便攜式液壓助力斷線鉗設計,便攜式,液壓,助力,斷線,設計 杭州電子科技大學本科畢業(yè)設計 ANYANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 本 科 畢 業(yè) 論 文 中文題目（二號黑體） 英文題目（18pt Time New Roman，Bold） 系（院）名稱： （四號宋體） 專業(yè)班級： （四號宋體） 學生姓名： （四號宋體） 指導教師姓名： （四號宋體） 指導教師職稱： （四號宋體） 年 月 1.引言 1 2概述 2 2.1液壓傳動技術的發(fā)展及趨勢 2 2.1.1 可靠性和性能穩(wěn)定性日漸提高 2 2.1.2 增強對環(huán)境的適應性,拓寬應用領域 2 2.1.3 電液技術的加速融合 3 2.1.4 高度集成化 3 2.1.5 計算機技術的應用 3 2.2液壓傳動的工作原理 4 2.3液壓傳動系統(tǒng)的組成及優(yōu)缺點 4 2.3.1液壓傳動的主要優(yōu)點 6 2.3.2液壓傳動的缺點 6 2.4液壓鉗的工作原理 6 2.5本設計方案思路 7 3液壓鉗的理論計算 8 3.1液壓缸輸出力的計算 8 3.2液壓缸主要幾何尺寸計算 10 3.2.1 液壓缸內徑的計算 10 3.2.2 工作活塞桿直徑的計算 10 3.2.3 快進活塞桿直徑的計算 10 3.2.4 液壓缸缸體壁厚的計算 11 3.3手動泵柱塞直徑計算 11 3.4回程彈簧的計算 12 3.5液壓缸的聯(lián)接計算 14 3.6工作活塞和活塞桿的聯(lián)接計算 14 3.7安全閥的計算 15 3.8單向閥的計算 16 3.9刀頭端部聯(lián)接計算 16 3.10前缸蓋強度計算 17 4液壓鉗的結構設計 18 4.1缸體和缸蓋的結構設計 18 4.2活塞和活塞桿的結構設計 19 4.3回程裝置的結構設計 20 4.4動力裝置的結構設計 21 4.4.1 快進裝置的結構設計 21 4.4.2 增壓裝置的結構設計 21 4.5排油裝置的結構設計 22 5液壓鉗的使用和維護 22 5.1液壓鉗使用規(guī)則 23 5.2液壓鉗的維護 23 5.2.1 油液清潔度的控制 23 5.2.2 液壓系統(tǒng)泄露的控制 24 5.2.3 檢修液壓鉗時的注意事項 24 結論 26 致謝 27 參考文獻 28 1.引言 液壓傳動裝置是一種非常好的傳動方式，他的優(yōu)點是非常的多的，能夠更好的應用在在大功率的機器設備上。并且這種傳動裝置是非常的自動化的，能夠更好的應用在軍用以及建筑等方面。她的使用起來也越來越非常的簡單并且是非常的方便的，受到了廣大企業(yè)的非常的重視，并且我國的液壓傳動裝置的制作的工藝是非常的好的，已經有很多的液壓傳動轉動裝置的公司把自己公司生產出來的液壓元件已經出口到很多的國外的不發(fā)達的國家并且在國外占有很大的市場。 日常生活中我們能經?？吹揭环N小型的液壓工具——液壓鉗。在建筑物的新建或改建過程中，經常遇到混凝土構筑物需要全部或局部破碎，我們就能看到到液壓鉗的身影；在冶金、井道、礦山等工程領域，我們同樣會發(fā)現(xiàn)液壓鉗在施工現(xiàn)場；在一些營救現(xiàn)場，我們仍能看到液壓鉗的身影。為什么小小的液壓鉗能在這么多領域發(fā)揮如此重要的作用呢？ 對此，我們必須從它的工作特點來分析：1.輸出力大，這樣能使其很容易剪斷或壓碎工作對象；2.工作過程為靜態(tài)過程，因此整個工作過程中不會產生振動就不會有噪音，這樣不僅避免了造成環(huán)境的噪聲污染，而且又改善了工作人員的工作環(huán)境；3.效率高，相對于其他一般的機械工具，液壓鉗使得工作效率得到了大大的提高；4.成本低、操作簡單、壽命長，液壓鉗結構簡單，易于加工，且質量輕，便于攜帶?；谝陨咸攸c，液壓鉗的應用領域必將也越來越廣。 隨著時代的發(fā)展，液壓鉗等小型液壓工具的應用將越來越廣泛。本課題的內容為便攜式液壓助力斷線鉗設計，因此對其進行研究設計，具有一定的意義。 2概述 2.1液壓傳動技術的發(fā)展及趨勢 近年來，在現(xiàn)在的工業(yè)機械的制造的過程中，應用了很多的高新的技術，例如電子技術，或者是計算機技術，這些技術對于工業(yè)機械的發(fā)展是非常的重要的，他能夠是機械制造的精度更加的精確，并且它是全自動的，更好的減少了人工的成本也減少了安全事故的發(fā)生。這樣的話才能使我國的機械設備在國際市場上競爭力明顯增強，為了更好的使我國的機械制造業(yè)更好的去發(fā)展。對于液壓傳動裝置的問題進行分析，并且對他們有效的解決是非常的重要的。這樣才能使我國的技術得到創(chuàng)新才能夠在國際市場上打開市場。 2.1.1 可靠性和性能穩(wěn)定性日漸提高 可靠性和穩(wěn)定性對于液壓傳動裝置是非常的重要的，因為這種裝置的可靠并且穩(wěn)定才能夠使得機器運轉起來非常的安全，所以在系統(tǒng)設計的時候必須把安全和穩(wěn)定的觀念放在最先。我們都知道這些零件都是有很多的雜志必須把這些雜質進行處理，這樣才能夠使原件進行更好的工作進行運轉，并且對這些元件設計好報警的裝置，這樣才能更好的去預測什么地方出現(xiàn)問題，才能找到更好的解決的辦法減少了危險事故的發(fā)生。 2.1.2 增強對環(huán)境的適應性,拓寬應用領域 液壓傳動最大的缺陷就是他在工作的過程中它會產生大量的熱，并且發(fā)生很大的聲音，這是我嚴重的影響了使用著的性能。對于液壓傳動裝置，也要傳統(tǒng)將來最好的發(fā)展就是讓他在工作的時候我不常生大量的熱并且產生的噪音也是非常的大的，所以需要工作要進行進一步的改進。這樣才能更好的去適應我國節(jié)能減排這個主題的響應，這樣研發(fā)人員應該進行研發(fā)出更適合這種情況的機器他能夠更好的結怨能源，并且減少熱量的對外發(fā)放，這樣更可以減少液壓傳動裝置產生的大量的熱量，這樣才能夠使這種裝置使用的時間更加的長久。 2.1.3 電液技術的加速融合 我們知道在液壓技術快速發(fā)展的時代，微電子技術在其中扮演著重要的角色，他能夠更好的去節(jié)省這種技術的體積。并且發(fā)揮高智能的功能它也有監(jiān)視的功能，它能夠更好的分析出這個系統(tǒng)出現(xiàn)了什么問題，并且對這些問題進行監(jiān)控，能夠更好的分析出來他什么地方出現(xiàn)問題，也方便使用者更好地進行維修，他是非常智能的，它能夠控制自動化非常的簡單和方便方便。方便使用者進行使用和維修。 2.1.4 高度集成化 我們都知道發(fā)展，汽車的原件兒高度集成化是非常的重要的。由于這種原件集成化的發(fā)展，能夠更好地是原件具有多種功能，大大的減少，原件在汽車中的使用的空間，更好的能發(fā)揮原件在其中使用的作用。原件的高智能集成化能夠更好地使原件發(fā)生起到作用，這樣的話能夠使廠家大大的節(jié)省成本，并且這種技術是非常的高智能的，能夠得到很多的用戶的認可。是自己的市場在國際上具有競爭力。 2.1.5 計算機技術的應用 現(xiàn)代設計包含著多方面知識的獲取、綜合運用和合理取舍過程，需要進行反復計算，對方案定量擇優(yōu)比較。所有這些依靠計算機輔助設計顯然更容易實現(xiàn)。液壓CAD技術的發(fā)展，使人工設計變?yōu)樽詣踊桶胱詣踊姆绞?。高技術高知識含量的軟件商品化，可以使設計質量對使用者素質的依賴關系降至最小，從而迅速提高設計者水平，加快設計速度，促進液壓產品的更新?lián)Q代。目前，國外在柱塞泵和配流盤，以及齒輪泵體三維有限元分析、設計等方面已取得良好效果。CAD 的應用將為液壓產品的設計帶來全新的變化，下一步較長遠的目標是利用CAD技術開發(fā)液壓產品從概念設計、外觀設計、性能設計、可靠性設計直到零部件設計的全過程。此外，隨著 CAM 的引入，將加速技術裝備的柔性化進程。數(shù)控機床、加工中心、柔性加工單元（FMC）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）將全面替代舊裝備，配以自動傳送工具和立體倉庫，就可使液壓元器件的生產朝著自動化車間模式邁進。 二十一世紀是一個高度自動化的社會，隨著科技的發(fā)展和人類的新需要，液壓傳動技術將不斷的發(fā)展和完善。而液壓技術作為能量傳遞或做功環(huán)節(jié)中必不可少的一部分，無論現(xiàn)在還是將來都會在國民經濟中都占有重要的一席之地，發(fā)揮著無法替代的作用[5]。 2.2液壓傳動的工作原理 液壓傳動是利用靜壓傳遞原理來工作的，其傳動模型如圖2-1示。密封容中盛滿液體，由小活塞1通過連通管3和大活塞5之間形成了密閉的工作容積，根據(jù)帕斯卡原理“在密閉容器內，施加于靜止液體上的壓力將以等值同時傳到液體各點”[6]，因此小活塞1和大活塞5受到的力的平衡方程式為： （2-1） 式中 —液體壓力（）； —小活塞受到的外力（）； —重物的重量（）； —小活塞的面積（）； —大活塞的面積（）。 圖2-1液壓傳動模型 1-小活塞 2缸體 3-連通管 4-缸體 5-大活塞 當小活塞在作用力足夠大時即下壓時，小缸體內的液體流入大缸體內，依靠液體壓力推動大活塞，將重物舉升。 2.3液壓傳動系統(tǒng)的組成及優(yōu)缺點 一個完整的液壓傳動系統(tǒng)由五個部分組成，即動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件（附件）和液壓油[7]。 動力元件的作用是將原動機的機械能轉換成液體的壓力能，指液壓系統(tǒng)中的液壓泵，它向整個液壓系統(tǒng)提供動力，是液壓系統(tǒng)的核心元件。液壓泵的種類繁多，按結構形式的不同，可分為齒輪式、葉片式、柱塞式、螺桿式；按泵的排量可否調節(jié)，可分為定量泵和變量泵。 執(zhí)行元件是將液體的壓力能轉化為機械能的轉換裝置，驅動負載作直線往復運動或回轉運動。按輸出運動方式的不同，可以將液壓執(zhí)行元件分為液壓馬達和液壓缸。液壓馬達輸出的是旋轉運動（轉矩和轉速），液壓馬達按照排量是否可變，又可以分為定量馬達和變量馬達兩種；按照額定轉速的不同，可以分為高速和低速兩大類：一般將額定轉速高于的稱為高速液壓馬達，而額定轉速低于的稱為低速液壓馬達。液壓缸輸出的則是直線運動（力和力矩）。液壓缸有很多類型，按照輸出運動形式可以分為推力液壓缸和擺動液壓缸；按照作用的方式可以分為單作用式和雙作用式；按照結構特點又可以分為活塞式、柱塞式、組合式和擺動式液壓缸。 控制元件是非常的重要的，他能更好地去調節(jié)系統(tǒng)，更好的能夠分配系統(tǒng)進行工作，所以說這種控制元件是非常的重要的。接下來我就詳細的分析所有的控制的原件兒。一般分為三種控制元件，第一種就是流量的控制原件這種原件能夠更好的進行控制流動的方向我們也可以通過控制的方式不同并且對于原件進行不同的劃分，接下來我就詳細的進行介紹和分析。 輔助元件包括油箱、濾油器、油管及管接頭、密封圈、快換接頭、高壓球閥、膠管總成、測壓接頭、壓力表、油位油溫計等。 液壓油是液壓系統(tǒng)液壓系統(tǒng)的重要組成部分，既是用來傳遞能量的工作介質，又起著冷卻、潤滑運動部件和保護金屬不被銹蝕的作用。液壓傳動系統(tǒng)工作時，液體的壓力、流速、溫度等往往變化較大，液壓油物理、化學性質的優(yōu)劣將直接影響液壓系統(tǒng)的工作性能。液壓油的物理性質分為：密度、可壓縮性、黏性等；其化學性質可分為：熱穩(wěn)定性、氧化穩(wěn)定性、水解穩(wěn)定性、相容性等。液壓系統(tǒng)中使用的油液按國際標準（ISO）的分類方法（我國國家標準GB/T7631.2—1987與此等效）。目前90%以上的液壓設備采用石油基液壓油液。為了改善液壓油液的性能，以滿足液壓設備的不同要求，往往在基油中加入各種添加劑。添加劑有兩類：一類是改善油液化學性能的，如抗氧化劑、防腐劑、防銹劑；另一類是改善油液物理性能的：如增粘劑、抗磨劑、防爬劑。 和其他系統(tǒng)一樣，液壓傳動系統(tǒng)同樣也有自身的優(yōu)缺點，其主要優(yōu)缺點如下： 2.3.1液壓傳動的主要優(yōu)點 1.借助油管的連接可以方便靈活地布置傳動機構； 2.體積小，重量輕，單位重量輸出的功率大； 3.運動平穩(wěn)，慣量小，響應速度高； 4.可方便地實現(xiàn)無級調速，調速范圍大； 5.液壓元件實現(xiàn)了標準化、系列化、通用化； 6.操作簡單方便，易于實現(xiàn)自動化； 7.液壓系統(tǒng)借助安全閥等可自動實現(xiàn)過載保護。 2.3.2液壓傳動的缺點 1.液壓系統(tǒng)中的泄漏和液壓油的可壓性，無法保證嚴格的傳動比； 2.液壓傳動的過程中，其壓力和流量損失大，故系統(tǒng)效率較低； 3.液壓傳動對油溫變化比較敏感，這將影響工作的穩(wěn)定性，故不宜在很高或很低的溫度下工作； 4.液壓傳動系統(tǒng)對油液的清潔度要求高，需要有良好的防護和過濾措施。 2.4液壓鉗的工作原理 液壓鉗的工作原理下圖所示，圖2-1為液壓鉗結構示意圖。液壓鉗主要有手動施力裝置及具有儲油、快進、增壓工作、卸載、快退功能的液壓裝置組成[8]。 圖2-1液壓鉗結構示意圖 1-缸體 2-手動泵柱塞 3-上手柄 4-單向閥 5-下手柄 6-快進活塞 7-泄流閥 8-安全閥 9-刀頭 10-工作活塞 11-單向閥 缸體有Ⅰ、Ⅱ兩個儲油腔儲存液壓鉗工作時所需的全部液壓油。缸體的左端有工作活塞10，并連接著回程彈簧。下手柄 5 的左端外圓上有一段矩形螺紋，并且和缸蓋通過螺紋連接。上手柄3通過螺栓和手動泵柱塞2相連，在手柄施加外力后，可輸出大約的超高壓油液。泄流閥7為系統(tǒng)卸載裝置。安全閥8為保護系統(tǒng)的安全裝置。 工作時，首先順時針轉動下手柄 5，在矩形螺紋的作用下，下手柄左端面將推動快進活塞6前移 ，缸體上儲油腔Ⅰ中的油液通過單向閥4和11 進入儲油腔Ⅱ的右腔，由于手柄螺旋槽螺距較大 ,所以工作活塞帶動刀頭上實現(xiàn)快速前移，當?shù)额^接觸工件后，隨著下手柄5 的繼續(xù)移動，儲油腔Ⅰ中的油液壓力將會上升，直到下手柄5 轉不動時，快進動作結束。這時再上、下搬動上手柄3，手動泵柱塞 2即上、下往復運動，油液推動刀頭進行慢速、超高壓工作進給。工作時，若油液壓力超過安全閥8設定的壓力，安全閥將開啟，實現(xiàn)過載保護。 工作完畢后，先將下手柄反轉退回原位，然后力作用在泄流閥7上，這時儲油腔Ⅱ的右腔與儲油腔Ⅰ左腔連通，在工作活塞10內回程彈簧力作用下，工作活塞10帶動刀頭退回到最里邊的初始位置，同時回流油液在回程彈簧力的作用下，將快進活塞 8推回到最右邊，最后將上手柄 4 反轉，使其退回原位，一個工作循環(huán)全部結束。 2.5本設計方案思路 本設計的要求為在人力輸入不大于15公斤力的條件下，可剪斷直徑為20毫米的Q235鋼筋。固設計中必須在保證液壓鉗能輸入足夠大的力來剪斷鋼筋的前提下，又能使得整體結構緊湊，便于攜帶。即其設計內容為液壓系統(tǒng)和鉗體結構的設計。 由液壓鉗的工作原理可知，其工作過程是一個典型的快進、工進、停留、快退、原位的循環(huán)過程，如圖2-3所示[9]。 圖2-3工作循環(huán)示意圖 在快進階段，可以采取螺紋旋進方式來快速前進，這樣可以減少快進階段的時間；在工進階段，為保證輸入的力能達到要求，則可以采取兩級放大的方法，一級放大可以通過杠桿原理，將力放大一定倍數(shù)，然后通過液壓傳動原理（帕斯卡原理）將力再進一步放大，這樣通過兩級放大，就可以實現(xiàn)輸出力到達設計要求；快退階段通過螺紋同樣得到了解決；原位階段則可以通過復位彈簧及相關的閥來實現(xiàn)復位。 3液壓鉗的理論計算 3.1液壓缸輸出力的計算 液壓鉗在工作過程中，當輸入的力到達一定值時，鋼筋就會被剪斷。但其切斷鋼筋的切斷力，不是真正的剪切力，而是用（?。┙堑额^的刃部，在輸入力的作用下，兩刀刃向內擠壓，最后用刀刃側面產生的側向合力將鋼筋拉斷，以達到切斷鋼筋的目的。其過程實際上是一個塑性變形的過程。具體來講，當鋼筋被剪切時所受的正壓力和剪切力達到被切材料的臨界值時，金屬就沿一定的結晶平面和結晶方向產生滑移線。而擠壓過程可以分為3個不同的變形階段，如圖3-1所示[10]。 圖3-1擠壓過程示意圖 當?shù)度虚_始切入鋼筋時，鋼筋在擠壓力力的作用下向下移動。此時的載荷增加很快，如圖4中的段。此階段被稱為壓痕階段 。 當?shù)度星腥脘摻钜欢ㄉ疃葧r，載荷穩(wěn)定下來，滑移線沒有變化，如圖4中的段。此階段被稱為穩(wěn)定階段。 當?shù)度羞M一步進入鋼筋時，載荷隨著切入深度的增加而直線性減少，如圖4中的段。此階段被稱為金屬的滑移階段。 由于刀頭垂直面擠壓鋼筋，接直接接觸面不光滑，則存在摩擦切應力，當達到時。接觸面就是滑移線，其滑移線如圖3-2所示[11]。 圖3-2滑移線示意圖 其中均勻場ACD為等腰直角三角形，則扇形AOD的圓心角，截面縮減率，則可知上限解通式為： （3-1） 式中—極限載荷的上限（）； —材料屈服切應力（）； 對式中取時，有極限解為： （3-2） 將代入（3-2）式中，得： 此時，作用在單位長度（）刀頭上的極限載荷上限值為： （3-3） 故作用在刀頭上的力為： （3-4） 式中 —刀頭的寬度，取； 將（3-3）式代入（3-4）式，得： 故要剪斷直徑為20的Q235鋼筋需要液壓鉗輸出的力不小于166。 3.2液壓缸主要幾何尺寸計算 液壓缸的主要幾何尺寸，包括液壓缸的內徑，工作活塞桿直徑，快進活塞桿直徑等[12]。 3.2.1 液壓缸內徑的計算 根據(jù)載荷力的大小，初選系統(tǒng)工作壓力，由于系統(tǒng)輸出力遠遠大于快進時的預緊力，回程彈簧的拉力和系統(tǒng)中存在的摩擦力，則這些力可以忽略不計，得： 由壓強原理可知： （3-5） 式中 —液壓鉗輸出力（）； —系統(tǒng)正常工作時的壓力（）； —活塞的作用面積，（），； —活塞的直徑（）。 將， 代入（3-5）式中，得： 通?；钊暮穸?，這里取，得： 3.2.2 工作活塞桿直徑的計算 由于工作時，活塞桿僅承受軸向載荷，故活塞桿的直徑可以按照簡單拉壓強度計算，此時： （3-6） 式中 —工作活塞桿材料的許用應力（）； —活塞桿的直徑（）。 通常活塞桿的材料為45鋼，取安全系數(shù)為3，將數(shù)值代入式（3-6）中，得： 故可以取。 3.2.3 快進活塞桿直徑的計算 快進過程中，活塞將受到油液的作用力，由于快進活塞和工作活塞面積相等，當單向閥開啟時，兩個活塞受到的力相等，則： （3-7） 式中 —活塞有效面積（）； —單向閥開啟壓力（），。 將數(shù)值代入（3-7）式中，得： 由公式： （3-8） 式中 —快進活塞桿材料的許用應力（）； —活塞桿的直徑（）。 將數(shù)值代入（3-8）式中，得： 考慮到工作人員操作方便及重量的因素，快進活塞桿（下手柄）采用空心結構，外徑取，內徑。 3.2.4 液壓缸缸體壁厚的計算 由于系統(tǒng)工作是壓力較高，故缸體的材料可以選擇無縫45鋼，按照工作壓力的要求，缸體的壁厚可以按壁厚公式計算[13]： （3-9） 式中 —液壓缸缸體壁厚（）； —試驗壓力（），當工作壓力時，；當工作壓力時，； —缸體材料許用應力（）； —活塞的直徑（）； —強度系統(tǒng)，對于無縫鋼?。? —附加厚度（）。 將數(shù)值代入（3-9）式中，得： 考慮到摩擦和相關腐蝕的厚度，取，則?。? 當時，可以知道缸體的外徑； 3.3手動泵柱塞直徑計算 參考資料及考慮到工作人員操作方便的需要，取上手柄長度，去支點到泵柱塞的距離為。 由力矩平衡公式： （3-10） 式中 —人施加的力（），且=150； —泵柱塞受到的力（）。 將數(shù)值代入（3-10）式中，得： 由帕斯卡原理可知： （3-11） 式中 —泵柱塞的有效面積，（）； —泵柱塞的直徑（）。 將數(shù)值代入（3-11）式中，得： 故可以取 由于力為人為施加，故系統(tǒng)中油液的流量無法直接算得，則根據(jù)實際情況，取人施力的頻率為2次/秒，泵柱塞的行程為28。 當人施力在上手柄時，泵柱塞也將力作用在手柄上，有彎曲應力公式 （3-12） 式中 —上手柄受到的正應力（）； —上手柄受到的彎矩，（）； —抗彎截面系數(shù)，（）； —上手柄的直徑（）。 將數(shù)值代入（3-12）式中，得： ，則可以取。 3.4回程彈簧的計算 已知單向閥的開啟壓力為，當兩個單向閥開啟，儲油腔Ⅰ、Ⅱ連通時，工作活塞將受到一個推力： （3-13） 式中 —活塞有效面積（）； —單向閥開啟壓力（）。 將數(shù)值代入（3-13），得： 當一個工作過程結束時，按下泄流閥，儲油腔Ⅰ、Ⅱ將連通。此時，工作活塞只受到彈簧的拉力和摩擦力，而遠遠大于，則可忽略不計。取，由胡克公式： （3-14） 式中 —彈簧受到的力（）； —彈簧的剛度系數(shù)（）； —彈簧的變形量（）。 將數(shù)值代入式（3-14）中，得 參考資料選擇彈簧的材料為，選擇彈簧的旋繞比，由公式： （3-15） 式中 —彈簧的曲度系數(shù)。 將數(shù)值代入式（3-15）中，得： 由于系統(tǒng)中彈簧所受的沖擊很少，故可以選擇Ⅲ類，而： （3-16） 式中 —彈簧材料的許用切應力（）。 將數(shù)值代入（3-16）式中，得 查表取，中徑，外徑。 根據(jù)有效圈數(shù)公式： (3-17) 式中 —材料的切變模量（）。 將數(shù)值代入式(3-17)中，得： 取，則彈簧的自由高度。其型號為YA3×35GB/2089 3.5液壓缸的聯(lián)接計算 設計中缸體和缸蓋有很多種聯(lián)接，本設計缸體和缸蓋可采用螺紋聯(lián)接，由于工作時輸出的力較大，前缸蓋受到的力也較大，故螺栓的材料可選擇為 則[14]： 螺紋處拉應力為： (3-18) 螺紋處的切應力為： (3-19) 合成應力為： （3-20） 式中 —螺紋處的拉應力（）； —螺紋擰緊系數(shù)，靜載時，??；動載時，取； —螺紋內摩擦系數(shù)，一般??； —螺紋外徑（）； —螺紋內徑（），當采用普通螺紋時：； —螺紋螺距（）； —液壓缸內徑（）； —螺紋材料的許用應力（）； —合成應力（）； —螺栓數(shù)，??； —螺紋處受到的最大拉力（）。 將數(shù)值代入（3-20）式中，得： 參考資料前缸蓋處選擇螺栓的型號為GB/T70.1M12×50；后缸蓋所受的力很小，故只要滿足預緊條件即可，則選擇螺栓的型號為GB/T70.1M10×45。 3.6工作活塞和活塞桿的聯(lián)接計算 工作活塞和活塞桿同樣采用螺紋聯(lián)接，此時螺紋處也受到較大的力，活塞桿的危險截面發(fā)生在最小截面處，則： 拉應力為： (3-21) 切應力為： (3-22) 合成應力為： （3-23） 式中 —螺紋處受到的推力，（）； —活塞桿直徑（）； 將數(shù)值代入（3-23）式中，得： 則可以選擇聯(lián)接處的螺紋直徑為20，參考零件手冊可以選擇螺母的型號為GB/T6170 M20。 3.7安全閥的計算 由于標準件中沒有壓力為的安全閥，則安全閥可以自行設計。當工作過程中壓力過高且達到時，安全閥會自動開啟，此時，安全閥的錐閥會受到油液的力和彈簧的力，且。因為： 式中 —錐閥的有效面積，（）； —錐閥的有效直徑（）。 考慮到當錐閥的有效直徑過大是，對彈簧的要求會很高，且安全閥的尺寸也會很大不便安裝，此時，可取。 將數(shù)值代入式中，得： 此時可知： 根據(jù)受到的力和相關尺寸，取有效圈數(shù)，選擇彈簧的型號為YA1.4×7GB/2089。 3.8單向閥的計算 在快進階段，當油液的壓力時，單向閥就會開啟。此時，油液作用在閥上的力等于彈簧的彈力，其中： ； 式中 —閥的有效面積，（）； —彈簧的剛度系數(shù)（）； —彈簧的型變量（）。 將數(shù)值代入式中，得： 。 根據(jù)所受的力和相關孔徑尺寸取有效圈數(shù)，選擇彈簧的型號為YA0.5×3.5GB/2089 3.9刀頭端部聯(lián)接計算 在工進階段，鋼筋被剪斷實際上是一個擠壓變形的過程，則刀頭部分材料可以選擇硬度比Q235高的材料即可，故選擇其材料YG3。刀頭上，刀頭部分通過螺紋聯(lián)接到工作活塞和前缸蓋上。 當?shù)额^前進時，工作活塞螺紋處會受到一個力，其大小等于液壓鉗的輸出力。 由強度要求可知，刀頭所受壓應力為： (3-24) 切應力為： (3-25) 合應力為： （3-26） 式中 —作用的有效面積，（）； —活塞的直徑（）； —螺紋的內徑（）； —工作活塞材料的許用應力（）。 將數(shù)值代入（3-26）式中，得： 參考資料及考慮相關尺寸取螺紋的大徑為。 3.10前缸蓋強度計算 在工進階段，前缸蓋會由于刀頭的反作用力而受到一個很大的力，于是前缸蓋在支點O處受到一個很大的彎矩，受力情況如圖3-3所示[15]。 圖3-3前缸蓋受力示意圖 由圖可知： ， 式中 —作用力的力臂，且（）； 將數(shù)值代入式中，得： 則由彎曲時的正應力公式： (3-27) 式中 —抗彎截面系數(shù)，（）； —截面的高度，（）； —截面的寬度，（）； —截面的面積，（）。 為滿足強度要求，則： 式中 —材料的需用應力（）。 將數(shù)值代入式(3-27)中，得： 考慮到刀頭螺紋的大徑及其他相關尺寸，取。 4液壓鉗的結構設計 液壓鉗的結構可以分為缸體和缸蓋、活塞和活塞桿、回程裝置、排油裝置和動力裝置五個部分。 4.1缸體和缸蓋的結構設計 一般來說，缸體和缸蓋的結構形式和其使用的材料有關。工作壓力時，使用鑄鐵；時，使用無縫鋼管；時，使用鑄鋼或鍛鋼。由于本設計中工作壓力，故缸體和缸蓋的材料可以選擇鑄鋼，其牌號為ZG310。 缸體和缸蓋的聯(lián)接方式通常有一下幾種[16]： 1.法蘭式聯(lián)接，結構簡單，加工方便，聯(lián)接可靠，但是要求缸筒端部有足夠的壁厚，用以按裝螺栓或旋入螺釘。缸筒端部一般用鑄造、鐓粗或焊接方式制成粗大的外徑，它是常用的一種聯(lián)接形式。 2.半環(huán)式聯(lián)接，分為外半環(huán)聯(lián)接和內半環(huán)聯(lián)接兩種連接形式，半環(huán)聯(lián)接接工藝性好，聯(lián)接可靠，結構緊湊，但削弱了缸筒強度。半環(huán)連接應用十分普遍，常用于無縫鋼管缸筒與端蓋的聯(lián)接中。 3.螺紋式聯(lián)接，有外螺紋聯(lián)接和內螺紋聯(lián)接兩種，其特點是體積小，重量輕，結構緊湊，但缸筒端部結構較復雜，這種聯(lián)接形式一般用于要求外形尺寸小，重量輕的場合。 4.拉桿式聯(lián)接接，結構簡單，工藝性好，通用性強，但端蓋的體積和重量較大，拉桿受力后會拉伸變長，影響密封效果。只適用于長度不大的中、低壓液壓 缸。 5.焊接式聯(lián)接，強度高，制造簡單，但焊接時易引起缸筒變形。 參考資料本設計中缸體和缸蓋的聯(lián)接方式則選擇螺紋式聯(lián)接，這樣結構簡單，安裝也方便可靠。其聯(lián)接方式如圖4-1所示。 4-1缸體和缸蓋的螺紋式聯(lián)接 由于采用螺紋聯(lián)接時定位效果不佳，為了保證安裝是缸體和缸蓋能夠同心，則可以在缸蓋鑄造出一個凸臺來保證其安裝時能夠同心。 4.2活塞和活塞桿的結構設計 活塞與活塞桿的連接最常用的有螺紋聯(lián)接和半環(huán)聯(lián)接形式，除此之外還有整體式結構、焊接式結構、錐銷式結構等。螺紋式連接，結構簡單，裝拆方便，但一般需備螺母防松裝置；半環(huán)式連接，連接強度高，但結構復雜，裝拆不便，半環(huán)連接多用于高壓和振動較大的場合；整體式連接和焊接式連接結構簡單，軸向尺寸緊湊，但損壞后需整體更換，對活塞與活塞桿比值較小、行程較短或尺寸不大的液壓缸，其活塞與活塞桿可采用整體或焊接式連接；錐銷式連接加工容易，裝配簡單，但承載能力小，且需要有必要的防止脫落措施，在輕載情況下可采用錐銷式連接。 在工作過程中，活塞和活塞桿沒有受到沖擊載荷（工進速度非常慢，可近似為靜載荷），則其聯(lián)接方式也可以選擇螺紋聯(lián)接，且制造和拆卸方便。其聯(lián)接方式如圖4-2所示。 圖4-2活塞和活塞桿的螺紋聯(lián)接 為防止油液通過活塞和缸體內壁之間的縫隙及活塞桿和活塞孔之間縫隙而滲漏，則必須在活塞和活塞桿上增加密封圈來防御油液的滲漏。 4.3回程裝置的結構設計 液壓鉗的復位功能可以通過回程彈簧來實現(xiàn)。裝配時，先將彈簧套在活塞桿上，再裝上缸蓋時，彈簧會在缸蓋和活塞壓力下發(fā)生形變，從而固定在缸蓋和活塞之間，同時彈簧也起到緩沖作用。其裝配方式如圖4-3所示。 圖4-3回程裝置的結構圖 4.4動力裝置的結構設計 液壓鉗的動力裝置分為快進裝置和增壓裝置兩個部分?？爝M裝置能使刀頭迅速前進，是其在短時間內接觸鋼筋，從而減少工作時間；增壓裝置則能使液壓鉗工作在一個超高壓的環(huán)境中，能使其輸入足夠的力來剪斷鋼筋。 4.4.1 快進裝置的結構設計 液壓鉗的快進裝置可以由后缸蓋和下手柄組成，快進功能則可以通過矩形螺紋來實現(xiàn)。故在加工過程中分別在后缸蓋和下手柄上車一段矩形螺紋，而螺紋的螺距可以選擇大一些。其結構如圖4-4所示。 圖4-4快進裝置的結構圖 快進過程開始時，只需轉動下手柄，工作活塞就會帶動刀頭快速前進，當接觸鋼筋時，繼續(xù)轉動下手柄，直到手柄不能轉動，這樣快進階段就完成了?？焱诉^程和快進過程類似，當工進階段結束，只要反向轉動手柄，再打開泄流閥即可實現(xiàn)快退。 4.4.2 增壓裝置的結構設計 液壓鉗的增壓裝置主要有手動泵柱塞，上手柄及單向閥組成。而其增壓過程則可以分為通過杠桿原理增壓和帕斯卡原理增壓的兩個過程。在杠桿原理增壓過程中，當人將力作用在上手柄上時，為保持力矩平衡，上手柄又會受到手動泵柱塞的作用力。由于兩個力到支點的距離不等，于是，泵柱塞的力得到了放大。當泵柱塞的力作用在油液上時，由于柱塞面積很小，于是缸體內的油液會產生一個很大的壓力，通過單向閥傳動工作活塞上通過活塞將力輸出，這樣輸出力又進一步得到放大。這樣通過力的兩次放大，就可以確保輸出力能達到剪斷鋼筋的要求。該裝置的結構如圖4-5所示。 圖4-5增壓裝置的結構圖 4.5排油裝置的結構設計 液壓鉗在長期的工作過程中，難免會發(fā)生油液泄露，于是可能出現(xiàn)爬行，噪聲和發(fā)熱等不正常甚至是無法工作的現(xiàn)象，所以設計過程中必須注意要將不慎泄露的油液排出，從而來防止以上情況的發(fā)生。由于排油要求不高，故不用專門設計一個排油裝置，可以在缸體的左右兩端附近鏜兩個排油孔即可，這養(yǎng)泄流的油液就可以順著排油孔排出。 5液壓鉗的使用和維護 液壓鉗由于其諸多優(yōu)點被廣泛地應用于各類工程領域。但是，由于使用和維護過程中存在的不足和缺陷，影響了液壓系統(tǒng)的正常工作。因此，工作人員在除了要理解一些液壓系統(tǒng)的工作原理及液壓系統(tǒng)的設計、制造、安裝等方面的知識外，還要掌握其使用和維護的方法，才能保證液壓鉗正常工作并充分發(fā)揮它的技術優(yōu)勢。 5.1液壓鉗使用規(guī)則 1.使用前應檢查各部螺栓是否松動； 2.使用前空壓幾下，檢查刀頭是否對齊或錯位； 3.使用時嚴格按照規(guī)定參數(shù)操作，嚴禁液壓鉗超載工作； 4.在剪切鋼筋時，必須把鋼筋于刀頭擺放平行，如果剪切時發(fā)現(xiàn)鋼筋向一邊 傾斜，應立刻停止剪切，重新擺放平行，否則會造成刀頭斷裂； 5.使用過程中應盡量避免液壓鉗的劇烈振動； 6.不適宜在有酸堿，腐蝕性氣體的工作場所使用； 7.使用過程中應避免撞擊、重壓； 8.不使用液壓鉗時，需要妥善保管好； 9定期對液壓鉗進行檢查。 5.2液壓鉗的維護 液壓鉗在使用過程中會受到不同程度的外界傷害，如風吹、雨淋、煙塵、高熱等。為了充分保障和發(fā)揮液壓鉗的工作效率，減少故障，延長其使用壽命，必須加強液壓鉗的定期檢查和維護，使液壓鉗始終保持在良好的工作狀態(tài)下[17]。 5.2.1 油液清潔度的控制 我們知道對于系統(tǒng)的清洗是非常的重要的，這樣的話才能更好的去除污染源，保證系統(tǒng)的性能更好的使用。油液的污染是導致液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障的主要原因。油液的污染，造成的元件故障占系統(tǒng)總故障的。它給系統(tǒng)造成的危害是非常嚴重的。 油液的來源主要有以下三個方面。 1.師傅在進行安裝的時候沒有更好的進行清理零件這樣的話非常的容易導致零件的污染。 2.這個系統(tǒng)是和外界進行相同的這樣的話，外界的臟東西很容易的進入系統(tǒng)內造成系統(tǒng)的大量的污染，嚴重的影響著系統(tǒng)的性能。 3.系統(tǒng)內部生成。如各類零件磨損產生的磨粒和油液氧化及分解產生的有害化學物質等。 因此，液壓鉗油液清潔度的控制必須得到重視。對油液的清潔度控制工作主要從兩個方面著手：一是防止污染物侵入液壓系統(tǒng)，一是把已經侵入的污染物從系統(tǒng)中清除。對液壓鉗缸內的油液清潔度控制的方法主要采用定期更換油液的方法。更換新油前，缸體必須先清洗一次，系統(tǒng)較臟時，可以先用煤油清洗后，再注入新油。 5.2.2 液壓系統(tǒng)泄露的控制 液壓系統(tǒng)的油液，如果由于某種原因超過了邊界，流至其不應去的其他容腔或系統(tǒng)外部，稱為泄漏。液壓系統(tǒng)泄漏的原因是都非常的多的經過不斷的研究和分析我們知道于這種情況的相關的因素主要有沒有更好的去保護這種系統(tǒng)的關系是很大的。泄漏可分為外泄漏和內泄漏兩種。外泄漏是指油液從元件或管件接口內部向外部泄漏；內泄漏是指元器件內部用于間隙、磨損等原因有少量油液從高壓腔流向低壓腔。外泄漏會造成油液浪費，污染環(huán)境，危急人身安全或造成火災。內泄漏能引起系統(tǒng)性能不穩(wěn)定，如：壓力、流量不正常，嚴重時會造成停產事故。 油液的泄露原因主要有一下三點：設計不合理；制造和裝配存在問題；油液污染及零件損傷。而要控制油液的泄漏則可以采取三個對應的方法：合理設計；正確制造和裝配；油液防污染。 而液壓鉗中油液泄漏主要屬于內泄漏，當發(fā)生內泄漏時，系統(tǒng)的工作狀態(tài)會變得不穩(wěn)定，可能出現(xiàn)爬行、噪聲等不正?，F(xiàn)象，影響液壓鉗的工作。控制液壓鉗內的油液泄露，主要靠密封裝置及油液污染的控制。所以必須對其進行定期檢查，對已經磨損或損壞了的密封元件要及時更換，對已經被污染的油液也要及時更換。只要這樣才能保證液壓鉗高效、安全地工作。 5.2.3 檢修液壓鉗時的注意事項 1. 檢修現(xiàn)場一定要保持清潔，拆除松開零件前要清除其外的臟東西，我們知道這種器件是非常的精密度高的 2. 2.因該把自己的零件進行干凈后再把他安裝到原來的部位上這樣是非常的好的。 3.我們知道密封的部件保密性是非常的重要的，在拆卸和安裝的時候一定要小心，防止把密封的部件給捅壞 4.檢查液壓閥彈簧，是否失去彈性、變形或斷裂。 5.我們知道零件是非常的小的，很容易丟失，所以要把他們擺放清楚，方便自己的安裝 6.安裝零件時，其受力要均勻，防止造成零件變形。 7.更換或補充油液時，必須將新油液通過高精度濾油裝置過濾后注入缸體內。工作油液牌號必須符合要求。為確保液壓系統(tǒng)正常工作，需定期更換油液，更換油液的期限，應該根據(jù)油液的品種，工作環(huán)境和工作工況不同而不同。 8.檢修完成后，需要對檢修部位進行確認。無誤后，才可以投入工作。 結論 本次設計的主要內容是便攜式液壓助力斷線鉗設計，主要設計的參數(shù)及設計要求有：在人力輸入不大于15公斤力的條件下，可剪斷直徑為20毫米的Q235鋼筋，要求結構緊湊，便攜，操作簡便，工作可靠。 本文首先介紹液壓鉗工作原理，提出設計方案，按照方案的思路，從液壓鉗的理論計算及一些零件型號的選擇，再到它的部件的結構設計，最后介紹液壓鉗的使用規(guī)則和維護方法。比較全面的介紹了液壓鉗的設計過程。 液壓鉗的設計主要包括理論計算和結構設計。液壓系統(tǒng)設計部分的主要內容為：液壓缸的主要尺寸計算、活塞尺寸的計算、手動泵柱塞直徑的計算、單向閥的設計計算、安全閥的設計計算以及相關螺紋聯(lián)接的計算等。結構設計則有液壓缸和缸蓋的聯(lián)接設計、活塞和活塞桿的聯(lián)接設計、動力裝置的結構設計等。 整個畢業(yè)設計過程中，我查閱了大量相關書籍和資料，不但鞏固了以前所學的理論知識，還在設計中不斷地學習新知識、解決新問題。我想這是一次意志的磨練，是對我實際能力的一次提升，也對我未來的學習和工作有很大的幫助。 致謝 通過這次論文的設計和研究，我從剛開始是不知道怎么去做，我剛開始做這個題目的時候頭是暈暈的慢慢的通過我問同學問老師慢慢的有了一點的思路，知道自己應該怎么去做。首先我通過在網絡搜索的過程中找到了我的論文設計的基本的框架，然后在一點一點的進行摸索，再通過在網絡上查閱大量的資料，進行豐富框架里邊的內容，有不懂得再進行通過問同學和老師的方式進行找到解決的方案，最終我成功的完成了我的論文的設計，當我真正的完成這個論文我真正感覺到了人生中什么是成功，我只能對我的老師和同學說一句話，真的很感謝你們，我也非常感謝我的導師是他在我的背后默默的支持，再給我打進鼓勵我才能把這個論文設計做了出來。從做這個論文設計的過程中我經歷了很多的困難。我真正的認識的基礎知識是非常的重要的，我們必須應該把自己的理論融合到實踐的過程中去，這樣才能使實現(xiàn)和理論更好的去結合，才能更好的把自己的基礎知識打牢。 通過我這一次能夠順利地完成論文，我非常要感謝的一個人，是我的導師。在這個論文的設計的過程中，是他耐心的為我講解。在我不懂的時候也是他在為我講解。他沒有任何的反感對我非常細心的給我講解，我應該怎么去做。與此同時，我還應該感謝我們學院的各位領導，是他們在我的大學四年對我的無微不至的關懷，我才能有今天的成就。非常的感謝他們，也是，他們給了我這一次難得的機會，讓我真正的踏入了社會，真正的用自己所學的理論，根據(jù)自己大學四年所學的理論知識完成了一篇具有理論意義的學術論文。在其中的過程中，我也學會了很多的事情，面對困難，我不應該退縮，應該勇往直前，因為一旦退出，就注定失敗，只有堅持不懈的去努力，才能夠成功。 參考文獻 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