液压油缸设计说明书

1目 录1 绪论 .31.1 引言 .31.2 提出本课题的背景、意义和内容 .31.2.1 问题的提出 .31.2.2 本文的主要研究内容 .41.3 设计提要 .51.3.1 液压油缸主要参数给定 .51.3.2 中间轴销 .51.3.3 密封装置选用 .61.3.4 工作介质的选用 .61.3.5 液压缸的装配 .62 机构设计 .62.1 进行工况分析 .62.1.1 运动分析 .72.1.2 油压选择 .82.2 套筒缸筒设计 .82.2.2 缸筒的要求 .92.2.3 缸筒材料的选取及强度给定 .92.2.4 缸筒的计算 .112.2.5 缸筒壁厚的计算 .132.2.6 缸筒壁厚的验算 .142.2.7 缸筒的加工要求 .162.3 主缸筒结构设计 .172.3.1 主缸筒结构的选择 .172.3.2 缸筒的要求 .172.3.3 缸筒材料的选取及强度给定 .172.3.4 缸筒的计算 .182.3.5 缸筒壁厚的计算 .1922.3.6 缸筒壁厚的验算 .202.3.7 缸筒的加工要求 .212.4 活塞设计 .222.4.1 活塞结构的设计 .222.4.2 活塞的密封 .222.4.3 活塞的材料 .232.4.4 活塞的尺寸及加工公差 .232.5 活塞杆的设计 .232.5.1 活塞杆杆体的选择 .232.5.2 活塞杆与活塞的连接形式 .232.5.3 活塞杆材料和技术要求 .242.5.4 活塞杆的计算 .242.6 自锁装置设计 .252.6.1 自锁机构现象的定义 .252.6.2 自锁机构选取 .262.3.3 材料选取及加工工艺 .272.6.4 自锁装置侧板强度校核 .282.7 焊接强度校核 .292.7.1 底盖焊接强度校核 .292.7.2 中间轴销焊接强度校核 .312.8 制定液压系统基本方案 .322.8.1 制定调速原则 .322.8.2 制定压力控制原则 .322.8.3 制定顺序动作原则 .332.8.4 选择液压动力源 .332.9 绘制液压系统原理图 .34结束语 .36致 谢 .38参考文献 .39附录 .4031 绪论1.1 引言随着我国交通事业的发展,大跨度桥梁的建设也越来越多,基础在工程中的造价比越来越大,对基础的要求也越来越高。桥梁拯础类型也因桥址处的自然条件、水文与地质条件、气象与环境条件等而丰富多样。传统桥梁基础主要有桩基础、扩大基础、管桩基础、沉井基础、连续墙基础、沉箱基础或以上几种基础的组合。沉井基础是依靠自身重力克服井壁阻力后,下沉到设计标高,然后经过混凝土封底并填塞井孔,使其成为桥梁墩台和其他结构物的基础。其特点是埋置深度可以很大、整体性强、稳定性好,有较大的承载面积,能承受较大的垂直荷载和水平荷载;大型沉井的缺点在于基础尺寸大、下沉深、分隔很多，施工难度大，并且施工时沉井易偏移，纠偏困难，基础要产生沉陷工程造价高。摩擦桩是主要依靠土的侧摩阻力来支撑结构的基础形式，适用于上覆地层承载能力较差，较好持力层埋置较深的情况下，所以通常摩擦桩工程量相对偏大，经济性差；端承桩是在底层具有较好持力层如基岩，且覆盖层较浅的地域使用的一种桩基础形式，这种基础形式在持力层好时体现出较大优越性，但是在例如岩溶发育等特殊地质条件的地区，该基础形式的可靠性就难以保证。为此提出种全新的基础形式根式基础，它是采用沉井预留顶推孔，待沉井下沉到设计标高后在土层中顶推预制的根键，在保证根键与沉井的固结后形成一种仿生基础，由于顶推根键的挤密和应力扩散作用充分调动了基础周边土体的承载潜力，使得基础底部得以“ 卸载 ”，其承载力得以大大提高。而又由于根键与土体的紧密嵌固作用，使得基础的抗拔力不再是单纯的侧壁摩阻力，抗拔承载力也得以大大提高。41.2 提出本课题的背景、意义和内容 1.2.1 问题的提出我国主要跨越大江大河的大桥处在厚覆盖层的长江、黄河等流域冲积地区，表层 土（浅层土）地基承载力一般都很低，远不能满足大跨度高负荷的桥梁基础建设要求， 对于此大多数桥梁都采用保守的钻孔灌注粧基础或组合基础方案，孔深达上百米，.对 于上覆土层强度低、压缩性大或其他不稳定（如冰胀土或膨胀土)，而其下在一定深 度处也没有较好土层时，对那些对抗拔力要求大的基础，或对于那些岩溶发育地区， 能不能有一种新的选择？针对上述工程地质倩况，在传统的沉井基础上仿生地采用新工艺，针对性的对详 细勘察报告中获知的沉井经过的较好土层顶推预制根键，把更多的上部荷载传递到周 边土层中，同时基础的抗拔和抗倾覆性能得以大大提高，沉井本身的刚度并未削弱。 同时在顶推根键时，对周边土体产生挤密作用，提高了根键与土体粘合力，土体的压 缩模量有所提高，对于基底或个别较差的土层可以进行压密注浆加固而提高其压缩模 量和承载力，以保证整个基础结构与周边土体共同受力。与一般的桩基础相比在特定地质条件下，会是个很有潜力的基础选择方案。(1)根式基础有着普通沉井的优点，基础刚度大，能承受对基础作用的较大弯矩，且沉井基础有较大的承载面积。(2)其作为桥梁深水基础的另一个特点是在下沉工程中，可以自身防水，避免了桩 和管桩基础中的防水围堰。(3) 同等条件下，与普通沉井基础相比其获得了更大的粧土接触面积，竖向抗压承载力将有大大提高。(4) 同等条件下，与普通沉井基础相比其获得了更大的桩土接触面积，抵抗水平或 斜向作用力将有大大提髙。(5) 同等条件下，与普通沉井基础相比其获得了更大的桩土接触面积，抵抗力矩或 水平力所产生的基础底拉力的能力将有大大提高。(6) 根式基础釆用的施工工艺都是现在成熟的静压桩工艺和沉井施工工艺，无噪音，对周边环境影响小。51.2.2 本文的主要研究内容本文首先简略概括国内外深水基础的发展现状。深水基础的要求随着交通事业 的发展越來越高。为了提高桥梁根基的巩固强度，来对抗地震、台风等自然灾害，桥梁根基采用根式桩基础。根式桩基础是一种新型基础形式，能较好的适用于厚覆盖层，主要利用顶入土体重的根键来提高桩基础的承载力。根键为矩形断面楔式构造，采用梅花形布置在桩壁四周，每层布置 6 根，有 5 层。设计一个液压顶推装置来实现这 30 根根键顶入。该设计分为五部分，由五个同学来完成。内容为：1.总体设计2.根键升降机构设计3.根键旋转机构设计4.根键顶进结构设计5.液压系统设计1.3 设计提要1.3.1 液压油缸主要参数给定在设计要求中已经提到的参数这里就不再赘述，下面只给出此次设计中液压油缸主要部件的其他参数：套筒缸内径：D 1=360mm；套筒缸外径：D 2=404mm；壁厚： =44mm；极限推力： =3560KN；maxF速比： =2；活塞杆直径： =120mm；0d主缸内径：D 3=450mm；主缸外径：D 4 =570mm；壁厚： =60mm；极限推力： =5561KN；maxF61.3.2 中间轴销选择中间轴销安装方式，因为是推力，所以选用如下方式：1.3.3 密封装置选用选用 Yx 型密封圈，聚氨酯（PU）和聚四氟乙烯（ PTFE）材料联合使用，达到良好的密封效果。1.3.4 工作介质的选用因为工作在常温下，所以选用普通的是油型液压油即可。1.3.5 液压缸的装配装配前必须对各零件仔细清洗；要正确安装各处的密封装置：安装形密封圈时，要注意其安装方向，避免因装反而漏油，其唇边应对着有压力的油腔。此外，因为是 Yx 形密封圈，所以还要注意区分是轴用还是孔用，不要装错；由于密封装置与滑动表面配合，装配时应涂以适量的液压油； 螺纹联接件拧紧时应使用专用扳手，扭力矩应符合标准要求；活塞与活塞杆装配后，须设法测量其同轴度和在全长上的直线度是否超差；装配完毕后活塞组件移动时应无阻滞感和阻力大小不匀等现象。72 机构设计2.1 进行工况分析桥梁根基采用根式桩基础，能较好的适用于厚覆盖层，主要利用顶入土体重的根键来提高桩基础的承载力。2.1.1 运动分析循环图8根据实际施工可以得知：（1）根键在顶破止水挡板时顶推力在 80t 左右；（2）根键在等截面段顶进过程中顶推力为 6080t ；（3）根键在变截面段顶进过程中顶推力为 230300t ；2.1.2 油压选择各类设备常用压力 （mpa）机 床设备类型磨床 组合机床 龙门刨床 拉床农用机械、中型工程机械、及辅助机构液压机、中、大型挖掘机、重型机械、起重运输机械等系统压力 0.82 35 28 810 1016 2035由上表选 35mpa 2.2 套筒缸筒设计由于施工环境限制，空间较小，所以选择伸缩式套筒缸进行施工。以达到增加行程的目的。92.2.1 套筒缸连接方式连接方式如下图：选取内半环连接。其优点是结构紧凑，重量轻；缺点是安装时，端部进入缸体较深，密封圈有可能被进油孔边缘擦伤。2.2.2 缸筒的要求有足够强度，能够承受动态工作压力，长时间工作不会变形；有足够刚度，承受活塞侧向力和安装反作用力时不会弯曲；内表面和导向件与密封件之间摩擦少，可以保证长期使用；缸筒和法兰要良好焊接，不产生裂纹。2.2.3 缸筒材料的选取及强度给定部分材料的机械性能如下表：10本次设计选取 35CrMo从表中可以得到：缸筒材料的屈服强度 =850MP；s缸筒材料的抗拉强度 =1000MP；b现在利用屈服强度来引申出：缸筒材料的许用应力 = /n=1000/5=200MP。b其中 n=5 是选取的安全系数，来源于下表：112.2.4 缸筒的计算2.2.4.1 液压缸的效率油缸的效率 由以下三种效率组成：=0.9m=1v=0.9d所以总效率为 0.8。122.2.4.2 液压缸缸径的计算=3430KN01F=0.7=0.8P=35MP本次设计中液压缸负载为推力，根据式 23.31 得到内径：D1=353.41mm缸径可以取为 360mm。132.2.4.3 流量的计算液压缸流量根据下式计算：设计要求中给定了活塞的平均速度：=0.6m/min=0.01m/smv而活塞的面积：= =0.1017m2 （实际上这个值可以从手册里面查到）1A2×/4D容积效率：=1v根据式 23.125 得到活塞杆外推时的流量：=1.017L/s1q因为只使用外推方向，所以回程方向的流量从略。2.2.5 缸筒壁厚的计算缸筒壁厚可以使用下式进行计算：14根据缸径查手册预取 =3此时 /D1=3/360=0.0375 0.08满足使用薄壁缸筒计算式的要求，下面利用上式来计算：最高允许压力一般是额定压力的 1.5 倍，根据给定参数 P=35MP，所以：=35 1.5=52.5MPmaxP许用应力在选取材料的时候给出： = /n=1000/5=200MPb根据式 23.33 得到壁厚：=40mm为保证安全，取壁厚为 44mm。2.2.6 缸筒壁厚的验算下面从以下三个方面进行缸筒壁厚的验算：根据式 23.37 得到：60.46MPnP显然，额定油压 P=35MP，满足条件；15先根据式 23.310 得到：=138.42MPPL再将得到结果带入 23.39 得到：48.447MPn显然，额定油压 P=35MP，满足条件；因为 =1000MP 已经在选择缸筒材料的时候给出，根据式 23.312 得到：b=119.62MPEP至于耐压试验压力应为：=1.5 P=52.5MPT依据为：因为爆裂压力远大于耐压试验压力，所以完全满足条件。16以上所用公式中各量的意义解释如下：式中 D1套筒缸内径D1套筒缸外径Pn液压缸额定压力Ppl缸桶发生完全塑性变形的压力PT液压缸耐压试验压力P E液压缸发生爆缸压力b缸筒材料抗拉强度s缸筒材料屈服强度E缸筒材料的弹性模塑v缸筒材料的泊松系数2.2.7 缸筒的加工要求缸筒内径 D 采用 H7 级配合，表面粗糙度 为 0.2，需要进行研磨；aR热处理：调制，HB 240；缸筒内径 D 的圆度、锥度、圆柱度不大于内径公差之半；刚通直线度不大于 0.05mm；油口的孔口及排气口必须有倒角，不能有飞边、毛刺；在缸内表面镀铬，外表面同内表面172.3 主缸筒结构设计2.3.1 主缸筒结构的选择连接方式如下图：选取内半环连接。其优点是结构紧凑，重量轻；缺点是安装时，端部进入缸体较深，密封圈有可能被进油孔边缘擦伤。2.3.2 缸筒的要求有足够强度，能够承受动态工作压力，长时间工作不会变形；有足够刚度，承受活塞侧向力和安装反作用力时不会弯曲；内表面和导向件与密封件之间摩擦少，可以保证长期使用；缸筒和法兰要良好焊接，不产生裂纹。2.3.3 缸筒材料的选取及强度给定部分材料的机械性能表上文已给出本次设计选取 35CrMo从表中可以得到：缸筒材料的屈服强度 =850MP；s缸筒材料的抗拉强度 =1000MP；b18现在利用屈服强度来引申出：缸筒材料的许用应力 = /n=1000/5=200MP。b其中 n=5 是选取的安全系数，来源于下表：2.3.4 缸筒的计算2.3.4.1 液压缸的效率油缸的效率 由以下三种效率组成图表上文已给出：=0.9m=1v=0.9d所以总效率为 0.8。2.3.4.2 液压缸缸径的计算图表上文已给出=4410KN01F=0.7=0.8P=35MP本次设计中液压缸负载为推力，根据式 23.31 得到内径：D1=400.73mm缸径可以取为 450mm。192.3.4.3 流量的计算液压缸流量根据下式计算图表上文已给出：设计要求中给定了活塞的平均速度：=0.6m/min=0.01m/smv而活塞的面积：= =0.1590m2 （实际上这个值可以从手册里面查到）1A2×/4D容积效率：=1v根据式 23.125 得到活塞杆外推时的流量：=1.59L/s1q因为只使用外推方向，所以回程方向的流量从略。2.3.5 缸筒壁厚的计算缸筒壁厚可以使用下式进行计算：根据缸径查手册预取 =3此时 /D1=3/360=0.0375 0.08满足使用薄壁缸筒计算式的要求，下面利用上式来计算：最高允许压力一般是额定压力的 1.5 倍，根据给定参数 P=35MP，所以：=35 1.5=52.5MPmaxP20许用应力在选取材料的时候给出： = /n=1000/5=200MPb根据式 23.33 得到壁厚：=58.725mm为保证安全，取壁厚为 60mm。2.3.6 缸筒壁厚的验算下面从以下三个方面进行缸筒壁厚的验算：根据式 23.37 得到：56.52MPnP显然，额定油压 P=35MP，满足条件；先根据式 23.310 得到：=118.36MPPL再将得到结果带入 23.39 得到：44.47MPn显然，额定油压 P=35MP，满足条件；21因为 =1000MP 已经在选择缸筒材料的时候给出，根据式 23.312 得到：b=107.42MPEP至于耐压试验压力应为：=1.5 P=52.5MPT依据为：因为爆裂压力远大于耐压试验压力，所以完全满足条件。以上所用公式中各量的意义解释如下：式中 D3主筒缸内径D4主筒缸外径Pn液压缸额定压力Ppl缸桶发生完全塑性变形的压力PT液压缸耐压试验压力P E液压缸发生爆缸压力b缸筒材料抗拉强度s缸筒材料屈服强度E缸筒材料的弹性模塑v缸筒材料的泊松系数222.3.7 缸筒的加工要求缸筒内径 D 采用 H7 级配合，表面粗糙度 为 0.2，需要进行研磨；aR热处理：调制，HB 240；缸筒内径 D 的圆度、锥度、圆柱度不大于内径公差之半；刚通直线度不大于 0.05mm；油口的孔口及排气口必须有倒角，不能有飞边、毛刺；在缸内表面镀铬，外表面刷防腐油漆。2.4 活塞设计2.4.1 活塞结构的设计活塞分为整体式和组合式，组合式制作和使用比较复杂，所以在此选用整体式活塞，形式如下图：此整体式活塞中，密封环和导向套是分槽安装的。2.4.2 活塞的密封选用 Yx 型圈，聚氨酯和聚四氟乙烯密封材料组合使用，可以显著提高密封性能：(1)、降低摩擦阻力，无爬行现象；(2)、具有良好的动态和静态密封性，耐磨损，使用寿命长；23(3)、安装沟槽简单，拆装简便。这种组合的特别之处就是允许活塞外园和缸筒内壁有较大间隙，因为组合式密封的密封圈能防止挤入间隙内，降低了活塞与缸筒的加工要求。2.4.3 活塞的材料选用高强度 35CrMo。2.4.4 活塞的尺寸及加工公差选择活塞厚度为活塞杆直径的 0.5 倍，因为活塞杆直径是 170mm（这个在后面的活塞杆设计中会给出解释） ，所以活塞的厚度为 85mm。活塞的配合因为使用了组合形式的密封器件，所以要求不高，这里不加叙述。活塞外径对内孔的同轴度公差不大于 0.02mm，断面与轴线的垂直度公差不大于0.04mm/100mm，外表面的圆度和圆柱度不大于外径公差之半。2.5 活塞杆的设计2.5.1 活塞杆杆体的选择此次设计选用的是实心杆件，形式如下图：242.5.2 活塞杆与活塞的连接形式此次设计采用的是锁紧螺母型连接，如下图：2.5.3 活塞杆材料和技术要求(1)、因为没有特殊要求，所以选用 35CrMo 作为活塞杆的材料，本次设计中活塞杆只承受压应力，所以不用调制处理，但进行淬火处理是必要的，淬火深度可以在 0.51mm 左右。(2)、安装活塞的轴颈和外圆的同轴度公差不大于 0.01mm，保证活塞杆外圆和活塞外圆的同轴度，避免活塞与缸筒、活塞杆和导向的卡滞现象。安装活塞的轴间端面与活塞杆轴线的垂直度公差不大于 0.04mm/100mm，保证活塞安装不产生歪斜。(3)、活塞杆外圆粗糙度 选择为 0.3aRm(4)、因为是运行在低载荷情况下，所以省去了表面处理。2.5.4 活塞杆的计算活塞杆直径的计算d =0.1626m4F 取 170mm 元整252.6 自锁装置设计2.6.1 自锁机构现象的定义1.自锁现象 tanb=F/N=fN/N=f 此式表明：摩擦角 b 的正切等于静摩擦因数。 如果作用于物体的主动力的合力 Q 的作用线在摩擦角之内，则无论这个力怎样大，总有一个全反力 R 与之平衡，物体保持静止；反之，如果主动力的合力 Q 的作用线在磨擦角之外，则无论这个力多么小，物体也不可能保持平衡。这种与力大小无关而与摩擦角有关的平衡条件称为自锁条件。物体在这种条件下的平衡现象称之自锁现象。物块平衡时，静摩擦力不一定达到最大值，可在零与最大值之间变化，所以全约束力与法线间的夹角 也在零与摩擦角之间变化。推理:由于静摩擦力不可能超过最大值，因此全约束力的作用线也不可能超出摩擦角以外，即全约束反力必在摩擦角之内。由此可知： （1）如果作用于物块的全部主动力的合力的作用线在摩擦角之内，则无论这个力怎样大，物块必保持静止。称这种现象为 自锁现象 。因为在这种情况下，主动力的合力 与法线间的夹角 ，因此，主动力的合力 的作用线必在摩擦角之内，而全约束力的作用线也在此摩擦角之内，主动力的合力 和全约束力 必能满足二力平衡条件，如图所示，所以物块必静止。工程实际中常应用自锁原理设计一些机构或夹具，如千斤顶、压榨机、圆锥销等，使它们始终保持在平衡状态下工作。 （2）如果全部主动力的合力 的作用线在摩擦角 之外，则无论这个力怎样小，物块一定会滑动。因为在这种情况下，全部主动力的合力 的作用线已在摩擦角之外，全约束力的作用线不可能出现在摩擦角之外，不能满足二力平衡条件，如图所示，26所以物块不会静止。应用这个道理，可以设法避免发生自锁现象。 利用摩擦角的概念，可用简单的试验方法，测定静摩擦因数。如图所示。 把要测定的两种材料分别做成斜面和物块，把物块放在斜面上，并逐渐从零起增大斜面的倾角 ，直到物块刚开始下滑时为止。记下斜面倾角 ，这时的 角就是要测定的摩擦角 ,其正切就是要测定的摩擦因数。理由如下：由于物块仅受重力和全约束力作用而平衡，所以重力与全约束力应等值、反向、共线，因此必沿铅直线，重力与斜面法线的夹角等于斜面倾角 。而当物块处于临界状态时，全约束力与法线间的夹角等于摩擦角 ，也即 =。所以摩擦因数为。下面讨论斜面的自锁条件，即讨论物块 A 在铅直载重 的作用下(上图)，不沿斜面下滑的条件。由前面分析可知，只有当时，物块不下滑，即斜面的自锁条件是斜面的倾角小于或等于摩擦角。 斜面的自锁条件就是螺纹 (图 a)的自锁条件。因为螺纹可以看成为绕在一圆柱体上的斜面，如图 b 所示，螺纹升角 就是斜面的倾角，如图 c 所示。螺母相当于斜面上的滑块 A，加于螺母的轴向载荷，相当于物块 A 的重力，要使螺纹自锁，必须使螺纹的升角 小于或等于摩擦角 。因此螺纹的自锁条件也是 。考虑到本次设计的实际情况，需自锁位置较灵活，所以选用斜面角小于当量摩察角原理进行自锁。2.6.2 自锁机构选取考虑到本次设计的实际情况，需自锁位置较灵活，所以选用斜面角小于当量摩察角原理进行自锁。由于轴向空间有限，自锁装置安放至液压缸两侧，以节约轴向空间，增大液压缸长度从而起到增加行程节省空间的目的，如下为自锁装置剖视图：27两中间滑动部件倾角为 1：10 小于 0.15 的摩擦系数，以达到自锁的效果2.3.3 材料选取及加工工艺机构整体均选用 45 号钢制造，并进行调制处理。调质处理：淬火后高温回火的热处理方法称为调质处理。高温回火是指在 500-650之间进行回火。调质可以使钢的性能，材质得到很大程度的调整，其强度、塑性和韧性都较好，具有良好的综合机械性能。调质处理后得到回火索氏体。回火索氏体(tempered sorbite)是马氏体于回火时形成的，在在光学金相显微镜下放大500600 倍以上才能分辨出来，其为铁素体基体内分布着碳化物（包括渗碳体）球粒的复合组织。它也是马氏体的一种回火组织，是铁素体与粒状碳化物的混合物。此时的铁素体已基本无碳的过饱和度，碳化物也为稳定型碳化物。常温下是一种平衡组织。热处理/|正火: 850热处理/|淬火: 840热处理/|回火: 600力学性能|b/MPa: 600力学性能|s/MPa: 355力学性能|5(%): 1628力学性能|(%): 40力学性能|AKU/J: 392.6.4 自锁装置侧板强度校核本校核使用 UG NX6.0 进行有限元分析。有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件） ，从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。 有限元是那些集合在一起能够表示实际连续域的离散单元。有限元的概念早在几个世纪前就已产生并得到了应用，例如用多边形（有限个直线单元）逼近圆来求得圆的周长，但作为一种方法而被提出，则是最近的事。有限元法最初被称为矩阵近似方法，应用于航空器的结构强度计算，并由于其方便性、实用性和有效性而引起从事力学研究的科学家的浓厚兴趣。经过短短数十年的努力，随着计算机技术的快速发展和普及，有限元方法迅速从结构工程强度分析计算扩展到几乎所有的科学技术领域，成为一种丰富多彩、应用广泛并且实用高效的数值分析方法。有限元方法与其他求解边值问题近似方法的根本区别在于它的近似性仅限于相对小的子域中。20 世纪 60 年代初首次提出结构力学计算有限元概念的克拉夫（Clough）教授形象地将其描绘为：“有限元法=Rayleigh Ritz 法+分片函数” ，即有限元法是 Rayleigh Ritz 法的一种局部化情况。不同于求解（往往是困难的）满足整个定义域边界条件的允许函数的 Rayleigh Ritz 法，有限元法将函数定义在简单几何形状（如二维问题中的三角形或任意四边形）的单元域上（分片函数） ，且不考虑整个定义域的复杂边界条件，这是有限元法优于其他近似方法的原因之一。45 号刚性能如下：泊松比 0.269密度 7890KG/m3杨氏模量 209GP最大受力为 1102.5 KN以下为变形位移图：29上图所示最大位移为 0.1787*10-3mm ，变形量很小不会对机构造成任何影响2.7 焊接强度校核2.7.1 底盖焊接强度校核焊接过程中，工件和焊料熔化形成熔融区域，熔池冷却凝固后便形成材料之间的连接。这一过程中，通常还需要施加压力。焊接的能量来源有很多种，包括气体焰、电弧、激光、电子束、摩擦和超声波等。19 世纪末之前，唯一的焊接工艺是铁匠沿用了数百年的金属锻焊。最早的现代焊接技术出现在 19 世纪末，先是弧焊和氧燃气焊，稍后出现了电阻焊。20 世纪早期，随着第一次和第二次世界大战开战，对军用器材廉价可靠的连接方法需求极大，故促进了焊接技术的发展。今天，随着焊接机器人在工业应用中的广泛应用，研究人员仍在深入研究焊接的本质，继续开发新的焊接方法，以进一步提高焊接质量。采用 J107Cr 焊条进行焊接J107Cr 是低氢钠型药皮的低合金高强钢焊条,采用直流反接，可进行全位置焊接。30适用于焊接抗拉强度大于 980Mpa 级的低合金高强度钢结构。如 30CrMnSi、 35CrMo 等。 熔敷金属化学成分(%) 化学成分 C Mn Si S P Mo Cr V 保证值 0.15 1.00 0.30.7 0.035 0.035 0.400.80 1.502.20 0.080.16 熔敷金属力学性能 试验项目 Rm(MPa) ReL 或 Rp0.2(Mpa) A(%) KV2(J) 保证值 980 880 12 (常温) 一般结果 9901080 900 1523 27 熔敷金属扩散氢含量: 5.0ml/100g(色谱法或水银法) X 射线探伤: 级 参考电流(DC+) 焊条直径(mm) 3.2 4.0 5.0 焊接电流(A) 80130 130180 160200 注意事项:1.焊前焊条须经 350-400烘焙 1h，放在 100-150保温箱内，随用随取。2.焊件必须清除铁锈及脏物，焊件预热至 300左右。3. 焊后焊件应进行调质处理，经 880油淬及 520回火空冷，以消除焊件的残余应力和促进组织的均匀化。 焊接形状为圆环，截面如下图故用如下公式校核31=255Mpa 900Mpa所以强度合格2.7.2 中间轴销焊接强度校核焊接形状为圆环，截面如下图故采用如下公式校核=360.91Mpa 900Mpa 所以强度合格322.8 制定液压系统基本方案2.8.1 制定调速原则液压执行元件确定之后，其运动方向和运动速度的控制是拟定液压回路的核心问题。方向控制用换向阀或逻辑控制单元来实现。对于一般中小流量的液压系统，大多通过换向阀的有机组合实现所要求的动作。对高压大流量的液压系统，现多采用插装阀与先导控制阀的逻辑组合来实现。速度控制通过改变液压执行元件输入或输出的流量或者利用密封空间的容积变化来实现；相应的调速方式有节流调速、容积调速以及二者的结合容积节流调速。（1）节流调速一般采用定量泵供油，配以溢流阀，用流量控制阀改变输入或输出液压执行元件的流量来调节速度。此种调速方式结构简单。由于这种系统必须用溢流阀溢流恒压，有节流损失和溢流损失，故效率低，发热量大，用于功率不大的场合。（2）容积调速是靠改变变量泵或变量马达的排量来达到调速的目的。其优点是没有溢流损失和节流损失，效率较高。但为了散热和补充泄漏，需要有辅助泵。此种调速方式适用于功率大、运动速度高的液压系统。（3）容积节流调速一般是用变量泵供油，用流量控制阀调节输入或输出液压执行元件的流量，流量控制阀是泵的负载，使泵的供油量与需油量相适应。此种调速回路效率也较高，速度稳定性较好，但其结构比较复杂。节流调速又分别有进油节流、回油节流和旁路节流三种形式。进油节流起动冲击较小，回油节流常用于有负值负载的场合，旁路节流多用于高速。调速回路一经确定，回路的循环形式也就随之确定了。节流调速一般采用开式循环形式。在开式系统中，液压泵从油箱吸油，压力油流经系统释放能量后，再排回油箱。开式回路结构简单，散热性好，但油箱体积大，容易混入空气。容积调速大多采用闭式循环形式。闭式系统中，液压泵的吸油口直接与执行元件的排油口相通，形成一个封闭的循环回路。其结构紧凑，但散热条件差。 332.8.2 制定压力控制原则液压执行元件工作时，要求系统保持一定的工作压力或在一定压力范围内工作，也有的需要多级或无级连续地调节压力，一般在节流调速系统中，通常由定量泵供油，用溢流阀调节所需压力，并保持恒定。在容积调速系统中，用变量泵供油，用安全阀起安全保护作用。需要无级连续地调节压力时，可用比例溢流阀。在有些液压系统中，有时需要流量不大的高压油，这时可考虑用增压回路得到高压，而不用单设高压泵。液压执行元件在工作循环中，某段时间不需要供油，而又不便停泵的情况下，需考虑选择卸荷回路。在系统的某个局部，工作压力需低于主油源压力时，要考虑采用减压回路来获得所需的工作压力。2.8.3 制定顺序动作原则主机各执行机构的顺序动作，根据设备类型不同，有的按固定程序运行，有的则是随机的或人为的。工程机械的操纵机构多为手动，一般用手动多路换向阀控制。加工机械的各执行机构的顺序动作多采用行程控制，当工作部件移动到一定位置时，通过电气行程开关发出电信号给电磁铁推动电磁阀或直接压下行程阀来控制接续的动作。行程开关安装比较方便，而用行程阀需连接相应的油路，因此只适用于管路联接比较方便的场合。另外还有时间控制、压力控制等。例如液压泵无载启动，经过一段时间，当泵正常运转后，延时继电器发出电信号使卸荷阀关闭，建立起正常的工作压力。压力控制多用在带有液压夹具的机床，挤压机、压力机等场合。当某一执行元件完成预定动作时，回路中的压力达到一定的数值，通过压力继电器发出电信号或打开顺序阀使压力油通过，来启动下一个动作。2.8.4 选择液压动力源液压系统的工作介质完全由液压源来提供，液压源的核心是液压泵。节流调速系统一般用定量泵供油，在无其他辅助油源的情况下，液压泵的供油量要大于系统的需油量，多余的油经溢流阀流回油箱，溢流阀同时起到控制并稳定油源压力的作用。容积调速系统多数是用变量泵供油，用安全阀限定系统的最高压力。34为节省能源提高效率，液压泵的供油量要尽量与系统所需流量相匹配。对在工作循环各阶段中系统所需油量相差较大的情况，一般采用多泵供油或变量泵供油。对长时间所需流量较小的情况，可增设蓄能器做辅助油源。油液的净化装置是液压源中不可缺少的。一般泵的入口要装有粗过滤器，进入系统的油液根据被保护元件的要求，通过相应的精过滤器再次过滤。为防止系统中杂质流回油箱，可在回油路上设置磁性过滤器或其他型式的过滤器。根据液压设备所处环境及对温升的要求，还要考虑加热、冷却等措施。2.9 绘制液压系统原理图整机的液压系统原理图由拟定好的控制回路及液压源组合而成。各回路相互组合时要去掉重复多余的元件，力求系统结构简单。注意各元件间的联锁关系，避免误动作发生。要尽量减少能量损失环节，提高系统的工作效率。为便于液压系统的维护和监测，在系统中的主要路段要装设必要的检测元件(如压力表等) 。大型设备的关键部位，要附设备用件，以便意外事件发生时能迅速更换，保证主机连续工作。各液压元件尽量采用国产标准件，在图中要按国家标准规定的液压元件职能符号的常态位置绘制。对于自行设计的非标准元件可用结构原理图绘制。35系统图中应注明各液压执行元件的名称和动作，注明各液压元件的序号以及各电磁铁的代号，并附有电磁铁、行程阀及其他控制元件的动作表。液压系统中使用的油管有钢管、紫铜管、尼龙管、朔料管、橡胶管等。必须依其安装位置、工作条件和工作压力来正确使用。因系统额定压力为 35MPa，故选用耐高压的钢管。36结束语毕业设计是我们学生在学习道路上致关重要的一课，它不仅考查我们学习对基础知识的掌握程度，同时也考查我们的创新思维。毕业设计让我们从多年学习知识为主的学习生活转变到运用知识的设计工作上。这次毕业设计使我们运用知识的能力得到充分发挥，为我们所学的知识提一个应用的平台。在这几个月的毕业设计学习生活当中，我需要面对着各种未知的困难和挑战。毕业设计是一条曲折的道路，尽管步履维艰困难重重，我仍然坚信我能在这条路上坚持到底。最初让我感到迷茫的是，我们未曾接触设计题目相关方面的内容，换句话说，在这方面的内容基本是一片空白一无所知。在这样没有充分认识和了解的基础上来设计液压顶推装置方面的机械，确实让人无从入手。当然有困难说明我们知识欠缺，所以接下来的几周我们通过各方面的了解和认识，如网络上查找相关的文章，但是由于国内有关方面的技术也不是很成熟，加上国内许多方面的知识产权都加以保护，所以我们能够了解到的信息并不全面。仅仅是一些基本知识，对我们的毕业设计来说就是九牛一毛而已。正因为国内的相关方面的技术有限，我们转投去查阅国外的相关文献资料，这让我们有了以意外的收获，令我们惊叹的是国外相关的资料真实多如牛毛，数不胜数。介绍比较全面，思路清晰，比较容易让人了解其设计过程。不过，国外的相关文献都是原版的英文文件，这让我们阅读起来有一定的困难。通过一些翻译之类的工具，还是能够读懂其大略的意思。对这方面相关知识有所了解以后，我们发挥了我们的创新思维，为设计属于自己劳动成果的液压顶推装置打下基础。尽管设计的水平有限，但我们已经努力去付出了。在此期间，我们的设计过程并非一帆风顺的走下去，经历了许多坎坷和波折。也许，一个小小的错误会让你从零开始，前功尽弃。虽然现实是残酷的，但是我们决不能放弃，我们需要的是不屈不挠的精神。尽管从零开始，并不意味这我们失去了一切，虽然我们的设计任务从零开始，但是我们之前所收获的知识确实一分未减，之前的失败能让我们不在犯相同的错误，让我们更顺利的走向成功。在这次设计过程中，我深深的体会到团队力量是强大的。在与同学的沟通与交流之中我增长了不少见识。你遇到的苦难也许你无法顺利解决它，但是在团队的协作，共同探讨之下很多困难都能迎刃而解。而且，我的设计过程中有所错误，也能37够在团队合作的情况下及时发现，提高了设计的准确性。经过此次毕业设计，我敢于正视面前的困难，有困难就有解决的方法。逃避只会让你迷失方向，不知所措，只有敢于正视困难，发挥你的聪明才智来找到解决困难的方法，你才会感觉到有所收获。做设计是基于前人的理论知识，来让我们进行创新改造。只有不断的创新设计才有生命活力。38致 谢在本次毕业设计的写作过程中，我的指导老师丁黎光老师一直给予我很大的帮助和支持。丁老师担任很多学生的毕业设计指导工作，教学任务繁忙，为此他不得不抽出自己的休息时间。在设计辅导时，丁老师始终保持着严谨客观的态度，让我们积极思考问题，发挥创新思维，并告诉我们写论文要循序渐进，查找资料要有针对性。丁老师治学严谨，待人宽厚，高深的理论水平及新颖的见解和独特的思路，使我深受启迪，收益颇深。在此表示深深的谢意!此外，还要感谢毕业实习过程共带领我们的工人师傅们，没有他们的帮助我们的实习就不能顺利的进行。感谢与我一起共同学习的同学。与同学的交往使我充分地感受到他们对生活的热爱、对学业的孜孜追求，这些都成为我不断努力的动力。与他们的讨论和交流拓宽了我的知识面，同时也为我毕业设计的写作提供了许多有益的启发。