畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū)
上料機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
Feeder hydraulic system design
系 名：
專(zhuān)業(yè)班級(jí)：
學(xué)生姓名：
學(xué) 號(hào)：
指導(dǎo)教師姓名：
指導(dǎo)教師職稱(chēng)：
二○ 年 六月
目 錄
摘要 …………………………………………………………………………………………3
引言 …………………………………………………………………………………………5
第一章 上料機(jī)的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)……………………………………………………6
1.1設(shè)計(jì)要求…………………………………………………………………6
1.2負(fù)載分析…………………………………………………………………………6
1.2.1 工作負(fù)載……………………………………………………………………6
1.2.2 摩擦負(fù)載……………………………………………………………………6
1.2.3 慣性負(fù)載……………………………………………………………………7
1.3 負(fù)載圖和速度圖的繪制……………………………………………………8
1.4液壓缸主要參數(shù)的確定……………………………………………………9
1.4.1初選液壓缸的工作壓力………………………………………………9
1.4.2計(jì)算液壓缸的尺寸……………………………………………………9
1.4.3活塞桿穩(wěn)定性校核………………………………………………………10
1.4.4求液壓缸的最大流量………………………………………………………10
1.4.5 繪制工況圖………………………………………………………………11
1.5液壓系統(tǒng)圖的擬定……………………………………………………………12
1.6液壓元件的選用…………………………………………………………………13
1.6.1確定液壓泵的型號(hào)及電動(dòng)機(jī)功率…………………………………………13
1.6.2選擇閥類(lèi)元件及輔助元件…………………………………………………14
1.7液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算…………………………………………………………15
1.7.1壓力損失及調(diào)定壓力的確定………………………………………………15
1.7.2系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升…………………………………………………………17
第二章 液壓缸…………………………………………………………………………18
2.1液壓缸的介紹………………………………………………………………………18
2.2液壓缸主要參數(shù)的確定……………………………………………………………20
2.2.1 液壓缸工作壓力……………………………………………………………20
2.2.2 液壓缸的長(zhǎng)度和壁厚的確定………………………………………………20
2.2.3 液壓缸進(jìn)出油口尺寸的計(jì)算………………………………………………21
2.3 液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………………………………21
2.3.1液壓缸的連接………………………………………………………………21
2.3.2活塞與缸體的密封形式……………………………………………………22
2.3.3液壓缸的輔助設(shè)置………………………………………………………22
2.4液壓缸零件的技術(shù)要求……………………………………………………23
2.4.1活塞桿……………………………………………………………………23
2.4.2缸體……………………………………………………………………23
2.4.3活塞……………………………………………………………………24
結(jié)論…………………………………………………………………………………………25
致謝…………………………………………………………………………………26
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………27
上料機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
摘要 液壓作為一個(gè)廣泛應(yīng)用的技術(shù)，在未來(lái)更是有廣闊的前景。隨著計(jì)算機(jī)的深入發(fā)展，液壓控制系統(tǒng)可以和智能控制的技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制的技術(shù)等技術(shù)結(jié)合起來(lái)，這樣就能夠在更多的場(chǎng)合中發(fā)揮作用，也可以更加精巧的、更加靈活地完成預(yù)期的控制任務(wù)。
液壓傳動(dòng)是流體傳動(dòng)的一種，其基本原理是在密閉的容器內(nèi)，利用有壓力的油液作為工作介質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換和傳遞動(dòng)力的。其中的液體稱(chēng)為工作介質(zhì)，一般為礦物油，它的作用和機(jī)械傳動(dòng)中的皮帶、鏈條和齒輪等傳動(dòng)元件相類(lèi)似。
液壓系統(tǒng)主要由：動(dòng)力元件（油泵）、執(zhí)行元件（油缸或液壓馬達(dá)）、控制元件（各種閥）、輔助元件和工作介質(zhì)等五部分組成。
液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)
1、液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)
（1）體積小、重量輕，因此慣性力較小，當(dāng)突然過(guò)載或停車(chē)時(shí)，不會(huì)發(fā)生大的沖擊；
（2）能在給定范圍內(nèi)平穩(wěn)的自動(dòng)調(diào)節(jié)牽引速度，并可實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速；
（3）換向容易，在不改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的情況下，可以較方便地實(shí)現(xiàn)工作機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)和直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換；
（4）液壓泵和液壓馬達(dá)之間用油管連接，在空間布置上彼此不受?chē)?yán)格限制；
（5）由于采用油液為工作介質(zhì)，元件相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面間能自行潤(rùn)滑，磨損小，使用壽命長(zhǎng)；
（6）操縱控制簡(jiǎn)便，自動(dòng)化程度高；
（7）容易實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。
2、液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)
（1）使用液壓傳動(dòng)對(duì)維護(hù)的要求高，工作油要始終保持清潔；
（2）對(duì)液壓元件制造精度要求高，工藝復(fù)雜，成本較高；
（3）液壓元件維修較復(fù)雜，且需有較高的技術(shù)水平；
（4）用油做工作介質(zhì)，在工作面存在火災(zāi)隱患；
（5）傳動(dòng)效率低。
關(guān)鍵詞 液壓缸 活塞桿 驗(yàn)算 供油 調(diào)速
Feeder hydraulic system design
Abstract The modern machinery general many is mechanical, electrical, hydraulic three closely and combination of a complex structure. Hydraulic drive and mechanical transmission, electrical transmission and classified as three traditional form, hydraulic transmission system design in the modern mechanical design work occupies an important position. So, choose hydraulic transmission subject topics as the graduation design issue is of engineering machinery of various kinds of common choice. Hydraulic transmission technology is not only a theoretical very strong technology, and with the actual production has the close relation. In order to learn such an important technology, in addition to teaching system in teaching, but also can be used as the graduation design teaching, through the theory with practice, to grasp the hydraulic transmission system design skills and methods.
Hydraulic transmission of graduation design goal mainly have the following:
1 and comprehensive application of hydraulic drive course and other relevant courses theoretical knowledge and practical knowledge production, hydraulic transmission design practice, is the theoretical knowledge and production practice in close integration with, so that this knowledge to further consolidate, deepen improve and expand.
2 in the design practice, learn and master general hydraulic components, especially the of all kinds of standard component selection principle and method of the loop combination, training design skills, improve the student analysis and the actual production of grafting question ability, the design work for the future lay a good foundation.
3, through the design, further familiar with design data (including design manual, product samples, standards and specification) apply, and improve the calculation, drawing (CAD), and experience the ability to estimate.
4, cultivating their own autonomous learning, practical and team cooperation ability.
Key words hydraulic cylinder piston energy supply speed
引 言
液壓傳動(dòng)控制是工業(yè)中經(jīng)常用到的一種控制方式，它采用液壓完成傳遞能量的過(guò)程。因?yàn)橐簤簜鲃?dòng)控制方式的靈活性和便捷性，液壓控制在工業(yè)上受到廣泛的重視。液壓傳動(dòng)是研究以有壓流體為能源介質(zhì)，來(lái)實(shí)現(xiàn)各種機(jī)械和自動(dòng)控制的學(xué)科。液壓傳動(dòng)利用這種元件來(lái)組成所需要的各種控制回路，再由若干回路有機(jī)組合成為完成一定控制功能的傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)完成能量的傳遞、轉(zhuǎn)換和控制。
從原理上來(lái)說(shuō)，液壓傳動(dòng)所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理，就是說(shuō)，液體各處的壓強(qiáng)是一致的，這樣，在平衡的系統(tǒng)中，比較小的活塞上面施加的壓力比較小，而大的活塞上施加的壓力也比較大，這樣能夠保持液體的靜止。所以通過(guò)液體的傳遞，可以得到不同端上的不同的壓力，這樣就可以達(dá)到一個(gè)變換的目的。我們所常見(jiàn)到的液壓千斤頂就是利用了這個(gè)原理來(lái)達(dá)到力的傳遞。
液壓傳動(dòng)中所需要的元件主要有動(dòng)力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件等。其中液壓動(dòng)力元件是為液壓系統(tǒng)產(chǎn)生動(dòng)力的部件，主要包括各種液壓泵。液壓泵依靠容積變化原理來(lái)工作，所以一般也稱(chēng)為容積液壓泵。齒輪泵是最常見(jiàn)的一種液壓泵，它通過(guò)兩個(gè)嚙合的齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)使得液體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。其他的液壓泵還有葉片泵、柱塞泵，在選擇液壓泵的時(shí)候主要需要注意的問(wèn)題包括消耗的能量、效率、降低噪音。
液壓執(zhí)行元件是用來(lái)執(zhí)行將液壓泵提供的液壓能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的裝置，主要包括液壓缸和液壓馬達(dá)。液壓馬達(dá)是與液壓泵做相反的工作的裝置，也就是把液壓的能量轉(zhuǎn)換稱(chēng)為機(jī)械能，從而對(duì)外做功。
液壓控制元件用來(lái)控制液體流動(dòng)的方向、壓力的高低以及對(duì)流量的大小進(jìn)行預(yù)期的控制，以滿足特定的工作要求。正是因?yàn)橐簤嚎刂圃骷撵`活性，使得液壓控制系統(tǒng)能夠完成不同的活動(dòng)。液壓控制元件按照用途可以分成壓力控制閥、流量控制閥、方向控制閥。按照操作方式可以分成人力操縱閥、機(jī)械操縱法、電動(dòng)操縱閥等。
除了上述的元件以外，液壓控制系統(tǒng)還需要液壓輔助元件。這些元件包括管路和管接頭、油箱、過(guò)濾器、蓄能器和密封裝置。通過(guò)以上的各個(gè)器件，我們就能夠建設(shè)出一個(gè)液壓回路。所謂液壓回路就是通過(guò)各種液壓器件構(gòu)成的相應(yīng)的控制回路。根據(jù)不同的控制目標(biāo)，我們能夠設(shè)計(jì)不同的回路，比如壓力控制回路、速度控制回路、多缸工作控制回路等。
根據(jù)液壓傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)，在液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，首先要進(jìn)行系統(tǒng)分析，然后擬定系統(tǒng)的原理圖，其中這個(gè)原理圖是用液壓機(jī)械符號(hào)來(lái)表示的。之后通過(guò)計(jì)算選擇液壓器件，進(jìn)而再完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試。這個(gè)過(guò)程中，原理圖的繪制是最關(guān)鍵的。它決定了一個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的優(yōu)劣。
液壓傳動(dòng)的應(yīng)用性是很強(qiáng)的，比如裝卸堆碼機(jī)液壓系統(tǒng)，它作為一種倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)械，在現(xiàn)代化的倉(cāng)庫(kù)里利用它實(shí)現(xiàn)紡織品包、油桶、木桶等貨物的裝卸機(jī)械化工作。也可以應(yīng)用在萬(wàn)能外圓磨床液壓系統(tǒng)等生產(chǎn)實(shí)踐中。這些系統(tǒng)的特點(diǎn)是功率比較大，生產(chǎn)的效率比較高，平穩(wěn)性比較好。
第一章 上料機(jī)的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1.1 設(shè)計(jì)要求：
上料機(jī)液壓系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)它的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)完成快速上升→慢速上升→停留→快速下降的工作循環(huán)。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。其垂直上升工作的重力為，滑臺(tái)的重量為，快速上升的行程為，其最小速度為；慢速上升行程為，其最小速度為；快速下降行程為，速度要求?；_(tái)采用V型導(dǎo)軌，其導(dǎo)軌面的夾角為，滑臺(tái)與導(dǎo)軌的最大間隙為，啟動(dòng)加速與減速時(shí)間均為，液壓缸的機(jī)械效率（考慮密封阻力）為0.91。
上料機(jī)示意圖如下：
圖1 上料機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖
1.2負(fù)載分析
1.2.1工作負(fù)載
1.2.2摩擦負(fù)載
由于工件為垂直起升，所以垂直作用于導(dǎo)軌的載荷可由其間隙和機(jī)構(gòu)尺寸求得
,取，則有
靜摩擦負(fù)載
動(dòng)摩擦負(fù)載
1.2.3慣性負(fù)載
加速
減速
制動(dòng)
反向加速
反向制動(dòng)
根據(jù)以上的計(jì)算，考慮到液壓缸垂直安放，其重量較大，為防止因自重而自行下滑，系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)置平衡回路。因此，在對(duì)快速向下運(yùn)動(dòng)的負(fù)載分析時(shí)，就不考慮滑臺(tái)的重量。則液壓缸各階段中的負(fù)載如表1所示（）
表1 液壓缸各階段中的負(fù)載
工 況
計(jì)算公式
總負(fù)載F/N
缸推力F/N
啟 動(dòng)
6033.94
6630.70
加 速
6072.02
6672.55
快 上
6016.97
6612.05
減 速
5971.71
6562.32
慢 上
6016.97
6612.05
制 動(dòng)
6007.18
6601.30
反向加速
84.25
92.58
快 下
16.97
18.65
制 動(dòng)
-50.31
-55.29
1.3 負(fù)載圖和速度圖的繪制
按照前面的負(fù)載分析結(jié)果及已知的速度要求、行程限制等，繪制出負(fù)載圖及速度圖。
如圖2所示：
圖2 液壓缸的負(fù)載圖及速度圖
1.4 液壓缸主要參數(shù)的確定
1.4.1初選液壓缸的工作壓力
根據(jù)分析此設(shè)備的負(fù)載不大，按類(lèi)型屬機(jī)床類(lèi)，所以初選液壓缸的工作壓力為
2.0MPa。
1.4.2計(jì)算液壓缸的尺寸
按標(biāo)準(zhǔn)?。篋=63mm
根據(jù)快上和快下的速度比值來(lái)確定活塞桿的直徑：
按標(biāo)準(zhǔn)取。
則液壓缸的有效作用面積為：
無(wú)桿腔面積
有桿腔面積
1.4.3活塞桿穩(wěn)定性校核
因?yàn)榛钊麠U總行程為，而活塞桿直徑為，,需進(jìn)行穩(wěn)定性校核，由材料力學(xué)中的有關(guān)公式，根據(jù)該液壓缸一端支承一端鉸接取末端系數(shù)，活塞桿材料用普通碳鋼則：材料強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)值，系數(shù)，柔性系數(shù)， ，因?yàn)? ，所以有其臨界載荷
取其安全系數(shù)時(shí)
所以，滿足穩(wěn)定性條件。
1.4.4求液壓缸的最大流量
1.4.5繪制工況圖
工作循環(huán)中各個(gè)工作階段的液壓缸壓力、流量和功率如表2所示。
表2 液壓缸各工作階段的壓力流量和功率
工 況
壓力
流量
功率
快 上
1.93
8.42
270.84
慢 上
1.93
1.50
48.25
快 下
0.0065
8.67
0.94
由表2可繪制出液壓缸的工況圖，如圖3所示
圖3 液壓缸的工況圖
1.5 液壓系統(tǒng)圖的擬定
液壓系統(tǒng)圖的擬定，主要是考慮以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：
(1) 供油方式 從工況圖分析可知，該系統(tǒng)在快上和快下時(shí)所需的流量較大，且比較接近，在慢上時(shí)所需的流量較小，因此從提高系統(tǒng)的效率，節(jié)省能源的角度考慮，采用單個(gè)定量泵的供油方式顯然是不適合的，宜選用雙聯(lián)式定量葉片泵作為油源。
(2) 調(diào)速回路 由工況圖可知，該系統(tǒng)在慢速時(shí)速度需要調(diào)節(jié)，考慮到系統(tǒng)功率小，滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度低，工作負(fù)載變化小，所以采用調(diào)速閥的回油節(jié)流調(diào)速回路。
(3) 速度換接回路 由于快上和慢上之間速度需要換接，但對(duì)換接到位置要求不高，所以采用由行程開(kāi)關(guān)發(fā)訊控制二位二通電磁閥來(lái)實(shí)現(xiàn)速度的換接。
(4) 平衡及鎖緊 為防止在上端停留時(shí)重物下落和在停留期間內(nèi)保持重物的位置，特在液壓缸的下腔(無(wú)桿腔)進(jìn)油路上設(shè)置了液控單向閥；另一方面，為了克服滑臺(tái)自重在快下過(guò)程中的影響，設(shè)置了一單向背壓閥。
本液壓系統(tǒng)的換向采用三位四通Y型中位機(jī)能的電磁換向閥，下圖4為擬定的液壓系統(tǒng)原理圖。
圖4 液壓系統(tǒng)原理圖
1.6 液壓元件的選用
1.6.1確定液壓泵的型號(hào)及電動(dòng)機(jī)功率
液壓缸在整個(gè)工作循環(huán)中最大工作壓力為，由于該系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，所以 其壓力損失，所以液壓泵的工作壓力為
兩個(gè)液壓泵同時(shí)向系統(tǒng)供油時(shí)，若回路中泄漏按10％計(jì)算，則兩個(gè)泵的總流量應(yīng)為，由于溢流閥最小穩(wěn)定流量為，而工 進(jìn)時(shí)液壓缸所需流量為，所以，高壓泵的輸出流量不得少于。
根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查產(chǎn)品目錄，選用型的雙聯(lián)葉片泵，其額定
壓力為，容積效率，總效率，所以驅(qū)動(dòng)該泵的電動(dòng)機(jī)
的功率可由泵的工作壓力（）和輸出流量（當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為）
求出
查電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品目錄，擬定選用電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為Y90S-6,功率為750W，額定轉(zhuǎn)速為910r/min。
1.6.2選擇閥類(lèi)元件及輔助元件
根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和通過(guò)各個(gè)閥類(lèi)元件和輔助元件的流量，可選出這些元件的型
號(hào)及規(guī)格如下
表3 液壓元件型號(hào)與規(guī)格（GE系列）
序 號(hào)
名 稱(chēng)
通過(guò)流量
型號(hào)及規(guī)格
1
濾油器
11.47
XLX-06-80
2
雙聯(lián)葉片泵
9.75
YB1-6.3/6.3
3
單向閥
4.875
I-10B
4
外控順序閥
4.875
XY-B10B
5
溢流閥
3.375
PB-10B
6
三位四通電磁換向閥
9.75
7
單向順序閥
11.57
XI-B10B
8
液控單向閥
11.57
IY-25B
9
二位二通電磁換向閥
8.21
10
單向調(diào)速閥
9.75
QI-10B
11
壓力表
Y—100T
12
壓力表開(kāi)關(guān)
K-3B
13
電動(dòng)機(jī)
Y90S-6
油管：油管內(nèi)徑一般可參照所接元件接口尺寸確定，也可按管路中允許流速計(jì)算。在本題中采用內(nèi)徑為8mm，外徑為10mm的紫銅管
郵箱：郵箱容積根據(jù)液壓泵的流量計(jì)算，取其體積 ,即V=70L。
1.7 液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算
1.7.1壓力損失及調(diào)定壓力的確定
根據(jù)計(jì)算慢上時(shí)管道內(nèi)的油液流動(dòng)速度約為0.5m/s，通過(guò)的流量為,數(shù)值較小，主要壓力損失為調(diào)速閥兩端的壓降；此時(shí)功率損失最大；而在快下時(shí)滑臺(tái)及活塞組件的重量由背壓閥所平衡，系統(tǒng)工作壓力很低，所以不必驗(yàn)算，因而必須以快進(jìn)位依據(jù)來(lái)計(jì)算卸荷和溢流閥的調(diào)定壓力，由于供油流量的變化，其快上時(shí)液壓缸的速度為
此時(shí)油液在進(jìn)油液在進(jìn)油管的流速為
（1）沿程壓力損失 首先要判別管中的流態(tài)，設(shè)系統(tǒng)采用N32液壓油。室溫為20度時(shí)，，所以有：
管中為層流，則阻力損失系數(shù)，若取進(jìn)、回油管長(zhǎng)度均為2m，油液的密度為 ，則其進(jìn)油路上的沿程壓力損失為：
（2） 局部壓力損失 局部壓力損失包括管道安裝和管接頭的壓力損失和通過(guò)液壓閥的局部壓力損失，前者視管道具體安裝結(jié)構(gòu)而定，一般取沿程壓力損失的10%；而后者則與通過(guò)閥的流量大小有關(guān)，若閥的額定流量和額定壓力損失為和，則當(dāng)通過(guò)閥的流量為q時(shí)的閥的壓力損失式為
因?yàn)镚E系列10mm通經(jīng)的閥的額定流量為63L/min，疊加閥10mm通經(jīng)系列的額定流量為40L/min，而在本例中通過(guò)每一個(gè)閥的最大流量?jī)H為9.75L/min，所以通過(guò)整個(gè)閥的壓力損失很小，且可以忽略不計(jì)。
同理，快上時(shí)回油路上的流量
則回油路油管中的流速
由此可計(jì)算出 (層流)， 所以回油路上的沿程壓力損失為
⑶總壓力損失 由上面的計(jì)算所得可求出
原設(shè)，這與計(jì)算結(jié)果略有差異，應(yīng)用計(jì)算出的結(jié)果來(lái)確定系統(tǒng)中壓力閥的調(diào)定值。
⑷壓力閥的調(diào)定值 雙聯(lián)泵系統(tǒng)中卸荷閥的調(diào)定值應(yīng)該滿足快進(jìn)的要求，保證雙泵同向系統(tǒng)供油，因而卸荷閥的調(diào)定值應(yīng)略大于快進(jìn)時(shí)泵的供油壓力
所以卸荷閥的調(diào)壓壓力應(yīng)取2.6Mpa為宜。
溢流閥的調(diào)定壓力應(yīng)大于卸荷閥調(diào)定壓力0.3-0.5Mpa，所以取溢流閥調(diào)定壓力為3.0Mpa。
背壓閥的調(diào)定壓力以平衡滑臺(tái)自重為根據(jù)，即
，取。
1.7.2 系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升
根據(jù)以上的計(jì)算可知，在快上時(shí)電動(dòng)機(jī)的輸入功率為
慢上時(shí)的電動(dòng)機(jī)輸入功率為
而快上時(shí)其有用功率為
慢上時(shí)的有效功率為48.25W，所以慢上時(shí)的功率損失為276.75W，略大于快上時(shí)的功率損失249.7W，現(xiàn)以較大的值來(lái)校核其熱平衡，求出發(fā)熱溫升。
設(shè)油箱的三個(gè)邊長(zhǎng)在1：1：1~1：2：3范圍內(nèi)，則散熱面積為
假設(shè)通風(fēng)良好，取，所以油液的溫升為
室溫為，熱平衡溫度為，沒(méi)有超出允許范圍。
第二章 液壓缸
2.1 液壓缸的介紹
液壓缸是將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的、做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)（或擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)）的液壓執(zhí)行元件。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠。用它來(lái)實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，可免去減速裝置，并且沒(méi)有傳動(dòng)間隙，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，因此在各種機(jī)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、活塞和活塞桿、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(chǎng)合而定，其他裝置則必不可少。
液壓缸按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為活塞缸、柱塞缸、擺動(dòng)缸三類(lèi),按運(yùn)動(dòng)形式可分為直線運(yùn)動(dòng)和擺動(dòng)。本系統(tǒng)采用單作用活塞缸，活塞運(yùn)動(dòng)、缸體固定。
⑴缸體組件
缸體組件與活塞組件構(gòu)成密封的容腔，承受油壓。因此缸體組件要有足夠的強(qiáng)度，較高的表面精度和可靠的密封性。缸體組件指的是缸筒與缸蓋，其使用材料，連接方式與工作壓力有關(guān)，當(dāng)工作壓力p<10MPa時(shí)使用鑄鐵缸筒，當(dāng)工作壓力時(shí)使用無(wú)縫鋼管，時(shí)使用鑄鐵或鍛鋼。
當(dāng)采用法蘭連接時(shí)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，連接可靠，但要求缸筒部有足夠的壁厚，用以安裝螺栓或旋入螺釘。缸筒端部一般用鑄造、鐓粗或焊接方式制成粗大的外徑。采用半環(huán)連接，工藝好 、連接可靠、 結(jié)構(gòu)緊湊，但削弱了缸筒強(qiáng)度。這種連接常用于無(wú)縫鋼管缸筒與缸蓋的連接中。采用螺紋連接，體積小、重量輕 結(jié)構(gòu)緊湊 但缸筒端部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，常用于無(wú)縫鋼管或鑄鋼的缸筒上。拉桿連接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 工藝性好 通用性強(qiáng)，但端蓋的體積和重量較大，拉桿受力后會(huì)變形，影響密封效果，適用于長(zhǎng)度較小的中低壓缸。焊接式連接強(qiáng)度高 制造簡(jiǎn)單 但焊接式易引起缸筒變形，無(wú)法拆卸。由于本次設(shè)計(jì)中的要求工作壓力p<10MPa，所以選用鑄鐵缸筒?？紤]到缸筒與缸蓋的連接方式，決定采用螺紋連接和法蘭連接。
（2）活塞組件
活塞組件由活塞，活塞桿和連接件等組成?；钊话阌媚湍ヨT鐵制造，活塞桿無(wú)論空心的還是實(shí)心的，大多采用鋼料制造?；钊c活塞桿的連接方式很多，但采用哪種連接方式，都必須保證連接可靠。整體式和焊接式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 軸向尺寸緊湊，但損壞后需要整體更換。錐銷(xiāo)式連接加工簡(jiǎn)單 裝配簡(jiǎn)單 但承載能力小，且需要有必要的防止脫落措施。螺紋連接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 裝拆方便，但需備用螺母防松裝置。半環(huán)式連接強(qiáng)度高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝拆不便。介于綜合考慮宜采用螺紋式防松。
（3）密封裝置
密封裝置的作用是用來(lái)阻止有壓工作介質(zhì)的泄漏；防止外界空氣、灰塵、污垢與異物的侵入。其中起密封作用的原件稱(chēng)密封件。通常在液壓系統(tǒng)與元件中，存在工作介質(zhì)的內(nèi)泄漏和外泄漏，內(nèi)泄漏會(huì)降低系統(tǒng)的容積效率，惡化設(shè)備的性能指標(biāo)，甚至無(wú)法正常工作。外泄漏導(dǎo)致流量減少，不僅污染環(huán)境，有可能引起火災(zāi)。系統(tǒng)中侵入空氣，就會(huì)降低工作介質(zhì)的彈性模量，產(chǎn)生空穴，有可能引起振動(dòng)和噪聲?；覊m和異物即會(huì)堵塞小孔和縫隙，又會(huì)增加液壓缸中相互運(yùn)動(dòng)件之間的摩擦磨損，降低使用壽命，并且加速了內(nèi)外泄漏。所以為了保障液壓設(shè)備工作的可靠性及提高工作壽命，密封裝置與密封件不容忽視。液壓缸的密封主要指活塞 活塞桿處的動(dòng)密封和缸蓋等處的靜密封。
密封方式有間隙密封和密封圈密封。
間隙密封：這是依靠?jī)蛇\(yùn)動(dòng)件配合面之間保持很小的間隙，使用其產(chǎn)生液體摩擦阻力來(lái)防止泄漏的一種方法，用該方法密封，只適合用于直徑小的 壓力較低的液壓缸與活塞件密封。間隙密封屬于非接觸式密封，它是靠相對(duì)運(yùn)動(dòng)件配合面之間的微小間隙來(lái)防止泄漏，實(shí)施密封，這種密封摩擦阻力小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但磨損后不能自動(dòng)補(bǔ)償。
密封圈密封：
O型圈：O型密封圈是由耐油橡膠制成的截面為圓形的圓環(huán)，它具有良好的密封性能，且機(jī)構(gòu)緊湊，運(yùn)動(dòng)件的摩擦阻力小，裝卸方便，容易制造，價(jià)格便宜，故在液壓系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。
V型密封圈：它是由純耐油橡膠或多層夾織物橡膠壓制而成，通常由支撐環(huán) 密封環(huán)和壓環(huán)組成。當(dāng)壓環(huán)壓緊密封環(huán)是支撐環(huán)是密封環(huán)產(chǎn)生變形而起密封作用。
Y型密封圈：屬于唇形密封圈，其截面為Y型，主要用于往復(fù)運(yùn)動(dòng)的密封。是一種密封性 穩(wěn)定性 和耐壓性較好 摩擦阻力小 壽命較長(zhǎng)的密封圈，故應(yīng)用也很普遍。Y型圈的密封作用依賴(lài)于它的唇邊與對(duì)偶合面的緊密接觸，并在壓力油作用下產(chǎn)生較大的接觸壓力，達(dá)到密封目的。當(dāng)液壓力升高時(shí)，唇邊與偶合面貼的更緊，接觸壓力更高，密封性更好。
2.2 液壓缸主要參數(shù)的確定
2.2.1 液壓缸工作壓力
（1） 工作負(fù)載的計(jì)算
由前面的計(jì)算可知道需要的缸的最大作用力為6672.52N, 內(nèi)徑D=63mm d=25mm
（2） 液壓缸工作壓力的選定
由前面的計(jì)算可以知道，液壓缸在整個(gè)過(guò)程中的需要的最大的壓力為，液壓缸工作負(fù)載在5000~1000N的，液壓缸工作壓力應(yīng)當(dāng)選為1.5~2
符合要求。
由前面的計(jì)算可知，液壓缸的工作壓力為2Mpa，液壓缸的內(nèi)徑為D=63mm，活塞桿的直徑d=25mm，并由前面的驗(yàn)算可知，活塞桿的直徑、強(qiáng)度和穩(wěn)定性都符合要求。
2.2.2 液壓缸的長(zhǎng)度和壁厚的確定
（1） 液壓缸的長(zhǎng)度由工作滑臺(tái)的運(yùn)動(dòng)行程來(lái)確定。本液壓系統(tǒng)、工作滑臺(tái)的運(yùn)動(dòng)行程為快進(jìn)350mm，慢進(jìn)行程為100mm，則工作臺(tái)的總行程為350mm+100mm=450mm，考慮到缸體的制造工藝性和經(jīng)濟(jì)性，一般應(yīng)為，缸體的長(zhǎng)度故取L=530mm。
（2） 液壓缸壁厚的計(jì)算
本液壓系統(tǒng)屬于低壓系統(tǒng)，一般低壓系統(tǒng)用的都要薄壁缸，液壓缸的壁厚用下式確定：
（m）
式中 σ—缸壁壁厚（m）；
—試驗(yàn)壓力()；
當(dāng)額定壓力
當(dāng)額定壓力
D—液壓缸的內(nèi)徑（m）；
[σ]—缸體材料的許用應(yīng)力（pa）；
；
—材料的抗拉強(qiáng)度，
n：安全系數(shù)，一般取n=5；
由于本系統(tǒng)屬于中低壓系統(tǒng)，額定壓力，所以。
液壓缸的材料選用QT600-02。
其抗拉強(qiáng)度
考慮缸體上開(kāi)槽，會(huì)削弱缸體的強(qiáng)度，故缸體的壁厚應(yīng)取大一些，加上缸體較長(zhǎng)，所以取得。
液壓缸外徑。
2.2.3 液壓缸進(jìn)出油口尺寸的計(jì)算
液壓缸進(jìn)出油口的尺寸的大小是根據(jù)油管內(nèi)的平均流速來(lái)確定的。要求壓力管路內(nèi)的最大平均流速控制在內(nèi)。
∵最大流速
∴
油管的內(nèi)徑
為了減少壓力損失，提高回路效率，防止氣濁、噪音和振動(dòng)等，油管的內(nèi)徑應(yīng)取大值。
綜合考慮取油管的內(nèi)徑。
2.3 液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.3.1 液壓缸的連接
（1） 液壓缸體和缸蓋的連接結(jié)構(gòu)
本次設(shè)計(jì)的液壓缸體和前缸蓋的連接采用螺釘連接。在前缸蓋和缸體上用六個(gè)螺釘進(jìn)行固定，采用這種連接方法、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是還要在缸體上打孔，削弱了缸體的強(qiáng)度，缸體的壁厚需要加厚。缸體和后缸蓋的連接與前缸蓋和缸體的連接一樣采用螺釘連接，不同的是后缸蓋需要作為整體的定位。
（2） 活塞與活塞桿的連接
本次設(shè)計(jì)的液壓缸活塞與活塞桿之間的連接采用圓螺母連接方式。
這種連接方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，穩(wěn)定性好。
2.3.2 活塞與缸體的密封形式
活塞和缸體之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，它們之間的配合選用間隙配合。由于它們之間的間隙，缸體內(nèi)的油液可能泄漏，故活塞和缸體之間要有密封裝置以防止油液的泄漏。密封形式選用O形密封圈，該種密封形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便安裝，空間小，適用范圍廣，屬于擠壓密封。
2.3.3液壓缸的輔助裝置
（1） 活塞桿的導(dǎo)向裝置
活塞桿的導(dǎo)向長(zhǎng)度指活塞桿全部外伸時(shí)以活塞平面中點(diǎn)到缸蓋滑動(dòng)支撐重點(diǎn)的距離。如導(dǎo)向長(zhǎng)度過(guò)小將使液壓缸的初始撓度增大，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撓度。對(duì)于一般的液壓缸最小撓度應(yīng)滿足以下要求：
（m）
式中 H: 最小導(dǎo)向長(zhǎng)度（m）；
L：液壓缸的最大行程（m）；
D：液壓缸的內(nèi)徑（m）。
（2） 防塵裝置
活塞桿上應(yīng)加防塵裝置以防止外部灰塵的進(jìn)入，保護(hù)活塞桿，多采用三角形和組合形等專(zhuān)業(yè)防塵圈，本液壓系統(tǒng)采用三角形防塵圈。
（3） 液壓缸的緩沖裝置
當(dāng)一般液壓缸的工作壓力大于10MPa，活塞速度大于0.1m/s時(shí)，應(yīng)采用緩沖裝置或其它緩沖方式。當(dāng)活塞速度大于時(shí)，缸內(nèi)緩沖結(jié)構(gòu)不可能吸收全部動(dòng)能，須在缸外加裝制動(dòng)結(jié)構(gòu)，主要方式是在油路中增加切斷功能或吸收能量功能。而在本次設(shè)計(jì)課題中最高速是如下：
所以不需要加緩沖裝置。
（4） 液壓缸的排氣裝置
液壓系統(tǒng)由于長(zhǎng)期停止工作，會(huì)有空氣滲入。油中混有空氣，便使得液壓缸在重新工作時(shí)產(chǎn)生爬行、噪音和發(fā)熱等不利現(xiàn)象。為防止這些不正常現(xiàn)象的產(chǎn)生，一般在液壓缸的最高位置設(shè)置排氣閥。
2.4 液壓缸零件的技術(shù)要求
2.4.1 活塞桿
（1） 實(shí)心活塞桿材料為35 45鋼；空心活塞桿材料為35 45 鋼的無(wú)縫鋼管。在這次液壓缸的設(shè)計(jì)中選用45鋼，做實(shí)心活塞桿。
（2） 主要表面粗糙度
活塞桿外圓柱面粗糙度Ra為0.4—0.8um。
（1） 活塞桿的熱處理：粗加工后調(diào)質(zhì)到硬度為229—285HB，必要時(shí)，再經(jīng)高頻淬火，硬度達(dá)45—55HRC。
（2） 活塞桿d和d2的圓度公差值，按9 10 11級(jí)精度選用；活塞桿d的圓柱度公差值，應(yīng)按8級(jí)精度選用。
（3） 外徑表面直線度在500長(zhǎng)度上不大于0.03mm。
（4） 端面T的垂直度公差值，則應(yīng)按7級(jí)精度選用。
（5） 活塞桿與導(dǎo)向套采用H8/f7配合，與活塞的連接可采用H8/h8配合。
（6） 活塞桿上的螺紋一般按6級(jí)精度加工；如載荷較小，機(jī)械震動(dòng)也較小時(shí)，也允許按7 ，8級(jí)精度制造。
（7） 活塞桿上下表面必要時(shí)可以鍍鉻，鍍層厚度約為0.05mm，鍍后拋光。
2.4.2 缸體
（1） 缸體的材料 液壓缸缸體的常用材料為20，35，45號(hào)無(wú)縫鋼
管。因20號(hào)鋼的力學(xué)性能略低，且不能調(diào)質(zhì)，應(yīng)用較少。當(dāng)缸筒與缸底，缸頭，管接頭或耳軸等件焊接時(shí)，應(yīng)采用焊接性能好的35號(hào)鋼，粗加工后調(diào)質(zhì)。一般情況下均采用45號(hào)鋼，并應(yīng)調(diào)質(zhì)到241—285HB。
缸體毛坯也采用鍛鋼，鑄鋼或鑄鐵件。鑄鋼一般采用ZG25 ZG35 和ZG45等。鑄鐵可采用HT200—HT350之間的幾個(gè)牌號(hào)或球墨鑄鐵QT500-05 QT600-02等。
(2) 主要表面粗糙度
當(dāng)活塞采用橡膠密封圈密封時(shí)，液壓缸內(nèi)圓柱表面粗糙度Ra為0.1-0.4um，當(dāng)活塞采用活塞環(huán)密封時(shí)，液壓缸內(nèi)圓柱表面粗糙度Ra為0.2-0.4um。
(3)技術(shù)要求
①內(nèi)徑用H8-H9的配合。
②缸體內(nèi)徑D的圓度公差值可按9 10 11級(jí)精度選用，圓柱度公差值可按8級(jí)精度選用。
③缸體端面T的垂直度公差值按7級(jí)精度選用。
④內(nèi)表面母線直線度在500mm長(zhǎng)度上不大于0.03mm。
⑤缸體與端蓋采用螺紋連接時(shí)，螺紋采用6H級(jí)精度。
⑥為防止腐蝕和提高壽命，內(nèi)徑表面可鍍0.03-0.04mm厚的硬鉻，鍍后在進(jìn)行拋光，缸體外圖耐蝕油漆。
2.4.3 活塞
(1) 活塞的材料
缸徑較小的整體式活塞一般用35、45缸；其他常用耐磨鑄鐵、 灰鑄鐵HT300 HT350 、鋼（有的在外徑上套上尼龍66、尼龍1010等）以及鋁合金等。
1. 活塞外圓柱表面粗糙度Ra為0.8-1.6um。
2. 技術(shù)要求
① 外徑D的圓度 圓柱度公差值，按9,10或11級(jí)精度選取。
② 外徑D對(duì)內(nèi)徑D1的徑向跳動(dòng)公差值，按7 8級(jí)精度選取。
③ 端面T對(duì)內(nèi)徑D1軸線的垂直度公差值，應(yīng)按7級(jí)精度選取。
④ 活塞外徑用橡膠密封時(shí)可取f7-f9配合，內(nèi)孔與活塞的配合可取H8。
結(jié) 論
通過(guò)這次液壓畢業(yè)設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多，因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在正在走的路，是老師已經(jīng)走過(guò)的路。他們會(huì)給我們指導(dǎo)與建議，會(huì)讓我們的人生少那么點(diǎn)坎坷，多那么點(diǎn)平坦。我們從他們那里學(xué)習(xí)知識(shí)，學(xué)習(xí)掌握知識(shí)，學(xué)習(xí)如何自己獲取知識(shí)，好為自己以后的人生鋪路。請(qǐng)懂得：老師，只是我們?nèi)松闹该鳠?，他們不可能教?huì)我們所有需要的知識(shí)與道理。但，他們會(huì)教給我們自己去探索的勇氣與方法。我們師從于他們，只是為了站在巨人的肩上，讓自己看的更高，走的更遠(yuǎn)。
剛開(kāi)始總覺(jué)得這有點(diǎn)太簡(jiǎn)單了，但等具體動(dòng)手做了之后，事實(shí)證明之前的想法是完全錯(cuò)誤的，它不僅要求計(jì)算還要畫(huà)圖并且還要兼帶查表等各項(xiàng)工作，對(duì)于這些方面的要求都很高，既考驗(yàn)?zāi)托挠挚简?yàn)細(xì)心，同時(shí)還要有信心，還好在XX老師的幫助下讓我所困惑的問(wèn)題都順利解決了。
我們參考了許多資料，通過(guò)指導(dǎo)老師給予的一些資料，讓我們的視角伸向了書(shū)本之外，而在其中找尋查閱資料的同時(shí)，我們對(duì)過(guò)去不足的地方進(jìn)行了彌補(bǔ)。在CAD、Pro/E等設(shè)計(jì)軟件的使用上，我們共同學(xué)習(xí)，共同努力。在設(shè)計(jì)計(jì)算的過(guò)程中，我們雖然有的步驟發(fā)生了點(diǎn)錯(cuò)誤，但通過(guò)一個(gè)小組同學(xué)的檢查，我們不斷的修補(bǔ)改正。
經(jīng)過(guò)液壓畢業(yè)設(shè)計(jì)練習(xí)，對(duì)學(xué)習(xí)的液壓傳動(dòng)知識(shí)比較系統(tǒng)的歸納總結(jié)，用學(xué)到的理論知識(shí)去解決實(shí)際問(wèn)題，加深了基礎(chǔ)知識(shí)的掌握，對(duì)液壓傳動(dòng)這門(mén)課程有了更清晰的認(rèn)識(shí)。對(duì)我而言，一個(gè)人，從小學(xué)、初中、高中，再到大學(xué)、研究生、博士生，要學(xué)習(xí)很多東西。但不要認(rèn)為學(xué)完了這些就懂得了很多知識(shí)——因?yàn)槭澜缟线€有很多問(wèn)題等待我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)，去解決。要擁有解決能力的問(wèn)題首先要學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)是什么？學(xué)習(xí)就是生趣盎然的生活方式，而研究學(xué)問(wèn)、學(xué)習(xí)技能、積累知識(shí)應(yīng)該是一種正面的人生態(tài)度。我認(rèn)為，我們應(yīng)該本著“學(xué)無(wú)止境”、“敏而好學(xué)，不恥下問(wèn)”的態(tài)度去學(xué)習(xí)。
致 謝
在五年的學(xué)習(xí)期間，本設(shè)計(jì)的完成是在我們的導(dǎo)師XX老師的細(xì)心指導(dǎo)下進(jìn)行的。在每次設(shè)計(jì)遇到問(wèn)題時(shí)老師不辭辛苦的講解才使得我的設(shè)計(jì)順利的進(jìn)行。從設(shè)計(jì)的選題到資料的搜集直至最后設(shè)計(jì)的修改的整個(gè)過(guò)程中，花費(fèi)了XX老師很多的寶貴時(shí)間和精力，在此向?qū)煴硎局孕牡馗兄x！導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，開(kāi)拓進(jìn)取的精神和高度的責(zé)任心都將使學(xué)生受益終生！
還要感謝和我同一設(shè)計(jì)小組的幾位同學(xué)，是你們?cè)谖移綍r(shí)設(shè)計(jì)中和我一起探討問(wèn)題，并指出我設(shè)計(jì)上的誤區(qū)，使我能及時(shí)的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題把設(shè)計(jì)順利的進(jìn)行下去，沒(méi)有你們的幫助我不可能這樣順利地結(jié)稿，在此表示深深的謝意
總之，感謝在五年里所有幫助過(guò)我的師長(zhǎng)和同學(xué)們！由于時(shí)間和個(gè)人能力有限，本設(shè)計(jì)難免存在缺點(diǎn)和錯(cuò)誤，懇請(qǐng)老師批評(píng)指正。
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