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1、 液壓油缸的設(shè)計 （一） 液壓油缸的機(jī)構(gòu)和組成 1）液壓油缸的結(jié)構(gòu)圖 圖1 液壓油缸設(shè)計方案示意圖 液壓油缸結(jié)構(gòu)圖1所示，工作時通過上移6手柄使7小活塞向上運(yùn)動從而形成局部真空，油液從郵箱通過單向閥9被吸入小油缸，然后下壓6手柄使7小活塞下壓，把小油缸內(nèi)的液壓油通過10單向閥壓入3大油缸內(nèi)，從而推動2大活塞上移，反復(fù)動作頂起重物。通過1調(diào)節(jié)螺桿可以調(diào)整液壓油缸的起始高度，使用完畢后扭轉(zhuǎn)4回油閥桿，連通3大油缸和郵箱，油液直接流回郵箱，2大活塞下落，大活塞下落速度取決于回油閥桿的扭轉(zhuǎn)程度。 2）液壓油缸的組成 液壓系統(tǒng)主要由：動力元件（油泵）、執(zhí)行元件（油缸或液壓馬達(dá)）、控

2、制元件（各種閥）、輔助元件和工作介質(zhì)等五部分組成。 1. 動力元件（油泵） 它的作用是把液體利用原動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓力能，是液壓傳動中的動力部分。 2. 執(zhí)行元件（油缸、液壓馬達(dá)） 它是將液體的液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。其中，油缸做直線運(yùn)動，馬達(dá)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。 3. 控制元件 包括壓力閥、流量閥和方向閥等，它們的作用是根據(jù)需要無級調(diào)節(jié)液壓動機(jī)的速度，并對液壓系統(tǒng)中工作液體的壓力、流量和流向進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。 4. 輔助元件 除上述三部分以外的其它元件，包括壓力表、濾油器、蓄能裝置、冷卻器、管件及郵箱等，它們同樣十分重要。 5. 工作介質(zhì) 工作介質(zhì)是指各

3、類液壓傳動中的液壓油或乳化液，它經(jīng)過油泵和液動機(jī)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。 3）液壓傳動的優(yōu)缺點(diǎn) 1、 液壓傳動的優(yōu)點(diǎn) （1） 體積小、重量輕，例如同等功率液壓馬達(dá)的重量只有電動機(jī)的10%～20%，因此慣性力較小。 （2） 能在給定范圍內(nèi)平穩(wěn)的自動調(diào)節(jié)牽引速度，并可實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，且速度范圍最大可達(dá)1:2000（一般為1:100）. （3） 轉(zhuǎn)向容易，在不改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的情況下，可以較方便地實(shí)現(xiàn)工作機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)和直線往復(fù)運(yùn)動的轉(zhuǎn)換。 （4） 液壓泵和液壓馬達(dá)之間用油管連接，在空間布置上彼此不受嚴(yán)格限制。 （5） 由于采用油液為工作介質(zhì)，元件相對運(yùn)動表面間能自行潤滑，磨損小，使用壽命長。 （6）

4、 操縱控制簡便，自動化程度高。 （7） 容易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。 （8） 液壓元件實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化，便于設(shè)計、制造和使用。 2、 液壓傳動的缺點(diǎn) (1) 使用液壓傳動對維護(hù)的要求高，工作油要始終保持清潔。 (2) 對液壓元件制造精度要求高，工藝復(fù)雜，成本較高。 (3) 液壓元件維修較復(fù)雜，且需有較高的技術(shù)水平。 (4) 液壓傳動對油溫變化較敏感，這會影響它的工作穩(wěn)定性，因此液壓傳動不宜在很高或很低的溫度下工作，一般工作溫度在-15℃～60℃范圍內(nèi)較合適。 (5) 液壓傳動在能量轉(zhuǎn)化的過程中，特別是在節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，其壓力大，流量損失大，因此系統(tǒng)效率較低。 （二） 液

5、壓油缸的原理 1）液壓油缸原理圖 圖1-1 液壓油缸的工作原理如圖1-1所示，大缸體3和大活塞4組成舉升缸；杠桿手柄6、小缸體8、活塞7、單向閥5和9組成手動液壓泵。活塞和缸體之間保持良好的配合關(guān)系，又能實(shí)現(xiàn)可靠的密封。當(dāng)抬起手柄6，使小活塞7向上移動，活塞下腔密封容積增大形成局部真空時，單向閥9打開，油箱中的油在大氣壓力的作用下通過吸油管進(jìn)入活塞下腔，完成一次吸油動作。當(dāng)用力壓下手柄時，活塞7下移，其下腔密封容積減小，油壓升高，單向閥9關(guān)閉，單向閥5打開，油液進(jìn)入舉升缸下腔，驅(qū)動活塞4使重物G上升一段距離，完成一次壓油動作。反復(fù)地抬、壓手柄，就能使油液不斷地被壓入舉升缸，使重物不斷

6、升高，達(dá)到起重的目的。如將放油閥2旋轉(zhuǎn)90°（在實(shí)物上放油閥旋轉(zhuǎn)角度是可以改變的），活塞4可以在自重和外力的作用下實(shí)現(xiàn)回程。這就是液壓油缸的工作過程。 2）液壓油缸的特點(diǎn) 液壓油缸是一種將密封在油缸中的液體作為介質(zhì)，把液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能從而將重物向上頂起的千斤頂。它結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、舉升力大，易于維修，但同時制造精度要求較高,若出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象將引起舉升汽車的下降,保險系數(shù)降低,使用其舉升時易受部位和地方的限制.傳統(tǒng)液壓千斤頂由于手柄、活塞、油缸、密封圈、調(diào)節(jié)螺桿、底座和液壓油組成。它利用了密閉容器中靜止液體的壓力以同樣大小各個方向傳遞的特性。優(yōu)點(diǎn)：輸出推力大。缺點(diǎn)：效率低。 （三）

7、液壓油缸結(jié)構(gòu)設(shè)計 1）內(nèi)管設(shè)計 已知油缸的額定載荷為19600N，初定額定壓力為15Mpa。油缸的最低使用高度為192mm,最高使用高度為277mm. 根據(jù)以上要求可以得到如下計算結(jié)果： F=P×A 得到A=19600/9.8/150=13.3cm2 所以內(nèi)管的直徑D=42mm，長為115mm,有效長度為85mm 這里 F=外部作用力（kgf） A=內(nèi)管的作用面積(cm2 ) P=被傳遞的壓力（kgf/cm2） 內(nèi)管的壁厚δ為 δ=δ0+C1+C2 根據(jù)公式δ0>PmaxD/2δp(m) δ

8、p=δb/N 查機(jī)械設(shè)計手冊可知δb=550（無縫鋼管，牌號20） N為安全系數(shù)一般取5 δ0>15×0.042/(2×550/5)=0.002m=2mm δ=δ0+C1+C2=3mm 上式中C1為缸筒外徑公差余量 C2為腐蝕余量 缸筒壁厚的驗(yàn)算 根據(jù)公式Pn<=0.35δs(D12-D2)/D12MPa 0.35×550×0.00054/0.002304=50MPa Pn=15MPa 所以缸筒的臂厚完足滿足設(shè)計需要的要求. 2）外管設(shè)計 油缸外管主要的作為是用來儲存多余的液壓油，在無電動源作用的情況下，外管起了一個油箱的作用。 由上可知道內(nèi)管的內(nèi)徑為42m

9、m 可得V內(nèi)=AH=3.14×2.12×8.5=117.7cm2 外管的外徑D=66mm 可得V外=AH=3.14×3.32×10=341.94 cm2 △V=V外-V內(nèi)=341.94-117.7=224.24 cm2 所以△V>V內(nèi)，完全滿足要求. 3）活塞桿設(shè)計 活塞桿是液壓缸傳遞力的重要零件，它承受拉力，壓力，彎力，曲力和振動沖擊等多種作用力，所以必須有足夠的強(qiáng)度和剛度，由于液壓缸無速比要求，可以根據(jù)液壓缸的推力和拉力確定。 參照機(jī)械設(shè)計手冊表17-6-16 可根椐內(nèi)管的內(nèi)徑D=42mm，初步確定活塞桿的外徑為d=30mm 活塞桿強(qiáng)度的計算 活塞桿在穩(wěn)定的工況

10、下，只受縱向推力，可按下式進(jìn)行計算 δ=F×10-6/(nd2/4)<= δP MPa 可得δ=19600×10-6/(0.03×3.14/4)=27.7 查表可知δP的許用應(yīng)力為100-110MPa（無縫鋼管） 所以δ<δP 所以活塞桿的設(shè)計要求強(qiáng)度完全滿足。 活塞桿彎曲穩(wěn)定性驗(yàn)算 可以用實(shí)用驗(yàn)算法 活塞桿彎曲計算長度為Lf=KSm 具體可以根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊表17-6-16中選取 4）導(dǎo)向套的設(shè)計 活塞桿導(dǎo)向套裝在內(nèi)管的有桿側(cè)端蓋內(nèi)，用以對活塞桿進(jìn)行導(dǎo)行，內(nèi)裝有密封裝置以保證缸筒有桿腔的密封，導(dǎo)向套采用非耐磨材料時，內(nèi)圈可設(shè)導(dǎo)向環(huán)，用以作活塞桿的導(dǎo)向。 根據(jù)油

11、缸的受力方式，可以作以下分析 如上圖所示，垂直安放的千斤頂，無負(fù)載導(dǎo)向裝置，受偏心軸向載荷9800N,L=0.1m 時 M0=F1L Nm Fd=K1 M0/LG N 可得M0=9800×0.1=9800Nm Fd=K1 M0/LG（N） 可得Fd=1.5×9800/0.057=2.5×105N 在上式中 Fd-----------------導(dǎo)向套承受的載荷，N M0---------------- 外力作用于活塞上的力矩，N.m F1-----------------作用于活塞上的偏心載荷，N L------------------載荷作用的偏心矩，m

12、 LG-----------------活塞至導(dǎo)向套間距，m。 D、d---------------分別為活塞及活塞桿外徑，m 5）液壓油缸活塞部位的密封 在大活塞與大油缸配合部位采用的尼龍碗形密封件與O形密封圈組合而成的組合密封裝置，由于橡膠具有良好的彈性，受力時迫使尼龍碗的唇邊與缸壁貼合，起良好的密封作用。 缺點(diǎn)如圖： 密封圈處在小孔口，缸中的超高壓工作油在限位孔處存在極大的壓力差，會使密封圈在此處遭受極大的撕拉作用。從而產(chǎn)生損傷，形成軸向溝痕。此溝痕隨著起重物的加重，限位孔直徑的增大以及超越限位孔次數(shù)的增多而變大加深，最終會破壞了密封圈的密封性能。致使活塞不能推動重物

13、上升。為此。要求密封圈材質(zhì)的強(qiáng)度要高。由于面柱與面柱面的配合始終存在一定的誤差，為了避免因?yàn)橛鸵簡为?dú)進(jìn)入一邊空隙造成壓力不平衡而引起活塞卡死現(xiàn)象，可以在活塞與大油缸配合的活塞頭上適當(dāng)開辟油溝，平衡各邊的壓力。 結(jié)論 畢業(yè)設(shè)計是大學(xué)學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的學(xué)習(xí)機(jī)會，通過這次對液壓千斤頂理知識和實(shí)際設(shè)計的相結(jié)合，鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識，解決實(shí)際工程問題的能力，同時也提高了我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計手冊、設(shè)計規(guī)范能力以及其他專業(yè)知識水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗(yàn)得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力以及耐力也都得到了不

14、同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計的目的所在，提高是有限的但卻是全面的，正是這一次畢業(yè)設(shè)計讓我積累了許多實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，使我的頭腦更好的被知識武裝起來，也必然讓我在未來的工作學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出更高的應(yīng)變能力，更強(qiáng)的溝通力和理解力。 順利如期的完成本此畢業(yè)設(shè)計給了我很大的信心，讓我了解專業(yè)知識的同時也對本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心，但同時也發(fā)現(xiàn)了自己的許多不足與欠缺，留下了些許遺憾，不過不足與遺憾不會給我打擊只會更好的鞭策我前行，今后我更會關(guān)注新科技新設(shè)備新工藝的出現(xiàn)，并爭取盡快的掌握這些先進(jìn)知識。 致謝 大學(xué)X年即將結(jié)束，在這短短的X年里，讓我結(jié)識了許許多多熱心的朋友、工作嚴(yán)謹(jǐn)

15、教學(xué)相幫的教師。畢業(yè)設(shè)計的順利完成也脫離不了他們的熱心幫助及指導(dǎo)老師的精心指導(dǎo)，在此向所有給予我此次畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)和幫助的老師和同學(xué)表示最誠摯的感謝。 首先，向本設(shè)計的指導(dǎo)老師——老師表示最誠摯的謝意。在自己緊張的工作中，仍然盡量抽出時間對我們進(jìn)行指導(dǎo)，時刻關(guān)心我們的進(jìn)展?fàn)顩r，督促我們抓緊學(xué)習(xí)。老師給予的幫助貫穿于設(shè)計的全過程，從借閱參考資料到現(xiàn)場的實(shí)際操作，他都給予了指導(dǎo)，不僅使我學(xué)會書本中的知識，更學(xué)會了學(xué)習(xí)操作方法。也懂得了如何把握設(shè)計重點(diǎn)，如何合理安排時間和論文的編寫，同時在畢業(yè)設(shè)計過程中，他和我們在一起共同解決了設(shè)計中出現(xiàn)的各種問題。 其次，要向給予此次畢業(yè)設(shè)計幫助的老師們，以及同

16、學(xué)們以誠摯的謝意，在整個設(shè)計過程中，他們也給我很多幫助和無私的關(guān)懷，更重要的是為我們提供不少技術(shù)方面的資料，在此感謝他們，沒有這些資料就不是一個完整的論文。 總之，本次的設(shè)計是老師和同學(xué)共同完成的結(jié)果，在設(shè)計的一個月里，我們合作的非常愉快，教會了大我許多道理，是我人生的一筆財富，我再次向給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)表示感謝！ 參考文獻(xiàn) 白柳 于軍 主編 《液壓與氣壓傳動》 機(jī)械工業(yè)出版社，2009 辛?xí)\ 主編 《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》 國防科技大學(xué)出版社 ，2008 王宇平 主編 《公差配合與幾何精度檢測》 人民郵電出版社，2007 何存舉 主編 《液壓原件》 機(jī)械工業(yè)出版社，1982 任占海 主編 《液壓傳動》 冶金工業(yè)出版社，1998