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浙江工贸职业技术学院毕业设计（论文） 课题名称：液压升降角度可调式台虎钳的设计专 业： 机电一体化技术班 级： 机电1403班姓 名： 李超学 号： 1410201131指导教师： 李晓星教师职称： 副教授完成时间 2016年 12 月 20 日（注：时间务必写在2016.12.142016.12.20）液压夹紧角度可调式台虎钳的设计摘 要（格式：宋体，三号，居中、1.5倍行间距）台虎钳在使用中常因丝杆拔丝导致夹紧失效或用力过大, 从而损坏被夹紧工件;针对这一问题, 用液压机构取代台虎钳中的丝杆传动夹紧机构, 提高了其夹紧效率, 增加了台虎钳工作时的安全性和稳定性。量角器式面板方便了加工时调整工件角度，提高了精准度。本论文建立了液压夹紧系统的数学模型，液压夹紧系统在夹紧时通过液压和压力 的大小换算，并指出了提高了台虎钳夹紧的精度。本论文对液压液压系统进行研究，并对实验结果进行了比较分析；对角度可调式面板进行了仿真。实验表明：台虎钳改为液压系统后，的确可以大幅度提高其夹紧精度。面板改为角度可调式后，可以方便调整工件角度。本文提出的改进方法夹紧精度高，角度调整方便可靠，在很短时间内即可完成对工件的夹紧；，对提高机床加工精度具有重要意义。（格式：宋体，小四、1.5倍行间距）关 键 词：液压 夹紧 角度可调 台虎钳 目 录1.千斤顶概述 12.千斤顶的分类 12.1螺旋千斤顶 22.2液压千斤顶 22.3齿条式千斤顶 22.4其它千斤顶 23.千斤顶的工作原理 34.液压千斤顶的型式和主要规格4 4.1普通液压千斤顶 54.2连续作用的液压千斤顶 64.3 YQ型油压千斤顶 65.立式液压千斤顶的工作原理和结构组成 75.1液压缸的类型 75.2缸体 95.3活塞 105.4活塞杆 10 5.5排气塞（阀） 115.6缓冲调节阀 115.7单向阀 126.千斤顶的重要零件设计计算 126.1缸体工作压力的确定126.2缸体内径D和活塞杆直径d的确定126.3油缸的一般性能计算146.4液压缸壁厚和外径的计算 166.5缸盖厚度计算 176.6最小导向长度的确定186.7缸体长度的确定 18结束语 19参考文献 1931.台虎钳概述（格式：宋体，四号，加粗、1.5倍行间距）夹具对机械加工的精度和效率有着重要的影响，是机械加工中常用的夹紧装置，在机械加工、水暖安装、修理等行业应用十分广泛.。是一种不可缺少的加工工具,更是钳工车间的必备工具。目前，台虎钳大多是根据螺纹自锁原理进行设计加工的，这类台虎钳主要是由固定钳体、活动钳体、钳口垫铁、丝杆、螺母、扳手和底座等构成。通过手柄转动丝杆来带动活动钳体前后移动 ,丝杆旋转数圈才能实现工件的夹紧和放松。其调节钳口间距速度较慢 ,操作者劳动强度大,效率低。（格式：宋体，小四，1.5倍行间距）2.台虎钳的分类台虎钳又称老虎钳。是安装在工作台上，供夹持工件以便进行加工用的一种夹具。台虎钳可以将模具、夹具、机械零件夹持不动，供钳工对金属工件切削加工之用。它是机械维修中应用最广泛的一种工具。台虎钳有普通式(又分固定式与活动式两种)、桌夹式(习惯上叫桌虎钳)、多用式等三种。2.1固定式台虎钳由固定钳体、活动钳体、滑心、螺杆(丝杆)，钳座、手柄、钳口等组成(图633a)。钳座与固定钳体铸成一体，两侧有孔，以便安装在工作台上，滑心与活动钳体铸成一体，与固定钳体方子L配合。滑心下面的槽内装有锯齿形螺纹的丝杆，摇手柄插入丝杆的一端，转摇手柄使丝杆旋转，丝杆在螺母内作轴向移动，带动活动钳体前进或后退，使钳口合拢或张开。固定式台虎钳固定安装在工作台上使用，本身不能做任何角度的转动。2.2活动式台虎钳它的固定钳体不直接安装在工作台上，而是装在带有可移动装置的转盘上，转盘上有几只螺孔和工作台连接。钳体和转盘座通过两只螺栓连接可将钳体转动成任何角度，以便把夹持的工件转到更合适的操作位置，旋紧螺栓即予固定。2.3桌夹式台虎钳桌虎钳与台虎钳不同之点是，桌虎钳在下面多一个螺旋夹紧装置，不一定要固定在一定地方，可随意移动，体积不大，重量轻，拆装、携带方便，适用于仪器仪表工业加工装配，维修夹持小型工件之用。2.4多用式台虎钳多用式台虎钳的钳口与一般的台虎钳相同，但平钳口下部制出一对带有圆弧装置的凹钳口，专供夹持小直径的钢管或圆柱形工件以便加工时不使滚动。多用式台虎钳在它的固定钳体上端还铸出铁砧面。便于对小工件进行锤击加工之用。台虎钳、桌虎钳、多用式台虎钳的规格是以钳口镶铁的长度来表示。目前市场上常见的固定式、活动式有75、100、125、150、200毫米等五种。桌虎钳仅有50和60(或63和65毫米)二种。多用式目前仅有90毫米一种。 3.千斤顶的工作原理千斤顶有机械千斤顶和液压千斤顶等几种，原理各有不同从原理上来说，液压传动最基本的原理就是帕斯卡原理，就是说，液体各处的压强是一致的，这样，在平衡的系统中，比较小的活塞上面施加的压力比较小，而大的活塞上施加的压力也比较大，这样能够保持液体的静止。所以通过液体的传递，可以得到不同端上的不同的压力，这样就可以达到一个变换的目的。我们所常见到的液压千斤顶就是利用了这个原理来达到力的传递。螺旋千斤顶机械原理，以往复扳动手柄，拔爪即推动棘轮间隙回转，小伞齿轮带动大伞齿轮、使举重螺杆旋转，从而使升降套筒获得起升或下降，而达到起重拉力的功能。但不如液压千斤顶简易。图3-1液压千斤顶工作原理图（格式：宋体，五号，居中、1.5倍行间距）设备润滑网19120 1杠杆手柄2小油缸3小活塞4，7单向阀5吸油管6，10管道 8大活塞9大油缸11截止阀12油箱（格式：宋体，五号，居中、1.5倍行间距）图31是液压千斤顶的工作原理图。大油缸9和大活塞8组成举升液压缸。杠杆手柄1、小油缸2、小活塞3、单向阀4和7组成手动液压泵。如提起手柄使小活塞向上移动，小活塞下端油腔容积增大，形成局部真空，这时单向阀4打开，通过吸油管5从油箱12中吸油；用力压下手柄，小活塞下移，小活塞下腔压力升高，单向阀4关闭，单向阀7打开，下腔的油液经管道6输入举升油缸9的下腔，迫使大活塞8向上移动，顶起重物。再次提起手柄吸油时，单向阀7自动关闭，使油液不能倒流，从而保证了重物不会自行下落。不断地往复扳动手柄，就能不断地把油液压入举升缸下腔，使重物逐渐地升起。如果打开截止阀11，举升缸下腔的油液通过管道10、截止阀11流回油箱，重物就向下移动。这就是液压千斤顶的工作原理。 4.液压千斤顶的型式和主要规格液压千斤顶的工作部分为活塞顶杆，位于重物的下方，工作时利用千斤顶的手柄驱动液压泵，液压泵在几百个大气压下将液体压入液压缸内，推动活塞上升，顶起重物。 千斤顶的工作液体可为水或油。严冬季节为使水不致冻结，其中加添甘油或酒精。多数完全使用油液，如用锭子油等。液压千斤顶在多数情况下，均装有指示液压的压力计，可根据压力计所表明的读数，确定被顶起的重物的重量。落下重物时，则利用把手打开溢流阀，通过管路使活塞下方的液体回入油箱，此时活塞连同重物一起降落。 4.1普通液压千斤顶随着起重量、顶升高度、工作压力等的不同和类型差异，有各种技术规格的产品，常用的如起重吊装技术手册上册中表4-1、表4-2、表4-3所示。表4-1 普通液压千斤顶技术规格（格式：宋体，五号，居中、1.5倍行间距）起重量（吨）工作压力（公斤/厘米）升起高度（毫米）落下高度（毫米）外形尺寸（毫米）重量（公斤）3315190210127*144*21010.35360215240142*154*240118340245300167*180*30016.810355240315177*200*3152915320208257300*220*260362532034234810935320342348400*300*35010950320342348440*340*350153100386200424172200386250507280表4-2 普通液压千斤顶技术规格2起重量（吨）工作压力（公斤/厘米升起高度（毫米）气缸直径（毫米）泵的柱塞直径（毫米）泵的柱塞行程（毫米）底座直径（毫米）重量（公斤）100480200165203525517220048320023020353503403004882002802035440575表4-3 普通液压千斤顶技术规格3起重量（吨）升起高度（毫米）落下高度（毫米）底座直径（毫米）长度（毫米）宽度（毫米）重量（公斤）升起时间（分钟）501303002001201210013531027564239017515200155330380757540320204.2连续作用的液压千斤顶连续作用的（或称往复式）千斤顶，能将重物顶升至所需高度，并连续的工作，不像普通液压千斤顶（或螺旋千斤顶），当继续顶升，在垫入承垫枕木座时而使工作中断。连续式液压千斤顶的活塞是固定的，顶升重物则由气缸承担。气缸的底部具有四足，与气缸铸成一体。当气缸提升至最高点后，如在足下塞入垫木，并将气缸略为放下，重物就压在气缸足下方的底面上，然后打开溢流阀使活塞上升，如此重复地提升气缸和活塞，直到重物被顶升至所需高度。4.3 YQ型油压千斤顶它是一种手动油压千斤顶，重量轻，效率高，使用搬移都很方便，为我国目前生产的定型产品。技术规格如起重吊装技术手册上册中表4-4所示。表4-4 YQ型手动油压千斤顶技术规格型号起重量（吨）起重高度h最低高度h工作压力（公斤/厘米手柄长度手柄操作力（公斤）底座尺寸长*宽（或直径）重量（公斤）备注YQ-5AD516023552062032140*905.5(1)YQ-5A130*90(2)SS-5A35130*1155.8(3)YQ-8824057840140*1107366.9(4)35160*1307(1)YQ-1010245637850850100030312810(3)YQ-12.512.59.1(4)YQ-1515250674170*14013.8(3)YQ-1616(2)YQ-2020180100285707170*13020(1)172*19231(8)YQ-303029072434200*16029YQ-3232(1)YQ-505010030578631230*18843(2)300(1)305(4)100034231*188(3)50-180H33066342428*25574100-180H36069945481*308135(5)YQ-100650100042*2222123YQ-200200200400706314227YQ-320300450707394435备注内：（1）上海千斤顶厂；（2）杭州千斤顶厂；（3）沈阳液压机械厂；（4）太原东风机械厂；（5）广州重型机械厂产品。 5.立式液压千斤顶的工作原理和结构组成立式液压千斤顶工作原理：工作时，只要往复扳动摇把，使手动油泵不断向油缸内压油，由于油缸内油压的不断增高，就迫使活塞及活塞上面的重物一起向上运动。打开回油阀，油缸内的高压油便流回储油腔，于是重物与活塞也就一起下落。 这里所设计的立式液压千斤顶广泛运用于汽车维修，起承顶作用，使维修更加方便。立式液压千斤顶结构组成如图5-1所示。 图5-1 立式液压千斤顶结构图1密封圈；2小油缸；3小活塞；4扳手；5手柄；6油塞；7顶帽；8液压油；9调节螺杆；10大活塞；11大油缸；12外套；13大密封圈；14底座；15回油阀杆5.1液压缸的类型液压缸是将液压能转变为机械能的，做直线往复运动(或摆动运动)的液压执行元件。它结构简单，工作可靠。用它来实现往复运动时，可免去减速装置，并且没有传动间隙，运动平稳，因此在各种机械的液压系统中得到广泛应用。根据常用液压缸的结构形式，可将其分为四种类型：活塞式、柱塞式、伸缩式和摆动式。其中活塞式又可分为单活塞杆式和双活塞杆式。（1）活塞式液压缸单活塞杆液压缸只有一端有活塞杆，是一种单活塞液压缸。其两端进出口油口都可通压力油或回油，以实现双向运动，故称为双作用缸。双活塞杆液压缸的两端都有活塞伸出，其组成与单活塞杆液压缸基本相同。缸筒与缸盖用法兰连接，活塞与缸筒内壁之间采用间隙密封。单活塞杆液压缸（如图） 图5-2 单活塞杆液压缸当供给液压缸的流量Q一定时，活塞两个方向的运动速度为：V1=Q/A1=4Q/D2 (向左)， V2= Q/A2=4Q/(D2-d2) (向右)； 当供油压力p一定,回油压力为零时，作用力： F1=pA1=pD2/4 (向右)， F2=pA2=p(D2-d2)/4 (向左)；当其差动连接时，作用力为： F3=p(A1-A2)=p(d2/4) 速度：V 3=(Q+Q2)/A1=(Q+ V 3A2)/A1所以V3=Q/(A1-A2)=4Q/d2双活塞杆液压缸双活塞杆液压缸的两端都有活塞伸出，其组成与单活塞杆液压缸基本相同。缸筒与缸盖用法兰连接,活塞与缸筒内壁之间采用间隙密封。（2）柱塞式液压缸它是一种单作用式液压缸，靠液压力只能实现一个方向的运动，柱塞回程要靠其它外力或柱塞的自重； 柱塞只靠缸套支承而不与缸套接触，这样缸套极易加工,故适于做长行程液压缸； 工作时柱塞总受压，因而它必须有足够的刚度； 柱塞重量往往较大，水平放置时容易因自重而下垂，造成密封件和导向单边磨损，故其垂直使用更有利。（3）伸缩式液压缸伸缩式液压缸具有二级或多级活塞。伸缩式液压缸中活塞伸出的顺序式从大到小，而空载缩回的顺序则一般是从小到大。伸缩缸可实现较长的行程，而缩回时长度较短，结构较为紧凑。此种液压缸常用于工程机械和农业机械上。（4）摆动式液压缸摆动式液压缸是输出扭矩并实现往复运动的执行元件，也称摆动式液压马达。有单叶片和双叶片两种形式。，定子块固定在缸体上，而叶片和转子连接在一起。根据进油方向， 叶片将带动转子作往复摆动。这里选用单活塞杆式液压缸。5.2缸体缸体材料常用20、35、45号钢的无缝钢管。工作温度低于-50的油缸缸体，常用35、45号钢，且要调质处理。与端部焊接的缸体，使用35号钢，机械预加工后再调质。不与其它零件焊接的缸体，使用调质的45号钢。缸体材料也有用锻钢、铸钢和铝合金的。结构设计方案如图53所示。图5-3 缸体的连接方式5.3活塞活塞常用材料采用耐磨铸铁、灰铸铁（HT150HT200）、钢（有的在外径套尼龙66或尼龙1010的耐磨环）、铝合金。活塞的密封结构不同的工作压力选用合适密封圈。常见有O形、Y形密封圈，有的为U形夹织物密封圈密封；YX形密封圈密封，使用压力320公斤/厘米2，密封性能好；活塞环密封（活塞环与橡胶密封圈比较，优点：使用范围大、摩擦力小、寿命高，缺点：不易加工、密封处漏损大。因此，在油缸设计中，采用橡胶密封圈的较多）；采用间隙密封时，在活塞开出几个小槽，用于低压油缸活塞的密封。5.4活塞杆杆体结构有实心和空心活塞杆，空心活塞杆的一端要留出焊接和热处理时用的通气孔。活塞杆的头部常采用带肩螺纹与活塞杆连接。实心活塞杆：35、45号钢。空心活塞杆：35、45号钢的无缝钢管。活塞杆的导向密封与防尘：活塞杆的导向结构，有的是活塞杆直接与端盖接触，有的用轴套等。轴套一般安装在密封圈与缸体油腔之间，以利用油缸内的压力油来润滑轴套。为使密封圈的唇边张开，在轴套上都开有轴向通沟。活塞杆的密封结构，根据不同的工作压力选用合适的密封圈，但与活塞的密封相类似。活塞杆的防尘结构，有骨架式防尘圈，可直接压入座孔内，J形防尘圈，O形防尘圈，Y形防尘圈，毛毡防尘圈等，以上各种结构以骨架式较好，为了保护活塞杆的外露部分，在活塞杆上安装折迭式防尘套。如图5-4所示。 图5-4 折叠式防尘套5.5排气塞（阀）排气塞用于排除油缸内的空气，使油缸稳定工作。一般把排气塞安装在油缸的端部，双向作用油缸安装两个排气塞。常用排气塞的结构如图5-5所示。 图5-5 排气塞（阀）5.6缓冲调节阀缓冲调节阀安装在油缸端部，使活塞运动到行程终了时，起缓冲而减速制动，以消除工作机械的冲击。如图5-6所示为缓冲调节阀的结构简图。 图5-6 缓冲调节阀5.7单向阀单向阀安装在油缸端部，与缓冲调节阀成组使用，在活塞起动时，进入油缸的压力油流经该阀，推动活塞减速制动。设备润滑网19120 6.千斤顶的重要零件设计计算6.1缸体工作压力的确定液压缸工作压力主要根据液压设备的类型来确定，对不同用途的液压设备，由于工作条件不同，通常采用的压力范围也不同。设计时，可用类比法来确定。表6-1列出的数据，可供选定工作压时来参考。表6-1 液压设备常用的工作压力设备类型机床农业机械或中型工程机械液压机、重型机械、起重运输机械磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力/（）0.82.0352881010162032 液压千斤顶属于液压机，所以在这里取20。6.2 缸体内径D和活塞杆直径d的确定采用液压缸为单活塞液压缸，由图7可知（1）式中 液压缸工作压力，初算时可取系统工作压力； 液压缸回油腔背压力，初算时无法准确计算，可先根据表6-2估计。表6-2 执行元件背压的估计值系统类型背压（）中、低压系统08简单的系统和一般轻载的节流调速系统0.20.5回油路带调速阀的调速系统0.50.8回油路带背压阀0.51.5采用带补液压泵的闭式回路0.81.5中高压系统816同上比中低压系统高50100高压系统1632如锻压机械等初算时背压可忽略不计这里属于中低压系统中简单的系统，取。活塞杆直径与液压缸内径之比，可按表63选取；表6-3 液压缸内径D与活塞杆直径d的关系按机床类型选取按液压缸工作压力选取机床类型工作压力/（）磨床、研磨机床0.20.320.20.3插床、拉床、刨床0.5250.50.58钻、镗、车、铣床0.7570.620.7070.7这里取。 工作循环中最大的外负载； 液压缸密封处摩擦力，它的精确值不易求得，常用液压缸的机械效率进行估算。式中液压缸的机械效率，一般。将代入式（1），可求得D为（2）活塞杆直径可由值算出，由计算所得的D与d值分别按表6-4与表6-5圆整到相近的标准直径，以便采用标准的密封元件。表6-4液压缸内径尺寸系列（）810121620253240506380(90)100(110)125(140)160(180)200(220)250320400500630注：括号内数值为非优先选用值。表6-5活塞杆直径系列（）456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360400由以上数据代入（2）得查表8，把圆整成，又由得6.3油缸的一般性能计算 液压油作用在油缸活塞上的作用力F，对于一般单边活塞杆油缸（其他类型的油缸可以类推）来说，当活塞杆前进时的推力：（公斤）当活塞杆后退时的拉力：（公斤）当活塞杆差动前进时（即活塞的两侧同时进压力油）的推力：（公斤）式中：D直径（即油缸内径）（厘米）；d活塞杆直径（厘米）p液压缸的工作压力（公斤/厘米2） 图6-1 油缸活塞的受力根据计算所得油缸的内径计算：1） 推力： 2） 拉力： 3） 单活塞杆液压缸差动连接时，液压缸的推力： 6.4液压缸壁厚和外径的计算液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。液压缸的壁厚一般是指缸筒结构中最薄处的厚度。从材料力学可知，承受内压力的圆筒，其内应力分布规律因壁厚的不同而各异。一般计算时可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。液压缸的内径与其壁厚的比值圆筒称为薄壁圆筒。起重运输机械和工程机械的液压缸，一般用无缝钢管材料，大多属于薄壁圆筒结构，其壁厚按薄壁圆筒公式计算式中液压缸壁厚（）；液压缸内径（）；试验压力，一般取最大工作压力的（）倍（）。工作压力时，工作压力时，；缸筒材料的许用应力。其值为：锻钢：；铸钢：；无缝钢管：；高强度铸铁：；灰铸铁：。在中低压液压系统中，按上式计算所得液压缸的壁厚往往很小，使缸体的刚度往往很不够，如在切削加工过程中的变形、安装变形等引起液压缸工作过程卡死或漏油。因此一般不作计算，按经验选取，必要时按上式进行校核。对于时，应按材料力学中的厚壁圆筒公式进行壁厚的计算。对脆性及塑性材料（3）式中符号意义同前。所以，将所有数字代入（3）得为了增加缸体的安全性，实际取值增加，所以。液压缸壁厚算出后，即可求出缸体的外径为按无缝钢管标准，圆整成。6.5缸盖厚度计算一般液压缸多为平底缸盖，其有效厚度按强度要求计算。无孔时有孔时式中 缸盖有效厚度（）； 缸盖止口内径 （）；缸盖孔的直径 （）。这里取缸盖止口内径为70，缸盖孔的直径