DG型液壓缸設計

資源目錄里展示的全都有，所見即所得。下載后全都有,請放心下載。原稿可自行編輯修改=【QQ：401339828 或11970985 有疑問可加】 DG型液壓缸設計說明書 摘 要 液壓缸19世紀問世以來發(fā)展很快，在工作中的廣泛適應性，使其在國民經(jīng)濟各部門獲得了廣泛的應用。由于液壓缸在結構方面，功能方面，已經(jīng)比較成熟，目前國內外液壓缸的發(fā)展不僅體現(xiàn)在控制系統(tǒng)方面，也主要表現(xiàn)在高速化、高效化、低能耗；機電液一體化，以充分合理利用機械和電子的先進技術促進整個液壓系統(tǒng)的完善；自動化、智能化，實現(xiàn)對系統(tǒng)的自動診斷和調整，具有故障預處理功能；液壓元件集成化、標準化，以有效防止泄露和污染等四個方面。作為液壓缸兩大組成部分的控制元件和執(zhí)行元件，由于技術發(fā)展趨于成熟，國無較大差距，主要差別在于加工工藝和安裝方面。良好的工藝使液壓缸在過濾、冷卻及防止沖擊和振動方面，有較明顯改善。在油路結構設計方面，國內外液壓缸都趨向于集成化、封閉式設計，插裝閥、疊加閥和復合化元件及其本身在液壓系統(tǒng)中得到較廣泛的應用。 本次設計的DG型液壓缸是綜合運用所學的基本理論、基本知識和相關的液壓系統(tǒng)專業(yè)知識，完成對DG型液壓缸的設計，并繪制必要的液壓缸裝配圖、液壓系統(tǒng)原理圖。液壓系統(tǒng)的組成結構主要由動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件、工作介質等等組成。 本文通過設計DG型液壓缸，分析液壓缸的工作原理和動作過程，確定液壓系統(tǒng)工作原理圖，根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)要求設計液壓缸，完成液壓缸的裝配圖，并且能夠使大家對液壓缸的具體結構構造和工作與原理有很好的認識和了解。 關鍵詞：DG型液壓缸，液壓系統(tǒng)，具體結構; ABSTRACT The design of hydraulic drive manipulator movements under the provisions of the order ，use the basic theory, basic knowledge and related mechanical design expertise comprehensively to complete the design，and drawing the necessary assembly, hydraulic system map, PLC control system diagram . Manipulator mechanical structure using tanks, screw ,guide tubes and other mechanical device component ；In the hydraulic drive bodies ，manipulator arm stretching using telescopic tank ，rotating column of tanks used rack ，manipulator movements using tank movements ，the column takes the horizontal movement of tanks.This article is mainly of the pneumatic manipulator the overall design, and pneumatic design. This mechanism of manipulator includes cylinders and claws and connectors parts, it can move according to the due track on the movement of grabbing, carrying and unloading. The pneumatic part of the design is primarily to choose the right valves and design a reasonable pneumatic control loop, by controlling and regulating pressure, flow and direction of the compressed air to make it get the necessary strength, speed and changed the direction of movement in the prescribed procedure work; Keywords: manipulator ,Drive , Hydraulic manifold block , Elements 目 錄 第一章、緒論..........................................................................................................1 1.1液壓傳動基礎知識............................................................................................2 1.2液壓傳動在機械行業(yè)中的應用......................................................................3 1.3液壓系統(tǒng)的基本組成...........................................................................................5 1.4 液壓傳動的優(yōu)缺點..............................................................................................6 1.5液壓傳動技術的發(fā)展及應用..........................................................................7 第二章、液壓系統(tǒng)設計………………………………...…………………......9 2.1 液壓系統(tǒng)簡介………………………………...……………………………....10 2.2液壓系統(tǒng)控制回路………………………………...…………………….........12 2.3.液壓元件選擇...................................................................................................12 2.4液壓傳動系統(tǒng)的執(zhí)行元件………………………………...……………….....13 2.4.1 執(zhí)行元件的載荷計算及變化規(guī)律...........................................................14 2.4.2 液壓缸的類型及結構形式.........................................................................16 2.4.3液壓缸的組成..............................................................................................16 2.4.3.1缸體組件...................................................................................................17 2.4.3.2活塞組件...................................................................................................18 2.4.3.3密封裝置...................................................................................................18 2.4.3.4緩沖裝置...................................................................................................19 2.4.3.5排氣裝置...................................................................................................20 第三章、DG型液壓缸的設計........................................................................23 3.1 液壓缸的說明......................................................................................................23 3.2 DG型液壓缸的設計..........................................................................................24 3.2.1活塞桿穩(wěn)定性的校核..................................................................................26 3.2.2 缸筒的計算.................................................................................................27 3.2.3活塞桿的設計..............................................................................................29 第四章、負載圖和速度圖..............................................................................32 結論………………………………...………………………………….......................34 參考文獻………………………………...………………………………………….35 致謝………………………………...………………………………………………....36 第一章 、緒論 1.1液壓傳動的基礎知識 液壓傳動是利用帕斯卡原理！帕斯卡原理是大概就是：在密閉環(huán)境中，向液體施加一個力，這個液體會向各個方向傳遞這個力！力的大小不變！ 液壓傳動就是利用這個物理性質，向一個物體施加一個力，利用帕斯卡原理使這個力變大，液壓傳動和氣壓傳動稱為流體傳動，是根據(jù)17世紀帕斯卡提出的液體靜壓力傳動原理而發(fā)展起來的一門新興技術，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣為應用的一門技術。如今，流體傳動技術水平的高低已成為一個國家工業(yè)發(fā)展水平的標志。液壓傳動的基本原理是在密閉的容器內，利用有壓力的油液作為工作介質來實現(xiàn)能量轉換和傳遞動力的。其中的液體稱為工作介質，一般為礦物油，它的作用和機械傳動中的皮帶、鏈條和齒輪等傳動元件相類似。 在液壓傳動中，液壓油缸就是一個最簡單而又比較完整的液壓傳動系統(tǒng)，分析它的工作過程，可以清楚的了解液壓傳動的基本原理。 1.2液壓傳動在機械行業(yè)中的應用 液壓技術，從1863年英國制造出世界上第一臺水壓機誕生算起，已經(jīng)有400多年的歷史了，然而在液壓上的真正推廣使用卻是18世紀中葉的事情了。第二次世界大戰(zhàn)期間，在一些武器裝備上用上了功率大、反應快、動作準的液壓傳動和控制裝置，大大的提高了武器裝備的性能。同時，也加速了液壓技術本身的發(fā)展。戰(zhàn)后，液壓技術迅速由軍事轉入民用，在機械制造、工程機械、鍛壓機械、冶金機械、汽車、船舶等行業(yè)中得到了廣泛的應用和發(fā)展。18世紀50年代以后，原子能技術、空間技術、電子技術等的迅速發(fā)展，再次將液壓技術向前推進，使其在各個液壓領域得到了更加廣泛的應用?，F(xiàn)代液壓技術與微電子技術、計算機技術、傳感技術的緊密結合已經(jīng)形成并發(fā)展成為一種包括傳動、控制、檢測在內的自動化技術。當前，液壓技術在實現(xiàn)高壓、高速、大功率、經(jīng)久耐用、高度集成化等各項要求方面都取得了重大的進展，在完善發(fā)展比例控制和伺服控制、開發(fā)數(shù)字控制技術上也有許多新成果。同時，液壓元件和液壓系統(tǒng)的計算機輔助設計(CAD)和測試(CAT)、微機控制、機電一體化、液電一體化、可靠性、污染控制、能耗控制、小型微型化方面也是液壓技術發(fā)展和研究的方向。繼續(xù)擴大應用服務領域，采用更先進的設計。 和制造技術，將使液壓技術發(fā)展成為內涵更加豐富完整的綜合自動化技術。 目前，液壓技術已廣泛應用于各個液壓領域的技術裝備上，例如機械制造、工程、建筑、礦山、冶金、船舶等機械，上至航空、航天液壓，下至地礦、海洋開發(fā)工程，幾乎無處不見液壓技術的蹤跡。液壓技術的應用領域大致上可以歸納為以下幾個主要方面： （1）各種舉升、搬運作業(yè)。尤其在行走機械和較大驅動功率的場合，液壓傳動已經(jīng)成為一種主要方式。如起重機、起錨機等。 （2）各種需要作用力大的推、擠、挖掘等作業(yè)裝置。例如，各種液壓機、塑料注射成型機等。 （3）高響應、高精度的控制。飛機和導彈的姿態(tài)控制等裝置。 （4）多種工作程序組合的自動操作與控制。如組合機床、機械加工自動線。 （5）特殊工作場合。例如地下水下、防爆等。 1.3液壓系統(tǒng)的基本組成 液壓傳動系統(tǒng)由以下四個部分組成： 〈1〉動力元件——液壓泵 其功能是將原動機輸出的機械能轉換成液體的壓力能，為系統(tǒng)提供動力。 〈2〉執(zhí)行元件——液壓缸、液壓馬達。它們的功能是將液體的壓力能轉換成機械能，以帶動負載進行直線運動或者旋轉運動。 〈3〉控制元件——壓力、流量和方向控制閥。它們的作用是控制和調節(jié)系統(tǒng)中液體的動力、流量和流動方向，以保證執(zhí)行元件達到所要求的輸出力（或力矩）、運動速度和運動方向。 〈4〉輔助元件——保證系統(tǒng)正常工作所需要的輔助裝置。包括管道、管接頭、油箱過濾器和指示儀表等。 〈5〉工作介質---工作介質即傳動液體，通常稱液壓油。液壓系統(tǒng)就是通過工作介質實現(xiàn)運動和動力傳遞的。 1.4液壓傳動優(yōu)缺點 優(yōu)點： 〈1〉體積小、重量輕，單位重量輸出的功率大（一般可達32MPa,個別場合更高）。 〈2〉可在大范圍內實現(xiàn)無級調速。 〈3〉操縱簡單，便于實現(xiàn)自動化。特別是和電氣控制聯(lián)合使用時，易于實現(xiàn)復雜的自動工作循環(huán)。 〈4〉慣性小、響應速度快，起動、制動和換向迅速。(液壓馬達起動只需0.1s) 〈5〉易于實現(xiàn)過載保護，安全性好；采用礦物油作為工作介質，自潤滑性好。 〈6〉液壓元件易于實現(xiàn)系列化 標準化和通用化。 缺點： 〈1〉由于液壓傳動系統(tǒng)中存在的泄漏和油液的壓縮性，影響了傳動的準確性，不易實現(xiàn)定比 傳動。 〈2〉不適應在溫度變化范圍較大的場合工作。 〈3〉由于受液體流動阻力和泄漏的影響，液壓傳動的效率還不是很高，不易遠距離傳動。 〈4〉液壓傳動出現(xiàn)故障不易查找。 1.5液壓傳動技術的發(fā)展與應用 液壓技術，從１７９５年英國制造出世界上第一臺水壓機誕生算起，已經(jīng)有２００多年的歷史了，然而在液壓上的真正推廣使用卻是２０世紀中葉的事情了。第二次世界大戰(zhàn)期間，在一些武器裝備上用上了功率大、反應快、動作準的液壓傳動和控制裝置，大大的提高了武器裝備的性能。同時，也加速了液壓技術本身的發(fā)展。戰(zhàn)后，液壓技術迅速由軍事轉入民用，在機械制造、工程機械、鍛壓機械、冶金機械、汽車、船舶等行業(yè)中得到了廣泛的應用和發(fā)展。２０世紀６０年代以后，原子能技術、空間技術、電子技術等的迅速發(fā)展，再次將液壓技術向前推進，使其在各個液壓領域得到了更加廣泛的應用?，F(xiàn)代液壓技術與微電子技術、計算機技術、傳感技術的緊密結合已經(jīng)形成并發(fā)展成為一種包括傳動、控制、檢測在內的自動化技術。當前，液壓技術在實現(xiàn)高壓、高速、大功率、經(jīng)久耐用、高度集成化等各項要求方面都取得了重大的進展，在完善發(fā)展比例控制和伺服控制、開發(fā)數(shù)字控制技術上也有許多新成果。同時，液壓元件和液壓系統(tǒng)的計算機輔助設計(CAD)和測試(CAT)、微機控制、機電一體化、液電一體化、可靠性、污染控制、能耗控制、小型微型化等方面也是液壓技術發(fā)展和研究的方向。繼續(xù)擴大應用服務領域，采用更先進的設計和制造技術，將使液壓技術發(fā)展成為內涵更加豐富完整的綜合自動化技術。 目前，液壓技術已廣泛應用于各個液壓領域的技術裝備上，例如機械制造、工程、建筑、礦山、冶金、船舶等機械，上至航空、航天液壓，下至地礦、海洋開發(fā)工程，幾乎無處不見液壓技術的蹤跡。液壓技術的應用領域大致上可以歸納為以下幾個主要方面： （1）各種舉升、搬運作業(yè)。尤其在行走機械和較大驅動功率的場合，液壓傳動已經(jīng)成為一種主要方式。如起重機、起錨機等。 （2）各種需要作用力大的推、擠、挖掘等作業(yè)裝置。例如，各種液壓機、塑料注射成型機等。 （3）高響應、高精度的控制。飛機和導彈的姿態(tài)控制等裝置。 （4）多種工作程序組合的自動操作與控制。如組合機床、機械加工自動線。 （5）特殊工作場合。例如地下水下、防爆等。 第二章、液壓系統(tǒng)設計 2.1 液壓系統(tǒng)簡介 液壓系統(tǒng)是一種以油液作為工作介質，利用油液的壓力能并通過控制閥門等附件操縱液壓執(zhí)行機構工作的整套裝置，包括動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件（附件）和液壓油。原動機的輸出特性往往不能和執(zhí)行機構的要求（力，速度，位移）理想匹配。因此，就需要某種傳動裝置，將原動機的輸出量進行適當變換，使其滿足工作機構的要求。液壓系統(tǒng)就是用液壓原理來實現(xiàn)這種變換功能的裝置。 2.2液壓系統(tǒng)控制回路 2.2.1 壓力控制回路 ① 調壓回路 在采用定量泵的液壓系統(tǒng)中，為控制系統(tǒng)的最大工作壓力，一般都在油泵的出口附近設置溢流閥，用它來調節(jié)系統(tǒng)壓力，并將多余的油液溢流回油箱。 ② 卸荷回路 在缸各油缸不工作時，油泵電機又不停止工作的情況下，為減少油泵的功率損耗，節(jié)省動力，降低系統(tǒng)的發(fā)熱，使油泵在低負荷下工作，所以采用卸荷回路。此缸采用二位二通電磁閥控制溢流閥遙控口卸荷回路。 ③ 減壓回路 為了是缸的液壓系統(tǒng)局部壓力降低或穩(wěn)定，在要求減壓的支路前串聯(lián)一個減壓閥，以獲得比系統(tǒng)壓力更低的壓力。 ④ 平衡與鎖緊回路 在機械液壓系統(tǒng)中，為防止垂直機構因自重而任意下降，可采用平衡回路將垂直機構的自重給以平衡。 為了使缸手臂在移動過程中停止在任意位置上，并防止因外力作用而發(fā)生位移，可采用鎖緊回路，即將油缸的回油路關閉，使活塞停止運動并鎖緊。本缸采用單向順序閥做平衡閥實現(xiàn)任意位置鎖緊的回路。 ⑤ 油泵出口處接單向閥 在油泵出口處接單向閥。其作用有二：第一是保護油泵。液壓系統(tǒng)工作時，油泵向系統(tǒng)供應高壓油液，以驅動油缸運動而做功。當一旦電機停止轉動，油泵不再向外供油，系統(tǒng)中原有的高壓油液具有一定能量，將迫使油泵反方向轉動，結果產(chǎn)生噪音，加速油泵的磨損。在油泵出油口處加設單向閥后，隔斷系統(tǒng)中高壓油液和油泵時間的聯(lián)系，從而起到保護油缸的作用。第二是防止空氣混入系統(tǒng)。在停機時，單向閥把系統(tǒng)能夠和油泵隔斷，防止系統(tǒng)的油液通過油泵流回油箱，避免空氣混入，以保證啟動時的平穩(wěn)性。 2.2.2 速度控制回路 液壓缸各種運動速度的控制，主要是改變進入油缸的流量Q。其控制方法有兩類：一類是采用定量泵，即利用調節(jié)節(jié)流閥的通流截面來改變進入油缸或油馬達的流量；另一類是采用變量泵，改變油泵的供油量。本缸采用定量油泵節(jié)流調速回路。 根據(jù)各油泵的運動速度要求，可分別采用LI型單向節(jié)流閥、LCI型單向節(jié)流閥或QI型單向調速閥等進行調節(jié)。 節(jié)流調速閥的優(yōu)點是：簡單可靠、調速范圍較大、價格便宜。其缺點是：有壓力和流量損耗，在低速負荷傳動時效率低，發(fā)熱大。 采用節(jié)流閥進行節(jié)流調速時，負荷的變化會引起油缸速度的變化，使速度穩(wěn)定性差。其原因是負荷變化會引起油缸速度的變化，使速度穩(wěn)定性差。其原因是負荷變化會引起節(jié)流閥進出油口的壓差變化，因而使通過節(jié)流閥的流量以至油缸的速度變化。 調速閥能夠隨負荷的變化而自動調整和穩(wěn)定所通過的流量，使油缸的運動速度不受負荷變化的影響，對速度的平穩(wěn)性要求高的場合，宜用調速閥實現(xiàn)節(jié)流調速。 2.2.3 方向控制回路 在缸液壓系統(tǒng)中，為控制各油缸、馬達的運動方向和接通或關閉油路，通常采用二位二通、二位三通、二位四通電磁閥和電液動滑閥，由電控系統(tǒng)發(fā)出電信號，控制電磁鐵操縱閥芯換向，使油缸及油馬達的油路換向，實現(xiàn)直線往復運動和正反向轉動。 目前在液壓系統(tǒng)中使用的電磁閥，按其電源的不同，可分為交流電磁閥（D型）和直流電磁閥（E型）兩種。交流電磁閥的使用電壓一般為220V（也有380V或36V），直流電磁閥的使用電壓一般為24V（或110V）。這里采用交流電磁閥。交流電磁閥起動性能好，換向時間短，接線簡單，價廉，但是如吸不上時容易燒壞，可靠性差，換向時有沖擊，允許換向頻率底，壽命較短。 2.3.液壓元件選擇 （一）液壓缸 液壓缸在整個工作循環(huán)中的最大工作壓力為1.62MPa，如果取進油路上的壓力損失為0.8MPa,為使壓力繼電器能可靠工作，取其調整壓力高出系統(tǒng)最高工作壓力0.5MPa，則小流量液壓泵的最大工作壓力為 大流量液壓泵在快進，快速運動時才向液壓缸輸油，如果取進油路上的壓力損失為0.5MPa，則大流量閥的最高工作壓力為: ，則由工況圖可知： 最大流量為17.64L/min,因系統(tǒng)比較簡單，所以取泄露系數(shù)為： 則兩個液壓泵的實際流量為 由于溢流閥的最小穩(wěn)定溢流量為3L/min,而工進時輸入液壓缸的流量為0.5L/min，由小流量液壓泵單獨供油，所以小液壓泵的流量規(guī)格最少應為3.5L/min。 根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，最后確定選取PV2R12-6/26型雙連葉片液壓泵，其小液壓泵和大液壓泵的排量分別為6ml/r和26ml/r,當液壓泵的轉速時該液壓泵的理論流量為20.08L/min，若取液壓泵的容積效率，由于液壓缸在工進時輸入功率最大，這是液壓泵工作壓力為2MPa，流量為27.1L/min.按圖標去液壓泵的總效率為則液壓泵驅動電動機所需的功率為： 根據(jù)此數(shù)值查閱電動機產(chǎn)品樣本選取Y100L-6型電動機，其額定功率為，額定轉速。 圖3.11 活塞桿 缸體、活塞和活塞桿的材料 1)缸體： 機床----多數(shù)采用高強度鑄鐵（HT200），當壓力超過8MPa時，采用無縫鋼管。 工程機械----多數(shù)采用35鋼和45鋼無縫鋼管。壓力高時，可采用27SiMn無縫鋼管或45鋼鍛造。 2）活塞： 整體式活塞----多數(shù)采用35鋼和45鋼。 裝配式活塞----常采用灰鑄鐵、耐磨鑄鐵、鋁合金等，特殊需要的可在鋼活塞坯外面裝上青銅、黃銅和尼龍耐磨套。 3)活塞桿： 一般采用35鋼和45鋼，當液壓缸的沖擊振動很大時，可使用55鋼或40Cr等合金材料 （二）閥類原件及輔助原件： 1）單向閥 單向閥分成兩類:有普通單向閥和液控單向閥.普通單向閥只允許液流向一個方向通過.液控單向閥既有普通單向閥的功能,并且只要在遠程控制口通以一定壓力的控制油液,液流反向也能通過.在工程應用中常用兩個液控單向閥組成液壓鎖. 圖2.11 單向閥 液控單向閥可作為單向閉鎖和保壓使用。它用于液壓系統(tǒng)中，阻止油液反向流動，起到普通單向閥作用；但可利用控制壓力油，通過控制活塞打開單向閥芯，使油液實現(xiàn)反向流動。液控單向閥可用在需要嚴格封閉的油路中，進行單向閉鎖，起到保壓作用。 對單向閥的要求： 1、對于正向開啟壓力為0.04Mpa的液控單向閥，使用時不允許閥芯錐面垂直向上方安裝。 2、管接頭連接處，禁止用油漆、麻絲、聚四氟乙烯密封帶，可用密封膠。 3、對于外泄式結構的液控單向閥，控制活塞部分的泄漏油應從L口單獨接回油箱。 2）溢流閥 圖示為球閥式直動型溢流閥。它也有一個阻尼活塞，但與錐閥式結構不同活塞與球閥之間不是剛性連接，而是通過阻尼彈簧使活塞與球閥接觸（活塞兩端的液壓力平衡）。由于活塞的阻尼作用，可使始終與活塞相連接的球閥運動平穩(wěn)。 當壓力油自進油口經(jīng)環(huán)形槽進入油腔時，同時液壓油經(jīng)油道進入閥芯右面腔。當油口處壓力升高到作用在閥芯右側的力超過彈簧力的時候。閥芯左移，閥口處于某一開度，油腔和回油環(huán)形槽接通，油液從回油口排出，這時壓力油作用在閥心上的力就和開度下作用在閥芯上的彈簧力保持平衡： P·A=Fs=k(x0+△x) 由于閥芯位移量△x遠小于x0，所以 P·A=Fs=k(x0+△x)≈kx0 P=F/A= k(x0+△x)/A≈kx0/A=常數(shù) 即壓力也就基本穩(wěn)定在kx0數(shù)值上。 圖3.13 溢流閥 3）三位四通換向閥 由閥體和閥芯組成。閥體圓孔內有5條環(huán)形槽，分別對應P、A、B、T1四個油口，閥芯上有三個凸臺。 圖3.14 三位四通換向閥 4 液壓壓泵 當齒輪旋轉時，在A腔，由于輪齒脫開使容積逐漸增大，形成真空從油箱吸油，隨著齒輪的旋轉充滿在齒槽內的油被帶到B腔，在B腔，由于輪齒嚙合，容積逐漸減小，把液壓油排出、 利用齒和泵殼形成的封閉容積的變化，完成泵的功能，不需要配流裝置，不能變量結構最簡單、價格低、徑向載荷大 圖3.15 液壓泵 （三）油管： 各原件間連接軌道的規(guī)格按液壓原件接口處的尺寸決定，液壓缸進，出油管則按輸入、排出的最大流量計算。由于液壓泵選定之后液壓缸在各個工作階段的進、出流量已與原定數(shù)值不同，所以需要重新計算。 按照經(jīng)驗值推薦去油液在壓油管的流速v=3m/s,則算得與液壓缸無桿腔及有桿腔相連的油管內徑分別為 這兩根油管都選用內徑、外徑mm的冷拔無縫鋼管。 （四）油箱 油箱容積按公式估計，取其經(jīng)驗數(shù)據(jù)，故其容積為,按GB/T7938——1999規(guī)定，其標準值為V=250L。 2.4液壓傳動系統(tǒng)的執(zhí)行元件 2.4.1 執(zhí)行元件的載荷計算及變化規(guī)律. 執(zhí)行元件的載荷即為液壓缸的總阻力，油缸要運動必須克服其阻力才能運行，因此在次計算油缸的總阻力即可，油缸的總阻力包括：阻礙工作運動的切削力，運動部件之間的摩擦阻力，密封裝置的摩擦阻力，起動制動或換向過程中的慣性力，回油腔因被壓作用而產(chǎn)生的阻力，即液壓缸的總阻力也就是它的最大牽引力： （1）切削力。根據(jù)其概念：阻礙工作運動的力，在本設計中即為額定負載的重力和支架以及上頂板的重力： 其計算式為： （2）摩擦力。各運動部件之間的相互摩擦力由于運動部件之間為無潤滑的鋼-鋼之間的接觸摩擦，取， 其具體計算式為： （3）密封裝置的密封阻力。根據(jù)密封裝置的不同，分別采用下式計算： O形密封圈： 其中F為液壓缸的推力 Y形密封圈： f 表示摩擦系數(shù)，取 p 表示密封處的工作壓力 單位Pa d 表示密封處的直徑 單位m 表示密封圈有效高度 單位m 密封摩擦力也可以采用經(jīng)驗公式計算，一般取 （4）運動部件的慣性力。 其計算式為： 式中： G 表示運動部件的總重力 單位N g 表示重力加速度 單位 表示啟動或制動時的速度變量 單位m/s 表示起動制動所需要的時間 單位s 對于行走機械，本設計中取值為。 （5）背壓力。背壓力在此次計算中忽略，而將其計入液壓系統(tǒng)的效率之中。 由上述說明可以計算出液壓缸的總阻力為： =(204.8+316+120+188+2500)x9.8+0.15(204.8+316+120)x 9.8+(204.8+316+120+188+2500)x0.4+(204.8+316+120+188+2500)9.80.05 =40KN 液壓缸的總負載為40KN，該系統(tǒng)中共有2個液壓缸個液壓缸，故每個液壓缸需要克服的阻力為20KN。 該升降臺的額定載荷為100Kg ，其負載變化范圍為0—100Kg，在工作過程中無沖擊負載的作用，負載在工作過程中無變化，也就是該升降臺受恒定負載的作用。 2.4.2 液壓缸的類型及結構形式 液壓缸有多種類型。按作用方式可分為單作用式和雙作用式兩種；按結構形式可分為活塞式、柱塞式、組合式和擺動式四大類。 其中，單作用液壓缸分為：單活塞桿液壓缸、雙活塞桿液壓缸、柱塞式液壓缸、差動液壓缸和伸縮液壓缸。但是，差動式液壓缸和柱塞式液壓缸只能單作用而不能雙作用。組合液壓缸包括：彈簧復位式、齒條式、串聯(lián)式和增壓式四種。擺動液壓缸又分為：單葉片式和雙葉片式兩種。下面以一種典型液壓缸為例，說明液壓缸的基本組成。 雙作用單活塞桿液壓缸如上圖所示。它由缸筒10，活塞11，活塞桿18，缸蓋9、密封圈7、14，導向套9，耳環(huán)1、彈簧擋圈4、17等主要零件組成。這種液壓缸缸筒固定，活塞桿帶動工作臺作往復運動?；钊缅F銷9、22與空心活塞桿連接，并用堵頭2堵死活塞桿的一頭。缸筒兩端外圓上套有鋼絲卡套6、15，用于阻止壓板11、20向外移動，從而通過螺栓將缸蓋9與壓板相連（圖中沒有畫出），并把缸蓋壓緊在缸筒的兩端。為了減少泄漏，在液壓缸中可能發(fā)生泄漏的結合面安放了密封圈和紙墊?？招幕钊麠U和其上的油口A、B提供了液壓缸的進、出油口。當缸筒移動到左、右終端時，油口A、B的開度逐漸減小，造成回油阻力逐漸增大，對運動部件起到制動緩沖作用。在缸蓋上設有與排氣閥（圖中沒有畫出）相連的排氣孔5、14，可以排出液壓缸中的空氣，使運動更加平穩(wěn)。 表2-1液壓缸的類型和特點 類型 速度 作用力 特點 單 作 用 液 壓 缸 雙活塞桿液壓缸 U=q/A3 F=p1A1 活塞的兩側都裝有活塞桿，只能向活塞一側供給壓力油，由外力使活塞反向運動 單活塞桿液壓缸 U=q/A3 F1=p1A1 活塞僅單向運動，返回行程利用自重或負荷將活塞推回 柱塞式液壓缸 U=q/A3 F1=p1A1 柱塞僅單向運動，由外力使柱塞反向運動 差動液壓缸 U3=q/A3 F3=p1A1 可使速度加快，但作用力相應減小 伸縮液壓缸 --- --- 以短缸獲得長行程；缸由大到小逐節(jié)推出，靠外力由小到大逐節(jié)縮回 雙 作用液壓缸 雙活塞桿液壓缸 U1=q/A3 U2=q/A2 F1=（p1-p2）A1 F2=（p2-p1）A2 雙邊有桿，雙向液壓驅動，雙向推力和速度均相等 單活塞桿液壓缸 U1=q/A3 U2=q/A2 F1=（p1-p2）A1 F2=（p2-p1）A2 單邊有桿，雙向液壓驅動，u1〈V U2，F(xiàn)1〉F2 伸縮液壓缸 --- --- 雙向液壓驅動，由大到小逐節(jié)推出，由小到大逐節(jié)縮回 組 合 液 壓 缸 彈簧復位液壓缸 --- --- 單向由液壓驅動，回程彈簧復位 串聯(lián)液壓缸 U1=q/（A1+A2） U2=q2A2 F1=p1（A1-A2）-2qA2 F1=2p2A2-A2-q1（A1+A2） 用于缸的直徑受限制，而長度不受限制處，可獲得在的推力 增 壓 缸 --- --- 由活塞缸和柱塞缸組合而成，低壓油送入A腔，B腔輸出高壓油 齒條液壓缸 --- --- 活塞的移動通過傳動機構變成齒輪的往復回轉運動 擺動液壓缸 單葉片液壓缸 W =8q/（b（D2-d2） T=p（D^2-d^2）b/8 把液壓能變?yōu)榛剞D的機械能，輸出軸擺動角 < 300度 雙葉片液壓缸 W =4q/（b（D2-d2） T=p（D^2-d^2）b/4 把液壓能變?yōu)榛剞D的機械能，輸出軸擺動角 < 150度 注：b—葉片寬度；D—葉片的底端 、頂端直徑；w—葉片軸的角速度；T-- 理論轉矩 2.4.3 液壓缸的組成 從以上液壓缸的結構形式上可知：液壓缸可以分為缸體組件、活塞組件、密封裝置、緩沖裝置和排氣裝置五大部分。 2.4.3.1缸體組件 缸筒組件有缸筒和缸蓋組成。缸筒和缸蓋的連接形式與其工作壓力有關。當工作壓力p<10MPa時,缸筒使用鑄鐵；工作壓力p<20MPa時，缸筒使用無縫鋼管；工作壓力p>20MPa時，使用鑄鋼或鍛鋼。以下是幾種常見的缸筒與缸蓋的聯(lián)接形式： 圖2-21(a)所示為法蘭連接式，結構簡單，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。圖2-21(b)所示為半環(huán)連接式，它的缸筒壁部因開了環(huán)形槽而削弱了強度，為此有時要加厚缸壁，它容易加工和裝拆，重量較輕，常用于無縫鋼管或鍛鋼制的缸筒上。圖2-21(c)所示為螺紋連接式，它的缸筒端部結構復雜，外徑加工時要求保證內外徑同心，裝拆要使用專用工具，它的外形尺寸和重量都較小，常用于無縫鋼管或鑄鋼制的缸筒上。圖2-21(d)所示為拉桿連接式，結構的通用性大，容易加工和裝拆，但外形尺寸較大，且較重。圖2-21(e)所示為焊接連接式，結構簡單，尺寸小，但缸底處內徑不易加工，且可能引起變形。 圖2-21缸筒和缸蓋結構 (a)法蘭連接式(b)半環(huán)連接式(c)螺紋連接式(d)拉桿連接式(e)焊接連接式 由此可見，缸筒的材料一般要求有足夠的強度和沖擊韌性，對焊接的缸筒，還要求有良好的焊接性能。 為了能夠最大限度的滿足用戶對產(chǎn)品性能的需求和產(chǎn)品設計的經(jīng)濟合理以及保證工人人身和設備安全，改善操作者工作環(huán)境，洛陽強力液壓股份有限公司所生產(chǎn)的液壓缸缸筒毛坯件選擇由專業(yè)廠方提供內圓已經(jīng)過衍磨和外圓已加工的高精度冷拔無縫鋼管，能滿足以下要求： a、缸筒內徑的圓度和圓柱度可選取8級。 b、缸筒端面的垂直度選取7級精度。 c、缸筒端部用螺紋連接時，螺紋應選取6級精度的細牙螺紋。 2.4.3.2活塞組件 活塞組件有活塞、活塞桿和連接件等組成，活塞與活塞桿連接形式?jīng)Q定于工作壓力、安裝形式、工作條件等。 由于活塞在缸筒內作往復運動，必須選用優(yōu)質材料。對于整體式活塞，一般采用３５號鋼或４５號鋼；裝配式的活塞采用灰口鑄鐵、耐磨鑄鐵或鋁合金等材料，有特殊要求時可在鋼活塞坯外面裝上青銅、黃銅和尼龍等耐磨套，以延長活塞的使用壽命?；钊麠U無論是空心的還是實心的其材料常采用３５號鋼或４５號鋼等材料，當沖擊振動很大時，也可采用５５號鋼或４０Cr鋼。圖2-22所示為幾種常見的活塞與活塞桿的連接形式： 圖2-22 (a)所示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。螺紋連接雖然結構簡單，安裝方便可靠，但在活塞桿上車螺紋將削弱其強度。圖圖2-22 (b)和(c)所示為卡環(huán)式連接方式。圖2-22 (b)中活塞桿5上開有一個環(huán)形槽，槽內裝有兩個半圓環(huán)3以夾緊活塞4，半環(huán)3由軸套2套住，而軸套2的軸向位置用彈簧卡圈1來固定。圖2-22 (c)中的活塞桿，使用了兩個半圓環(huán)4，它們分別由兩個密封圈座2套住，半圓形的活塞3安放在密封圈座的中間。圖2-22 (d)所示是一種徑向銷式連接結構，用錐銷1把活塞2固連在活塞桿3上。這種連接方式特別適用于雙出桿式活塞。 圖2-22 常見的活塞組件結構形式 2.4.3.3密封裝置 密封裝置主要用來防止液壓油的泄漏。液壓缸因為是依靠密閉油液容積的變化來傳遞動力和速度，故密封裝置的優(yōu)劣，將直接影響液壓缸的工作性能。根據(jù)兩個需要密封的偶合面間有無相對運動，可把密封圈分為動密封和靜密封兩類。設計或選用密封裝置的基本要求是：具有良好的密封性能，并隨著壓力的增加能自動提高其密封性能，摩擦阻力小，密封件耐油性，抗腐蝕性好，使用壽命長，使用的溫度范圍廣，制造簡單，裝拆方便等。通常液壓缸的密封有間隙密封、活塞環(huán)密封、Ｏ型密封圈、Y型密封圈、V型密封圈等密封方式來防止漏油。 圖2-23密封裝置 (a)間隙密封(b)摩擦環(huán)密封(c)○形圈密封(d)V形圈密封 液壓缸中常見的密封裝置如上圖2-23所示。圖2-23 (a)所示為間隙密封，它依靠運動間的微小間隙來防止泄漏。為了提高這種裝置的密封能力，常在活塞的表面上制出幾條細小的環(huán)形槽，以增大油液通過間隙時的阻力。它的結構簡單，摩擦阻力小，可耐高溫，但泄漏大，加工要求高，磨損后無法恢復原有能力，只有在尺寸較小、壓力較低、相對運動速度較高的缸筒和活塞間使用。圖2-23 (b)所示為摩擦環(huán)密封，它依靠套在活塞上的摩擦環(huán)(尼龍或其他高分子材料制成)在O形密封圈彈力作用下貼緊缸壁而防止泄漏。這種材料效果較好，摩擦阻力較小且穩(wěn)定，可耐高溫，磨損后有自動補償能力，但加工要求高，裝拆較不便，適用于缸筒和活塞之間的密封。圖2-23 (c)、圖2-23 (d)所示為密封圈(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。它結構簡單，制造方便，磨損后有自動補償能力，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。 對于活塞桿外伸部分來說，由于它很容易把臟物帶入液壓缸，使油液受污染，使密封件磨損，因此常需在活塞桿密封處增添防塵圈，并放在向著活塞桿外伸的一端。 2.4.3.4 緩沖裝置 當運動部件拖動質量較大的部件作往復運動時、運動速度較高時(v>12m/min)。運動部件慣性力較大，活塞運動到終端會與缸蓋發(fā)生機械碰撞，產(chǎn)生沖擊、噪聲，嚴重時影響加工精度，甚至引起破壞性事故。因此，在液壓缸內兩端部應設置緩沖裝置。 一般緩沖裝置由緩沖柱塞、緩沖油腔、三角節(jié)流槽、單向閥、節(jié)流閥組成。組合的緩沖形有圓柱形環(huán)隙式、圓錐形環(huán)隙式、節(jié)流口可變式節(jié)流口可調式。 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。 如下圖2-24(a)所示，當緩沖柱塞進入與其相配的缸蓋上的內孔時，孔中的液壓油只能通過間隙δ排出，使活塞速度降低。由于配合間隙不變，故隨著活塞運動速度的降低，起緩沖作用。當緩沖柱塞進入配合孔之后，油腔中的油只能經(jīng)節(jié)流閥1排出，如圖2-24 (b)所示。由于節(jié)流閥1是可調的，因此緩沖作用也可調節(jié)，但仍不能解決速度減低后緩沖作用減弱的缺點。如圖2-24 (c)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。 圖2-24 液壓缸的緩沖裝置 1—節(jié)流閥 2.4.3.5排氣裝置 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。對于要求不高的液壓缸往往不設專門的排氣裝置，而是將油口布置在缸茼兩端的最高處，這樣也能使空氣隨油液排往油箱，在從油面逸出；對于速度穩(wěn)定性要求較高的液壓缸或大型液壓缸，常在液壓缸的最高處設置進出油口把氣帶走，也可在最高處設置放氣孔或專門的放氣閥。 圖2-25 放氣裝置 1—缸蓋 2—放氣小孔 3—缸體 4—活塞桿 第三章 、DG型液壓缸的設計 3.1 液壓缸的說明 DG型液壓缸是液壓系統(tǒng)中活塞桿作往復運動的工作機構。其結構形式均為單活塞桿雙作用耳環(huán)安裝式。主要用于工程機械、運輸機械、礦山機械及車輛等。 3.2 DG型液壓缸的設計 液壓缸的設計計算： 由于液壓執(zhí)行元件與主機結構有著直接關系，因此 液壓缸的主要尺寸包括缸筒內徑D、活塞桿直徑d和缸筒長度L。 ??根據(jù)負載大小和液壓缸的工作壓力確定活塞的有效工作面積，再根據(jù)液壓缸的不同結構形式計算出缸筒的內徑?；钊麠U直徑是按受力情況決定的，可按表3.1初步選取。缸筒長度的確定要考慮活塞最大行程、活塞厚度、導向和密封所需長度等因素。通常情況L≤(20~30)d。計算結果要圓整成國家標準中的推薦值。主要尺寸初步確定后，還要按速度要求進行驗證。同時滿足力和速度的要求后才可以確定下來。 表3.1? 液壓缸工作壓力與活塞桿直徑 液壓缸工作壓力p/MPa <5 5～7 >7 推薦活塞桿直徑d (0.5～0.55)D (0.6～0.7)D 0.7D 強度校核的項目包括缸筒壁厚δ、活塞桿直徑d和缸蓋固定螺栓的直徑ds。 當D/δ>10時為薄壁，δ按下式校核: 式中，D-缸筒內徑； [σ]—缸筒材料的許用應力，[σ]=σb/n，σb是材料的抗拉強度，一般取安全系數(shù)n=5； py—試驗壓力，當缸的額定壓力pn≤16Mpa時，py=1.5pn；pn>16Mpa時，py=1.25pn。 當D/δ<10時為厚壁，δ按下式校核: 2.活塞桿直徑d 式中，F(xiàn)—活塞桿上的作用力；[σ]—活塞桿材料的許用應力，[σ]= σb/1.4。 3.缸蓋固定螺栓直徑ds 式中，F(xiàn)—活塞桿上的作用力；k—螺紋擰緊定螺栓個數(shù)； [σ]—螺栓材料的許用應力，[σ]= σs/（1.22~2.5），σs為材料的屈服點。[σ]—活塞桿材料的許用應力，[σ]= σb/1.4。 3.2.1活塞桿穩(wěn)定性校核 當活塞桿受軸向壓縮負載時有壓桿穩(wěn)定性問題，即 壓縮力F超過某一臨界Fk值時活塞桿就會失去穩(wěn)定性?；钊麠U穩(wěn)定性按下式進行校核?????? 式中，nk—安全系數(shù)，一般取nk=2~4當活塞桿的細長比時， 當活塞桿的細長比，且時， 安裝長度；rk—活塞桿截面最小回轉半徑，；ψ1—柔性系數(shù)；ψ2—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，鋼材：；J—活塞桿橫截面慣性矩；A—活塞桿橫f—由材料強度決定的試驗值；α—系數(shù)。 3.２.2 缸筒的設計 （1）缸筒材料的選擇及加工工藝 參閱《鄭州強盛液壓制造有限公司產(chǎn)品樣本》（以下簡稱《產(chǎn)品樣本》）第15頁可知，DG型液壓缸的最大推力和拉力為16MPa，即：工作壓力p<20MPa；所以，缸筒材料可選用無縫鋼管；結合本公司生產(chǎn)車間的實際加工水平，在選購缸筒原材料時,一般都是直接從鋼材廠訂購經(jīng)過冷拔后的20號鋼的缸筒毛坯件。即：內圓已經(jīng)過衍磨、外圓已加工的高精度冷拔無縫鋼管。 （2）確定缸筒的總體尺寸 a.缸筒內徑的大小及厚度 查《產(chǎn)品樣本》第16頁圖表可得，DG型液壓缸缸筒的內徑為90mm，外徑為108mm。即：厚度為18mm。 b.缸筒的總長度的確立 參考《產(chǎn)品樣本》第17頁圖表可得：缸筒總長度L由活塞桿兩端活塞寬度、導向筒的寬度以及在滿足本液壓缸的行程后來確定。在整個液壓缸的設計中，缸筒的長度屬于不確定因素。在此，先不予考慮。 3.２.3 活塞桿的設計 下面是整體式活塞桿的幾種聯(lián)接結構如下圖： 1.、耳環(huán)連接 2、端部鉸軸連接 3、中部鉸軸連接 4、端部法蘭連接 5、中部法蘭連接 6、底部法蘭連接 第四章、負載圖和速度圖 取液壓缸的機械效率η=0.9，計算液壓缸各工作階段的負載情況 啟動：F=Ffj=880N; F‵=F/η=1160/0.9 N=1289 N; 加速：F=Ffd+Fg=580+493.20=1073.20 N; F‵=F/η=1073.20/0.9=1193 N; 快進：F=Ffd=290 N; F‵=F/η=580/0.9=645 N; 工進：F=Ffd+Fw=580+3183=3763 N; F‵=F/η=3763/0.9=4182 N; 快退：F=Ffd=290N; F‵=F/η=580/0.9=645 N; 液壓缸各階段負載情況 階段 負載計算公式 液壓缸負載F/N 液壓缸推力F‵/N 啟動 F=Ffj 1160 1289 加速 F=Ffd+Fg 1073.20 1193 快進 F=Ffd 580 645 工進 F=Ffd+Fw 3763 4182 快退 F=Ffd 580 1193 根據(jù)工況負載F及行程S，繪制負載圖（根據(jù)工進速度V1，快進速度V2確定下圖）： 總 結 經(jīng)過幾個星期的學習和努力，我終于完成了本次畢業(yè)設計任務。在此期間我查找各方面的書籍并上網(wǎng)搜索資料，鍛煉了自己和獨立解決問題的能力。 在整個畢業(yè)設計過程中，使我對AUTOCAD、Word等辦公軟件有更深的了解，學會如何應用及合理的規(guī)劃布局。從中，學到不少有關機械方面的知識，同時對機械設計和液壓傳動得到更進一步的了解，這是第一次如此重視的液壓缸設計，在這次設計即將結束時自己才發(fā)現(xiàn)所有的有價值的資料都來源于圖書館和累積下來的手稿。來自網(wǎng)絡的知識都是粗糙的，可直接利用的卻不夠詳盡不夠本原，是自己對這次畢業(yè)設計的最大體會。 但由于自己學歷不精，認識不足，在本次設計中存在一定地失誤和欠缺，希望老師給予批評和幫助，使本次設計更加完美，讓我在大學所學到的知識綜合運用起來，會對我以后工作有很大的幫助。在今后的學習和工作中更努力，認真負責，妥善地完成本職工作。 參考文獻 [1] 鄧星鐘. 機電傳動控制[M]. 華中科技大學出版社， 2002。 [2] 孫志禮、冷興聚、魏延剛等 . 機械設計[M]. 東北大學出版社， 2003。 [3] 徐灝. 機械設計手冊[M]第5卷. 機械液壓出版社， 1992。 [4] 吳宗澤. 機械設計師手冊[M]. 機械液壓出版社， 2002 。 [5] 成大先. 機械設計圖冊[M]. 化學液壓出版社， 2002年。 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