸洗干凈）。 工序四：夾右端 130， 左端架中心架車端面?？咨?475mm。車成外圓 167 內(nèi)孔倒角 2 45，調(diào)頭夾外圓上中心架車成 130、焊接尺寸、打中心孔 A3?？傞L，夾頂車成 150、 143、 Tr150 6-7e各尺寸，調(diào)頭夾外圓找正在 0.05內(nèi)上中心架車成 1.01.0160、 2.00160。 工序五：劃 Z3/8位置線。 工序六：鉆孔 Z3/8、 14.4。 工序七：檢驗(yàn) 。 17 8 焊接夾具設(shè)計(jì) 8.1設(shè)計(jì)理由 千斤 頂 絲杠連接頭和 缸 體 在粗加工后，要將兩者焊接到一起，進(jìn)行熱處理，再進(jìn)行最后的成型加工。因本工件是大批量的生產(chǎn)，為了提高加工效率，并能保證加工精度，因此，需設(shè)計(jì)制造專用焊接夾具來保證裝配關(guān)系、焊接效率和質(zhì)量。 8.2焊接夾具的設(shè)計(jì)原理 千斤 頂 絲杠為軸類零件，一般都以中心軸線為基準(zhǔn)來加工其外表面。焊接夾具就是以千斤 頂 絲杠的中心軸線為基準(zhǔn)而設(shè)計(jì)的。 將千斤 頂 絲杠 150的部分放到 60的 V形槽，（如圖 8.1所示）。 圖 8.1 V形槽 圖 8.2 特制螺栓固定 絲杠 缸 體 的軸線與裝夾在機(jī)床上的連接頭的軸線重合，用另一部分 V形槽夾緊杠體，使用特制的螺栓固定 (如圖 8.2所示 )。 這樣千斤 頂絲杠和連接頭就被固定 。用電焊機(jī)進(jìn)行點(diǎn)焊，使工件的位置固定。點(diǎn)焊后，取下工件，按照技術(shù)要求進(jìn)行焊接就可以了。此焊接夾具結(jié)構(gòu)簡單，便于制造，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，定位 作用好。 8.3 確定夾具結(jié)構(gòu)方案 （ 1） 確定夾具結(jié)構(gòu) 根據(jù)夾具原理的設(shè)計(jì)可知 ：夾具必須加緊杠體，使之在機(jī)床上固定，避免松動。為了使連接頭更好的和 缸 體 焊接起來，就設(shè)計(jì)了兩種形狀的夾具，形狀如 圖 8.3 。 18 零件草圖 V型塊草圖 圖 8.3 草圖 （ 2） 夾具非標(biāo)準(zhǔn)件零件圖 a.夾緊蓋零件圖樣 8.4 如下 : 圖 8.4 夾緊蓋 b.夾緊螺栓 零件圖樣 8.5如下 : 圖 8.5 夾緊螺栓 c.連接鉸鏈零件圖樣 8.6如下 : 19 圖 8.6 連接鉸鏈 （ 3） 繪制夾具總裝圖 a.布置圖面 選擇適當(dāng)比例，在圖紙上 繪出所設(shè)計(jì)的工裝簡略圖（圖 8.7），（圖8.8）各視圖之間要留有足夠的空間以便繪制夾具元件及標(biāo)注尺寸。 b.繪制定位元件 根據(jù)選好的定位基準(zhǔn)面確定定位元件類型、尺寸、結(jié)構(gòu)，將其繪制在相應(yīng)位置上（圖 8.9）。 c.布置對刀、引導(dǎo)元件 用于保證刀具和夾具相對位置的對刀元件類型，結(jié)構(gòu)，空間位置，將其視圖繪制在相應(yīng)位置上。 d.設(shè)計(jì)夾具裝置輔助支承 根據(jù)所確定的夾緊裝置和輔助支承將其視圖繪制在相應(yīng)位置上（圖 8.10）。 20 圖 8.7 浮動 V型塊 圖 8.8 工裝簡略圖 2