拉桿式液壓缸設(shè)計(jì)（含CAD圖紙）

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3.2.2缸筒壁厚 13 3.2.3 缸筒的加工 14 3.2.4法蘭 15 3.2.5 (缸筒端部）法蘭連接螺母 15 3.3 活塞 17 3.4 導(dǎo)向套的設(shè)計(jì)與計(jì)算 18 3.4.1.最小導(dǎo)向長度H的確定 18 3.4.2.導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu) 20 3.5 端蓋和缸底的設(shè)計(jì)與計(jì)算 20 3.6 緩沖裝置的設(shè)計(jì) 21 3.7 排氣裝置 22 3.8 密封件的選用 22 3.8.1.靜密封的選用 22 3.8.2.活塞密封件的選用 23 3.9 防塵圈 23 3.10 液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu) 24 3.10.1.液壓缸的安裝 24 3.10.2．液壓缸油口設(shè)計(jì) 24 總 結(jié) 26 致 謝 27 參考文獻(xiàn) 28 1 引言 液壓缸的設(shè)計(jì)是為了保證我們大學(xué)三年學(xué)習(xí)質(zhì)量的一次檢測，經(jīng)過三年的學(xué)習(xí)，對(duì)系統(tǒng)的整體內(nèi)容進(jìn)行審查，并綜合研究這三年積累的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)理論與實(shí)踐相結(jié)合能力所做的模擬訓(xùn)練，為未來工作打基礎(chǔ)。 液壓缸是將液壓能變成機(jī)械能，結(jié)構(gòu)比較簡單，運(yùn)行可靠，其壓力輸出和活塞的有效面積及活塞兩側(cè)壓力差的大小成正比，由活塞、活塞桿、缸筒、缸蓋、緩沖、密封、排氣等構(gòu)造組成，根據(jù)具體的需要調(diào)整各構(gòu)造的不同組合應(yīng)用，在這些結(jié)構(gòu)中緩沖裝置是必須要存在的。 本課題主要通過對(duì)重載型液壓缸的介紹，采用所學(xué)的知識(shí)，對(duì)其零件的尺寸設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了3維模型的設(shè)計(jì)與選擇。 在設(shè)計(jì)的過程中中，難免會(huì)出現(xiàn)很多的專業(yè)性以及非專業(yè)性問題，懇請(qǐng)各位老師的各種形式的幫助，能夠有效的使自己盡快適應(yīng)實(shí)際工作需求。 2 概述 2.1液壓傳動(dòng)的工作原理 可以產(chǎn)生有效的工作效果的液壓系統(tǒng)，有油箱、液壓缸及過濾器、液壓泵、溢流閥、換向閥和連接所用軟管或硬管等，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)之后經(jīng)由聯(lián)軸器帶動(dòng)液壓泵轉(zhuǎn)動(dòng)，油進(jìn)入液壓泵，由液壓泵進(jìn)入工作油路，從泵的輸出端可以通過換向閥，換向閥閥芯的位置是控制液壓油流向的條件，油經(jīng)過換向閥流入液壓缸的一側(cè)腔后，另一腔的油液受到壓力作用回油。 節(jié)流閥的存在的作用是可以控制活塞桿的工作速度，帶動(dòng)工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度相應(yīng)改變。 液壓泵輸出的液壓油作為傳動(dòng)介質(zhì)，必須安裝溢流閥，通過溢流閥和回流閥的溢流閥的壓力管可以控制超載，在溢流閥的開啟后可以將油通過溢流閥流回油箱。 2.2液壓傳動(dòng)的組成部分 1）能源部分——把能量變成油液液壓能。一般是液壓泵，給整個(gè)系統(tǒng)通油。 2）執(zhí)行部分——把能量變成機(jī)械能。比如液壓缸輸出直線運(yùn)動(dòng)，液壓馬達(dá)輸出旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)。 3) 控制部分——油的壓力大小，方向，流量都由他們控制。有溢流閥、換向閥等。 4) 輔助部分——上面三種以外的部分，比如說濾油器、蓄能器等元器件，有他們的存在才能保證整個(gè)管路運(yùn)行正常。 2.3液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) 液壓傳動(dòng)具有的優(yōu)點(diǎn)是： 1）在體積相同的時(shí)候，液壓機(jī)能比電動(dòng)機(jī)輸出更多的功率，因?yàn)橐簤焊椎牧δ軌虮纫粯拥捏w積的電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的力大30到40倍，所以在一樣的功率的時(shí)候，液壓的體積比較小，重量相對(duì)來說輕點(diǎn)，功率一樣的時(shí)候，液壓馬達(dá)的體積和重量也就只有電機(jī)的百分之十二左右。 2）工作的時(shí)候比較穩(wěn)定，啟動(dòng)、制動(dòng)可以很快速的實(shí)現(xiàn)，并且可以頻繁換向，換向頻率可以達(dá)到500次/分鐘，有的實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的頻率甚至高達(dá)1000次/分鐘。 3）液壓裝置可以直接無級(jí)調(diào)速。 4）液壓相對(duì)來說比較容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，液壓可以與電氣、電子或氣動(dòng)連接在一起，這樣可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的遙控型傳輸裝置。 5）液壓裝置能夠做到超載保護(hù)，不會(huì)過熱，電動(dòng)傳動(dòng)裝置和機(jī)械裝置是不可能實(shí)現(xiàn)這種條件的，液壓自身的工作介質(zhì)就是油，所以可以潤滑還防銹，這樣使用的時(shí)間更長久。 6）液壓缸的設(shè)計(jì)、制造和使用保養(yǎng)都是標(biāo)準(zhǔn)的，所以性價(jià)比很高。也可以自由的安裝各個(gè)元件的位置，只要中間用管路連接好就行。 7）運(yùn)動(dòng)形式是直線時(shí)，液壓比機(jī)械反應(yīng)更快。 液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)是： 嚴(yán)格的動(dòng)能輸出量液壓傳動(dòng)是不能保證的，這是因?yàn)橐簤河驮诟邏簳r(shí)可被壓縮，同時(shí)泄露問題一直是液壓中的一個(gè)難題。高溫或低溫的工作環(huán)境應(yīng)該進(jìn)行輔助控制，避免影響運(yùn)行，生產(chǎn)工藝和材料質(zhì)量的要求比較高，這樣才能減少漏油的發(fā)生，所以成本很難降低，且對(duì)油污染更敏感。 2.4 液壓缸的結(jié)構(gòu) 圖1-1總裝圖 1-活塞桿； 2-防塵圈； 3-導(dǎo)向套； 5-法蘭盤； 7-前缸蓋；9-缸筒法；10-缸筒；11-緩沖套筒；13-活塞； 15-后端蓋； 16-螺帽； 4、6、8、12、14-密封圈； 3 油缸設(shè)計(jì)計(jì)算 液壓缸的工作能力和特點(diǎn)可以從液壓缸的用途和結(jié)構(gòu)上推斷出來，以此確定它的基本的技術(shù)數(shù)據(jù)，這樣一來他的輪廓尺寸和總質(zhì)量等也都有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值或標(biāo)準(zhǔn)范圍。 3.1油缸主參數(shù)的確定 本課題設(shè)計(jì)的油缸型號(hào)是CDH1 MF3/140/100/200A1X/B1CGEMWW重載型液壓缸，查圖2-1 圖2-1 標(biāo)準(zhǔn)參數(shù) 查得油缸的液壓缸的內(nèi)徑為140mm,活塞桿直徑為100mm,有效行程為200 mm 表2-1 油缸內(nèi)徑 mm 圖2-2系列表 3.1.1液壓缸缸體的厚度計(jì)算 缸筒是很重要的一個(gè)組成部分，需要對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行校核計(jì)算。為了降低重量減小外形尺寸，我選用其中性能最好的45號(hào)鋼筒制造缸筒。 式2-1 ——實(shí)驗(yàn)壓力，MPa， []=，為材料的抗拉強(qiáng)度。 額定壓力Pn=25MPa 3.1.2.最高允許壓力Pmax 抗拉強(qiáng)度：σb=600MPa 取n=5 則許用應(yīng)力[]==120MPa ==13.04mm 滿足 決定將液壓缸的缸體壁厚設(shè)計(jì)成15毫米；所以液壓缸的外部直徑是140+15*2=170毫米。 3.1.3.確定油缸長度 從表2-2中的a、b、c選用。 表2-2（a）液壓缸行程系列（GB 2349-80 表2-2（b）液壓缸行程系列（GB 2349-80） 表2-2（c）液壓缸行程系列（GB 2349-80） 綜合之后，我選S=200MM. 3.1.4.活塞桿直徑的設(shè)計(jì) 查《液壓傳動(dòng)與控制手冊(cè)》桿徑比d/D： 取最大近似值d=100mm。 1. 活塞桿強(qiáng)度計(jì)算： 式2-2 ——許用應(yīng)力； 強(qiáng)度取400MPa，安全系數(shù)取5，強(qiáng)度滿足 2．活塞桿結(jié)構(gòu) 因?yàn)楸敬我簤焊资褂们岸朔ㄌm固定，幾乎沒有偏向作用力，活塞桿的外端頭部直接使用螺紋的形式與負(fù)載機(jī)構(gòu)連接。 3.活塞桿的密封與防塵 活塞桿的密封方法有很多，本次沒有特殊要求，為了讓裝配維護(hù)方便，活塞和缸筒之間用Y型密封圈密封，活塞和活塞桿之間用O型密封圈。 3.2油缸部位的校核 3.2.1 活塞桿和液壓缸 a).活塞桿強(qiáng)度 下面的公式是直徑的計(jì)算公式： 式2-3 -作用力， · =, n我取的是1.40。 沒有問題 b).穩(wěn)定性 為了不讓活塞桿發(fā)生縱向彎曲，活塞桿受到軸向作用力的時(shí)候，F(xiàn)應(yīng)該在穩(wěn)定工作的臨界負(fù)載的范圍內(nèi)，不然會(huì)影響液壓缸正常工作。為了保證安全，可以依照下面的公式對(duì)液壓缸的穩(wěn)定性進(jìn)行校核計(jì)算。 式2-4 取=2~4。 1）.寬度和長度比時(shí) 式2-5 2）.細(xì)長比時(shí) 式2-6 其中， ， （柔性系數(shù)）， （末端系數(shù)）， （彈性模量，我?。?， （活塞桿橫截面積）， （材料強(qiáng)度確定的實(shí)驗(yàn)值）。 3.2.2缸筒壁厚 缸筒壁厚的驗(yàn)算有下面三種： a)額定壓力要比極限值低一定的比例： 式2-7 根據(jù)式2-7得到： b) 額定壓力和塑性變形壓力的計(jì)算： 式2-8 先根據(jù)式2-8得到： =41.21 c)液壓缸需承受的試驗(yàn)壓力（耐壓試驗(yàn)壓力）進(jìn)行質(zhì)量檢查，全部零件都要在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)使用壓力進(jìn)行調(diào)試檢驗(yàn)，要沒有損壞。 液壓行業(yè)里規(guī)范性要求是: 當(dāng)額定壓力時(shí) （MPa） d)為了保證液壓缸使用的時(shí)候能夠安全，要比大： (MPa） 式2-9 查表得到=596MPa，由式2-9得： 耐壓試驗(yàn)壓力： 以上公式中： 3.2.3 缸筒的加工 內(nèi)表面需要進(jìn)行研磨加工，達(dá)到H8級(jí)配合精度，表面粗糙度（）0.8，； 熱處理使用調(diào)制的方法，HB230； 缸筒的直線度是0.03mm； 油口有密封要求，要倒角，而且絕對(duì)不能有飛邊、毛刺等現(xiàn)象。 3.2.4法蘭 端蓋有很多種形式，因?yàn)闆]有特殊要求，我選了較常見的法蘭式端蓋。 厚度計(jì)算： 所以=13.2mm 取=14mm 3.2.5 (缸筒端部）法蘭連接螺母 圖2-3螺栓局部圖 如圖2-3，使用螺栓固定法蘭盤的方式進(jìn)行連接。 螺栓強(qiáng)度計(jì)算公式分別是： 螺紋拉應(yīng)力: (MPa) 式2-11 螺紋剪應(yīng)力： (MPa) 式2-12 總應(yīng)力： (MPa) 式2-13 由式2-11拉應(yīng)力應(yīng)該是： = 根據(jù)式2-12剪應(yīng)力應(yīng)該是： 根據(jù)式2-13合成應(yīng)力應(yīng)該是： ==367.6MPa 從上面的計(jì)算結(jié)果選擇12.9級(jí)螺栓； 3.3 活塞 B（寬度）一般的選取方式是： 即： 我取=123mm 活塞和缸筒內(nèi)壁之間有位移的運(yùn)動(dòng)，所以有一個(gè)適當(dāng)?shù)呐浜铣叽绻?，不能過緊，也不能間隙太大。過緊了，會(huì)磨損；間隙如果過大了，會(huì)漏油。 活塞和缸體的配合方式有很多，考慮了它們之間的性能之后，我選用Y型密封圈，這樣可以降低成本且方便生產(chǎn)制造。 3.4 導(dǎo)向套的設(shè)計(jì)與計(jì)算 3.4.1.最小導(dǎo)向長度H的確定 活塞運(yùn)行到底后，活塞對(duì)稱中心和導(dǎo)向套中心之間的距離是最小導(dǎo)向長度。要是導(dǎo)向長度太短，液壓缸會(huì)容易損壞。 最小導(dǎo)向長度的參考依據(jù)為: 式2-14 L-最大行程； D-缸筒直徑； D小于80mm的時(shí)候取長度(0.6~1.0)D； D大于80mm的時(shí)候取長度(0.6~1.0)d； B-活塞寬度； B=(0.6~1.0)D。 如果導(dǎo)向長度H在正常的構(gòu)造下不能滿足要求,就要設(shè)計(jì)隔套K(圖2-4)，這樣H就增大了。 隔套K的寬度。 圖2-4 隔套 因此:最小導(dǎo)向長度， 我取H=18cm； 導(dǎo)向套滑動(dòng)面長度A= 實(shí)際寬度B是123mm 圖2-5導(dǎo)向示意圖 如圖2-5所示，因前端蓋及緩沖套增加導(dǎo)向長度82，所以實(shí)際的最小導(dǎo)向長度185mm，不用增加隔套。 3.4.2.導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu) 本次液壓缸設(shè)計(jì)我采用普通導(dǎo)向套，如圖2-6所示，在支承座或端蓋上安裝導(dǎo)向套，壓力油可以撐開密封圈的邊進(jìn)行密封，油槽內(nèi)的壓力油可以潤滑。 圖2-6導(dǎo)向套 3.5 端蓋和缸底的設(shè)計(jì)與計(jì)算 單活塞液壓缸中，整體連接后形成了一個(gè)密封的壓力腔，這樣他就需要承受液壓力，連接強(qiáng)度也要滿足要求。端蓋上面有很多槽和溢流孔，還有安裝螺栓用的通孔，要是設(shè)計(jì)的不好的話很容易就會(huì)損壞。 端蓋的設(shè)計(jì)計(jì)算： （端蓋厚） 式2-15 圖2-7缸蓋局部圖 這次的液壓缸設(shè)計(jì)，如圖2-7，我采用在缸筒螺紋連接法蘭盤，再使用螺栓連接缸底和端蓋。這樣需要加工缸體的外徑，不過好處是簡單的結(jié)構(gòu)，比較容易加工，拆裝起來也比較方便一些。 3.6 緩沖裝置的設(shè)計(jì) 液壓桿在運(yùn)行時(shí)有很大的動(dòng)量，活塞在運(yùn)行到液壓缸的端蓋或缸底的瞬間，會(huì)有沖擊，這就會(huì)影響使用壽命和工作的穩(wěn)定性。緩沖裝置可以防止和減少?zèng)_擊，在行程終端時(shí)速度慢慢停止。 圖2-8　緩沖原理圖 如圖2-8，，活塞或活塞桿運(yùn)行到底端后，利用縫隙式薄壁型小孔對(duì)油液產(chǎn)生節(jié)流作用，把回液通道逐漸堵塞產(chǎn)生節(jié)流效果形成背壓，慢慢抵消慣性力，這樣就形成了緩沖。 如圖2-9與圖2-10所示，本次液壓缸設(shè)計(jì)，采用緩沖軸套加節(jié)流閥的形式來實(shí)現(xiàn)緩沖，避免缸體的損傷。 圖2-9 節(jié)流閥 圖2-10 緩沖套 3.7 排氣裝置 本液壓缸行程較短，為保證可靠性，降低漏油等故障發(fā)生概率，并未設(shè)計(jì)排氣裝置，液壓缸腔內(nèi)空氣可在調(diào)試過程中通過油管從油箱排出。 3.8 密封件的選用 3.8.1.靜密封的選用 如圖2-11所示，本次液壓缸設(shè)計(jì)，因?yàn)闆]有特殊要求，所以為了生產(chǎn)制造的簡便性，采用Ｏ型密封圈，采用矩形溝槽。 圖2-11 Ｏ型密封 3.8.2.活塞密封件的選用 圖2-12 Yx型圈 如圖2-12所示，我使用Yx型圈。 3.9 防塵圈 為了防止異物侵入液壓缸，所以需要在前端蓋與活塞桿或柱塞密封的外側(cè)設(shè)計(jì)防塵圈，避免磨損元件。 如圖2-13所示，本次液壓缸設(shè)計(jì)采用A型防塵圈。 圖2-13　防塵圈 3.10 液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu) 3.10.1.液壓缸的安裝 液壓缸的安裝形式有很多種，如圖2-14，本次液壓缸設(shè)計(jì)沒有同軸度要求等特殊需求，所以采用法蘭式安裝，直接使用螺栓通過螺栓孔將其固定在機(jī)器上。 圖2-14 3.10.2．液壓缸油口設(shè)計(jì) 壓力油從油孔直接進(jìn)入液壓缸，雖然構(gòu)造簡單，但作用非常重要。如果孔小了，進(jìn)油時(shí)流量會(huì)無法滿足需求，活塞的速度會(huì)無法滿足要求。所以孔的大小一定要考慮。 如圖2-15所示，我設(shè)計(jì)的油口采用M42螺紋連接，布置在前后端蓋上，同時(shí)因?yàn)槲创_定固定的速度使用要求，所以油口設(shè)計(jì)為30mm的口徑，相對(duì)140mm缸徑應(yīng)該能夠滿足所有的使用情況。 圖2-15油口示意圖 總 結(jié) 致 謝 參考文獻(xiàn) [1] 李碩衛(wèi),張國賢.現(xiàn)代液壓技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 機(jī)械工程師，2009(2). 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