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南昌航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 The Thesis of Nanchang Institute of Aeronautical Technology
主 要 符 號(hào) 表
- vii -
A——面積
D——直徑
d——直徑
E——彈性模量
F——作用力
Fk——臨界負(fù)載
f——摩擦系數(shù)
J——慣性矩
K——液壓體積模量；放大系數(shù)
k——螺紋擰緊系數(shù)
l——長(zhǎng)度
n——安全系數(shù)
P——功率
Py——缸筒試驗(yàn)壓力
p——壓力
Q——流量
T——缸體端面
V——容積
v——平均流速
Z——螺栓個(gè)數(shù)
——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)
δ——壁厚
——材料抗拉強(qiáng)度
——許用應(yīng)力
η——效率；粘度
μ——泊松比
Ψ——柔性系數(shù)
φAL——缸體內(nèi)徑
φMM——活塞桿直徑
南昌航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 The Thesis of Nanchang Institute of Aeronautical Technology
前 言
近10年來(lái)，液壓傳動(dòng)在防漏、治污、降噪、減震、節(jié)能和材質(zhì)研究等各個(gè)方面都有長(zhǎng)足的進(jìn)步，它和電子技術(shù)的結(jié)合也由拼裝、混和到整合，步步深入。時(shí)至今日，在盡可能小的空間內(nèi)付出盡可能大的功率并加以精確控制這一點(diǎn)上，液壓傳動(dòng)已穩(wěn)居各種傳動(dòng)方式之首，無(wú)可替代。這種情況使液壓傳動(dòng)的元件類型、油路結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和制作工藝等都發(fā)生了深刻的變化，也改變了人們對(duì)它進(jìn)行認(rèn)識(shí)、分析和綜合的方式方法。
本文所提出的課題正是液壓技術(shù)在鍛壓機(jī)械中的一個(gè)典型應(yīng)用——單柱液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算。
作者利用在南昌市飛機(jī)制造廠實(shí)習(xí)之便，進(jìn)行了有關(guān)資料的收集和整理。盡量在設(shè)計(jì)過(guò)程中選用新標(biāo)準(zhǔn)以反映這門技術(shù)的最新情況。為方便讀者，作者在設(shè)計(jì)的說(shuō)明和排版方面都進(jìn)行了反復(fù)斟酌，采取慎重的態(tài)度。
本書由尚林峰編寫，李堯忠參加審定。由于時(shí)間和水平的限制，難免存在不少的缺點(diǎn)和錯(cuò)誤，懇切希望廣大讀者批評(píng)指正。
編 者
2003年6月
- iii -
南昌航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 The Thesis of Nanchang Institute of Aeronautical Technology
1、概述
1.1 液壓傳動(dòng)發(fā)展概況
液壓傳動(dòng)相對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)來(lái)說(shuō)是一門新技術(shù)，但如從17世紀(jì)中葉巴斯卡提出靜壓傳遞原理、18世紀(jì)末英國(guó)制成世界上第一臺(tái)水壓機(jī)算起，也已有二三百年歷史了。近代液壓傳動(dòng)在工業(yè)上的真正推廣使用只是本世紀(jì)中葉以后的事，至于它和微電子技術(shù)密切結(jié)合，得以在盡可能小的空間內(nèi)傳遞出盡可能大的功率并加以精確控制，更是近10年內(nèi)出現(xiàn)的新事物。
本世紀(jì)的60年代后，原子能技術(shù)、空間技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)（微電子技術(shù)）等的發(fā)展再次將液壓技術(shù)推向前進(jìn)，使它發(fā)展成為包括傳動(dòng)、控制、檢測(cè)在內(nèi)的一門完整的自動(dòng)化技術(shù)，使它在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各方面都得到了應(yīng)用。液壓傳動(dòng)在某些領(lǐng)域內(nèi)甚至已占有壓倒性的優(yōu)勢(shì)，例如，國(guó)外今日生產(chǎn)的95%的工程機(jī)械、90%的數(shù)控加工中心、95%以上的自動(dòng)線都采用了液壓傳動(dòng)。因此采用液壓傳動(dòng)的程度現(xiàn)在已成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。
當(dāng)前，液壓技術(shù)在實(shí)現(xiàn)高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、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，在完善比例控制、數(shù)字控制等技術(shù)上也有許多新成就。此外，在液壓元件和液壓系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)仿真和優(yōu)化以及微機(jī)控制等開發(fā)性工作方面，更日益顯示出顯著的成績(jī)。
我國(guó)的液壓工業(yè)開始于本世紀(jì)50年代，其產(chǎn)品最初只用于機(jī)床和鍛壓設(shè)備，后來(lái)才用到拖拉機(jī)和工程機(jī)械上。自1964年從國(guó)外引進(jìn)一些液壓元件生產(chǎn)技術(shù)、同時(shí)進(jìn)行自行設(shè)計(jì)液壓產(chǎn)品以來(lái)，我國(guó)的液壓件生產(chǎn)已從低壓到高壓形成系列，并在各種機(jī)械設(shè)備上得到了廣泛的使用。80年代起更加速了對(duì)西方先進(jìn)液壓產(chǎn)品和技術(shù)的有計(jì)劃引進(jìn)、消化、吸收和國(guó)產(chǎn)化工作，以確保我國(guó)的液壓技術(shù)能在產(chǎn)品質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)效益、人才培訓(xùn)、研究開發(fā)等各個(gè)方面全方位地趕上世界水平。
1.2 液壓傳動(dòng)的工作原理及組成部分
1.2.1 液壓傳動(dòng)的工作原理
驅(qū)動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)的液壓系統(tǒng)，它由油箱、濾油器、液壓泵、溢流閥、開停閥、節(jié)流閥、換向閥、液壓缸以及連接這些元件的油管組成。它的工作原理：液壓泵由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)后，從油箱中吸油。油液經(jīng)濾油器進(jìn)入液壓泵，當(dāng)它從泵中輸出進(jìn)入壓力管后，將換向閥手柄、開停手柄方向往內(nèi)的狀態(tài)下，通過(guò)開停閥、節(jié)流閥、換向閥進(jìn)入液壓缸左腔，推動(dòng)活塞和工作臺(tái)向右移動(dòng)。這時(shí)，液壓缸右腔的油經(jīng)換向閥和回油管排回油箱。
如果將換向閥手柄方向轉(zhuǎn)換成往外的狀態(tài)下，則壓力管中的油將經(jīng)過(guò)開停閥、節(jié)流閥和換向閥進(jìn)入液壓缸右腔，推動(dòng)活塞和工作臺(tái)向左移動(dòng)，并使液壓缸左腔的油經(jīng)換向閥和回油管排回油管。
工作臺(tái)的移動(dòng)速度是由節(jié)流閥來(lái)調(diào)節(jié)的。當(dāng)節(jié)流閥開大時(shí)，進(jìn)入液壓缸的油液增多，工作臺(tái)的移動(dòng)速度增大；當(dāng)節(jié)流閥關(guān)小時(shí)，工作臺(tái)的移動(dòng)速度減小。
為了克服移動(dòng)工作臺(tái)時(shí)所受到的各種阻力，液壓缸必須產(chǎn)生一個(gè)足夠大的推力，這個(gè)推力是由液壓缸中的油液壓力產(chǎn)生的。要克服的阻力越大，缸中的油液壓力越高；反之壓力就越低。輸入液壓缸的油液是通過(guò)節(jié)流閥調(diào)節(jié)的，液壓泵輸出的多余的油液須經(jīng)溢流閥和回油管排回油箱，這只有在壓力支管中的油液壓力對(duì)溢流閥鋼球的作用力等于或略大于溢流閥中彈簧的預(yù)緊力時(shí)，油液才能頂開溢流閥中的鋼球流回油箱。所以，在系統(tǒng)中液壓泵出口處的油液壓力是由溢流閥決定的，它和缸中的油液壓力不一樣大。
如果將開停手柄方向轉(zhuǎn)換成往外的狀態(tài)下，壓力管中的油液將經(jīng)開停閥和回油管排回油箱，不輸?shù)揭簤焊字腥ィ@時(shí)工作臺(tái)就停止運(yùn)動(dòng)。
從上面的例子中可以得到：
1） 動(dòng)是以液體作為工作介質(zhì)來(lái)傳遞動(dòng)力的。
2）液壓傳動(dòng)用液體的壓力能來(lái)傳遞動(dòng)力，它與利用液體動(dòng)能的液力傳
動(dòng)是不相同的。
3）壓傳動(dòng)中的工作介質(zhì)是在受控制、受調(diào)節(jié)的狀態(tài)下進(jìn)行工作的，
因此液壓傳動(dòng)和液壓控制常常難以截然分開。
1.2.2 液壓傳動(dòng)的組成部分
液壓傳動(dòng)裝置主要由以下四部分組成：
1）能源裝置——把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成油液液壓能的裝置。最常見的形式就是液壓泵，它給液壓系統(tǒng)提供壓力油。
2）執(zhí)行裝置——把油液的液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置。它可以是作直線運(yùn)動(dòng)的液壓缸，也可以是作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的液壓馬達(dá)。
3)制調(diào)節(jié)裝置——對(duì)系統(tǒng)中油液壓力、流量或流動(dòng)方向進(jìn)行控制或調(diào)節(jié)的裝置。例
如溢流閥、節(jié)流閥、換向閥、開停閥等。這些元件的不同組合形成了不同功能的液壓系統(tǒng)。
4)輔助裝置——上述三部分以外的其它裝置，例如油箱、濾油器、油管等。它們對(duì)
保證系統(tǒng)正常工作也有重要作用。
1.3 液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)
液壓傳動(dòng)有以下一些優(yōu)點(diǎn)：
1） 在同等的體積下，液壓裝置能比電氣裝置產(chǎn)生出更多的動(dòng)力，因?yàn)?
液壓系統(tǒng)中的壓力可以比電樞磁場(chǎng)中的磁力大出30~40倍。在同等的功率下，液壓裝置的體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊。液壓馬達(dá)的體積和重量只有同等功率電動(dòng)機(jī)的12%左右。
2） 液壓裝置工作比較平穩(wěn)。由于重量輕、慣性小、反應(yīng)快，液壓裝置
易于實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和頻繁的換向。液壓裝置的換向頻率，在實(shí)現(xiàn)往復(fù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)可達(dá)500次/min，實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)時(shí)可達(dá)1000次/min。
3） 液壓裝置能在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速（調(diào)速范圍可達(dá)2000），它還
可以在運(yùn)行的過(guò)程中進(jìn)行調(diào)速。
4） 液壓傳動(dòng)易于自動(dòng)化，這是因?yàn)樗鼘?duì)液體壓力、流量或流動(dòng)方向易
于進(jìn)行調(diào)節(jié)或控制的緣故。當(dāng)將液壓控制和電氣控制、電子控制或氣動(dòng)控制結(jié)合起來(lái)使用時(shí)，整個(gè)傳動(dòng)裝置能實(shí)現(xiàn)很復(fù)雜的順序動(dòng)作，接受遠(yuǎn)程控制。
5） 液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。液壓缸和液壓馬達(dá)都能長(zhǎng)期在失速狀
態(tài)下工作而不會(huì)過(guò)熱，這是電氣傳動(dòng)裝置和機(jī)械傳動(dòng)裝置無(wú)法辦到的。液壓件能自行潤(rùn)滑，使用壽命較長(zhǎng)。
6） 由于液壓元件已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、
制造和使用都比較方便。液壓元件的排列布置也具有較大的機(jī)動(dòng)性。
7） 用液壓傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)遠(yuǎn)比用機(jī)械傳動(dòng)簡(jiǎn)單。
液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)是：
1） 液壓傳動(dòng)不能保證嚴(yán)格的傳動(dòng)化，這是由液壓油液的可壓縮性和泄
漏等原因造成的。
2） 液壓傳動(dòng)在工作過(guò)程中常有較多的能量損失（摩擦損失、泄漏損失
等），長(zhǎng)距離傳動(dòng)時(shí)更是如此。
3） 液壓傳動(dòng)對(duì)油溫變化比較敏感，它的工作穩(wěn)定性很易受到溫度的影
響，因此它不宜在很高或很低的溫度條件下工作。
4） 為了減少泄漏，液壓元件在制造精度上的要求較高，因此它的造價(jià)
較貴，而且對(duì)油液的污染比較敏感。
5） 液壓傳動(dòng)要求有單獨(dú)的能源。
6） 液壓傳動(dòng)出現(xiàn)故障時(shí)不易找出原因。
總的說(shuō)來(lái)，液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是突出的，它的一些缺點(diǎn)有的現(xiàn)已大為改善，有的將隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而進(jìn)一步得到克服。
2、液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1 明確設(shè)計(jì)要求，制定基本方案
2.1.1 設(shè)計(jì)要求
設(shè)計(jì)要求是進(jìn)行每項(xiàng)工程設(shè)計(jì)的依據(jù)。在制定基本方案并進(jìn)一步著手進(jìn)行液壓系統(tǒng)各部分設(shè)計(jì)之前，必須把設(shè)計(jì)要求以及與該設(shè)計(jì)內(nèi)容有關(guān)的其他方面的情況了解清楚。
⑴單柱液壓機(jī)主機(jī)概況：
①液壓機(jī)公稱力 25 KN
②液壓系統(tǒng)最大工作壓力 8 Mpa
③骨塊行程 125 MM
④壓頭下行速度 45 mm/s
⑤壓頭上行速度 130 mm/s
⑵ 液壓系統(tǒng)要完成以下動(dòng)作循環(huán)：
2.1.2 制定液壓系統(tǒng)基本方案
2.1.2.1 確定液壓執(zhí)行元件的形式
在本設(shè)計(jì)中,液壓缸是液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，它是一種把液體的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能以實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的能量轉(zhuǎn)換裝置。液壓缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，在液壓系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。
液壓缸按其結(jié)構(gòu)形式，可以分為活塞缸、柱塞缸兩類?；钊缀椭椎妮斎霝閴毫土髁浚敵鰹橥屏退俣?。
液壓缸除了單個(gè)地使用外，還可以組合起來(lái)或和其它機(jī)構(gòu)相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)特殊的功能。
根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]表37.5-1
我們選擇活塞缸類中的單桿活塞液壓缸，其特點(diǎn)及適用場(chǎng)合見表2-1。
表2-1
名稱
特點(diǎn)
適用場(chǎng)合
單桿活塞液壓缸
有效工作面積大，雙向不對(duì)稱
往返不對(duì)稱的直線運(yùn)動(dòng)等
2.1.2.2 確定液壓執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)控制回路
1）為了實(shí)現(xiàn)液壓缸的進(jìn)和退，我們選擇電磁換向閥作為液壓系統(tǒng)的方向控制閥。
電磁換向閥的基本工作原理是通過(guò)電磁鐵控制滑閥閥芯的不同位置，以改變油液的流動(dòng)方向。當(dāng)電磁鐵斷電時(shí)，滑閥由彈簧保持在中間位置或初始位置（脈沖式閥除外）。若推動(dòng)故障檢查按鈕可使滑閥閥芯移動(dòng)。電磁換向閥在液壓系統(tǒng)中的作用是用來(lái)實(shí)現(xiàn)液壓油路的換向、順序動(dòng)作及卸荷等。由于電磁鐵的推力有限，電磁換向閥應(yīng)用在流量不大的液壓系統(tǒng)中。
2）為了實(shí)現(xiàn)其工進(jìn)，可以選擇調(diào)速閥或節(jié)流閥作為速度控制閥。
節(jié)流閥的調(diào)節(jié)應(yīng)該輕便、準(zhǔn)確。在小流量調(diào)節(jié)時(shí)，如通流截面相對(duì)于閥心位移的變化率較小，則調(diào)節(jié)的精確性較高。調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開口，便可調(diào)節(jié)執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)速度的大小。
而調(diào)速閥的工作原理：液壓泵出口（即調(diào)速閥進(jìn)口）壓力，由溢流閥調(diào)整，基本上保持恒定。調(diào)速閥出口處的壓力由活塞上的負(fù)載決定。所以當(dāng)負(fù)載增大時(shí)，調(diào)速閥進(jìn)出口壓差將將減小。
調(diào)速閥在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用和節(jié)流閥相仿，它適用于執(zhí)行元件負(fù)載變化大而運(yùn)動(dòng)速度要求穩(wěn)定的系統(tǒng)中。
因此，在本設(shè)計(jì)中選擇調(diào)速閥作為速度控制閥。
2.1.2.3 液壓源系統(tǒng)
液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來(lái)提供，液壓源的核心是液壓泵。在無(wú)其它輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱， 溢流閥同時(shí)起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用。
為節(jié)省能源提高效率，液壓泵的供油量盡量與系統(tǒng)所需流量相匹配。
油液的凈化裝置是液壓源中不可缺少的。在此，我們?cè)诒玫男】谘b上粗濾油器。（進(jìn)入系統(tǒng)的油液根據(jù)被保護(hù)元件的要求，通過(guò)相應(yīng)的精濾油器再次過(guò)濾。為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回油箱，可在回油路上設(shè)置磁過(guò)濾器或其他型式的濾油器。根據(jù)液壓設(shè)備所處環(huán)境及對(duì)溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。
2.2 液壓系統(tǒng)各液壓元件的確定
2.2.1 液壓介質(zhì)的選擇
液壓介質(zhì)應(yīng)具有適宜的粘度和良好的粘溫特性；油膜強(qiáng)度要高，具有較好的潤(rùn)滑性能；能抗氧化，穩(wěn)定性好；腐蝕作用小，對(duì)涂料、密封材料等有良好的適應(yīng)性；同時(shí)液壓介質(zhì)還應(yīng)具有一定的消泡能力。
選擇液壓介質(zhì)時(shí)，除專用液壓油外，首先是介質(zhì)種類的選擇。根據(jù)液壓系統(tǒng)對(duì)介質(zhì)是否有抗燃性的要求，決定選用礦油型液壓油或抗燃型液壓液。
其次，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)中所用液壓泵的類型選用具有合適粘度的介質(zhì)。
最后，還應(yīng)考慮使用條件等因素，如環(huán)境溫度、工作壓力、執(zhí)行機(jī)構(gòu)速度等。當(dāng)工作溫度在60℃以下，載荷較輕時(shí)，可選用機(jī)械油；工作溫度超過(guò)60℃時(shí)，應(yīng)選用汽輪機(jī)油或普通液壓油。若設(shè)備在很低溫度下啟動(dòng)時(shí)須選用低凝液壓油。
據(jù)參考文獻(xiàn)[2]表37.3-12 中各普通液壓油質(zhì)量指標(biāo)及應(yīng)用以及本設(shè)計(jì)中單柱液壓機(jī)液壓系統(tǒng)的要求選用N32號(hào)普通液壓油，其各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)見表2-2。
表2-2
名稱
N32號(hào)普通液壓油
代號(hào) / 原牌號(hào)
YA-N32 / 20號(hào)
運(yùn)動(dòng)粘度 mm2/s (40℃)
28．8~35.2
運(yùn)動(dòng)粘度 mm2/s (50℃)
17~23
粘度指數(shù)≥
90
抗氧化安定性(酸值達(dá)2mgKOH/g)≥ h
1000
凝點(diǎn)≤ ℃
-10
閃點(diǎn)(開口)≥ ℃
170
防銹性(蒸鎦水法)
無(wú)銹
臨界載荷≥ N
600
抗泡沫性(93℃)≤ ml
起泡 50 / 消泡 0
抗磨性（四球，DB） N
800
應(yīng)用
適用于環(huán)境溫度0~40℃的各類中高壓系統(tǒng)（適用工作壓力為6.3-2.1MPa
2.2.2 擬定液壓系統(tǒng)圖
在這種單柱液壓機(jī)上，實(shí)現(xiàn)了“工進(jìn) → 快退 → 停止”的動(dòng)作循環(huán)（見圖2-1）?？梢赃M(jìn)行沖剪、彎曲、翻邊、裝配、冷擠、成型等多種加工工藝。表2- 3 示此單柱液壓機(jī)的動(dòng)作循環(huán)表，圖2-2則是這種液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)圖，其滑塊的工作情況如圖所示。
圖2-1 單柱液壓機(jī)動(dòng)作循環(huán)圖
圖2-2 單柱液壓機(jī)液壓系統(tǒng)圖
進(jìn)油路 液壓泵1 → 電磁換向閥2（左位）→ 單向調(diào)速閥3 → 液壓油缸4上腔
回油路 液壓油缸4下腔 → 單向順序閥5 → 電磁換向閥2（右位）→ 油箱7
表2-3 單柱液壓機(jī)液壓系統(tǒng)的動(dòng)作循環(huán)表
動(dòng)作名稱
信號(hào)來(lái)源
電磁換向閥2的工作狀態(tài)
滑塊
工進(jìn)
1YA通電
左位
快退
2YA通電
右位
2.3 液壓系統(tǒng)主要參數(shù)計(jì)算
2.3.1 選系統(tǒng)工作壓力
壓力的選擇要根據(jù)載荷大小和設(shè)備類型而定。還要考慮執(zhí)行元件的裝配空間、經(jīng)濟(jì)條件及元件供應(yīng)情況等的限制。在載荷一定的情況下，工作壓力低，勢(shì)必要加大執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)尺寸，對(duì)某些設(shè)備來(lái)說(shuō)，尺寸要受到限制，從材料消耗角度看也不經(jīng)濟(jì)；反之，壓力選得太高，對(duì)泵、缸、閥等元件的材質(zhì)、密封、制造精度也要求很高，必然要提高設(shè)備成本。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于固定的尺寸不太受限的設(shè)備，壓力可以選低一些，行走機(jī)械重載設(shè)備壓力要選得高一些。
公稱力為25KN的單柱液壓機(jī)屬小型液壓機(jī)類型，一般情況下，載荷不會(huì)太高，參考資料[2]表37.5-3，初步確定系統(tǒng)工作壓力為4MPa。
2.3.2 液壓缸主要參數(shù)的確定
2.3.2.1 液壓缸設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的的問(wèn)題
液壓缸的設(shè)計(jì)和使用正確與否，直接影響到它的性能和易否發(fā)生故障。在這方面，經(jīng)常碰到的是液壓缸安裝不當(dāng)、活塞桿承受偏載、液壓缸或活塞下垂以及活塞桿的壓桿失穩(wěn)等問(wèn)題。所以，在設(shè)計(jì)液壓缸時(shí)，必須注意如下幾點(diǎn)：
1）盡量使活塞桿在受拉狀態(tài)下承受最大負(fù)載，或受壓狀態(tài)下具有良好的縱向穩(wěn)定性。
2）考慮液壓缸行程終了處的制動(dòng)問(wèn)題和液壓缸的排氣問(wèn)題。缸內(nèi)如無(wú)緩沖裝置和排氣裝置，系統(tǒng)中需有相應(yīng)的措施。但是并非所有的液壓缸都要考慮這些問(wèn)題。
3）正確確定液壓缸的安裝、固定方式。如承受彎曲的活塞桿不能用螺紋連接，要用止口連接。液壓缸不能在兩端用鍵或銷定們，只能在一端定位，為的是不致阻礙它在受熱時(shí)的膨脹。如沖擊載荷使活塞桿壓縮，定位件須設(shè)
置在活塞桿端，如為拉伸則設(shè)置在缸蓋端。
4) 液壓缸各部分的結(jié)構(gòu)需根據(jù)推薦的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，盡可能做到
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，加工、裝配和維修方便。
2.3.2.2 液壓缸主要參數(shù)的確定
鑒于液壓系統(tǒng)的最大工作壓力P1=8Mpa>7Mpa由參考文獻(xiàn)[1]表5-2推薦初定d=0.7D
取液壓缸=0.9 則此時(shí)活塞所受推力
N
由式 （2-1）
=69.45 cm2
（2-2）
=9.38 cm
則d= 0.7·D =6.07 cm
參考文獻(xiàn)[2]表37.5-8及表37.5-9對(duì)這些直徑圓整成就近標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)
得： D =100 mm
d =70 mm
由此求得液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積為：
cm2
cm2
2.3.3 液壓缸強(qiáng)度校核
液壓缸的缸筒壁厚δ、活塞桿直徑d和缸蓋處固定螺栓直徑在高壓系統(tǒng)中必須進(jìn)行強(qiáng)度校核。
?。阂簤焊撞牧蠟?5#鋼，無(wú)縫鋼管
活塞桿材料45#鋼
2.3.3.1 壁厚強(qiáng)度校核
根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]表37.7-64及表37.7-65選擇液壓缸外徑為121mm即液壓缸壁厚δ=10.5mm
對(duì)于本系統(tǒng)：
＜ 10 為厚壁
按壁筒計(jì)算：
（2-3）
式中，D為缸筒內(nèi)徑；Py為缸筒試驗(yàn)壓力,當(dāng)缸的額定壓力
Pn ≤ 16Mpa時(shí)，
取Py=1.5 Pn ；為缸筒材料的許用應(yīng)力，，為材料抗拉強(qiáng)度，n為安全系數(shù)，一般取n = 5 。
所以:
Py=1.5×4=6 Mpa
（2-4）
式中 N/mm2
n = 5
則 N/m2
得 mm
∴ mm＞
故缸體壁厚強(qiáng)度滿足。
2.3.3.2 液壓缸內(nèi)活塞桿直徑校核
活塞桿的直徑d按下式進(jìn)行校核
（2-5）
式中，F(xiàn)為活塞桿上的作用力；為活塞桿材料的許用應(yīng)力,
則 ：
mm ＜ d
故活塞桿強(qiáng)度滿足。
2.3.3.3 液壓缸蓋固定螺栓直徑計(jì)算
液壓缸蓋固定螺栓直徑按下式計(jì)算：
（2-6）
式中，F(xiàn)為液壓缸負(fù)載；Z為固定螺栓個(gè)數(shù)；K為螺紋擰緊系數(shù)；
K=1.12~1.5，取K=1.3；
MPa
則：
mm
取 ds=10 mm
2.3.4 液壓缸穩(wěn)定性校核
活塞桿受軸向壓縮負(fù)載時(shí)，它所承受的力F不能超過(guò)使它保持穩(wěn)定工作所允許的臨界負(fù)載Fk，以免發(fā)生縱向彎曲，破壞液壓缸的正常工作。Fk的值與活塞桿材料性質(zhì)、截面形狀、直徑和長(zhǎng)度以及液壓缸的安裝方式等因素有關(guān)?；钊麠U穩(wěn)定性的校核依下式進(jìn)行：
（2-7）
式中，nk為安全系數(shù)，一般取nk = 2 ~ 4，這里取nk = 4。
當(dāng)活塞桿的細(xì)長(zhǎng)比 ＞ 時(shí)
（2-8）
當(dāng)活塞桿的細(xì)長(zhǎng)比 ＞ 時(shí)，且
= 20 ~ 120 時(shí)，則
（2-9）
式中，l為安裝長(zhǎng)度，其值與安裝方式有關(guān)，見表2-1，為活塞桿橫截面最小回轉(zhuǎn)半徑， ；為柔性系數(shù)，其值見表2-2；為由液壓缸支承方式?jīng)Q定的末端系數(shù)，其值見表2-4；E為活塞桿材料的彈性模量，對(duì)鋼取E=2.06×1011N/M2；J為活塞桿橫截面慣性矩；A為活塞桿橫截面積，f為由材料強(qiáng)度決定的實(shí)驗(yàn)值，為系數(shù)，具體數(shù)值均見表2-5。
表2-4 液壓缸支承方式和末端系數(shù)ψ2的值
支承方式
支承說(shuō)明
末端系數(shù)ψ2
一端自由一端固定
1/4
兩端鉸接
1
一端鉸接一端固定
2
兩端固定
4
表2-5 f、a、ψ1的值
材料
f ×108 N/M2
ψ1
鑄鐵
5.6
80
鍛鐵
2.5
110
軟鋼
3.4
90
硬鋼
4.9
85
由此，根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)的可得：
N/M2 ；
（2-10）
而l＞125mm， 取l=175mm
＜
則活塞桿穩(wěn)定性按式：
進(jìn)行校核。
代入數(shù)據(jù)：
N
而 （2-11）
式中，F(xiàn)W為活塞所受最大推力
Pmax為系統(tǒng)最大壓力為8Mpa 。
A1為液壓缸無(wú)活塞桿腔的截面積，A1 = 78.5 cm2
FW = 8×106×7.85×10-3 = 6.28×104 N
顯然，F(xiàn)W ＜
所以，活塞桿穩(wěn)定性滿足。
2.3.5 計(jì)算液壓缸實(shí)際所需流量
根據(jù)最終確定的液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸及其運(yùn)動(dòng)速度或轉(zhuǎn)速，計(jì)算出液壓缸實(shí)際所需流量，見表2-6。
表2 – 6 液壓缸實(shí)際所需流量
工況
活塞下行(工進(jìn))
活塞上行(快退)
運(yùn)動(dòng)速度10-2 m/s
= 4.5
= 13
結(jié)構(gòu)參數(shù) 10-3 m2
A1 = 7.85
A2 = 4.0
流量 10-4 m3/s
Q1 = 3.53
Q2 = 5.21
計(jì)算公式
Q = A
2.3.6 繪制液壓缸工況圖
圖2-3液壓缸工況圖
2.4 液壓閥的選擇
2.4.1 液壓閥的作用
液壓閥是用來(lái)控制液壓系統(tǒng)中油液的流動(dòng)方向或調(diào)節(jié)其壓力和流量的，因此它可以分為方向閥、壓力閥和流量閥三大類。一個(gè)形狀相同的閥，可以因?yàn)樽饔脵C(jī)制的不同，而具有不同的功能。壓力閥和流量閥利用通流截面的節(jié)流作用控制著系統(tǒng)的壓力和流量，而方向閥則利用通流通道的更換控制著油液的流動(dòng)方向。這就是說(shuō)，盡管液壓閥存在著各種各樣不同的類型，它們之間還是保持著一些基本共同之點(diǎn)。例如：
1）在結(jié)構(gòu)上，所有的閥都由閥體、閥心（座閥或滑閥）和驅(qū)使閥心動(dòng)作的元、部件（如彈簧、電磁鐵）組成。
2）在工作原理上，所有閥的開口大小，閥進(jìn)、出口間的壓差以及流過(guò)閥的流量之間的關(guān)系都符合孔口流量公式，僅是各種閥控制的參數(shù)各不相同而已。
2.4.2 液壓閥的基本要求
液壓系統(tǒng)中所用的液壓閥，應(yīng)滿足如下要求：
1）動(dòng)作靈敏，使用可靠，工作時(shí)沖擊和振動(dòng)小。
2）油液流過(guò)時(shí)壓力損失小。
3）密封性能好。
4）結(jié)構(gòu)緊湊，安裝、調(diào)整、使用、維護(hù)方便，通用性大。
2.4.3 液壓閥的選擇
1）閥的規(guī)格，根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和實(shí)際通過(guò)該閥的最大流量，選擇有定型產(chǎn)品的閥件。溢流閥按液壓泵的最大流量選??；選擇節(jié)流閥和調(diào)速閥時(shí)，要考慮最小穩(wěn)定流量應(yīng)滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)最低穩(wěn)定速度的要求。
控制閥的流量一般要選得比實(shí)際通過(guò)的流量大一些，必要時(shí)也允許有20%以內(nèi)的短時(shí)間過(guò)流量。
2）閥的型式，按安裝和操作方式選擇。
本系統(tǒng)工作壓力在4MPa左右，所以液壓閥均選用中壓閥。所選閥的規(guī)格型號(hào)見表2-7。
表2-7 25KN單柱液壓機(jī)液壓閥名細(xì)表
名稱
選用規(guī)格
單向調(diào)速閥
AQF3-E10B
電磁溢流閥
YDF3-E10B-B
電磁換向閥
34DF30-E10B-D
單向順序閥
AXF3-E10B
3、液壓泵站及其輔助裝置
在本設(shè)計(jì)中，我們將采用集成塊的聯(lián)接方式來(lái)進(jìn)行液壓系統(tǒng)的裝配。其集成塊單元回路圖見圖3-1；
圖3-1 集成塊單元回路圖
3.1 液壓泵站
3.1.1 液壓泵站概述及液壓泵站油箱容量系列標(biāo)準(zhǔn)
3.1.1.1 液壓泵站的概述
目前我國(guó)生產(chǎn)液壓泵站的廠家很多，液壓泵站的種類也繁多，但多數(shù)廠家根據(jù)用戶的具體要求設(shè)計(jì)和制造，尚未完全系列化、標(biāo)準(zhǔn)化?，F(xiàn)在只有液壓泵站的油箱公稱容量系列有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
3.1.1.2 液壓泵站油箱公稱容量系列（GB 2876—81）
表3-1 油箱容量GB 2876-81 L
4
6.3
10
25
40
63
100
160
250
315
400
500
630
800
1000
1250
1600
2000
3150
4000
5000
6300
3.1.2 各系列液壓泵站的簡(jiǎn)述
詳細(xì)資料見參考文獻(xiàn)[2]37篇第10章。
3.1.2.1 YZ系列液壓泵站
YZ系列液壓泵站，油箱容量有25~6300L等18種規(guī)格。選用各種不同的泵，得到各種不同流量、壓力的規(guī)格。外形結(jié)構(gòu)上有上置式（有立式及臥式）和非上置式。
YZ系列液壓泵站生產(chǎn)廠有：上海高行液壓件廠、長(zhǎng)沙液壓件廠、南京液壓件三廠等。
3.1.2.2 YG型液壓柜
YG型液壓柜規(guī)格性能為油箱容量250~350L，壓力6.3MPa，流量有40、63和100L/ min。上海液壓件一廠生產(chǎn)。
3.1.2.3 YZS型液壓站
YZS型液壓泵站，油箱容量100L，壓力6.3MPa，流量16L/min。常州液壓件廠生產(chǎn)。
3.1.2.4 YGC型液壓柜
YGC型液壓柜油箱容量160L，壓力6.3MPa，流量有12、25L/min，由北京椿樹機(jī)械廠生產(chǎn)。
3.1.2.5 CJZ型液壓站
CJZ型液壓泵站油箱容量有100L與160L兩種，壓力為5MPa，流量為20~63L/min范圍。有定量泵與變量泵兩種型式，成都液壓元件一廠生產(chǎn)。
3.1.2.6 YH型液壓站
YH型液壓站油箱容量120~2000L，壓力為14 MPa，流量在10~250L/min范圍，由沈陽(yáng)重型機(jī)器廠生產(chǎn)。
3.1.2.7 SE型液壓泵站
SE型液壓泵站油箱容量1400L，壓力7 MPa，流量6.75m3/s，上海冶金設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)。
3.1.2.8 上重型液壓站
上海重型機(jī)器廠液壓站油箱容量1200L與2200L兩種，1200L的工作壓力為1.5 MPa，2200L的為5 MPa，流量均為320L/min。
3.2 液壓泵
3.2.1 液壓泵的選擇
液壓泵是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，它把驅(qū)動(dòng)電機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成輸?shù)较到y(tǒng)中去的油液的壓力能，供液壓系統(tǒng)使用。
液壓泵的工作壓力是指泵實(shí)際工作時(shí)的壓力。液壓泵的額定壓力是指泵在正常工作條件下按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最高壓力，超過(guò)此值就是過(guò)載。液壓泵的額定流量是指在正常工作條件下，按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定必須保證的流量，亦即在額定轉(zhuǎn)速和額定壓力下由泵輸出的流量。
（1）液壓泵工作壓力的確定
（3-1）
P1是液壓缸的工作壓力，對(duì)于本系統(tǒng)：
MPa
是泵到液壓缸間總的管路損失。由系統(tǒng)圖可見，從泵到液壓缸之間串接有一個(gè)單向調(diào)節(jié)器速閥和一個(gè)電磁換向閥，取= 0.6MPa
液壓泵工作壓力為：
PP = 4.4 + 0.6 = 5 MPa
(2) 液壓泵流量的確定
（3-2）
由工況圖看出，系統(tǒng)最大流量發(fā)生在快退工況，m3/s，泄漏系數(shù) K = 1.2,
求得液壓泵流量:
m2/s (37.8 L/mm)
選用YB1-40 型雙聯(lián)葉片泵。
雙聯(lián)葉片泵是在一個(gè)泵體內(nèi)安裝兩個(gè)雙作用葉片泵，用同一個(gè)傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)。安裝大小不同的單泵，可以得到兩種大小不同的流量，以適應(yīng)液壓系統(tǒng)各種不同速度的要求。雙作用葉片泵的工作原理是泵由轉(zhuǎn)子、定子、葉片、配油盤和端蓋等件所組成。定子的內(nèi)表雙作用葉片泵的工作原理：面是由兩段長(zhǎng)半徑圓弧、兩段短半徑圓弧和四段過(guò)渡曲線八個(gè)組成，且定子和轉(zhuǎn)子是同心的。葉片在轉(zhuǎn)子的槽內(nèi)可靈活滑動(dòng)，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的離心力以及通入葉片根部壓力油的作用下，葉片頂部貼緊在定子內(nèi)表面上，于是兩相鄰葉片、配油盤、定子和轉(zhuǎn)子間便形成了一個(gè)個(gè)密封的工作腔。在轉(zhuǎn)子順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的情況下，密封工作腔的容積在左上角和右下角處逐漸增大，為吸油區(qū)；在左下角和右上角處逐漸減小，為壓油區(qū)；吸油區(qū)和壓油區(qū)之間有一段封油區(qū)把它們隔開。這種泵的轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，每個(gè)密封工作腔完成吸油和壓油動(dòng)作各兩次，所以稱為雙作用葉片泵。泵的兩個(gè)吸油區(qū)和兩個(gè)壓油區(qū)是徑向?qū)ΨQ的，作用在轉(zhuǎn)子上的液壓力徑向平衡，所以又稱為平衡式葉片泵。
3.2.2 液壓泵裝置
液壓泵裝置是指將電能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗芩枰脑O(shè)備、元件及其輔助元件。具體而言，主要指電機(jī)、聯(lián)軸器、液壓泵、吸油管、排油管以及吸油管口的濾油器。正確地設(shè)計(jì)尤其是正確地安裝液壓泵裝置，是液壓系統(tǒng)正常工作的重要保證，必須予以足夠的重視。
3.2.2.1 液壓泵的安裝方式
金屬切削機(jī)床的液壓站，多用定量或限壓式變量葉片泵。變量葉片泵僅能臥式安裝，
而定量葉片泵，無(wú)論是單泵還是雙聯(lián)泵，都可以有立式和臥式兩種安裝方式。齒輪泵與柱塞泵一般為臥式安裝。臥式安裝的液壓泵，其位置又可分為上置式與非上置式兩種。上置式指液壓泵裝置安裝在油箱上，立式安裝的液壓泵皆為上置式。
安裝液壓泵應(yīng)注意的問(wèn)題：
⑴ 為了防止振動(dòng)與保證液壓泵的使用壽命，液壓泵必須牢固地緊固在箱蓋或基礎(chǔ)上，注意經(jīng)常檢查連接螺釘是否松動(dòng)。
⑵ 調(diào)整好液壓泵與電機(jī)的聯(lián)軸器，使二者同心，用手撥動(dòng)聯(lián)軸器時(shí)不能有松緊不一致的現(xiàn)象。
⑶ 在有條件的情況下，盡量將液壓泵（齒輪泵、定量葉片泵、螺桿泵）安裝在油
液內(nèi)。
⑷ 液壓泵吸油管路的安裝必須注意密封可靠及油管插入油液有足夠的深度，以防止空氣被吸入液壓泵。
⑸ 安裝液壓泵時(shí)，應(yīng)注意各類液壓泵的吸油高度，正確確定液壓泵與油液液面的距離。各類液壓泵的吸油高度見表3-2：
表3-2 各類油泵吸油高度
油泵類型
齒輪泵
葉片泵
柱塞泵
螺桿泵
吸油高度（mm）
300~400
不大于500
不大于500
500~1000
3.2.2.2 液壓泵與電機(jī)的聯(lián)接
液壓泵與電機(jī)之間的聯(lián)軸器，一般用簡(jiǎn)單型彈性圈柱銷聯(lián)軸器或彈性圈柱銷聯(lián)軸器，其二者的共同特點(diǎn)是傳遞扭矩范圍較大，轉(zhuǎn)速較高，彈性好，能緩沖扭矩急劇變化引起的振動(dòng)，能補(bǔ)償軸位移。但在使用中應(yīng)定期檢查彈性圈，發(fā)現(xiàn)其損壞后及時(shí)更換。上述兩種聯(lián)軸器中，簡(jiǎn)單型彈性圈柱銷聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝卸方便，使用壽命較長(zhǎng)，幫比彈性圈柱銷聯(lián)軸器用得多些。應(yīng)用上述二種聯(lián)軸器時(shí)，一定要注意彈性圈材料必須用耐油橡膠。
安裝聯(lián)軸器的技術(shù)要求是：
⑴ 半聯(lián)軸器I盡量做主動(dòng)件。
⑵ 半聯(lián)軸器與電動(dòng)機(jī)軸配合時(shí)采用配合，與其他軸端則采用低于的配合，否則應(yīng)驗(yàn)算輪轂強(qiáng)度。
⑶ 最大同軸度偏差不大于0.1mm(上海機(jī)床廠經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù))，軸線傾斜角不大于40′。
3.3 電動(dòng)機(jī)功率的確定
注射機(jī)在整個(gè)動(dòng)作循環(huán)中，系統(tǒng)的壓力和流量都是變化的，所需功率變化較大，為滿足整個(gè)工作循環(huán)的需要，按較大功率段來(lái)確定電動(dòng)機(jī)功率。
由前面的計(jì)算已知泵的供油壓力應(yīng)為 PP = 5MPa，取泵的總效率
ηP = 0.65，泵的總驅(qū)動(dòng)功率為
（3-3）
KW
驗(yàn)算其他工況時(shí)，液壓泵的驅(qū)動(dòng)功率均小于此值。查產(chǎn)品樣本，選用5.5KW 的電動(dòng)機(jī)。
3.4 液壓管件的確定
3.4.1 油管內(nèi)徑確定
由于本系統(tǒng)并未對(duì)油管內(nèi)油液的流速作出規(guī)定，因此在整個(gè)系統(tǒng)中只需保證各處的流量滿足要求即可。初定泵吸油管處流速為1m/s，則由式 計(jì)算得d = 8mm，由于油管的管徑不宜選得過(guò)大，以免使液壓裝置的結(jié)構(gòu)龐大；但也不能選得過(guò)小，以免使管內(nèi)液體流速加大，系統(tǒng)壓力損失增加或產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，影響正常工作。在強(qiáng)度保證的情況下，管壁可盡量選得薄些。薄壁易于彎曲，規(guī)格較多，裝接較易，采用它可減少管系接頭數(shù)目，有助于解決系統(tǒng)泄漏問(wèn)題?？紤]到與各液壓閥的連接，也為了盡量減少管路中油壓的損失，故統(tǒng)一取油管內(nèi)徑為10mm。
3.4.2 管接頭
管接頭是油管與油管、油管與液壓件之間的可拆式連接件，它必須具有裝拆方便、連接牢固、密封可靠、外形尺寸小、通流能力大、壓降小、工藝性好等各項(xiàng)條件。
液壓系統(tǒng)中的泄漏問(wèn)題大部分都出現(xiàn)在它管系中的接頭上，為此對(duì)管材的選用，接頭形式的確定（包括接頭設(shè)計(jì)、墊圈、密封、箍套、防漏涂料的選用等），管系的設(shè)計(jì)（包括彎管設(shè)計(jì)、管道支承點(diǎn)和支承形式的選取等）以及管道的安裝（包括正確的運(yùn)輸、儲(chǔ)存、清洗、組裝等）都要慎審從事，以免影響整個(gè)液壓系統(tǒng)的使用質(zhì)量。
3.5 濾油器的選擇
3.5.1 濾油器的作用及過(guò)濾精度
濾油器在液壓系統(tǒng)中，濾除外部混入或者系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)中內(nèi)部產(chǎn)生的液壓油中的固體雜質(zhì)，使液壓油保持清潔，延長(zhǎng)液壓元件使用壽命，保證液壓系統(tǒng)的工作可靠性。一般認(rèn)為75%以上液壓系統(tǒng)故障是由于液壓油的污染所造成的。因此濾油器對(duì)液壓系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，是不可少的重要組成部分。
濾油器的過(guò)濾精度用從液壓油中過(guò)濾掉的雜質(zhì)的顆粒大小表示，一般可分為粗濾油器、普通濾油器、精密濾油器和特精濾油器四種，它們分別能濾去大于100μm、10~100μm、5~10μm和1~5μm大小的雜質(zhì)。液壓系統(tǒng)壓力越高，要求液壓元件的滑動(dòng)間隙越小，因些系統(tǒng)壓力越高，要求的過(guò)濾精度也越高，其關(guān)系見表3-3：
表3-3 過(guò)濾精度與液壓系統(tǒng)壓力的關(guān)系
系統(tǒng)類別
一般液壓系統(tǒng)
伺服系統(tǒng)
壓力 MPa
＜ 7
＞7
35
21
顆粒大小μm
≤25~50
＜25
＜10
＜5
濾油器按其濾心材料的過(guò)濾機(jī)制來(lái)分，有表面型濾油器、深度型濾油器和吸附型濾油器三種。
3.5.2 選用和安裝
選用濾I油器時(shí)，要考慮下列幾點(diǎn)：
1） 過(guò)濾精度應(yīng)滿足預(yù)定要求。
2） 能在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持足夠的通流能力。
3） 濾心具有足夠的強(qiáng)度，不因液壓的作用而損壞。
4） 濾心抗腐蝕性能好，能在規(guī)定的溫度下持久地工作。
5） 濾心清洗或更換簡(jiǎn)便。
因此，濾油器應(yīng)根據(jù)液壓系統(tǒng)的技術(shù)要求，按過(guò)濾精度、通流能力、工作壓力、油液粘度、工作溫度等條件來(lái)選定其型號(hào)。
在本設(shè)計(jì)中，選用網(wǎng)式濾油器，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、通油能力大、阻力小、易清洗等特點(diǎn)。網(wǎng)式濾油器屬于粗濾油器，一般安裝在液壓泵的吸油路上，
這種安裝方式主要作用是保護(hù)液壓泵。
3.6 油箱及其輔件的確定
3.6.1 油箱
油箱在液壓系統(tǒng)中除了儲(chǔ)存油液外，還起著散發(fā)油液中的熱量（在周圍環(huán)境溫度較低的情況下則是保持油液中熱量）、分離油液中的氣泡、沉淀固體雜質(zhì)等作用。油箱中安裝有很多輔件，如空氣濾清器及液位計(jì)等。
3.6.1.1 油箱的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
設(shè)計(jì)油箱時(shí)應(yīng)考慮如下幾點(diǎn)：
a .油箱必須有足夠大的容積。以滿足散熱要求，停車時(shí)能容納液壓系統(tǒng)中所有的油；而工作時(shí)又保持適當(dāng)?shù)挠臀灰蟮取?
b. 吸油管及回油管應(yīng)插入最低油位以下。以防止吸油管吸入空氣；回油管飛濺產(chǎn)生氣泡。管口一般與油箱底、箱壁的距離不小于管徑的3倍。吸油管應(yīng)安裝80或100μm的網(wǎng)式或線隙式濾油器，安裝位置要便于裝卸或清洗濾油器?；赜凸芸谛鼻?5°角并面向箱壁，以防回油沖擊油箱底部的沉積物。
c. 吸油管和回油管的距離盡可能遠(yuǎn)一點(diǎn)，中間要設(shè)置隔板，使油液在油箱中流動(dòng)速度緩慢一點(diǎn)，時(shí)間長(zhǎng)一些，這樣能提高散熱、分離空氣及沉淀雜質(zhì)的效果。
d. 為了保持油液清潔，油箱應(yīng)有密封的頂蓋，頂蓋上應(yīng)沒(méi)有帶濾油網(wǎng)的注油口及帶空氣濾清器的通氣孔，注油及通氣一般都由一個(gè)空氣濾清器來(lái)完成。為了便于放掉油，油箱底應(yīng)有一定傾斜度，最低處設(shè)放油閥。
e. 箱壁上應(yīng)考慮安裝液面指示器、冷卻器。加熱器及溫度計(jì)等位置。
f.油箱也可以設(shè)計(jì)成完全密封的充壓式油箱，用以改善液壓的吸油狀況。一般充氣壓力為0.07~0.1MPa。
根據(jù)以上六點(diǎn)設(shè)計(jì)要點(diǎn)以及對(duì)照本設(shè)計(jì)的需要，繪制油箱簡(jiǎn)圖如下：
圖3-1 油箱簡(jiǎn)圖
3.6.1.2 油箱容量的確定
初始設(shè)計(jì)時(shí)，先按經(jīng)驗(yàn)確定油箱的容量，待系統(tǒng)確定后，再按散熱的要求進(jìn)行校核。
經(jīng)驗(yàn)公式為：
m3 （3-4）
式中， —— 液壓泵每分鐘排出壓力油的容積 m3
—— 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，見表3-4
表3-4 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)
系統(tǒng)
類型
行走
機(jī)械
低壓
系統(tǒng)
中壓
系統(tǒng)
鍛壓 機(jī)械
冶金
機(jī)械
1 ~ 2
2 ~ 4
5 ~ 7
6 ~ 12
10
在確定油箱尺寸時(shí)，一方面要滿足系統(tǒng)供油的要求，還要保證執(zhí)行元件全部排油時(shí)，油箱不能溢出，以及系統(tǒng)中最大可能充滿油時(shí)，油箱的油位不低于最低限度。
初始設(shè)計(jì)時(shí)，先按經(jīng)驗(yàn)公式確定油箱的容量，待系統(tǒng)確定后，再按散熱的要求進(jìn)行校核。
由此初定油箱容積取為200L，其結(jié)構(gòu)參數(shù)如表3-5：
表3-5 油箱結(jié)構(gòu)參數(shù)
長(zhǎng) mm
80
箱蓋厚度 mm
15
寬 mm
50
箱底厚度 mm
4
高 mm
50
箱底傾角 mm
15°
3.6.1.3 確定油箱的有效容積
按經(jīng)驗(yàn)公式（3-4）來(lái)初步確定油箱的有效容積：
已知所選泵的總流量37.8 L/min，這樣，液壓泵每分鐘排出壓力油的體積37.8L。參照表3-3，取 = 5，算得有效容積為：
V = 5×37.8 =189 L
3.6.2 空氣濾清器
一般在油箱蓋上應(yīng)設(shè)置空氣濾清器，它包括空氣濾清裝置和注油過(guò)濾網(wǎng)。在此，我們選擇EF2-32 型空氣濾清器，其技術(shù)性能見表3-6：
表3-6 EF2-32型空氣濾清器技術(shù)性能表
規(guī)格
EF2-32
加油流量L/min
14
空氣流量L/min
100
油過(guò)濾面積 cm2
120
螺釘（四只均布）mm
M4×10
空氣過(guò)濾精度mm
0．279
油過(guò)濾精度
125μm（120目/英寸）
3.6.3 油標(biāo)
在油箱側(cè)壁上一般應(yīng)設(shè)置油標(biāo)，以此作為油箱中油位的指示器?？紤]到控制油箱溫度的重要性，選擇YWZ型帶溫度計(jì)的液位指示器。
4、液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1 液壓缸的基本參數(shù)的確定
在2-3節(jié)中，我們已經(jīng)對(duì)液壓執(zhí)行元件即液壓缸的基本參數(shù)作過(guò)計(jì)算并校核，其各參數(shù)見表4-1：
表4-1 液壓缸的基本參數(shù)
缸徑D mm
100
活塞桿直徑d mm
70
最大行程L mm
125
缸體壁厚δ mm
20.5
公稱力F KN
125
4.2 液壓缸主要零件的結(jié)構(gòu)、材料及技術(shù)要求
4.2.1 缸體
4.2.1.1 缸體端部聯(lián)接結(jié)構(gòu)
缸體端部的聯(lián)接結(jié)構(gòu)見表4-2：
表4-2 缸體端部聯(lián)接型式
連接方式
特點(diǎn)
焊接
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，重量輕，使廣泛
缸體焊后可能變形，且內(nèi)徑不易加工。
主要用于柱塞式液壓缸
螺紋聯(lián)接
徑向尺寸小，重量較輕，使用廣泛
缸體外徑需加工，且應(yīng)與內(nèi)徑同軸；裝卸需專用工具；
安裝時(shí)應(yīng)防止密封圈扭曲
法蘭聯(lián)接
結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，易加工，易裝卸，使用廣泛
徑向尺寸較大，重量比螺紋聯(lián)接的大。
非焊接式法蘭的缸體端部鐓粗
拉桿聯(lián)接
結(jié)構(gòu)通用性好。缸體加工容易，裝卸方便，應(yīng)用較廣
表4-2 缸體端部聯(lián)接型式
連接方式
特點(diǎn)
拉桿聯(lián)接
外形尺寸大，重量大。用于載荷較大的雙作用缸
半
外半環(huán)
重量比拉桿聯(lián)接輕，缸體外徑需加工
環(huán)
半環(huán)槽削弱了缸體，為此缸體壁厚應(yīng)加厚
聯(lián)
內(nèi)半環(huán)
結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕
接
安裝時(shí)端部進(jìn)入缸體較深，密封圈有可能被進(jìn)油孔邊緣擦傷
鋼絲聯(lián)接
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，重量輕
注：1.對(duì)于固定機(jī)械，若尺寸與重量沒(méi)有特殊要求時(shí)，建議采用法蘭聯(lián)接或拉桿聯(lián)接。
2.對(duì)于活動(dòng)機(jī)械，若尺寸和重量有特殊要求時(shí)，推薦采用外螺紋聯(lián)接或外半環(huán)聯(lián)接。
詳細(xì)資料見參考文獻(xiàn)[2]表37.7-46
4.2.1.2 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)鋼的機(jī)械性能略低，且不能調(diào)質(zhì)，應(yīng)用較少。當(dāng)缸筒與缸底、缸頭、管接頭或耳軸等件需焊接時(shí)，則應(yīng)采用焊接性能較好的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。
缸體毛坯也可采用鍛鋼、鑄鋼或鑄鐵件。鑄鋼可采用ZG35B等材料，鑄鐵可采用HT200~HT350間的幾個(gè)牌號(hào)或球墨鑄鐵。
特殊情況下，可采用鋁合金等材料。
4.2.1.3 缸體的技術(shù)要求（圖4-1和圖4-2）
⑴ 缸體內(nèi)徑采用H8、H9配合。表面粗糙度：當(dāng)活塞采用橡膠密封圈密封時(shí)，為0.1~0.4μm，當(dāng)活塞用活塞環(huán)密封時(shí)，為0.2~0.4μm。且均需珩磨。
⑵ 缸體內(nèi)徑φAL（圖4-1）的圓度公差值可按9、10或11級(jí)精度選取，圓柱度公差值應(yīng)按8級(jí)精度選取。
⑶ 缸體端面T（圖4-1）的垂直度公差值可按7級(jí)精度選取。
圖4-1 缸體
(4)當(dāng)缸體與缸頭采用螺紋聯(lián)接時(shí)，螺紋應(yīng)取為6級(jí)精度的公制螺紋。
⑸ 當(dāng)缸體帶有耳環(huán)或銷軸（圖4-2）時(shí)，孔徑D1或軸徑d2的中心線對(duì)缸體內(nèi)孔軸線的垂直度公差值應(yīng)按9級(jí)精度選取。
圖4-2 耳環(huán)型、銷軸型缸體
⑹ 為了防止腐蝕和提高壽命，缸體內(nèi)表面應(yīng)鍍以厚度為30~40μm的鉻層，鍍后進(jìn)行珩磨或拋光。
4.3 缸蓋
4.3.1 缸蓋的材料
液壓缸的缸蓋可選用35、45號(hào)鍛鋼或ZG35、ZG45鑄鋼或HT200、HT300、HT350鑄鐵等材料。
當(dāng)缸蓋本身又是活塞桿的導(dǎo)向套時(shí)，缸蓋最好選用鑄鐵。同時(shí)，應(yīng)在導(dǎo)向表面上熔堆黃銅、青銅或其他耐磨材料。如果采用在缸蓋中壓入導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)時(shí)，導(dǎo)向套材料則應(yīng)為耐磨鑄鐵、青銅或黃銅等。
4.3.2 缸蓋的技術(shù)要求（圖4-3）
⑴ 直徑d（基本尺寸同缸徑）、D2（活塞桿的緩沖孔）、D3（基本尺寸同活塞桿密封圈外徑）的圓柱度公差值，應(yīng)按9、10或者11級(jí)精度選取。
圖4-3 缸蓋
⑵ D2、D3與d的同軸度公差值為0.03mm。
⑶ 端面A、B與直徑d軸心線的垂直度公差值，應(yīng)按7級(jí)精度選取。
⑷ 導(dǎo)向孔的表面粗造度為1.25μm。
4.4 活塞
4.4.1 活塞與活塞桿的聯(lián)接型式
活塞與活塞桿的聯(lián)接型式見表4-3：
表4-3 活塞桿聯(lián)接型式
聯(lián)接方式
備注
整體聯(lián)接
用于工作壓力較大，而活塞直徑又較小的情況
螺紋聯(lián)接
常用的聯(lián)接方式
半環(huán)聯(lián)接
用于工作壓力、機(jī)械振動(dòng)較大的情況
注：詳細(xì)資料見參考文獻(xiàn)[2]表37.7-47
4.4.2 活塞與缸體的密封
活塞與缸體的密封結(jié)構(gòu)，隨工作壓力、環(huán)境溫度、介質(zhì)等條件的不同而不同。常用的密封結(jié)構(gòu)見表4-4：
表4-4 活塞與缸體的密封結(jié)構(gòu)
密封形式
備注
間隙密封
用于低壓系統(tǒng)中的液壓缸活塞的密封
活塞環(huán)密封
適用于溫度變化范圍大，要求摩擦力小、壽命長(zhǎng)的
活塞的密封
O型
密封性能好，摩擦系數(shù)小；安裝空間小，
密
密封圈
廣泛用于固定密封和運(yùn)動(dòng)密封
封
Y型密封圈
用在20MPa壓力下、往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度較高的液壓缸密封
圈
YX型密封圈
耐高壓、耐磨性好，低溫性能好，逐漸取代Y型 密封圈
密
V型密封圈
可用于50MPa壓力下，耐久性好，但摩擦阻力大
封
U型密封圈
用于32MPa以下的系統(tǒng)中，其密封性好，阻力較小
UP1型密封圈
注：詳細(xì)資料見參考文獻(xiàn)[2]表37.7-48
4.4.3 活塞的材料
液壓缸活塞常用的材料為耐磨鑄鐵、灰鑄鐵（HT300、HT350）、鋼（有的在外徑上套有尼龍66、尼龍1010或夾布酚醛塑料的耐磨環(huán)）及鋁合金等。
4.4.4 活塞的技術(shù)要求（圖4-4）
⑴ 活塞外徑φAL對(duì)內(nèi)孔D1的徑向跳動(dòng)公差值，按7、8級(jí)精度選取。
⑵ 端面T對(duì)內(nèi)孔D1軸線的垂直度公差值，應(yīng)按7級(jí)精度選取。
⑶ 外徑φAL的圓柱度公差值，按9、10或11級(jí)精度選取。
圖4-4 活塞
4.5 活塞桿
4.5.1 端部結(jié)構(gòu)
活塞桿端部結(jié)構(gòu)見表4-5：
表4-5 活塞桿端部結(jié)構(gòu)
結(jié)構(gòu)形式
外螺紋
內(nèi)螺紋
單耳環(huán)
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
結(jié)構(gòu)形式
雙耳環(huán)
半球鉸單耳環(huán)
球頭
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
結(jié)構(gòu)形式
銷軸
柱銷
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
結(jié)構(gòu)形式
錐銷
法蘭
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
4.5.2 端部尺寸
⑴ 端部為螺紋聯(lián)接時(shí)，其尺寸見表4-6：
表4-6 液壓缸活塞桿螺紋尺寸系列
直徑與螺距
螺紋長(zhǎng)A
直徑與螺距
螺紋長(zhǎng)A
直徑與螺距
螺紋長(zhǎng)A
Φkk × t
短型
長(zhǎng)型
Φkk × t
短型
長(zhǎng)型
Φkk × t
短型
長(zhǎng)型
M3×0.35
6
9
M22×1.5
30
44
M110×3
112
M4×0.5
8
12
M24×2
32
48
M125×4
125
M4×0.7*
8
12
M27×2
36
54
M140×4
140
M5×0.5
10
15
M30×2
40
60
M160×4
160
M6×0.75
12
16
M33×2
45
66
M180×4
180
M6×1*
12
16
M36×2
50
72
M200×4
200
M8×1
12
20
M42×2
56
84
M220×4
220
M8×1.25*
12
20
M48×2
63
96
M250×6
250
M10×1.25
14
22
M56×2
75
112
M280×6
280
M12×1.25
16
24
M64×3
85
128
M14×1.5
18
28
M72×3
85
128
M16×1.5
22
32
M80×3
95
140
M18×1.5
25
36
M90×3
106
140
M20×1.5
28
40
M100×3
112
4.5.3 活塞桿結(jié)構(gòu)
活塞桿有實(shí)心桿和空心桿兩種，見圖 （4-5 ）?？招幕钊麠U的一端，要留出焊接和熱處理時(shí)用的通氣孔d2。
a)
b)
圖（4-5 ）活塞桿
a)實(shí)心活塞桿 b)空心活塞桿
4.5.4 活塞桿材料
實(shí)心活塞桿材料為35、45號(hào)鋼；空心活塞桿材料為35、45號(hào)無(wú)縫鋼管。
4.5.5 活塞桿的技術(shù)要求（圖4-5）
⑴ 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)HRC45~55。
⑵ 活塞桿φMM和d1的圓度公差值，按9、10或11級(jí)精度選取。
⑶ 活塞桿φMM的圓柱度公差值，應(yīng)按8級(jí)精度選取。
⑷ 活塞桿φMM對(duì)d1的徑向跳動(dòng)公差值，應(yīng)為0.01mm。
⑸ 端面T的垂直度公差值，則應(yīng)按7級(jí)精度選取。
⑹ 活塞桿上的螺紋，一般應(yīng)按6級(jí)精度加工；如載荷較小，機(jī)械振動(dòng)也較小時(shí)，允許按7級(jí)或8級(jí)精度制造。
⑺ 活塞桿上若有聯(lián)接銷孔時(shí)，該孔徑應(yīng)按H11級(jí)加工，該孔軸線與活塞桿軸線的垂直度公差值，按6級(jí)精度選取。
⑻ 活塞桿上工作表面的粗糙度為0.63μm，必要時(shí)，可以鍍鉻，鍍層厚度為0.05mm，鍍后拋光。
4.6 活塞桿的導(dǎo)向、密封和防塵
4.6.1 導(dǎo)向套
⑴ 導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu) 導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)見表4-7。
⑵ 導(dǎo)向套材料 導(dǎo)向套常用材料為鑄造青銅或耐磨鑄鐵。
⑶ 導(dǎo)向套的技術(shù)要求 導(dǎo)向套內(nèi)徑的配合，一般取為H8/f9（或H9/f9），其表面粗糙度則為0.63~1.25μm。
表4-7 導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)
導(dǎo)向方式
備注
缸蓋導(dǎo)向
減少零件數(shù)量，裝配簡(jiǎn)單。磨損快
導(dǎo)向套
導(dǎo)向
普通導(dǎo)向套
可利用壓力油潤(rùn)滑導(dǎo)向套，并使其處于密封狀態(tài)
可拆導(dǎo)向套
容易拆卸，便于維修。適用于工作條件惡劣、
經(jīng)常更換