液壓缸畢業(yè)設計

1、 畢業(yè)設計 液壓缸的設計學生姓名： 指導教師： 所系與專業(yè) 機械分院數(shù)控專業(yè) 班級 136 所在學期 學號 29110416200 年 月 日摘 要將液壓缸提供的液壓能重新轉換成機械能的裝置稱為執(zhí)行元件。執(zhí)行元件是直接做功者，從能量轉換的觀點看，它與液壓泵的作用是相反的。根據(jù)能量轉換的形式，執(zhí)行元件可分為兩類三種：液壓馬達、液壓缸、和擺動液壓馬達，后者也可稱擺動液壓缸。液壓馬達是作連續(xù)旋轉運動并輸出轉矩的液壓執(zhí)行元件；而液壓缸是作往復直線運動并輸出力的液壓執(zhí)行元件。而此說明書是針對液壓缸的工作環(huán)境和工作要求來確定液壓缸的工作壓力和承載能力，來確定其缸筒內徑、壁厚和活塞桿的直徑。再根據(jù)液壓缸的零

2、部件的工作要求確定零件的工藝，根據(jù)零件的精度要求確定零件的加工方法，并生成工藝卡片，完成零件的加工。關鍵字：液壓缸、機械能、轉矩、執(zhí)行元件Abstract目錄摘要I第1章 緒論1第2章 液壓傳動系統(tǒng)的執(zhí)行元件液壓缸22.1 液壓缸的類型及結構形式22.2 液壓缸的組成4第3章 液壓缸的設計103.1 簡介103.2 液壓缸的設計103.2.1 缸筒的設計123.2.2 活塞桿的設計結論參考文獻致謝20第1章 緒 論液壓傳動是研究以有壓流體（液體）為傳動介質來實現(xiàn)各種機械的傳動控制的學科。液壓傳動是根據(jù)流體力學的基本原理，利用流體的壓力能進行能量的傳遞和控制各種機械零部件運動。目前，液壓技術已廣

3、泛應用于各個工業(yè)領域的技術裝備上，例如機械制造、工程、建筑、礦山、冶金、船舶等機械，上至航空、航天工業(yè)，下至地礦、海洋開發(fā)工程，幾乎無處不見液壓技術的蹤跡。液壓技術的應用領域大致上可以歸納為以下幾個主要方面：（1）各種舉升、搬運作業(yè)。尤其在行走機械和較大驅動功率的場合，液壓傳動已經(jīng)成為一種主要方式。如起重機、起錨機等。（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、塑料注射成型機等。（3）高響應、高精度的控制。飛機和導彈的姿態(tài)控制等裝置。（4）多種工作程序組合的自動操作與控制。如組合機床、機械加工自動線。（5）特殊工作場合。例如地下水下、防爆等。在本次設計過程中，得到了無錫職

4、業(yè)技術學院機械分院李坤老師的悉心指導和大力支持。在此，對她表示衷心的感謝！由于資料缺乏，時間倉促，加上設計者本人水平有限，畢業(yè)論文中不足之處在所難免，敬請批評指正。 第2章 液壓傳動系統(tǒng)的執(zhí)行元件液壓缸2.1 液壓缸的類型及結構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；按結構形式可分為活塞式、柱塞式、組合式和擺動式四大類。其中，單作用液壓缸分為：單活塞桿液壓缸、雙活塞桿液壓缸、柱塞式液壓缸、差動液壓缸和伸縮液壓缸。但是，差動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：彈簧復位式、齒條式、串聯(lián)式和增壓式四種。擺動液壓缸又分為：單葉片式和雙葉片式兩種。下面以一

5、種典型液壓缸為例，說明液壓缸的基本組成。圖2-1 空心活塞式液壓缸結構1、15-活塞桿 2-堵頭 3-托架 4、7、17-密封圈 5-排氣孔 6-導向套 8-活塞 9-錐銷 10-缸筒 11-壓板 12-鋼絲環(huán) 13、23-紙墊 14-排氣孔 16、25-壓蓋18、24-缸蓋 19-導向套 20-壓板 21-鋼絲環(huán) 22-錐銷空心活塞式液壓缸如上圖2-1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，缸筒帶動工作臺作往復運動?；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

6、端外圓上套有鋼絲環(huán)12、21，用于阻止壓板11、20向外移動，從而通過螺栓將缸蓋18、24與壓板相連（圖中沒有畫出），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)生泄漏的結合面安放了密封圈和紙墊?？招幕钊麠U和其上的油口a、c提供了液壓缸的進、出油口。當缸筒移動到左、右終端時，油口a、c的開度逐漸減小，造成回油阻力逐漸增大，對運動部件起到制動緩沖作用。在缸蓋上設有與排氣閥（圖中沒有畫出）相連的排氣孔5、14，可以排出液壓缸中的空氣，使運動更加平穩(wěn)。表2-1液壓缸的類型和特點類型速度作用力特點單作用液壓缸雙活塞桿液壓缸U=q/A3F=p1A1活塞的兩側都裝有活塞桿，只能向活塞一側供給壓

7、力油，由外力使活塞反向運動單活塞桿液壓缸U=q/A3F1=p1A1活塞僅單向運動，返回行程利用自重或負荷將活塞推回柱塞式液壓缸U=q/A3F1=p1A1柱塞僅單向運動，由外力使柱塞反向運動差動液壓缸U3=q/A3F3=p1A1可使速度加快，但作用力相應減小伸縮液壓缸-以短缸獲得長行程；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/A3U2=q/A2F1=（p1-p2）A1F2=（p2-p1）A2雙邊有桿，雙向液壓驅動，雙向推力和速度均相等單活塞桿液壓缸U1=q/A3U2=q/A2F1=（p1-p2）A1F2=（p2-p1）A2單邊有桿，雙向液壓驅動，u1V U2

8、，F(xiàn)1F2伸縮液壓缸-雙向液壓驅動，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位液壓缸-單向由液壓驅動，回程彈簧復位串聯(lián)液壓缸U1=q/（A1+A2）U2=q2A2F1=p1（A1-A2）-2qA2F1=2p2A2-A2-q1（A1+A2）用于缸的直徑受限制，而長度不受限制處，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-活塞的移動通過傳動機構變成齒輪的往復回轉運動擺動液壓缸單葉片液壓缸W=8q/（b（D2-d2）T=p（D2-d2）b/8把液壓能變?yōu)榛剞D的機械能，輸出軸擺動角 < 300度雙葉片液壓缸W=4q/（b（D2-d2）T

9、=p（D2-d2）b/4把液壓能變?yōu)榛剞D的機械能，輸出軸擺動角 < 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- 理論轉矩2.2 液壓缸的組成從以上液壓缸的結構形式上可知：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。當工作壓力p<10MPa時,缸筒使用鑄鐵；工作壓力p<20MPa時，缸筒使用無縫鋼管；工作壓力p>20MPa時，使用鑄鋼或鍛鋼。以下是幾種常見的缸筒與缸蓋的聯(lián)接形式：圖2-2缸筒和缸蓋結構(a)法蘭連接式(b)半環(huán)連接式(c)

10、螺紋連接式(d)拉桿連接式(e)焊接連接式(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。由于活塞在缸筒內作往復運動，必須選用優(yōu)質材料。對于整體式活塞，一般采用號鋼或號鋼；裝配式的活塞采用灰口鑄鐵、耐磨鑄鐵或鋁合金等材料，有特殊要求時可在鋼活塞坯外面裝上青銅、黃銅和尼龍等耐磨套，以延長活塞的使用壽命?；钊麠U無論是空心的還是實心的其材料常采用號鋼或號鋼等材料，當沖擊振動很大時，也可采用號鋼或Cr鋼。(3)密封裝置密封裝置主要用來防止液壓油的泄漏。液壓缸因為是依靠密閉油液容積的變化來傳遞動力和速度，故密封裝置的優(yōu)劣，將直接影響液壓缸的工

11、作性能。根據(jù)兩個需要密封的偶合面間有無相對運動，可把密封圈分為動密封和靜密封兩類。設計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，使用的溫度范圍廣，制造簡單，裝拆方便等。通常液壓缸的密封有間隙密封、活塞環(huán)密封、型密封圈、Y型密封圈、V型密封圈等密封方式來防止漏油。(4)緩沖裝置當運動部件拖動質量較大的部件作往復運動時、運動速度較高時(v>12m/min)。運動部件慣性力較大，活塞運動到終端會與缸蓋發(fā)生機械碰撞，產(chǎn)生沖擊、噪聲，嚴重時影響加工精度，甚至引起破壞性事故。因此，在液壓缸內兩端部應設置緩沖

12、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封住活塞和缸蓋之間的部分油液，強迫它從小孔或細縫中擠出，以產(chǎn)生很大的阻力，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。1節(jié)流閥(5)排氣裝置圖2-6 放氣裝置1缸蓋 2放氣小孔 3缸體 4活塞桿第3章 液壓缸的設計3.1 簡介液壓缸是液壓系統(tǒng)中活塞桿作往復運動的工作機構。其結構形式均為單活塞桿雙作用耳環(huán)安裝式。主要用于工程機械、運輸機械、礦山機械及車輛等的液壓傳動。液壓缸結構如

13、下圖3-1:圖3-1液壓缸結構3.2 液壓缸的設計液壓缸的設計計算： 由于液壓執(zhí)行元件與主機結構有著直接關系，因此所需要的液壓缸和在結構上千變萬化。盡管有一些標準件可供選用，但有時還必須根據(jù)實際需要自行設計。下面介紹液壓缸的設計計算。(一)主要尺寸的計算    液壓缸的主要尺寸包括缸筒內徑D、活塞桿直徑d和缸筒長度L。    根據(jù)負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)液壓缸的不同結構形式計算出缸筒的內徑?；钊麠U直徑是按受力情況決定的，可按表3-1初步選取。缸筒長度的確定要考慮活塞最大行程、活塞厚度

14、、導向和密封所需長度等因素。通常情況L(2030)d。計算結果要圓整成國家標準中的推薦值。主要尺寸初步確定后，還要按速度要求進行驗證。同時滿足力和速度的要求后才可以確定下來。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<557>7推薦活塞桿直徑d(0.50.55)D(0.60.7)D0.7D（二）強度校核     強度校核的項目包括缸筒壁厚、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，缸筒壁厚由結構工藝決定，一般不做校核。在高壓系統(tǒng)中需按下列情況進行校核。1.缸筒壁厚的校核當D/>10時為薄壁，按

15、下式校核: 3-1式中，D-缸筒內徑；缸筒材料的許用應力，=b/n，b是材料的抗拉強度，一般取安全系數(shù)n=5；py試驗壓力，當缸的額定壓力pn16Mpa時，py=1.5pn；pn>16Mpa時，py=1.25pn。當D/<10時為厚壁，按下式校核: 3-22.  活塞桿直徑d 3-3式中，F(xiàn)活塞桿上的作用力；活塞桿材料的許用應力，= b/1.4。3.  缸蓋固定螺栓直徑ds 3-4 式中，F(xiàn)活塞桿上的作用力；k螺紋擰緊系數(shù)，k=1.121.5；z固定螺栓個數(shù)； 螺栓材料的許用應力，= s/（1.222.5），s為材料的屈服點。活塞桿材料的許用

16、應力，= b/1.4。（三）活塞桿穩(wěn)定性校核當活塞桿受軸向壓縮負載時有壓桿穩(wěn)定性問題，即 壓縮力F超過某一臨界Fk值時活塞桿就會失去穩(wěn)定性?；钊麠U穩(wěn)定性按下式進行校核 3-5式中，nk安全系數(shù)，一般取nk=24。    當活塞桿的細長比時， 3-6當活塞桿的細長比，且時，式中，l安裝長度；    rk活塞桿截面最小回轉半徑，；    1柔性系數(shù)；    2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：； 

17、0;  J活塞桿橫截面慣性矩；    A活塞桿橫截面積；    f由材料強度決定的試驗值；    系數(shù)。3.1 缸筒的設計（1）缸筒材料的選擇根據(jù)其液壓缸的工作環(huán)境初步確定其最大推力和拉力為16MPa，即：工作壓力p<20MPa；因此其材料必須要有一定的強度和硬度，所以缸筒材料可選用無縫鋼管；在選購缸筒原材料時,一般都是直接從鋼材廠訂購經(jīng)過冷拔后的20號鋼的缸筒毛坯件。即：無錫職業(yè)技術學院機械加工工藝過程卡片零件圖號零件名稱缸筒材 料 牌 號無縫鋼管毛坯種類每毛坯件數(shù)1 工 序 號 工名

18、序稱工 序 內 容設 備工 藝 裝 備10粗精車M面C6140三爪卡盤、游標卡尺20粗精車N面C6140三爪卡盤、游標卡尺30割內孔槽和錐面C6140三爪卡盤、游標卡尺40打兩油口孔Z3025專用鉆夾具、游標卡尺、50焊接兩油口60焊接缸底70檢驗游標卡尺80入庫04、23標記處數(shù)更改文件號簽 字日 期標記處數(shù)更改文件號簽 字 日 期（2）確定缸筒的總體尺寸a.缸筒內徑的大小及厚度，液壓缸缸筒的內徑為90mm，外徑為108mm。即：厚度為14mm。b.缸筒的總長度的確立，缸筒總長度L由活塞桿兩端活塞寬度、導向筒的寬度以及在滿足本液壓缸的行程后來確定。在整個液壓缸的設計中，缸筒的長度屬于不確定因

19、素。在此，先不予考慮。3.2 活塞桿的設計1.、耳環(huán)連接2、端部鉸軸連接3、中部鉸軸連接4、端部法蘭連接下面是整體式活塞桿的幾種聯(lián)接結構如下圖3-2：5、中部法蘭連接6、底部法蘭連接圖3-2整體式活塞桿的幾種聯(lián)接結構（1）活塞桿材料的選擇及加工工藝本次設計的整體式活塞桿的材料為45#鋼拼焊而成,桿徑大小為45mm。其結構形式如下圖：圖3-3整體式活塞桿結構形式根據(jù)液壓缸的承載能力可以確定其活塞桿的直徑為45mm，因為活塞桿在工作過程中和導向套之間作相對運動，其表面粗糙度很高，達到0.4，因此在精加工后還要做拋光處理。其工序表如表3-3所示表3-3活塞桿的加工工序卡無錫職業(yè)技術學院機械加工工藝過

20、程卡片零件圖號圖2零件名稱活塞桿共1 頁第1頁材 料 牌 號45鋼毛 坯 種 類鑄件 每毛坯件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 1備 注 工 序 號 工 名 序 稱 工 序 內 容設 備工 藝 裝 備鑄造時效涂底漆10車端面、打中心孔C6140三爪卡盤20粗車外圓到45.5mmC6140三爪卡盤、游標卡尺30粗精車N面及其S端面C6140三爪卡盤40粗精車M面及R端面C6140三爪卡盤、游標卡尺50割螺紋退刀槽C6140三爪卡盤、游標卡尺60車螺紋C6140三爪卡盤、游標卡尺、塞規(guī)70檢驗游標卡尺、塞規(guī)80鍍后拋光二次檢驗入庫總 結經(jīng)過兩個多月的學習和努力，我終于完成了本次畢業(yè)設計任務。在此期間我 查找各方

21、面的書籍并上網(wǎng)搜索資料，鍛煉了自己和獨立解決問題的能力。在整個畢業(yè)設計過程中，使我對AUTOCAD、Word等辦公軟件有更深的了解，學會如何應用及合理的規(guī)劃布局。從中，學到不少有關機械方面的知識，同時對機械設計和液壓傳動得到更進一步的了解，這是第一次如此重視的液壓缸設計，在這次設計即將結束時自己才發(fā)現(xiàn)所有的有價值的資料都來源于圖書館和累積下來的手稿。來自網(wǎng)絡的知識都是粗糙的，可直接利用的卻不夠詳盡不夠本原，是自己對這次畢業(yè)設計的最大體會。但鑒于本人學歷不精，認識不足，在本次設計中存在一定地失誤和欠缺，希望老師給予批評和幫助，使本次設計更加完美，讓我在大學三年所學到的知識綜合運用起來，會對我以后工作有很大的幫助。在今后的學習和工作中更努力，認真負責，妥善地完成本職工作。畢業(yè)設計已經(jīng)完成，但我的課題研究仍沒結束，希望在將來的學習與研究中為我國工業(yè)設計的理學與美學的融合做出自己的貢獻。參 考 文 獻1、重型機械標準編寫委員會編. 重型機械標準 第四卷 .北京：中國標準出版社 ，19952、雷天覺主編 .