液壓缸畢業(yè)設計論文

液壓缸畢業(yè)設計論文緒論課題背景隨著我國國民經濟的快速發(fā)展，能源、交通、城市建設的發(fā)展步伐進一步加快，建設規(guī)?？涨熬薮?，液壓傳動技術作為實現(xiàn)現(xiàn)代傳動與控制的關鍵技術之一，具有其自身的技術優(yōu)勢。目前，液壓技術的應用已遍布各行業(yè)、各領域，如船舶機械、工程機械、起重運輸機械、礦山機械、農業(yè)機械、冶金機械、輕工機械、汽車工業(yè)及智能機械等。隨著液壓技術的快速發(fā)展，我國從事液壓系統(tǒng)設備設計、制造、使用和維護的工程技術人員不斷增加，他們迫切需要更新、更全面的液壓專業(yè)知識。液壓缸是液壓系統(tǒng)中最重要的執(zhí)行元件，它將液壓能轉變?yōu)闄C械能，實現(xiàn)直線往復運動。液壓缸結構簡單，配置靈活，設計、制造比較容易，使用維修方便，所以比液壓馬達、擺動液壓馬達等執(zhí)行元件應用更廣泛。液壓傳動基礎理論一部完整的機器是由原動機部分、傳動部分、控制部分和工作機構等部分組成的。傳動部分只是一個中間環(huán)節(jié)。它的作用是把原動機（電動機、內燃機等）輸出的動能傳送給工作機構。傳動有多種類型，如機械傳動、電力傳動、液體傳動、氣體傳動以及她們的組合即復合傳動。以液體作為工作介質進行能量傳遞的運動方式稱為液體傳動。按其工作原理的不同，液體傳動可以分為液壓傳動和液力傳動。液壓傳動主要利用液體的壓力來傳遞能量；而液力傳動主要是利用液體的動能來傳遞能量。液壓傳動工作原理極其組成液壓傳動原理如圖1-1是一種驅動驅動工作臺的液壓傳動系統(tǒng)，它由郵箱、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、接頭組成。其工作原理如下。液壓泵由電動機驅動后，從油箱中吸油，油液經濾油器進入液壓泵，在如圖1-1（a）所示狀態(tài)下，油液在泵腔中從入口低壓到出口高壓，通過開停閥、節(jié)流閥和換向閥進入液壓缸左腔，推動活塞使工作臺向右移動，這時，液壓缸右腔的油經換向閥和回油管6排回油箱。如果將換向閥手柄轉換成如圖1-1（b）所示狀態(tài)，則壓力管中的油將經過開停閥、節(jié)流閥和換向閥進入液壓缸右腔、推動活塞使工作臺向左移動，并使液壓缸左腔的油經換向閥和回油管6排回油箱工作臺的移動速度是通過節(jié)流閥來調節(jié)的。當節(jié)流閥開大時，進入液壓缸的油量增多，工作臺的移動速度增大;當節(jié)流閥關小時進入液壓缸的油量減少，工作臺的移動速度減小。為了克服移動工作臺時所收到的各種阻力，液壓缸必須產生一個足夠大的推力，這個推力是由液壓缸中的液壓力產生的。要克服的阻力越大，缸中的油液壓力越高；反之壓力就越低。這種現(xiàn)象說明了液壓傳動的一個基本原理——壓力決定于負載。從上面這個簡單的例子可知：液壓傳動是以液體作為工作介質來傳遞動力的;液壓傳動用液體的壓力能來傳遞動力，它與利用液體動能的液力傳動是不同的液壓傳動中的工作介質是在受控制、受調節(jié)的狀態(tài)下進行工作的，因此液壓傳動液壓傳動必須滿足它所驅動的運動部件在力和速度方面提出的要求液壓傳動系統(tǒng)的組成從機床工作臺液壓系統(tǒng)的工作過程可以看出，一個完整的、能夠正常工作的液壓系統(tǒng)，應該由一下5個主要部分來組成。能源裝置供給液壓系統(tǒng)壓力油，把機械能轉換成液壓能的裝置。最常見的形式是液壓泵給液壓系統(tǒng)提供壓力油。執(zhí)行裝置把液壓能轉化成機械能以驅動工作機構的裝置。其形式有做直線運動的液壓缸，有做回轉運動的液壓馬達，也有做往復擺動的擺動馬達（擺動缸）又稱為液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件。控制調節(jié)裝置對系統(tǒng)中的壓力、流量或流動方向進行控制或調節(jié)的裝置。如溢流閥、開停閥、節(jié)流閥、換向閥等元件的不同組合形成了不同功能的液壓系統(tǒng)。輔助裝置除上述3部分之外的其他裝置，例如油箱，濾油器和油管等。它們對保證系統(tǒng)正常工作是必不可少的。工作介質傳遞能量的流體，即液壓油等。液壓傳動技術的優(yōu)缺點主要優(yōu)點便于實現(xiàn)無極調速，調速范圍比較大，可達（100：1）~（2000：1）在同等功率的情況下，液壓系統(tǒng)裝置的體積小、重量輕、慣性小、結構緊湊（如液壓馬達的重量只有功率電機重量的10%~20%），而且能傳遞較大的力和轉矩。工作平穩(wěn)，反應快、沖擊小，能頻繁啟動和換向。液壓傳動裝置的換向頻率，回轉運動可達500次/min,往復直線運動可達400~1000次/min.控制、調節(jié)比較簡單，操縱比較方便、省力，易于實現(xiàn)自動化，與電氣控制配合使用能實現(xiàn)復雜的順序動作和遠程控制。易于實現(xiàn)過載保護，系統(tǒng)超負荷，油液經溢流閥流回油箱。由于采用油液作為工作介質，能自行潤滑，所以壽命長。易于實現(xiàn)系列化、標準化、通用化，易于設計、制造和推廣使用。易于實現(xiàn)回轉、直線運動，且元件排列布置靈活。在液壓系統(tǒng)中，功率損失所產生的熱量可由流動著的油帶走，故可避免機械本體產生過度溫升。主要缺點液體作為工作介質，易泄漏，且具有可壓縮性，故難以保證嚴格的傳動比。液壓傳動中有較多的能量損失（摩擦損失、壓力損失、泄漏損失），傳動效率低，所以不宜作遠距離傳動。液壓傳動對油溫和負載變化敏感，不宜在很低或很高的溫度下工作，對污染很敏感。液壓傳動需要有單獨的能源（例如液壓泵），液壓能不能像電能那樣從遠處傳來。液壓元件制造精度高，造價高，須組織專業(yè)化生產。液壓傳動裝置出現(xiàn)故障時不易查找原因，不易迅速排除?？傊簤簜鲃觾?yōu)點較多，其缺點正隨著科學技術的發(fā)展逐步加以克服，因此，液壓傳動在現(xiàn)代工業(yè)中有廣闊的發(fā)展前景。液壓傳動技術的應用和發(fā)展液壓傳動相對機械傳動來說，是一門新的傳動技術。如果從1795年世界上第一臺水壓機問世算起，至今已有200余年的歷史。然而，知道20實際30年代液壓傳動才真正推廣應用。在第二次世界大戰(zhàn)期間，由于軍事工業(yè)需要反應快、精度高、功率大的液壓傳動裝置，從而推動了液壓技術的發(fā)展。戰(zhàn)后，液壓技術迅速轉向民用，在機床、工程機械、農業(yè)機械、汽車等行業(yè)中逐步得到推廣。20世紀60年代后，隨著原子能技術、空間技術、計算機技術的發(fā)展，液壓技術也得到了很大發(fā)展，并滲透到各個工業(yè)領域中。液壓傳動技術的應用液壓傳動技術在國民經濟各領域中都得到了廣泛的應用。但各部門應用液壓傳動的出發(fā)點不同。工程機械、壓力機械采用液壓傳動的原因很簡單，輸出力量大;航空工業(yè)采用的原因是重量輕，體積?。粰C床中采用液壓傳動技術主要是可實現(xiàn)無極調速，易于實現(xiàn)自動化，能實現(xiàn)換向頻繁的往復運動。液壓傳動技術的發(fā)展當前液壓技術正向著高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、長壽命、高度集成化、復合化、小型化以及輕量化等方向發(fā)展。同時，新型液壓元件和液壓系統(tǒng)的計算機輔助測試（CAT）、計算機直接控制（CDC）、機電一體化、計算機仿真和優(yōu)化設計技術、可靠性技術以及污染控制方面，也是當期液壓技術發(fā)展和研究的方向。我國的液壓技術開始于20世紀50年代，液壓元件最初應用于機床和鍛壓設備，后來又用于拖拉機和工程機械。自1964年從國外引進一些液壓元件生產技術，同時自行設計液壓產品，經過20多年的艱苦探索和發(fā)展，特別是20世紀80年代初期從美國、日本、德國的先進技術和設備，使我國的液壓技術水平有了很大的提高。目前，我國的液壓元件已從低壓到高壓形成系列，并生產出許多新型的元件，如插裝式錐閥、電液比例閥、電液數字控制閥等。我國機械工業(yè)在認真消化、推廣國外引進的先進液壓技術的同時，大力研制、開發(fā)國產液壓元件新產品，加強產品質量可靠性和新技術應用的研究，積極采用國際標準，合理調整產品結構，對一些性能差而且不符合國家標準的液壓產品，采用逐步淘汰的措施。由此可見，隨著科學技術的迅猛發(fā)展，液壓技術將獲得進一步發(fā)展，在各種機械設備上的應用將更加廣泛。UG概述UG的特點UG（Unigraphics）是美國UnigraphicsSolutions公司推出的集CAD/CAM/CAE于一身的三維參數化設計。它致力于從概念設計到工程分析再到制造的整個產品開發(fā)過程，使產品的開發(fā)從設計到加工真正實現(xiàn)了數據的無縫集成；它是企業(yè)產品開發(fā)全過程的解決方案、涉及產品設計、仿真和制造中開發(fā)過程的全范圍，包括產品概念設計、式樣造型設計、結構細節(jié)設計、性能仿真、工裝設計和數控加工；UGNX是一個全三維的雙精度系統(tǒng)，它允許用戶精確的描述幾乎任一幾何形狀，通過組合這些形狀，用戶可以設計、分析產品并建立它們的工程圖，一旦設計完成，制造應用允許用戶選擇描述零件的幾何體，加入制造信息并自動生成刀具源文件（CLSF），用來驅動數控機床進行零件的加工（CNC）。UG軟件被當今世界領先的制造商用于從事概念設計、工業(yè)設計、詳細的機械設計以及工程仿真和數字化制造等工作，廣泛應用于航空、航天、汽車、船舶、通用機械、家用電器、醫(yī)療設備和電子工業(yè)以及其他高科技應用領域的機械設計等行業(yè)，它已成為世界上最優(yōu)秀的公司廣泛使用的系統(tǒng)之一。UGNX7.5功能模塊介紹UGNX7.5軟件具有多個功能強大的應用模塊，主要包括CAD、CAE、CAM、注塑模、鈑金件、管路應用產品、質量工程應用、逆向工程應用模塊，其中每個功能模塊都以Gateway環(huán)境為基礎，它們之間既相互聯(lián)系，又相對獨立。每個模塊都具有獨立的功能，而且模塊之間具有一定的關聯(lián)性。因此用戶可以根據工作的需要，將產品調入到不同的模塊中進行設計或加工編程等操作，下面簡要介紹各個常用的模塊。UG/GatewayUG/Gateway為所有UGNX產品提供一個一致的進入捷徑，是用戶可以打開UGNX進入的第一個模塊。UG/Gateway模塊功能包括：打開、創(chuàng)建、保存等文件操作；著色、消隱、縮放等視圖操作；視圖布局；圖層管理；繪圖及繪圖隊列管理；模型信息查詢、坐標查詢距離測量；曲線曲率分析、曲面光順分析、實體物理性自動計算；輸入或輸出CGM、UG/Parasolid等幾何數據；Macro宏命令自動記錄和回放功能；等等。Gateway是執(zhí)行其他交互應用模塊的先決條件，該模塊為UGNX7.5的其他模塊運行提供了底層統(tǒng)一的數據庫支持和一個圖形交互環(huán)境。在UGNX7.5中，通過單擊【標準】工具條中【開始】按鈕下的【基本環(huán)境】命令，便可在任何時候從其他應用模塊回到Gateway。CAD模塊UG實體建模UG實體建模提供了草圖設計、各種曲線生成和編輯、布爾運算、掃掠實體、選擇實體、沿引導線掃掠、尺寸驅動、定義和編輯變量及其表達式等功能。實體建模是特征建模和自由式建模的先決條件。UG特征建模UG特征建模提供了各種標準設計特征的生成和編輯、孔、鍵槽、腔體、凸臺、倒圓、倒角、抽殼、螺紋、拔模、實例特征、特征編輯等工具。UG自由式建模UG自由式記建模用于設計高級的自由形狀外形，支持復雜面和實體模型的創(chuàng)建。它包括直紋面、掃掠面、通過一組曲線的自由曲面、通過兩組正交曲線的自由曲面、曲線廣義掃掠、等半徑和變半徑倒圓、廣義二次曲線倒圓、兩組及多張曲面間的光順橋接、動態(tài)拉動調整曲面、等距或不等距偏置、曲面裁剪、編輯、點云生成、曲面編輯。UG工程制圖UG工程制圖模塊可由三維實體模型生成完全雙向相關的二維工程圖，確保在模型改變時工程圖被更新，減少設計所需要的時間。工程制圖模塊提供了自動視圖布置、正交視圖投影、剖視圖、輔助視圖、局部放大、局部剖切視圖、自動和手動尺寸標注、形位公差、粗糙度符號標注、支持GB標準漢字輸入、視圖手工編輯、裝配圖剖視、爆炸圖、明細表自動生成工具。UG裝配建模UG裝配建模具有并行的自頂而下和自底而上的產品開發(fā)方法，裝配模型中的零件數據是對零件本身的鏈接映像，保證裝配模型和零件設計完全雙向相關，并改進了軟件操作性能，減少了對存儲空間的需求，零件設計修改后裝配模型中的零件會自動更新，同時可在裝配環(huán)境下直接修改零件設計。MoldWizard模塊MoldWizard是UGS公司提供得到運行在UG軟件基礎上的一個智能化、參數化的注塑模具設計模塊。MoldWizard為產品的分型、型腔、型芯、滑塊、推桿、鑲塊、復雜型芯或型腔輪廓創(chuàng)建電火花加工的電極及模具的模架、澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)等提供了方便快捷的設計途徑，最終可以生成與產品相關的、可用于數控加工的三維模具模型。CAM模塊UG/CAM模塊是UGNX的計算機輔助制造模塊，它可以為加工中心、數控銑、數控車、電火花基機床、線切割機床編程。UG/CAM提供了全面的、易于使用的功能，以解決數控刀軌生成、加工仿真和加工驗證等問題。UG/CAM基礎UG/CAM基礎模塊是所有UG/NX加工模塊的基礎，它為所有數控加工模塊提供了一個相同的面向用戶的圖形化窗口環(huán)境。用戶可以在圖形方式下觀察刀具軌跡運動的情況，并可進行圖形化修改，如刀具軌跡進行延伸、縮短或修改等。車削加工UG/Lathe提供批量生產車削零件所需的能力，模塊以在零件幾何體和刀軌間全相關為特征，可實現(xiàn)粗車、多刀路精車、車溝槽、螺旋切削和中心鉆等功能，輸出的是可以直接進行后處理產生機床可讀的輸出源文件。銑加工UG/CAM銑加工模塊可實現(xiàn)各種類型的銑削加工，包括平面銑、型腔銑、固定軸曲面輪廓銑、可變軸曲面輪廓銑、順序銑、點位加工和螺紋銑等?？傊?，UG軟件是一個集成化的CAD/CAE/CAM系統(tǒng)軟件，它為工程設計人員提供了非常強大的應用工具，這些工具可以對產品進行設計、工程分析（有限元分析和運動結構分析）、繪制工程圖、編輯數控加工程序等，是一款不可多得的強大應用軟件。液壓油缸液壓缸的作用液壓缸是液壓系統(tǒng)中最重要的執(zhí)行元件，它將液壓能轉變?yōu)闄C械能，實現(xiàn)直線往復運動。液壓缸結構簡單，配置靈活，設計、制造比較容易，使用維修方便，所以比液壓馬達、擺動液壓馬達等執(zhí)行元件應用更加廣泛。液壓缸的分類按構造形式對液壓缸分類，可分為單作用液壓缸和雙作用液壓缸。單作用液壓缸這種形式的液壓缸，壓力油僅向活塞的一側供給，可分為柱塞式和活塞式兩種。無論哪種，都只能利用液壓力實現(xiàn)單向動作，其返回行程是利用活塞桿的自重、負荷和彈簧力等的作用完成的，因此具有能夠節(jié)約動力的優(yōu)點。作為實用實例，有液壓升降機、自卸卡車和叉車等。雙作用液壓缸這種形式的液壓缸，液壓力可實現(xiàn)液壓缸的雙向往復運動。這種形式的液壓缸用的很多。這種液壓缸有雙活塞桿式和單活塞桿式兩種。雙活塞桿式的壓力油能交替地向活塞的兩側供給，利用雙作用活塞桿液壓缸缸兩側的活塞桿直徑相同時，由于活塞的有效面積相等，因此常用于需要實現(xiàn)前進和后退的速度相同的場合。雙作用單活塞桿式液壓缸的工作原理圖3-1雙作用單活塞桿式液壓缸雙作用單活塞桿式液壓缸如圖3-1所示。該液壓缸只有一端有活塞桿伸出，它的兩端作用面積不等。工作時可以是缸筒固定，活塞桿驅動載荷；還可以是活塞桿固定，缸筒去驅動載荷。本文所研究的是在缸筒固定的情況下，此時當A口進油液，B口回油液時，活塞桿伸出；當B口進油液，A口回油液時，活塞桿縮回。從而完成正、反兩個方向的運動，故稱之為雙作用液壓缸。液壓缸的應用和國內生產情況液壓缸是液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行器，隨著液壓缸在液壓傳動中的廣泛應用，其功用在不斷的被開發(fā)和利用。液壓缸的規(guī)格、品種正日趨齊全，結構也在不斷改進。液壓缸在工程機械、礦山機械上的用量很大，其次是金屬切削機床、鍛壓機床。此外，在船舶、飛機、農業(yè)機械、冶金設備及其他自動化設備裝置中也大量應用。專業(yè)化生產是當前液壓缸生產的特點之一。專業(yè)化生產不僅能提高生產效率、還能提高質量、縮短生產周期、降低成本，更重要的是保證性能指標的穩(wěn)定。高壓化是液壓缸發(fā)展的主要趨勢之一。目前液壓缸的最大工作壓力已超過140Mpa。高壓化是減小液壓缸徑向尺寸的有效方法。今年來，國內外發(fā)表的不少論文中，研究了液壓缸的穩(wěn)定性、強度和局部應力等問題，研究了液壓缸的運動特性和緩沖理論，以及液壓缸的壽命等問題，用有限元法計算液壓缸的強度、重量及成本為目標函數的優(yōu)化設計也日益增多。但是，與機械傳動零件相比較，液壓缸的結構和強度設計理論還處于較低級的階段。因而，今后有必要進行大量的實驗研究工作，進一步充實并完善液壓缸的設計理論。零件的建模過程液壓油缸的建模過程建立新文件選擇【文件】→【新建】，彈出“新建”對話框，如圖4-1建模對話框缸體的建模過程將工作圖層設置為第21層，在絕對坐標系下開始建模點擊圖標設置尺寸，生成圓柱圓柱圓柱打孔打孔點擊進入草繪界面，創(chuàng)建曲線把手的草圖掃掠掃掠求和缸體的求和打孔打孔實體模型 缸體活塞的創(chuàng)建過程創(chuàng)建草圖活塞的草圖回轉草圖的回轉打孔活塞活塞桿的創(chuàng)建創(chuàng)建圓柱圓柱修建體修剪體打孔打孔創(chuàng)建圓柱圓柱開矩形槽矩形槽點擊求和求和求和處理實體模型活塞桿缸蓋的建模圓柱圓柱圓柱圓柱鏡像特征對圓柱鏡像打孔打油孔打孔打孔倒圓角倒角實體模型缸蓋零件裝配與運動仿真零件裝配建立新文件裝配對話框裝配液壓挺柱添加組件活塞桿活塞桿活塞的裝配點擊出現(xiàn)圖對話框，在文件中選擇要添加的組件，點擊添加組件接觸對齊自動判斷中心軸活塞的裝配缸體的裝配過程套筒的裝配，步驟同上自動判斷中心軸距離缸體的裝配缸蓋的裝配自動判斷中心軸兩面接觸兩油孔中心平行油孔中心平行液壓油缸液壓挺柱的運動仿真進入仿真模塊新建連桿在運動導航器中右擊asm3，點擊新建仿真，在環(huán)境窗口選擇“動態(tài)”點擊確定創(chuàng)建連桿創(chuàng)造連桿一連桿二固定點擊，新建運動副點擊點擊然后點擊簡易車廂舉升模型運動學分析簡易車廂整體舉升機構實體造型時間——位移圖像油缸的豎直方向運動圖像油缸的時間——位移圖像油缸Time—Displacemen車廂的時間——位移圖像車廂Time—Displacemen結論通過這次畢業(yè)設計讓自己使我提高了自己動手實踐的能力，提高了自己分析問題、解決問題的能力，豐富了自己的知識儲備；同時也認識到了自己很多的不足，使自己在以后的學習和研究更有針對性，為今后打下了良好的基礎。本次設計應用三維建模軟件UG對液壓油缸進行建模和運動學仿真，更加形象的理解油缸工作的原理，同時認識到UG在同系列的建模軟件中更加強大的功能和智能化操作系統(tǒng)。用UG實現(xiàn)復雜復雜機構的三維建模和運動仿真技術不僅可應用于計算機輔助設計，同時還可用于輔助教學，作為學習和實驗的應用軟件。本文的重點在于探索如何更為直觀有效的模擬液壓挺柱工作時的實際情況，探索其工作時對車廂的作用，下一步的工作的重點就是改善油缸工作時的性能，從而使車廂在升降時更加穩(wěn)定、快捷、方便。本文通過對液壓油缸進行三維建模和運動學仿真，從而為油缸的優(yōu)化設計開辟了一條新的途徑，對提高的整車的設計水平有著重要的意義。致謝時光荏苒，歲月如梭，不知不覺間大學四年的時光走到了終點，畢業(yè)后也許很多