車用電動(dòng)液壓千斤頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、1 緒論1.1 課題研究的目的和意義據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)的轎車保有量2005年已達(dá)到900余萬(wàn)輛, 在現(xiàn)實(shí)生活中，轎車、吉普在路途上換胎一直是駕車者們一件頭痛的事，尤其是在酷熱的夏天和嚴(yán)寒而綿綿細(xì)雨的冬天，半個(gè)多時(shí)晨換下胎來(lái)，不僅身心勞累，且渾身油泥。隨著技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，一種起重工具液壓千斤頂大量涌現(xiàn)于市場(chǎng)，其構(gòu)造簡(jiǎn)單、操作方便，修理汽車、拖拉機(jī)等可用它將車身頂起，方便修理。液壓千斤頂是根據(jù)帕斯卡原理工作，它由油箱、大小不同的兩個(gè)壓力油缸、單向閥等幾個(gè)部分組成。工作時(shí)，提起小活塞將油吸入小壓力油缸，當(dāng)壓下小活塞時(shí)將油液壓進(jìn)大壓力油缸。通過(guò)兩個(gè)單向閥門的控制，小活塞對(duì)油的壓強(qiáng)傳遞給大活塞，將重物頂起來(lái)

2、。小活塞不斷地往復(fù)動(dòng)作，就可以把重物頂?shù)揭欢ǖ母叨?。工作完畢，打開(kāi)關(guān)截止閥，使大壓力油缸和油箱連通。這時(shí)，只要在大活塞上稍加壓力，大活塞即可下落，油回到油箱中去。千斤頂分為機(jī)械千斤頂和液壓千斤頂兩種，原理各有不同。從原理上來(lái)說(shuō)，液壓千斤頂所基于的原理為帕斯卡原理，在比較小的活塞上面施加的壓力比較小，而大的活塞上施加的壓力也比較大，這樣能夠保持液體的靜止。通過(guò)液體的傳遞可以得到不同端上的不同的壓力，這樣就可以達(dá)到一個(gè)變換的目的。機(jī)械千斤頂采用機(jī)械原理，以往復(fù)扳動(dòng)手柄，拔爪即推動(dòng)棘輪間隙回轉(zhuǎn)，小傘齒輪帶動(dòng)大傘齒輪、使舉重螺桿旋轉(zhuǎn)，從而使升降套筒獲得起升或下降，而達(dá)到起重拉力的功能。但不如液壓千斤頂

3、簡(jiǎn)易。千斤頂采用液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：(1)由于液壓傳動(dòng)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(dòng)機(jī)構(gòu)，這是比機(jī)械傳動(dòng)優(yōu)越的地方。(2)液壓傳動(dòng)裝置的重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、慣性小。(3)傳遞運(yùn)動(dòng)均勻平穩(wěn)，負(fù)載變化時(shí)速度較穩(wěn)定。(4)液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)借助于設(shè)置溢流閥等，同時(shí)液壓件能自行潤(rùn)滑，因此使用壽命長(zhǎng)。(5)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。隨著生活水平的發(fā)展，設(shè)計(jì)人性化的產(chǎn)品越來(lái)越受到人們的喜愛(ài)。電動(dòng)液壓千斤頂采用液壓傳動(dòng)，與機(jī)械手動(dòng)千斤頂相比，具有使用攜帶方便、運(yùn)行平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)。目前液壓技術(shù)日趨完善且被應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，與液壓傳動(dòng)相關(guān)的產(chǎn)品成本也將逐漸

4、降低，因此，低成本的電動(dòng)液壓千斤頂具有巨大的市場(chǎng)。1.2 課題的國(guó)內(nèi)外發(fā)展研究現(xiàn)狀自18世紀(jì)末英國(guó)制成世界上第一臺(tái)水壓機(jī)算起，液壓傳動(dòng)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(zhēng)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(dòng)機(jī)及自動(dòng)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(dòng)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

5、化的方向發(fā)展。同時(shí)，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(cè)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(dòng)及控制技術(shù)發(fā)展和研究的方向。我國(guó)的液壓技術(shù)最初應(yīng)用于機(jī)床和鍛壓設(shè)備上，后來(lái)又用于拖拉機(jī)和工程機(jī)械?，F(xiàn)在，我國(guó)的液壓元件隨著從國(guó)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?，F(xiàn)在，液壓技術(shù)被廣泛應(yīng)用與各個(gè)領(lǐng)域，液壓千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)也越來(lái)越趨向人性化，目前，國(guó)內(nèi)外的千斤頂在性能滿足要求的同時(shí)，還要考慮千斤頂操作的靈活方便。根據(jù)實(shí)際需要，目前市場(chǎng)的千斤頂有YZ系列千斤頂、超薄型千斤頂、

6、自鎖式千斤頂?shù)阮愋?。千斤頂還分為電動(dòng)千斤頂和手動(dòng)千斤頂。電動(dòng)千斤頂一般以液壓系統(tǒng)為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)，具有頂起重量大、起升平穩(wěn)、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。手動(dòng)千斤頂以螺紋千斤頂為代表，通過(guò)螺紋傳動(dòng)來(lái)頂起重物。1.3 課題研究的主要內(nèi)容（1）根據(jù)千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)電動(dòng)液壓千斤頂?shù)目傮w方案。（2）根據(jù)工作情況設(shè)計(jì)液壓千斤頂?shù)木唧w結(jié)構(gòu)，確定主要零部件的參數(shù)，對(duì)千斤頂?shù)牧慵M(jìn)行強(qiáng)度檢驗(yàn)。（3）繪制二維零件圖及總體裝配圖。2 電動(dòng)液壓千斤頂概論2.1 液壓千斤頂工作原理圖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 4，7單向閥 5吸油管 6，10管道8大活塞 9大油缸 11截止閥 12油箱圖2.1是液壓千斤頂

7、的工作原理圖。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(dòng)液壓泵。如提起手柄使小活塞向上移動(dòng)，小活塞下端油腔容積增大，形成局部真空，這時(shí)單向閥4打開(kāi)，通過(guò)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(kāi)，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(dòng)，頂起重物。再次提起手柄吸油時(shí)，單向閥7自動(dòng)關(guān)閉，使油液不能倒流，從而保證了重物不會(huì)自行下落。不斷地往復(fù)扳動(dòng)手柄，就能不斷地把油液壓入舉升缸下腔，使重物逐漸地升起。如果打開(kāi)截止閥11，舉升缸下腔的油液通過(guò)管道10、截止閥11流回油箱，重物就向下

8、移動(dòng)。這就是液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟?。在本次設(shè)計(jì)中，為使液壓千斤頂?shù)牟僮鞲邮×?，將小活塞?qū)動(dòng)由手動(dòng)改為電動(dòng)，利用汽車點(diǎn)煙器上的電源，通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)合適的偏心輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)活塞上下運(yùn)動(dòng)。2.2 設(shè)計(jì)要求本課題的設(shè)計(jì)要求（1）設(shè)計(jì)一個(gè)兩級(jí)的液壓缸。（2）千斤頂頂起的重量為1.0t。（3）千斤頂?shù)捻斏叨葹?50mm。（4）千斤頂?shù)尿?qū)動(dòng)電機(jī)要求電壓為12V直流電壓。2.3 確定總體方案2.3.1 液壓回路設(shè)計(jì)圖2.2 液壓回路原理圖根據(jù)液壓千斤頂工作原理圖2.1，結(jié)合本課題設(shè)計(jì)要求及布置情況，設(shè)計(jì)的液壓千斤頂液壓回路原理圖如圖2.2所示。圖中液壓泵擬采用單向柱塞泵，通過(guò)偏心輪驅(qū)動(dòng)柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，吸油行程柱塞泵

9、通過(guò)單向閥2從油箱吸油，壓油行程中單向閥2關(guān)閉，單向閥1打開(kāi)，液壓油輸出到頂升液壓缸將負(fù)載頂起，頂升到所需位置時(shí)，切斷電機(jī)電源，柱塞泵停止運(yùn)動(dòng)，單向閥1和二位二通電磁閥都處于關(guān)閉位置，阻止了液壓油流回油箱，負(fù)載保持在所需位置不動(dòng)。當(dāng)負(fù)載需要放回時(shí)，只需操縱控制器上的相應(yīng)開(kāi)關(guān)，打開(kāi)二位二通電磁閥，油液便可流入油箱。為了防止電機(jī)及液壓系統(tǒng)過(guò)載損壞，在油路中設(shè)計(jì)了安全閥，當(dāng)出現(xiàn)管路堵塞或其它情況使油壓過(guò)大時(shí)，液壓油便打開(kāi)安全閥流回油箱。2.3.2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的千斤頂結(jié)構(gòu)如圖2.3所示。 圖2.3 液壓千斤頂結(jié)構(gòu)圖該電動(dòng)液壓千斤頂由12V直流電機(jī)、偏心輪機(jī)構(gòu)、柱塞缸、兩級(jí)頂升液壓缸和若干控制

10、閥及操縱控制器等組成。大小活塞和兩級(jí)液壓缸體組成頂升液壓缸。工作時(shí)，將電源插頭插入汽車點(diǎn)煙器上插座，按下操縱控制器上的開(kāi)關(guān)，12V直流電機(jī)帶動(dòng)偏心輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)偏心輪機(jī)構(gòu)使柱塞向右移動(dòng)時(shí)，柱塞下端油腔容積增大，形成局部真空，這時(shí)聯(lián)接油箱油路上的彈簧小球使油路相通，柱塞缸通過(guò)吸油管將液壓油吸入腔內(nèi)。柱塞左移時(shí)，柱塞下腔壓力升高，彈簧小球使油關(guān)閉，下腔的油液經(jīng)管道輸入頂升油缸的下腔，迫使大活塞向上移動(dòng)，頂起重物。柱塞再次右移時(shí)，與頂升液壓缸相連接的彈簧小球使大液壓缸的油口自動(dòng)關(guān)閉，使油液不能倒流，從而保證了重物不會(huì)自行下落。不斷地使柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，就能不斷地把油液壓入頂升缸下腔，使

11、重物逐漸地升起。如果打開(kāi)二位二通電磁閥，頂升缸下腔的油液通過(guò)管道、電磁閥流回油箱，重物就向下移動(dòng)。2.3.3 底板油路設(shè)計(jì)為了攜帶方便，千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)尺寸不能太大。在傳動(dòng)比一定的情況下，設(shè)計(jì)的柱塞缸的尺寸一般較小，若用管聯(lián)接，管的內(nèi)徑較小，管路的油壓損失較大。液壓油一般較稠，管的內(nèi)徑小使管路較易堵塞，影響千斤頂正常工作。采用底板油路不僅減少了許多管部件，以及管聯(lián)接方面的許多麻煩，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)，同時(shí)也使油路的內(nèi)徑增大。設(shè)計(jì)的底板油路如圖2.4所示。圖2.4 底板裝配圖底板的設(shè)計(jì)過(guò)程中充分考慮了加工的可行性。柱塞桿向外運(yùn)動(dòng)時(shí)，柱塞缸內(nèi)的壓力變小，彈簧球1被頂開(kāi)，彈簧球2將油路封住，此時(shí)液壓油吸入液壓缸

12、。柱塞桿下壓時(shí)，柱塞缸內(nèi)的壓力變大，彈簧球1將油路關(guān)閉，彈簧球2被頂開(kāi)，油液被壓入頂升液壓缸。當(dāng)負(fù)載需要放回時(shí)，將二位二通電磁閥打開(kāi)，液壓油便可進(jìn)入油箱。當(dāng)油路某處堵塞時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)的油壓將增大，此時(shí)上端的安全閥彈簧被頂開(kāi)，油液通過(guò)安全閥流回油箱。2.3.4 頂升液壓缸設(shè)計(jì)頂升液壓缸設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)圖如圖2.5所示圖2.5 頂升液壓缸結(jié)構(gòu)圖為了減小液壓千斤頂?shù)耐庑纬叽纾阌跀y帶，本次設(shè)計(jì)的頂升液壓缸采用兩級(jí)活塞驅(qū)動(dòng)。第一級(jí)液壓缸的活塞桿是第二級(jí)的缸筒，伸出時(shí)，可以獲得較長(zhǎng)的工作行程，縮回時(shí)可保持很小的結(jié)構(gòu)尺寸。第一級(jí)液壓缸缸體與缸底采用焊接，缸體與缸頭采用螺紋聯(lián)接。第二級(jí)活塞與活塞桿采用整體式?；钊c缸

13、體間采用O形密封圈密封；為了使千斤頂使用安全方便，在活塞桿端部用螺紋件聯(lián)接了一個(gè)凹槽部件與轎車上相應(yīng)的凸起配合，支撐轎車。千斤頂在工作過(guò)程中，第一級(jí)活塞升到最高時(shí)，第二級(jí)開(kāi)始頂出，此時(shí)系統(tǒng)內(nèi)的壓力較第一級(jí)增大。2.3.5 柱塞缸設(shè)計(jì)柱塞缸結(jié)構(gòu)圖如圖2.6所示圖2.6柱塞缸結(jié)構(gòu)圖本次設(shè)計(jì)的柱塞缸由柱塞、彈簧、密封工作腔等組成，其工作原理是依靠密封工作腔容積大小交替變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它是一種將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能的能量轉(zhuǎn)換裝置，它為液壓系統(tǒng)提供具有一定壓力和流量的液體，是液壓系統(tǒng)的重要組成部分。其性能的好壞直接影響液壓系統(tǒng)工作的可靠性和穩(wěn)定性。柱塞桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生容積的變化配合相應(yīng)的單向閥進(jìn)行吸油和壓油

14、。一般柱塞和缸體內(nèi)孔都是圓柱表面，容易得到高精度的配合，密封性較好，因此效率一般較高。2.4 電動(dòng)液壓千斤頂使用注意事項(xiàng)1) 使用前，應(yīng)將蓄電池充足電，以免電力不足。 2) 舉升汽車時(shí)，應(yīng)使發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，將變速器置于空檔位置并拉緊手制動(dòng)。 3) 必要時(shí)，可以用發(fā)電機(jī)發(fā)電助力，此時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)工作，但一定要將變速器置于空檔，防止汽車移動(dòng)傷人。汽車舉起后，應(yīng)將發(fā)動(dòng)機(jī)立即熄火。 4) 在汽車底下工作時(shí)，必須把汽車用可靠的支撐物安全穩(wěn)妥地支撐住，以保證安。3 參數(shù)確定3.1 電機(jī)選擇圖3.1 電機(jī)根據(jù)系統(tǒng)的具體情況,參考有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)，確定系統(tǒng)壓力p12.5MPa,液壓缸的最大支撐重量F=1.010N設(shè)定第二

15、級(jí)液壓缸的上升速度v=0.005m/s則根據(jù)公式(3.1)式中d液壓缸內(nèi)徑，mm；p系統(tǒng)工作壓力，MPa；F最大支撐重量，N。取d32mm此時(shí)液壓缸內(nèi)的壓力流量Q系統(tǒng)的流量，。此時(shí)液壓缸用來(lái)支撐重物的功率為(3.2)(3.3)式中 電機(jī)的額定功率，W；機(jī)械損失，即由于摩擦而使功率的損失，本系統(tǒng)中近似認(rèn)為兩個(gè)液壓缸的效率相同，故用，一般0.9。本系統(tǒng)取0.9.容量損失 因內(nèi)泄漏、氣穴和油液在高壓下受壓縮而造成的流量上的損失，內(nèi)泄露是主要原因，本設(shè)計(jì)取=1。帶入相關(guān)數(shù)據(jù)可得取=70W根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)及網(wǎng)上相關(guān)資料查詢，選擇電機(jī)為12v直流、70W、n=30r/min。驗(yàn)算電機(jī)是否滿足第一級(jí)的要求：

16、查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)初步選擇第一級(jí)內(nèi)徑 d=50mm,則對(duì)應(yīng)的外徑取D=60mm。第一級(jí)的上升平均速度為(3.4)式中 Q系統(tǒng)的流量，；d液壓缸內(nèi)徑，mm；上升速度，m/s。帶入數(shù)據(jù)可得根據(jù)可得(3.5)式中 F負(fù)載力，N；電機(jī)的額定功率，W；機(jī)械損失；容量損失。滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)也說(shuō)明電機(jī)的選擇合理此時(shí)系統(tǒng)的工作壓力3.2 頂升液壓缸參數(shù)的確定采用伸縮式套筒液壓缸，本課題設(shè)計(jì)要求伸縮量為150mm，所以采用二級(jí)液壓缸即可，該類型的液壓缸運(yùn)動(dòng)時(shí)，其輸出速度和輸出力都是變化的，其原理圖如下圖3.2 頂升液壓缸原理圖3.2.1 液壓缸的輸出力液壓缸的輸出力為頂起重物的重力，即負(fù)載力。根據(jù)本課題的要求，千

17、斤頂要求頂起的重量為1.0t，即最大負(fù)載是F=。3.2.2 液壓缸工作過(guò)程中的阻力液壓缸工作中除了要克服負(fù)載力外，還受到慣性力、運(yùn)動(dòng)部件的摩擦阻力、運(yùn)動(dòng)部件的自重、回油背壓阻力等作用。本次設(shè)計(jì)利用液壓缸的效率來(lái)近似決定液壓缸各部件的尺寸,因此，對(duì)各阻力的大小等不再做詳細(xì)的研究。3.2.3 液壓缸的輸出速度單桿活塞式液壓缸和柱塞式液壓缸外伸時(shí)的速度(3.6)式中 v活塞的外伸速度，m/s；Q 進(jìn)入液壓缸的流量，；A 活塞的作用面積，；d 活塞直徑，m。第二級(jí)液壓缸的速度定為0.002m/s由上述公式知：第一級(jí)液壓缸的速度為3.2.4 液壓缸的上升時(shí)間(3.7)活塞桿伸出時(shí)式中t液壓缸的作用時(shí)間，

18、s；V液壓缸的容積，；A液壓缸的作用面積，；s液壓缸行程，m；Q進(jìn)入（或流出）液壓缸的流量，。液壓缸上升時(shí)間為第一級(jí)和第二級(jí)的時(shí)間之和即第一級(jí)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，s；第二級(jí)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，s。在本次設(shè)計(jì)中，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，定第一級(jí)的行程為90mm，第二級(jí)的行程為63mm。則3.2.5 液壓缸的儲(chǔ)油量液壓缸的儲(chǔ)油量(3.8)式中V液壓缸的儲(chǔ)油量，；A液壓缸的作用面積，；s液壓缸行程，m。根據(jù)公式的液壓缸的儲(chǔ)油量為3.2.6 液壓缸輸出功率液壓缸的輸出功率(3.9)式中N液壓缸的輸出功率，W；F液壓缸的輸出力，N；v液壓缸的輸出速度，m/s。液壓缸的最大輸出功率為3.2.7 液壓缸缸筒厚度計(jì)算本次設(shè)計(jì)中采用標(biāo)

19、準(zhǔn)液壓缸外徑，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)知:第一級(jí)液壓缸的參數(shù)選為，。參數(shù)表如表3.1所示表3.1 工程機(jī)械用液壓缸外徑系列缸徑mm液壓缸外徑 mm缸徑mm液壓缸外徑 mmP16MPa202531.5P16MPa202531.5405063809010050607695108121506076951081215463.5831021141275463.5.83102114127110125140160180200133146168194219245133146168194219245133152168194219245140152168194219245第二級(jí)按中等壁厚計(jì)算 當(dāng)時(shí)，液壓缸缸筒厚度，此時(shí)(3

20、.10)式中強(qiáng)度系數(shù)，對(duì)于無(wú)縫鋼管，1；C計(jì)入壁厚公差及腐蝕的附加厚度，通常圓整到標(biāo)準(zhǔn)厚度值。試驗(yàn)壓力，p<16MP時(shí)，1.5PMPa3.2.8 液壓缸油口直徑的計(jì)算液壓缸油口直徑應(yīng)根據(jù)活塞最高運(yùn)動(dòng)速度v和油口最高液流速度而定。本次設(shè)計(jì)中，最大速度不好確定，由電機(jī)帶動(dòng)的偏心輪的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，可選取平均速度的2倍代替。已知液壓缸的第二級(jí)平均速度為0.005m/s.即可取v =0.01m/s.管內(nèi)液體的流動(dòng)速度定為2m/s。(3.11)式中液壓缸油口直徑，m；d 液壓缸直徑，m；v 液壓缸最大輸出速度，m/s；油口液流速度，m/s。根據(jù)加工的需要，取油口直徑4mm3.2.9 缸底厚度的計(jì)算圖3.

21、3 有孔平行缸底本設(shè)計(jì)采用的是平行缸底,當(dāng)缸底有油口時(shí):(3.12)式中h缸底的厚度，mm；d液壓缸內(nèi)徑，mm；缸底油口直徑，mm；試驗(yàn)壓力，1.5PMPa；缸底材料的需用應(yīng)力，MPa。根據(jù)上述公式取d=10mm3.3 吸油缸參數(shù)的計(jì)算3.3.1 吸油缸速度計(jì)算該液壓缸選擇柱塞式類型，選定內(nèi)徑d=10mm。根據(jù)液壓缸的流量相同。即(3.13)式中A吸油缸的柱塞面積，；吸油缸的柱塞運(yùn)動(dòng)速度，m/s；起升液壓缸的第一級(jí)內(nèi)徑面積，；起升液壓缸的第一級(jí)的上升速度，m/s。則3.3.2 作用于吸油缸柱塞上的力已知液壓系統(tǒng)中最大壓力為p=12.44MP,則作用于柱塞上的力吸油缸的行程系統(tǒng)的流量與柱塞的行程

22、、柱塞的面積以及電機(jī)的轉(zhuǎn)速有關(guān)，其關(guān)系如下式中d吸油缸的內(nèi)徑，mm；h柱塞的行程，mm；n電機(jī)的轉(zhuǎn)速，r/s；Q系統(tǒng)的流量，。根據(jù)上述公式：3.3.3 吸油缸壁厚的計(jì)算按中等壁厚計(jì)算，當(dāng)時(shí)，吸油缸缸筒屬于中等壁厚，此時(shí)式中強(qiáng)度系數(shù)，對(duì)于無(wú)縫鋼管，1；c計(jì)入壁厚公差及腐蝕的附加厚度，通常圓整到標(biāo)準(zhǔn)厚度值。帶入相關(guān)數(shù)值得：0.112c取3mm。3.3.4 油口直徑的確定液壓缸油口直徑應(yīng)根據(jù)活塞最高運(yùn)動(dòng)速度v和油口最高液流速度而定。本次設(shè)計(jì)中，最大速度不好確定，由電機(jī)帶動(dòng)的偏心輪的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，可選取平均速度的2倍代替。已知吸油缸的平均速度為0.08m/s.即可取v =0.16m/s.管內(nèi)液體的流動(dòng)速度

23、定為2m/s.由油口的直徑計(jì)算公式式中吸油缸油口內(nèi)徑，m；d 吸油缸直徑，m；v 吸油缸最大輸出速度，m/s；油口液流速度，m/s。取油口直徑4mm3.3.5 缸底厚度的計(jì)算本設(shè)計(jì)采用的是平行缸底,當(dāng)缸有油口時(shí)式中h缸底的厚度，mm；d液壓缸內(nèi)徑，mm；試驗(yàn)壓力，1.5P.MPa；缸底材料的需用應(yīng)力，MPa。根據(jù)上述公式取d=3mm3.4 油箱的設(shè)計(jì)圖3.4 油箱1吸油管2網(wǎng)式濾油器3濾油網(wǎng)4通氣孔5回油管6頂蓋7油面指示器8、10隔板9放油塞油箱容量的計(jì)算油箱容量與系統(tǒng)的流量有關(guān)，一般容量可取最大流量的3-5倍。另外，油箱容量大小可從散熱角度去設(shè)計(jì)。a) 系統(tǒng)發(fā)熱量計(jì)算在液壓系統(tǒng)中，凡系統(tǒng)中

24、的損失都變成熱能散發(fā)出來(lái)，在一個(gè)周期中，每一個(gè)工況其效率不同，因此損失也不同，在本次設(shè)計(jì)中，近似認(rèn)為每個(gè)工況的效率相同，一個(gè)周期發(fā)熱的功率計(jì)算公式為：(3.14)式中H一個(gè)周期的平均發(fā)熱功率，W；T一個(gè)周期時(shí)間，s；第i個(gè)工況的輸入功率，W；第i個(gè)工況的效率；第i個(gè)工況的持續(xù)時(shí)間，s。b) 散熱量計(jì)算 當(dāng)忽略系統(tǒng)中其他地方的散熱，只考慮油箱散熱時(shí)，即系統(tǒng)的總發(fā)熱功率H全部由油箱散熱來(lái)考慮。這時(shí)油箱的散熱面積A的計(jì)算公式為(3.16)式中A油箱的散熱面積，；H油箱需要散熱的熱功率，W；油溫（一般以55考慮）與周圍環(huán)境溫度的溫差，；K散熱系數(shù)。與油箱周圍通風(fēng)條件的好壞而不同，通風(fēng)很差時(shí)K89，良好

25、時(shí)K=1517.5，風(fēng)扇強(qiáng)行冷卻時(shí)K2023，強(qiáng)迫水冷時(shí)110175。本次設(shè)計(jì)選擇K=9,此時(shí)散熱面積為：0.0269c 油箱容量的計(jì)算設(shè)油箱的長(zhǎng)、寬、高比值為a:b:c=1:1:1 ,邊長(zhǎng)分別為at、bt、ct時(shí)，t的計(jì)算公式為（3.17）式中A散熱面積，。代入數(shù)據(jù)可得則油箱的容積為V=389由頂升液壓缸的容積為V=227知，油箱中油量一般為油箱的80，因?yàn)楣手拖涞娜莘e可取為283，綜合油箱的其他形狀，取油箱的容積為400。3.5 密封圈的選擇根據(jù)系統(tǒng)壓力以及活塞的運(yùn)動(dòng)速度，本課題設(shè)計(jì)選擇O形橡膠密封圈，其有關(guān)圖形和尺寸公差如 時(shí)，。內(nèi)徑的公差為時(shí)，。內(nèi)徑的公差為如圖3.5所示圖3.5 O

26、形橡膠密封圈相關(guān)參數(shù)如表3.2所示表3.2 O形橡膠密封圈公差及尺寸d1d2d1d2內(nèi)徑公差1.80±0.082.65±0.093.55±0.105.30±0.137.00±0.15內(nèi)徑公差1.80±0.082.65±0.093.55±0.105.30±0.137.00±0.1514.015.016.017.018.0±0.17*51.553.054.556.058.060.061.563.065.067.069.071.073.075.077.080.0±0.44±

27、;0.53*19.020.021.222.423.525.025.826.528.030.0±0.2231.532.533.582.585.03.6 彈簧的設(shè)計(jì)3.6.1 單向閥彈簧的設(shè)計(jì)此設(shè)計(jì)要求彈簧充當(dāng)單向閥的作用，不需要彈簧有很大的彈性系數(shù)，但要求彈簧有一定的剛度，在外載荷的作用下，彈簧不能發(fā)生失效變形。設(shè)計(jì)如下圖3.6 圓柱螺旋壓縮彈簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)根據(jù)公式 （3.18）式中P彈簧負(fù)荷，MPa；D彈簧中徑，mm；d彈簧材料直徑，mm；K屈服系數(shù)，其中為繞度比。根據(jù)油口的直徑確定彈簧的外徑D= 3 mm，C=8,則d=0.375 mm，K=0.937，取P=1N。則<50MP

28、a，滿足要求。3.6.2 柱塞彈簧的設(shè)計(jì)彈簧的材料選擇為彈簧鋼，彈簧的作用是將活塞桿推回，且推動(dòng)為橫向推動(dòng)，其推力初步定為P=1N，其切應(yīng)力根據(jù)相關(guān)資料查詢確定為100MPa，初步定繞度比C7。由此初步確定彈簧材料直徑d由知D=7d式中P彈簧負(fù)荷，N；D彈簧中徑，mm；d彈簧材料直徑，mm；K屈服系數(shù)，其中為繞度比。當(dāng)C=7時(shí)，K=0.932。取d=0.4mm則D=7d=2.8mm彈簧的材料選擇為彈簧鋼，彈簧的作用是將活塞桿推回，且推動(dòng)為橫向推動(dòng)，其推力初步定為P=1N，其切應(yīng)力根據(jù)相關(guān)資料查詢確定為100MPa，初步定繞度比C7。由此初步確定彈簧材料直徑d由，知D=7d式中P彈簧負(fù)荷，N；D

29、彈簧中徑，mm；d彈簧材料直徑，mm；K屈服系數(shù)，其中為繞度比。當(dāng)C=7時(shí)，K=0.932。取d=0.4mm則D=7d=2.8mm根據(jù)柱塞的設(shè)計(jì)要求知，柱塞的行程為10.2mm，所以彈簧的變形量F=10.2mm。根據(jù)彈簧的變形量公式mm（3.19）式中P彈簧負(fù)荷，N；D彈簧中徑，mm；d彈簧材料直徑，mm；n彈簧有效圈數(shù)；G材料切變模量，MPa；F彈簧的變形量，mm。查參數(shù)資料知3.6.3 安全閥彈簧的設(shè)計(jì)圖3.7 彈簧安全閥彈簧的作用是限制系統(tǒng)的最大壓力，當(dāng)系統(tǒng)壓力超過(guò)一定壓力時(shí)，油液將安全閥彈簧頂開(kāi)，并通過(guò)安全閥流回油箱。安全閥彈簧選擇圓柱螺旋壓縮彈簧，其材料強(qiáng)度要求相對(duì)較高。從安全和實(shí)際

30、工作角度考慮，安全閥能承受的最大的壓力要稍大于系統(tǒng)的最大壓力，但又不能超過(guò)最大壓力太多，否則達(dá)不到保護(hù)系統(tǒng)的作用。系統(tǒng)的壓力為中壓，根據(jù)壓力選擇彈簧的材料為硅錳彈簧鋼，因?yàn)橄到y(tǒng)的最大壓力為12.44MPa，故取安全閥彈簧的最大承受壓力為15MPa，其切應(yīng)力根據(jù)相關(guān)資料查詢確定為100MPa，初步定繞度比C5。由此初步確定彈簧材料直徑d由知D=5d 故有 式中P彈簧負(fù)荷，N；安全閥溢流的最小壓力；D彈簧中徑，mm；d彈簧材料直徑，mm；K屈服系數(shù)，其中為繞度比。當(dāng)C=5時(shí)，K=0.915彈簧的作用取d= 1.8mm則D=5d=9mm3.7 鍵的選擇本次設(shè)計(jì)選用的鍵為平鍵，其結(jié)構(gòu)圖如下圖3.7 平

31、鍵聯(lián)接的剖面和尺寸4 技術(shù)要求4.1 缸體技術(shù)要求a) 缸體端部的聯(lián)接結(jié)構(gòu)采用焊接。如下圖圖4.1 缸體b) 缸體的材料常采用20、35、45號(hào)無(wú)縫鋼管，因20號(hào)鋼機(jī)械性能略低，且不能調(diào)質(zhì)，應(yīng)用較少，當(dāng)缸筒與缸底，缸頭，管接頭或耳軸等件需焊接時(shí)，則應(yīng)采用焊接性能較好的35鋼，粗加工后調(diào)質(zhì)。一般情況下，均采用45號(hào)鋼，并調(diào)質(zhì)到。缸體毛坯液可采用鍛鋼、鑄鋼或鑄鐵件。鑄鋼可采用ZG35B等材料，鑄鐵可采用HT200-HT350間的幾個(gè)牌號(hào)或球墨鑄鐵。本次設(shè)計(jì)中考慮到千斤頂結(jié)構(gòu)要小巧，因此選擇的材料要較好才能滿足性能要求，故選擇45鋼。c) 缸體的技術(shù)要求如下1) 缸體內(nèi)徑采用H8配合。本次設(shè)計(jì)采用的

32、粗糙度為Ra1.6，且均需珩磨。 圖4.2 耳環(huán)型、柱塞型缸體2) 本次設(shè)計(jì)中缸體內(nèi)徑d的公差值可按9，10或11級(jí)精度選取，圓柱度公差值應(yīng)按8級(jí)精度選取3) 缸體端面T的垂直度公差值按7級(jí)精度選取。4) 缸體與缸頭采用螺紋聯(lián)接，螺紋取6級(jí)精度的公制螺紋。5) 缸體帶有耳環(huán)或銷軸，孔徑或軸線的中心線對(duì)缸體內(nèi)孔軸線的垂直度公差值按9級(jí)精度選取。6) 為了放置腐蝕和提高壽命，缸體內(nèi)表面應(yīng)鍍厚度為的鉻層。鍍后進(jìn)行珩磨或拋光。4.2 缸蓋技術(shù)要求a) 缸蓋的材料液壓缸的缸蓋可選用35鋼，45號(hào)鍛鋼或ZG35，ZG45鑄鋼HT200,HT300,HT350鑄鐵等材料。本次選用的是45鋼。b) 缸蓋的技術(shù)

33、要求直徑d(基本尺寸同缸徑)、（活塞桿的緩沖孔）、（基本尺寸同活塞桿密封圈外徑）的圓柱度公差值，按10級(jí)精度選取。、與d的同軸度公差值為0.03mm。端面A、B與直徑d軸心線的垂直度公差值，按7級(jí)精度選取。導(dǎo)向孔的表面粗糙度為Ra1.25。圖4.3 缸蓋5 強(qiáng)度校核這里僅對(duì)主要零部件的強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，以及一些焊接部位的計(jì)算校核。只要校核缸體與缸底焊接處的強(qiáng)度、螺紋聯(lián)結(jié)處的強(qiáng)度、安全閥彈簧的強(qiáng)度等。5.1 缸體與缸蓋焊接強(qiáng)度校核缸蓋連接計(jì)算液壓缸缸底采用對(duì)焊，圖如下 圖5.1 缸底對(duì)焊焊縫的拉應(yīng)力為（5.1）式中 d液壓缸直徑，mm；液壓缸外徑，mm；焊縫底徑，mm；焊接效率，通常取0.7。, 取

34、則a式中F液壓缸輸出的最大推力，N；在本次設(shè)計(jì)中最大壓力即為負(fù)載最大重力F=1.0N.5.2 缸頭螺紋聯(lián)接處強(qiáng)度校核缸體與缸蓋用螺紋聯(lián)接時(shí)，圖如下圖5.2 螺紋聯(lián)接剛體螺紋處的拉應(yīng)力為：螺紋處的切應(yīng)力為： （5.2）合成應(yīng)力為：（5.3）式中F缸體螺紋處所受的壓力N在壓強(qiáng)最大時(shí)F最大，最大為1008N.液壓缸內(nèi)徑，mm；液壓缸外徑，mm；螺紋外徑，mm；K螺紋擰緊系數(shù)，靜載時(shí)，取K=1.25-1.5,動(dòng)載時(shí)取K=2.5-4.螺紋內(nèi)摩擦系數(shù)，一般取0.12螺紋處的拉應(yīng)力，MPa；螺紋處的切應(yīng)力，MPa；合成應(yīng)力，MPa；螺紋材料的許用應(yīng)力，MPa；螺紋材料的屈服極限，MPa；n 。取K=2.5,

35、 =0.12, =80MPa將相關(guān)數(shù)據(jù)帶入公式知拉應(yīng)力切應(yīng)力合成應(yīng)力5.3 底座的校核底座承受的是柱塞缸的橫向切應(yīng)力，其大小為（5.4）式中橫向切應(yīng)力，MPa；F柱塞對(duì)底座的壓力，N；h 支座寬度，m；b支座長(zhǎng)度，m。滿足要求5.4 柱塞缸缸體校核柱塞缸缸壁較薄，作用與缸體上的力較大，故需要校核，缸體受到的力為拉力，校核如下 式中缸體橫向拉應(yīng)力，MPa；F缸體受到的橫向拉力，N；缸體外徑，m；d缸體內(nèi)徑，m。滿足要求結(jié)論本次設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一種體積小、高效率、穩(wěn)定性高的車用電動(dòng)液壓千斤頂。在參考了液壓傳動(dòng)方面的文獻(xiàn)，根據(jù)其工作原理完成了對(duì)千斤頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和零件的計(jì)算校核。運(yùn)用CAD對(duì)千斤頂?shù)难b備圖和

36、主要零件的繪制。根據(jù)千斤頂?shù)墓ぷ髟砗驮O(shè)計(jì)要求 ，確定了千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)采用了凸輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)和底板油路的設(shè)計(jì)。在對(duì)底板油路進(jìn)行時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)考慮到過(guò)載加入安全閥，保護(hù)了系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)液壓系統(tǒng)的分析，確定該系統(tǒng)的工作壓力，結(jié)合設(shè)計(jì)的要求對(duì)電機(jī)進(jìn)行了選擇。根據(jù)設(shè)計(jì)要求計(jì)算確定了頂升缸和液壓缸的壁厚等參數(shù)并進(jìn)行了校核驗(yàn)算。通過(guò)查表選擇了密封圈和鍵。最后確定了缸體的材料和技術(shù)要求。在此次設(shè)計(jì)過(guò)程中，不僅把大學(xué)四年所學(xué)到的理論知識(shí)很好的運(yùn)用到畢業(yè)設(shè)計(jì)中，而且培養(yǎng)了自己認(rèn)真思考的能力，并加強(qiáng)了和同學(xué)之間進(jìn)行探討和解決問(wèn)題的能力。通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)我思考問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。對(duì)今后的工作將有很大的幫助，對(duì)一名即將踏入社會(huì)的大學(xué)生起到了很重要的指導(dǎo)作用。設(shè)計(jì)中一定存