机械毕业设计（论文）-快速组合液压压力实验系统的设计【全套图纸】 .pdf

内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 1 第一章第一章 绪绪 论论 1.1 发展历程发展历程 我国液压（含液力，下同） 、气动和密封件工业发展历程，大致可分为三个 阶段，即：20 世纪 50 年代初到 60 年代初为起步阶段；6070 年代为专业化生产 体系成长阶段；8090 年代为快速发展阶段。其中，液压工业于 50 年代初从机 床行业生产仿苏的磨床、拉床、仿形车床等液压传动起步，液压元件由机床厂的 液压车间生产，自产自用。进入 60 年代后，液压技术的应用从机床逐渐推广到 农业机械和工程机械等领域，原来附属于主机厂的液压车间有的独立出来，成为 液压件专业生产厂。到了 60 年代末、70 年代初，随着生产机械化的发展，特别 是在为第二汽车制造厂等提供高效、自动化设备的带动下，液压元件制造业出现 了迅速发展的局面，一批中小企业也成为液压件专业制造厂。1968 年中国液压 元件年产量已接近 20 万件；1973 年在机床、农机、工程机械等行业，生产液压 件的专业厂已发展到 100 余家，年产量超过 100 万件，一个独立的液压件制造业 已初步形成。这时，液压件产品已从仿苏产品发展为引进技术与自行设计相结合 的产品，压力向中、高压发展，并开发了电液伺服阀及系统，液压应用领域进一 步扩大。气动工业的起步比液压稍晚几年，到 1967 年开始建立气动元件专业厂， 气动元件才作为商品生产和销售。含橡塑密封、机械密封和柔性石墨密封的密封 件工业，50 年代初从生产普通 o 型圈、油封等挤压橡塑密封和石棉密封制品起 步，到 60 年代初，开始研制生产机械密封和柔性石墨密封等制品。70 年代，在 原燃化部、一机部、农机部所属系统内，一批专业生产厂相继成立，并正式形成 行业，为密封件工业的发展成长奠定了基础。 进入 80 年代，在国家改革开放的方针指引下，随着机械工业的发展，基础 件滞后于主机的矛盾日益突出，并引起各有关部门的重视。为此，原一机部于 1982 年组建了通用基础件工业局，将原有分散在机床、农业机械、工程机械等 行业归口的液压、气动和密封件专业厂，统一划归通用基础件局管理，从而使该 行业在规划、投资、引进技术和科研开发等方面得到基础件局的指导和支持。从 此进入了快速发展期，先后引进了 60 余项国外先进技术，其中液压 40 余项、气 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 2 动 7 项，经消化吸收和技术改造，现均已批量生产，并成为行业的主导产品。近 年来，行业加大了技术改造力度，19911998 年国家、地方和企业自筹资金总投 入共约 20 多亿元，其中液压 16 亿多元。经过技术改造和技术攻关，一批主要企 业技术水平进一步提高，工艺装备得到很大改善，为形成高起点、专业化、批量 生产打下了良好基础。近几年，在国家多种所有制共同发展的方针指引下，不同 所有制的中小企业迅猛崛起，呈现出勃勃生机。随着国家进一步开放，三资企业 迅速发展， 对提高行业水平和扩大出口起着重要作用。 目前我国已和美国、 日本、 德国等国著名厂商合资或由外国厂商独资建立了柱塞泵/马达、行星减速机、转 向器、液压控制阀、液压系统、静液压传动装置、液压件铸造、气动控制阀、气 缸、气源处理三联件、机械密封、橡塑密封等类产品生产企业 50 多家，引进外 资 2 亿多美元。 1.2 目前状况目前状况 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 1.2.1 基本概况基本概况 经过 40 多年的努力，我国液压、气动和密封件行业已形成了一个门类比较 齐全，有一定生产能力和技术水平的工业体系。据 1995 年全国第三次工业普查 统计，我国液压、气动和密封件工业乡及乡以上年销售收入在 100 万元以上的国 营、村办、私营、合作经营、个体、“三资”等企业共有 1300 余家，其中液压约 700 家，气动和密封件各约 300 余家。按 1996 年国际同行业统计，我国液压行 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 3 业总产值 23.48 亿元，占世界第 6 位；气动行业总产值 4.19 亿元，占世界第 10 位。 1.2.2 当前供需概况当前供需概况 通过技术引进，自主开发和技术改造，高压柱塞泵、齿轮泵、叶片泵、通用 液压阀门、油缸、无油润滑气动件和各类密封件第一大批产品的技术水平有了明 显的提高，并可稳定的批量生产，为各类主机提高产品水平提供了保证。另外， 在液压气动元件和系统的 cad、污染控制、比例伺服技术等方面也取得一定成 果， 并已用于生产。 目前， 液压、 气动和密封件产品总计约有 3000 个品种、 23000 多个规格。其中，液压有 1200 个品种、10000 多个规格（含液力产品 60 个品种、 500 个规格） ； 气动有 1350 个品种、 8000 多个规格； 橡塑密封有 350 个品种、 5000 多个规格，已基本能适应各类主机产品的一般需要，为重大成套装备的品种配套 率也可达 60%以上，并开始有少量出口。 1998 年国产液压件产量 480 万件，销售额约 28 亿元（其中机械系统约占 70%） ；气动件产量 360 万件，销售额约 5.5 亿元（其中机械系统约占 60%） ；密 封件产量约 8 亿件，销售额约 10 亿元（其中机械系统约占 50%） 。据中国液压气 动密封件工业协会 1998 年年报统计， 液压产品产销率为 97 .5% （液力为 101%） ， 气动为 95.9%，密封为 98.7%。这充分反映了产销基本衔接。 我国液压、气动和密封工业虽取得了很大的进步，但与主机发展需求，以及 和世界先进水平相比，还存在不少差距，主要反映在产品品种、性能和可靠性等 方面。以液压产品为例，产品品种只有国外的 1/3,寿命为国外的 1/2。为了满足 重点主机、进口主机以及重大技术装备的需要，每年都有大量的液压、气动和密 封产品进口。据海关统计及有关资料分析，1998 年液压、气动和密封件产品的 进口额约 2 亿美元，其中液压约 1.4 亿美元，气动近 0.3 亿美元，密封约 0.3 亿 美元， 比 1997 年稍有下降。 按金额计， 目前进口产品的国内市场占有率约为 30%。 1998 年国内市场液压件需求总量约 600 万件，销售总额近 40 亿元；气动件需求 总量约 500 万件，销售总额 7 亿多元；密封件需求总量约 11 亿件，销售总额约 13 亿元。 1.3 今后发展走势今后发展走势 1.3.1 影响发展的主要因素影响发展的主要因素 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 4 1.3.1.1 企业产品开发能力不强，技术开发的水平和速度不能完全满足先进主机 产品、重大技术装备和进口设备的配套和维修需要； 1.3.1.2 不少企业的制造工艺、装备水平和管理水平都较落后，加上质量意识不 强，导致产品性能水平低、质量不稳定、可靠性差，服务不及时，缺乏使用户满 意和信赖的名牌产品； 1.3.1.3 行业内生产专业化程度低，力量分散，低水平重复严重，地区和企业之 间产品趋同，盲目竞争，相互压价，使企业效益下降，资金缺乏、周转困难，产 品开发和技术改造投入不足， 严重地制约了行业整体水平的提高以及竞争实力的 增强； 1.3.1.4 国内市场国际化程度日益提高，国外公司纷纷进入中国市场参与竞争， 加上国内私营、合作经营、个体、三资等企业的崛起，给国有企业造成愈来愈大 的冲击。 1.3.2 发展走势发展走势 随着社会主义市场经济的不断深化，液压、气动和密封产品的市场供求关系 发生较大变化，长期来以“短缺”为特征的卖方市场已基本成为以“结构性过剩”为 特征的买方市场所取代。从总体能力看，已处于供大于求的态势，特别是一般低 档次液压、气动和密封件，普遍供过于求；而主机急需的技术含量高的高参数、 高附加值的高档产品， 又不能满足市场需要， 只能依赖于进口。 在我国加入 wto 后，其冲击有可能更大。因此，“十五”期间行业产值的增长，决不能依赖于量的 增长，而应针对行业自身的结构性矛盾，加大力度，调整产业结构和产品结构， 也就是应依靠质的提高，促进产品技术升级，以适应和拉动市场需求，求得更大 的发展。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 5 第二章第二章 设计题目分析设计题目分析 2.1 设计题目：设计题目： 快速组合液压压力实验系统的设计 2.2 技术要求及参数：技术要求及参数： 1、系统压力：6.3mpa； 油缸行程：250mm； 油缸最大速度：110mm/s； 2、液压系统组成： (a) 调压回路； (b) 保压泵卸荷回路； (c) 减压回路； (d) 平衡回路； (e) 多缸顺序回路； 3、实验装置的结构设计； 4、系统的安装、调试、故障诊断及排除要求。 2.3 工作量要求：工作量要求： 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 6 1、完成毕业实习并上交实习报告； 2、专题论文，题目自拟，不少于 3000 汉字； 3、专题外文翻译不少于 5000 以上印刷符号 4、设计计算说明书内容不少于 15000 汉字，设计、计算应有一定量的计算 机应用内容； 5、图量折合 6 7 张 a1 图纸，其中 cad 制图不少于 30% 第三章第三章 方案分析方案分析 3.1 总体方案的分析总体方案的分析 一个优秀的设计应该是技术上先进，经济上合理，操作和维修方便，运转安 全可靠，要达到这几个方面的要求。除了技术上的问题以外，还必须具有正确的 设计指导思想和丰富的实践经验。当然要达到这些要求是需要一个过程的，我们 应努力缩短这个过程。 还应指出，一个设计良好的液压系统，往往不是一次就可以完成的，而需要 经过反复推敲、检验不断的调整和修改内容才能逐步达到完善。 一般情况下，液压系统的设计过程大体上包括下述的几个基本步骤： 拟订液压系统的步骤及方案，完成液压系统的原理图及装配图的设计；液压 系统的计算；选择或设计各种液压元件；对系统进行必要的验算；绘制正式液压 系统图和装配图等。 在拟订液压系统方案以前，必须明确液压实验台需要用来完成哪些功能，各 个液压回路需要用怎样的方式来组成才能更合理的去完成实验功能。 因为液压传 动具有一系列的优点，所以本实验台采用“全液压化”设计。但它在某些方面也 许存在缺陷，亦有不如其他传动方式的地方。但我会尽量扬长避短，使设计出来 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 7 的机器是较先进的和较合理的。 首先要了解清楚所设计的液压系统要完成的实验功能是什么。 明确实验台的实验功能，并了解完成这些实验功能所需要的回路，选定用什 么样的液压回路及完成液压回路所需要的液压元件。 明确液压系统所需要的各个回路之间的关系以及完成这些回路所需要的各 个元件之间的连接方式，还要确定采用什么样的元件、采用什么样的原理连接和 基本回路的形式。系统中多个液压回路可以使用同一个油箱，同一个溢流阀来玩 成实验功能。 明确系统对安全保护的要求程度，以便选用必要的合理的安全装置和措施。 明确系统对实验精度的要求，如准确性、快速性等。同时要考虑高温、低温、潮 湿、灰尘、振动、腐蚀等因素，以便采取相应的特殊措施。 3.2 确定油路类型确定油路类型 一般具有较大空间可以存放油箱的系统，都采用开式油路；相反，凡允许采 用辅助泵进行补油，并借此进行冷却交换来达到冷却目的的系统，可采用闭式油 路。通常对于固定式机械总是采用开式系统，即系统中包含一个主油箱，作为油 液循环的开口环节，有利于油液的冷却和净化，但不够紧凑，不过固定机械对紧 凑问题要求并不严格，本系统采用开式系统。 3.3 工作液体工作液体 常用的工作液体有矿物油、合成油和水乳油。液压传动系统几乎都采用前两 种油液，特别是各种矿物油，他既可满足一般液压系统的要求，价格又便宜；合 成油液具有优良的品质指标和特殊物质，但目前产量较少、成本高、不宜多用， 常用于某些有专门技术要求的精密系统中。总之，在满足要求的前提下，尽量选 择价格便宜的，一般工作液体，不可优材劣用，造成浪费。 3.4 选择和确定基本回路选择和确定基本回路 在明确实验系统要完成的实验功能和实验要求后， 粗略的给液压缸一个外拉 力，便可以确定液压系统的基本形式，其内容如下： 3.4.1 调压回路调压回路 所谓调压回路，它是用来控制系统的工作压力，使它不超过某一预先调好的 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 8 数值，或使工作机构在运动过程中，各阶段中具有不同的压力。有些调压回路还 可以实现多级压力的变换（如图 3.2.1） 。 在回路图（a）中，溢流阀 2 与节流阀 1 组成节流调速回路时, 溢流阀 2 经 常开启溢流， 它的调定压力必须大于执行元件的最大工作压力和管路上各种压力 的总和，作溢流阀时可大 10%20%根据溢流阀 2 的压力流量（）特性。 在不同溢流量时，压力调定值是稍有波动的。 图 （） 为远程调压回路， 阀 3 为远程控制调压阀， 阀 4 为先导式主溢流阀。 主溢流阀的调定压力必须大于每个远程调压阀的调定压力。 比较两个回路，图（）较为合理，因为它调定压力是较为准确的，并容易 控制。 图（b） 1 2 1 2 图3.2.1 调压回路 图（a） 3.4.2 保压泵卸荷回路保压泵卸荷回路 卸荷回路又称卸载回路。液压系统工作时，执行元件短时间停止工作或需要 保持很大的力，而运动速度极慢甚至不动。这时液压泵输出的压力油全部或绝大 部分从溢流阀流回油箱，造成动力消耗，引起油液发热，使油液加快变质，而且 还影响液压系统的性能及泵的寿命，为此需保压泵卸荷回路。 泵的卸荷是泵以很小的输出功率运转（np=pp0） ，亦即或以很低的压力 （pp0）运转或输出很小的流量（q0）的压力油。使泵停止运转时也可实现泵 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 9 的卸载，但泵启、停过于频繁，会缩短泵的寿命。短时间泵的卸荷不宜采用这种 方法。 考虑到实验中，执行元件工作不需要流量较大。不宜采用由低压大流量泵和 高压大流量泵组成的双联泵卸载回路。而采用压力补偿变量泵的卸荷回路，实现 上述低压大流量和高压小流量的特性也是多余的。故采用如下回路，实现系统的 保压，泵的卸荷。在该系统中，可用蓄能器 4 来保持系统压力，用压力继电器 3 来控制保压的范围。当两位两通电磁阀 2 通电时，液压泵 1 向系统供油。当系统 不需要供油而需保持压力时，泵 1 继续供油，直至 4 贮满压力油。压力升高到压 力继电器 3 的上限，3 发讯，使 2 断电，泵 1 卸载，4 保持系统压力，补充系统 中的泄漏；压力下降到 3 的下限，3 使阀 2 通电，1 继续向系统和 4 供油。 图3.2.2 保压泵卸荷回路 4 3 1 2 3.4.3 减压回路减压回路 减压回路使系统中的一部分油路具有较低的稳定压力或其压力是可调的稳 定压力。通常采用单向减压阀的减压回路。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 10 4 3 2 1 图3.2.3 减压回路 （b） （a） 1.溢流阀；2.定值减压阀；3.单向阀 3 2 1 在图（a）中，单向阀 3 供主油路压力降低时防止油液倒流。减压阀的最低 调整压力应不小于 0.5mpa，最高压力至少比系统压力小 0.5mpa 。当减压回路 上执行元件需调速时，调速元件应放在减压阀的后面，避免因减压阀泄漏（指减 压阀泄油口流回油箱的油液）对执行元件的速度发生影响，使调速更加精确。 在回路（b）采用的是单向减压阀（如图中 3 所示）的减压回路，减压阀的 调定范围可从最低压力（0.50.7mpa）至溢流阀调定压力之间调节。由于减压 阀工作时，阀口的压力损失和泄漏油路泄漏所造成的容积损失。总有一定的功率 损耗，故大流量的回路不宜采用。 综合考虑，液压系统设计的各项原则和系统的精度要求，选取图（b）作为 满足要求的回路之一。 3.4.4 平衡回路平衡回路 平衡回路主要用来防止垂直或倾斜放置的液压缸和与之相连的工作部件。 因 自重而自行下落，在活塞向下运动的回油路上串联一个产生一定被压的元件，阻 止活塞因自重而下落的回路称平衡回路。 故回路中必须有垂直或倾斜放置的液压 缸，所以要选取垂直放置的液压缸。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 11 1 图3.2.4 平衡回路 （b）（a） 2 1 在图（a）中，调整平衡阀的开启压力稍大于立式活塞缸和工作部件自重形 成的下腔背压，可防部件自行下落，平衡阀 1 起平衡锤的作用，因回油腔有背压 而运动平稳，但功率损失较大。 在图（b）中，用的是远程调压阀 1，在活塞向下运行时，1 被进油口的控制 油打开，回油腔背压消失，利用运动部件的势能，因而系统的效率被提高。阀 1 的开启压力与回油腔的背压无关。一般只需系统压力的 30%40%，必须指出这 种回路，在回油路上应串联单向节流阀 2，以控制活塞的下降速度。如无 2 则 1 打开后， 回油腔无背压而控制油路将因失压而关闭。 当建立新的压力后再次打开， 阀的时闭、时开，致使活塞向下运动过程中产生振动和冲击，运动不平稳。故选 此回路为实验回路。 由于平衡阀是滑阀结构，有泄漏，长期停放将缓慢下降，故仅适用于运动部 件重量不很大和停留时间较短的系统。如长期停留不动，就采用锥阀结构的液控 单向阀组成锁紧回路。 3.4.5 多缸顺序动作多缸顺序动作 多缸顺序动作用以实现多个执行元件按预定次序动作的回路。 按其控制方式 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 12 可分为：压力控制回路、行程控制回路和时间控制回路三种。 压力控制回路可采用顺序阀控制的顺序回路。它可以分为：压力继电器控制 顺序回路，如图（a）所示；行程控制顺序回路（可采用行程阀控制） ，如图（b） 所示；行程开关控制顺序回路如图（c）所示。 钻孔 1 3 5 4 夹紧 1 2 4 3 （a） 顺序阀控制顺序回路（b） 行程阀控制顺序回路 2 图3.2.5 多缸顺序动作回路 （c） 压力继电器控制顺序回路 4dt3dt2dt1dt 1yj2yj 1 2 综合各种实际情况，考虑各种回路的控制方式及经济性和快速反应，选用行 程阀控制的顺序回路，所以图（b）较为适合。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 13 第四章第四章 液压回路的初步计算液压回路的初步计算 4.1 系统压力的初步确定系统压力的初步确定 系统压力选的是否合理，直接关系到整个系统设计的合理程度。在液压系统 功率一定的情况下，若系统压力选的过低，则液压元、辅件的尺寸和重量就会增 加，系统造价也相应增加；若系统压力选的过高，则液压设备的尺寸和重量就会 降低，从而造价也相应降低。因此，合理选择系统压力便显得尤为重要。另外， 系统压力的选择也会影响系统的效率和使用寿命。因此，不能一味追求高压。 作为试验台我初步假设液压缸所受到的拉力为 5n1kn。 4.2 计算液压执行元件的主要参数计算液压执行元件的主要参数 4.2.1 计算液压缸的主要尺寸计算液压缸的主要尺寸 4.2.1.1 选定液压缸的类型选定液压缸的类型 液压缸活塞往复运动时的速度及压力差值较小， 所以无须选用差动式液压 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 14 缸，因而选用普通缸就可以完成实验要求。 4.2.1.2 分析分析 考虑到试验台施加负载的简便性，采用砝码加重，其加重范围是 5 n 1kn。活塞杆受到外负载的拉力，所以不用进行活塞杆的压杆稳定性校核。 4.2.1.3 缸筒内径缸筒内径 d 当最大推力 f = 1kn 时，即 f = 1*103n 时 4 d = f p (式 4.1) 其中： 为油缸的机械效率，一般取 =0.9 为系统压力，根据题目知=6.3(mpa) 则： 3 4 1 10 d = 3.14 6.3 0.9 = 0.015 (m) 根据液压缸内径系列（gb234880）取 d = 40 (mm) 4.2.1.4 无杆腔有效面积无杆腔有效面积 a1 2 1 a = 4 d = 1.256*10- 3 1.3*10- 3 (m2) 4.2.1.5 活塞杆直径活塞杆直径 d 活塞杆往复运动时的速度比为 d dd 1 2 = = - (式 4.2) 由液压缸的公称直径选其速比 和活塞杆的直径 d， 故取 = 1.46 d = 0.022 (m) 根据国家标准 gb2348 80 活塞杆活塞直径系列， 取 d = 22 (mm) 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 15 4.2.1.6 有杆腔活塞的有效面积有杆腔活塞的有效面积 a2 22 2 dd 4 （） = 8.7606*10- 4 (m2) 8.8*10- 4 (m2) 因为在该系统中液压缸是水平放置的需要,回路中较小的背压， 选回油背压 pb根据机械设计手册375 5 取 pb = 0.5 mpa 4.2.2 系统压力计算系统压力计算 p进 = 2 1 a b f p+ （） 1.53 (mpa) p退 = 1 2 a b f p+ （） 2.74 (mpa) p工 = 6.3 2.74 = 3.56 (mpa) 其中： 为油缸的机械效率，一般取 = 0.9 令活塞杆的伸出为进，收缩为出。 4.2.3 系统系统流流量计算量计算 活塞杆进时 q进 = 1 v 60 = 8.58 (l/min) 活塞杆退时 q退 = 2 v 60 = 5.81 (l/min) 式中：v 为容积效率，弹性密封时 v = 1 1 活塞运动速度的速度，由题目易知 1 = 0.110 m/s 因为实验台是简单的装置，其最大的速度 1 = 0.110m/s，而按照上式计算 带入活塞杆的最大面积，其流量是最大的，故无需考虑其退回时的速度。 4.2.4 油油管管的计算的计算 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 16 4.2.4.1 管道内径计算管道内径计算 由流体力学知道，提高流速会使压力损失增大，减少流速势必会增加管道 内径及其辅件的体积和重量，同时流速与液压冲击密切相关，流速增大，冲击 压力增大。 所以根据允许流速原则，应使压力损失 p 不大于（5- 6）%的系统压力， 且压力高、流量大和管道较短时取较大流速值。 油管内径的计算公式，查机械设计手册第五卷如下： d = p q 4 (式 4.3) 式中：qp 通过油管流量，此处为泵的流量(l/min) 油在管路中的允许流速 （m/s） 取 qp = 8.58 l/min 当 p6 mpa 时，取 = 5 m/s d = p q 4 = 6.023 mm 由机械设计手册第五卷 gb2351- 80 取标准值为 8 mm 4.2.4.2 壁厚壁厚的计算的计算 接受拉伸薄壁筒公式计算壁厚 b d 2 (式 4.4) 式中： 管子壁厚（m） p 管内油液最大工作压力（pa） d 管子内径（m） ； =b /n b 管材的抗拉强度，选 45 号钢时，b = 600 mpa n 安全系数，对于钢管来说，当 p 7.5 (mm)，所以符合要求。 7.6.4 活塞杆弯曲稳活塞杆弯曲稳定定性验性验算算 当液压缸的支承长度 l （10 15）d 时，须考虑活塞杆弯曲的稳定性。 在本系统中取 lb = 250 mm ， （10 15）d =（220 330）mm ，所以不须验 算活塞杆弯曲的稳定性。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 49 7.6.5 活塞杆的导向活塞杆的导向 7.6.5.1 导向环导向环 导向环安装在活塞外圆的沟槽内或活塞杆导向套内圆的沟槽内， 以保持活 塞与缸筒或活塞杆与其导向套同轴度，并以承受活塞或活塞杆的侧向力。导向 环有嵌入型和浮动型。本系统采用嵌入型导向环，在活塞外圆加工出燕尾型截 面沟槽，用青铜 qal9- 4，表面加工成略带拱形，用木槌卯入沟槽内，最后加 工导向环外圆，导向环周围切出一个 45 斜口。 7.6.5.2 导向套导向套 活塞杆导向套装在液压缸有杆侧端内，用以对活塞杆进行导向，内装有密 封装置以保证缸筒有杆侧的密封性， 外侧有防尘圈以防止活塞杆在内缩时把杂 质、灰尘及水分带到密封装置区，以致损坏密封。当导向套不是用耐磨材料制 成的，其内圆还可装有导向环，用以对活塞导向。 导向套有端盖式和插件式两种，插件式导向套拆装方便，拆卸时不必拆端 盖，故应用较多。本系统采用端盖式，用端盖直接导向。 导向套用青铜作为材料，导向套的外圆与端盖内孔的配合多为 h7/ f8 ， 内孔与活塞杆的配合多为 h9/ f9，外圆与内孔的同轴度公差不大于 0.03 mm/100 mm，圆度与圆柱度公差不大于直径公差的一半。 导向套的主要尺寸是支撑长度，通常根据活塞杆直径、导向套的型式、导 向套材料的承受能力、可能遇到的最大侧向负载等因素来确定。 7.7 液压缸油液压缸油口直径口直径的计算的计算 液压缸油口直径应根据活塞的最高运动速度和油口最高液流速度0 而定。 d 0 = 00 d0.13d = 0 (式 7.6) 式中： d 0 液压缸油口直径 m d0 液压缸直径 m 液压缸最大输出速度 m/min 0 油口液流速度 m/s 经计算得： d 0= 0.0076 m 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 50 所以查国标可知，取 d 0=0.008 m 是合适的。 7.8 密封圈密封圈 本系统采用 o 型密封圈，它可分为静密封和动密封两种，用来防止工作介 质的泄露及外界灰尘、异物的侵入。本系统采用静密封。 7.9 排气装置排气装置 排气阀安装在液压缸端部的最高位置上， 用于安装后调试前拍出液压缸内的 空气。 第八章第八章 油箱的设计油箱的设计 8.1 油箱的功用及其选择标准油箱的功用及其选择标准 8.1.1 油油箱箱的的功用功用 （1） 存储系统所需的足够油液； （2） 散发系统工作中产生的一部分热量（在周围环境温度较低的情况下则 是保持油液中的热量） ； （3） 分离油液中的气体及沉淀污物等作用。 8.1.2 油油箱箱分类分类 （1） 整体式、分离式油箱 液压系统中的油箱有整体式和分离式两种。 整体式油箱利用主机的内腔作为油箱。这种油箱结构紧凑，各处漏油易于 回收，但增加了设计和制造的复杂性，维修不便，散热条件不好，会使主机产 生热变形。 分离式油箱单独设置，与主机分开，减少了油箱发热和液压源振动对主机 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 51 工作精度的影响。特别在精密机械上得到了普遍的应用。本系统的功率虽然不 是很大、发热量一般，所以采用分离式油箱结构。 （2） 开式、闭式油箱 开式油箱应用广泛，箱内液面与大气相通。为防止空气中的污物进入油箱， 在油箱顶部的通气孔上必须设置空气滤清器，使大气与油箱内的空气经过滤清 器相通。一般通气孔兼作注油孔使用。本系统的油箱就采用的开式油箱，通气 孔兼作注油孔用。 闭式油箱一般用于压力油箱，箱内液面不直接与大气相通，而是将通气孔 与具有一定压力的惰性气体相连，充气压力可达 0.05mpa。如果按油箱的形状 来分，还可分为矩形油箱和圆罐形油箱。矩形油箱制造容易，箱上易于安放液 压器件，所以被广泛采用；圆罐形油箱强度高，重量轻，易于清扫，但制造较 难，占地空间较大，在大型冶金设备中经常采用。 油箱形状一般为矩形。根据液压泵与油箱相对安装位置可分为上置式、下 置式和旁置式三种。本系统采用上置式，即把液压泵等装置安装在油箱的正上 面。由于振动源放置在油箱箱盖板上，其箱板厚度可相应增厚，油箱的容量不 便。 8.1.3 油箱的设计要求油箱的设计要求 图 8.1 为油箱简图。设计油箱时应考虑如下几点。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 52 图 8.1.1 油箱结构示意图 1吸油管，2网式滤油器，3空气过滤器，4回油管， 5油箱顶盖，6油面指示器，7、9隔板，8放油塞 （1） 油箱必须有足够大的容积。油箱的有效容积（液面高度为油箱高度的 80%的容积） ，一方面尽可能地满足发热、散热的要求，另一方面在液压系统停 止工作时应能容纳系统中的所有工作介质；而工作时又能保持适当的液位。设计 应根据液压系统散热的平衡原则。 （2） 吸油管与回油管应尽量相距远些，且两板间必须用隔板隔开，并使油 液循环,以增加油液循环距离。吸油管及回油管应插入最低液面以下，以防止吸 空和回油飞溅产生气泡。 使油液有足够的时间分离气泡、沉淀杂物、消散热量。 隔板高度最好为油箱内液面高度的 2/33/4。 吸油管可安装 100m 左右的网式或线隙式过滤器，安装位置要便于装卸和 清洗过滤器。粗过滤器与回油管管端宜倾斜 45，以增大出油口截面积。还应使 回油管口斜切 45角并面向箱壁，以防止回油冲击油箱底部的沉积物，同时也有 利于散热。但不可插入油中，管端与箱底、箱壁间距离均不宜小于管径的 3 倍。 粗过滤器距箱底不应小于 20 mm。 （3） 为防止油液污染，油箱上各盖板、管口处都要有妥善密封；注油器上 需加滤油网。防止油箱出现负压而在通气孔口设置空气滤清器；油箱容量至少为 液压泵的额定流量的 2 倍；油箱内回油集中部分及清污口附近宜装置一些磁性 块，以去除油液中的铁屑和带磁性的颗粒。 （4） 为了利于散热及便于对油箱搬移及维护保养，箱底离地至少 150mm 以上以便于搬运、放油和散热。在油箱的适当位置要设吊耳，以便吊运，还要设 置液位计，以监视液位。 ；箱底适当倾斜；在最底部位处设置活塞或放油器，以 便于排油。按 gb3766- 83 规定，箱底上注油口的附近应设置液位计。滤油器的 安装位置应便于拆卸，箱内各处便于清洗。 （5） 油箱中如要安装热交换器，必须考虑到以下几个问题：安装位置、便 于测量温度、控制等措施。 （6） 分离式油箱一般用 2.54 mm 钢板焊成。箱壁愈薄，散热愈快。大尺 寸油箱需加焊接板、筋条，以增加刚性。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 53 （7） 油箱内壁涂上耐油防锈防腐材料。外壁涂上一层不超过 0.025 mm 厚 的黑色油漆，会有很好的防辐射冷却作用。铸造的油箱内部喷砂处理，不涂漆。 对油箱内表面的防腐处理要给予充分的注意。常用的方法有： 酸洗后磷化。适用于所有介质，但受酸洗磷化槽限制，油箱不能太 大。 喷丸后直接涂防锈油。适用于一般矿物油和合成液压油，不适合含 水液压液。因不受处理条件限制，大型油箱较多采用此方法。 喷砂后热喷涂氧化铝。适用于除水-乙二醇外的所有介质。 喷砂后进行喷塑。适用于所有介质。但受烘干设备限制，油箱不能过 大。 考虑油箱内表面的防腐处理时，不但要顾及与介质的相容性，还要考虑处 理后的可加工性、制造到投入使用之间的时间间隔以及经济性，条件允许时采 用不锈钢制油箱无疑是最理想的选择。 8.1.4 油箱型式的选择油箱型式的选择 根据油箱的特点及设计要求， 本系统采用矩形、 开式油箱， 采用上置式安装。 油箱底部最低处选择离地 150 mm，可以方便散热，即箱脚高度为 170 mm， 支脚上有地脚螺钉的固定孔。 8.2 确定油确定油箱容箱容量量 8.2.1 油箱的有效容积油箱的有效容积 油箱的有效容积应根据液压系统发热、散热平衡原则来计算。这项计算在系 统负载较大、长期连续工作时是必不可少的。但对于一般情况来说，油箱的有效 容积可以按液压泵的额定流量来计算。按经验公式确定油箱容量： v = q (式 8.1) 式中： v 油箱的有效容积 q 液压泵的总额定流量（l/min） ，根据前面的设计选取液压 泵的型号可知，液压泵的流量 q 取为： q = 18.75 l/min 经验系数。查机械设计手册 表 375- 12，对于中、低 压系统。取 = 5 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 54 又因为该实验台室双面结构，故系统中有时需要 2 台液压泵同时供油，而关 于液压泵流量的设计时已经考虑到这点，所以在此处计算时就不必扩大二倍（此 时所需油箱的容量为最大） 所以：v = q = 5 * 18.75 = 93.75 (l) 100 (l) 查机械设计手册 表 3710- 1，根据 gb2876 - 81液压泵站油箱公称容 量系列选取 v，所以取 v = 100 l 8.2.2 确定油箱的结构尺寸确定油箱的结构尺寸 从散热角度而言，最好把油箱做成长方体。而长、宽、高的比例可取（3： 2：1）（1：1：1） ，以便在相同的条件下得到的最大的散热面积。 如果安装空间不受限制，可适当增大油箱的容积，以提高其散热能力。故取 油箱的长、宽、高各为 600 mm、530 mm、400 mm。 8.2.3 油箱箱壁厚度的确定油箱箱壁厚度的确定 根据以往设计的经验知：250 l 以下的油箱箱壁厚度应取 4 mm；箱底厚 度应大于箱壁厚度， 取其厚度为 6 mm； 箱盖厚度应比箱壁厚度和箱底厚度都大， 选取油箱的箱盖厚度为 10 mm。 8.2.4 液压油的选择液压油的选择 因为液压系统要求精度较高，所以选用各方面性能较好的矿物油，再根据 介质粘度的选择，确定液压油的粘度。 因为系统的压力较高，温度较高，往复运动速度较低，所以宜采用粘度较 高的液压油。系统选择的是限压式变量叶片泵，查机械设计手册第三章表 373- 1，液压介质选择普通液压油，查机械设计手册表 373- 12 选液压油的 具体型号为 n32 号， 代号 ya - n32， 原牌号是 20 号； 运动黏度 （40） = 28.8 35.2（mm2/s） ，运动黏度（50） = 17 23（mm2/s） 。 n32 号液压油的质量指标 表 8.1 代 号 原 牌 号 黏度指数 闪点（开点） 临界载荷n ya - n32 20 号 90 170 600 凝点 防锈性 抗磨性 抗氧化安定性 h -10 无锈 800 1000 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 55 其密度的范围是：850 960，取其密度为 900 kg/ m3 8.2.5 计算油箱的发热、散热计算油箱的发热、散热 油箱容量与系统的流量有关，一般容量可取最大流量的 35 倍。另外， 油箱容量大小可从散热角度去设计。计算出系统发热量与散热量，再考虑冷却器 散热后，从热平衡角度计算出油箱容量。不设冷却器、自然环境冷却时计算油箱 容量的方法如下： 8.5.2.1 系统发热量计算系统发热量计算 在液压系统中，凡系统中的损失都变成热能散发出来。每一个周期中，每 一个工况其效率不同，因此损失也不同。在实验系统中，把它的一个周期理解为 完成一个最复杂的试验所需要的时间 （以下所说的一个周期均指完成一个最复杂 的试验所需要的时间） ，即按损失最大的一个周期来理解，对其进行发热的功率 计算公式为： n ii i=1 1 h = n1t t i ( -) (式 8.2) 式中： h 一个周期的平均发热功率（w） ； t 一个周期时间（s） ； ni 第 i 个工况的输入功率（w） ； i 第 i 个工况的效率； t i 第 i 个工况持续时间（s） 。 代入相关数据： 设每个工况损失为 20 % ，回路中最多工况有 4 个，每个工况持续时间为 2 分钟，到达每个工况时的损失为 20 %，则有： 1 h = 1(1)60 860 11160 111160 1111 160 3 3 3 3 .51080%80%2+ .51080% (80%) (80%)2+ .51080% (80%) (80%)(80%)2+ .51080% (80%) (80%)(80%) (80%)2 经计算得：h = 74 .88（w） 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 56 8.5.2.2 散热量计算散热量计算 当忽略系统中其它地方的散热，只考虑油箱散热时，显然系统的总发热功 率 h 全部由油箱散热来考虑。这时油箱散热面积 a 的计算公式为 h t = vk (式 8.3) 式中： a 油箱的散热面积（m2） ； h 油箱需要散热的热功率（w） ； t 油温（一般以 55考虑）与周围环境温度的温差（） ； k 散热系数。与油箱周围通风条件的好坏而不同，通风很 差时 k=89；良好时 k=1517.5；风扇强行冷却时 k=2023；强迫水冷时 k=110175。 此处，取 k = 15 t = 45 经计算得： 011 =. m 2 8.2.6 校核校核油油箱箱的发的发热、散热热、散热 油箱散热量的计算公式为： h0 = k * a * t (式 8.4) 式中： a 油箱的散热面积 t 系统温升，即系统达到热平衡时油温与环境温度之差。 k 传热系数（w/m2） 本系统不采用任何形式的冷却， 所以参照手册取 k = 50。 当系统产生的热量 h 等于其散发出去的热量 h0时， 系统达到热平衡。 这时有： t = h / ka (式 8.5) 当油箱三个边的结构尺寸为（3：2：1）（1：1：1）且油面高度是油箱高 度的 0.8 倍时，其散热面积的近似计算式为： a = 0.065 32 (式 8.6) 本系统的三边比例在此范围内，所以适用于此公式。 由(式 8.5)、(式 8.6)式得： t = 32 h 0.065k (式 8.7) 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 57 式中： h 系统的发热量（w） t 系统温升() k 传热系数（w/m2） v 油箱的有效容积（l） t = 2 3 74.88 0.06515(65 3).4 3 () 此温升远远小于设备允许的温升范围，所以不需要增加油箱的散热面积。 8.3 油油箱其它结构箱其它结构的确定的确定 油箱的结构应能满足使油箱实现存油、散热和分离污物及防治污染的作 用。因此，在一个液压系统中油箱设计的正确与否对系统的正常工作也是非常重 要的。 图 8.3.2 油箱结构示意图 1液位计；2吸油管；3空气过滤器；4回油管；5侧板 6入孔盖；7放油塞；8地脚；9隔板；10底板； 11吸油过滤器；12盖板 将油箱结构示意图图 8.1.1 与图 8.1.2 进行对比， 可以很容易的看出这两个油 箱的不同。 在图 8.1 中，油箱底部的最低处在油箱的中间，它有利于进油腔和回油腔更 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 58 好的沉淀杂物；同时，它具有两个隔板，有利于油液中杂质的进一步沉淀；在油 箱底部放置有磁性的物质，以便于沉淀铁穴等其它易于被磁性物质吸附的污物； 在该图中也有不太理想的地方就是油面指示器，在此处换成温度液位计，它既可 以测量油温，也可以测量油液的液面位置。 油箱中过滤器的选择，应考虑如下几点： （1）具有足够的通油能力，压力损失小； （2）过滤精度应满足设计要求； （3）滤芯具有足够的强度； （4）滤芯抗腐蚀性好，能在规定温度下长期工作； （5）滤芯的更换、清洗及维护方便。 所以符合使用要求、经济性就可以了，对比图 8.1 中网式滤油器和图 8.2 中 吸油过滤器，我选择网式过滤器。它是粗过滤器，一般安装在液压泵吸油路上， 以便保护此泵；它具有结构简单、通油能力大、阻力小、易清洗等特点。 油箱应设置放油口，以便换油。放油口应设置在油箱底部最地位置，使换油 油液和污物能顺利从放油口排出，且油箱底部应如图 8.1.1 所示，它的倾斜度是 1：20。最低处是放油塞，放油口应开在回油腔的最低处，此设计中，该处也时 进油腔的最低处。 为防止油箱出现负压而设置的通气孔上须装空气滤清器。 空气滤清器的容量 至少应为液压泵额定流量的 2 倍。 8. 4 油箱附件的确定油箱附件的确定 8.4.1 隔隔板板的设的设置置 设置隔板将吸油管和回油管隔开，并使油液循环。将油液中的气泡和杂质 分离和沉淀。本系统采用溢流式隔板。溢流式隔板高度不低于液面至箱底高度的 2/3。隔板下部应开有缺口，使吸油管的沉淀物经此缺口至回油侧，然后经放油 口排出。 8.4.2 液液位位计的选计的选取取 液位计一般设置在油箱侧壁上，以指示油箱中油液的液面位置。通常油箱 上还应该设置温度计，以检测其油温，为了结构设计的合理性，我选取带温度计 的液位指示器。所以，查机械设计手册表 3710- 34 选此处选用型号 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 59 ywz150t。 外形尺寸如下： 表 8.2 型 号 l e b ywz150t 177 150 100 生产厂是：温州市远东液压配件厂 8.4.3 网式过滤器网式过滤器 查机械设计手册表 3710-4 选网式滤油器的型号。 初选网式滤油器的型号是：wu - 16*180 其型号含义是： wu 表示：网式滤油器 16 表示：滤油器的流量 180 表示：过滤精度 后面没标注连接方式的表示采用管式联接 技术规格如下： 表 8.3 生产厂是：上海高行液压件厂 滤油器的通油能力可按下式计算： 3 m /s k ap q = (式 8.7) 式中： q 滤油器通油能力 m3/s 液压油的动力粘度 pas a 有效过滤面积 p 压力差 pa 型 号 过滤精度 （m） 压 力 损 失 （mpa） 流 量 （l/min） 通 径 （mm） 连接方式 wu- 16*180 180 0.01 16 12 管式联接 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 60 k 滤芯通油能力系数 m3/，网式滤芯 k = 0.34 代入相关数据： = = 0.265（pas） 2 d a = 4 = 1.13*10- 4 q = 46- 0.341.13 100.01 10 0.265 = 1.45 （m3/s） 对比 q 的计算值，与泵需要的实际流量，可知，该值有足够的富裕量，是 满足要求的。 8.4.4 空空气气滤清滤清器器 一般在油箱盖上应设置空气滤清器， 它包括空气滤清器装置和注油过滤网 装置。 查机械设计手册表 3710- 32 选 ef2- 32 空气滤清器。 其技术规格如下： 表 8.4 型 号 加油流量 l/min 空气流量 l/min 油过滤面积 cm2 螺钉（四只 均布）mm 空气过滤 精