磨床工作臺液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上目 錄磨床工作臺液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計第一章 緒論液壓氣動技術(shù)是機械設(shè)備中發(fā)展速度最快的技術(shù)之一。特別是近年來與微電子、計算機技術(shù)相結(jié)合，使液壓氣動技術(shù)進入了一個新的發(fā)展階段。目前，已廣泛應(yīng)用在工業(yè)各個領(lǐng)域。由于近年來微電子、計算機技術(shù)的發(fā)展，液壓、氣動元器件制造技術(shù)的進一步提高，是液壓氣動技術(shù)不僅在作為一種基本的傳動形式上有重要地位，而且以優(yōu)良的靜態(tài)、性能成為一種重要的控制手段。所要設(shè)計的液壓缸是單活塞桿雙作用夜壓缸，用于磨床上。液壓缸是液壓系統(tǒng)中常用的一種執(zhí)行元件，是把液體的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的裝置，主要實現(xiàn)機構(gòu)的直線往復(fù)運動，也可以實現(xiàn)擺動。單活塞桿的雙作用液壓缸的活

2、塞上僅一端帶有活塞桿，雙塞雙向運動可以獲得不同的速度和輸出力。對其的開發(fā)和設(shè)計從而提高了液壓系統(tǒng)的工作效率。液壓系統(tǒng)中，液壓缸是把液體的壓力能轉(zhuǎn)變機械能的裝置，是液壓系統(tǒng)中重要的執(zhí)行元件。為了提高液壓系統(tǒng)的負載驅(qū)動能力，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時加強機械運動的控制，所以液壓缸的設(shè)計計算是非常重要的。對發(fā)展新技術(shù)、新材料提高機械化、自動化水平有著重要的作用。第二章 液壓傳動系統(tǒng)特點 液壓系統(tǒng)圖是認識液壓系統(tǒng)得基本依據(jù)。本章通過對典型液壓系統(tǒng)的分析，說明液壓系統(tǒng)的構(gòu)成，并借以熟悉液壓元件的符號、特點和應(yīng)用，初步掌握閱讀液壓系統(tǒng)圖的方法。 分析一個比較復(fù)雜的液壓系統(tǒng)時，應(yīng)分清主油路和控制油路并弄清楚系統(tǒng)

3、中各液壓元件的類型和作用，然后按原始位置（一般是圖示位置）和各工作位置，逐一分析各執(zhí)行元件的油路及其循環(huán)狀態(tài)。2.1液壓傳動的工作原理、系統(tǒng)組成及圖形符號2.1.1液壓傳動的工作原理液壓傳動是以液體作為工作介質(zhì)來傳遞能量的，液壓傳動是液體傳動的一種，它利用液體的壓力能來傳遞能量。液壓傳遞過程是將機械能進行轉(zhuǎn)換和傳遞的過程。2.1.2液壓系統(tǒng)的組成液壓傳動系統(tǒng)除工作介質(zhì)外，應(yīng)由以下四個主要部分組成：一 動力元件 它是將原動機輸入的機械能轉(zhuǎn)換為液體壓力能的裝置，其作用是為液壓系統(tǒng)提供壓力油，是系統(tǒng)的動力源。如各類液壓泵。二 執(zhí)行元件 它是將液體壓力能轉(zhuǎn)換為機械能的裝置，其作用是在壓力油的推動下輸出

4、力和速度(或轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速)，以驅(qū)動工作部件。如各類液壓缸和液壓馬達。三 控制調(diào)節(jié)元件 它是用以控制液壓傳動系統(tǒng)中油液的壓力、流量和流動方向的裝置。如溢流閥、節(jié)流閥和換向閥等。四 輔助元件 上述幾部分以外的其它裝置，分別起儲油、輸油、過濾和測壓力等作用。如油箱、油管、過濾器和壓力計等。2.1.3液壓系統(tǒng)的圖形符號2.2液壓系統(tǒng)的特點2.2.1液壓傳動的優(yōu)點:一 液壓傳動可在運行過程中進行無級調(diào)速，調(diào)速方便且調(diào)速范圍大；二 在相同功率的情況下，液壓傳動裝置的體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊；三 液壓傳動工作比較平穩(wěn)、反應(yīng)快、換向沖擊小，能快速啟動、制動和頻繁換向；四 液壓傳動的控制調(diào)節(jié)簡單，操作方便、省力，

5、易實現(xiàn)自動化。當其與電氣控制結(jié)合，更易實現(xiàn)各種復(fù)雜的自動工作循環(huán)；五 液壓傳動易實現(xiàn)過載保護，液壓元件能夠自行潤滑，故使用壽命較長；六 液壓元件已實現(xiàn)了系列化、標準化和通用化，故制造、使用和維修都比較方便。2.2.2液壓傳動的缺點:一 液體的泄漏和可壓縮性使液壓傳動難以保證嚴格的傳動比；二 液壓傳動在工作過程中能量損失較大，不宜作遠距離傳動；三 液壓傳動對油溫變化比較敏感，不宜在很高和很低的溫度下工作；四 液壓傳動出現(xiàn)故障時，不易查找出原因?？偟恼f來，液壓傳動的優(yōu)點十分突出，其缺點將隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展逐漸得到克服。第三章 液壓缸的設(shè)計3.1液壓缸的概述液壓缸是液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的、做直線往復(fù)運

6、動的（或擺動運動）的液壓執(zhí)行元件。它結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠。用它來實現(xiàn)往復(fù)運動時，可免去減速裝置，并且沒有傳動間隙，運動平衡，因此在各種機械的液壓系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。液壓缸輸出力和活塞有效面積及其兩邊的壓差成正比；液壓缸基本上由缸筒和缸蓋、活塞各活塞桿、密封裝置、緩沖裝置與排氣裝置組成。緩沖裝置與排氣裝置視具體應(yīng)用場合而定，其他裝置則必不可少。3.2液壓缸的類型及特點液壓缸可分為單作用液壓缸和雙作用液壓缸。前者只有一個外接油口，液壓作用力單向驅(qū)動，發(fā)向動作需在其它外力（重力或彈簧力）的作用下完成；后者有兩個外接油口，液壓作用力能夠雙向驅(qū)動，液壓缸的活塞只以缸體的一端伸出時，稱為單活塞桿液壓缸；活塞

7、桿從缸體兩端伸出時，稱為雙活塞桿液壓缸。此外，當活塞的長徑比l/d大于3時稱為柱塞，長徑比小于3時成為活塞。柱塞式液壓缸大都是單作用。液壓缸的種類有如下幾種：（見3.11表）表3.11液壓缸的分類3.3液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計3.3.1液壓缸的典型結(jié)構(gòu)和組成液壓缸的典型結(jié)構(gòu)舉例.如圖所示的是一個較常用的雙作用單活塞桿液壓缸。它是由缸底20、缸筒10、缸蓋兼導(dǎo)向套9、活塞11和活塞桿18組成。缸筒一端與缸底焊接，另一端缸蓋(導(dǎo)向套)與缸筒用卡鍵6、套5和彈簧擋圈4固定，以便拆裝檢修，兩端設(shè)有油口A和B。活塞11與活塞桿18利用卡鍵15、卡鍵帽16和彈簧擋圈17連在一起?；钊c缸孔的密封采用的是一對Y形聚氨

8、酯密封圈12，由于活塞與缸孔有一定間隙，采用由尼龍1010制成的耐磨環(huán)(又叫支承環(huán))13定心導(dǎo)向。桿18和活塞11的內(nèi)孔由密封圈14密封。較長的導(dǎo)向套9則可保證活塞桿不偏離中心，導(dǎo)向套外徑由O形圈7密封，而其內(nèi)孔則由Y形密封圈8和防塵圈3分別防止油外漏和灰塵帶入缸內(nèi)。缸與桿端銷孔與外界連接，銷孔內(nèi)有尼龍襯套抗磨。雙作用單活塞桿液壓缸1耳環(huán)2螺母3防塵圈4、17彈簧擋圈5套6、15卡鍵7、14O形密封圈8、12Y形密封圈9缸蓋兼導(dǎo)向套10缸筒11活塞13耐磨環(huán)16卡鍵帽18活塞桿19襯套20缸底從上面所述的液壓缸典型結(jié)構(gòu)中可以看到，液壓缸的結(jié)構(gòu)基本上可以分為缸筒和缸蓋、活塞和活塞桿、密封裝置、緩

9、沖裝置和排氣裝置五個部分，分述如下。一 缸筒和缸蓋。一般來說，缸筒和缸蓋的結(jié)構(gòu)形式和其使用的材料有關(guān)。工作壓力p10MPa時，使用鑄鐵。連接方式選為法蘭連接式，結(jié)構(gòu)簡單，容易加工，也容易裝拆，但外形尺寸和重量都較大，常用于鑄鐵制的缸筒上。1缸蓋2缸筒二 活塞與活塞桿。選用連接方式為活塞與活塞桿之間采用螺母連接，它適用負載較小，受力無沖擊的液壓缸中。螺紋連接雖然結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便可靠，但在活塞桿上車螺紋將削弱其強度。 1活塞 2螺母 3活塞桿三 密封裝置。選用方式為密封圈(O形圈、V形圈等)密封，它利用橡膠或塑料的彈性使各種截面的環(huán)形圈貼緊在靜、動配合面之間來防止泄漏。它結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，磨損

10、后有自動補償能力，性能可靠，在缸筒和活塞之間、缸蓋和活塞桿之間、活塞和活塞桿之間、缸筒和缸蓋之間都能使用。四 緩沖裝置。液壓缸一般都設(shè)置緩沖裝置，特別是對大型、高速或要求高的液壓缸，為了防止活塞在行程終點時和缸蓋相互撞擊，引起噪聲、沖擊，則必須設(shè)置緩沖裝置。緩沖裝置的工作原理是利用活塞或缸筒在其走向行程終端時封住活塞和缸蓋之間的部分油液，強迫它從小孔或細縫中擠出，以產(chǎn)生很大的阻力，使工作部件受到制動，逐漸減慢運動速度，達到避免活塞和缸蓋相互撞擊的目的。選擇緩沖裝置如下圖所示，在緩沖柱塞上開有三角槽，隨著柱塞逐漸進入配合孔中，其節(jié)流面積越來越小，解決了在行程最后階段緩沖作用過弱的問題。五 放氣裝

11、置。液壓缸在安裝過程中或長時間停放重新工作時，液壓缸里和管道系統(tǒng)中會滲入空氣，為了防止執(zhí)行元件出現(xiàn)爬行，噪聲和發(fā)熱等不正?，F(xiàn)象，需把缸中和系統(tǒng)中的空氣排出。一般可在液壓缸的最高處設(shè)置進出油口把氣帶走，也可在最高處設(shè)置如圖所示的放氣孔或?qū)ｉT的放氣閥。 1缸蓋2放氣小孔3缸體4活塞桿第四章 液壓缸的設(shè)計計算4.1液壓缸的設(shè)計計算 液壓缸的設(shè)計是在對所設(shè)計的液壓系統(tǒng)進行工況分析、負載計算和確定了工作壓力的基礎(chǔ)上進行的。首先根據(jù)使用要求確定液壓缸的類型，在按負載和運動要求確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸，必要時需要進行強度驗算，最后進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。液壓缸的主要尺寸包括液壓缸的內(nèi)徑D、缸的長度L、活塞桿直徑d.主

12、要根據(jù)液壓缸的負載、活塞運動速度和行程等因素來確定上述參數(shù)。4.1.1單活塞桿液壓缸兩腔面積比（速度比）單活塞桿液壓缸兩腔面積比（速度比）可以由下列公式計算 =式中 -活塞無桿有效面積 -活塞有桿有效面積 -活塞桿伸出速度 -活塞桿退回速度 -活塞直徑（缸筒內(nèi)徑） -活塞桿直徑單活塞桿液壓缸兩腔面積比值應(yīng)符合國家標準規(guī)定的面積比值系列見下表。4.1.2活塞線速度V活塞瞬間線速度V V=q/A式中 q液壓缸瞬間體積流量（m3/s） A活塞的有效作用面積（活塞無桿側(cè)為;有桿側(cè)為）當q=常數(shù)時，V=常數(shù)。但實際工況中，活塞在行程兩端各有一個加速階段或一個減速階段，見下圖。 活塞變速隨時間的變化曲線當

13、供油流量q保持不變時，活塞在行程的中間大部分保持恒速。4.1.3活塞最高線速度Vmax1在活塞桿外推時，活塞的最高線速度Vmax1為 Vmax1= （m/s）在活塞桿內(nèi)拉時，活塞的最高線速度Vmax2為 Vmax2= （m/s）式中：、分別為桿外推、內(nèi)拉時體積流量。活塞的最高線速度，受到活塞和活塞桿的密封件和行程末端緩沖裝置承受的動能所限制。 4.1.4活塞平均線速度 =S/T （m/s） 式中 S活塞行程（m） T活塞在單一方向的全行程運動時間（s） 4.1.5活塞線速度系數(shù)活塞線速度系數(shù)為活塞的最高線速度與活塞的平均線速度的比值： = Vmax1/4.1.6活塞的加（減）速度a A=

14、77; 式中 m活塞及負載質(zhì)量 -活塞及負載的慣性力4.1.7活塞的加（減）速度時間則活塞的加（減）速度時間分別為 = Vmax/a = Vmax/a4.1.8活塞活塞的加（減）速行程活塞的加（減）速行程分別為= =對裝有緩沖裝置的液壓缸其活塞加（減）速行程則與緩沖裝置的節(jié)流行程有關(guān)。4.1.9活塞的作用力F（活塞的總負載力） 單活塞桿液壓缸的活塞僅一端帶有活塞，活塞雙向運動可以獲得不同的速度和輸出力簡圖及油路連接方式如下圖所示。 a b c 無桿進油時，如a圖所示： V1=q/A1=4q/D2 F1=p1A1-p2A2= D2p1-(D2-d2)p2 /4 有缸腔進油時，如b圖所示： V2=

15、q/A2=4q/(D2-d2) F2=p1A2-p2A1= (D2-d2)p1-D2p2 /4 液壓缸差動連接時，如c圖所示： V3=4q/d2 F3=p1(A1-A2)=d2p1/44.2液壓缸工作壓力的確定液壓缸要承受的負載包括有效工作負載、摩擦阻力和慣性力等液壓缸的工作壓力按負載確定。對于不同用途的液壓設(shè)備，由于工作條件不同，采用的壓力范圍也不同。設(shè)計時，液壓缸的工作壓力可按負載大小由表3.3.1確定，也可按液壓設(shè)備類型參考表3.3.2來確定。3.3.1液壓缸總負載F與工作壓力之間的關(guān)系 表3.3.2各類液壓設(shè)備常用的工作壓力選取總負載F=4500N,p查表3.3.1得，p=0.9 。3

16、.3.2液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑的確定液壓缸的內(nèi)徑D根據(jù)液壓缸的總負載力F和工作壓力p來計算。按公式：F=d2p/4 （1）把F,p參數(shù)代入公式（1），得：d=80 mm活塞桿直徑d按下式進行強度校核： d式中：F液壓缸的總負載力；活塞桿材料的許用應(yīng)力。b為材料的抗拉強度，n為安全系數(shù)，一般n1.4。 b的選取按查下3.3.3表。選擇材料為HT150型。經(jīng)檢驗，活塞桿的強度和穩(wěn)定性均符合要求。表3.3.3 幾種材料的力學(xué)性能 活塞桿的直徑和剛體內(nèi)徑D有如下關(guān)系： 當活塞桿受拉時 d=(0.30.5)D 當活塞桿受壓時 d=(0.50.55)D (p5.0 Mpa)d=(0.60.7)D(5.0M

17、pa<p7.0Mpa)d=0.7D(p>7.0Mpa)從上述關(guān)系式中，選取d=0.5D. 代入d的參數(shù)值得，即，D160 mm 。、應(yīng)圓整為標準系列如下：6、10、12、16、20、25、32、40、50、63、80、（90）、100、（110）、125、（140）、160、（180）、200、220、250、320、400、420、630：4、5、6、8、10、12、14、16、18、20、22、25、28、32、36、40、45、50、55、63、70、80、90、100、110、125、140、160、180、200、220、250、280、300、360、4004.3液壓缸

18、的鋼筒壁厚的確定 一般情況下，液壓缸缸筒壁厚往往由結(jié)構(gòu)工藝和材料上的要求確定，必要時校核其強度。根據(jù)如下，鑄鐵不筒壁厚鑄件的力學(xué)性能和用途表選擇相應(yīng)的材料。 表：灰鑄鐵牌號、不同壁厚鑄件的力學(xué)性能和用途根據(jù)力學(xué)性能和用途，缸體的材料選用型號HT250壁厚20mm的灰鑄鐵。我們對值進行校核。根據(jù)公式： -1 ,-試驗壓力，當缸的額定壓力MPa時，取=1.5；>16MPa時，取=1.25經(jīng)檢驗，液壓缸缸筒的強度和穩(wěn)定性均符合要求。液壓缸外徑D1=D+2,得，D1=160+2*20=200 mm4.4液壓缸其它部位的確定活塞的寬度B=(0.61.0)D ,在此，選取的參數(shù)為0.8 即：B=0.8D ,得，B=0.8*160=128 mm導(dǎo)向套滑動面長度A=(0.61.0)d(D>80 mm) ,在此，選取的參數(shù)為0.8 即： A=0.8d ,