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黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 摘 要 在許多大型機械的維修行業(yè)中，有時要進行一些輪類物件的拆卸，目前普遍的做法是用機械式的拉力器，有的地方用鐵器強行撬，對物件產(chǎn)生很大程度的破壞，而且對工作人員存在安全隱患。因此設計了液壓拉力器，設計主要包括二大部分，第一部分是液壓系統(tǒng)的設計，第二部分是爪鉤的設計。設計重點是液壓系統(tǒng)具有超載自動卸荷功能，連接件結構設計和密封，爪鉤材料的選擇和結構設計。整個設計使液壓和機械有機的結合在一起。 關鍵詞；液壓系統(tǒng)；爪鉤；密封，卸荷，連接件； ABSTRACT During some large mechanical preventive maintenance, sometimes it need to unload some round articles, the widespread way of doing this is to use mechanical spring exerciser now. And in some places use the strong line of ironware to pry, but it not only does seriously destroy to the workpiece, but also may be harmful to the workman. So designs hydraulic pressure spring exerciser. The design mainly contains two parts; the first part is the design of hydraulic system, the second part is the design of hook. The major of the design contains it makes the hydraulic system have the automatically unload function when it overstressed, the design and sealing of the interface, the material’s select and organization’s design of the hook. The whole design makes the hydraulic system and mechanic combine together. Key words: Hydraulic System; Hook; Sealing; Unload; Interface II 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 目 錄 摘要……………………………………………………………………………………Ⅰ Abstract ………………………………………………………………………………Ⅱ 第1章 緒論………………………………………………………………………… 1 1.1液壓拉力器的發(fā)展現(xiàn)狀………………………………………………………1 1.2對選題的研究…………………………………………………………………1 1.3本章小結………………………………………………………………………2 第2章 設計原理…………………………………………………………………… 3 2.1設計原理………………………………………………………………………3 2.2拉馬的組成……………………………………………………………………3 2.3機械設計的原則和要求………………………………………………………3 2.4 本章小結……………………………………………………………… ………5 第3章 液壓系統(tǒng)的設計 …………………………………………………………6 3.1液壓系統(tǒng)的設計分析…………………………………………………………6 3.2小液壓缸的設計計算…………………………………………………………8 3.3油箱的設計計算………………………………………………………………9 3.4液壓油道的設計………………………………………………………………10 3.5單向閥和截止閥………………………………………………………………11 3.6螺紋連接的選取………………………………………………………………12 3.7密封……………………………………………………………………………12 3.8油箱底座的設計………………………………………………………………12 3.9活塞桿的導向、密封和防塵…………………………………………………13 3.10本章小結 ……………………………………………………………………14 第4章 機械工作部分的設計…………………………………………………… 15 4.1尺寸的確定……………………………………………………………………15 4.1.1爪鉤座…………………………………………………………………15 4.1.2吊耳……………………………………………………………………15 4.2爪鉤頭的形狀與尺寸的確定…………………………………………………17 4.3爪鉤頭受力分析及校核………………………………………………………18 4.4加緊裝置的設計………………………………………………………………19 4.5螺栓和螺釘?shù)倪x擇……………………………………………………………19 4.6本章小結………………………………………………………………………19 第5章 杠桿部分的設計………………………………………………………… 21 5.1四桿機構的設計計算…………………………………………………………21 5.2連桿長度的確定………………………………………………………………21 5.3選取連接螺釘…………………………………………………………………22 5.4本章小結………………………………………………………………………22 第6章 材料的選擇 ………………………………………………………………23 6.1爪鉤材料的選擇………………………………………………………………23 6.2其他部分材料的選擇…………………………………………………………23 6.3密封圈的材料選擇……………………………………………………………23 6.4本章小結………………………………………………………………………23 第7章 活塞桿的受力分析及校核…………………………………………… 24 7.1活塞桿的受力分析及校核……………………………………………………24 7.1.1大活塞桿………………………………………………………………24 7.1.2小活塞桿………………………………………………………………24 7.2本章小結………………………………………………………………………25 第8章 螺栓及外螺紋的受力分析及校核…………………………………… 26 8.1螺栓的受力分析及校核………………………………………………………26 8.2油箱外螺紋的校核……………………………………………………………29 8.3爪鉤座內(nèi)螺紋的校核…………………………………………………………29 8.4吊耳的受力分析及校核………………………………………………………29 8.5本章小結………………………………………………………………………30 結論……………………………………………………………………………………31 參考文獻 ……………………………………………………………………………32 致謝……………………………………………………………………………………33 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 第1章 緒 論 1.1液壓拉力器的發(fā)展現(xiàn)狀 在許多大型機械的維修行業(yè)中，有時要進行一些輪類物件的拆卸，目前普遍的做法是用機械式的拉馬，有的地方用鐵器進行強行撬，這種方法很野蠻，對物件產(chǎn)生很大程度的破壞，同時，還費時，費力，而且對工作人員存在安全隱患。即使有的地方使用拉馬，但它是純機械的，用起來很費力。 發(fā)現(xiàn)問題就要解決問題，因此設計了這套液壓式的拉力器，又叫液壓拉馬，它的工作原理很簡單，利用手動液泵使大液壓缸中的活塞桿推動輪子所在的軸，同時鉤爪拉動輪子，從而使輪子從軸上下來。達到卸輪的目的。它的拉力可以達到6噸，而且機身輕，便攜式。單人操作，是一種安全高效的卸輪工具。這種工具會使工人的工作變得更輕松，更有趣，一定會得到廣泛的應用。 1.2對選題的研究 下面簡要的介紹一下液壓拉馬，他是采用液壓的推力，從而達到撥出物體的作用，他有液壓系統(tǒng)，是由2個液壓缸和油箱等元件組成的，使用起來十分方便，通過手柄作用小液壓缸，使大液壓缸活動，帶動爪鉤的運動，使物體拔出。小液壓缸和大液壓缸之間通過單向閥來控制油箱中的油的流向，當手柄作用時，活塞向下運動使小液壓缸的油通過油道進入大液壓缸中，使大液壓缸中的活塞運動。當小液壓缸中的活塞向上運動時，油箱中的油進入小液壓缸。當小液壓缸的活塞不停的運動時，大液壓缸不斷的充入油，使活塞運動。 由于使用了單向閥大液壓缸中的油不能回到小液壓缸中。小液壓缸中的油也不能回到油箱中，確保了液壓系統(tǒng)的運行。當拉拔完畢后。通過截止閥，把大液壓缸中的油放回油箱中。通過手柄的小作用力從而達到拉動大物體的作用。這就是液壓拉馬的省力之處。爪鉤對與拉馬來說是相當重要的。爪鉤的形狀。直接決定拉拔物體的大小，形狀。因此一般的拉馬都有好幾套爪鉤，他是靠螺栓和爪鉤座連接的，可以根據(jù)需要隨時更換。比如拉拔軸承，采用正常的爪鉤就可以，拉履帶銷軸就得用長一點的爪鉤，把銷軸頂出來，拉馬不僅僅只能拉拔，還可以頂。但要注意，無論在什么情況下，都不要超過拉馬的使用范圍。如果過載了，將直接導致拉馬的損壞，如果操作不當?shù)脑挘€可能傷及人員，拉馬的型號上都明確的標處它的過載量，當遇到確定不了大概作用力的時候，盡量使用大一點型號的拉馬，以保證安全。 拉馬要經(jīng)常維護，換油封，更換機油等等，能有效的增加它的使用壽命。新的或久置的液壓拉馬，因油缸內(nèi)存有較多空氣，開始使用時，活塞桿可能出現(xiàn)微小的突跳現(xiàn)象，可將液壓拉馬空載往復運動2-3次，以排除腔內(nèi)的空氣。長期閑置的拉馬，由于密封件長期不工作而造成密封件的硬化，從而影響拉馬的使用壽命，所以拉馬在不用時，每月要將拉馬空載往復運動2-3次。隨著科技的發(fā)展，拉馬也將不斷的像更高效、更實用的方向發(fā)展，并將在維修行業(yè)得到更加廣泛的應用。 另外今后的拉馬將改手動為自動，將更加省力。在將來更加小巧的拉馬必然能出現(xiàn)，隨著納米技術的出現(xiàn)，各種小型納米機器的出現(xiàn)，我想也將會用到納米拉馬的。另外拉馬的改進不一定就是改進他的體積和大小，它的材料也有待進一步改善，總體的布局也可以改造，在結構上徹底的改變拉馬，使其能夠達到一機多用，不單單是拉拔物體，也可以將其改造成為用來維修的多用機器，比如擰螺絲，焊接等等。目前可以簡單將其改造成為一個液壓千斤頂，這是比較容易的。拉馬以后在結構和形式上都將得到改進。這是以后發(fā)展的方向，只有有好的工具才能在日常中更好的維護機器。在今后的高科技時代，高科技的維修工具是不可少的。拉馬的改革和創(chuàng)新也是時代發(fā)展的必然。 1.3本章小結 這章主要是對過去拉馬發(fā)展的分析，和對選題的研究。 第2章 設計原理 2.1設計原理 以液壓起動桿直接前進移動，故推動桿本身不做轉動。鉤爪座又可以隨螺紋 直接做前進后退的調(diào)距，操作時只要把手前后小幅度擺動，油壓起動桿前移，鉤 爪相應后退，把被拉物體拉出，也可以把物體頂出。 2.2拉馬的組成 1.液壓系統(tǒng) 2.爪鉤 3.手柄 4. 連接件 2.3機械設計的原則和要求 機械系統(tǒng)設計的最終目的是為市場提供優(yōu)質(zhì)、高效、物美價廉的物品，在商品的競爭中取得優(yōu)勢、贏得客戶和經(jīng)濟效益。產(chǎn)品的質(zhì)量和經(jīng)濟效益取決于設計、制造和管理的綜合水平。產(chǎn)品設計是關鍵。沒有高質(zhì)量的設計就不能有高質(zhì)量的產(chǎn)品。 2.3.1功能合理 一項產(chǎn)品的推出總是以社會需要為前提而產(chǎn)生的。如果沒有需要就沒有市場，從而就失去了產(chǎn)品存在的價值和依據(jù)。產(chǎn)品應不斷的更新以適應市場的變化，否則，將會滯銷、積壓，造成浪費，影響企業(yè)的經(jīng)濟效益。所以設計必須確立市場觀念，以社會需求作為基本的出發(fā)點。 在設計的每一個階段都應該進行價值分析，采取多種方案進行經(jīng)濟比較，以取得最佳方案，向用戶提供成本低，功能好的產(chǎn)品。通常，隨著功能的增加，產(chǎn)品的成本會隨之而上。所以設計師必須進行市場調(diào)查和到用戶家中訪問，查清當前市場的需求和預測今后的需求。掌握現(xiàn)有和潛在的競爭對手的動向，確定自己的方法和策略，然后對產(chǎn)品進行功能分析，滿足使用的要求，剔出不必要的功能，添加新穎的功能，恰到好處的利用外觀功能的原則 ，力求使產(chǎn)品達到更加物美價廉的境地。 2.3.2可靠性 可靠性是衡量系統(tǒng)質(zhì)量的一個重要指標?？煽啃允侵赶到y(tǒng)雜規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。 提高系統(tǒng)得可靠性的最頭效的方法是進行可靠性設計。進行可靠性設計必須掌握影響可靠性的各種設計的變量的分布特性和統(tǒng)一數(shù)據(jù)。目前，可靠性的技術已開始用語機械系統(tǒng)的設計。 標準化是提高可靠性的一項重要措施。標準件的結構工藝和可靠性一般都比較好，所以應盡量選用標準件、規(guī)格件和通用件，以提高機械系統(tǒng)壽命。 簡化系統(tǒng)和簡化零件，部件的結構，減少質(zhì)量和部件的數(shù)量提高系統(tǒng)得標準化程度，對系統(tǒng)的壽命提高有很大的幫助。 2.3.3經(jīng)濟性 合理的確定可靠性要求和安全系數(shù)值。產(chǎn)品可靠性越高，要求產(chǎn)品的加工越復雜，要求的成本也越高。因此在進行可靠性設計時，一般要符合實際，不能為了盲目的追求高可靠性，而忽視了產(chǎn)品的成本。在尚無條件進行可靠性設計時，應盡量估計他的強度和載荷。在選取系數(shù)時取值應該較大，對可靠性要求低的應該取小值。 2.3.4安全性 系統(tǒng)的安全性包括兩方面：系統(tǒng)本身的安全性；人機安全。機械系統(tǒng)執(zhí)行預期功能的安全運行時機械系統(tǒng)本身的安全。如，必須滿足剛度，強度，耐磨性，穩(wěn)定性等。為此，應該根據(jù)工作環(huán)境及機械本身的要求，按有效規(guī)范和標準進行計算和設計。為了 避免由于意外原因造成故障而失效，需要過載保護，安全互鎖等裝置。 再者，噪聲和震動也是對環(huán)境的重大危害。因此，降低噪聲和震動也必須在設計中考慮到。 2.3.5設計題目的分析 根據(jù)設計題目的要求簡單對拉馬進行分析，它的結構比較簡單，構造不是十分復雜的，并和液壓千斤頂比較相似，這就給設計奠定了基礎，頭腦中的思路也比較明確，下面主要就是分析各類結構的設計要點，液壓系統(tǒng)的設計，此套設備中最主要就是液壓系統(tǒng)，他直接決定這個器械的好壞。根據(jù)任務書中的有關數(shù)據(jù)，能夠知道，他包括2個液壓缸和一些零部件，可以分析得出這是個由小液壓缸推動大液壓缸中的活塞產(chǎn)聲的力，從而達到預期的效果，結構大概應該是有一個手柄，通過他的作用使小液壓缸中的活動運動，使油箱中的油進入到大液壓缸中，使得大液壓缸的活塞運動，從而帶動爪鉤，起到拉拔的作用。 在就是爪鉤的設計，這也是設計的重點，包括材料的選擇，以及長度、角度的計算，拉馬效率的高低也全在于爪鉤的好壞，一個拉馬如果爪鉤的質(zhì)量比較差的話，直接影響它的使用壽命。 由于爪鉤頭經(jīng)常和要拔的器件相接觸，因此磨損比較快。所以選擇的材料要比較堅硬，耐磨損。另外其硬度也要比較高，抗拉性能要好。在設計過程中要使用的螺栓也要經(jīng)過仔細的計算才能選用，當拉馬工作時，所有的力都由螺栓承受，因此要選用適當?shù)穆菟?。另外就是爪鉤座的設計，它是靠螺紋和油箱外面連接的，因此選擇的材料，和螺紋的深度都有要求，必須得能夠承受巨大的拉力，如果出現(xiàn)脫扣，將直接造成拉馬的損壞。這些都是設計中的重點，直接決定設計成果的好壞，是都應該在設計前做好考慮的。在一個就是油箱的設計和連接問題，油箱在拉馬的外面，在外面就是爪鉤座了，因此要考慮油箱的厚度，能否承受住6噸的壓力，還有就是注油孔的設計，還有油箱底座的設計，這些都是關鍵的問題，在設計中都應仔細的考慮。 2.4 本章小結 這章主要是對拉馬的設計原理進行了分析，在就是有關一些機械設計產(chǎn)品規(guī)則和要求，最后對拉馬的設計進行了設想。 第3章 液壓系統(tǒng)的設計 3.1液壓系統(tǒng)的設計分析 這套液壓系統(tǒng)中有二個液壓缸、二個活塞，主要得確定它們的參數(shù)，還有油箱、油道的設計和蓋板彈簧，單向閥等等。首先是液壓缸，根據(jù)說任務書能確定一些數(shù)據(jù)，在通過計算確定其長度和壁厚。小液壓缸和大液壓缸差不多。然后設計活塞也包括長度材料等關于油箱主要設計大小厚度。具體設計見下面。因為液壓分離器的液壓系統(tǒng)與液壓千斤頂?shù)脑硐嗨?，故部分?shù)據(jù)可采用YQI5B液壓千斤頂?shù)臄?shù)據(jù)，其具體技術規(guī)格如表3.1 表3.1液壓千斤頂尺寸 型號 起重噸 活塞直徑 泵芯直徑 手柄作用力 YQI5B 5 35mm 12mm 32公斤 3.1.1 計算液壓缸的負載 1計算工作負載 根據(jù)任務書可知最大拉力為6噸 。摩擦負載和慣性負載（可忽略） 液壓缸機械效率取η=0.95 3.1.2確定液壓系統(tǒng)的參數(shù) 選定液壓缸為活塞式液壓缸（活塞僅能單向運動，其反向運動需要外力來完成）。 本套液壓系統(tǒng)結構比較簡單，要求精度剛度也不是很大，只要用一般的液壓缸就可以滿足使用要求，所以這重液壓缸正好適合這套液壓系統(tǒng)。所以選定： 如下圖 圖3.1 活塞式液壓缸 1) 初選液壓缸工作壓力P 根據(jù)參考資料YQI5B型千斤頂，系統(tǒng)的壓力為600公斤/平方厘米 2) 計算液壓缸尺寸 由任務書知，大液壓缸活塞桿的直徑為22mm。 依據(jù)《工程機械液壓與液力傳動》中對液壓缸活塞桿的尺寸設計中表3-3，知 d=0.7D,得出 D=d/0.7=22/0.7=30mm 其中， d--- 大液壓缸活塞桿的直徑 D--- 液壓缸內(nèi)徑 所以，大液壓缸活塞的直徑為30mm。 3.1.3 確定大液壓缸的壁厚和長度（材料為45號鋼） 材料的選擇： 液壓缸體的常用材料為20、35、45號無縫鋼管。因20號鋼的力學性能略低，且不能調(diào)質(zhì)，應用較少。當缸筒與缸底、缸頭、管接頭或耳軸等件需焊接時，則應采用焊接性能較好的35鋼，粗加工后調(diào)質(zhì)。一般情況下，均采用45鋼，并應調(diào)質(zhì)到241～285HB。缸筒內(nèi)徑選用H8、H9或H10配合。內(nèi)徑的表面粗糙度，當活塞采用橡膠密封圈時，取0.4-0.1。缸筒內(nèi)徑的圓度和圓柱度 1) 確定大液壓缸的壁厚: t(壁厚)≥PpD/() Pp-實驗壓力 額定壓力Pn≤16Mp時，Pp=Pn×150% Pn＞16Mp時，Pp=Pn×125% D-缸的內(nèi)徑 D=30mm δp-缸體材料許用的應力 δp=δb/S 其中δb為材料的抗拉強度。S為安全系數(shù)，推薦在3.5-5范圍內(nèi)，一般S=5。鑄鋼=（100-110）Mp 所以 t(壁厚)≥PpD/(2δp) ≥1.35mm 參考《機械零件設計手冊》表31-8 D外徑=36mm 所以 t=3mm 2) 確定大液壓缸的長度 根據(jù)活塞桿的行程為82mm,初步確定液壓缸的長度為130mm。 3)液壓缸的儲油量 液壓缸的儲油量V為 V==0.0006 式中，V——液壓缸的儲油量（） A——液壓缸的作用面積（） S——液壓缸行程（m） 3.2 小液壓缸的設計計算 1) 小液壓缸直徑的確定: 運用類比法，參考YQI5B液壓千斤頂?shù)母椎闹睆?，小液壓缸缸的直徑d取12mm。 2)小液壓缸壁厚的確定: 根據(jù)公式 t(壁厚)≥PpD/(2δp) Pp-實驗壓力 額定壓力Pn≤16Mp時，Pp=Pn×150% Pn＞16Mp時，Pp=Pn×125% D-缸的內(nèi)徑 D=12mm δp-缸體材料許用的應力 =其中為材料的抗拉強度。S為安全系數(shù)，推薦在3.5-5范圍內(nèi)，一般S=5。鑄鋼=（100-110）Mp 所以 t(壁厚)≥ ≥0.54mm 考慮到螺紋部分的連接 t取4mm t=4mm 3 )小液壓缸長度的確定 根據(jù)體積不變公式 π(D/2)2H=π(d/2)2hn D-大液壓缸的直徑 H-大液壓缸活塞的行程 d-小液壓缸的直徑 h-小液壓缸活塞每次的行程 n-大液壓缸完成一次行程小液壓缸的形程數(shù)，在這里n取30 n=30 D=30mm d=10mm H=83mm n=30 將數(shù)據(jù)代入公式算出 h=24.6mm 考慮到液壓缸的螺紋連接部分以及與杠桿的連接h取45mm 4) 液壓缸的儲油量 液壓缸的儲油量V為 V=AS=0.000001 式中，V——液壓缸的儲油量（） A——液壓缸的作用面積（） S——液壓缸行程（m） 3.3 油箱的設計計算 由于油箱直接和大液壓缸連接，又直接和爪鉤座連接，因此他承受著所有的拉力， 根據(jù)經(jīng)驗，確定油箱的壁厚為3.5mm，油箱的內(nèi)徑為48mm。油箱的高度的確定 ，根據(jù)油箱和大液壓缸的幾何關系可以確定油箱的高度（油箱和大液壓缸的位置關系見圖3.2 ，油箱的密封問題在這里也應該解決，油箱蓋板的密封是用O型圈。在就是油箱的注油問題，它有一個小孔和大液壓缸相連接，直徑是3mm 。 圖3.2 油箱 油液的高度 H=πD/[π(D2-d2)] =86mm 油箱的長度 L=130mm 1、 油箱蓋板的設計計算（油箱蓋板的尺寸見圖3.3）蓋板的內(nèi)外徑由大液壓缸的外徑和油箱的內(nèi)徑確定。 圖3.3 油箱蓋板 O形圈A，B的選擇，查《機械零件設計手冊》 O形圈A:M36-A O形圈B:M48-B 查《機械零件設計手冊-液壓傳動和氣壓傳動》 H=1.5mm B=2.5mm a=2.5×3＝7.5mm 2、 蓋板彈簧的選擇 彈簧選用普通圓柱螺旋彈簧 彈簧剛度的計算 kx=ρ（液）gv（液）+ρ（蓋板）gv（蓋板）+P(封) 查《機械設計手冊》ρ（液）-850-960kg/m3 ρ（蓋板）-7.85g/cm3 P(封)-密封裝置處的摩擦力 查手冊 P(封)=0.03P P彈簧的推力 x-彈簧的壓縮量 x=H（油液的高度）=86mm 將數(shù)據(jù)代入公式算出 k=0.012N/mm 選擇的彈簧如下表3.2 表3.2彈簧 材料截面直徑 彈簧中徑 自由度 彈簧剛度 0.1mm 40mm 80mm 0.02N/mm 3.4 液壓油道的設計 油道內(nèi)徑的確定: 根據(jù)《機械零件設計手冊》 d≥[4Q/(πv)]0.5 Q-液體流量m3/s v +流速- 吸油管v≤1-2m/s v取1m/s 壓油管v≤3-6m/s 回油管v≤1.5-2.5m Q=A1l1n A1-小活塞的面積（12mm） l1–行程(15mm) n-單位時間內(nèi)活塞的往復次數(shù)（30次/分） 算出 Q=847.8mm3/s 所以d≥[4×847.8mm3/(3.14×1×10mm/s)]0.5 d≥1.342 d取3mm 3.5 單向閥和截止閥 3.5.1單向閥 單向閥在這里的作用的非常大的，直接關系到液壓系統(tǒng)能否正常運行，當小活塞運動時，油箱中的油進入小液壓缸中，為了防止他又回流到油箱中必須使用單向閥，大液壓缸和小液壓缸之間同樣使用單向閥。確保油的單向流動。參考YQI5B型液壓千斤頂及<<機械零件設計手冊 >>,可以確定單向閥的結構如圖 3.4所示 圖 3.4 單向閥 3.5.2截止閥 當工具工作完畢后，必須對其進行泄壓，為下一次工作做好準備，這就用到了截止閥，另外截止閥在這里還能起到過載保護的作用。如果被拉的工件超過了拉馬的最大使用形程。截止閥就自動泄核。參考YQI5B型液壓千斤頂及<<機械零件設計手冊>>,截止閥的結構如圖3.5所示 圖3.5 截止閥 3.6 螺紋連接的選取 拉馬的連接大多是依靠螺紋連接，而且各零件之間連接都是依靠螺紋。因此螺紋的選用必須符合使用要求。根據(jù)《機械設計手冊》，螺紋連接部分選用梯形螺紋 ，具體如下。 小液壓缸螺紋連接部分：GB-5796-86 Tr18×2-7H 大液壓缸螺紋連接部分：GB-5796-86 TR36×1.75-7H 3.7 密封 密封裝置用來防止液壓元件和系統(tǒng)的內(nèi)、外泄漏。泄漏使系統(tǒng)的容積效率降低，嚴重時會建立不起壓力而無法工作；外泄漏還會弄臟設備，污染環(huán)境。因此，密封裝置對保證液壓系統(tǒng)正常工作起著十分重要的作用。 大、小液壓缸的底部密封選用矩形密封圈，其余部分選用O型圈密封。O形密封圈的外形，一般用耐油橡膠制成。O形密封圈安裝時有一定的預壓縮量，同時受油壓作用產(chǎn)生變形，緊貼密封表面而起密封作用。當壓力較高或密封圈溝槽尺寸選擇不當時，密封圈容易被擠出而造成嚴重的磨損。 3.8 油箱底座的設計 在這套設計中，油箱底座的設計非常重要。至于它的形狀與尺寸是通過油箱 和大液壓缸的形狀和尺寸設計完成之后才定下來的。 ? 至于油箱底座的材料，由于它和油箱及大液壓缸是螺紋連接，而大液壓缸和油箱的材料都是45鋼，為了使連接緊密，可靠，故油箱底座也使用45鋼，而且由于油箱和大液壓缸的連接螺紋都選用的梯形螺紋，所以油箱底座連接處的螺紋同樣選用梯形螺紋。 氈圈油封及槽 查《機械設計課程設計手冊》，氈圈的形狀如左圖所示： 由大活塞桿的直徑 d=22mm，選氈圈厚度為 B =35mm,D=32mm,d1 =21mm,,故氈圈的寬度為 ( D-d1 )/2 =11/2 =5.5mm。 同樣查〈機械設計課程設計手冊〉，槽形設計： 其中，d 為大活塞桿的直徑，b1 為槽的小頭 寬度b1=3mm,b2為槽的大頭寬度b2= 4.3mm,槽深為(D0-d0)/2=5mm. 3.9活塞桿的導向、密封和防塵 一， 導向 安裝活塞外圓的導向環(huán)，具有精確的導向作用，并可以吸收活塞運動s時產(chǎn)生的側向力。查《機械設計課程設計手冊》，采用缸蓋導向。這種方法的優(yōu)缺點： 優(yōu)點：可減少零件數(shù)量，裝配簡單。 缺點：磨損快。 但由于缸蓋與缸體是通過螺紋連接的，故拆卸較為 方便，在更換時比較容易 二， 密封 同樣查《機械設計課程設計手冊》，采用O型密封圈加以密封。結構如下圖 圖3.6 O型密封圈 這種密封方法的特點： 結構簡單，同時還兼有防塵的作用。 3.10本章小結 液壓缸的技術要求：缸筒的內(nèi)徑選用H8配合。內(nèi)徑的表面粗糙度取0.4到0.1。缸筒的內(nèi)徑圓度和圓柱度公差選8級精度。缸筒端面T的垂直度公差選7級精度。為防止腐蝕以及其他一些使用的特殊要求，剛筒內(nèi)表面可鍍絡，鍍后拋光。活塞的結構只要考慮與剛筒內(nèi)壁的滑動和密封，以及與活塞桿之間的連接和密封?；钊慕Y構形式取絕于密封件的形式。活塞和剛筒的密封這里選用O型圈進行密封。安裝活塞外圓的導向環(huán)具有精確的導向作用，并可以吸收活塞運動時產(chǎn)生的側向力。這里活塞的材料選擇45號鋼?；钊募夹g要求：活塞外徑D和內(nèi)孔D的徑向跳動公差選7級。端面T對內(nèi)孔D軸線垂直公差值選7級?；钊鸇的圓柱度公差值按10級計算。 第4章 機械工作部分的設計 4.1尺寸的確定 4.1.1爪鉤座 爪鉤座的形狀如下3個尺寸和形狀都相同的吊耳 圖4.1 爪鉤座 4.1.2爪勾座和吊耳 爪鉤座是安裝在油箱外面的，和油箱之間是由螺紋連接的。初定爪鉤座的外徑為65mm，等同于連接裝置的外徑。油箱的外形尺寸，即壁厚為35mm，直徑為55mm，梯形螺紋齒深為1.75mm，故 爪鉤座的壁厚為6,75mm。具體見圖。 對于吊耳，形狀見下圖。 圖4.2 吊耳 初定：吊耳的長為35mm，寬為30mm，厚度為10mm，由于與連接板之間是靠螺栓連接的，故吊耳上面有一個直徑為8mm的圓孔，具體位置見上圖。又因為爪鉤要與吊耳進行相互擠壓轉動，所以吊耳的一端要有一個圓弧，定這圓弧的半徑為15mm，具體形狀與尺寸見上圖。 4.1.3連接板 連接板是連接吊耳與工作裝置爪鉤，從而是動力裝置與工作裝置一起達 到工作的目的。其形狀與尺寸見下圖 圖4.3 連接板 其中，連接板的長度L為100mm，寬度h為20mm，由于要與吊耳相配 合，所以在連接板的兩端各有一個直徑為8mm的圓孔，圓孔的圓心到聯(lián)接板 的距離是5mm，而連接板的厚度為6mm。 對于它們的材料都定為45鋼，因為45鋼的強度比較合適。 4.1.4爪鉤 爪鉤是最重要的工作裝置。它的 形狀與尺寸直接關系到本套裝置所能工作 的范圍，即所能卸的輪的最大直徑和厚度。借鑒了很多已有產(chǎn)品的形狀與尺寸 設計了如圖所示的爪鉤形狀，并依據(jù)爪鉤座，吊耳，聯(lián)接板的尺寸和任務書上 所要求的部分尺寸定爪鉤的尺寸。 形狀見下圖 （1）L1:（圖中的情況是爪鉤自然垂下時） a=35-14+24/2=33mm c=100-2 4=92mm b=86mm（根據(jù)勾股定理） 圖4.4 爪鉤 考慮到要有伸出部分，定L1=100mm (2) L2 L2的長度只與此設備所能卸的輪的最小厚度有關，而且任務書上并未對此提出要求，所以定為50mm，待到設計完成后再計算出最小厚度。 （3）L3 L3的尺寸是任務書給出的，它相當于是圖中所示圓弧的弦長。 由于任務書上要求所卸輪的最大直徑為310mm,所以L4=155mn ,L3/2=76mm. ,根據(jù) 勾股定理求出R=173mm。所以弧是半徑為173mm，弦長為152mm的弧。 4.2爪鉤頭的形狀與尺寸的確定 4.2.1形狀（見下圖） 圖4.5 爪鉤頭 2，借鑒了“上海神模器具廠”的液壓拉器的爪鉤頭的形狀，采用這種帶有臺階式的爪鉤頭形狀?？筛鶕?jù)不同直徑的輪子用不同的臺階，加上爪鉤饒吊耳的轉動，可調(diào)臺階與被卸輪的端面完全接觸。 4.2.2尺寸 由于在任務書中大致尺寸已給出，即爪長為11mm，寬為22mm，厚度為6mm，現(xiàn)定有5個臺階，即每個臺階寬為22mm，長為2mm，高度為1mm。具體見下圖 圖4.6 爪鉤頭的尺寸 4.3 爪鉤頭的受力分析及校核 4.3.1 受力分析 在爪鉤拉輪子的過程中，輪子將給爪鉤頭一個向下的壓力，此力的最大植為2噸力（已知），而受力面積為A=22×2=44mm2受力情況見下圖 圖4.7 爪鉤頭的受力分析 4.3.2校核 根據(jù)前面的經(jīng)驗，這種情況只要滿足式子σs=F/A≤[σ] (1) 由式子得出A≥F/σs (2) 只要滿足式子（2）即可。 其中，σs__屈服強度 [σ]—許用壓應力 對于20CrNi，屈服強度（σs）為590Mpa,A-F/σs =2000×9.8÷590=33,22mm2≤44mm2 所以，爪鉤頭的形狀及尺寸是滿足使用要求的 。 4.3.3對爪鉤體的校核 首先分析，由于對弧形體的受力很難進行分析，所以把弧形部分近似看成是直體。 根據(jù)公式：ób=F/t(D-d) 其中，t--- 爪鉤體的厚度 D—爪鉤體的寬度 d--- 圓孔直徑 σb—抗拉強度 查《機械設計課程設計手冊》，對于20CrNi,σb =785Mpa. 因此，σb =F/t(D-d)=2000×9.8÷10×(24-8) =122.5MPa≤785Mpa 在無孔段，A=24×10=240mm2 σb = F/A =2000×9.8÷240=81.7MPa≤785Mpa. 所以，爪鉤是非常滿足使用要求的。 4.4加緊裝置的設計 加緊裝置是防止爪鉤座松動，起到保險和穩(wěn)定的作用。 因此采用一個環(huán)結構的零件內(nèi)圈帶螺紋。能很好的起到保險的效果。 4.5螺栓和螺釘?shù)倪x擇 查《機械設計課程設計手冊》，螺栓選六角頭螺栓，GB5782-86-M8×22 螺釘選為GB1327-88-M6×10 4.6本章小結 這章主要是確定爪鉤座和爪鉤，確定其尺寸，爪鉤頭和爪鉤的材料選擇相當重要直接關系到拉馬的使用壽命。爪鉤尺寸和形狀的確定也極其重要，關系到他的最大和最小爪夾半徑。在有就是它們的受力分析和校核。材料的選擇和尺寸的選擇決定著它的極限使用壽命。做好校核是很重要的。在就是螺栓的選擇，它在工作中承載著所有的受力，必須得選用適當大小的螺栓才能保證工作的進行。在一個就是加緊裝置，由于爪鉤座的連接是靠螺紋，時間長了有可能松動，有了這套加緊裝置，可以確保其不松動，增加了安全系數(shù)。確定爪鉤的形狀得經(jīng)過大量的計算，以保證他在工作中不打滑不松動，而且承受巨大的壓力不損壞。這些在上面都有所闡述。這章著重的介紹如何設計的爪鉤以及螺紋螺栓的選用等，是機械設計的基礎。 這章是設計的重點，主要是對爪鉤的設計，一些材料的選擇，是重中之重。液壓系統(tǒng)和爪鉤是2個重要組成部分。這也是機器能否做好的重要指標之一。 第5章 杠桿部分的設計 5.1四桿機構的設計計算 四桿機構的材料要求比較低，因為他是和手柄相連的，作用力很小，因此可選用45號綱，厚度為3mm,寬度為20mm,根據(jù)其極限位置和行程來確定其長度，其具體結構及尺寸見下圖。連桿的轉角去45度，上轉角為30度，下轉角為15度。圖 圖5.1 四桿機構結構簡圖 中35mm是小液壓缸的長度減去螺紋部分的長度，25mm是小液壓缸的活塞行程。 計算各個連桿的長度 asina15°+asin30°=24.6mm a=24.6/(sin15°+sin30°) a=29.8mm 取a=30mmc=acos30 =25.98mm 取c=26mm b=25mm+35mm-asin30°=45mm 5.2 連桿長度的確定 圖5.2 四桿機構圖 根據(jù)杠桿的原理 F1L=F2a F1-人手的作用力取2.5公斤 F2 –小活塞的作用力，參考YQI5B型千斤頂為公斤32 L-杠桿的長度 將數(shù)據(jù)代如公式 L= F2a/ F1 =384mm L取400mm 5.3 選取連接螺釘 螺釘是用來連接連接桿的，它的要求不是很高，因為它是和手柄及小液壓缸連接的，因此選用一般的通用型螺釘就可以滿足使用要求。查《機械設計手冊》第三卷 螺釘選取六交頭鉸制孔用螺栓 GB1327-88 M6×12 5.4本章小結 這章主要是對四桿機構的設計和計算,主要是對手柄的選擇。在就是選取螺釘. 第6章 材料的選擇 6.1爪鉤材料的選擇 選擇材料從使用，工藝和經(jīng)濟三方面來考慮。 6.1.1使用要求 由于爪鉤的尺寸取決于強度，且尺寸和重量又有所限制，由于爪鉤直接和被拉拔物體接觸，故應選用強度要求較高的材料。 經(jīng)濟性 由于對于爪鉤來講，強度為主要條件，可以選用強度較高而價格稍貴的材料，或用價格低的材料而加大零件尺寸，可是由于爪鉤的形狀和重量不允許加大，故只能選用價格較貴的材料。 6.1.2工藝性 同樣的結構材料，如果采用先進而合理的熱處理工藝，則其強度性能可以成倍的提高。 由于20GeNi具有高強度，高韌性，良好的淬透性，經(jīng)滲碳及淬火后，心部具有韌性，表面硬度較高，切削性尚好，一般經(jīng)滲碳及淬火回火后使用。 6.2其他部分的材料選擇 其他部分的材料，除了幾個密封圈之外，全都選擇了45鋼，因為它的強度很好，而且這樣一來，在準備材料時會有很大的方便，而且使用壽命會很長。再有，在對這些部件進行校核時也不難發(fā)現(xiàn)45鋼是很適合工作要求的。 6.3密封圈的材料選擇 在這套設備中有兩種密封圈，即 O型和矩型。 兩種密封圈的主要材料都是橡膠，只是規(guī)格不同。 其中，O型密封圈采用 矩型密封圈采用。 6.4本章小結 這章主要是材料的選擇,比如爪鉤頭的材料的選擇就得選擇比較好的材料.其他一些就選用45號鋼. 第7章 活塞桿的受力分析及校核 一般情況下，活塞桿的材料是要求很高的，在汽車的缸和活塞，活塞的耐高溫和強度是非常大的，由于本設備不是要求非常的高，在考慮到強度的要求，決定使用45鋼。45號鋼的強度和硬度都滿足使用要求。 7.1活塞受力分析和校核 7.1.1大活塞桿 在工作過程中，大活塞桿所受到的力是被卸輪所在軸施加給它的軸向壓力。而這軸向力的產(chǎn)生是由于爪鉤鉤輪子所產(chǎn)生的反作用力。所以，這軸向力的最大值應從任務書中得出，即 F(最大)=6噸力 =6000×9.8 =58800N 因此，只要滿足式子σs =F/A≤[σ] 便可以。 其中， σs—屈服強度 A—大活塞桿的面積 [σ]—許用壓應力 查《機械設計課程設計手冊》，對于45鋼來講， [σ] =355Mpa 所以，σs =F/A =58800 ÷(3.14×222÷4) =154.8Mpa ≤355MPa 所以，大活塞桿滿足使用要求。 7.1.2小活塞桿 對于小活塞桿來講，在整個工作過程中，只受到壓桿等連接裝置給予它的拉或壓力，而這力的大小也已經(jīng)是設計好的。在對四桿機構進行設計的過程中，這種力已經(jīng)確定為32N，所以依就是上面的校核公式，即 σs =32÷(3.14×52) ≤355Mpa 所以，小活塞桿也滿足使用要求。 受力情況如下圖所示： 圖7.1 小活塞受力示意圖 小液壓缸、活塞和手柄相連接，受力很小，肯定滿足使用要求。要注意的是螺紋的選用，因為他將直接和大液壓缸相連接，螺紋的選擇在上面有所介紹。 7.2本章小結 這章主要是對活塞的校核的計算，包括大活塞和小活塞。 第8章 螺栓及外螺紋的受力分析及校核 8.1螺栓的受力分析及校核 螺栓同時受到連接板和爪鉤的方向相反的兩個力的作用。受力簡圖如下圖所使示 圖8.1 螺栓受力圖 由于螺栓的受力長度和其直徑相比并不是很大，因而螺栓的彎曲變形很小，其主要變形是沿受剪面m-m和n-n發(fā)生錯動。 圖8.2畫出受剪面m-m附近的錯動情況。 圖8.2 螺栓剪面受力圖 這種相鄰截面間的相互錯動稱為剪切變形，受剪面n-n附近的錯動與此類似。我們先利用截面上出現(xiàn)的內(nèi)力，將螺栓假想沿m-m打開，我們考慮左部（圖8.3）由于左段受有相下的力F/2，所以右段給左段的作用力是位于截面m-m之內(nèi)的力Q，此力稱為剪力。 圖8.3 螺栓截面受力圖 由圖3的平衡得出Q=F/2。此剪力Q是截面m-m上的切應力 合成的結果。n-n截面上的剪力也為F/2因為螺栓受力是對稱的。螺栓由于受剪面附近的變形極為復雜，切應力再截面上的分布規(guī)律很難確定，因此在工程上為簡化計算，假想切應力 在受剪面上均勻分布。以A表示受剪面的面積，則，τ =Q/A其中，A=πd2/4, d為螺栓的直徑。為確保螺栓不被剪斷，必須是受剪面上的切應力不超過材料的許用切應力 。于是剪切強度條件寫為 τ= Q/A≤[τ] 對于鋼材，工程上常取 [τ] =(0.75-0.8)[σ]。 [σ] 是鋼材的許用拉應力。 對于螺栓除了進行剪切計算外，還要做擠壓計算，圖3畫出了螺栓左段，它的上個半圓柱面同拉桿圓孔表面互相擠壓著，這部分表面就叫擠壓面，擠壓面上每點處單位面積的擠壓面，沿半圓擠壓應力的分布。 為保證螺栓和拉桿在擠壓面處不產(chǎn)生顯著的塑性變形（如拉桿孔由圓變?yōu)殚L圓）。要求擠壓應力不許超過許用應力 。 在工程上，對于圓柱面擠壓，采用過圓柱的直徑截面面積作為擠壓面積Aiy，并且假定擠壓面積上的擠壓應力是均勻分布的。于是擠壓強度條件為 σiy = Fiy/Aiy ≤[σiy] 其中，F(xiàn)iy為擠壓力 對于螺栓左段,Aiy =d.t/2,Fiy = F/2. 對于螺栓中段,Aiy =d.t,Fiy = F. 許用擠壓應力[σiy ]應根據(jù)實驗來確定。對于鋼材大致可取[σiy ] =(1.7-2.0)[σ], 這里[σ ]是鋼材的拉伸許用應力。 由于所選的材料是45，查《機械設計課程設計手冊》，45的拉伸許用應力為600MPa。 校核：1，對于螺栓左段 Aiy=d.t/2 = 8×6÷2 = 24mm2 Fiy = F/2 =1噸力 =1000 ×9.8 =9800N σiy =Fiy/Aiy =9800÷24 =408Mpa≤600MPa 所以，滿足使用要求。 2，對于螺栓中段 Aiy = d.t =8×6 =48mm2 Fiy = F =2噸力 =2000× 9.8 =19600N σiy = Fiy /Aiy =19600 ÷48 =408Mpa ≤600Mpa 對于螺栓右段 Aiy=d.t/2 = 8×6÷2 = 24mm2 Fiy = F/2 =1噸力 =1000 ×9.8 =9800N σiy =Fiy/Aiy =9800÷24 =408Mpa≤600MPa 所以，滿足使用要求。 本產(chǎn)品的設計螺栓的作用是非常大的，因此一定要對他校核，他承載著所有的力，經(jīng)過一系列的校核，確定它是滿足使用要求的。 8.2油箱外螺紋的校核 油箱外螺紋承載著整個系統(tǒng)的受力，由于以螺紋連接，所以必須考慮螺紋的受力和校核，如果螺紋不滿足使用要求，將有不良的后果。 由任務書上知A 最大為6噸力，至于螺紋的受力面積為A=(D2-d2)/4 D----油箱外徑（由所選的梯形螺紋查出） d-----螺紋底徑（由所選的梯形螺紋查出） 因只受壓力，所以只要滿足式子 σ=F/A≤[σ] 即可 其中，[σ]為許用拉應力 查《機械設計課程設計手冊》，得 [σ] =600Mpa 所以，σ =F/A=6000×9.8÷3.14÷(552-51.52)=200,96≤600Mpa, 所以，此螺紋是滿足使用要求的。 8.3吊耳的受力分析及校核 吊耳在整個工作過程中，當爪鉤向上拉被卸輪的時候，吊耳只受到了來自螺栓給它的向下的壓力。見下圖 圖8.4 吊耳受力分析 而且，壓力最大時是當達到任務書上的最大拉力6噸力時，即每個爪鉤的拉力為2噸力，這時最大壓力為2噸力。吊耳的受力面積為A A = d.t d---螺栓直徑 t---吊耳 的厚度 校核； 同樣只要滿足σs =F/A≤[σ] 即可 σs---屈服強度 [σ]—許用壓應力 查《機械設計手冊》，對于45鋼，[σ]=355Mpa 那么，σs = F/A =2000×9.8÷80 =245Mpa 因此，吊耳的內(nèi)螺紋是滿足使用要求的。 8.4本章小結 本章是對設計中的零件做校核，主要是螺紋，爪鉤頭、吊耳等。校核的目的是為了確保零部件能滿足使用要求。不至于過載而損壞。 結 論 液壓拉馬主要應用在一些大型機械的維修和裝配中，用于拆卸一些機械設備中的皮帶輪、齒輪、軸承等圓狀工件，這些工件都是過盈配合，連接比較緊密，人工拆卸比較費力。它的設計主要分為二大部分，第一部分是液壓系統(tǒng)的設計，主要是液壓缸的選擇和油箱的設計和一些連接件的設計。第二部分是爪鉤的設計，主要是材料的選擇和螺栓的選擇等。它的原理是以液壓起動桿直接前進移動，故推動桿本身不做轉動。鉤爪座又可以隨螺紋直接做前進后退的調(diào)距，操作時只要把手前后小幅度擺動，油壓起動桿前移，鉤爪相應后退，把被拉物體拉出。 參考文獻 [1] 徐灝 機械設計手冊—第一卷：機械工業(yè)出版社 1991 [2] 徐灝 機械設計手冊—第二卷：機械工業(yè)出版社 1991 [3] 徐灝 機械設計手冊—第四卷：機械工業(yè)出版社 1991 [4] 徐灝 機械設計手冊—第五卷：機械工業(yè)出版社 1991 [5] 吳宗澤 羅圣國 機械設計課程手冊：高等教育出版社 1992 [6] 蔡春源 機械零件設計手冊 ：冶金工業(yè)出版社 1979 [7]田克華 互換