專用銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 正文

1、前言專用銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)1 前言相對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)，液壓傳動(dòng)是一門新的技術(shù)。液壓傳動(dòng)與機(jī)械傳動(dòng)、電力傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)相比，具有相當(dāng)多的優(yōu)點(diǎn)，因此在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門中都得到了廣泛的應(yīng)用，并且具有相當(dāng)廣闊的發(fā)展前景。機(jī)床中采用液壓傳動(dòng)主要是因?yàn)橐簤簜鲃?dòng)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)極變速、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、能夠?qū)崿F(xiàn)頻繁的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。目前，我國(guó)已經(jīng)形成了門類齊全的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化液壓元件系列產(chǎn)品。同時(shí)，我國(guó)在消化、吸收國(guó)外先進(jìn)液壓技術(shù)的同時(shí)，大力研發(fā)國(guó)產(chǎn)液壓元件新的產(chǎn)品，加強(qiáng)了產(chǎn)品質(zhì)量可靠性以及新技術(shù)應(yīng)有的研究，不斷的調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，對(duì)一些差的液壓件產(chǎn)品采取逐步淘汰的措施。因此，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷向前發(fā)展，液壓技術(shù)將越來(lái)越成

2、熟，應(yīng)用更加廣泛。本文通過(guò)一系列的論證，從選取液壓系統(tǒng)方案入手，對(duì)專業(yè)銑床的液壓系統(tǒng)進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我貫徹少而精、理論與實(shí)際相結(jié)合的原則，主要對(duì)液壓系統(tǒng)和液壓缸進(jìn)行了設(shè)計(jì)，最后對(duì)部分零部件用PROE進(jìn)行了實(shí)體建模。在設(shè)計(jì)專業(yè)銑床液壓系統(tǒng)中，汪老師對(duì)本設(shè)計(jì)給予了極大的幫助和輔導(dǎo)，在此我向汪老師表示衷心的感謝。由于個(gè)人水平和能力有限，文中難免存在疏漏和不足，謬誤及不妥之處敬請(qǐng)老師指正。第 45 頁(yè) （共 46 頁(yè)）選題背景2 選題背景2.1 題目來(lái)源及題目類別：題目來(lái)源：生產(chǎn)實(shí)際和老師的科學(xué)研究題目類別：畢業(yè)設(shè)計(jì)2.2 研究的目的和意義液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，通過(guò)該畢

3、業(yè)設(shè)計(jì)，要求達(dá)到以下目的： 1. 鞏固和深化已學(xué)知識(shí)，掌握液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算的一般方法和步驟，培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力和綜合分析問(wèn)題、解決問(wèn)題能力； 2. 正確合理地確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)，選用標(biāo)準(zhǔn)液壓元件；能熟練地運(yùn)用液壓基本回路、組合成滿足基本性能要求的液壓系統(tǒng)； 3. 熟悉并會(huì)運(yùn)用有關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、部頒標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)手冊(cè)和產(chǎn)品樣本等技術(shù)資料。對(duì)學(xué)生在計(jì)算、制圖、運(yùn)用設(shè)計(jì)資料以及經(jīng)驗(yàn)估算、考慮技術(shù)決策、CAD技術(shù)等方面的基本技能進(jìn)行一次訓(xùn)練，以提高這些技能的水平。2.3 國(guó)內(nèi)外專用銑床的發(fā)展和研究狀況“十五”以來(lái)，尤其是最近二、三年，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展和國(guó)家對(duì)國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的大力支持，我國(guó)許多重要行業(yè)對(duì)加工中

4、心和數(shù)控銑床的需求愈來(lái)愈大。有需求有市場(chǎng)，就有生產(chǎn)，這是市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)規(guī)律。所以國(guó)內(nèi)不少?gòu)奈瓷婕爸圃煦姶驳膹S家，都紛紛上陣，通過(guò)引進(jìn)技術(shù)、合作生產(chǎn)等形式，開發(fā)研制各種加工中心和數(shù)控銑床，滿足廣大用戶的需求。根據(jù)中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)對(duì)重點(diǎn)骨干企業(yè)的統(tǒng)計(jì)資料和其他有關(guān)資料表明，2005年我國(guó)已有11個(gè)企業(yè)批量生產(chǎn)各種加工中心422臺(tái)，生產(chǎn)特種數(shù)控銑床75臺(tái)。其中年產(chǎn)超過(guò)80臺(tái)的企業(yè)有3家：沈陽(yáng)機(jī)床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司、寧波海天精工機(jī)械有限公司、威海華東數(shù)控股份有限公司。而沈陽(yáng)機(jī)床集團(tuán)在2005年生產(chǎn)包括五軸聯(lián)動(dòng)加工中心等各種產(chǎn)品135臺(tái)，占銑床加工中心總產(chǎn)量的32%。 “十五”期間，是我國(guó)機(jī)床工具行業(yè)發(fā)

5、展最快的五年，通過(guò)引進(jìn)技術(shù)合作生產(chǎn)等形式，在新產(chǎn)品研發(fā)方面取得較大進(jìn)展。在高速、高精、多軸、復(fù)合等方面都有較大突破，尤其是加工中心和數(shù)控銑床更為突出。從1999年江蘇多棱（原常州機(jī)床總廠）帶頭打破西方封鎖，試制成功具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的我國(guó)第一臺(tái)五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控龍門鏜銑床以來(lái)，已有濟(jì)南二機(jī)、桂林機(jī)床、北京一機(jī)等多家公司推出五軸聯(lián)動(dòng)加工中心和數(shù)控銑床。尤其是今年2月份在上海舉辦的中國(guó)數(shù)控機(jī)床展覽會(huì)（CCMT2006）上，實(shí)力雄厚的沈陽(yáng)機(jī)床集團(tuán)，一次推出6臺(tái)大型加工中心，其中3臺(tái)具有五軸聯(lián)動(dòng)功能，1臺(tái)具有五面加工功能，1臺(tái)為車銑加工中心，這也突出體現(xiàn)了我國(guó)加工中心和數(shù)控銑床在五軸聯(lián)動(dòng)功能上，開始走向成熟。

6、近年來(lái)，有的廠產(chǎn)品在主軸轉(zhuǎn)速、快速進(jìn)給、機(jī)床精度等主要技術(shù)參數(shù)已接近或達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。尤其是北京一機(jī)截止到今年6月底，僅一年半的時(shí)間就簽約生產(chǎn)工作臺(tái)寬度4米、5米的超重型動(dòng)梁加工中心和數(shù)控銑床10臺(tái)，說(shuō)明我國(guó)生產(chǎn)中、高檔重型和超重型加工中心和數(shù)控銑床的廠家在產(chǎn)量和技術(shù)水平上有的已邁進(jìn)國(guó)際機(jī)床大廠的行列。 在近幾屆國(guó)內(nèi)機(jī)床展覽會(huì)上，看到我國(guó)加工中心和數(shù)控銑床在結(jié)構(gòu)性能、技術(shù)水平、產(chǎn)品質(zhì)量等方面，都有很大提高。但是，與發(fā)達(dá)國(guó)家同類產(chǎn)品相比，還有較大差距，首先是自主創(chuàng)新能力不夠，當(dāng)前多以仿制為主，或引進(jìn)技術(shù)合作生產(chǎn)，缺乏自主知識(shí)品牌的高檔產(chǎn)品，往往關(guān)鍵的核心技術(shù)，關(guān)鍵的功能部件，還是從國(guó)外購(gòu)買。例

7、如，在今年CCMT2006上海機(jī)床展會(huì)上，共展出了8臺(tái)五軸聯(lián)動(dòng)龍門加工中心，采用的關(guān)鍵部件雙擺角銑頭，除了濟(jì)南二機(jī)和桂林機(jī)床是自己開發(fā)的以外，其余6臺(tái)都是購(gòu)買意大利意薩、菲迪亞等國(guó)外公司產(chǎn)品。其次是產(chǎn)品質(zhì)量，尤其是整機(jī)可靠性，還有較大差距，這也是用戶最關(guān)注的問(wèn)題之一。應(yīng)該看到，目前除少數(shù)企業(yè)外，龍門類產(chǎn)品技術(shù)含量普遍較低，數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化程度不高。這些都是國(guó)內(nèi)主機(jī)廠需要下大力氣認(rèn)真改進(jìn)、努力提高的地方。目前的知名生產(chǎn)廠家有：1、北京第一機(jī)床廠，從1960年北一試制X212龍門銑床以來(lái)，至今已有四十多年的歷史，尤其是1984年至今的22年間，北一在引進(jìn)世界上生產(chǎn)數(shù)控龍門鏜銑床著名廠家德國(guó)瓦德里?？?/p>

8、堡公司的先進(jìn)技術(shù)及合作生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)消化吸收和科研攻關(guān)，不但成功地合作生產(chǎn)了8臺(tái)重型和超重型加工中心和數(shù)控銑床，而且掌握了其中的關(guān)鍵核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)進(jìn)步。2、濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)有限公司，從1992年開始，引進(jìn)著名機(jī)床制造商法國(guó)福斯特里納公司的先進(jìn)技術(shù)，進(jìn)行長(zhǎng)期合作生產(chǎn)以來(lái)，開發(fā)了工作臺(tái)移動(dòng)式、移動(dòng)式、定梁、動(dòng)梁等多種形式的數(shù)控銑床和加工中心。目前，濟(jì)二生產(chǎn)的五軸聯(lián)動(dòng)加工中心和數(shù)控銑床，已經(jīng)被水泵業(yè)、軌道客車等用戶所認(rèn)可。3、沈陽(yáng)機(jī)床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，多年來(lái)，一直以生產(chǎn)鉆鏜床著稱的沈陽(yáng)機(jī)床（集團(tuán)）公司旗下的中捷機(jī)床有限公司、中捷搖臂鉆床廠，近年來(lái)，通過(guò)引進(jìn)國(guó)外龍門五面加工制造技

9、術(shù)，消化、吸收，大力開發(fā)適合我國(guó)國(guó)情的五面數(shù)控加工機(jī)床，在CIMT2005和CCMT2006機(jī)床展覽會(huì)上，都推出多臺(tái)五軸聯(lián)動(dòng)和五面加工加工中心和數(shù)控銑床。4、桂林機(jī)床股份有限公司，多年來(lái)，通過(guò)與北京航空航天大學(xué)、華中科技大學(xué)、清華大學(xué)等國(guó)內(nèi)名校進(jìn)行卓有成效的產(chǎn)學(xué)研合作和請(qǐng)國(guó)外專家講課等協(xié)作形式，開發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的自動(dòng)萬(wàn)能銑頭，并利用自動(dòng)萬(wàn)能銑頭，成功開發(fā)了五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控龍門銑床。自2001年在第七屆中國(guó)國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)上，展出采用華中數(shù)控系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)首臺(tái)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控龍門銑床以來(lái)，已開發(fā)多臺(tái)五軸聯(lián)動(dòng)產(chǎn)品。5、寧波海天精工機(jī)械有限公司，隸屬于寧波海天集團(tuán)公司的寧波海天精工機(jī)械有限

10、公司，是機(jī)床行業(yè)的新兵，但是起點(diǎn)較高，通過(guò)引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，目前主要生產(chǎn)龍門加工中心、臥式加工中心和數(shù)控車床三大系列產(chǎn)品。2.4 國(guó)內(nèi)外專用銑床的發(fā)展趨勢(shì)根據(jù)銑床行業(yè)18家骨干企業(yè)上報(bào)的經(jīng)濟(jì)信處統(tǒng)計(jì)資料顯示，2008年銑床行業(yè)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行情況基本良好，主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)仍保持增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，但相比2002年以來(lái)機(jī)床行業(yè)的持續(xù)高速增長(zhǎng)，增速明顯減緩。2008年1-4季度完成工業(yè)總產(chǎn)值(現(xiàn)價(jià))74.37億元，比上年增長(zhǎng)15.2%；產(chǎn)品銷售產(chǎn)值71.48億元，比上年增長(zhǎng)17.1%；利稅總額10.7億元，比上年增長(zhǎng)7.3%。生產(chǎn)情況分析：受金融危機(jī)的影響，自2008年8月份，之后多數(shù)企業(yè)的產(chǎn)量出現(xiàn)了下滑，庫(kù)存量增

11、加，后續(xù)合同減少。企業(yè)的經(jīng)營(yíng)面臨著巨大的挑戰(zhàn)。出口情況分析：由于金融危機(jī)對(duì)北美、歐洲以及南美等國(guó)的貨幣匯率波動(dòng)的影響較大，匯率的不穩(wěn)定，造成市場(chǎng)需求出現(xiàn)萎縮，國(guó)外客戶購(gòu)買能力下降，使機(jī)床出口量持續(xù)下滑。當(dāng)前市場(chǎng)需求分析：伴隨著國(guó)際經(jīng)濟(jì)危機(jī)的不斷加深及全球經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的放緩，機(jī)床行業(yè)受宏觀經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的影響，呈現(xiàn)出增長(zhǎng)逐步減緩的趨勢(shì)。自去年下半年以后，機(jī)床市場(chǎng)需求出現(xiàn)了嚴(yán)重滑坡。從用戶行業(yè)上看，汽車行業(yè)是機(jī)床行業(yè)的主要下游行業(yè)之一，國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)受國(guó)際、國(guó)內(nèi)整體經(jīng)濟(jì)的影響較大，美國(guó)汽車三大巨頭正面臨著前所未有的震蕩，其結(jié)果有可能使國(guó)際汽車行業(yè)重新洗牌，給國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)帶來(lái)新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，期待今年下半年能夠恢

12、復(fù)并帶動(dòng)機(jī)床市場(chǎng)的需求；航空航天業(yè)是國(guó)家重點(diǎn)支持的下游行業(yè)，保持著較快的發(fā)展速度，對(duì)機(jī)床產(chǎn)品需求仍較高；電力設(shè)備工業(yè)有望維持正常增長(zhǎng)，繼續(xù)拉動(dòng)中高檔重型數(shù)控機(jī)床的需求；而船舶、模具、一般機(jī)械制造業(yè)，則受宏觀經(jīng)濟(jì)影響很大，下行趨勢(shì)已經(jīng)形成，對(duì)機(jī)床的需求有所下降。從市場(chǎng)需求看，普通機(jī)床和經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品市場(chǎng)需求急劇下滑，傳統(tǒng)普通產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)庫(kù)存量大幅增加。而中、高檔數(shù)控機(jī)床，成套設(shè)備和大型重型數(shù)控機(jī)床需求相對(duì)集中，這說(shuō)明行業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)發(fā)生了非常大的變化，單臺(tái)產(chǎn)品平均價(jià)格走高，市場(chǎng)需求繼續(xù)向高端傾斜，重型機(jī)床領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)將更加激烈。方案論證3 液壓緩沖裝置方案論證液壓缸帶動(dòng)質(zhì)量較大的部件作快速往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)

13、，由于運(yùn)動(dòng)部件具有很大的動(dòng)能，因此當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到液壓缸終端時(shí)，會(huì)與端蓋碰撞，而產(chǎn)生沖擊和噪聲。這種機(jī)械沖擊不僅引起液壓缸的有關(guān)部分的損壞，而且會(huì)引起其它相關(guān)機(jī)械的損傷。為了防止這種危害，保證安全，應(yīng)采取緩沖措施，對(duì)液壓缸運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行控制。 當(dāng)活塞移至端部，緩沖柱塞開始插入缸端的緩沖孔時(shí)，活塞與缸端之間形成封閉空間，該腔中受困擠的剩余油液只能從節(jié)流小孔或緩沖柱塞與孔槽之間的節(jié)流環(huán)縫中擠出，從而造成背壓迫使運(yùn)動(dòng)柱塞降速制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)緩沖。 液壓缸中常用的緩沖裝置有節(jié)流口可調(diào)式（如圖3-1）和節(jié)流口變化式（如圖3-1）兩種。圖3-1 節(jié)流口可調(diào)式緩沖裝置圖3-2 節(jié)流口變化式緩沖裝置在此設(shè)計(jì)中，為了更加方

14、便的調(diào)節(jié)緩沖裝置的靈敏度，也就是為了使得調(diào)節(jié)緩沖裝置可以調(diào)節(jié)，進(jìn)而滿足不同的緩沖需要，決定采取節(jié)流口可調(diào)式緩沖裝置。這種緩沖裝置應(yīng)用也最廣。液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)4 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 已知條件設(shè)計(jì)一臺(tái)專用銑床的液壓系統(tǒng)，其工作循環(huán)是“工件夾緊工作臺(tái)快進(jìn)工作臺(tái)工進(jìn)工作臺(tái)快退工件松開”。運(yùn)動(dòng)部件的重力為25000N，快進(jìn)、快退適度為5m/min, 工進(jìn)速度為1001200mm/min, 最大行程400mm, 其中工進(jìn)行程180mm,最多切削力為18000N，采用平面導(dǎo)軌，夾緊缸的行程為20mm，夾緊力為30000N，加緊時(shí)間為1s。4.2 工況分析首先根據(jù)已知條件，繪制運(yùn)動(dòng)部件的速度循環(huán)圖，如圖4-1所示

15、。然后計(jì)算各階段的外負(fù)載并繪制負(fù)載圖。液壓缸所受外載荷F包括三種類型，即F = Fw+ Ff+ Fa式中 Fw工作負(fù)載，對(duì)于金屬切削機(jī)床來(lái)說(shuō)，即為沿活塞運(yùn)動(dòng)方向的切削力，在本設(shè)計(jì)中Fw為18000N。 Fa運(yùn)動(dòng)部件速度變化時(shí)的慣性負(fù)載。 Ff導(dǎo)軌摩擦力負(fù)載，啟動(dòng)時(shí)為靜摩擦力，啟動(dòng)后為動(dòng)摩擦力，對(duì)于平行導(dǎo)軌Ff可以由下式求的： Ff = f ( G + FRn ) G 運(yùn)動(dòng)部件重力。 FRn 垂直于導(dǎo)軌的工作負(fù)載，此設(shè)計(jì)中為零。 f導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，取靜摩擦系數(shù)為0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)為0.1。求得Ffs = 0.2×25000N = 5000NFfa = 0.×25000N = 2

16、5000N上式中Ffs 為靜摩擦力，F(xiàn)fa 為動(dòng)摩擦力。Fa = 式中 g重力加速度。 加速或減速時(shí)間，一般 = 0.010.5s。 時(shí)間內(nèi)的速度變化量。此設(shè)計(jì)中Fa = ×N = 4230N根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，列出各工作階段所受的外負(fù)載（見表4-1），并畫出如圖4-2所示的負(fù)載循環(huán)圖。圖4-1 速度循環(huán)圖 圖4-2 負(fù)載循環(huán)圖表4-1 工作循環(huán)各階段的外負(fù)載工作循環(huán)外負(fù)載F(N)工作循環(huán)外負(fù)載F(N)啟動(dòng)、加速F = Ffs + Fa9230工進(jìn)F = Fw+ Ffa20500快進(jìn)F = Ffa2500快退F = Ffa25004.3 擬定液壓系統(tǒng)原理圖4.3.1 確定供油方式考慮到

17、該機(jī)床在工作進(jìn)給時(shí)負(fù)載較大，速度較低。而在快進(jìn)、快退時(shí)負(fù)載較小，速度較高。從節(jié)能、減少發(fā)熱考慮，泵源系統(tǒng)適宜選用雙泵供油或者變量泵供油?，F(xiàn)采用帶壓力反饋的限壓式變量葉片泵。4.3.2 調(diào)試方式的選擇在中小型專用機(jī)床的液壓系統(tǒng)中，進(jìn)給速度的控制一般采用節(jié)流閥或者調(diào)速閥。根據(jù)銑削類專用機(jī)床工作時(shí)對(duì)低速性能和速度負(fù)載特性都有一定要求的特點(diǎn)，決定采用限壓式變量葉片泵和調(diào)速閥組成的容積節(jié)流調(diào)速。這種調(diào)速回路具有效率高、發(fā)熱小和速度剛性好的特點(diǎn)，并且調(diào)速閥安裝在回油路上，這樣具有承受負(fù)切削力的能力。4.3.3 速度換接方式的選擇本系統(tǒng)采用電磁閥的快慢速換接回路，它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)行程方便，閥的安裝比

18、較容易，但是速度換接的平穩(wěn)性較差。若要提高系統(tǒng)的換接平穩(wěn)性，則可以改用行程閥切換的速度換接回路。4.3.4 夾緊回路的選擇用二位四通電磁閥來(lái)控制夾緊，松開換向動(dòng)作時(shí)，為了避免工作時(shí)因?yàn)橥蝗粩嚯姸砷_，應(yīng)該采用失電夾緊方式。考慮到夾緊時(shí)間可以調(diào)節(jié)和當(dāng)油路壓力瞬時(shí)下降時(shí)還能保持夾緊力，所以要接入節(jié)流閥調(diào)速和單向閥保壓。在該回路中還裝有減壓器，用來(lái)調(diào)節(jié)夾緊力的大小和保持夾緊力的穩(wěn)定。最后把所選的液壓回路組合起來(lái)，即可以組成圖4-3所示液壓系統(tǒng)原理圖。圖4-3 液壓系統(tǒng)原理圖4.4 液壓系統(tǒng)的計(jì)算和選擇液壓元件4.4.1 液壓缸的主要尺寸的確定1）工作壓力p的確定。工作壓力p可以根據(jù)負(fù)載大小以及機(jī)器的

19、類型來(lái)初步取得，現(xiàn)參閱表5-1來(lái)取液壓缸的工作壓力為3MPa。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F為20500N，按表5-2可以取得為0.5Mp, cm為0.95考慮到快進(jìn)、快退速度相等，即所以有d/D = 0.7。將上述數(shù)據(jù)代入式（5-3）可以得到D =m = 9.9×10-2m根據(jù)表5-4，將液壓缸內(nèi)徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑D = 100mm，活塞桿直徑d，按 = 0.7以及表5-5活塞桿系列取d = 70mm。按工作要求夾緊力由兩個(gè)夾緊缸提供，考慮到夾緊缸的穩(wěn)定，夾緊缸的工作壓力應(yīng)該低于進(jìn)給工作缸的工作壓力，現(xiàn)取夾緊缸的工作壓力為零，cm為0.95，則按照式（5

20、-3）可得D = m = 8.96×10-2m按照表5-4以及表5-5液壓缸和活塞桿的尺系列，取夾緊缸的D和d分別為100mm和70mm。按最低工進(jìn)速度驗(yàn)算液壓缸的最小穩(wěn)定速度，由式（5-4）可得A = cm2 = 5 cm2 式中qmin是由產(chǎn)品樣品查得GE系列調(diào)速閥AQF3-E10B的最小穩(wěn)定流量為0.05L/min。調(diào)速閥安裝在回油路上，故液壓缸節(jié)流腔有效工作面積應(yīng)該選取液壓缸有桿腔的實(shí)際面積，即A = ×（102-72）cm2 = 40 cm2可見上述不等式滿足，液壓缸能夠達(dá)到所需低速。3）計(jì)算各工作階段液壓缸所需的流量q快進(jìn) =×d2×v快速

21、= ×（7×10-2）2×5m3/min = 19.2×10-3 m3/min = 19.2L/minq工進(jìn) =×D2×v工進(jìn) = ×0.13×1.2m3/min= 9.42×10-3 m3/min = 9.42L/minq工進(jìn)=××v快退=××5m3/min=20×10-3m3/min= 20L/minq夾 = D2 v夾=×0.12×20×10-3 m3/min = 9.42×10-3 m3/min = 9.42

22、L/min4.4.2 確定液壓泵的流量、壓力和選擇泵的規(guī)格1）泵工作壓力的確定?？紤]到正常工作中進(jìn)油管路有一定得壓力損失，所以泵的工作壓力為pp = P1 +式中 pp液壓泵最大工作壓力。 p1執(zhí)行元件最大工作壓力。 進(jìn)油管路中的壓力損失，初算時(shí)簡(jiǎn)單系統(tǒng)可以取0.20.5MPa，復(fù)雜系統(tǒng)可以取0.51.5 MPa，此設(shè)計(jì)中取0.5MPa。pp = p1 + =（3+0.5）MPa 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(guò)渡階段出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)壓力往往超過(guò)靜壓力。另外考慮到一定得壓力儲(chǔ)備量，并確保泵的壽命，因此選泵的額定壓力應(yīng)滿足pn（1.251.6）pp。中低壓系統(tǒng)取小值，高壓系

23、統(tǒng)取大值。本設(shè)計(jì)中pn = 1.25 pp = 4.4MPa。2）泵的流量確定。液壓泵的最大流量應(yīng)該為qp KL()max式中 qp液壓泵的最大流量。()max同時(shí)動(dòng)作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值。KL系統(tǒng)泄露系數(shù)，一般取KL = 1.11.3，現(xiàn)取KL = 1.2。qp = KL()max = 1.2×20 L/min = 24 L/min3）選擇泵的規(guī)格。根據(jù)以上算得的qp和pp再查閱有關(guān)手冊(cè)，現(xiàn)選用YBX-16限壓式變量葉片泵，該泵的參數(shù)為：每轉(zhuǎn)排量qo = 16 mL/min,泵的額定壓力為pn = 6.3 MPa，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為nH = 1450r/min，容積效率為v

24、= 0.85，總效率=0.7。4）與液壓泵匹配的電動(dòng)機(jī)的選定。首先分別算出快進(jìn)和工進(jìn)和兩種不同工況時(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)泵輸出的流量減少，泵的效率急劇降低，一般當(dāng)流量在0.21 L/min范圍內(nèi)時(shí)，可取=0.030.14。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(guò)泵的流量特性曲線最大功率點(diǎn)時(shí)不致停轉(zhuǎn)，需進(jìn)行驗(yàn)算，即2Pn式中 Pn所選電機(jī)額定功率。PB限壓式變量泵的限定功率。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2500N，進(jìn)油路得壓力損失為0.3MPa，由式（1-4）可以得到pp = MPa =0.95 MPa快進(jìn)時(shí)所需

25、電動(dòng)機(jī)功率P為P = = kw = 0.45kw工進(jìn)時(shí)所需電動(dòng)機(jī)功率P為P = kw =0.79 kw查閱電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品樣本，選用Y90S-4型電動(dòng)機(jī)，其額定功率為1.1 kw，額定轉(zhuǎn)速為1400r/min。根據(jù)產(chǎn)品樣本可以查得YBX-16的流動(dòng)壓力曲線。再由已知的快進(jìn)時(shí)的流量為24 L/min，工進(jìn)時(shí)的流量為11 L/min，壓力為3.5 Mpa，做好泵的實(shí)際工作時(shí)的流量壓力特性曲線，如圖4-4所示，查得該曲線拐點(diǎn)處的流量為24 L/min，壓力為2.6 Mpa。該工作點(diǎn)對(duì)應(yīng)的功率為P = kw =1.84 kw所選的電動(dòng)機(jī)功率滿足式（1-6），拐點(diǎn)處能正常工作。圖4-4 YBX-16 液壓泵特

26、性曲線1-額定流量、壓力下的特性曲線2實(shí)際工作時(shí)間的特性曲線4.4.3 液壓閥的選擇本液壓系統(tǒng)可以采用力士樂(lè)系統(tǒng)或者GE系列的閥。方案一：控制液壓缸部分選用力士樂(lè)系列的閥，其夾緊部分選用疊加閥。方案二：均選用GE系列閥，根據(jù)所擬定的液壓系統(tǒng)圖，按通過(guò)個(gè)元件的最大流量來(lái)選擇液壓元件的規(guī)格。所選用的液壓元件如表4-2所示。此設(shè)計(jì)選擇方案一。表4-2 液壓原件明細(xì)表序號(hào)元件名稱方案一方案二通過(guò)流量（L/min）1濾油器XU-B22×100XU-B22×100242液壓泵YBX-16YBX-16243壓力表開關(guān)K-H6KF3-EA10B4三位四通換向閥4WE6E50/OAG2434

27、EF30-E10B205二位三通換向閥3WE6A50/OAG2423EF3B- E10B206單向調(diào)速閥2FRM5-20/6AQF3-E10B207減壓閥J-FC10D-1JF3-10B9.48壓力表開關(guān)4K-F10D-1與3共用9單向閥A-F10D-D/DP1AF3-EA10B9.410二位四通換向閥24DF3B-E10B-B24EF3-E10B9.411壓力繼電器DP1-63BDP1-63B9.412單向節(jié)流閥LA-F10D-B-1ALF-E10B9.44.4.4 確定管道尺寸油管內(nèi)徑尺寸一般可以參閱所選用的液壓元件接口尺寸來(lái)確定，也可以按管路允許的流速進(jìn)行計(jì)算。本系統(tǒng)主油路流量為差動(dòng)時(shí)流

28、量q = 40 L/min。壓油管的允許流速取v = 4m/s，則內(nèi)徑d為d = 2 = 2mm = 14.5mm如果系統(tǒng)主油路流量按快退時(shí)取q = 20 L/min，則可以算得油管內(nèi)徑d = 10.3mm。綜合各種因素，現(xiàn)取油管的內(nèi)徑d為12mm。吸油管同樣可以按上式計(jì)算（q = 24 L/min，v = 1.5m/s），現(xiàn)參照YBX-16變量泵吸油口連接尺寸，取吸油管內(nèi)徑d為25mm。油箱的壁厚公式為式中 p油管內(nèi)壓力。油管材料的許用應(yīng)力。，其中為油管材料的抗拉強(qiáng)度，n為安全系數(shù)。對(duì)于鋼管，當(dāng)p7MPa時(shí)，取n=8; 當(dāng)p17.5MPa時(shí)，取n=6; 當(dāng)p17.5MPa時(shí)，取n=4。所以通

29、過(guò)計(jì)算得3mm。4.4.5 液壓油箱容積的確定 本系統(tǒng)為中壓系統(tǒng)，液壓油箱有效容量按泵的流量的57倍來(lái)確定，現(xiàn)選用容量為160L的油箱。4.5 液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算已知該系統(tǒng)中進(jìn)、回油管的內(nèi)徑均為12mm，各段管道的長(zhǎng)度分別為：AB = 0.3m,AC = 1.7m,AD = 1.7m,DE = 2m。選用L-HL32液壓油，考慮到油的最低溫度為15，查得15時(shí)該液壓油的運(yùn)動(dòng)粘度v = 150cst = 1.5cm2/s,油的密度為 = 920kg/m3。4.5.1 壓力損失的驗(yàn)算1）工作進(jìn)結(jié)時(shí)的進(jìn)油路壓力損失。運(yùn)動(dòng)部件工作進(jìn)結(jié)時(shí)的最大速度為1.2m/mmin。進(jìn)結(jié)時(shí)的最大流量為9.42L/min。

30、則液壓油在管內(nèi)流速v1為v1 = = cm/min =8330cm/min = 139 cm/min管道流動(dòng)雷諾數(shù)為 = = = 1112300，可見油液在管道內(nèi)流態(tài)為層流，其沿程阻力系數(shù) = = = 0.68進(jìn)油管道BC的沿程壓力損失為 = = Pa查閱換向閥4WE6E50/AG24的壓力損失 = Pa。忽略油液通過(guò)管接頭、油路板等處的局部壓力損失，則進(jìn)油路總壓力損失為 = + = Pa = Pa2）工作進(jìn)結(jié)時(shí)的回油路壓力損失。由于選用單活塞桿液壓缸，并且液壓缸有桿腔的工作面積為無(wú)桿腔的工作面積的二分之一，則回油管道的流量為進(jìn)油管道的二分之一，則 = = 69.5cm/s = = = 55.

31、5 = = = 1.39回油管道的沿程壓力損失為 = = Pa = Pa查產(chǎn)品樣本知換向閥3WE6A50/ OAG24的壓力損失 = 0.025×Pa，換向閥4WE6E50/OAG24的壓力損失 = 0.025×Pa，調(diào)速閥2FRM5-20/6的壓力損失為 = 0.5×Pa?；赜吐房倝毫p失為=+=（0.05+0.025+0.025+0.5）×Pa =0.6×Pa3）變量泵出口處的壓力 = + Pa=3.2×Pa4）快進(jìn)時(shí)的壓力損失?？爝M(jìn)時(shí)液壓缸為差動(dòng)連接，自匯流點(diǎn)A至液壓缸進(jìn)油口C之間的管路AC中，流量為液壓泵出口流量的兩倍即40

32、L/min，管路AC中的沿程壓力損失為 = = cm/s = 590cm/s = = = 472 = = = 0.159 = = Pa = Pa同意可以求得管道AB段以及AD段的沿程壓力損失和分別為 = = cm/s = 295cm/s = = = 236 = = = 0.32 = Pa = Pa = Pa = Pa查閱產(chǎn)品樣本知，流經(jīng)各閥的局部壓力損失為：4WE6E50/OAG24的壓力損失為 = Pa3WE6A50/OAG24的壓力損失為 = Pa據(jù)分析在差動(dòng)連接中，泵的出口壓力為 = + + = Pa= 1.93×Pa上述驗(yàn)算表明，不需要修改原設(shè)計(jì)。4.5.2 系統(tǒng)溫升的驗(yàn)算在

33、整個(gè)工作循環(huán)中，工進(jìn)階段所占的時(shí)間最長(zhǎng)，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，注意考慮工進(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)值最大者進(jìn)行分析。當(dāng)v = 10cm/min時(shí) = = = 0.785L/min此時(shí)泵的效率為0.1，泵的出口壓力為3.2MPa，則有 = kw = 0.42 kw = Fv = kw = 0.034kw此時(shí)的功率損失為 = - = （0.718-0.41kw = 0.31kw 可見在工進(jìn)速度低時(shí)，功率損失為0.386kw，發(fā)熱量最大。假定系統(tǒng)的散熱狀況一般，取K =kw/(.),油箱的散熱

34、面積A為A = 0.065 = 0.065 = 1.92系統(tǒng)的溫升為 = = = 20.1對(duì)于一般機(jī)械允許溫升2530，數(shù)控機(jī)床油液溫升應(yīng)該小于25，工程機(jī)械等允許的溫升為3540。驗(yàn)算表明系統(tǒng)的溫升在許可范圍內(nèi)，不必采取其他的冷卻措施。液壓缸的設(shè)計(jì)5 液壓缸的設(shè)計(jì)液壓缸是液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，它的職能是將液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。液壓缸的輸入量是液體的流量和壓力，輸出量是直線速度和力。液壓缸的活塞能完成往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，輸出有限的直線位移。 如圖5-1所示，液壓缸由缸體1、活塞2、活塞桿3、端蓋4、活塞桿密封件5組成。圖5-1 液壓缸組成液壓缸按作用方式分為單作用液壓缸、雙作用液壓缸和復(fù)合式缸。單作用

35、液壓缸：一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)依靠液壓作用力實(shí)現(xiàn)，另一個(gè)方向依靠彈簧力、重力等實(shí)現(xiàn)。雙作用液壓缸：兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)都依靠液壓作用力來(lái)實(shí)現(xiàn)。復(fù)合式缸：活塞缸與活塞缸的組合、活塞缸與柱塞缸的組合、活塞缸與機(jī)械結(jié)構(gòu)的組合等。5.1 液壓缸的主要尺寸的確定5.1.1 液壓缸的工作壓力的確定液壓缸工作壓力p主要根據(jù)液壓設(shè)備的類型來(lái)確定，對(duì)不同用途的液壓設(shè)備，由于工作條件不同，通常采用的壓力范圍也不同。設(shè)計(jì)時(shí)，可以用類比法來(lái)確定?，F(xiàn)參閱表5-1來(lái)取液壓缸的工作壓力為3MPa。表5-1 液壓設(shè)備常用的工作壓力設(shè)備類型機(jī) 床農(nóng)業(yè)機(jī)械或中型工程機(jī)械液壓機(jī)、重型機(jī)械等磨床組合機(jī)床龍門刨床拉床工作壓力0.82.0352881

36、0101620325.1.2 液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d的確定圖5-2 單活塞液壓缸計(jì)算示意圖由圖5-2可知 = = （4-1）式中 液壓缸的工作壓力，初算時(shí)可取系統(tǒng)工作壓力。 液壓缸回油腔背壓力，可以根據(jù)表5-2估計(jì)。 活塞桿直徑與液壓缸內(nèi)徑之比，可以按表5-3選取。 工作循環(huán)中最大的外負(fù)載。 液壓缸密封處的摩擦力，它的精確值不易求得，常用液壓缸的機(jī)械效率進(jìn)行估算。 （5-2）式中 液壓缸的機(jī)械效率，一般= 0.90.97。將代入式（4-1），可以求得D為D = （5-3）活塞桿直徑可以由值算出，由計(jì)算所得的D與d的值分別按表5-4和表5-5圓整到相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封元件。表5

37、-2 執(zhí)行元件背壓的估計(jì)值系 統(tǒng) 類 型背壓p1 （MPa）中、低壓系統(tǒng)08MPa簡(jiǎn)單的系統(tǒng)和一般輕載的節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.20.5回油路帶調(diào)速閥的調(diào)速系統(tǒng)0.50.8回油路帶背壓閥0.51.5采用帶補(bǔ)液壓泵的閉式回路0.81.5中高壓系統(tǒng)816MPa同上比中低壓系高50%100%高壓系統(tǒng)1632MPa如鍛壓機(jī)等出算可忽略表5-3 液壓缸內(nèi)徑D與活塞桿直徑d的關(guān)系按機(jī)床類型選取d/D按液壓缸工作壓力選取工作壓力d/D機(jī)床類別d/D工作壓力p/(MPa)d/D磨床、研磨機(jī)床0.20.320.20.3插床、拉床、刨床0.5250.50.58鉆、鏜、車、銑床0.7570.620.7070.7表5-4 液

38、壓缸內(nèi)徑尺寸系列 (GB2348-80) (mm)810121620253240506380（90）100（110）125（140）160（180）200（220）250320400500630注：括號(hào)內(nèi)數(shù)值為非優(yōu)先選用值表5-5 活塞桿直徑系列 (GB2348-80) (mm)45681012141618222252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360400對(duì)選定后的液壓缸內(nèi)徑D，必須進(jìn)行穩(wěn)定速度的驗(yàn)算。要保證液壓缸節(jié)流腔的有效工作面積A，必須大于保證最小穩(wěn)定速度的最小有效工作面積，即A = （5-4）式中 流量閥

39、的最小穩(wěn)定流量，一般從選定流量閥的產(chǎn)品樣本中查得。 液壓缸的最低速度，由設(shè)計(jì)要求給定。如果液壓缸節(jié)流腔的有效工作面積A不大于計(jì)算所得的最小有效工作面積，則說(shuō)明液壓缸不能保證最小穩(wěn)定速度，此時(shí)必須增大液壓缸的內(nèi)徑，以滿足速度穩(wěn)定的要求。現(xiàn)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F為20500N，按表5-2可以取得p2為0.5Mp, cm為0.95考慮到快進(jìn)、快退速度相等，所以取d/D = 0.7。將上述數(shù)據(jù)代入式（4-3）可以得到D =m = 9.9×10-2m根據(jù)表5-4，將液壓缸內(nèi)徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑D = 100mm，活塞桿直徑d，按d/D = 0.7以及表2-5活塞桿

40、系列取d = 70mm。按工作要求夾緊力由兩個(gè)夾緊缸提供，考慮到夾緊缸的穩(wěn)定，夾緊缸的工作壓力應(yīng)該低于進(jìn)給工作缸的工作壓力，現(xiàn)取夾緊缸的工作壓力為零，cm為0.95，則按照式（5-3）可得D = m = 8.96×10-2m按照表4-4以及表4-5液壓缸和活塞桿的尺系列，取夾緊缸的D和d分別為100mm和70mm。按最低工進(jìn)速度驗(yàn)算液壓缸的最小穩(wěn)定速度，由式（5-4）可得A = cm2 = 5 cm2 式中qmin是由產(chǎn)品樣品查得GE系列調(diào)速閥AQF3-E10B的最小穩(wěn)定流量為0.05L/min。調(diào)速閥安裝在回油路上，故液壓缸節(jié)流腔有效工作面積應(yīng)該選取液壓缸有桿腔的實(shí)際面積，即A =

41、 ×（102-72）cm2 = 40 cm2可見上述不等式滿足，液壓缸能夠達(dá)到所需低速。5.1.3 液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算液壓缸的壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件來(lái)計(jì)算。液壓缸的壁厚一般指液壓缸中最薄處的厚度。從材料力學(xué)可以知道，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應(yīng)力分別規(guī)律因?yàn)楸诤竦牟煌鳟悺Ｒ话阌?jì)算時(shí)可以分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。液壓缸的內(nèi)徑D與其壁厚的比值D/10的圓筒稱為薄壁圓筒。起重運(yùn)輸機(jī)械和工程機(jī)械的液壓缸，一般采用無(wú)縫鋼管，大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，其壁厚按薄壁圓筒壁厚公式計(jì)算 式中 液壓缸壁厚（m）。 D液壓缸內(nèi)徑（m）。 試驗(yàn)壓力，一般取最大工作壓力的（1.251.5）倍（MPa）。額定壓力

42、16Mpa,取=1.5 MPa。 缸筒材料的許用應(yīng)力。 = ，其中為材料抗拉剛度，n為安全系數(shù)，一般取n = 5。的值為：鍛鋼： = 110120 MPa；鑄鋼： = 100110 MPa；無(wú)縫鋼管： = 110110 MPa；高強(qiáng)度鑄鐵： = 60MPa；灰鑄鐵： = 25MPa。在中低壓液壓系統(tǒng)中，按上式計(jì)算所得液壓缸的壁厚往往很小，使得液壓缸的剛度往往不夠，如在切削加工過(guò)程中的變形、安裝變形等引起液壓缸工作過(guò)程卡死或者漏油。因此一般不作計(jì)算，按經(jīng)驗(yàn)選取，必要時(shí)按上式公式進(jìn)行校核。對(duì)于D/10時(shí)，應(yīng)該按材料力學(xué)中的厚壁圓筒公式進(jìn)行壁厚的計(jì)算。對(duì)于脆性材料以及塑性材料 式中的符號(hào)意思與前面相

43、同。液壓缸壁厚算出后，即可以求出缸體的外徑為 +式中值應(yīng)該按無(wú)縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)，或者按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)圓整為標(biāo)準(zhǔn)值。在設(shè)計(jì)中，取試驗(yàn)壓力為最大工作壓力的1.5倍，即 = 1.5×3MPa =4.5MPa。而缸筒材料許用應(yīng)力取為= 100 MPa。應(yīng)用公式 得， MPa = 11.25mm下面確定缸體的外徑，缸體的外徑 + = 100+2×11.25mm = 122.5mm。在液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)中查得選取標(biāo)準(zhǔn)值 = 127 mm。在根據(jù)內(nèi)徑D和外徑重新計(jì)算壁厚， = = mm = 13.5mm。5.1.4 液壓缸工作行程的確定液壓缸工作行程長(zhǎng)度，可以根據(jù)執(zhí)行元件機(jī)構(gòu)實(shí)際工作的最大行程來(lái)確定，

44、并且參照表5-6中的系列尺寸來(lái)選取標(biāo)準(zhǔn)值。表5-6 液壓缸活塞行程參數(shù)系列 （mm）255080100125160200250320400500630800100012501600200025003200400040639011014018022028036045055070090011001400180022002800390024026030034038042048053060065075085095010501200130015001700190021002400260030003800注：液壓缸活塞行程參數(shù)依、次序優(yōu)先選用。由已知條件知道最大工作行程為400mm,參考上表，取液壓缸工作

45、行程為400mm。5.1.5 缸蓋厚度的確定一般液壓缸多為平底缸蓋，其有效的厚度t按強(qiáng)度要求可以用下面兩式進(jìn)行進(jìn)似計(jì)算。無(wú)孔時(shí)： 有孔時(shí)： 式中 缸蓋有效厚度（m）。 缸蓋止口內(nèi)徑（m）。 缸蓋孔的直徑（m）。5.1.6 最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支撐面中點(diǎn)到缸蓋滑動(dòng)支撐面的距離H稱為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度（圖5-2）。如果導(dǎo)向長(zhǎng)度過(guò)小，將使液壓缸的初始撓度（間隙引起的撓度）增大，從而影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設(shè)計(jì)時(shí)必須保證有一定得最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。對(duì)于一般的液壓缸，最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H應(yīng)滿足以下要求式中 液壓缸的最大行程。 液壓缸的內(nèi)徑?；钊膶挾菳一般取得B = （0.61.0）D；缸蓋滑動(dòng)支

46、撐面的長(zhǎng)度，根據(jù)液壓缸內(nèi)徑D而定。當(dāng)D80mm時(shí)，??；當(dāng)D80mm時(shí)，取。為了保證最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H，如果過(guò)分增大和B都是不適宜的，必要時(shí)可以在缸蓋和活塞之間增加一個(gè)隔套K來(lái)增加H的值。隔套的長(zhǎng)度C由需要的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H決定，即在此設(shè)計(jì)中，液壓缸的最大行程為400mm，液壓缸的內(nèi)徑為100mm，所以應(yīng)用公式的 =mm = 70mm?；钊膶挾菳 = 0.8D = 80mm。5.1.7 缸體長(zhǎng)度的確定液壓缸缸體內(nèi)部長(zhǎng)度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和。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)度不應(yīng)該大于內(nèi)徑的2030倍。缸體長(zhǎng)度L = 400+80mm=480mm。5.1.8 固定螺栓

47、得直徑液壓缸固定螺栓直徑按照下式計(jì)算式中 F液壓缸負(fù)載。 Z固定螺栓個(gè)數(shù)。 k螺紋擰緊系數(shù)，k = 1.121.5。根據(jù)上式求得 = = 7.3mm5.1.9 液壓缸強(qiáng)度校核1）缸筒壁厚校核：。 前面已經(jīng)通過(guò)計(jì)算得：D = 100mm, = 13.5mm。則有10，所以為厚壁缸。 = 13.5mm = = 8.9 mm，可見缸筒壁厚滿足強(qiáng)度要求。2）活塞桿穩(wěn)定性的驗(yàn)算：活塞桿受軸向壓縮負(fù)載時(shí)，它所承受的軸向力F不能超過(guò)使它穩(wěn)定工作所允許的臨界負(fù)載，以免發(fā)生縱向彎曲，從而破壞液壓缸的正常工作。的值與活塞桿材料性質(zhì)、截面的形狀、直徑和長(zhǎng)度以及液壓缸的安裝方式等因素有關(guān)。活塞桿的穩(wěn)定性的校核依照下式

48、（穩(wěn)定條件）進(jìn)行式中 安全系數(shù)，一般取=24。當(dāng)活塞桿的細(xì)長(zhǎng)比時(shí) = 當(dāng)活塞桿的細(xì)長(zhǎng)比時(shí)，且 = 20120時(shí)，則 = 式中 安裝長(zhǎng)度，其值與安裝方式有關(guān)。 活塞桿截面最小回轉(zhuǎn)半徑， = 。柔性系數(shù)。由液壓缸支承方式?jīng)Q定的末端系數(shù)。E活塞桿材料的彈性模量，對(duì)剛?cè) = 。J活塞桿橫截面慣性矩，A為活塞桿橫截面積。f由材料強(qiáng)度決定的實(shí)驗(yàn)值。根據(jù)驗(yàn)算，液壓缸滿足穩(wěn)定性要求。5.2 液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)液壓缸主要尺寸確定以后，就進(jìn)行各部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。主要包括：液壓缸缸體與缸蓋的連接結(jié)構(gòu)、活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)、活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)、密封裝置、緩沖裝置、排氣裝置、以及液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu)等。由于工作條件的

49、不同，結(jié)構(gòu)形式也各不相同。設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。5.2.1 缸體與缸蓋的連接形式缸體與缸蓋常見連接方式有法蘭連接式、半環(huán)連接式 、螺紋連接式 、拉桿連接式 、焊接式連接等。圖5-3 常見的缸筒和缸蓋結(jié)構(gòu)圖5-3所示為常見的缸蓋和缸筒連接形式。圖2-3a 為法蘭式連接結(jié)構(gòu)，這種連接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉，容易加工，便于裝卸，強(qiáng)度較大，能夠承受高壓。但是外形尺寸較大，常用于鑄鐵制的缸筒上。圖5-3b 為半環(huán)式連接結(jié)構(gòu)，這種連接分為外半環(huán)連接和內(nèi)半環(huán)連接兩者形式。它們的缸筒壁部由于開了環(huán)形槽而削弱了強(qiáng)度，為此有時(shí)要增加壁厚。它容易加工和裝卸、重量較輕，半環(huán)連接是一種應(yīng)用較為普遍的連接結(jié)構(gòu)，常用于無(wú)

50、縫鋼管和鍛鋼制的缸筒上。圖5-3c、f 為螺紋連接形式，這種連接分為外螺紋連接和內(nèi)螺紋連接兩者形式。它的缸筒端部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，外徑加工必須要求同時(shí)保證內(nèi)外徑同心，裝卸要使用專用工具，它的外形尺寸和重量都比較小，結(jié)構(gòu)緊湊，常常用于無(wú)縫鋼管和鍛鋼制的缸筒上。圖5-3d 為拉桿式連接形式，這種連接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性好、通用性強(qiáng)、易于裝拆，但是端蓋的體積和重量都非常大，拉桿在受力后容易拉伸變長(zhǎng)，從而影響密封效果，僅適用于長(zhǎng)度不大的中低壓缸。圖5-3d 為焊接式連接，這種連接形式強(qiáng)度高，制造簡(jiǎn)單，但是焊接時(shí)容易引起缸筒的變形。缸體端部與缸蓋的連接形式與工作壓力、缸體材料以及工作條件有關(guān)。通過(guò)綜合考慮，在此設(shè)計(jì)

51、中，缸體端部與缸蓋采取法蘭連接的形式。5.2.2 活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)活塞和活塞桿的結(jié)構(gòu)形式有很多，常見的有一體式、錐銷式連接外、還有螺紋式連接和半環(huán)式連接等多種形式，如圖5-4所示。半環(huán)式連接結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝卸不便，但是工作可靠。 圖5-4 活塞桿與活塞的結(jié)構(gòu) 此外，活塞和活塞桿也有制成整體式結(jié)構(gòu)的，但是它只能適應(yīng)于尺寸較小的場(chǎng)合?；钊话阌媚湍ヨT鐵制造，活塞桿則不論是空心的還是實(shí)心的，大多用鋼料制造。經(jīng)過(guò)綜合考慮，在此設(shè)計(jì)中，活塞桿與活塞的連接采取螺紋連接的形式，如圖5-5所示。圖5-5 活塞桿與活塞的連接形式這種連接方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于拆卸，成本低廉，但是在震動(dòng)的過(guò)程中容易松動(dòng)，所以加了防松

52、裝置，應(yīng)用范圍較廣。5.2.3 活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)，包括活塞桿與端蓋、導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)，以及密封、防塵和鎖緊裝置等。導(dǎo)向套的結(jié)果可以做成端蓋整體式直接導(dǎo)向，也可以做成與端蓋分開的導(dǎo)向套導(dǎo)向結(jié)構(gòu)。后者導(dǎo)向套磨損后便于更換，所以應(yīng)用比較普遍。導(dǎo)向套的位置可以安裝于密封圈的內(nèi)側(cè)，也可以安裝于密封圈的外側(cè)。機(jī)床和工程機(jī)械中一般采用裝在內(nèi)測(cè)的結(jié)構(gòu)，有利于導(dǎo)向套的潤(rùn)滑；而壓油機(jī)常采用裝在外測(cè)的結(jié)構(gòu)，在高壓下工作時(shí)，使得密封圈由足夠的油壓將唇邊張開，以提高系統(tǒng)的密封性能?；钊麠U處的密封形式由O型、V型、Y型和型密封圈。為了清除活塞桿處外漏部分粘附的灰塵，保證油液清潔以及減少磨損，在端蓋外側(cè)

53、增加防塵圈。此設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)綜合考慮，采取端蓋直接導(dǎo)向。5.2.4 密封裝置液壓缸中常見的密封裝置有間隙密封，摩擦環(huán)密封，密封圈密封等。間隙密封依靠運(yùn)動(dòng)件間的微笑間隙來(lái)防止泄露。為了提高這種裝置的密封能力，常在活塞的表面制造出幾條微小的環(huán)形槽，用以增大油液通過(guò)間隙時(shí)的阻力。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，摩擦阻力小，可以耐高溫，但是泄露大，加工要求高，磨損后無(wú)法恢復(fù)原有能力，只有在尺寸小、壓力較低、相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較高的缸筒和活塞間使用。摩擦環(huán)密封依靠活塞上的摩擦環(huán)（尼龍或者其他高分子材料制成）在“O”形圈彈力作用下貼緊缸壁而防止泄露。這種材料密封效果好，摩擦阻力較小并且穩(wěn)定，可以耐高溫，磨損后有自動(dòng)補(bǔ)償能力，但是加工要求

54、高，裝拆不方便，適用于缸筒和活塞之間的密封。油缸主要采用密封圈密封，密封圈有O形、V形、Y形及組合式等數(shù)種，其材料為耐油橡膠、尼龍、聚氨脂等。它利用橡膠或者塑料的彈性使各種截面的環(huán)形圈貼緊在靜、動(dòng)配合面之間來(lái)防止泄露。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，磨損后有自動(dòng)補(bǔ)償能力，性能可靠，在缸筒和活塞之間、活塞和活塞桿之間、缸筒和缸蓋之間都能使用。（1） O形密封圈（如圖5-6）O形密封圈的截面為圓形，主要用于靜密封。與唇形密封圈相比，運(yùn)動(dòng)阻力較大，作運(yùn)動(dòng)密封時(shí)容易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，故一般不單獨(dú)用于油缸運(yùn)動(dòng)密封。 圖5-6 O形密封圈（2）V形密封圈（如圖5-7）V形圈的截面為V形，如圖所示，V形密封裝置是由壓環(huán)、V形圈和支承環(huán)組成。當(dāng)工作壓力高于10MPa時(shí)，可增加V形圈的數(shù)量，提高密封效果。安裝時(shí)，V形圈的開口應(yīng)面向壓力高