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級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
課題名稱：DG型液壓缸的設(shè)計(jì)
專 業(yè)：機(jī)械工程及自動(dòng)化
設(shè) 計(jì) 人：
指導(dǎo)老師:
電 話：
目 錄
緒 論 — — — — — — — — — — — — — — 第3頁(yè)
第1章 液壓傳動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí) — — — — — — — — 第4頁(yè)
1.1 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成 — — — — — — — — 第4頁(yè)
1.2 液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) — — — — — — — — — 第4頁(yè)
1.3 液壓傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用 — — — — — — 第6頁(yè)
第2 章 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行元件
——液壓缸 — — — — — — — — — — 第8頁(yè)
2.1 液壓缸的類型 特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)形式 — — — — ——第8頁(yè)
2.2 液壓缸的組成 — — — — — — — — — — 第11頁(yè)
第3章 D G型車輛用液壓缸的設(shè)計(jì)— — — — — — 第19頁(yè)
3.1 簡(jiǎn)介 — — — — — — — — — — — — — 第19頁(yè)
3.2 DG型液壓缸的設(shè)計(jì)----------- — — — — — 第20頁(yè)
第4章 液壓缸常見(jiàn)故障分析與排除方法 — — — — — 第27頁(yè)
總 結(jié) — — — — — — — — — — — — — — 第29 頁(yè)
參考文獻(xiàn) — — — — — — — — — — — — — — 第30頁(yè)
緒 論
液壓傳動(dòng)是研究以有壓流體（液體）為傳動(dòng)介質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)各種機(jī)械的傳動(dòng)控制的學(xué)科。液壓傳動(dòng)是根據(jù)流體力學(xué)的基本原理，利用流體的壓力能進(jìn)行能量的傳遞和控制各種機(jī)械零部件運(yùn)動(dòng)。
鄭州強(qiáng)盛液壓制造股份有限公司主要生產(chǎn)：
一、 冶金設(shè)備用系列液壓缸
二、 工程機(jī)械系列液壓缸（包括機(jī)械鎖單、 雙作用的液壓缸）
三、 應(yīng)用于冶金、礦山、石油化工、機(jī)床等設(shè)備中的液壓站、潤(rùn)滑站系統(tǒng)總成。
等產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)。
由于液壓系統(tǒng)用途廣泛，內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理復(fù)雜。再結(jié)合本公司的實(shí)際，本次設(shè)計(jì)主要是針對(duì)液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件——液壓缸的設(shè)計(jì)。具體設(shè)計(jì)產(chǎn)品為——DG型液壓缸。
在本次設(shè)計(jì)過(guò)程中，得到了藍(lán)天學(xué)院機(jī)械系機(jī)械工程教研室主任吳偉老師細(xì)心指導(dǎo)在此，對(duì)他們表示衷心的感謝！
由于資料缺乏，時(shí)間倉(cāng)促，加上設(shè)計(jì)者本人水平有限，畢業(yè)論文中不足之處在所難免，敬請(qǐng)批評(píng)指正。
第一章 液壓傳動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)
1.1 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成
液壓傳動(dòng)系統(tǒng)由以下四個(gè)部分組成：
〈1〉動(dòng)力元件——液壓泵 其功能是將原動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能，為系統(tǒng)提供動(dòng)力。
〈2〉執(zhí)行元件——液壓缸、液壓馬達(dá)。它們的功能是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，以帶動(dòng)負(fù)載進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)或者旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
〈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(diào)節(jié)系統(tǒng)中液體的動(dòng)力、流量和流動(dòng)方向，以保證執(zhí)行元件達(dá)到所要求的輸出力（或力矩）、運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)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(guò)濾器和指示儀表等。
〈5〉工作介質(zhì)---工作介質(zhì)即傳動(dòng)液體，通常稱液壓油。液壓系統(tǒng)就是通過(guò)工作介質(zhì)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞的。
1.2 液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：
〈1〉體積小、重量輕，單位重量輸出的功率大（一般可達(dá)32MPa,個(gè)別場(chǎng)合更高）。
〈2〉可在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。
〈3〉操縱簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。特別是和電氣控制聯(lián)合使用時(shí)，易于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的自動(dòng)工作循環(huán)。
〈4〉慣性小、響應(yīng)速度快，起動(dòng)、制動(dòng)和換向迅速。(液壓馬達(dá)起動(dòng)只需0.1s)
〈5〉易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，安全性好；采用礦物油作為工作介質(zhì)，自潤(rùn)滑性好。
〈6〉液壓元件易于實(shí)現(xiàn)系列化 標(biāo)準(zhǔn)化和通用化。
缺點(diǎn)：
〈1〉由于液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中存在的泄漏和油液的壓縮性，影響了傳動(dòng)的準(zhǔn)確性，不易實(shí)現(xiàn)定比 傳動(dòng)。
〈2〉不適應(yīng)在溫度變化范圍較大的場(chǎng)合工作。
〈3〉由于受液體流動(dòng)阻力和泄漏的影響，液壓傳動(dòng)的效率還不是很高，不易遠(yuǎn)距離傳動(dòng)。
〈4〉液壓傳動(dòng)出現(xiàn)故障不易查找。
1.3 液壓傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用
液壓技術(shù)，從１７９５年英國(guó)制造出世界上第一臺(tái)水壓機(jī)誕生算起，已經(jīng)有２００多年的歷史了，然而在工業(yè)上的真正推廣使用卻是２０世紀(jì)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(yīng)快、動(dòng)作準(zhǔn)的液壓傳動(dòng)和控制裝置，大大的提高了武器裝備的性能。同時(shí)，也加速了液壓技術(shù)本身的發(fā)展。戰(zhàn)后，液壓技術(shù)迅速由軍事轉(zhuǎn)入民用，在機(jī)械制造、工程機(jī)械、鍛壓機(jī)械、冶金機(jī)械、汽車、船舶等行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。２０世紀(jì)６０年代以后，原子能技術(shù)、空間技術(shù)、電子技術(shù)等的迅速發(fā)展，再次將液壓技術(shù)向前推進(jìn)，使其在各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域得到了更加廣泛的應(yīng)用。
現(xiàn)代液壓技術(shù)與微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)的緊密結(jié)合已經(jīng)形成并發(fā)展成為一種包括傳動(dòng)、控制、檢測(cè)在內(nèi)的自動(dòng)化技術(shù)。當(dāng)前，液壓技術(shù)在實(shí)現(xiàn)高壓、高速、大功率、經(jīng)久耐用、高度集成化等各項(xiàng)要求方面都取得了重大的進(jìn)展，在完善發(fā)展比例控制和伺服控制、開(kāi)發(fā)數(shù)字控制技術(shù)上也有許多新成果。同時(shí)，液壓元件和液壓系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)和測(cè)試(CAT)、微機(jī)控制、機(jī)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(shù)發(fā)展和研究的方向。繼續(xù)擴(kuò)大應(yīng)用服務(wù)領(lǐng)域，采用更先進(jìn)的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)，將使液壓技術(shù)發(fā)展成為內(nèi)涵更加豐富完整的綜合自動(dòng)化技術(shù)。
目前，液壓技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)裝備上，例如機(jī)械制造、工程、建筑、礦山、冶金、船舶等機(jī)械，上至航空、航天工業(yè)，下至地礦、海洋開(kāi)發(fā)工程，幾乎無(wú)處不見(jiàn)液壓技術(shù)的蹤跡。液壓技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域大致上可以歸納為以下幾個(gè)主要方面：
（1）各種舉升、搬運(yùn)作業(yè)。尤其在行走機(jī)械和較大驅(qū)動(dòng)功率的場(chǎng)合，液壓傳動(dòng)已經(jīng)成為一種主要方式。如起重機(jī)、起錨機(jī)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(jī)、塑料注射成型機(jī)等。
（3）高響應(yīng)、高精度的控制。飛機(jī)和導(dǎo)彈的姿態(tài)控制等裝置。
（4）多種工作程序組合的自動(dòng)操作與控制。如組合機(jī)床、機(jī)械加工自動(dòng)線。
（5）特殊工作場(chǎng)合。例如地下水下、防爆等。
第二章 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行元件
——液壓缸
2.1 液壓缸的類型及結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)形式可分為活塞式、柱塞式、組合式和擺動(dòng)式四大類。
其中，單作用液壓缸分為：?jiǎn)位钊麠U液壓缸、雙活塞桿液壓缸、柱塞式液壓缸、差動(dòng)液壓缸和伸縮液壓缸。但是，差動(dòng)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(fù)位式、齒條式、串聯(lián)式和增壓式四種。擺動(dòng)液壓缸又分為：?jiǎn)稳~片式和雙葉片式兩種。下面以一種典型液壓缸為例，說(shuō)明液壓缸的基本組成。
空心活塞式液壓缸如上圖所示。它由缸筒10，活塞8，活塞桿1、15，缸蓋18、24，密封圈4、7、17，導(dǎo)向套6、19，壓板11、20等主要零件組成。這種液壓缸活塞桿固定，缸筒帶動(dòng)工作臺(tái)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)?；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環(huán)12、21，用于阻止壓板11、20向外移動(dòng)，從而通過(guò)螺栓將缸蓋18、24與壓板相連（圖中沒(méi)有畫(huà)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(jié)合面安放了密封圈和紙墊。空心活塞桿和其上的油口a、c提供了液壓缸的進(jìn)、出油口。當(dāng)缸筒移動(dòng)到左、右終端時(shí)，油口a、c的開(kāi)度逐漸減小，造成回油阻力逐漸增大，對(duì)運(yùn)動(dòng)部件起到制動(dòng)緩沖作用。在缸蓋上設(shè)有與排氣閥（圖中沒(méi)有畫(huà)出）相連的排氣孔5、14，可以排出液壓缸中的空氣，使運(yùn)動(dòng)更加平穩(wěn)。
表2-1液壓缸的類型和特點(diǎn)
類型
速度
作用力
特點(diǎn)
單
作
用
液
壓
缸
雙活塞桿液壓缸
U=q/A3
F=p1A1
活塞的兩側(cè)都裝有活塞桿，只能向活塞一側(cè)供給壓力油，由外力使活塞反向運(yùn)動(dòng)
單活塞桿液壓缸
U=q/A3
F1=p1A1
活塞僅單向運(yùn)動(dòng)，返回行程利用自重或負(fù)荷將活塞推回
柱塞式液壓缸
U=q/A3
F1=p1A1
柱塞僅單向運(yùn)動(dòng)，由外力使柱塞反向運(yùn)動(dòng)
差動(dòng)液壓缸
U3=q/A3
F3=p1A1
可使速度加快，但作用力相應(yīng)減小
伸縮液壓缸
---
---
以短缸獲得長(zhǎng)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(qū)動(dòng)，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(qū)動(dòng)，u1〈V U2，F(xiàn)1〉F2
伸縮液壓缸
---
---
雙向液壓驅(qū)動(dòng)，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(fù)位液壓缸
---
---
單向由液壓驅(qū)動(dòng)，回程彈簧復(fù)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(zhǎng)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(dòng)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)變成齒輪的往復(fù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)
擺動(dòng)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(zhuǎn)的機(jī)械能，輸出軸擺動(dòng)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(zhuǎn)的機(jī)械能，輸出軸擺動(dòng)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(zhuǎn)矩
2.2 液壓缸的組成
從以上液壓缸的結(jié)構(gòu)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。
(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(guān)。當(dāng)工作壓力p<10MPa時(shí),缸筒使用鑄鐵；工作壓力p<20MPa時(shí)，缸筒使用無(wú)縫鋼管；工作壓力p>20MPa時(shí)，使用鑄鋼或鍛鋼。以下是幾種常見(jiàn)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(kāi)了環(huán)形槽而削弱了強(qiáng)度，為此有時(shí)要加厚缸壁，它容易加工和裝拆，重量較輕，常用于無(wú)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(jié)構(gòu)復(fù)雜，外徑加工時(shí)要求保證內(nèi)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(wú)縫鋼管或鑄鋼制的缸筒上。圖2-21(d)所示為拉桿連接式，結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，但缸底處內(nèi)徑不易加工，且可能引起變形。
圖2-21缸筒和缸蓋結(jié)構(gòu)
(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(jiàn)，缸筒的材料一般要求有足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性，對(duì)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(duì)產(chǎn)品性能的需求和產(chǎn)品設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)合理以及保證工人人身和設(shè)備安全，改善操作者工作環(huán)境，洛陽(yáng)強(qiáng)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(nèi)圓已經(jīng)過(guò)衍磨和外圓已加工的高精度冷拔無(wú)縫鋼管，能滿足以下要求：
a、缸筒內(nèi)徑的圓度和圓柱度可選取8級(jí)。
b、缸筒端面的垂直度選取7級(jí)精度。
c、缸筒端部用螺紋連接時(shí)，螺紋應(yīng)選取6級(jí)精度的細(xì)牙螺紋。
(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(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，必須選用優(yōu)質(zhì)材料。對(duì)于整體式活塞，一般采用３５號(hào)鋼或４５號(hào)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(shí)可在鋼活塞坯外面裝上青銅、黃銅和尼龍等耐磨套，以延長(zhǎng)活塞的使用壽命。活塞桿無(wú)論是空心的還是實(shí)心的其材料常采用３５號(hào)鋼或４５號(hào)鋼等材料，當(dāng)沖擊振動(dòng)很大時(shí)，也可采用５５號(hào)鋼或４０Cr鋼。圖2-22所示為幾種常見(jiàn)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(fù)載較小，受力無(wú)沖擊的液壓缸中。螺紋連接雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便可靠，但在活塞桿上車螺紋將削弱其強(qiáng)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(kāi)有一個(gè)環(huán)形槽，槽內(nèi)裝有兩個(gè)半圓環(huán)3以?shī)A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(lái)固定。圖2-22 (c)中的活塞桿，使用了兩個(gè)半圓環(huán)4，它們分別由兩個(gè)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(jié)構(gòu)，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(jiàn)的活塞組件結(jié)構(gòu)形式
(3)密封裝置
密封裝置主要用來(lái)防止液壓油的泄漏。液壓缸因?yàn)槭且揽棵荛]油液容積的變化來(lái)傳遞動(dòng)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(gè)需要密封的偶合面間有無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可把密封圈分為動(dòng)密封和靜密封兩類。設(shè)計(jì)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(dòng)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(zhǎng)，使用的溫度范圍廣，制造簡(jiǎn)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(lái)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(jiàn)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(yùn)動(dòng)間的微小間隙來(lái)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(xì)小的環(huán)形槽，以增大油液通過(guò)間隙時(shí)的阻力。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，摩擦阻力小，可耐高溫，但泄漏大，加工要求高，磨損后無(wú)法恢復(fù)原有能力，只有在尺寸較小、壓力較低、相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(dòng)補(bǔ)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(dòng)配合面之間來(lái)防止泄漏。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，磨損后有自動(dòng)補(bǔ)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(duì)于活塞桿外伸部分來(lái)說(shuō)，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。
(4)緩沖裝置
當(dāng)運(yùn)動(dòng)部件拖動(dòng)質(zhì)量較大的部件作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)、運(yùn)動(dòng)速度較高時(shí)(v>12m/min)。運(yùn)動(dòng)部件慣性力較大，活塞運(yùn)動(dòng)到終端會(huì)與缸蓋發(fā)生機(jī)械碰撞，產(chǎn)生沖擊、噪聲，嚴(yán)重時(shí)影響加工精度，甚至引起破壞性事故。因此，在液壓缸內(nèi)兩端部應(yīng)設(shè)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(diào)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(shí)封住活塞和缸蓋之間的部分油液，強(qiáng)迫它從小孔或細(xì)縫中擠出，以產(chǎn)生很大的阻力，使工作部件受到制動(dòng)，逐漸減慢運(yùn)動(dòng)速度，達(dá)到避免活塞和缸蓋相互撞擊的目的。
如下圖2-24(a)所示，當(dāng)緩沖柱塞進(jìn)入與其相配的缸蓋上的內(nèi)孔時(shí)，孔中的液壓油只能通過(guò)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(yùn)動(dòng)速度的降低，起緩沖作用。當(dāng)緩沖柱塞進(jìn)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(diào)的，因此緩沖作用也可調(diào)節(jié)，但仍不能解決速度減低后緩沖作用減弱的缺點(diǎn)。如圖2-24 (c)所示，在緩沖柱塞上開(kāi)有三角槽，隨著柱塞逐漸進(jìn)入配合孔中，其節(jié)流面積越來(lái)越小，解決了在行程最后階段緩沖作用過(guò)弱的問(wèn)題。
圖2-24 液壓缸的緩沖裝置
1—節(jié)流閥
(5)排氣裝置
液壓缸在安裝過(guò)程中或長(zhǎng)時(shí)間停放重新工作時(shí)，液壓缸里和管道系統(tǒng)中會(huì)滲入空氣，為了防止執(zhí)行元件出現(xiàn)爬行，噪聲和發(fā)熱等不正常現(xiàn)象，需把缸中和系統(tǒng)中的空氣排出。對(duì)于要求不高的液壓缸往往不設(shè)專門(mén)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(duì)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(shè)置進(jìn)出油口把氣帶走，也可在最高處設(shè)置放氣孔或?qū)ｉT(mén)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(shè)計(jì)
3.1 簡(jiǎn)介
DG型液壓缸是液壓系統(tǒng)中活塞桿作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的工作機(jī)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)形式均為單活塞桿雙作用耳環(huán)安裝式。主要用于工程機(jī)械、運(yùn)輸機(jī)械、礦山機(jī)械及車輛等的液壓傳動(dòng)。DG型液壓缸結(jié)構(gòu)如下:型號(hào)意義 例：
DG
J
40
C
E1
L/E
L:螺紋式
活塞桿
連接形式
E:耳環(huán)式
安裝方式：?jiǎn)味h(huán)式
壓力分級(jí)：8-16MPa
液壓缸內(nèi)徑：40mm
活塞：重型
名稱：?jiǎn)位钊麠U雙作用液壓缸
3.2 DG型液壓缸的設(shè)計(jì)
液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算： 由于液壓執(zhí)行元件與主機(jī)結(jié)構(gòu)有著直接關(guān)系，因此所需要的液壓缸和在結(jié)構(gòu)上千變?nèi)f化。盡管有一些標(biāo)準(zhǔn)件可供選用，但有時(shí)還必須根據(jù)實(shí)際需要自行設(shè)計(jì)。下面介紹液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算。
(一)主要尺寸的計(jì)算
????液壓缸的主要尺寸包括缸筒內(nèi)徑D、活塞桿直徑d和缸筒長(zhǎng)度L。
????根據(jù)負(fù)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(jié)構(gòu)形式計(jì)算出缸筒的內(nèi)徑。活塞桿直徑是按受力情況決定的，可按表3.1初步選取。缸筒長(zhǎng)度的確定要考慮活塞最大行程、活塞厚度、導(dǎo)向和密封所需長(zhǎng)度等因素。通常情況L≤(20~30)d。計(jì)算結(jié)果要圓整成國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的推薦值。主要尺寸初步確定后，還要按速度要求進(jìn)行驗(yàn)證。同時(shí)滿足力和速度的要求后才可以確定下來(lái)。
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
（二）強(qiáng)度校核
???? 強(qiáng)度校核的項(xiàng)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。
在中、低壓系統(tǒng)中，缸筒壁厚由結(jié)構(gòu)工藝決定，一般不做校核。在高壓系統(tǒng)中需按下列情況進(jìn)行校核。
1.缸筒壁厚的校核
當(dāng)D/δ>10時(shí)為薄壁，δ按下式校核:
式中，D-缸筒內(nèi)徑；
[σ]—缸筒材料的許用應(yīng)力，[σ]=σb/n，σb是材料
的抗拉強(qiáng)度，一般取安全系數(shù)n=5；
py—試驗(yàn)壓力，當(dāng)缸的額定壓力pn≤16Mpa時(shí)，py
=1.5pn；pn>16Mpa時(shí)，py=1.25pn。
當(dāng)D/δ<10時(shí)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(yīng)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
系數(shù)，k=1.12~1.5；z—固定螺栓個(gè)數(shù)；
[σ]—螺栓材料的許用應(yīng)力，[σ]= σs/（1.22~2.5），
σs為材料的屈服點(diǎn)。[σ]—活塞桿材料的許用應(yīng)力，
[σ]= σb/1.4。
（三）活塞桿穩(wěn)定性校核
?當(dāng)活塞桿受軸向壓縮負(fù)載時(shí)有壓桿穩(wěn)定性問(wèn)題，即 壓縮力F超過(guò)某一臨界Fk值時(shí)活塞桿就會(huì)失去穩(wěn)定性?；钊麠U穩(wěn)定性按下式進(jìn)行校核??????
式中，nk—安全系數(shù)，一般取nk=2~4。
????當(dāng)活塞桿的細(xì)長(zhǎng)比時(shí)， 當(dāng)活塞桿的細(xì)長(zhǎng)比，且時(shí)，
式中，
l—安裝長(zhǎng)度；
??? rk—活塞桿截面最小回轉(zhuǎn)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—活塞桿橫截面積；
??? f—由材料強(qiáng)度決定的試驗(yàn)值；
??? α—系數(shù)。
3.２.1 缸筒的設(shè)計(jì)
（1）缸筒材料的選擇及加工工藝
參閱《鄭州強(qiáng)盛液壓制造有限公司產(chǎn)品樣本》（以下簡(jiǎn)稱《產(chǎn)品樣本》）第15頁(yè)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(wú)縫鋼管；結(jié)合本公司生產(chǎn)車間的實(shí)際加工水平，在選購(gòu)缸筒原材料時(shí),一般都是直接從鋼材廠訂購(gòu)經(jīng)過(guò)冷拔后的20號(hào)鋼的缸筒毛坯件。即：內(nèi)圓已經(jīng)過(guò)衍磨、外圓已加工的高精度冷拔無(wú)縫鋼管。
（2）確定缸筒的總體尺寸
a.缸筒內(nèi)徑的大小及厚度
查《產(chǎn)品樣本》第16頁(yè)圖表可得，DG型液壓缸缸筒的內(nèi)徑為90mm，外徑為108mm。即：厚度為18mm。
b.缸筒的總長(zhǎng)度的確立
參考《產(chǎn)品樣本》第17頁(yè)圖表可得：缸筒總長(zhǎng)度L由活塞桿兩端活塞寬度、導(dǎo)向筒的寬度以及在滿足本液壓缸的行程后來(lái)確定。在整個(gè)液壓缸的設(shè)計(jì)中，缸筒的長(zhǎng)度屬于不確定因素。在此，先不予考慮。
3.２.2 活塞桿的設(shè)計(jì)
下面是整體式活塞桿的幾種聯(lián)接結(jié)構(gòu)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
（1）活塞桿材料的選擇及加工工藝
參考《產(chǎn)品樣本》第17頁(yè)圖表可得：本次設(shè)計(jì)的整體式活塞桿的材料為45#鋼拼焊而成,桿徑大小為45mm。其結(jié)構(gòu)形式如下圖：
第四章 液壓缸常見(jiàn)故障分析與排除方法
表4-1 液壓缸常見(jiàn)故障分析和排除
故障現(xiàn)象
產(chǎn)生原因
排除方法
爬 行
1)空氣侵入液壓缸
2)活塞桿兩端螺母旋得太緊
3)液壓缸安裝與導(dǎo)軌不平行
4)活塞與活塞桿不同心
5)液壓缸內(nèi)壁或活塞表面拉
，局部磨損或腐蝕
6）活塞桿不直
1） 設(shè)置排氣裝置，強(qiáng)迫排除空氣
2） 調(diào)整，保持活塞桿處于自然狀態(tài)
3） 調(diào)整導(dǎo)軌或滑塊的松緊度，保持缸與導(dǎo)軌的平行度〈0.1mm/m
4） 調(diào)整使活塞桿全長(zhǎng)直線度〈0.2mm
5） 鏜缸筒內(nèi)孔，重配新活塞
6） 單個(gè)或連同活塞放在V型鐵塊上校正
推力不足
速度下降
1） 缸筒與活塞間磨損造成間隙過(guò)大，使內(nèi)泄漏嚴(yán)重
2） 活塞上密封圈損壞，增大泄漏或增大摩擦力
3） 活塞桿彎曲，阻力增大
4） 溢流閥調(diào)壓低或溢流閥控壓區(qū)泄漏，造成系統(tǒng)壓力低，使推力不足
1） 在活塞上車削凹槽裝密封圈或更換活塞，單配活塞間隙為0.03—0.04mm
2） 更換密封圈，注意裝配時(shí)不要過(guò)緊
3） 校正活塞桿
4） 按推力要求調(diào)整溢流閥壓力值，檢查溢流閥的內(nèi)泄漏
沖 擊
1） 未設(shè)緩沖裝置，運(yùn)動(dòng)速度過(guò)快
2） 緩沖裝置結(jié)構(gòu)不正確，三角節(jié)流槽過(guò)短
3） 緩沖裝置中的柱塞與孔的間隙過(guò)大而嚴(yán)重泄漏，節(jié)流閥不起作用
1） 調(diào)整換向時(shí)間，降低運(yùn)動(dòng)速度，或增設(shè)緩沖裝置
2） 修正凸臺(tái)與凹槽，加長(zhǎng)三角節(jié)流槽
3） 修理，研配單向閥與閥座或更換
泄 漏
1） 活塞桿表面損傷
2） 密封圈因損傷或老化密封不嚴(yán)
3） 缸蓋加工精度不高，造成泄漏
4） 缸筒內(nèi)孔表面局部磨損或有腰鼓形導(dǎo)致泄漏
5） 活塞與缸筒安裝不同心或承受偏心負(fù)荷
1） 修復(fù)損傷的活塞桿
2） 更換磨損或老化的密封圈
3） 檢查接觸面的加工精度并修復(fù)
4） 鏜 磨缸筒內(nèi)表面，重配活塞
5） 檢查缸筒與活塞 缸蓋與活塞桿的同心度并修整對(duì)中
聲音異常
或噪聲
1） 壓力過(guò)高或滑動(dòng)面油膜破壞，導(dǎo)致滑動(dòng)表面摩擦聲響
2） 密封圈刮削過(guò)大出現(xiàn)異常 聲音異常
3） 立式液壓缸活塞下行到終點(diǎn)時(shí)，發(fā)生抖動(dòng)
1） 設(shè)備停止工作，檢查并加強(qiáng)潤(rùn)滑，防止滑動(dòng)面的燒傷
2） 用砂紙或紗布輕輕打磨唇邊，或調(diào)整密封圈壓緊程度
3） 將活塞慢慢往復(fù)數(shù)次運(yùn)動(dòng)到頂端，以排除氣體
總 結(jié)
經(jīng)過(guò)兩個(gè)多月的學(xué)習(xí)和努力，我終于完成了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)。在此期間我查找各方面的書(shū)籍并上網(wǎng)搜索資料，鍛煉了自己和獨(dú)立解決問(wèn)題的能力。
在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，使我對(duì)AUTOCAD、Word等辦公軟件有更深的了解，學(xué)會(huì)如何應(yīng)用及合理的規(guī)劃布局。從中，學(xué)到不少有關(guān)機(jī)械方面的知識(shí)，同時(shí)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)和液壓傳動(dòng)得到更進(jìn)一步的了解，這是第一次如此重視的液壓缸設(shè)計(jì)，在這次設(shè)計(jì)即將結(jié)束時(shí)自己才發(fā)現(xiàn)所有的有價(jià)值的資料都來(lái)源于圖書(shū)館和累積下來(lái)的手稿。來(lái)自網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)都是粗糙的，可直接利用的卻不夠詳盡不夠本原，是自己對(duì)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的最大體會(huì)。
但鑒于本人學(xué)歷不精，認(rèn)識(shí)不足，在本次設(shè)計(jì)中存在一定地失誤和欠缺，希望老師給予批評(píng)和幫助，使本次設(shè)計(jì)更加完美，讓我在大學(xué)所學(xué)到的知識(shí)綜合運(yùn)用起來(lái)，會(huì)對(duì)我以后工作有很大的幫助。在今后的學(xué)習(xí)和工作中更努力，認(rèn)真負(fù)責(zé)，妥善地完成本職工作。
畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，但我的課題研究仍沒(méi)結(jié)束，希望在將來(lái)的學(xué)習(xí)與研究中為我國(guó)工業(yè)設(shè)計(jì)的理學(xué)與美學(xué)的融合做出自己的貢獻(xiàn)。
附表：
DG液壓缸型號(hào)和參數(shù)說(shuō)明
參 考 文 獻(xiàn)
1、《重型機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)》編寫(xiě)委員會(huì) 編. 重型機(jī)械標(biāo)準(zhǔn) 第四卷 .北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社 ，1995
2、雷天覺(jué)主編 . 新編液壓工程手冊(cè) .第二冊(cè) .北京：北京理工大學(xué)出版社，1998
3、強(qiáng)盛液壓制造有限公司產(chǎn)品設(shè)計(jì)部 編 .鄭州 ：強(qiáng)盛液壓制造有限公司產(chǎn)品樣本
4、廣州市世達(dá)密封實(shí)業(yè)有限公司 編 . 世達(dá)密封系統(tǒng)產(chǎn)品樣本
5、吳 銳主編 . 液壓與氣壓傳動(dòng) 開(kāi)封：河南大學(xué)出版社，2002.9
6、丁樹(shù)模，周驥平主編. 液壓傳動(dòng).第二版 機(jī)械工業(yè)出版社，1999
7、李 芝主編. 液壓傳動(dòng) 機(jī)械工業(yè)出版社， 2002.10
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