基于SolidWorks液压式千斤顶的设计与运动学分析(全套含CAD图纸和三维模型)
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液压式
千斤顶
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林 专业班级:32011060405 指导教师:刘艳华摘要随着社会技术的发展和人们生活水平的提高,千斤顶在人们日常生活工作中越来越重要,可以说千斤顶已经成了人们出行最依赖的好伙伴,是人们汽车维修的好帮手,它指引我们找到最需要的东西。为了解决现市场上液压千斤顶价格昂贵、体积大,不能广泛适用于普通家庭等问题,本设计论述了一种高效、便捷的小型液压千斤顶,主要具有便于携带、使用方便的特点。其主要由液压回路、大小液压缸、执行元件,三大部分组成。本设计通过千斤顶的原理对其结构进行设计,将千斤顶与实际生活相结合。论文详细论述了该液压千斤顶的功能设计、结构设计、运动和受力分析、材料选用和校核等,并利用维设计软件对零件进行建模,完成液压千斤顶的三维造型和运动仿真。用成千斤顶的运动学仿真分析。本设计功能全面、设计人性化、系统稳定、并且设备安全可靠度高,操作简单,适用于广大普通家庭,为家庭日常生活带来了大大的便利。关键词:结构设计;液压回路;维建模;动学分析of s to of on to t of of of of be in of D of 3D of 言.课题背景.液压式千斤顶的介绍.液压式千斤顶的现状.设计方法.设计内容和预期成果.工作原理的分析与结构简介.总体设计方案.方案对比.方案的确定.液压千斤顶的总体设计参数.大液压缸设计.小液压缸的设计.活塞杆及手柄的设计.油箱(外管)及油管的设计.液压控制阀的设计.仿真软件.液压千斤顶.仿真结果分析.浪费人力,十分的不合理,也不能满足人们需求,随着中国的建设,铁路的快速发展,汽车维修等行业对千斤顶的要求也越来越高,同样随着市场竞争不断的加剧,用户需求不断的变化,为了顺应用户的需要,对千斤顶设计质量的要求也越来越高。在工程中,液压千斤顶被广泛应用并且逐渐取代旧地机械千斤顶。现在不仅要满足用户喜好,还要满足市场的需求,不仅要求重量轻,携带方便,外形美观,使用可靠,而且还将进一步的自动化,乃至在不久的将来实现智能化的要求。液压千斤顶技术不断发展都或多或少地对相关行业正常运转与工产生了一些影响。液压千斤顶集适用性、代表性以及实用性于一体,是一种在日常生活中最常见的便携式千斤顶。同时经过对液压千斤顶内部结构和工作原理的研究,以及用得我对千斤顶有了进一步的了解,使我能够更加科学合理的应用液压千斤顶。通过在学校为期四年的学习生活,我对机械设计和液压传动方面有了一定了解,此次毕业设计正是检验我学习成果的最佳舞台。为机械和液压式两类。而机械式分为齿条式、螺旋式,因为他们的操作非常的费劲,能量小,通常只用于机械维修,不适用于桥梁维修,由于构造十分的紧凑以及工作十分平稳并且具有自锁的功用,因此液压式千斤顶慢慢开始普及。液压千斤顶的弊端是起重高度十分有限,起升的速度也十分缓慢。主要作为车辆维修及其它支撑、起重等工作用于交通运输、厂矿等部门。液压千斤顶的结构轻巧耐用,灵活可靠,且操作可以由一个人进行。对于由最高质量的铸造材料铸造的千斤顶已经成为了一种广泛使用的工具,并且确保质量和千斤顶寿命。国,德国和其他国家,逐渐成熟以及逐步发展过程中由于其耐腐蚀、耐高温、高强度、细面,100%的回收率等无与伦比的良好的性能,广泛应用于各个领域,逐渐走进了人们的日常生活中,被越来越多的人们所接受。在中国千斤顶行业起步相对于欧美国家较晚一些,从1949年到改革开放前夕,千斤顶只是作为我国一些少部分行业的主力军,是他们日常工作中的必需品。由于历史的缘故,直 1979到 年我国才开始接触到和其他发达国家同类的卧式千斤顶。但在 年90代以后,中国的千斤顶产业进入快速和可持续发展时期,对千斤顶需求的增速远远超过了我们的想象,而我国也成为了继美国、英国、德国和其他欧美国家千斤顶生产增速最快以及消费量最大的国度之一。上世纪90年代末,我国一些优秀企业经过从国外学习和引进千斤顶的技术,实现了同其他发达国家相同的千斤顶流水生产线并加入了自己的东西,至此,我国的千斤顶技术已经相当的成熟稳定,和国际接轨。千斤顶生产初具规模,与国外的差距在不断缩小。通过几十年的成长,中国的千斤顶在一些方面已经超过了其他国家生产的同类千斤顶,而且快速的进入了欧美市场并占据了一席之地。【5】现在,由于自动化技术和用户的概念需求的快速变化和发展,促使千斤顶走向智能化,时尚化,轻巧化,方便用户开发的方向。过网络搜集相近产品的设计资料,然后根据现有的资料,结合所了解的千斤顶结构图。在在积极的努力和指导老师的指导下完成液压式千斤顶的设计。通过与现有的类似结构进行类比,确定液压千斤顶的结构,再对其进行充分的讨论,保证其机械性能满足要求。具体设计步骤如下:压式的千斤顶是起重高度不能低于1于结构紧凑以及工作平稳并且具有自锁作用,所以被人们广泛的使用。但其起重高度有限,起升速度慢,这些都是需要考虑的,只有对其有了深入的研究,才能设计出适用的产品。液压式千斤顶进行结构设计和对各部分进行受力分析,对液压传动部分进行优化,通过得设计出的液压成都理工大学2015届学士学位论文3式千斤顶具有体型小、便于携带、运输和使用效率得到提高等特点。最后与导师交流汇总,结合老师的经验意见敲定最终方案并撰写毕业设计论文。据人们使用时所需的功能并参考市面上的千斤顶然后对液压式千斤顶进行结构设计,画出千斤顶的关键机构和连接部分的草图。然后利用论其合理性,形成千斤顶的初期模型。再根据老师的意见修改不合理的地方。确定了各个部件的设计方案后借助导师的指导下对其进行分析和设计、分析应力、计算尺寸、校核材料等。画出三维模型,确定各部分的最优方案。最后与老师交流,得到最终设计结果。捷、安全、使用寿命长的液压式千斤顶。作简单,价格实惠。构设计,产品的装配和运动仿真。作原理图、结构装配图、零件图等用证零件在其安全使用范围内,使其成为简单、安全、使用寿命长的液压式千斤顶。软)。作原理的分析与结构简介经调查资料,液压式千斤顶结构原理图如下:图2012作时通过上移手1 柄使3小活塞向上运动从而形成局部真空,油液从12储液池通过活门3被吸入小油缸,然后下压手柄使3小活塞下压,把小油缸内的液压油通过6液压活门压入9高压液缸内,从而推动8大活塞上移,反复动作顶起重物。使用完毕后扭转11放液阀,连通9高压液缸和12储液池,油液直接流回储液池,此时8大活塞下落,大活塞下落速度取决于放液阀的扭转程度。液压千斤顶的结构主要包括两个部分,即机械部分以及液压系统部分。机械部分为手柄组成的固定机构,而液压系统部分则主要由动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件以及工作介质等五个部份构成。(1)动力元件主要由油泵构成,他把液压系统中液体本身的机械能量转换为液压能直接利用了原动机的原理,是整个液压传动过程中最核心地部份。成都理工大学2015届学士学位论文6(2)执行元件主要由液压缸组成,它能够把液压系统中液体本身的液压能量转换为机械能量,执行元件中的液压缸是作直线运动的。(3)控制元件主要控制组件包括三个,他们分别为压力阀、方向阀以及流量阀,主要作用是能够根据无级调节液压发动机的运转速度,控制并调节液压回路系统中液体地压力、流向以及流量。(4)辅助元件就是除了动力元件、执行元件和控制元件外的其余元件我们统称为辅助元件,它们的存在也十分的重要,是不可或缺的一部分。(5)工作介质是指液压油,是转换液压系统中液体能量地介质。体设计方案经过调查发现市场上的千斤顶主要有充气、电动、剪式、爬猴杆以及液压千斤顶,它们应用都比较广泛,但优缺点各有不同,适用的场合也不同。本设计主要是设计液压式千斤顶,由于工作原理已经确定,所以将进行执行元件即液压缸方案对比选择。液压缸是实现千斤顶直线往复运动,液压缸地种类多种多样,它的结构形式主要分为三种,即活塞缸、柱塞缸以及伸缩缸。其中活塞缸和柱塞缸又分别分为双杆和单杆,根据液压千斤顶工作原理我们这里只讨论单杆活塞缸和单杆柱塞缸,而双杆缸和伸缩缸不讨论。了让两腔有效工作面积不相等,所以在两腔分别输入相同流量的情况下,活塞的往复运动速度不相等。它的安装也有缸成都理工大学2015届学士学位论文7筒固定和活塞杆固定两种类型,进出口的布置取决于安装方式;但是工作台移动范围通常为活塞有效面积行程地两倍。它的特点是:属于普通连接时,来回运动速度与力不相同,属于差动连接时,可以实现快进,当 d (d、差动连接的来回速度和力相同,常常用于液压设备。方案想实现反向运动,则需要依靠外部力量,柱塞运动的时候,由导向套导向,特别适用于长行程的场合。它的特点是:只能实现同一个方向的运动,适合长行程的设备,由于工作时柱塞总是受压,所以具有良好的工艺性和足够的刚度保证在工作过程中不出现损坏的情况。而且制造成本低廉,自身质量较大,常常垂直使用。且活塞缸结构比方案作更方便,制造容易;而活塞缸能靠自身重量或者外力回程较第一种方案的能耗更少,能够实现液压千斤顶的往复运动,可避免使用减速机,并且在整个传动过程中没有传动间隙,由于活塞缸的运动平稳,于是被广泛应用于各类机械液压系统中。柱塞缸一般适用于行程较长的场合,而活塞缸较柱塞缸质量较小,行程并不需要太大,考虑得到本设计是便携式液压千斤顶,质量较小,行程短等特点。所以选择方案1更加合理一些。以看出方案1更加合理,因此选择方案n(T) 最低高度H(升高度(手柄操作力 (N)2 300 100 400液压千斤顶的三维模型如图22压式千斤顶工作时通过向上移动手柄使小液压缸内的小活塞也跟着手柄向上运动来产生局部的真空,液压油从储液池通过阀吸入小液压缸,然后再对手柄施加一个向下的力,手柄带动小活塞向下压,所以小液压缸内的液压油通过液压回路和活门被压入了大液压缸内,缸内的液压油慢慢增多从而推动大液压缸内的大活塞向上移,重复此系列动作就能做到顶升重物的效果。手柄小活塞大活塞大液压缸 小液压缸储液池成都理工大学2015届学士学位论文10第3章液压千斤顶结构设计液压千斤顶的结构设计主要包括大液压缸的设计、小液压缸的设计、手柄和活塞杆的设计、油箱管道以及油箱的设计和液压控制阀的设计这五个部分。设计过程中严格按照机械设计手册进行设计,使设计出的液压千斤顶合理可靠。)液压缸工作负载的计算惯性力: 667060/5()9600( (设其杆上升的速度为5m/s)故总负载力为: 56671667400020000 (2)液压缸工作压力的选定通过计算得到总负载力查表得工作负载力R 30000 之3)液压缸的推力和流量计算大液压缸的推力计算在确定液压缸的基本参数,大液压缸的实际工作推力=) (3载(N) 10要对活塞杆进行稳定性验算:式中,液压缸稳定临界力P:液压缸最大推力成都理工大学2015届学士学位论文12稳定性安性系数,取2至4由活塞杆计算柔度 :安装形式系数,塞杆长度A:活塞杆的横截面积, 4 (310) 所以,当 21 为柔度系数 2 等于10,你只需要检查活塞杆的强度。则按压缩强度计算: 2 10355)4/(25667/ 以取 08 。(6)液压缸壁厚的确定一般用于液压缸低压系统的薄壁圆筒壁厚,你可以用下面的公式:)63()2/( )( 上式2为液压缸缸壁的厚度,试验压力当额定压力 6 时, %150 6 时, %125 压缸内径 a), o 全系数,一般取n=5由 ,所以用 6 ,3%150 成都理工大学2015届学士学位论文13由上述已算出D=147101205/600/ 01202/()2/( 66 所以液压缸壁厚度为 。(7)缸底和缸盖的计算缸底厚度的计算对于大缸底有油孔的: )73)(02 22 式中h缸底的厚度(D 缸底止口内径(缸内最大工作压力 )10( 6 材料许用应力 )10( 6d 缸底开口的直径(以 。035510)20147( )10147(3 236 缸盖厚度液压缸缸盖厚度取 接的方式:为了方便简单,通过焊接把液压缸的缸低和液压缸的缸盖都焊接在缸体上。(8)液压缸长度L 的计算 638214720 通过上面的式子可以得到液压缸的长度0。所以,到L=300都理工大学2015届学士学位论文14(9)进出油口尺寸的确定由液压缸油管内平均压力管道内的最大平均流速控制在4到5m/度过大会形成损失,还可能会使液压回路的效率大大降低,但没有杂音、腐蚀以及震动,所以,液压缸进出的油口不要太小,但同事也必须考虑结构性的问题,因此法兰接头选用20毫米来进行设计。综上所述,可以得到大液压缸地基本参数如下所示表3参数表缸大 综液压大活塞杆的直径(d) 大液压缸筒的外径(进出油口接头压力(19600N) (公称直径(接头连接大缸筒内径147(108 163 20 0)大液压缸结构设计最小导向长度的确定HL/20+D/2式中,H:最小导向长度(m)L:液压缸最大工作行程(m)D:液压缸内径(m)所以 H0+=m)取H=120塞与缸体的密封方式活塞与缸体选用的密封方式为构简单,安装方便,占用空间小,使用范围广泛,适用于当前所选系统工作压力。都理工大学2015届学士学位论文15图31)32)材料和技术要求成都理工大学2015届学士学位论文16零件的材料和技术要求如下表所示。表3料 技术要求缸体 无 45缝 号缸 表面采用镀铬3050毫米。缸盖 45号钢 2、3以 (3D=14800207 =222箱外管的壁厚和大液压缸的壁厚相同都取 ,所用材料也与大小液压缸选用的材料相同。)方向控制阀方向控制阀是分配液压系统的能量用来控制液压系统中液压油液流动地方向,成都理工大学2015届学士学位论文24他分为单向阀和换向阀两种,而单向阀又被分为了普通单向阀、液向控单阀两种。(2)普通单向阀普通单向阀的概念是一种可以使千斤顶液压油液能在同一个方向流动但不被允许其在反方向流动的单向阀。液压千斤顶中的液压油从图中的左边时为了克服弹簧地短管3作用在阀芯2上的力,使得阀 2芯 开始朝图中右边方向移动,此时当我们打开阀口,液压油液开始从左边的 1P 端口流向右边的 2P 端口。当液压压力油液从右边压回路中液压的流体力和弹簧力以及压力将阀座阀芯阀口全部关闭,迫使液压油液不可能从中流过。1 2 a b 32 a)结构原理图 (b)图形符号1阀芯能够正常可靠复位,同时还可以减小在工作过程中的压力损失,弹簧 3 的刚度相对于其他部件较小,一般来说单向阀的开启压力只需要如过换上一个刚度相对较大地弹簧地话,阀的开启压力将会达到 这时单向阀就可以被用来当做背压阀来使用了)。(3)背压阀为了使液压缸的最高允许压力不大于 因此我们只需要在液压回成都理工大学2015届学士学位论文25路中的回油路上给他并联一个压力为 背压阀,此时只需将上面已经计算好的单向阀换上一个自身刚度相对较大的弹簧,以此来使阀的开启压力能够达到这样换上的弹簧就可以充当背压阀来使用了,所以,当液压缸的压力超出时候,背压阀就自动打开了泄荷,以此来使液压千斤顶的液压缸避免毁坏。成都理工大学2015届学士学位论文26第4章液压千斤顶常见的故障与维修液压式千斤顶作为现代生活中最常用的一种新型多用工具,适用范围十分广泛,它主要由油泵(执行元件)和顶(大活塞)组成,但是在使用的过程中常常会遇到一些问题,使液压千斤顶不能正常的使用。为了能让本次设计出的液压千斤顶达到最完美的使用效果,因此本章主要对液压千斤顶在使用过程中可能会出现的故障原因进行分析,并给出合理的维修应急处理方案。液压千斤顶比较常见的故障现象有如下几个:1、活塞不上升造成此故障的原因:可能是液压千斤顶里的油泵(执行元件)里没有供油,也有可能是千斤顶液压油缸的上下腔或者液控单向阀的左右腔密封损坏长生了间隙而造成了相通;维修处理方案:此时我们需要检修液压千斤顶的油泵,及时的调换、压力升高而活塞未见上升造成此故障的原因:可能是由于液压千斤顶的里液压回路管道与液压缸接头处有垃圾或者破损将整个液压回路系统给堵死;维修处理方案:此时我们应该马上停止液压千斤顶的工作,必要时对其进行拆开,通过检查液压千斤顶里的清洁接头看是否有不明物体堵塞或者调换已经损坏的零部件,再用压缩空气的装置吹净液压回路中软管等通道(如果没有压缩空气装置也可用其他的相似装置代替);3、顶起重物下降造成此故障的原因:可能是由于液压千斤顶液控单向阀内的密封垫损坏,也有可能是液压千斤顶密封元件长时间使用,磨损超过了本身承载的范围,产生了泄露,不能起支撑的作用造成被顶起的重物下降,这是在维修汽车时十分危险,我们要特别注意;维修处理方案:采取更换液压千斤顶已损坏的密封垫圈或者更换液压千斤顶的密封元件等方式,经过检查哪一部分损坏就直接更换哪一部分。这样就能够避免出现已经顶起的重物突然下降造成的损失。4、活塞起重降不下造成此故障的原因:可能是液压千斤顶在顶升重物的时候超过自身最大承载的重量成都理工大学2015届学士学位论文27或着偏载过大,液压千斤顶顶升重物的活塞发生了永久形变,造成活塞下降的路线被堵死,也有可能是单向阀的阀杆未将钢球推开,液压油液没有及时的卸荷,所以活塞起重以后不能下降下来。维修处理方案:及时的检修看是哪一部分出了问题,如果是活塞产生了形变就采取直接更换液压千斤顶活塞的方式,此时应立即停止千斤顶的工作,并排查清洁接头或调换零件,再用压缩空气装置吹干净液压回路里的管道,如吹不干净可直接调换单向阀阀杆。以上四个故障为液压千斤顶正常工作过程中最常见的故障(还有若干故障未全部列出),故障形成的原因以及维修处理方式都一一给出,希望能给大家提供一些帮助在我们使用液压千斤顶的过程中,通过故障的分析与维修的方式我认为在使用液压千斤顶的过程中我们不仅要了解液压千斤顶的工作原理以及内部构造,这样发生故障时才知道是哪一部分出了问题,同时还要了解千斤顶维修方法,做到知己知彼。在千斤顶发生故障的时候不会惊慌失措,能够自己解决,本章只是我个人针对本设计的一些建议,只有正确的使用千斤顶才能延长它使用的寿命。成都理工大学2015届学士学位论文28第5章液压千斤顶运动学分析与仿真通过对液压千斤顶进行运动学分析能够更加清晰的了解千斤顶的运动过程。由于液压式千斤顶的机械机构只有手柄部分,对其进行运动学分析没有代表性。故对液压式千斤顶的液压回路部分进行分析,通过移的变化来实现对千斤顶的运动学分析。真软件of 级工程系统仿真建模环境),是法国件提供了一个完整的系统工程设记平台,允许用户在同一平台上构建更复杂的主题领域的仿真系统模型,并在仿真的基础上计算和分析。尤其值得一提的是,压、气动、热、电和磁等域的元件库,不同领域的元件库可以相互进行连接,这为液压系统计算机仿真提供了强大的支持。【10】接可从里面调用液压元件进行建模,5、3号元件是用来模拟杠杆的手动泵,压动手柄的上下往复运动由输入正弦信号代替,4号液压缸元件用来模拟手动泵的泵体,5、6号单向阀元件是用来模拟排油阀以及吸油阀的,7号元件用来模拟截止阀,其开口度用一个信号8来进行控制;9用来模拟负载液;10用来模拟负载重物。性分析按钮,进行线性分析。运行一次看是否有错误,如果没有接下来右键单击需要设置参数的元件点塞缸直径)为147塞杆直径)为108压缸行程为 接下来设置其余的参数,重物质量2000压缸提供的压力为 输入模拟信号为1仿真分析结果手柄部分输入的模拟正弦信号如图5坐标则表示手柄的输入信号图5柄部分输入模拟正弦信号当千斤顶正常工作的时候,放油塞关闭,阀门开度为零。仿真图形如图所示图5真图形成都理工大学2015届学士学位论文32图5真结果按参数进行液压千斤顶的仿真分析,绘制的重物的速度图如图5坐标则表示重物起升的速度。图5坐标为重物的位移。图5度图图5移图从图5着横坐标时间的增长千斤顶上负载的重物被缓慢的抬起。并且速度保持稳定。真结果分析本章主要通过对液压千斤顶的液压回路模拟仿真,简要的介绍了软件的用法和液压回路的建立。结合液压千斤顶实际工作情况得出速度、位移仿真图。从液压千斤顶仿真速度和位移图可以看出,仿真结果趋于理想。通过中调出液压元件建立千斤顶液压回路模型并对其进行仿真模拟分析,说明分适用于千斤成都理工大学2015届学士学位论文33顶液压回路的仿真分析,在建模和仿真过程当中只要我们综合考虑到会出现的各类因素,找到液压系统中影响仿真结果的种种原因,就可以利用软件自带的真的结果可以作为此次毕业设计的重要参考,为以后的工作和实践提供了参考。成都理工大学2015届学士学位论文34第6章液压千斤顶仿真视频通过仿真视频能够使千斤顶的运动更加的直观形象,因此本章主要是基于习时间短等特点,通过对千斤顶的建模、装配以及渲染等,液压千斤顶装配体图如图6配体的外观进行了优化以后如图6行优化以后的液压千斤顶更加美观,更符合现代人的审美。图6炸和仿真以后使我们直观的了解了本次设计的液压千斤顶的结构,以及运动的情况。并且对外形进行了渲染和优化,使其变得美观。这次基于真视频详情见附件1成都理工大学2015届学士学位论文36总结随着社会不断的发展,时代不断的进步,现代家庭对生活的便捷性、舒适性追求也越来越高。随着汽车、电视机、电脑、空调、洗衣机、微波炉、电冰箱等生活电器的普及,液压式千斤顶等能为家庭生活和驾车出行带来便利的小型可携带装置快速普及,也成为了未来出行的发展趋势。让液压千斤顶体积小型化,使用更方便,使用寿命长,使其走进千家万户,这已然成了待解决一大问题,同时,这也是我们设计此产品的切入点。本文详细设计了液压千斤顶,它是根据帕斯卡原理来进行工作,主要由手柄、大小液压缸、大小活塞、单向阀和油管构成,液压千斤顶工作时通过向上移动手柄使小液压缸内的小活塞也跟着手柄向上运动来产生局部的真空,液压油从储液池通过阀吸入小液压缸,然后再
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