液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)小型液壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、課題22：小型液壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)14組目錄摘 要- 1 -1.工況分析及大致方案的擬定- 2 -1.1前言（設(shè)計(jì)任務(wù)書）- 2 -課程設(shè)計(jì)的目的- 2 -1.1.2 課程設(shè)計(jì)題目- 2 -課程設(shè)計(jì)主要內(nèi)容- 3 -任務(wù)分配- 3 -1.2液壓機(jī)的工作特性- 4 -1.3 液壓系統(tǒng)的工況分析及計(jì)算- 4 -1.3.1 確定執(zhí)行元件的形式- 4 -主缸及夾緊缸的運(yùn)動(dòng)分析- 4 -負(fù)載分析- 7 -液壓缸主要參數(shù)的確定- 8 -液壓系統(tǒng)的擬定- 10 -2.計(jì)算和選擇液壓件- 13 -2.1確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率- 13 -計(jì)算液壓泵的最大工作壓力pp1、pp2- 13 -確定泵的流量qp-

2、13 -選擇液壓泵的規(guī)格型號(hào)- 13 -選擇電動(dòng)機(jī)的功率、轉(zhuǎn)速和型號(hào)- 14 -2.2閥類元件及輔助元件的選擇- 14 -2.3油管的選擇- 15 -2.4確定油箱容量- 15 -3.液壓缸設(shè)計(jì)- 16 -3.1 液壓缸的選擇- 16 -缸筒和缸蓋組件- 16 -排氣裝置- 17 -3.2活塞及活塞桿組件- 18 -3.2.1 確定活塞及活塞桿的連接形式- 18 -3.2.2 選擇活塞及活塞桿的材料- 18 -3.2.3 活塞與缸筒的密封結(jié)構(gòu)- 18 -3.2.4 活塞桿的結(jié)構(gòu)- 19 -活塞桿的強(qiáng)度校核- 19 -3.2.6 活塞桿的導(dǎo)向、密封和防塵- 19 -活塞- 20 -緩沖裝置- 2

3、0 -3.3 缸體長度的確定- 21 -4. 液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算- 21 -4.1 液壓系統(tǒng)壓力損失- 22 -4.2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升計(jì)算- 25 -5.主油缸的裝配圖繪制與選型- 26 -5.1繪制主油缸裝配圖- 26 -5.2選型：- 27 -結(jié)束心得- 31 -參 考 文 獻(xiàn)- 1 -摘要液壓機(jī)是一種以液體為工作介質(zhì)，根據(jù)帕斯卡原理制成的用于傳遞能量以實(shí)現(xiàn)各種工藝的機(jī)器。液壓機(jī)作為一種通用的無削成型加工設(shè)備，其工作原理是利用液體的壓力傳遞能量以完成各種壓力加工的。液壓機(jī)一般由本機(jī)（主機(jī)）、動(dòng)力系統(tǒng)及液壓系統(tǒng)三部分組成。而液壓系統(tǒng)則是以油液作為工作介質(zhì)，利用油液的壓力能并通過控制閥門等

4、附件操縱液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作的整套裝置。一切工程領(lǐng)域，凡是有機(jī)械設(shè)備的場合，均可采用液壓技術(shù)。本說明書主要用于說明根據(jù)工作進(jìn)程和一些工作要求設(shè)計(jì)出的小型液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)，包含設(shè)計(jì)構(gòu)思，工作原理和過程分析，相關(guān)參數(shù)計(jì)算，元件選型和系統(tǒng)驗(yàn)算等，并以說明書、原理圖和主油缸裝配圖的方式將最終結(jié)果表現(xiàn)出來。關(guān)鍵詞：液壓機(jī)，元件選型，原理圖，裝配圖，液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.工況分析及大致方案的擬定1.1前言（設(shè)計(jì)任務(wù)書）課程設(shè)計(jì)的目的液壓傳動(dòng)與控制課程設(shè)計(jì)是機(jī)械電子工程專業(yè)學(xué)生在學(xué)完流體傳動(dòng)與控制以及其他有關(guān)課程，并經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)習(xí)后進(jìn)行的一個(gè)重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。學(xué)生通過本課程設(shè)計(jì)能夠進(jìn)一步熟悉并掌握液壓傳動(dòng)與控制的基

5、本概念、熟悉液壓元件結(jié)構(gòu)原理、熟悉液壓基本回路、掌握液壓系統(tǒng)圖的閱讀方法及基本技能、能夠綜合運(yùn)用本課程及工程力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)等有關(guān)課程的知識(shí)設(shè)計(jì)一般工程設(shè)備液壓系統(tǒng)。同時(shí)，學(xué)生通過本課程設(shè)計(jì)可在以下幾方面得到訓(xùn)練：正確進(jìn)行工程運(yùn)算和使用技術(shù)文件、技術(shù)資料的能力；掌握系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的一般方法；正確表達(dá)設(shè)計(jì)思想的方法和能力；綜合利用所學(xué)知識(shí)解決工程實(shí)際問題的能力。課程設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)一臺(tái)用成型銑刀在加工件上加工出成型面的液壓專用銑床，工作循環(huán)：手工上料自動(dòng)夾緊工作臺(tái)快進(jìn)銑削進(jìn)給工作臺(tái)快退夾具松開手工卸料。設(shè)計(jì)參數(shù)見下表。其中：工作臺(tái)液壓缸負(fù)載力（KN）FL =20夾緊液壓缸負(fù)載力（KN）Fc&#

6、160;=5.8工作臺(tái)液壓缸移動(dòng)件重力（KN）G=2.0夾緊液壓缸負(fù)移動(dòng)件重力（N）Gc =65工作臺(tái)快進(jìn)、快退速度（m/min）V1=V3=5.8緊液壓缸行程（mm）LC=10工作臺(tái)工進(jìn)速度（mm/min）V2 =40緊液壓缸運(yùn)動(dòng)時(shí)間（S）tc=2工作臺(tái)液壓缸快進(jìn)行程（mm）L1=280軌面靜摩擦系數(shù)s=0.2工作臺(tái)液壓缸工進(jìn)行程（mm）L2=70軌面動(dòng)摩擦系數(shù)d=0.1工作臺(tái)啟動(dòng)時(shí)間（S）t=0.5課程設(shè)計(jì)主要內(nèi)容查閱文獻(xiàn)，了解并熟悉設(shè)計(jì)工況；確定液壓系統(tǒng)及主油缸的主要參數(shù)；繪制系統(tǒng)原理圖；計(jì)算選擇各液壓元件；驗(yàn)算系統(tǒng)性能；繪制主液壓缸裝配圖；編制技術(shù)文件，撰寫課程設(shè)計(jì)

7、說明書；任務(wù)分配姜文雷：進(jìn)行工況分析，繪制負(fù)載循環(huán)圖、速度循環(huán)圖，設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)，并繪制原理圖，動(dòng)作順序表；黃德榮：計(jì)算除主油缸外液壓系統(tǒng)各元件的相關(guān)參數(shù)，根據(jù)技術(shù)手冊(cè)等相關(guān)資料進(jìn)行選型；趙興平：根據(jù)液壓系統(tǒng)及所選元器件的參數(shù)對(duì)液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算陳根及郭潘：由于關(guān)于液壓缸的工作量比較大，故由兩人合作，計(jì)算主液壓缸相關(guān)參數(shù)，根據(jù)技術(shù)手冊(cè)等相關(guān)資料進(jìn)行選型；繪制主液壓缸裝配圖，選擇零件型號(hào)及裝配。注：計(jì)算說明書由所有成員合作完成。1.2液壓機(jī)的工作特性一切工程領(lǐng)域，凡是有機(jī)械設(shè)備的場合，均可采用液壓技術(shù)。液壓機(jī)采用液壓系統(tǒng)傳動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)有：液壓傳動(dòng)裝置體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、布置靈活；易實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，調(diào)速范

8、圍寬，便于與電氣控制相配合實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)和保壓，安全可靠；元件易于實(shí)現(xiàn)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化；液壓易與微機(jī)控制等新技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)成“機(jī)-電-液-光”一體化便于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化等等。液壓機(jī)作為一種通用的無削成型加工設(shè)備，其工作原理是利用液體的壓力傳遞能量以完成各種壓力加工的。其工作特點(diǎn)之一是動(dòng)力傳動(dòng)為“柔性”傳動(dòng), 不象機(jī)械加工設(shè)備一樣動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)復(fù)雜, 這種驅(qū)動(dòng)原理避免了機(jī)器過載的情況1.3液壓系統(tǒng)的工況分析及計(jì)算確定執(zhí)行元件的形式液壓機(jī)采用為立式布置，工作臺(tái)做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，往返速度相同；在工作中需要加緊工件，因此還需一個(gè)夾緊缸加緊工件；單桿雙作用活塞式液壓缸 , 是液壓系統(tǒng)中作往復(fù)運(yùn)動(dòng)

9、的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，裝拆方便，易于維修，且連接方式多樣等特點(diǎn)，能夠滿足一般小型液壓機(jī)的運(yùn)動(dòng)要求。故在本次設(shè)計(jì)中工作缸及加緊缸均可可選缸筒固定的單桿雙作用活塞液壓缸（取缸的機(jī)械效率m=0.94），作為執(zhí)行元件驅(qū)動(dòng)部分。主缸及夾緊缸的運(yùn)動(dòng)分析根據(jù)已知參數(shù)對(duì)運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算結(jié)果見下：1.夾緊缸加緊運(yùn)動(dòng)時(shí)間：tc=2s2.工作缸啟動(dòng)時(shí)間：t=0.5s3.工作缸快進(jìn)時(shí)間 已知：工作臺(tái)快進(jìn)速度 V1=5.8m/min；工作臺(tái)液壓缸快進(jìn)行程 L1=280mm所以，工作臺(tái)快進(jìn)時(shí)間為t快=L1V1=2.897s4.工作臺(tái)共進(jìn)時(shí)間：已知：工作臺(tái)工進(jìn)速度 V2=40mm/min；工作臺(tái)液

10、壓缸工進(jìn)行程 L2=70mm所以，工作臺(tái)快進(jìn)時(shí)間為t工=L2V2=105s5.工作臺(tái)快退時(shí)間：已知：工作臺(tái)快退速度 V3=45.8m/min；工作臺(tái)液壓缸工進(jìn)行程 L3=L1+L2=70+280=350mm所以，工作臺(tái)快進(jìn)時(shí)間為t退=L3V3=3.621s則主缸與夾緊缸的理想運(yùn)動(dòng)階段圖如下主缸工作循環(huán)圖如下：加緊缸工作圖如下：主缸位移循環(huán)圖,速度圖及速度循環(huán)圖如下負(fù)載分析(1)工作缸工作負(fù)載 工件的壓制抗力即為工作負(fù)載：Fg=20KN摩擦負(fù)載 靜摩擦阻力： =0.2×2000=400N 動(dòng)摩擦阻力： =0.1×2000=200N 慣性負(fù)載其中：g重力加速度；g=9.81m/

11、s2v速度變化量（m/s2）；v=0.0967t為啟動(dòng)或制動(dòng)時(shí)間（s）；t=0.5s所以則各階段的外載荷FW為：啟動(dòng)：FW=Fg+Ff+Fa=0+400=400N加速：FW=Fg+Ff+Fa=0+200+39.41=239.41N快速進(jìn)給：FW=Fg+Ff=0+200=200N共進(jìn)：FW=Fg+Ff=20000+200=20200N快退：FW=Fg+Ff=0+200=200N制動(dòng)：FW=Fg+Ff-Fa=0+200-39.41=160.59N除外載荷外，作用于活塞上的載荷F還包括液壓缸密封處的摩擦阻力，F(xiàn)m由于各種缸的密封材質(zhì)和密封方式不同，密封阻力難以精確計(jì)算，一般估算為：Fm=(1-m）F

12、式中：m液壓缸的機(jī)械效率，取0.94。F=FWm則載荷F各階段為：啟動(dòng)；F=400/0.94=425.53N加速：F=239.41/0.94=254.70N快速進(jìn)給：F=200/0.94=212.77N工進(jìn)：F=20200/0.94=21489.36N快退：F=200/0.94=212.77N制動(dòng)：F=160.59/0.94=170.83N則負(fù)載循環(huán)圖如下：400212.77(2)夾緊缸  慣性力和摩擦力可以忽略不計(jì)，則為負(fù)載FW=G+FC=5800+65=5865N則工作時(shí)負(fù)載為：F=FWm=5862/0.94=6239.36N1.3.4液壓缸主要參數(shù)的確定(1)工作缸初

13、選液壓缸的工作壓力由液壓缸的最大推力為21489.31N，去文獻(xiàn)3表9-1查出，當(dāng)負(fù)推力為（23）×104N時(shí)，工作壓力可選為（30-40）×105pa，根據(jù)文獻(xiàn)3表9-2應(yīng)選（30-50）×105pa，今初選缸的工作壓力為p1=3.5Mpa。計(jì)算液壓缸的尺寸由于是組合機(jī)床，為了使共進(jìn)完畢后不致前沖，在回油路上要裝背壓閥或采用回油節(jié)流調(diào)速，按文獻(xiàn)3表9-3選定背壓為p2=0.8Mpa。，由負(fù)載循環(huán)圖可知，最大負(fù)載在工作進(jìn)給階段，采用無桿腔進(jìn)油，而且去d=0.7D(即A1=A2),以便采用差動(dòng)連接時(shí)，快進(jìn)與快退的速度相等，因此液壓缸的受力平衡式為1A1=P2A2+F

14、(其中A1=A2)A1=F1-P22=21489.36(35-82)×105=6.932×10-3m2D=4A1=4×6.932×10-3=0.094m按標(biāo)準(zhǔn)取D=10cm,則d=0.7D=7cm。液壓缸無桿腔和有桿腔的實(shí)際有效面積A1、A2為A1=D24=×1024=78.54cm2A2=4D2-d2=4102-72=39.27cm2計(jì)算液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率的實(shí)際值如下表工況負(fù)數(shù)/N液壓缸計(jì)算公式回油腔壓力p2×105/pa輸入流量q/(L/min)進(jìn)油腔壓力p1×105/pa輸入功率P/Kw差動(dòng)啟動(dòng)階

15、段425.53-1.08-p1=F+A2PA1-A2q=（A1-A2）v1P=p1q加速階段254.7010.65-5.65-快進(jìn)階段212.7710.5422.85.540.22工進(jìn)階段21489.3280.31431.40.016p1=F+A2p2A1q=A1v2p=p1q快退階段212.77522.810.50.40p1=F+A1p2A2q=A2v3p=p1q（2）夾緊缸由上可知其最大負(fù)載F=6239.36，則根據(jù)文獻(xiàn)3表9-1，選取其工作壓力為2Mpa。夾緊缸內(nèi)徑為：D=4FP=4×6239.36×2×106=0.063m根據(jù)國標(biāo)去D=63mm，有文獻(xiàn)3表

16、3-5查的，d可取0.5D=31.5mm.根據(jù)國標(biāo)取d=32mm液壓缸無桿腔和有桿腔的實(shí)際有效面積A1、A2為A1=D24=×6.324=31.17cm2A2=4D2-d2=46.32-3.152=23.15cm2則流量為:q=AV=D24v=0.935L/min.液壓系統(tǒng)的擬定1) 確定調(diào)速方式液壓回路的選擇，首先選擇調(diào)速回路，由工況圖中的曲線可知，這臺(tái)組合機(jī)床液壓滑臺(tái)液壓系統(tǒng)的功率小，液壓滑臺(tái)的速度小，宜采用節(jié)流調(diào)速。為了減少主缸換向時(shí)的沖擊，顧將調(diào)速回路放置回油路線，提供背壓，以提高運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。2）確定油源由于在快進(jìn)與快退的速度相等，顧可采用差動(dòng)方式。且由工況圖的曲線可知，液

17、壓系統(tǒng)的工作主要是有低壓大流量和高壓小流量的兩階段組成，其最大流量和最小流量之比k=22.8/0.314=73,而工進(jìn)和快進(jìn)的時(shí)間比為t1t2=1052.896=35。因此，從提高系統(tǒng)效率的、節(jié)省能量的角度上來看，采用單個(gè)定量泵作為油源是不合適的，宜采用雙泵供油系統(tǒng)。當(dāng)快退和快進(jìn)是泵1（低壓大流量）與泵2（高壓小流量）同時(shí)供油，當(dāng)工進(jìn)時(shí)，系統(tǒng)壓力升高，從而打開順序閥6使泵1卸荷。3）確定換向回路  為實(shí)現(xiàn)工件夾緊后工作臺(tái)自動(dòng)啟動(dòng)，采用夾緊回路上的壓力繼電器發(fā)訊，由電磁換向閥實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的自動(dòng)啟動(dòng)和換向。要求工作臺(tái)能在任意位置停止，泵不卸載，故電磁閥必須選擇O型機(jī)能的三位四通閥。由于要求

18、工作臺(tái)快進(jìn)與快退速度相等，故快進(jìn)時(shí)采用差動(dòng)連接，且液壓缸活塞桿直徑d0.7D?？爝M(jìn)和工進(jìn)的速度換接用二位三通電磁閥來實(shí)現(xiàn)。           4）組成液壓系統(tǒng)圖由以上所選出的基本回路，在根據(jù)具體的工況及運(yùn)動(dòng)要求，用FluiSIMH軟件進(jìn)行模擬仿真后，得出完善的液壓系統(tǒng)圖系統(tǒng)圖中個(gè)電磁閥的動(dòng)作順序見下表。、執(zhí)行其動(dòng)作電磁鐵1DT2DT3DT4DT5DT物料加緊-+-啟動(dòng)-+快進(jìn)-+工進(jìn)+-+快退+-+-制動(dòng)+-卸料-+-5）系統(tǒng)工作過程物料加緊：3DT通電，雙泵的流量經(jīng)加壓閥后通過三位

19、四通閥經(jīng)調(diào)速閥進(jìn)入夾緊缸，從而使物料加緊快速空程：3DT斷電，夾緊缸保壓，5DT通電，雙泵經(jīng)調(diào)速閥后，經(jīng)差動(dòng)方式進(jìn)入油缸，從而使缸快速前進(jìn)。工進(jìn)：1DT與5DT通電，K處系統(tǒng)壓力變高，從而卸壓閥打開，泵1卸荷。泵2單獨(dú)給液壓缸供油，油在回油路經(jīng)調(diào)速閥進(jìn)入油箱，從而控制缸的速度?？焱耍?DT與4DT通電，k處壓力變小，卸壓閥關(guān)閉，雙泵供油經(jīng)調(diào)速閥，單向閥進(jìn)入油缸，使油缸快速復(fù)位。制動(dòng)：此時(shí)主缸處三位四通閥處于靜止位置，缸內(nèi)油無法流動(dòng)，從而制動(dòng)卸料：2DT通電，雙泵經(jīng)減壓閥通過單向閥后進(jìn)入夾緊缸，從而夾緊缸快退。2.計(jì)算和選擇液壓件2.1確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算液壓泵的最大工作壓力pp1、

20、pp2由液壓缸工況圖知，液壓缸的最大工作壓力為3.14Mpa，是在液壓缸進(jìn)行工進(jìn)時(shí)出現(xiàn)的，按系統(tǒng)圖工作原理，在調(diào)速閥進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路中，選取進(jìn)油路的單向閥損失p1=0.15Mpa,選取調(diào)速閥損失為p2=0.5Mpa,管道及其它為p3=0.23Mpa。則小流量泵的最大工作壓力pp1p1+p2+p3=(3.14+0.15+0.5+0.23)Mpa=4.02Mpa大流量泵只在快進(jìn)和快退時(shí)向液壓缸供油，由上液壓缸工作表可見，快退時(shí)液壓缸的工作壓力高于快進(jìn)時(shí)的工作壓力。其值為1.05Mpa.回路上有兩個(gè)單向閥，一個(gè)調(diào)速閥，管道和其它的總共為9.8Mpa。則大流量泵的最高工作壓力為pp2（10.5+9.8

21、）Mpa=20.3Mpa確定泵的流量qp由液壓缸工況圖知，在快速運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩個(gè)液壓泵應(yīng)向液壓缸提供的最大流量為22.8L/min，由于系統(tǒng)存在泄漏，如取泄漏量p=0.1q，則兩個(gè)液壓泵的總供油量為qpL/min=25.08L/min由于溢流閥的最小穩(wěn)定溢流量為3L/min，工進(jìn)時(shí)的流量為0.314L/min，因而小流量液壓泵的最小流量應(yīng)為3.314L/min。選擇液壓泵的規(guī)格型號(hào)由以上壓力和流量的數(shù)值查閱產(chǎn)品目錄，最后確定選取YB-4/25雙聯(lián)葉片泵，每轉(zhuǎn)排量q0=6.4194mL/r額定壓力pn=7Mpa選擇電動(dòng)機(jī)的功率、轉(zhuǎn)速和型號(hào)因大泵流量比實(shí)際的快速運(yùn)動(dòng)速度較要求的略高。由液壓缸工況圖可知

22、，液壓缸的最大功率出現(xiàn)在快退階段，這時(shí)液壓泵的供油壓力值為2.03Mpa。流量為已選取的流量值為29L/min。取總效率為p=0.75則驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率為Pp=ppqp103p=20.3x105x29x10-3103x60x0.75=1.31Kw按產(chǎn)品目錄選用Y90L-4型電動(dòng)機(jī)，其功率為1.5Kw,轉(zhuǎn)速為1400r/min。2.2閥類元件及輔助元件的選擇根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力和通過各個(gè)閥類元件和輔助元件的實(shí)際流量選出元件的型號(hào)規(guī)格，如下表：液壓元件的型號(hào)序號(hào)元件名稱實(shí)際流量（L/min）型號(hào)1.2雙聯(lián)葉片泵-YB-4/253溢流閥4Y-10B4 減壓閥1DR5DP5調(diào)速閥22.82FRM10/

23、256溢流閥1Y-10B7二位四通電液閥2.54WE6C8調(diào)速閥1Q-4B9調(diào)速閥1Q-4B10 二位三通換向閥22.83WE6A11.12液壓缸-13三位四通電液閥22.84WE9D14單向閥2.5S10A215單向閥2.5S10A216單向閥22.8S15A217單向閥4S10A218單向閥2.5S10A219濾油器35XU-40X2002.3油管的選擇油管內(nèi)徑尺寸一般可參照選用的液壓元件接口尺寸而定，也可接管路允許流速進(jìn)行計(jì)算，本系統(tǒng)主要路流量為差動(dòng)時(shí)流量Q=22.8Lmin壓油管的允許流速取V=5m/s則內(nèi)徑d為d=4.6qv=4.622.85=9.8 若系統(tǒng)主油路流量按快退時(shí)取Q=1

24、0.5Lmin，則可算得油管內(nèi)徑d=6.6mm. 綜合上述條件則可得d=10mm。即上面各閥的通徑取10mm，現(xiàn)查找參考設(shè)計(jì)書，參照YB-4/25變量泵吸油口連接尺寸，故可取吸油管內(nèi)徑d為63mm。2.4確定油箱容量按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算V=(57)qp=6x29=174L3.液壓缸設(shè)計(jì)3.1液壓缸的選擇3.1.1缸筒和缸蓋組件確定液壓缸油口尺寸液壓缸的油口包括油口孔及連接螺紋。油口可布置在缸筒或缸蓋上，油口直徑應(yīng)根據(jù)活塞最大速度和油口最高流速確定，計(jì)算公式如下：式中D液壓缸內(nèi)經(jīng)，m；液壓缸最大輸出流速，m/min；油口流動(dòng)速度，m/min，一般不大于5m/s。油口連接螺紋尺寸見參考文獻(xiàn)4，表7-20

25、。對(duì)于無桿腔部位油口：見參考文獻(xiàn)4，表7-20，選取M202的鏈接螺紋尺寸。對(duì)于有桿腔部位油口：見參考文獻(xiàn)4，表7-20，選取M152的螺紋連接尺寸。確定缸筒和缸蓋的連接形式查找參考文獻(xiàn)4表4-5，在本設(shè)計(jì)中，缸筒和缸蓋的連接形式選用焊接。選擇缸筒和缸蓋材料缸筒選材：鑄鋼45 前缸蓋選材：鑄鋼45后缸蓋選材：鑄鋼45計(jì)算缸筒和缸蓋的結(jié)構(gòu)參數(shù)1)缸筒壁厚的計(jì)算本次設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)為高壓系統(tǒng)，因此按厚壁缸筒計(jì)算式中p液壓缸工作壓力，MPa；試驗(yàn)壓力，MPa；D液壓缸內(nèi)徑，m；缸體材料許用應(yīng)力，MPa，取鑄鋼=120Pa；2)缸筒外徑的計(jì)算見參考文獻(xiàn)6表3-11 標(biāo)準(zhǔn)液壓缸的缸筒外徑系列，選取的液壓缸

26、信息如下表：產(chǎn)品系列代號(hào)額定壓力缸筒內(nèi)徑D/mmE型4100缸筒外徑/mm1303)缸底厚度h的計(jì)算 當(dāng)缸底有油口時(shí)式中缸底材料許用應(yīng)力，MPa；4)缸筒與缸蓋的配合根據(jù)參考文獻(xiàn)4查得，一般缸蓋與缸筒的配合采用H9/f9的間隙配合；缸筒與導(dǎo)向套采用H7/g6配合；缸底與缸筒采用H7/g6配合。3.1.2排氣裝置排氣裝置用于排除液壓缸內(nèi)的空氣，使其工作穩(wěn)定，一般把排氣閥安裝在液壓缸兩端的最高位置與壓力腔相通，以便安裝后、調(diào)試前排除液壓缸內(nèi)的空氣。對(duì)于運(yùn)動(dòng)速度穩(wěn)定性要求較高的機(jī)床和大型液壓缸，則需要設(shè)置排氣裝置，如排氣閥等。排氣閥的結(jié)構(gòu)有多種形式常用的有如參考文獻(xiàn)4圖5-4所示的幾種結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)中

27、采用參考文獻(xiàn)4圖5-4（a）所示的排氣閥，該排氣閥為整體型排氣閥，其閥體與閥芯合為一體，材料為不銹鋼3cr13，錐面熱處理硬度HRC3844。3.2活塞及活塞桿組件3.2.1 確定活塞及活塞桿的連接形式 活塞與活塞桿的連接結(jié)構(gòu)可分為整體式和裝配式，裝配式又有螺紋連接、半環(huán)連接、彈贊擋圈連接和錐銷連接等類型。液壓缸在一般工作條件下，活塞與活塞桿采用螺紋連接。但當(dāng)工作壓力較高或載荷較大、活塞桿直徑又較小的情況下，活塞桿的螺紋可能過載。另外工作機(jī)械振動(dòng)較大時(shí)，固定活塞的螺母有可能振動(dòng)，因此需要采用非螺紋連接?；钊盎钊麠U的常用連接形式見參考文獻(xiàn)4,表4-10，本設(shè)計(jì)根據(jù)工作壓力及活塞直徑、機(jī)械振動(dòng)的

28、大小，選用螺紋連接。3.2.2 選擇活塞及活塞桿的材料由參考文獻(xiàn)5可選活塞選擇ZQSn6-6-3為材料；活塞的材料通常采用鋼，耐磨鑄鐵，灰鐵HT15-33, HT20-40和鋁合金等。本設(shè)計(jì)根據(jù)條件選擇45鋼；粗加工后調(diào)質(zhì)到硬度為229285HB，必要時(shí)高頻淬火達(dá)到4555HRC。3.2.3 活塞與缸筒的密封結(jié)構(gòu)活塞與缸筒之間既有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，有需要使液壓缸兩腔之間不漏油。根據(jù)液壓缸的工作壓力及作用選擇Yx型密封圈進(jìn)行密封。見參考文獻(xiàn)4，表5-8。溝槽的公差選取為h9或H9。3.2.4 活塞桿的結(jié)構(gòu)活塞桿端部與工作機(jī)械的連接結(jié)構(gòu)，主要有以下幾種形式：焊接式單耳環(huán)；整體式單耳環(huán)；光滑端部；雙耳環(huán)；球

29、頭；法蘭結(jié)構(gòu)形式；外螺紋連接；內(nèi)螺紋連接。液壓缸通常通過活塞桿的端部與其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相連接。參見參考文獻(xiàn)4，表5-3常用活塞桿端部結(jié)構(gòu)形式，則本設(shè)計(jì)選用法蘭結(jié)構(gòu)形式。3.2.5活塞桿的強(qiáng)度校核活塞桿只承受軸向力的作用，因此只進(jìn)行拉壓強(qiáng)度校核，此時(shí)3.2.6 活塞桿的導(dǎo)向、密封和防塵活塞桿導(dǎo)向套裝在液壓缸的有桿側(cè)端蓋內(nèi)，用以對(duì)活塞桿進(jìn)行導(dǎo)向，內(nèi)裝有密封裝置以保證缸筒有桿腔的密封。外側(cè)裝有防塵圈，以防止活塞桿在后退時(shí)時(shí)把雜質(zhì)、灰塵和水分帶到密封裝置處，損壞密封裝置。導(dǎo)向套的尺寸配置與最小導(dǎo)向長度導(dǎo)向套的主要尺寸時(shí)支承長度，通常按活塞桿直徑、導(dǎo)向套的形式、導(dǎo)向套材料承受能力、可能遇到的最大側(cè)向負(fù)載等因素

30、來考慮。導(dǎo)向套過短將使缸應(yīng)配合間隙引起初始撓度增大，影響液壓缸工作性能和穩(wěn)定性，因此，設(shè)計(jì)時(shí)必須保證有一定的導(dǎo)向長度，一般液壓缸的最小導(dǎo)向長度應(yīng)滿足：L液壓缸最大行程，mm；D缸筒內(nèi)經(jīng)，mm；其他尺寸見參考文獻(xiàn)4，表5-10導(dǎo)向套的尺寸配置與最小導(dǎo)向長度。其中導(dǎo)向面長度包括了導(dǎo)向套的長度與缸蓋厚度部分，參見參考文獻(xiàn)4，選擇普通導(dǎo)向套。取導(dǎo)向套長度為60mm，端蓋總厚度80mm，防塵圈溝槽寬度為16mm。又因?qū)蛎婵傞L度為60+80-16=124mm>67.5mm，故滿足要求。導(dǎo)向套外圓與端蓋內(nèi)孔的配合采用H7/g6。導(dǎo)向套內(nèi)徑的配合一般多為H7/g6（或H9/f9），其表面粗糙度為1.6

31、3.2。外圓與內(nèi)孔的同軸度不大于0.03mm，圓度與同柱度公差不大于直徑公差之半，內(nèi)孔中的環(huán)形油槽要淺而寬，以保證良好潤滑。活塞桿的密封和防塵參見參考文獻(xiàn)4，表8-57活塞桿常用密封與防塵結(jié)構(gòu)，選用J型防塵圈。3.2.7活塞活塞在液體壓力的作用下沿缸筒往復(fù)滑動(dòng)，因此它于缸筒的配合應(yīng)適當(dāng)，即不能過緊，也不能間隙過大。設(shè)計(jì)活塞時(shí)，主要任務(wù)就是確定活塞的結(jié)構(gòu)形式，其次還有活塞與活塞桿的連接、活塞材料、活塞尺寸及加工公差等。活塞的結(jié)構(gòu)形式：活塞的結(jié)構(gòu)形式分為整體活塞和組合活塞，根據(jù)密封裝置形式來選用活塞結(jié)構(gòu)形式，參考文獻(xiàn)4表4-10、4-12與8-50，活塞及活塞桿的密封圈使用，該系統(tǒng)液壓缸中可采用Y

32、x形圈密封。所以，活塞的結(jié)構(gòu)形式可選用組合活塞。3.2.8緩沖裝置液壓缸的行程終端緩沖裝置可使帶著負(fù)載的活塞，在到達(dá)行程終端減速到零，目的是消除因活塞的慣性力和液壓力所造成的活塞與端蓋的機(jī)械撞擊，同時(shí)也為了降低活塞在改變運(yùn)動(dòng)方向時(shí)液體發(fā)出的噪聲，使液壓系統(tǒng)速度換接平穩(wěn)，速度穩(wěn)定。緩沖裝置的工作原理時(shí)使缸筒低壓油腔內(nèi)油液（全部或部分）通過節(jié)流把動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，熱能則由循環(huán)的油液帶到液壓缸外。液壓缸的活塞速度在0.1m/s時(shí)，一般不采用緩沖裝置；在0.2m/s時(shí)，則必須采用緩沖裝置。3.3缸體長度的確定液壓缸的缸體內(nèi)部長度應(yīng)等于活塞的行程，活塞的寬度和導(dǎo)向套寬度之和，缸體外形長度還要考慮到兩端端蓋

33、的厚度，一般液壓缸缸體長度不大于內(nèi)徑的2030倍,即在本系統(tǒng)中缸體長度不大于20003000mm。參見參考文獻(xiàn)4，則本系統(tǒng)中：活塞行程L=350mm；活塞寬度B=（0.61）D=60100mm，其中D為液壓缸內(nèi)經(jīng)；導(dǎo)向套滑動(dòng)面的長度A=（0.61）D=60100mm；取活塞寬度B=60mm，導(dǎo)向套滑動(dòng)面的長度A=60mm，液壓缸缸底厚度H=40mm，液壓缸缸蓋厚度H=40mm液壓缸缸體內(nèi)部長度為液壓缸行程長度、導(dǎo)向套寬度與活塞寬度之和，即：350+60+60=470mm液壓缸缸體外形長度為液壓缸內(nèi)部長度與缸蓋厚度之和，即：470+40+40=550mm由于550（10-15）d，所以不需要對(duì)活

34、塞桿進(jìn)行校核。4. 液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算液壓系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)是在某些估計(jì)參數(shù)情況下進(jìn)行的，當(dāng)各回路形式、液壓元件及聯(lián)接管路等完全確定后，針對(duì)實(shí)際情況對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行各項(xiàng)性能分析。對(duì)一般液壓傳動(dòng)系統(tǒng)來說，主要是進(jìn)一步確切的計(jì)算液壓回路各段壓力損失、容積損失及系統(tǒng)效率，壓力沖擊和發(fā)熱溫升等。根據(jù)分析計(jì)算發(fā)現(xiàn)問題，對(duì)某些不合理的設(shè)計(jì)要重新進(jìn)行調(diào)整，或采取其他必要的措施。4.1 液壓系統(tǒng)壓力損失已知：工作缸進(jìn)、回油管長度均為l=3m,油管直徑d=63×10-3m,選用L-HL32型液壓油，油的最低工作溫度為15，由設(shè)計(jì)手冊(cè)查出此時(shí)油的運(yùn)動(dòng)粘度=0.6 cm2/s，油的密度=900kg/m3，液壓

35、系統(tǒng)元件采用集成塊式配置形成。(1) 判斷流動(dòng)狀態(tài)在快進(jìn)、工進(jìn)和快退三種工況下，回路中最大流量為22.8L/min，此時(shí)油液流動(dòng)的雷諾數(shù)為 Re= dv=4qdv=4×22.8×10-360×0.6×10-4×3.14×63×10-3=128即最大雷諾數(shù)為128，小于臨界雷諾數(shù)2000，所以各工況下油液的流動(dòng)狀態(tài)都為層流。(2) 計(jì)算系統(tǒng)壓力損失將層流流動(dòng)狀態(tài)沿程阻力系數(shù)=75Re=75d4q和油液在管道內(nèi)的流速 v=4qd2代入沿程壓力損失計(jì)算公式p1=ldv22得p1=4×75l2d4q=4×75&#

36、215;0.9×103×0.6×10-4×32×3.14×（63×10-3）4q=4.91×105q管道的局部壓力損失常用以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算p2=0.1p1各工況下閥類元件的局部壓力損失可根據(jù)下式計(jì)算p3=pn（qqn）2其中qn閥的額定流量（m3/s） q閥的實(shí)際流量（m3/s）pn閥的額定壓力損失（Pa）總的壓力損失等于p=p1+p2+p3由產(chǎn)品樣本上查得中低壓閥類在公稱流量下的壓力損失最大值：順序閥、換向閥和行程閥的壓力損失各為3×105Pa，單向閥的壓力損失為2×105Pa1）快進(jìn)進(jìn)油路：

37、通過單向閥17的流量是4 L/min，通過調(diào)速閥5的流量是22.8L/min，通過換向閥13的流量是22.8L/min，因此閥總的壓降為p3=2×105×（463）2+3×105×(22.863)2+3×105×(11.463)2=0.049MPap1=4.91×105q=4.91×105×22.8×10-360=0.00019MPa p2=0.1p1=0.1×0.00019=0.000019 Mpa進(jìn)油路總的壓力損失為pi=p1+p2+p3=0.0492MPa回油路：通過換向閥10和

38、單向閥16的流量都是22.8 L/min，因此總的壓降為p3=2×105×（22.863）2+3×105×(11.463)2 =0.236MPap1=4.91×105q=4.91×105×22.8×10-360=0.00019MPa p2=0.1p1=0.1×0.00019=0.000019 Mpa回油路總的壓力損失為 po=p1+p2+p3=0.2362MPa將回油路上的壓力損失折算到進(jìn)油上去，得到快進(jìn)時(shí)整個(gè)回路中的壓力損失p=pi+po（A2A1-A2） =0.0492+0.2362×39.

39、2778.54-39.27 =0.2854MPa2）工進(jìn)進(jìn)油路：通過換向閥的流量很小，壓力損失不計(jì)，通過調(diào)速閥的壓力損失為5×105Pa，則pi=0.5Mpa回油路：背壓閥處的壓力損失為8×105Pa，順序閥3處通過的流量（22.8+4）L/min也造成壓力損失，po=8×105Pa+3×105×(26.822.8)2 =1.2MPa將回油路上的壓力損失折算到進(jìn)油路上去，得到整個(gè)回路的壓力損失為p=pi+po（A2A1-A2） =0.5+1.2×39.2778.54-39.27 =1.7MPa重新計(jì)算液壓缸的工作壓力為p1=F+A2p

40、2A1=21489+1.2×106×39.27×10-478.54×10-4×106 MPa=2.74 MPa又壓力繼電器的可靠動(dòng)作要求壓差pe=0.5 MPa則小流量泵的工作壓力為Pp1=p1+pi+pe=2.74+0.5+0.5=3.74 MPa3）快退進(jìn)油路：通過單向閥5的流量是22.8 L/min，通過調(diào)速閥16的流量是22.8L/min，通過換向閥13的流量是22.8L/min，因此閥總的壓降為pi=2×105×（22.863）2+3×105×(22.863)2+3×105×

41、(11.463)2=0.0753MPa回油路：單向閥17的流量為4 L/min，調(diào)速閥5的流量為22.8L/min，總的壓降為po=2×105×（463）2+3×105×(22.863)2 =0.04MPa將回油路上的壓力損失折算到進(jìn)油路上去，得到整個(gè)回路的壓力損失為p=pi+po（A2A1-A2） =0.0753+0.04×39.2778.54-39.27 =0.1153MPa4.2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升計(jì)算工進(jìn)在整個(gè)循環(huán)過程中所占的比例極大，所以系統(tǒng)發(fā)熱和油液溫升可用工進(jìn)時(shí)的情況來計(jì)算。近似認(rèn)為損失的功率都轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?，按下式?jì)算 H=Pr-P

42、c工進(jìn)時(shí)液壓缸的有效功率為Pc=Fv=21489.36×0.041000×60=0.014 Kw Pp2=pn（qqn）2=0.3×（22,863）2=0.039 MPa則液壓系統(tǒng)的總輸入功率為Pr= Pp1qp1+ Pp2 qp2 = 3.74×106×3.31×10-360+0.039×106×25.08×10-3600.8=0.278 Kw由此計(jì)算得液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量為 H=Pr-Pc=0.278-0.039=0.239 Kw則油液溫升近似為T=H3V2×103 =0.239×10

43、331742 =7.65溫升沒有超過允許范圍，液壓系統(tǒng)中無須設(shè)置冷卻器。5.主油缸的裝配圖繪制與選型5.1繪制主油缸裝配圖圖紙選擇A2號(hào)圖紙，由于圖紙較大字體較小，所以放大部分字體根據(jù)初步設(shè)計(jì)，整個(gè)主油缸大致分為13個(gè)主要零件5.2選型：根據(jù)計(jì)算，確定主油缸各主要尺寸參數(shù)，然后需根據(jù)書上選型方法進(jìn)行選型。1. 根據(jù)液壓傳動(dòng)與控制課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表3-1，選定為雙作用液壓缸，且為單活塞桿，其主要特點(diǎn)是活塞可雙向運(yùn)動(dòng)，且具有一定的緩沖效果。2. 選擇缸的結(jié)構(gòu)類型：根據(jù)液壓傳動(dòng)與控制課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表3-2，分析拉桿型、焊接型、法蘭型液壓缸的特性。由拉桿型特點(diǎn)可知，其結(jié)構(gòu)簡單，制造和安裝均較為方便，缸筒

44、是用內(nèi)徑經(jīng)過研磨的無縫鋼管半成品，按行程要求的長度可切割。端蓋與活塞為通用件，但這類缸受行程長度、缸內(nèi)徑和額定工作壓力的限制。當(dāng)行程及拉桿長度過長時(shí)，安裝時(shí)容易偏斜，致使缸筒端部泄露。缸筒內(nèi)經(jīng)過大或額定工作壓力過高時(shí)，由于徑向尺寸布置和拆裝問題，拉桿直徑尺寸受到限制，只是拉桿的拉應(yīng)力可能超過屈服極限，因此這類缸適用于行程1.5m，缸內(nèi)徑250mm，額定工作壓力小于20MPA的。而焊接型缸暴漏在外面的零件較少，外表光潔，外形尺寸小，能承受一定的沖擊負(fù)載和惡劣的外界環(huán)境條件。但由于前端蓋螺紋強(qiáng)度和預(yù)緊時(shí)端蓋該對(duì)操作的限制，因此不適用于過大缸內(nèi)徑和大壓力。而法蘭型由于尺寸較大，適用于大中型液壓缸，能承受較大沖擊負(fù)荷和惡劣外界環(huán)境條件，屬于重型缸，多用于重型機(jī)械和冶金機(jī)械。綜合來看，我們選擇了拉桿型液壓缸