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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date磨床工作台液压缸的结构设计保定职业技术学院目 录第一章 绪论- 1 -第二章 液压传动系统特点- 1 -2.1液压传动的工作原理、系统组成及图形符号- 1 -2.2液压系统的特点- 2 -第三章 液压缸的设计- 2 -3.1液压缸的概述- 3 -3.2液压缸的类型及特点- 3 -3.3液压缸结构设计- 3 -第四章 液压缸的设计计算- 5 -4.1液压缸的设计计算-
2、5 -4.2液压缸工作压力的确定- 8 -4.3液压缸的钢筒壁厚的确定- 10 -4.4液压缸其它部位的确定- 10 -后记- 12 -参考文献- 13 -磨床工作台液压缸的结构设计第一章 绪论液压气动技术是机械设备中发展速度最快的技术之一。特别是近年来与微电子、计算机技术相结合，使液压气动技术进入了一个新的发展阶段。目前，已广泛应用在工业各个领域。由于近年来微电子、计算机技术的发展，液压、气动元器件制造技术的进一步提高，是液压气动技术不仅在作为一种基本的传动形式上有重要地位，而且以优良的静态、性能成为一种重要的控制手段。所要设计的液压缸是单活塞杆双作用夜压缸，用于磨床上。液压缸是液压系统中常
3、用的一种执行元件，是把液体的压力能转变为机械能的装置，主要实现机构的直线往复运动，也可以实现摆动。单活塞杆的双作用液压缸的活塞上仅一端带有活塞杆，双塞双向运动可以获得不同的速度和输出力。对其的开发和设计从而提高了液压系统的工作效率。液压系统中，液压缸是把液体的压力能转变机械能的装置，是液压系统中重要的执行元件。为了提高液压系统的负载驱动能力，增加系统的稳定性，同时加强机械运动的控制，所以液压缸的设计计算是非常重要的。对发展新技术、新材料提高机械化、自动化水平有着重要的作用。第二章 液压传动系统特点 液压系统图是认识液压系统得基本依据。本章通过对典型液压系统的分析，说明液压系统的构成，并借以熟悉
4、液压元件的符号、特点和应用，初步掌握阅读液压系统图的方法。 分析一个比较复杂的液压系统时，应分清主油路和控制油路并弄清楚系统中各液压元件的类型和作用，然后按原始位置（一般是图示位置）和各工作位置，逐一分析各执行元件的油路及其循环状态。2.1液压传动的工作原理、系统组成及图形符号2.1.1液压传动的工作原理液压传动是以液体作为工作介质来传递能量的，液压传动是液体传动的一种，它利用液体的压力能来传递能量。液压传递过程是将机械能进行转换和传递的过程。2.1.2液压系统的组成液压传动系统除工作介质外，应由以下四个主要部分组成：一 动力元件 它是将原动机输入的机械能转换为液体压力能的装置，其作用是为液压
5、系统提供压力油，是系统的动力源。如各类液压泵。二 执行元件 它是将液体压力能转换为机械能的装置，其作用是在压力油的推动下输出力和速度(或转矩和转速)，以驱动工作部件。如各类液压缸和液压马达。三 控制调节元件 它是用以控制液压传动系统中油液的压力、流量和流动方向的装置。如溢流阀、节流阀和换向阀等。四 辅助元件 上述几部分以外的其它装置，分别起储油、输油、过滤和测压力等作用。如油箱、油管、过滤器和压力计等。2.1.3液压系统的图形符号2.2液压系统的特点2.2.1液压传动的优点:一 液压传动可在运行过程中进行无级调速，调速方便且调速范围大；二 在相同功率的情况下，液压传动装置的体积小、重量轻、结构
6、紧凑；三 液压传动工作比较平稳、反应快、换向冲击小，能快速启动、制动和频繁换向；四 液压传动的控制调节简单，操作方便、省力，易实现自动化。当其与电气控制结合，更易实现各种复杂的自动工作循环；五 液压传动易实现过载保护，液压元件能够自行润滑，故使用寿命较长；六 液压元件已实现了系列化、标准化和通用化，故制造、使用和维修都比较方便。2.2.2液压传动的缺点:一 液体的泄漏和可压缩性使液压传动难以保证严格的传动比；二 液压传动在工作过程中能量损失较大，不宜作远距离传动；三 液压传动对油温变化比较敏感，不宜在很高和很低的温度下工作；四 液压传动出现故障时，不易查找出原因。总的说来，液压传动的优点十分突
7、出，其缺点将随着科学技术的发展逐渐得到克服。第三章 液压缸的设计3.1液压缸的概述液压缸是液压能转变为机械能的、做直线往复运动的（或摆动运动）的液压执行元件。它结构简单、工作可靠。用它来实现往复运动时，可免去减速装置，并且没有传动间隙，运动平衡，因此在各种机械的液压系统中得到广泛应用。液压缸输出力和活塞有效面积及其两边的压差成正比；液压缸基本上由缸筒和缸盖、活塞各活塞杆、密封装置、缓冲装置与排气装置组成。缓冲装置与排气装置视具体应用场合而定，其他装置则必不可少。3.2液压缸的类型及特点液压缸可分为单作用液压缸和双作用液压缸。前者只有一个外接油口，液压作用力单向驱动，发向动作需在其它外力（重力或
8、弹簧力）的作用下完成；后者有两个外接油口，液压作用力能够双向驱动，液压缸的活塞只以缸体的一端伸出时，称为单活塞杆液压缸；活塞杆从缸体两端伸出时，称为双活塞杆液压缸。此外，当活塞的长径比l/d大于3时称为柱塞，长径比小于3时成为活塞。柱塞式液压缸大都是单作用。液压缸的种类有如下几种：（见3.11表）表3.11液压缸的分类3.3液压缸结构设计3.3.1液压缸的典型结构和组成液压缸的典型结构举例.如图所示的是一个较常用的双作用单活塞杆液压缸。它是由缸底20、缸筒10、缸盖兼导向套9、活塞11和活塞杆18组成。缸筒一端与缸底焊接，另一端缸盖(导向套)与缸筒用卡键6、套5和弹簧挡圈4固定，以便拆装检修，
9、两端设有油口A和B。活塞11与活塞杆18利用卡键15、卡键帽16和弹簧挡圈17连在一起。活塞与缸孔的密封采用的是一对Y形聚氨酯密封圈12，由于活塞与缸孔有一定间隙，采用由尼龙1010制成的耐磨环(又叫支承环)13定心导向。杆18和活塞11的内孔由密封圈14密封。较长的导向套9则可保证活塞杆不偏离中心，导向套外径由O形圈7密封，而其内孔则由Y形密封圈8和防尘圈3分别防止油外漏和灰尘带入缸内。缸与杆端销孔与外界连接，销孔内有尼龙衬套抗磨。双作用单活塞杆液压缸1耳环2螺母3防尘圈4、17弹簧挡圈5套6、15卡键7、14O形密封圈8、12Y形密封圈9缸盖兼导向套10缸筒11活塞13耐磨环16卡键帽18
10、活塞杆19衬套20缸底从上面所述的液压缸典型结构中可以看到，液压缸的结构基本上可以分为缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置和排气装置五个部分，分述如下。一 缸筒和缸盖。一般来说，缸筒和缸盖的结构形式和其使用的材料有关。工作压力p10MPa时，使用铸铁。连接方式选为法兰连接式，结构简单，容易加工，也容易装拆，但外形尺寸和重量都较大，常用于铸铁制的缸筒上。1缸盖2缸筒二 活塞与活塞杆。选用连接方式为活塞与活塞杆之间采用螺母连接，它适用负载较小，受力无冲击的液压缸中。螺纹连接虽然结构简单，安装方便可靠，但在活塞杆上车螺纹将削弱其强度。 1活塞 2螺母 3活塞杆三 密封装置。选用方式为密封圈(
11、O形圈、V形圈等)密封，它利用橡胶或塑料的弹性使各种截面的环形圈贴紧在静、动配合面之间来防止泄漏。它结构简单，制造方便，磨损后有自动补偿能力，性能可靠，在缸筒和活塞之间、缸盖和活塞杆之间、活塞和活塞杆之间、缸筒和缸盖之间都能使用。四 缓冲装置。液压缸一般都设置缓冲装置，特别是对大型、高速或要求高的液压缸，为了防止活塞在行程终点时和缸盖相互撞击，引起噪声、冲击，则必须设置缓冲装置。缓冲装置的工作原理是利用活塞或缸筒在其走向行程终端时封住活塞和缸盖之间的部分油液，强迫它从小孔或细缝中挤出，以产生很大的阻力，使工作部件受到制动，逐渐减慢运动速度，达到避免活塞和缸盖相互撞击的目的。选择缓冲装置如下图所
12、示，在缓冲柱塞上开有三角槽，随着柱塞逐渐进入配合孔中，其节流面积越来越小，解决了在行程最后阶段缓冲作用过弱的问题。五 放气装置。液压缸在安装过程中或长时间停放重新工作时，液压缸里和管道系统中会渗入空气，为了防止执行元件出现爬行，噪声和发热等不正常现象，需把缸中和系统中的空气排出。一般可在液压缸的最高处设置进出油口把气带走，也可在最高处设置如图所示的放气孔或专门的放气阀。 1缸盖2放气小孔3缸体4活塞杆第四章 液压缸的设计计算4.1液压缸的设计计算 液压缸的设计是在对所设计的液压系统进行工况分析、负载计算和确定了工作压力的基础上进行的。首先根据使用要求确定液压缸的类型，在按负载和运动要求确定液压
13、缸的主要结构尺寸，必要时需要进行强度验算，最后进行结构设计。液压缸的主要尺寸包括液压缸的内径D、缸的长度L、活塞杆直径d.主要根据液压缸的负载、活塞运动速度和行程等因素来确定上述参数。4.1.1单活塞杆液压缸两腔面积比（速度比）单活塞杆液压缸两腔面积比（速度比）可以由下列公式计算 =式中 -活塞无杆有效面积 -活塞有杆有效面积 -活塞杆伸出速度 -活塞杆退回速度 -活塞直径（缸筒内径） -活塞杆直径单活塞杆液压缸两腔面积比值应符合国家标准规定的面积比值系列见下表。4.1.2活塞线速度V活塞瞬间线速度V V=q/A式中 q液压缸瞬间体积流量（m3/s） A活塞的有效作用面积（活塞无杆侧为;有杆侧
14、为）当q=常数时，V=常数。但实际工况中，活塞在行程两端各有一个加速阶段或一个减速阶段，见下图。 活塞变速随时间的变化曲线当供油流量q保持不变时，活塞在行程的中间大部分保持恒速。4.1.3活塞最高线速度Vmax1在活塞杆外推时，活塞的最高线速度Vmax1为 Vmax1= （m/s）在活塞杆内拉时，活塞的最高线速度Vmax2为 Vmax2= （m/s）式中：、分别为杆外推、内拉时体积流量。活塞的最高线速度，受到活塞和活塞杆的密封件和行程末端缓冲装置承受的动能所限制。 4.1.4活塞平均线速度 =S/T （m/s） 式中 S活塞行程（m） T活塞在单一方向的全行程运动时间（s） 4.1.5活塞线速
15、度系数活塞线速度系数为活塞的最高线速度与活塞的平均线速度的比值： = Vmax1/4.1.6活塞的加（减）速度a A= 式中 m活塞及负载质量 -活塞及负载的惯性力4.1.7活塞的加（减）速度时间则活塞的加（减）速度时间分别为 = Vmax/a = Vmax/a4.1.8活塞活塞的加（减）速行程活塞的加（减）速行程分别为= =对装有缓冲装置的液压缸其活塞加（减）速行程则与缓冲装置的节流行程有关。4.1.9活塞的作用力F（活塞的总负载力） 单活塞杆液压缸的活塞仅一端带有活塞，活塞双向运动可以获得不同的速度和输出力简图及油路连接方式如下图所示。 a b c 无杆进油时，如a图所示： V1=q/A1
16、=4q/D2 F1=p1A1-p2A2= D2p1-(D2-d2)p2 /4 有缸腔进油时，如b图所示： V2=q/A2=4q/(D2-d2) F2=p1A2-p2A1= (D2-d2)p1-D2p2 /4 液压缸差动连接时，如c图所示： V3=4q/d2 F3=p1(A1-A2)=d2p1/44.2液压缸工作压力的确定液压缸要承受的负载包括有效工作负载、摩擦阻力和惯性力等液压缸的工作压力按负载确定。对于不同用途的液压设备，由于工作条件不同，采用的压力范围也不同。设计时，液压缸的工作压力可按负载大小由表3.3.1确定，也可按液压设备类型参考表3.3.2来确定。3.3.1液压缸总负载F与工作压力
17、之间的关系 表3.3.2各类液压设备常用的工作压力选取总负载F=4500N,p查表3.3.1得，p=0.9 。3.3.2液压缸内径和活塞杆直径的确定液压缸的内径D根据液压缸的总负载力F和工作压力p来计算。按公式：F=d2p/4 （1）把F,p参数代入公式（1），得：d=80 mm活塞杆直径d按下式进行强度校核： d式中：F液压缸的总负载力；活塞杆材料的许用应力。b为材料的抗拉强度，n为安全系数，一般n1.4。 b的选取按查下3.3.3表。选择材料为HT150型。经检验，活塞杆的强度和稳定性均符合要求。表3.3.3 几种材料的力学性能 活塞杆的直径和刚体内径D有如下关系： 当活塞杆受拉时 d=(
18、0.30.5)D 当活塞杆受压时 d=(0.50.55)D (p5.0 Mpa)d=(0.60.7)D(5.0Mpa7.0Mpa)从上述关系式中，选取d=0.5D. 代入d的参数值得，即，D160 mm 。、应圆整为标准系列如下：6、10、12、16、20、25、32、40、50、63、80、（90）、100、（110）、125、（140）、160、（180）、200、220、250、320、400、420、630：4、5、6、8、10、12、14、16、18、20、22、25、28、32、36、40、45、50、55、63、70、80、90、100、110、125、140、160、180、2
19、00、220、250、280、300、360、4004.3液压缸的钢筒壁厚的确定 一般情况下，液压缸缸筒壁厚往往由结构工艺和材料上的要求确定，必要时校核其强度。根据如下，铸铁不筒壁厚铸件的力学性能和用途表选择相应的材料。 表：灰铸铁牌号、不同壁厚铸件的力学性能和用途根据力学性能和用途，缸体的材料选用型号HT250壁厚20mm的灰铸铁。我们对值进行校核。根据公式： -1 ,-试验压力，当缸的额定压力MPa时，取=1.5；16MPa时，取=1.25经检验，液压缸缸筒的强度和稳定性均符合要求。液压缸外径D1=D+2,得，D1=160+2*20=200 mm4.4液压缸其它部位的确定活塞的宽度B=(0
20、.61.0)D ,在此，选取的参数为0.8 即：B=0.8D ,得，B=0.8*160=128 mm导向套滑动面长度A=(0.61.0)d(D80 mm) ,在此，选取的参数为0.8 即： A=0.8d , 得，A=0.8*80=64 mm定义L1为液压缸最大行程，L1取得650 mm ；同时定义L2为活塞杆长，L2取得800 mm 。活塞杆长度L2根据液压缸最大行程L1而定。经检验，其强度和稳定性均符合要求。导向长度HL/20+D/2(L为液压缸最大行程) 把L、D的数值代入（2）式中，得H112.5 mm ，即，选择H=120 mm 如装由隔套K时,C=H-(A+B)/2 。得，C=24
21、mm 后记后记不是论文的结论，也不是对学术文章的概括，我更愿意把它作为三年以来总体生活的总结，以此给自己一个激励，一个鞭策。当校对完论文的最后一个字时，我的心有一种如释重负的感觉，尽管我并不感到它的圆满，但我且享受这份喜悦之情吧。写作过程中，一度出于紧张惶恐的状态之中，总感到自己的粗陋与肤浅，感到思维的不甚严密和和语言的贫乏无力。但当我遇到困难和挫折时，是师长的无私付出，才使我能安心学习，不懂就问，不会就学，从而顺利完成学业，在这里向他们表达我的无限的感激之情。参考文献1姜佩东，液压与气动技术.北京：高等教育出版社，2006.452雷天觉, 液压工程手册.北京：机械工业出版社,1990.1033丁德全, 金属工业学.北京：机械工业出版社,2006.1204张定华, 工程力学（少学时）.北京：高等教育出版社,2005.835王祥中, AutoCAD 制图 . 北京：清华大学出版社, 2004.56-