叉車液壓缸畢業(yè)設計(共26頁)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上摘 要本課題是內燃叉車提升液壓缸的設計，液壓缸的設計包括了系統(tǒng)工作壓力的選定、液壓缸內徑和外徑的確定、活塞桿直徑和活塞直徑的確定、液壓缸壁厚的計算、缸蓋厚度的確定、缸體長度的確定、緩沖裝置的計算以及活塞桿穩(wěn)定性的驗算。本設計應用經(jīng)驗設計法和計算機輔助工程技術完成，先依據(jù)經(jīng)驗公式計算，確定了液壓缸安裝方案，設計了液壓缸活塞及活塞桿尺寸參數(shù)，校核匹配的連接螺栓、銷軸等。最后用繪圖軟件CAD完成液壓缸裝配圖。關鍵詞：叉車、提升液壓缸、液壓缸設計摘 要本課題是內燃叉車提升液壓缸的設計，液壓缸的設計包括了系統(tǒng)工作壓力的選定、液壓缸內徑和外徑的確定、活塞桿直徑和活塞直徑的確定、液

2、壓缸壁厚的計算、缸蓋厚度的確定、缸體長度的確定、緩沖裝置的計算以及活塞桿穩(wěn)定性的驗算。本設計應用經(jīng)驗設計法和計算機輔助工程技術完成，先依據(jù)經(jīng)驗公式計算，確定了液壓缸安裝方案，設計了液壓缸活塞及活塞桿尺寸參數(shù)，校核匹配的連接螺栓、銷軸等。最后用繪圖軟件CAD完成液壓缸裝配圖。關鍵詞：叉車、提升液壓缸、液壓缸設計專心-專注-專業(yè)ABSTRACTThis is the subject of internal combustion forklift lifting hydraulic cylinder design, the hydraulic cylinder design including th

3、e working pressure of the system is selected, the hydraulic cylinder inner diameter and outer diameter of the piston rod and the piston diameter, diameter determination, hydraulic cylinder wall thickness calculation to determine the thickness of the cylinder block, cylinder head, length, buffer devi

4、ce is calculated and the piston rod stability checking. Design and application of the experience design method and computer aided engineering technology, according to the empirical formula, determine the hydraulic cylinder installation project, design of hydraulic cylinder piston and piston rod size

5、 parameters, check matching bolt, pin. Finally with the drawing software CAD complete hydraulic cylinder assembly drawing.Key words: forklifts, lifting hydraulic cylinder, hydraulic cylinder design目 錄1 引 言1.1叉車發(fā)展史叉車發(fā)展于上世紀20年代，由工作裝置完成垂直方向作業(yè)，由車輪行駛系統(tǒng)完成水平方向作業(yè)，是室內搬運的首選工具。我國的機械制造行業(yè)起步較晚。國內生產(chǎn)叉車的技術更是比國外落后很多，

6、如何將剩余的15%20%的比例加大將是我們大家共同努力的目標，為此，本文主要進行叉車的設計計算，重點在于液壓系統(tǒng)設計計算，已經(jīng)完成了油箱、動力元件、控制元件、執(zhí)行元件以及各種液壓元器件的選型和設計、校核等，將液壓系統(tǒng)各部分組成按流程逐步設計后，以此為依據(jù)，設計了液壓系統(tǒng)布置圖。車體一般5mm以上鋼板制成，無大梁車體強度高，可承受重載此外流線型設計也將叉車的護頂架，車身，配重及其各種裝飾融為一體。寬視野的兩節(jié)或三節(jié)型門架，起升高度在26m。目前門架下降還采用負載勢能回收的原理，實現(xiàn)門架下降的無級調速。1.2 提升液壓缸簡介 圖1提升液壓缸,它為了迅速而方便的叉取貨物，門架需要向上提升；搬運貨物時

7、，液壓缸往上提升，可以疊放貨物，或者從高處卸載貨物。為了叉取一定重量的貨物，液壓缸需要在一定的工作壓力下進行設計。1.3 本設計的主要內容本設計的主要內容是對叉車提升液壓缸裝置的設計。液壓缸的設計包括了確定提升液壓缸活塞缸直徑及其外徑、液壓缸活塞直徑的確定和活塞桿直徑的確定、液壓缸壁厚和外徑的計算、缸蓋厚度的確定、缸體長度的確定以及活塞桿穩(wěn)定性的驗算。2. 液壓缸的設計2.1 液壓缸的選材缸體：45號鋼無縫鋼管。45鋼無焊接 件，可用調質處理提高強度表面粗糙度要?。≧a=0.20.4m）工藝要求內孔一般用珩磨或滾壓加工活塞：45號鋼?；钊麠U：45號鋼圓鋼或無縫鋼管，一般表面要鍍硬鉻，表面粗糙度

8、要Ra=0.20.4.缸底：法蘭連接，35號、45號鋼鍛件。密封結構：防漏、防塵、耐磨2.2 液壓缸的主要尺寸的確定2.2.1缸筒內徑D的計算根據(jù)設計條件，要提升的負載為1000kg，因此提升裝置需承受的負載力為： （公式1）=10000N為減小提升裝置的液壓缸行程，通過加一個動滑輪和鏈條（繩），對裝置進行改進，如圖2所示。 圖2 提升裝置示意圖由于鏈條固定在框架的一端，活塞桿的行程是叉車桿提升高度的一半，但同時，所需的力變?yōu)樵瓉淼膬杀叮ㄓ捎谒璧墓Ρ３殖Ｖ?，但是位移減半，于是負載變?yōu)樵瓉淼膬杀叮?。即提升液壓缸的負載力為2 Fl = 20000 N表1 各類液壓設備常用的工作壓力 設備類型精加

9、工機床半精加工機床粗加工或重型機床農(nóng)業(yè)機械、小型工程機械、工程機械輔助機構液壓機、重型機械、大中型挖掘機、起重運輸機械工作壓力p/Mpa0.823551010162032選擇系統(tǒng)工作壓力為10Mpa，則對于差動連接的雙作用液壓缸，提升液壓缸的活塞桿有效作用面積為無桿腔進油時 （公式2）有桿腔進油時 （公式3） 按照表2選取數(shù)據(jù)，由于叉車要提升4m，高度過高，所以液壓缸直徑應選的大一點，選D=80mm表2 液壓缸內徑尺寸系列GB234880 （mm）810121620253240506380 （90）100 （110）125 （140）160 （180）200 （220）250320400500

10、6302.2.2 液壓缸活塞桿直徑d的確定表3 設備類型與活塞桿直徑 設備類型磨床、珩磨及研磨機插、拉、刨床鉆、鏜、車、銑床活塞桿直徑d（0.20.3）D0.5D0.7D 所以活塞桿直徑為d = 0.7D=800.7=56mm，查表4取常用的數(shù)據(jù)，取 d = 56mm。表4 活塞桿直徑系列 GB234880 （mm）45681012 1416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360400GB/T699-1999標準規(guī)定的45號鋼熱處理850正火、840淬火、600回火，達到的屈服強度。許用應力根據(jù)油缸材

11、質的屈服強度計算，通常留23倍的安全系數(shù)，取安全系數(shù)為2.5.【】=355/2.5=142Mpa。Py試驗壓力，一般取最大工作壓力的（1.251.5）倍（Mpa）。Py=101.5=15Mpa。校核（公式4） 所以d=56mm符合。2.3 液壓缸結構參數(shù)的計算2.3.1 液壓缸壁厚的計算壁厚 （公式5）校核壁厚（該設計采用無縫鋼管） （公式6）Py=（1.251.5）Pp，取Py=1.5Pp，Py=101.5=15Mpa （公式7）取 由計算的公式所得的液壓缸的壁厚厚度很小，使缸體的剛度不夠，如在切削加工過程中的變形，安裝變形等引起液壓缸工作過程中卡死或漏油。所以用經(jīng)驗法選取壁厚：2.3.2

12、缸蓋厚度的確定一般液壓缸多為平底缸蓋，其有效厚度 按強度要求可用下式進行近似計算： （公式8） 式中： D缸蓋止口內徑(mm) T缸蓋有效厚度(mm) T5.632mm2.3.3 最小導向長度的確定一般缸筒的長度最好不超過內徑的20倍。另外，液壓缸的結構尺寸還有最小導向長度H。當活塞桿全部外伸時，從活塞支承面中點到導向套滑動面中點的距離稱為最小導向長度H(如圖所示)。如果導向長度過小，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，因此設計時必須保證有一最小導向長度。圖3油缸的導向長度,K隔套，對于一般的液壓缸，其最小導向長度應滿足下式： HL/20+D/2 （公式9） H=2

13、/20+0.05/2=0.125m=125mm 式中：L為液壓缸最大工作行程2(m);D為缸筒內徑50(mm)。一般導向套滑動面的長度A，在D80mm時取A=(0.6-1.0)D,在D80mm時取A=(0.6-1.0)d；活塞的寬度B則取B=(0.6-1.0)D在本題中A=(0.6-1.0)d=33.6mm,B=(0.6-1.0)D=48mm,在本題中為保證最小導向長度，過分增大A和B都是不適宜的最好在導向套與活塞之間裝一隔套K隔套寬度C由所需的最小導向長度決定即： （公式10）采用隔套不僅能保證最小導向長度，還可以改善導向套及活塞的通用性。2.3.4 缸筒長度確定液壓缸缸體內部的長度應等于活

14、塞的行程與活塞寬度的和。缸體外部尺寸還要考慮到兩端端蓋的厚度，一般液壓缸缸體的長度不應大于缸體內徑D的20-30倍。 即：缸體內部長度2000+48=2050mm 缸體長度（20-30）D=（1600-2400）mm 即取缸體長度為2050mm2.3.5 液壓缸進出油口尺寸確定液壓缸的進、出油口可布置在端蓋或缸筒上，進、出油口處的流速不大于5m/s，油口的連接形式為螺紋連接或法蘭連接。 根據(jù)液壓缸螺紋連接的油口尺寸系列（摘自GB/T2878-93）及16MPa小型系列單桿自（GB/T2878-93）及10MPa小型系列的單桿液壓缸油口安裝尺寸（ISO8138-1986）確定。進出油口的尺寸為M

15、16x1.5。連接方式為螺紋連接。2.3.6 緩沖裝置計算液壓缸中緩沖裝置的工作原理是當活塞接近缸底時緩沖柱塞與孔形成環(huán)形間隙，減小了回油流速。緩沖腔內剩余的油液從環(huán)形縫隙中強行擠出使工作部件受到制動，逐漸減慢運動速度達到避免活塞和缸蓋相互撞擊的目的。從而達到緩沖的效果。 采用環(huán)形縫隙節(jié)流的緩沖裝置 環(huán)形縫隙 （公式11） -平均緩沖壓力 d 緩沖柱直徑 活塞的緩沖行程 液壓油的動力粘度 圖4 活塞緩沖開始時的速度 A 緩沖腔內的有效作用面積通常；不可過長,以免外形尺寸過大=18.1MPa;d=40mm; =8mm/s;V=32×/s。=20mm；A=333.8； =900kg/液壓

16、油選擇HL32。,解得：=2mm .3. 液壓缸的校核3.1液壓缸各部分連接件強度計算及校核3.1.1缸筒壁厚的驗算1） 液壓缸的額定壓力P值應低于一定的極限值，以保證工作安全 （公式12） 帶入已知數(shù)據(jù)得 78MPa 符合要求2） 為了避免缸筒在工作時發(fā)生塑性變形，液壓缸的額定壓力值應與塑性變形壓力有一定的比例范圍 （公式13）帶入已知數(shù)據(jù)得：3）為了確保液壓缸的安全使用，缸筒的爆裂壓力應遠遠大于耐壓試驗壓力 （公式14）帶入已知數(shù)據(jù)得：=147MPa D-缸筒內經(jīng)； D-缸筒外徑；-額定壓力；-缸筒發(fā)生塑性變形時的壓力；-液壓缸耐壓試驗壓力；-缸筒發(fā)生爆裂時的壓力3.1.2缸蓋與缸體用螺紋

17、連接時，缸體螺紋處的拉應力拉應力 （公式15） 切應力 （公式16）合成應力 （公式17） （公式18） （公式19）K螺紋內摩擦系數(shù)；K螺紋擰緊系數(shù)（1.251.5）；d螺紋內徑；d螺紋外徑；D缸筒內徑；已知：K=0.12；K=1.25；d=82.958mm；d=80mm；D=80mm; n=3代入已知數(shù)據(jù)得：=204.7MPa；=63.14MPa合成應力=232MPa234MPa=3.1.3缸底與缸筒采用焊接的連接方式缸筒和缸底焊縫強度的計算如圖所示，其對接焊縫的應力為： （公式20） 式中液壓缸最大推力（N）； 圖5 焊接缸筒和缸底 焊接效率，取=0.7； 焊縫的許用應力（Pa）； ，當

18、用T422焊條，取安全系數(shù)n=5。（公式21）代入已知數(shù)據(jù)，求得=75.4Mpa420/5Mpa 符合要求3.1.4活塞與活塞桿的聯(lián)接計算活塞與活塞桿采用螺紋聯(lián)接時，活塞桿危險截面（螺紋退刀槽）處的拉應力為 （公式22）切應為 （公式23）合成應力為 （公式24）式中-液壓缸輸出拉力（N） （公式25） d-活塞桿直徑（m） -活塞桿材料的許用應力（Pa） 已知：K=0.12;K=1.5;d=36mm; d=40mm;p=18.1MPa;n=4按公式代入數(shù)據(jù)，求得 =91.4MPa=47.8MPa合應力為 =123.32MPa 圖63.1.5活塞桿強度和液壓缸穩(wěn)定性計算 1）活塞桿的熱處理：粗

19、加工后調質到硬度為229285HBW，必要時，再經(jīng)高頻淬火，硬度達到4555HRC2）液壓缸穩(wěn)定性計算活塞桿受軸向壓縮負載時，它所承受的力不能超過使它保持穩(wěn)定工作所允許的臨界負載，以免發(fā)生縱向彎曲，破壞液壓缸的正常工作。的值與活塞桿材料性質、截面形狀、直徑和長度以及液壓缸的安裝方式等因素有關。活塞桿穩(wěn)定性的校核依下式進行 （公式26） 式中，為安全系數(shù)，一般取=24。當活塞桿的細長比時 （公式27） 當活塞桿的細長比時 （公式28） 取=4 ；實心活塞桿 ； （公式29） =d/4；=85；=4；l=597mm，=1/5000；f=4.9×10N/m按公式代入數(shù)據(jù)，求得 ，符合要求。

20、式中，為安裝長度，其值與安裝方式有關，見表5；為柔性系數(shù)，其值見表6； 為由液壓缸支撐方式?jīng)Q定的末端系數(shù)，其值見表5；為活塞桿材料的彈性模量，對鋼??；為活塞桿橫截面慣性矩；為活塞桿橫截面積；為由材料強度決定的實驗值，為系數(shù)，具體數(shù)值見表6。表5 液壓缸支承方式和末端系數(shù)的值支承方式支承說明末端系數(shù)一端自由一端固定兩端鉸接1一端鉸接一端固定2兩端固定4表6 、的值材料鑄鐵5.61/160080鍛鐵2.51/9000110鋼4.91/5000854. 液壓缸的結構液壓缸主要尺寸確定以后，就進行各部分的結構設計。主要包括：缸體與缸蓋的連 接結構、活塞桿與活塞的連接結構、活塞桿導向部分結構、密封裝置、

21、緩沖裝置、排氣裝置、及液壓缸的安裝連接結構等。由于工作條件不同，結構形式也各不相同。設計時根據(jù)具體情況進行選擇。4.1 缸體與缸蓋的連接形式缸體端部與端蓋的連接形式與工作壓力、缸體材料以及工作條件有關。表7為常見的端蓋連接形式。表7 液壓缸缸體與端蓋的連接形式連接方式結構形式圖例優(yōu)缺點法蘭連接優(yōu)點：(1)結構簡單、成本低(2)容易加工、便于裝拆(3)強度較大、能承受高壓缺點：(1)徑向尺寸較大(2)重量比螺紋連接的大；缸體為鋼管時，用拉桿連接的重量也大(3)用鋼管焊上法蘭、工藝過程復雜些螺紋連接優(yōu)點：(1)外形尺寸小(2)重量較輕缺點：(1)端部結構復雜、工藝要求高(2)裝拆時需要專用工具(3

22、)擰端蓋時易損壞密封圈內半環(huán)連接優(yōu)點：(1)外形尺寸較小(2)結構緊湊，重量較輕缺點：（1）缸筒開槽，削弱了強度（2）端部進入缸體內較長，安裝時密封圈易被槽口擦傷內半環(huán)是應用十分普遍的一種連接形式，常用于無縫鋼管與端蓋的連接中。根據(jù)設計要求，本次設計的液壓缸缸體與缸蓋的連接選用內半環(huán)連接。4.2活塞與活塞桿的連接結構 活塞組件由活塞、活塞桿和連接件等組成。隨著工作壓力、安裝方式和工作條件的不同,活塞和活塞桿有多種連接形式，如表8所示。表8 活塞與活塞桿的連接形式連接方式結構形式圖例特點螺紋連接結構簡單，在振動的工作條件下容易松動，必須用鎖緊裝置。應用較多，如組合機床與工程機械上的液壓缸半環(huán)連接

23、結構簡單，裝拆方便，不易松動，但會出現(xiàn)軸向間隙。多應用在壓力高、負荷大、有振動的場合錐銷連接結構可靠，用錐銷連接，銷孔必須配鉸，銷釘連接后必須鎖緊，多用于負荷較小的場合此次設計為單桿液壓缸，為了使結構簡單，裝拆方便，便于維修，根據(jù)設計要求，活塞與活塞桿采用螺紋連接。 4.3 活塞桿導向部分結構活塞桿導向部分的結構，包括活塞桿與端蓋、導向套的結構，以及密封、防塵和鎖緊裝置等。導向套的結構可以做成端蓋整體式直接導向，也可做成與端蓋分開的導向套結構。為了清除活塞桿處處露部分沾附的灰塵、保證油液清潔及減少磨損，在端蓋外側還需要增加防塵裝置。根據(jù)不同的情況，選用不同的導向結構及防塵裝置，參見表9。表9

24、活塞桿的導向及防塵裝置結構形式結構簡圖特點端蓋直接導向(1)端蓋與活塞桿直接接觸導向，結構簡單，但磨損后只能更換整個端蓋(2)防塵圈用無骨架的防塵圈導向套導向(1)導向套與活塞桿接觸支承導向，磨損后更換。(2)防塵方式常用J 形或三角形防塵裝置導向套導向的結構形式，導向套磨損后便于更換，而無需更換端蓋。導向套的位置可安裝在密封圈的內側，也可以裝在外側，導向裝在內側的結構，有利于導向套的潤滑。綜上所述，本次設計采用導向套導向，且導向套裝在內側。4.4 密封裝置的選用密封裝置主要是用來防止液壓油的泄露。良好的密封性是液壓缸能夠傳遞動力、正常動作的保證。根據(jù)兩個需要密封的偶合面間有無相對運動，可把密

25、封分為動密封和靜密封兩大類。設計和選用密封裝置的基本要求是具有良好的密封性，隨壓力的增加能自動提高密封性，摩擦阻力要小，耐油抗腐蝕，耐磨壽命長，制造簡單，拆裝方便，常見的密封方法有以下幾種。4.4.1 間隙密封間隙密封是一種簡單的密封方法。它是依靠相對運動零件配合面間的微小間隙來防止泄露。間隙密封在活塞的外表面開幾道寬0.30.5mm、深0.51mm、間距25mm的平衡槽，來達到密封的效果。間隙密封的特點是結構簡單，摩擦力小，耐用，但對零件的加工精度要求較高，且難以完全消除泄露，故只用于低壓、小直徑的快速液壓缸中。4.4.2 活塞環(huán)密封活塞環(huán)密封依靠裝在活塞環(huán)形槽內的彈性金屬環(huán)緊貼環(huán)筒內壁實現(xiàn)

26、密封，如表3-4所示。其密封效果較間隙密封好，適應的壓力和溫度范圍很寬，能自動補償磨損和溫度變化的影響，能在高速中工作，摩擦力小，工作可靠，壽命長，但不能完全密封，活塞環(huán)的加工復雜，缸筒內表面加工精度要求較高，一般用于高壓、高溫和高速的場合。4.4.3 密封圈密封密封圈的選用，應根據(jù)密封的部位、使用的壓力、溫度、運動速度的范圍不同而選擇不同類型的密封圈。表10為幾種常用的密封圈及其使用參數(shù)，供設計時參考。表10 密封圈的選用參數(shù)類型密封部位截面簡圖材料壓力范圍（MPa）溫度范圍（）速度范圍(m/s)摩擦/泄露用途活塞用活塞桿用FPM-15+180O形圈(加擋圈）NBR+PTFE-30+130中

27、/低通用Y形圈NBR+夾纖維-30+120中/低農(nóng)機、工程機械V形NBR+夾纖維-30+130大/極微挖土機、注塑機、活塞環(huán)鑄鐵0.310小/高高速液壓機、緩沖液壓機注：NBR 丁腈橡膠，F(xiàn)PM 氟碳橡膠，PTEF 聚四氟乙烯，應用部位。為了使活塞及活塞桿處良好密封，保證液壓缸的正常工作，且密封處結構簡單，本設計中采用密封圈密封的方式，活塞處采用V形密封圈，活塞桿處采用O形圈(加擋圈)。4.5 液壓缸緩沖裝置的選用當液壓缸拖動的質量較大、速度較高時，一般應在液壓缸中設置緩沖裝置，必要時還需在液壓系統(tǒng)中設緩沖回路，以免在行程終端發(fā)生過大的機械碰撞，致使液壓缸損壞。緩沖原理是使活塞與缸蓋接近時，在

28、排油腔內產(chǎn)生足夠的緩沖壓力，即增大回油阻力，從而降低缸的運動速度，避免活塞與缸蓋相撞。常用的緩沖裝置有以下幾種。4.5.1 環(huán)隙式緩沖裝置當緩沖柱塞進入缸蓋上的內孔時，缸蓋和活塞間形成緩沖油腔2，被封閉的油液只能從間隙排出，產(chǎn)生緩沖壓力，從而實現(xiàn)減速緩沖。環(huán)隙式緩沖裝置有兩種，分為圓柱形和圓錐形(圖7)。圓柱形環(huán)隙式緩沖裝置在緩沖過程中，由于其節(jié)流面積不變，故緩沖開始時，產(chǎn)生的緩沖制動力很大，但很快就降低了，緩沖效果較差。這種裝置結構簡單，便于設計和降低制造成本。圓錐形環(huán)隙式緩沖裝置，由于緩沖柱塞為錐形，所以緩沖環(huán)形間隙隨位移量而發(fā)生改變，即節(jié)流面積隨緩沖行程的增大而減少，緩沖時有明顯的漸減過程，使機械能的吸收較均勻，緩沖效果較