317 液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)執(zhí)行裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

317 液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)執(zhí)行裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),液壓,教學(xué),實(shí)驗(yàn),試驗(yàn),執(zhí)行,履行,裝置,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7 學(xué)校代碼：10410序 號(hào)：20050438本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)題目：液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)執(zhí)行裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)學(xué) 院： 工 學(xué) 院 姓 名： 羅志堅(jiān) 學(xué) 號(hào)： 20050438 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 年 級(jí)： 機(jī)制 052 指導(dǎo)教師： 楊衛(wèi)平 二 OO 九年 五 月液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)執(zhí)行裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)i摘 要本設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)了液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的執(zhí)行裝置液壓油缸，簡(jiǎn)述了液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)，原理和發(fā)展形勢(shì)。論文結(jié)合當(dāng)前液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的發(fā)展趨勢(shì)，液壓傳動(dòng)課程的教學(xué)特點(diǎn)和要求，確定了液壓缸的工作壓力。根據(jù)工作壓力對(duì)液壓缸的各部件的尺寸進(jìn)行計(jì)算和結(jié)構(gòu)連接的選取確定了液壓缸的結(jié)構(gòu)。同時(shí)還考慮了液壓缸各元件之間密封的選取和設(shè)計(jì)。最后還考慮了進(jìn)出油口的管接頭設(shè)計(jì)和液壓缸的排氣裝置，最終完成了液壓缸的整體設(shè)計(jì)。所設(shè)計(jì)的液壓油缸經(jīng)濟(jì)適用，適用于中低壓的液壓系統(tǒng)，而且拆卸和組裝都很方便適合液壓教學(xué)的使用，滿足學(xué)生和老師進(jìn)行液壓實(shí)驗(yàn)的要求。關(guān)鍵詞：液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái) 液壓缸 液壓設(shè)計(jì) 中低液壓系統(tǒng)Hydraulic teaching test-bed implementation of the structural design of devicesThe design of the hydraulic design of the main test-bed implementation of the teaching device hydraulic cylinder, hydraulic outlined the structure of test-bed teaching, principles and developments. Thesis combined with the current test-bed hydraulic teaching the development trend of teaching hydraulic characteristics and requirements, determine the work of the hydraulic cylinder pressure. According to the work pressure on the hydraulic cylinder the size of the various components are calculated and the structure of the selected connection identified the structure of hydraulic cylinders. At the same time, also considered among the components of hydraulic cylinder seal selection and design. Finally, taking into account the oil out of the mouth of the pipe connection of hydraulic cylinder design and the exhaust device, the final completion of the overall design of hydraulic cylinder. Designed hydraulic cylinder affordable, suitable for medium and low pressure hydraulic systems, and facilitate the dismantling and assembly are suitable for the use of hydraulic teaching to meet students and teachers to carry out the requirements of hydraulic experiments. Keywords: hydraulic cylinder hydraulic test-bed design of low-hydraulic system液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)執(zhí)行裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)ii目 錄1 緒論......................................................................................................................................11.1 引言...............................................................................................................................11.2 液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)概述.......................................................................................................11.2.1 國(guó)內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì).............................................................................11.2.2 液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)功能及組成.............................................................................11.3 課題研究依據(jù)及本文所做的工作...............................................................................32 多功能液壓教學(xué)臺(tái)執(zhí)行裝置的設(shè)計(jì)..................................................................................52.1 執(zhí)行裝置功能要求.......................................................................................................52.2 執(zhí)行裝置設(shè)計(jì)...............................................................................................................53 多功能液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)液壓缸的設(shè)計(jì)..............................................................................63.1 液壓缸種類的確定.......................................................................................................63.2 液壓缸主要尺寸的確定...............................................................................................63.2.1 液壓工作壓力的確定.........................................................................................63.2.2 液壓缸內(nèi)徑 D 和活塞桿直徑 d 的確定 ............................................................63.2.3 液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算.................................................................................83.2.4 液壓缸工作行程的確定.....................................................................................93.2.5 液壓缸缸蓋厚度的確定.....................................................................................93.2.6 最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定.......................................................................................103.2.7 缸體長(zhǎng)度的確定...............................................................................................113.3 液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).....................................................................................................113.3.1 缸體與缸蓋的連接形式...................................................................................113.3.2 活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)...............................................................................113.3.3 活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)...................................................................................133.3.4 活塞、活塞桿及端蓋處密封圈的選用...........................................................143.3.5 液壓缸的緩沖裝置...........................................................................................183.3.6 液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu)...................................................................................203.3.7 液壓缸的進(jìn)出油口的管接頭...........................................................................233.3.8 液壓缸的排氣裝置...........................................................................................233.3.9 液壓缸的總體連接...........................................................................................24液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)執(zhí)行裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)iii4 總結(jié)......................................................................................................................................254.1 設(shè)計(jì)總結(jié).....................................................................................................................25參考文獻(xiàn)..................................................................................................................................26致謝..........................................................................................................................................27液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)執(zhí)行裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1 緒 論1.1 引言隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，液壓技術(shù)的發(fā)展非常迅速，其應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣，因而對(duì)他的元件和系統(tǒng)的性能要求也就越來(lái)越高。因此，為了確定和考核液壓系統(tǒng)及其組成元件完整的性能參數(shù)、品質(zhì)指標(biāo)等所進(jìn)行的測(cè)試、實(shí)驗(yàn)工作，也就需要滿足更高的要求 。而在高校，液壓傳動(dòng)是機(jī)械類專業(yè)的重要技術(shù)基礎(chǔ)課程之一，實(shí)驗(yàn)是該課程的重要組成部分，傳統(tǒng)的液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)功能單一，控制技術(shù)落后，不能順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展、培養(yǎng)同學(xué)的創(chuàng)新意識(shí)和能力。隨著教學(xué)改革的不斷深入、生產(chǎn)技術(shù)的飛躍發(fā)展以及社會(huì)對(duì)人才需求的不斷變化和提高。高校對(duì)所培養(yǎng)出的學(xué)生不僅要求具有較高的理論水平，而且要求有一定的實(shí)際操作技能、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力。近年來(lái)，電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及其技術(shù)向機(jī)械行業(yè)的滲透，使得機(jī)—電—液一體化的產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。所有這些變化，對(duì)液壓傳動(dòng)課程提出了新的和更進(jìn)一步的要求。液壓傳動(dòng)課程是一門理論與實(shí)踐相結(jié)合的課程，其特點(diǎn)在于課程的實(shí)踐性大于理論性，教學(xué)過(guò)程中需要配合一系列實(shí)驗(yàn)，因此實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)在這門課中占的比重很大，是課程的重要組成部分。鑒于實(shí)驗(yàn)的重要性，和社會(huì)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新和實(shí)踐能力的呼聲越來(lái)越高，傳統(tǒng)的液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)因?yàn)閷?shí)驗(yàn)內(nèi)容固定、功能單一、管路已連接好、不易修改、實(shí)驗(yàn)以演示為主、學(xué)生動(dòng)手機(jī)會(huì)少等缺陷，已不能勝任實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)。因此，設(shè)計(jì)一種實(shí)驗(yàn)內(nèi)容豐富、多變，加強(qiáng)動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)，具有機(jī)－電－液一體化等多功能的新型實(shí)驗(yàn)臺(tái)便成了需要。1.2 液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)概述1.2.1 國(guó)內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì)液壓傳動(dòng)課程是高校機(jī)械類學(xué)生的重要課程之一，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是該課程的有機(jī)組成部分。傳統(tǒng)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)存在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容固定、功能單一、管路已連接好、不易修改、實(shí)驗(yàn)以演示為主、學(xué)生動(dòng)手機(jī)會(huì)少等缺陷。隨著高校教學(xué)改革的深入和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高校培養(yǎng)的學(xué)生不僅要有較高的理論水平，而且要有一定的實(shí)際操作能力和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、分析能力以及機(jī)——電——液一體化的能力等。因此，近年來(lái)液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)方法上都發(fā)生了較大的變化。歸納起來(lái)主要有：實(shí)驗(yàn)內(nèi)容豐富、多變：實(shí)驗(yàn)過(guò)程加強(qiáng)了動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)：具有機(jī)——電——液一體化的能力等等。目前，液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)發(fā)展的動(dòng)向，概括有以下幾點(diǎn)：1.模塊化設(shè)計(jì),陪有安裝的底版,實(shí)驗(yàn)時(shí)可以隨意在通用鋁合金型材板上,組裝回路操作簡(jiǎn)單方便。液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)執(zhí)行裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- 2 -2．該系統(tǒng)全部采用標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)液壓元件，使用安全可靠，貼近實(shí)際。3．快速而可靠的連接方式，特殊的密封接口，保證實(shí)驗(yàn)組裝隨便、快捷，拆接不漏油，清潔干凈。4．精確的測(cè)量?jī)x器，方便的測(cè)量方式，使得簡(jiǎn)單，讀數(shù)準(zhǔn)確。1.2.2 液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)功能及組成一、功能特點(diǎn)根據(jù)當(dāng)前液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的發(fā)展趨勢(shì),再加上液壓傳動(dòng)課程的教學(xué)特點(diǎn)和要求。歸納起來(lái)，其主要有以下特點(diǎn)和功能：1.多功能，可擴(kuò)展 實(shí)驗(yàn)臺(tái)的主體部分主要是提供液壓油源，并集成了壓力檢測(cè)、電信號(hào)檢測(cè)與控制接口等。實(shí)驗(yàn)臺(tái)主體上還設(shè)有一油缸組件作為實(shí)驗(yàn)回路的執(zhí)行裝置，完成執(zhí)行油缸的速度測(cè)試、位置檢測(cè)和油缸加載等功能；組成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目所需的液壓元件和管件等則是一些獨(dú)立的組件，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)的需要進(jìn)行任意組合，以滿足不同實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的需要；實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的控制采用本實(shí)驗(yàn)臺(tái)專用多功能液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制器進(jìn)行控制，它既可手動(dòng)編程，也可根據(jù)需要編程，進(jìn)行自動(dòng)控制。另外，在實(shí)驗(yàn)臺(tái)的托油盤上，還設(shè)置有備用的工作臺(tái)。在其上面可靈活安裝、固定各種元件和裝置，以適應(yīng)多種液壓回路實(shí)驗(yàn)之用。所有這些，使得本實(shí)驗(yàn)臺(tái)成為既具有多功能的特點(diǎn)，又具有“機(jī)—電—液”一體化特色的一種新型的、開(kāi)放型的實(shí)驗(yàn)裝置。2.直觀性強(qiáng) 由于實(shí)驗(yàn)臺(tái)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所采用的元件和管件等均為實(shí)物，故縮短了教學(xué)與工程實(shí)踐的距離，使得同學(xué)對(duì)元件的外觀、作用，調(diào)整方法的目的性，液壓回路中油路走向的清晰性等，都具有更深刻的理解。這樣不僅起到加深學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)的作用，而且還是對(duì)課堂教學(xué)的一種補(bǔ)充，避免了課堂教學(xué)抽象和不易理解的缺點(diǎn)。為解決理論教學(xué)中所存在的一些重點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題，創(chuàng)造了條件。3.有助于創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力的培養(yǎng) 實(shí)驗(yàn)臺(tái)由于采用了組裝式的設(shè)計(jì)思想，從而既可要求學(xué)生完成規(guī)定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，也允許學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，以實(shí)現(xiàn)或驗(yàn)證自己的設(shè)想。進(jìn)而達(dá)到提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和動(dòng)手能力的目的。而且，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣等提供了一個(gè)強(qiáng)有力的支持平臺(tái)。4.綜合性強(qiáng) 由于實(shí)驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使其對(duì)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維、學(xué)習(xí)興趣、工程設(shè)計(jì)能力，液壓系統(tǒng)的調(diào)試能力及綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)能力等都具有極大的幫助。并且可成為相關(guān)課程（如可編程控制器課程等）的一個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，使實(shí)驗(yàn)臺(tái)不僅可滿足液壓傳動(dòng)課程的實(shí)驗(yàn)需要，還可以用于課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等較大項(xiàng)目的教學(xué)任務(wù)，使本專業(yè)的學(xué)生對(duì)機(jī)—電—液一體化的產(chǎn)品、技術(shù)，有更加深刻的理解、認(rèn)識(shí)。同時(shí)對(duì)教師的科研工作也有一定的幫助，真正發(fā)揮該機(jī)所具有的一機(jī)多能的作用。二、結(jié)構(gòu)組成如圖 1-1 所示為該實(shí)驗(yàn)臺(tái)外形圖，其由主體部分、電氣控制部分和液壓元件柜三部分組成。主體部分是實(shí)驗(yàn)臺(tái)的主要部分，它包括液壓油源的供給、系統(tǒng)壓力的檢測(cè)、液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)執(zhí)行裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- 3 -液壓元件安裝固定、執(zhí)行油缸組件的固定以及電氣控制接口等；電氣控制部分是以PLC（可編程控制器）為核心，并設(shè)置有必要的控制按鈕、輸出狀態(tài)顯示和與主機(jī)部分的連接接口等。其連接接口采用了航空插頭連接，使其連接簡(jiǎn)單、可靠；液壓元件柜主要用于存儲(chǔ)組裝液壓回路實(shí)驗(yàn)時(shí)所需的各類液壓元件和管件等。圖 1-1 QCS014A 型多功能液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)1.3 課題研究依據(jù)及本文所做的工作在人類對(duì)自然界規(guī)律的探索和認(rèn)識(shí)過(guò)程中，科學(xué)實(shí)驗(yàn)是必不可少的一個(gè)重要環(huán)節(jié)?？梢哉f(shuō)沒(méi)有實(shí)驗(yàn)也就沒(méi)有現(xiàn)代科學(xué)。當(dāng)然，在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中人是應(yīng)一直居于主導(dǎo)地位的。人們?cè)讷@得感性知識(shí)的基礎(chǔ)上，必須通過(guò)頭腦的綜合和思維，上升成為理性認(rèn)識(shí)，提出假設(shè)和廣義的規(guī)律性結(jié)論。為了檢驗(yàn)和驗(yàn)證理性結(jié)論的正確性，人們還必須主動(dòng)地、積極地投身到科學(xué)實(shí)驗(yàn)中去，用理論來(lái)知道實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，并從實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析中來(lái)不斷充實(shí)、驗(yàn)證和發(fā)展理論，增加理論的深度和廣度。因此，對(duì)于每一個(gè)獻(xiàn)身于科學(xué)的人，特別是工程技術(shù)人員，都應(yīng)對(duì)所從事的科學(xué)中的實(shí)驗(yàn)技術(shù)予以充分的重視。液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)執(zhí)行裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- 4 -隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，液壓技術(shù)的發(fā)展非常迅速，其應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣，因而對(duì)他的元件和系統(tǒng)的性能要求也就越來(lái)越高。因此，為了確定和考核液壓系統(tǒng)及其組成元件完整的性能參數(shù)、品質(zhì)指標(biāo)等所進(jìn)行的測(cè)試、實(shí)驗(yàn)工作，也就需要滿足更高的要求。而在高校，液壓傳動(dòng)是機(jī)械類專業(yè)的重要技術(shù)基礎(chǔ)課程之一，實(shí)驗(yàn)是該課程的重要組成部分，傳統(tǒng)的液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)功能單一，控制技術(shù)落后，不能順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展、培養(yǎng)同學(xué)的創(chuàng)新意識(shí)和能力。鑒于液壓傳動(dòng)在各領(lǐng)域里的實(shí)際應(yīng)用和在高校里的教學(xué)應(yīng)用，本人選擇了“液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)執(zhí)行裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”這一課題。而由于本人能力的局限,所以本人只對(duì)執(zhí)行裝置中的液壓油缸做設(shè)計(jì)液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)執(zhí)行裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- 5 -2 多功能液壓教學(xué)臺(tái)執(zhí)行裝置的設(shè)計(jì)2.1 執(zhí)行裝置的功能要求該執(zhí)行裝置是多功能液壓教學(xué)試驗(yàn)臺(tái)的主要部件之一，為配合該實(shí)驗(yàn)臺(tái)多功能的需要，在設(shè)計(jì)之初，為其提出了以下功能要求：(1)能模擬工作負(fù)載，對(duì)工作液壓缸進(jìn)行加載，其載荷值可調(diào)；(2)工作液壓缸具有速度測(cè)定功能，以便對(duì)流入液壓缸的流量進(jìn)行計(jì)算；(3)能模擬機(jī)床工作的動(dòng)作，具有直線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)終點(diǎn)具有行程可調(diào)的死擋鐵，滑塊上具有機(jī)動(dòng)換向閥和行程開(kāi)關(guān)的切換擋塊；(4)具有位置可調(diào)的行程開(kāi)關(guān)和能實(shí)現(xiàn)活塞的位置測(cè)定、速度換接合換向等功能；(5)具有位置可調(diào)的行程閥，配合相應(yīng)得擋塊，能實(shí)現(xiàn)“快進(jìn)—工進(jìn)”的典型速度換接；(6)能完成“雙向順序動(dòng)作回路”的需要，兩個(gè)液壓缸能根據(jù)需要獨(dú)立受控動(dòng)作。2.2 執(zhí)行裝置的設(shè)計(jì)針對(duì)執(zhí)行裝置的功能要求，設(shè)計(jì)了一套多功能的液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)執(zhí)行裝置，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2-1 所示。圖 2-1 執(zhí)行裝置結(jié)構(gòu)示意圖1.底板 2.工作液壓缸 3.T 型支架 4.導(dǎo)桿 5.指針 6.標(biāo)尺 7.滑塊 8.可調(diào)死擋鐵 9.輔助液壓缸 10.行程開(kāi)關(guān)擋鐵 11.行程開(kāi)關(guān) 12.行程換向閥擋塊 13.行程開(kāi)關(guān)固定導(dǎo)軌 14.行程換向閥。該執(zhí)行裝置主要由兩個(gè)液壓缸和中間的機(jī)床模擬工作臺(tái)三部分組成。左邊的液壓缸是工作液壓缸 2，大部分的實(shí)驗(yàn)工作是在該液壓缸上完成的。右邊的液壓缸是輔助液壓缸 9，主要用于工作液壓缸的加載和雙缸液壓缸順序動(dòng)作等。中間的機(jī)床模擬工作臺(tái)是由滑塊 7、導(dǎo)桿 4 和固定導(dǎo)桿的兩個(gè) T 型支架 3 等組成，兩個(gè)導(dǎo)桿模擬機(jī)床導(dǎo)軌，滑塊與工作液壓缸的活塞桿相連，在導(dǎo)桿上直線運(yùn)動(dòng)模擬機(jī)床工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)，滑塊上裝有指針 5、行程開(kāi)關(guān)擋塊 10 和行程換向閥擋塊 12 等。指針 5 和有刻度的標(biāo)尺 6 用于測(cè)定工作液壓缸的位置和速度等。行程開(kāi)關(guān)擋塊 10 和行程開(kāi)關(guān) 11 可將滑塊的位置轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，用于速度換接合換向等，行程開(kāi)關(guān) 11 可在行程開(kāi)關(guān)固定導(dǎo)軌 13 上移動(dòng)并固定。行程換向閥擋塊 12 與行程換向閥 14 配合實(shí)現(xiàn)“快進(jìn)—工進(jìn)”的速度換接?？烧{(diào)死擋鐵 8 可方便的從支架上卸下，其上的可調(diào)螺釘可模擬調(diào)節(jié)滑塊的終點(diǎn)位置。液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)執(zhí)行裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- 6 -3 多功能液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)液壓缸的設(shè)計(jì)3.1 液壓缸種類的確定液壓缸是液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中將油液的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)或擺動(dòng)的執(zhí)行元件。液壓缸的種類有很多結(jié)構(gòu),但根據(jù)其具體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)可分為活塞式、柱塞式和擺動(dòng)式三類基本形式。其中活塞式液壓油缸可分為雙桿式和單桿式兩種結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)執(zhí)行裝置的功能設(shè)計(jì)要求,液壓油缸確定為單桿活塞式液壓油缸。3.2 液壓缸主要尺寸的確定3.2.1 液壓工作壓力的確定液壓缸工作壓力主要根據(jù)液壓設(shè)備的類型來(lái)確定，對(duì)不同用途的液壓設(shè)備，由于工作條件不同，通常采用的壓力范圍也不同。根據(jù)液壓傳動(dòng)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求，并兼顧實(shí)用性，設(shè)定液壓系統(tǒng)的額定工作壓力為 6.3MPa。這既能滿足完成液壓傳動(dòng)課程的各種實(shí)驗(yàn)的要求，又縮小了教學(xué)與實(shí)際應(yīng)用的差距，同時(shí)能為實(shí)際的液壓系統(tǒng)提供一個(gè)試驗(yàn)平臺(tái)。3.2.2 液壓缸內(nèi)徑 D 和活塞桿直徑 d 的確定單活塞桿液壓缸的 D 與 d 的確定如圖 3-1 可知FfcD d Fp1 p2 圖 3-1FpdDFpD????2212 )(44??12212 )()(4pdDpFfDc????液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)執(zhí)行裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- 7 -（3-1）式中 p1 是液壓缸工作壓力，p 2 是液壓缸回油背壓力，p 2 是液壓缸回油背壓力，d/D 是活塞桿直徑與液壓缸內(nèi)徑之比。表 3-1 執(zhí)行元件背壓的估計(jì)值按液壓缸工作壓力選取 d/D工作壓力 p/（MPa） d/D≤2 0.2～0.3>2～5 0.5～0.58>5～7 0.62～0.70>7 0.7表 3-2 液壓缸內(nèi)徑 D 與活塞桿直徑 d 的關(guān)系根據(jù)表 3-1 和表 3-2 可知, p1 可取系統(tǒng)工作壓力 pp，即 p1=pp=6.3 MPa；p2 根據(jù)表 3-1 估計(jì)，確定 p2=0.5 MPa；根據(jù)工作壓力 p1=6.3 MPa，確定 d/D=0.65。F 是工作循環(huán)中最大的外負(fù)載，根據(jù)實(shí)際需要，確定 F=7000 N；Ffc 是液壓竿密封處的摩擦力，因?yàn)樗木_值不易求得，常用液壓缸的機(jī)械效率ηcm 進(jìn)行估算。一般 ηcm=0.9～0.97，取 ηcm=0.9。(3-2) cmcFfF???（3-3） ??????????????2121)(4DdpFDcm??系 統(tǒng) 類 型背壓力p2（ MPa）簡(jiǎn)單的系統(tǒng)和一般輕載的節(jié)流調(diào)速系統(tǒng) 0.2～0.5回油路帶調(diào)速閥的調(diào)速系統(tǒng) 0.5～0.8回油路帶背壓閥 0.5～1.5中、低壓系統(tǒng)0～8 MPa采用帶補(bǔ)液壓泵的閉式回路 0.8～1.5液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)執(zhí)行裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- 8 -????2Dpy?將 F=7000 N，p 1=pp=6.3 MPa，p 2=0.5 MPa，d/D=0.65，η cm=0.9 帶入(3-3)式求D。求得 則 d=26.039mm。m60.4?表 3-3 液壓缸內(nèi)徑尺寸系列（GB2348-80 ）8 10 12 16 20 25 3240 50 63 80 （90） 100 （110）125 （140） 160 （180） 200 （220） 250320 400 500 630注：括號(hào)內(nèi)數(shù)值為非優(yōu)先選用值。表 3-4 活塞桿直徑系列（GB2348-80）4 5 6 8 10 12 14 16 1820 22 25 28 32 36 40 45 5056 63 70 80 90 100 110 125 140160 180 200 220 250 280 320 360 400計(jì)算所得的 D 與 d 值分別按表 3-3 與表 3-4 圓整到相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封元件，確定 D=40mm，d=25mm 。3.2.3 液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算液壓缸的壁厚一般是指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度。從材料力學(xué)可知,承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應(yīng)力分布規(guī)律因壁厚的不同而各異。一般計(jì)算時(shí)可分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。液壓缸的內(nèi)徑 D 與其壁厚 δ 的比值 D/δ≥10 的圓筒稱為薄壁圓筒。起重運(yùn)輸機(jī)械和工程機(jī)械的液壓缸，一般采用無(wú)縫鋼管材料，大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，其壁厚按薄壁圓筒公式計(jì)算式中: δ 是液壓缸壁厚（m） ；D 是液壓缸內(nèi)徑（m） ；py是試驗(yàn)壓力，一般取最大工作壓力的（1.25～1.5）倍（MPa） ；[σ]是缸筒材料的許用應(yīng)力。其值為：鍛鋼：[σ]=110～120MPa；鑄鋼：[σ]=100～110MPa；無(wú)縫鋼管：[σ]=100～110MPa；高強(qiáng)度鑄鐵：[σ]=60MPa；灰鑄鐵：[σ]=25MPa。在中低壓液壓系統(tǒng)中，按上式計(jì)算所得液壓缸的壁厚往往很小，使缸體的剛度往往很不夠，如在切削加工過(guò)程中的變形、安裝變形等引起液壓缸工作過(guò)程卡死或漏油。因此一般不作計(jì)算，按經(jīng)驗(yàn)選取，必要時(shí)按上式進(jìn)行校核。液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)執(zhí)行裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- 9 -???ypDt243.0?液壓缸的材料選用無(wú)縫鋼管，py 取 1.5 倍的最大工作壓力，液壓缸壁厚確定為δ=4mm，經(jīng)檢驗(yàn)，符合要求。液壓缸缸體外徑 D1≥D+2δ=48mm3.2.4 液壓缸工作行程的確定液壓油缸的行程可根據(jù)下表確定表 3-5 液壓缸活塞行程參數(shù)系列（GB2349-80） （mm）25 50 80 100 125 160 200 250320 400 500 630 800 1000 1250 1600Ⅰ2000 2500 3200 400040 63 90 110 140 180 220 280360 450 550 700 900 1100 1400 1800Ⅱ2200 2800 3900240 260 300 340 380 420 480 530600 650 750 850 950 1050 1200 1300Ⅲ1500 1700 1900 2100 2400 2600 3000 3800注：液壓缸活塞行程參數(shù)依Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ次序優(yōu)先選用。根據(jù)需要，選取液壓缸工作行程為 250mm3.2.5 液壓缸缸蓋厚度的確定液壓缸為平底缸蓋，其有效厚度 t 按強(qiáng)度要求可用下面兩式進(jìn)行近似計(jì)算。無(wú)孔時(shí) 有孔時(shí) ??)(43.0022dDpty???式中 p y=1.5×6.3 =9.45 MPa[σ]=100～110 MPat 是缸蓋有效厚度（m） ；液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)執(zhí)行裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- 10 -20DLH??D2是缸蓋止口內(nèi)徑（m） ；d0是缸蓋孔的直徑（m） 。液壓缸后缸蓋為無(wú)孔缸蓋，D 2=33 mm，計(jì)算得 t≥4.4 mm。根據(jù)需要，取后缸蓋壁厚為 25 mm。液壓缸前缸蓋為有孔缸蓋，D 2=33 mm，d 0=25 mm，計(jì)算得 t≥9.0mm。根據(jù)需要，取前缸蓋壁厚為 25 mm。3.2.6 最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支承面的中點(diǎn)到缸蓋滑動(dòng)支承面中點(diǎn)的距離 H 稱為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度（圖 3-2） 。如果導(dǎo)向長(zhǎng)度過(guò)小，將使液壓缸的初始撓度（間隙引起的撓度）增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設(shè)計(jì)時(shí)必須保證有一定的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。圖 3-2對(duì)一般的液壓缸，最小導(dǎo)向長(zhǎng)度 H 應(yīng)滿足以下要求式中 L 是液壓缸的最大行程；D 是液壓缸的內(nèi)徑。計(jì)算得，H≥32.5mm。活塞的寬度 B 一般取 B=（0.6～1.0）D；缸蓋滑動(dòng)支承面的長(zhǎng)度 l1，根據(jù)液壓缸內(nèi)徑 D 而定；當(dāng) D80mm 時(shí)，取 l1=（ 0.6～1.0）d。取 B=0.7×D=28mm，l 1=0.7×D=28mm。所以根據(jù)圖 3-2，H=（l 1+B）/2+C=33 mm，C 是為了保證最小導(dǎo)向長(zhǎng)度 H，將前液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)執(zhí)行裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- 11 -)(21BlHC???缸蓋與缸筒接合處伸長(zhǎng)到長(zhǎng)度 C，來(lái)增加 H 的值。長(zhǎng)度 C 由需要的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度 H 決定，即計(jì)算得，C ≥4.5 mm3.2.7 缸體長(zhǎng)度的確定液壓缸缸體內(nèi)部長(zhǎng)度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長(zhǎng)度還要考慮到兩端端蓋的厚度。一般液壓缸缸體長(zhǎng)度不應(yīng)大于內(nèi)徑的 20～30 倍。缸體內(nèi)部長(zhǎng)度為 250+28=278 mm。缸體外形長(zhǎng)度根據(jù)需要，定為 400 mm。3.3 液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.3.1 缸體與缸蓋的連接形式缸體端部與缸蓋的連接形式與工作壓力、缸體材料以及工作條件有關(guān)。常見(jiàn)的缸蓋連接形式有：法蘭連接、螺紋連接、外半環(huán)連接、內(nèi)半環(huán)連接。①法蘭連接的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本比較低，容易加工，安裝拆卸方便，能承受比較高的工作壓力，強(qiáng)度比較大。但是法蘭連接的徑向尺寸比較大，重量相比螺紋連接的要大，當(dāng)缸體為鋼管時(shí)，用拉桿連接的重量也比較大，用鋼管焊上法蘭，工藝過(guò)程要復(fù)雜些。②螺紋連接的尺寸小，重量比較輕。但是端部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝要求比較高，安裝拆卸時(shí)需要用專用工具，并且擰端蓋時(shí)容易損壞密封圈。③外半環(huán)連接的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，加工裝配都比較方便。但是外半環(huán)連接的外形尺寸大，并且缸筒需要開(kāi)槽，這樣就削弱了缸筒的強(qiáng)度，如果要增加強(qiáng)度需要增加缸筒的壁厚。④內(nèi)半環(huán)連接的外形尺寸比較小，結(jié)構(gòu)緊湊，重量也比較輕。但是缸筒要開(kāi)槽，同樣削弱了缸筒的強(qiáng)度，端部進(jìn)入缸體內(nèi)部較長(zhǎng)，安裝時(shí)密封圈容易被槽口擦傷。 根據(jù)液壓系統(tǒng)的實(shí)際工作情況，綜合上述四種連接方式的優(yōu)缺點(diǎn)，從強(qiáng)度和經(jīng)濟(jì)性兩方面考慮，最終確定選用法蘭連接方式。如圖 3-3液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)執(zhí)行裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- 12 -圖 3-3 法蘭連接3.3.2 活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)活塞桿與活塞常用的連接形式有整體式結(jié)構(gòu)和組合式結(jié)構(gòu)，其中組合式結(jié)構(gòu)又分為螺紋連接、半環(huán)連接和錐銷連接。①整體式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于缸徑比較小的液壓缸。②螺紋連接的應(yīng)用比較多，如組合機(jī)床與工程機(jī)械上的液壓缸。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是在振動(dòng)的工作條件下容易松動(dòng)，因此必須采用鎖緊裝置固定。③半環(huán)連接多應(yīng)用在壓力高、負(fù)荷大、有振動(dòng)的場(chǎng)合。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝拆卸方便，不容易出現(xiàn)松動(dòng)，但是會(huì)出現(xiàn)軸向間隙。④錐銷連接多用于負(fù)荷較小的場(chǎng)合，其結(jié)構(gòu)可靠，用錐銷連接，銷孔必須配鉸，銷釘連接后必須鎖緊。根據(jù)液壓缸工作的實(shí)際需要，綜合上述四種連接形式，從易用性和經(jīng)濟(jì)性角度考慮，最終確定活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)采用螺紋連接。如圖 3-4圖 3-4 螺紋連接3.3.3 活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)，包括活塞桿與端蓋、導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)，以及密封、防塵和鎖緊裝置等。導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)可以做成端蓋整體式直接導(dǎo)向（圖 3-5） ，也可以作成與端蓋分開(kāi)的導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)（圖 3-6） 。后者導(dǎo)向套磨損后便于更換，所以應(yīng)用比較普遍。導(dǎo)向套的位置可以安裝在密封圈的內(nèi)側(cè)，也可以裝在外側(cè)。機(jī)床和工程機(jī)械中一般采用裝在內(nèi)側(cè)的結(jié)構(gòu)，有利于導(dǎo)向套的潤(rùn)滑；而油壓機(jī)常采用裝在外側(cè)的結(jié)構(gòu)，在高壓下工作時(shí)，使密封圈有足夠的油壓將唇邊張開(kāi)，以提高密封性能?；钊麠U處的密封形式有 O 形、V 形、Y 形和 YX 形密封圈。為了清除活塞桿處外液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)執(zhí)行裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- 13 -露部分沾附的灰塵，保證油液清潔及減少磨損，在端蓋外側(cè)增加防塵圈。常用的有無(wú)骨架防塵圈和 J 形橡膠密封圈，也可用毛氈圈防塵。圖 3-5 端蓋整體式直接導(dǎo)向端蓋直接導(dǎo)向，端蓋與活塞桿直接接觸，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但磨損后只能更換整個(gè)端蓋。端蓋與活塞桿的密封常采用 O 形、V 形、Y 形和 YX 形密封圈，防塵圈用無(wú)骨架的防塵圈。圖 3-6 導(dǎo)向套導(dǎo)向?qū)蛱讓?dǎo)向，導(dǎo)向套與活塞桿接觸，對(duì)活塞桿起支承作用，其結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，但是磨損后便于更換，導(dǎo)向套也可選用耐磨材料，增加使用壽命。端蓋與桿的密封常用Y 形、YX 形及 V 形密封裝置，防塵方式常采用 J 形或三角形防塵裝置。密封可靠，適用于中高壓液壓缸?？紤]到端蓋直接導(dǎo)向的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，并且是用于中、低壓系統(tǒng)的液壓缸中，符液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)執(zhí)行裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- 14 -合中、低系統(tǒng)對(duì)其的要求，同時(shí)作為教學(xué)用實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其磨損程度較小，壽命較長(zhǎng)?；谝陨峡紤]，最終確定活塞桿導(dǎo)向采用端蓋整體式直接導(dǎo)向，如圖 3-7圖 3-7 端蓋直接導(dǎo)向3.3.4 活塞、活塞桿及端蓋處密封圈的選用液壓缸高壓腔中的油液向低壓腔泄漏稱為內(nèi)泄漏，液壓缸中的油液向外部泄漏稱為外泄漏。由于液壓缸存在內(nèi)泄漏和外泄漏，使得液壓缸的容積效率降低，從而影響液壓缸的工作性能，嚴(yán)重時(shí)使系統(tǒng)壓力上不去，甚至無(wú)法工作；并且外泄漏還會(huì)污染環(huán)境，因此為了防止泄露的產(chǎn)生，液壓缸中需要密封的地方必須采取相應(yīng)得密封措施。液壓缸中需要密封的部位有：活塞、活塞桿和端蓋等處。密封圈的選用，應(yīng)根據(jù)密封的部位、使用的壓力、溫度、運(yùn)動(dòng)速度的范圍不同而選擇不同類型的密封圈。常用的密封方法有：(1)間隙密封 這是依靠?jī)蛇\(yùn)動(dòng)件配合面間保持一很小的間隙，使其產(chǎn)生液體摩擦阻力來(lái)防止泄漏的一種密封方法，如圖 3-8。用該方法密封，只適于直徑較小、壓力較低的液壓缸與活塞間密封。P1 P2圖 3-8 間隙密封液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)執(zhí)行裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- 15 -(2)活塞環(huán)密封 活塞環(huán)又叫活塞漲圈，它是一個(gè)開(kāi)口的金屬環(huán)，依靠彈性變形所產(chǎn)生的漲力壓緊在缸體內(nèi)壁上，從而產(chǎn)生密封作用?；钊h(huán)密封效果較好，能適應(yīng)較大的壓力變化和速度變化，耐高溫，使用壽命較長(zhǎng)，易于維護(hù)保養(yǎng)，并能使活塞具有較長(zhǎng)的支承面。但它的加工要求較高，工藝復(fù)雜。所以，只有用其它密封方法不能滿足要求時(shí)，才采用這種密封。(3)O 形密封圈密封 O 形密封圈的截面呈 O 形，工作時(shí)當(dāng)油液壓力升高后，O 形密封圈被壓向溝槽一側(cè)，并且產(chǎn)生變形，更加貼緊在配合面上，從而起到密封的作用。O形密封圈一般用耐油橡膠制成，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、密封性能良好、體積小、裝卸方便和摩擦力小等優(yōu)點(diǎn)；但磨損后不能自動(dòng)補(bǔ)償且壽命較短、在高壓下容易被擠入間隙等缺點(diǎn)。這種密封圈可用于內(nèi)徑或外徑的密封，也可用于動(dòng)密封和靜密封，其靜密封壓力為 100MPa；在往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度較低（v<0.5m/s）時(shí)，其動(dòng)密封壓力可達(dá) 35MPa.它也可用于圓周速度小于 0.2m/s 的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的密封。(4)Y 形密封圈密封 Y 形密封圈的截面形狀呈 Y 形，工作時(shí)受油液壓力作用而使兩唇張開(kāi)，分別貼緊在軸面和孔壁上，起到密封作用。通常用耐油橡膠制成，其截面呈 Y 形。它具有密封性能好、摩擦阻力小、穩(wěn)定性好、耐壓性強(qiáng)、使用壽命較長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和易于安裝等特點(diǎn)。它主要用于壓力 p<21MPa 時(shí)內(nèi)徑或外徑的滑動(dòng)密封。(5)V 形密封圈密封 V 形密封圈的截面為 V 形，屬于唇形密封圈的一種。有壓環(huán)、V 形圈和支承環(huán)三部分組成；它們通常用夾織物橡膠制成，也可將壓環(huán)和支承環(huán)擁金屬材料制造。這種密封圈耐高壓、密封性能好、工作可靠；但摩擦阻力大、調(diào)整困難；多應(yīng)用于往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)速度不高的活塞桿處。使用時(shí)應(yīng)注意，V 形圈組的個(gè)數(shù)和材質(zhì)與使用壓力有關(guān)，V 形圈個(gè)數(shù)多，則密封性提高，但摩擦阻力增大。表 3-6 為幾種常用的密封圈及其使用參數(shù)。表 3-6 活塞及活塞桿的密封圈使用參數(shù)密封部位類型活塞用 活塞桿用截面簡(jiǎn)圖 材料壓力范圍（MPa）溫度范圍（℃）速度范圍（m/s ）液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)執(zhí)行裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- 16 -NBR -30～+130O 形圈√ √FPM≤10-15～+180≤0.5O 形圈加擋圈√ √N(yùn)BR+PTFE≤35-30～+130≤0.5√ NBR ≤10-30～+100高低唇 Y形圈√N(yùn)BR+夾纖維≤20-20～+130≤0.5Y 形圈√N(yùn)BR+夾纖維≤25-30～+120≤0.5V 形圈√ √N(yùn)BR+夾纖維≤63-30～+120≤0.5活塞環(huán)√ 鑄鐵 ≤25 ≤350 0.3～1.0注：NBR—丁腈橡膠， FPM—氟碳橡膠，PTFE—聚四氟乙烯，√—應(yīng)用部位。根據(jù)密封的部位和表 3-8，選擇密封圈。(1)后缸蓋端蓋處密封圈的選用后缸蓋與缸筒采用法蘭連接，之間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此端蓋處的密封圈選用O 形靜密封圈，O 形圈 37.5X1.8 GB3452.1-82 如圖 3-9。液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)執(zhí)行裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- 17 -圖 3-9 后缸蓋端蓋處密封(2)活塞處密封圈的選用活塞處選用 O 形圈加擋圈進(jìn)行密封，O 形圈 37.5X1.8 GB3452.1-82，如圖 3-10。工作中，如果油液壓力高于 10MPa 時(shí)，O 形圈將被擠入活塞與缸體之間的配合間隙中，受到損壞。為了防止和避免這樣的損壞，所以單向受壓時(shí)，在 O 形密封圈受壓力的對(duì)側(cè)放一個(gè)擋圈；雙向受壓時(shí)，在 O 形密封圈兩側(cè)各放一個(gè)擋圈。圖 3-10 活塞處密封(3)活塞桿處密封圈的選用活塞桿與活塞采用鎖緊螺母固定，因此活塞桿與活塞之間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其接觸處的密封圈選用 O 形靜密封圈，O 形圈 17X1.8 GB3452.1-82 如圖 3-11。圖 3-11 活塞桿處密封液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)執(zhí)行裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- 18 -(4)前缸蓋處密封圈的選用前缸蓋與缸筒連接處密封圈的選用與后端蓋相同，選用 O 形靜密封圈，O 形圈37.5X1.8 GB3452.1-82；前缸蓋與活塞桿處有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，此處選用 O 形動(dòng)密封圈，考慮到活塞桿做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，O 形圈有可能將被擠入活塞桿與前缸蓋端蓋處之間的配合間隙中，造成 O 形圈損壞，因此在選定的 O 形圈兩邊加上擋圈，如圖 3-12。圖 3-12 前缸蓋處密封3.3.5 液壓缸的緩沖裝置液壓缸帶動(dòng)工作部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量較大，運(yùn)動(dòng)速度較高，由于慣性力較大，具有很大的動(dòng)量。在這種情況下，活塞運(yùn)動(dòng)到缸筒的終端時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的液壓沖擊和噪聲，甚至使活塞與缸筒端蓋間發(fā)生機(jī)械碰撞，嚴(yán)重影響加工精度，甚至引起破壞性事故，所以在大型、高速或高精度的液壓設(shè)備中，常常設(shè)有緩沖裝置，其目的是使活塞在接近終端時(shí)，增大回油阻力，從而減緩運(yùn)動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)速度，避免撞擊液壓缸端蓋。液壓缸中常用的緩沖裝置如圖 3-13↑↓δ ← υ ← υ← υ ← υ（ a)（ b)（ c)（ d)液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)執(zhí)行裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- 19 -圖 3-13 液壓缸緩沖裝置1. 圓柱形環(huán)隙式緩沖裝置。如圖 3-13(a), 當(dāng)緩沖柱塞進(jìn)入缸蓋上內(nèi)孔時(shí),缸蓋和緩沖活塞間形成緩沖油腔,被封油液只能從環(huán)形間隙 δ 排除,產(chǎn)生緩沖壓力,從而實(shí)現(xiàn)減速緩沖。這種緩沖裝置在緩沖過(guò)程中,由于其節(jié)流面積不變,故緩沖開(kāi)始時(shí),產(chǎn)生的緩沖制動(dòng)力很大,但很快就降低了。使緩沖效果較差,但這種裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造成本低,所以在系列化的成品液壓油缸中多采用這種緩沖裝置。2. 圓錐形環(huán)隙式緩沖裝置。如圖 3-13(b),由于緩沖柱塞為圓錐形,所以緩沖環(huán)形間隙 δ 隨位移量而改變,即節(jié)流面積隨緩沖行程的增大而縮小,使機(jī)械能的吸收均勻,其緩沖效果好。3.可變節(jié)流槽式緩沖裝置。如圖 3-13(c),在緩沖柱塞上開(kāi)有由淺入深的三角節(jié)流槽,節(jié)流面積隨緩沖行程的增大而逐漸減小,緩沖壓力變化平緩。4.可調(diào)節(jié)流孔式緩沖裝置。如圖 3-13(d),在緩沖過(guò)程中,緩沖腔油液經(jīng)小孔節(jié)流排出,調(diào)節(jié)節(jié)流孔的大小,可控制緩沖腔內(nèi)緩沖壓力的大小,以適應(yīng)液壓缸不同的負(fù)載和速度工況對(duì)緩沖的要求,同時(shí)當(dāng)活塞反向運(yùn)動(dòng)時(shí),高壓油從單向閥進(jìn)入液壓缸內(nèi),活塞也不會(huì)因推力不足而產(chǎn)生啟動(dòng)緩慢或困難等現(xiàn)象。在設(shè)計(jì)之初，考慮到液壓缸屬于中、低壓系統(tǒng)，工作壓力和運(yùn)動(dòng)速度都不高，并且主要用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)用，因此,前端蓋的緩沖裝置采用圓錐形環(huán)隙式緩沖裝置，如圖 3-14。圖 3-14 前端緩沖裝置當(dāng)活塞桿端部的柱塞 1 向端蓋 3 方向運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入圓柱形油腔 2 時(shí)，會(huì)將封閉在柱塞與端蓋間的油液從環(huán)狀間隙中擠出去。由于柱塞與油腔的間隙很小，因而會(huì)起到節(jié)流緩沖作用。后端的緩沖裝置如圖 3-15 所示,采用了圓柱形環(huán)隙式緩沖裝置,當(dāng)緩沖柱塞進(jìn)入缸液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)執(zhí)行裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- 20 -蓋上內(nèi)孔時(shí),缸蓋和緩沖活塞間形成緩沖油腔,被封油液只能從環(huán)形間隙 δ 排除,產(chǎn)生緩沖壓力,從而實(shí)現(xiàn)減速緩沖。圖 3-15 后端緩沖裝置3.3.6 液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu)液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu)包括液壓缸的安裝結(jié)構(gòu)、液壓缸進(jìn)出油口的連接等。(1)液壓缸的安裝形式根據(jù)安裝位置和工作要求不同可有長(zhǎng)螺栓安裝、腳架安裝、法蘭安裝、軸銷和耳環(huán)安裝等，如表 3-7 所示。表 3-7 液壓缸安裝方式序號(hào)安裝形式安裝簡(jiǎn)圖 注1長(zhǎng)螺栓安裝2徑向腳架3底面腳架傾翻力矩比較：序號(hào) 2 較小序號(hào) 4 較大←υ液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)執(zhí)行裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- 21 -4前后腳架5頭部外法蘭6頭部?jī)?nèi)法蘭7尾部外法蘭安裝螺釘受拉力比較：序號(hào) 6、7較小序號(hào) 5 較大序號(hào)安裝形式安裝簡(jiǎn)圖 注8頭部軸銷9尾部軸銷10中部軸銷液壓缸在平面內(nèi)擺動(dòng)?；钊軓澢饔帽容^： 序號(hào) 8 較小序號(hào) 9 較大序號(hào) 10 介于序號(hào)8、9 之間11 尾部耳 同序號(hào)９液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)執(zhí)行裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- 22 -環(huán)12尾部球頭液壓缸可在一定的空間范圍內(nèi)擺動(dòng)注：表中所列液壓缸皆為缸體固定，活塞桿運(yùn)動(dòng)。按工作需要，也常采用活塞桿固定，而缸體運(yùn)動(dòng)。液壓缸的安裝形式根據(jù)表 3-7，考慮到安裝拆卸及液壓缸工作會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)等原因，選用第 3 種底面腳架安裝，如圖 3-16。圖 3-16 底面腳架安裝(2)液壓缸進(jìn)、出油口形式及大小的確定液壓缸的進(jìn)、出油口，可布置在端蓋或缸體上。對(duì)于活塞桿固定的液壓缸，進(jìn)、出油口可設(shè)在活塞桿端部。如果液壓缸無(wú)專用的排氣裝置，進(jìn)、出油口應(yīng)設(shè)在液壓缸的最高處，以便空氣能首先從液壓缸排出。進(jìn)、出油口的形式一般選用螺孔或法蘭連接。單桿液壓缸螺孔連接油口安裝尺寸可根據(jù)表 3-8 選取。表 3-8 單桿液壓桿油口安裝尺寸 （ISO8138）缸體內(nèi)徑 D 進(jìn)、出油口 缸體內(nèi)徑 D 進(jìn)、出油口25 M14×1.5 80 M27×232 M14×1.5 100 M27×240 M18×1.5 125 M27×250 M22×1.5 160 M33×263 M22×1.5 200 M42×2為了方便，本人把進(jìn)、出油口設(shè)在前、后剛蓋的端蓋頂部，進(jìn)、出油口采用螺孔連接方式，根據(jù)缸體內(nèi)徑確定進(jìn)、出油口的螺孔大小為 M18×1.5，如圖 3-17。液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)執(zhí)行裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- 23 -液壓后缸蓋端蓋 液壓缸前缸蓋端蓋圖 3-17 液壓缸前、后缸蓋進(jìn)出油尺寸 3.3.7 液壓缸的進(jìn)、出油口的管接頭管接頭是 管道與管道，管道與其他元件的可拆卸連接件。標(biāo)準(zhǔn)管接頭包括：卡套式，焊接式，薄壁擴(kuò)口式管接頭和鋼絲編織膠管接頭。1.卡套式管接頭適用于油、氣介質(zhì)的管路系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)先進(jìn)，性能良好，重量輕，體積小，使用方便，不用焊接等優(yōu)點(diǎn)，因此，卡套式管接頭已廣泛用于機(jī)器的液壓系統(tǒng)中。但卡套式管接頭要求配用冷拔鋼管，且卡套制造精度較高。2.焊接式管接頭適用于油為介質(zhì)的管路系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易制造，密封性好等優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)是安裝時(shí)焊接量大，要求焊接質(zhì)量高，且裝卸不方便。薄壁擴(kuò)口式管接頭適用于中低壓油壓管路系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)先進(jìn)，性能良好，體積小，加工方便，成本低和使用簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，因此在飛機(jī)，汽車及機(jī)床等行業(yè)中廣泛采用。根據(jù)經(jīng)濟(jì)，使用方便和制造簡(jiǎn)易等方面，本人選擇薄壁擴(kuò)口式管接頭，其結(jié)構(gòu)如圖 3-18 所示，液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)執(zhí)行裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- 24 -M18X.5圖 3-18 管接頭3.3.8 液壓缸的排氣裝置對(duì)于運(yùn)動(dòng)速度穩(wěn)定要求較高的機(jī)床液壓缸和大型液壓缸，則需要設(shè)置排氣裝置，如排氣閥等。排氣閥用于排除油缸內(nèi)的空氣,使油缸穩(wěn)定工作。一般安裝在液壓缸的端部,雙作用液壓缸需裝設(shè)兩個(gè)排氣閥。當(dāng)液壓缸需要排氣時(shí)，打開(kāi)相應(yīng)的排氣閥，空氣連同油液經(jīng)過(guò)錐部縫隙和小孔排出缸外，直至連續(xù)排油時(shí)（不冒氣） ，就將排氣閥關(guān)死。圖 3-19 排氣閥結(jié)構(gòu)液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)執(zhí)行裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- 25 -3.3.9 液壓缸的總體連接將設(shè)計(jì)的各部位盤采用法蘭連接，拼裝好后，液壓缸如圖 3-20 所示。圖 3-20 液壓缸4 總結(jié)4.1 設(shè)計(jì)總結(jié)這次設(shè)計(jì)，本人雖然順利的完成了預(yù)期的任務(wù)，但是從設(shè)計(jì)的質(zhì)量來(lái)看，還是存在著很多的不足和缺陷。畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我達(dá)到了深化理論、學(xué)以致用、理論與實(shí)踐結(jié)合的目的，給了我初步體現(xiàn)設(shè)計(jì)能力的機(jī)會(huì)，也反映了大學(xué)四年基礎(chǔ)及專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)情況。由于以前學(xué)習(xí)專業(yè)課時(shí)不認(rèn)真，基礎(chǔ)不夠扎實(shí)，使我在設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中方法比較簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)的合理性也存在一些不足之處。整個(gè)設(shè)計(jì)缺乏必要的理論支持和整體上的構(gòu)想。這是我以后值得借鑒的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。為了完成此項(xiàng)設(shè)計(jì)任務(wù)，我系統(tǒng)的回顧了大學(xué)四年所學(xué)的相關(guān)專業(yè)知識(shí)?？沼鄷r(shí)間就在考慮些有關(guān)設(shè)計(jì)的實(shí)際問(wèn)題，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我哦深感基礎(chǔ)知識(shí)、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及設(shè)計(jì)思路的重要性，特別是設(shè)計(jì)步驟間地關(guān)聯(lián)性及所需的嚴(yán)謹(jǐn)性。有些小的細(xì)節(jié)就可能使你花費(fèi)好多時(shí)間和精力去搞明白。通過(guò)這次設(shè)計(jì)我受益匪淺，了解了有關(guān)設(shè)計(jì)的程序和規(guī)范，并懂得了作為設(shè)計(jì)技術(shù)人員應(yīng)具備的素質(zhì)和能力及精神。鞏固了所學(xué)知識(shí)，提升了 CAD 畫(huà)圖軟件的應(yīng)用能力，和實(shí)踐、設(shè)計(jì)能力，拓寬了視野，為將來(lái)的工作打下了基礎(chǔ)，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)執(zhí)行裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- 26 -液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)執(zhí)行裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- 27 -參 考 文 獻(xiàn)[1] 陳為國(guó)等.多功能液壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)執(zhí)行裝置的設(shè)計(jì). 機(jī)床與液壓,2003.No6[2] 楊培元等. 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1999[3] 張利平.液壓傳動(dòng)系