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压力机液压系统的设计【全套13张CAD图纸+毕业论文】【原创资料】

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摘要

液压机是一种用静压来加工金属、塑料、橡胶、粉末制品的机械，在许多工业部门得到了广泛的应用。液压传动系统的设计在现代机械的设计工作中占有重要的地位。液体传动是以液体为工作介质进行能量传递和控制的一种传动系统。本文利用液压传动的基本原理，拟定出合理的液压传动系统图，再经过必要的计算来确定液压系统的参数，然后按照这些参数来选用液压元件的规格。确保其实现快速下行、慢速加压、保压、快速回程、停止的工作循环。

关键词：液压机、液压传动系统设计

Abstract

Hydraulic machine is a kind of static pressure to the processing of metal, plastic, rubber, the powder product of machinery, in many industrial department a wide range of applications. The design of the hydraulic drive system in modern mechanical design work occupies an important position. Transmission fluid is the liquid medium for the work carried out energy transfer and control of a transmission system.This paper using hydraulic transmission to the basic principle of drawing up a reasonable hydraulic system map ,and then after necessary calculation to determine the liquid pressure system parameters , Then according to the parameters to choose hydraulic components specification. To ensure the realization of the fast down, slow pressure, pressure maintaining, rapid return, stop work cycle.

Key words: hydraulic machine, course design, hydraulic transmission system design.

摘要I

AbstractII

1 前言1

1.1液压传动的发展概况1

1.2液压传动在机械行业中的应用1

1.3 液压机的发展及工艺特点2

1.4液压系统的基本组成3

2 小型压力机的液压系统原理设计1

2.1小型压力机的基本结构1

2.2 任务分析2

2.2.1技术要求2

2.2.2任务分析2

2.3 方案的确定3

2.3.1变压式节流调速回路3

2.3.2容积调速回路3

2.4 工况分析4

3 液压缸主要参数的确定6

3.1 液压缸主要尺寸的确定6

3.2活塞杆强度计算6

3.3液压缸活塞的推力及拉力计算7

3.4活塞杆最大容许行程8

3.5液压缸内径及壁厚的确定9

3.5.1液压缸内径计算9

3.5.2液压缸壁厚计算9

3.6液压缸筒与缸底的连接计算10

3.7 缸体结构材料设计11

3.7.1缸体端部连接结构11

3.7.2缸体材料11

3.7.3缸体技术条件11

3.8 活塞结构材料设计11

3.9活塞杆结构材料设计13

3.10活塞杆的导向、密封和防尘14

3.11 缸盖的材料14

3.12液压缸各工作循环中各阶段的功率15

4 液压系统图16

4.1 液压系统图分析16

4.2 液压系统原理图16

5 液压元件的选择18

5.1液压泵的选择18

5.2 阀类元件及辅助元件18

5.3油箱的容积计算19

6 液压系统性能的运算20

6.1 压力损失和调定压力的确定20

6.2 油液温升的计算21

6.3 散热量的计算22

结论23

致谢24

参考文献25

1 前言

1.1液压传动的发展概况

液压传动和气压传动称为流体传动，是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，是工农业生产中广为应用的一门技术。如今，流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。

第一个使用液压原理的是1795年英国约瑟夫·布拉曼(Joseph Braman,1749-1814)，在伦敦用水作为工作介质,以水压机的形式将其应用于工业上,诞生了世界上第一台水压机。1905年他又将工作介质水改为油,进一步得到改善。

我国的液压工业开始于20世纪50年代，液压元件最初应用于机床和锻压设备。60年代获得较大发展，已渗透到各个工业部门，在机床、工程机械、冶金、农业机械、汽车、船舶、航空、石油以及军工等工业中都得到了普遍的应用。当前液压技术正向高压、高速、大功率、高效率、低噪声、低能耗、长寿命、高度集成化等方向发展。同时，新元件的应用、系统计算机辅助设计、计算机仿真和优化、微机控制等工作，也取得了显著成果。

目前，我国的液压件已从低压到高压形成系列，并生产出许多新型元件，如插装式锥阀、电液比例阀、电液伺服阀、电业数字控制阀等。我国机械工业在认真消化、推广国外引进的先进液压技术的同时，大力研制、开发国产液压件新产品，加强产品质量可靠性和新技术应用的研究，积极采用国际标准，合理调整产品结构，对一些性能差而且不符合国家标准的液压件产品，采用逐步淘汰的措施。由此可见，随着科学技术的迅速发展，液压技术将获得进一步发展，在各种机械设备上的应用将更加广泛。 QQ截图20150731150545.gif

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内容简介：: 重庆工业职业技术学院毕业设计（论文）课题名称：压力机液压系统的设计及零件的加工工艺专业班级：学生姓名：指导教师：林洪二 O 一四年四月 nts I 摘要液压机是一种用静压来加工金属、塑料、橡胶、粉末制品的机械，在许多工业部门得到了广泛的应用。液压传动系统的设计在现代机械的设计工作中占有重要的地位。液体传动是以液体为工作介质进行能量传递和控制的一种传动系统。本文利用液压传动的基本原理，拟定出合理的液压传动系统图，再经过必要的计算来确定液压系统的参数，然后按照这些参数来选用液压元件的规格。确保其实现快速下行、慢速加压、保压、快速回程、停止的工作循环。关键词：液压机、液压传动系统设计 nts II Abstract Hydraulic machine is a kind of static pressure to the processing of metal, plastic, rubber, the powder product of machinery, in many industrial department a wide range of applications. The design of the hydraulic drive system in modern mechanical design work occupies an important position. Transmission fluid is the liquid medium for the work carried out energy transfer and control of a transmission system.This paper using hydraulic transmission to the basic principle of drawing up a reasonable hydraulic system map ,and then after necessary calculation to determine the liquid pressure system parameters , Then according to the parameters to choose hydraulic components specification. To ensure the realization of the fast down, slow pressure, pressure maintaining, rapid return, stop work cycle. Key words: hydraulic machine, course design, hydraulic transmission system design. nts III 目录摘要 . I Abstract. II 1 前言 . 1 1.1 液压传动的发展概况 . 1 1.2 液压传动在机械行业中的应用 . 1 1.3 液压机的发展及工艺特点 . 2 1.4 液压系统的基本组成 . 3 2 小型压力机的液压系统原理设计 . 1 2.1 小型压力机的基本结构 . 1 2.2 任务分析 . 2 2.2.1技术要求 . 2 2.2.2任务分析 . 2 2.3 方案的确定 . 3 2.3.1变压式节流调速回路 . 3 2.3.2容积调速回路 . 3 2.4 工况分析 . 4 3 液压缸主要参数的确定 . 6 3.1 液压缸主要尺寸的确定 . 6 3.2 活塞杆强度计算 . 6 3.3 液压缸活塞的推力及拉力计算 . 7 3.4 活塞杆最大容许行程 . 8 3.5 液压缸内径及壁厚的确定 . 9 3.5.1液压缸内径计算 . 9 3.5.2液压缸壁厚计算 . 9 3.6 液压缸筒与缸底的连接计算 . 10 3.7 缸体结构材料设计 . 11 3.7.1缸体端部连接结构 . 11 3.7.2缸体材料 . 11 3.7.3缸体技术条件 . 11 3.8 活塞结构材料设计 . 11 3.9 活塞杆结构材料设计 . 13 3.10 活塞杆的导向、密封和防尘 . 14 3.11 缸盖的材料 . 14 3.12 液压缸各工作循环中各阶段的功率 . 15 4 液压系统图 . 16 4.1 液压系统图分析 . 16 4.2 液压系统原理图 . 16 5 液压元件的选择 . 18 5.1 液压泵的选择 . 18 5.2 阀类元件及辅助元件 . 18 5.3 油箱的容积计算 . 19 6 液压系统性能的运算 . 20 nts IV 6.1 压力损失和调定压力的确定 . 20 6.2 油液温升的计算 . 21 6.3 散热量的计算 . 22 结论 . 23 致谢 . 24 参考文献 . 25 nts 1 1 前言 1.1液压传动的发展概况液压传动和气压传动称为流体传动，是根据 17 世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，是工农业生产中广为应用的一门技术。如今，流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。第一个使用液压原理的是 1795 年英国约瑟夫布拉曼 (Joseph Braman,1749-1814)，在伦敦用水作为工作介质 ,以水压机的形式将其应用于工业上 ,诞生了世界上第一台水压机。 1905 年他又将工作介质水改为油 ,进一步得到改善。我国的液压工业开始于 20世纪 50年代，液压元件最初应用于机床和锻压设备。 60年代获得较大发展，已渗透到各个工业部门，在机床、工程机械、冶金、农业机械、汽车、船舶、航空、石油以及军工等工业中都得到了普遍的应用。当前液压技术正向高压、高速、大功率、高效率、低噪声、低能耗、长寿命、高度集成化等方向发展。同时，新元件的应用、系统计算机辅助设计、计算机仿真和优化、微机控制等工作，也取得了显著成果。目前，我国的液压件已从低压到高压形成系列，并生产出许多新型元件，如插装式锥阀、电液比例阀、电液伺服阀、电业数字控制阀等。我国机械工业在认真消化、推广国外引进的先进液压技术的同时，大力研制、开发国产液压件新产品，加强产品质量可靠性和新技术应用的研究，积极采用国际标准，合理调整产品结构，对一些性能差而且不符合国家标准的液压件产品，采用逐步淘汰的措施。由此可见，随着科学技术的迅速发展，液压技术将获得进一步发展，在各种机械设备上的应用将更加广泛。 1.2液压传动在机械行业中的应用机床工业磨床、铣床、刨床、拉床、压力机、自动机床、组合机床、数控机床、加工中心等工程机械挖掘机、装载机、推土机等汽车工业自卸式汽车、平板车、高空作业车等农业机械联合收割机的控制系统、拖拉机的悬挂装置等轻工机械打包机、注塑机、校直机、橡胶硫化机、造纸机等冶金机械电炉控制系统、轧钢机控制系统等起重运输机械起重机、叉车、装卸机械、液压千斤顶等 nts 2 矿山机械开采机、提升机、液压支架等建筑机械打桩机、平地机等船舶港口机械起货机、锚机、舵机等铸造机械砂型压实机、加料机、压铸机等本机器适用于可塑性材料的压制工艺。如冲压、弯曲、翻边、薄板拉伸等。也可以从事校正、压装、砂轮成型、冷挤金属零件成型、塑料制品及粉末制品的压制成型。本机器具有独立的动力机构和电气系统。采用按钮集中控制，可实现调整、手动及半自动三种操作方式。本机器的工作压力、压制速度、空载快速下行和减速的行程范围均可根据工艺需要进行调整，并能完成一般压制工艺。此工艺又分定压、定程两种工艺动作供选择。定压成型之工艺动作在压制后具有保压、延时、自动回程、延时自动退回等动作。本机器主机呈长方形，外形新颖美观，动力系统采用液压系统，结构简单、紧凑、动作灵敏可靠。该机并设有脚踏开关，可实现半自动工艺动作的循环。 1.3 液压机的发展及工艺特点液压机是制品成型生产中应用最广的设备之一，自 19 世纪问世以来发展很快，液压机在工作中的广泛适应性，使其在国民经济各部门获得了广泛的应用。由于液压机的液压系统和整机结构方面，已经比较成熟，目前国内外液压机的发展不仅体现在控制系统方面，也主要表现在高速化、高效化、低能耗；机电液一体化，以充分合理利用机械和电子的先进技术促进整个液压系统的完善；自动化、智能化，实现对系统的自动诊断和调整，具有故障预处理功能；液压元件集成化、标准化，以有效防止泄露和污染等四个方面。作为液压机两大组成部分的主机和液压系统，由于技术发展趋于成熟，国内外机型无较大差距，主要差别在于加工工艺和安装方面。良好的工艺使机器在过滤、冷却及防止冲击和振动方面，有较明显改善。在油路结构设计方面，国内外液压机都趋向于集成化、封闭式设计，插装阀、叠加阀和复合化元件及系统在液压系统中得到较广泛的应用。特别是集成块可以进行专业化的生产，其质量好、性能可靠而且设计的周期也比较短。近年来在集成块基础上发展起来的新型液压元件组成的回路也有其独特的优点，它不需要另外的连接件其结构更为紧凑，体积也相对更小，重量也更轻无需管件连接，从而消除了因油管、接头引起的泄漏、振动和噪声。逻辑插装阀具有体积小、重量轻、密封性能好、功率损失小、动作速度快、易于集成的特点，从 70年代初期开始出现，至今已得到了很快的发展。我国从 1970年开始对这种阀进行研究和生产，并已将其广泛的应用于冶金、锻压等设备上，显示了很大的优越性。液压机工艺用途广泛，适用于弯曲、翻边、拉伸、成型和冷挤压等冲压工艺，压力机是一种用静压来加工产品。适用于金属粉末制品的压制成型工艺和非金属nts 3 材料，如塑料、玻璃钢、绝缘材料和磨料制品的压制成型工艺，也可适用于校正和压装等工艺。由于需要进行多种工艺，液压机具有如下的特点：（ 1）工作台较大，滑块行程较长，以满足多种工艺的要求；（ 2）有顶出装置，以便于顶出工件；（ 3）液压机具有点动、手动和半自动等工作方式，操作方便；（ 4）液压机具有保压、延时和自动回程的功能，并能进行定压成型和定程成型的操作，特别适合于金属粉末和非金属粉末的压制；（ 5）液压机的工作压力、压制速度和行程范围可随意调节，灵活性大。 1.4液压系统的基本组成 1）能源装置液压泵。它将动力部分（电动机或其它远动机）所输出的机械能转换成液压能，给系统提供压力油液。 2）执行装置液压机（液压缸、液压马达）。通过它将液压能转换成机械能，推动负载做功。 3）控制装置液压阀。通过它们的控制和调节，使液流的压力、流速和方向得以改变，从而改变执行元件的力（或力矩）、速度和方向，根据控制功能的不同，液压阀可分为村力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为益流阀 (安全阀 )、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。 4）辅助装置油箱、管路、蓄能器、滤油器、管接头、压力表开关等 .通过这些元件把系统联接起来，以实现各种工作循环。 5）工作介质液压油。绝大多数液压油采用矿物油，系统用它来传递能量或信息。 nts 1 2 小型压力机的液压系统原理设计 2.1小型压力机的基本结构小型压力机机身属于四立柱机身。机身由上横梁、下横梁和四根立柱组成。液压机的各个部件都安装在机身上，其中上横梁的中间孔安装工作缸，下横梁的中间孔安装顶出缸，工作台面上开有开有 T 型槽，用来安装模具。活动横梁的四个角上的孔套装在四立柱上，上方和工作缸活塞相连接，由其带动横梁上下运动。机身在液压机工作中承受全部的工作载荷。工作缸采用活塞式双作用缸，当压力油进入工作缸上腔，活塞带动横梁向下运动，其速度慢，压力大，当压力油进入工作缸下腔，活塞向上运动，其速度较快，压力较小，符合一般的慢速压制、快速回程的工艺要求。活动横梁是立柱式液压机的运动部件，位于液压机机身的中间，中间圆孔和上横梁的工作活塞杆连接，四角孔在工作活塞的带动下，靠立柱导向作上下运动，活动横梁的底面也开有 T型槽，用来安装模具。在机身下部设有顶出缸，通过顶杆可以将成型后的塑件顶出。液压机的动力部分是高压泵，将机械能转变为液压能，向液压机的工作缸和顶出缸提供高压液体。图 2.1：小型压力机 nts 2 2.2 任务分析 2.2.1技术要求设计一小型油压机的液压系统，实现的工作循环是：快速下降压制保压快退原位停止。主要性能参数与性能要求如下：压制时外负载 FL=15000N；运动部件自重 G=6000N；快进、快退速度 0.1m/s，工进速度 0.88 10-3m/s；快进行程 L1=150mm，工进行程 L2=50mm；往复运动的加速时间 t=0.2s；保压时间40s。 2.2.2任务分析根据重量为 6000N ，为了防止滑块受重力下滑，可用液压方式平衡滑块重量。设计液压缸的启动、制动时间为 t =0.2s 。液压机滑块上下为直线往复运动，且行程较小（ 200mm） ,故可选单杆液压缸作执行器 ,且液压缸的机械效率0.9cm 。因为液压机的工作循环为快速下降、慢速加压、保压、快速回程四个阶段。各个阶段的转换由一个三位四通的换向阀和一个二位二通的换向阀控制。当三位四通换向阀工作在左位时实现快速回程。中位时实现液压泵的卸荷，亦即液压机保压。工作在右位时实现液压泵的快进和工进。其工进速度由一个调速阀来控制。快进和工进之间的转换由二位二通换向阀控制。液压机快速下降时，要求其速度较快，减少空行程时间，液压泵采用全压式供油，且采用差动连接。由于液压机压力比较大，所以此时进油腔的压力比较大，所以在由保压到快速回程阶段须要一个节流阀，以防在高压冲击液压元件，并可使油路卸荷平稳。为了对油路压力进行监控，在液压泵出口安装一个溢流阀，同时也对系统起过载保护作用。油路要设计一个单向阀，以构成一个平衡回路，产生一定大小的背压力，同时也使工进过程平稳。在液压力泵的出油口设计一个单向阀，可防止油压对液压泵的冲击，对泵起到保护作用。nts 3 2.3 方案的确定由液压机的工作情况来看，其外负载和工作速度随着时间是不断变化的。所以设计液压回路时必须满足随负载和执行元件的速度不断变化的要求。因此可以选用变压式节流调速回路和容积式调速回路两种方式。 2.3.1变压式节流调速回路节流调速的工作原理，是通过改变回路中流量控制元件通流面积的大小来控制流入执行元件或自执行元件流出的流量来调节其速度。变压式节流调速的工作压力随负载而变，节流阀调节排回油箱的流量，从而对流入液压缸的的流量进行控制。其缺点：液压泵的损失对液压缸的工作速度有很大的影响。其机械特性较软，当负载增大到某值时候，活塞会停止运动，低速时泵承载能力很差，变载下的运动平稳性都比较差，可使用比例阀、伺服阀等来调节其性能，但装置复杂、价格较贵。优点：在主油箱内，节流损失和发热量都比较小，且效率较高。宜在速度高、负载较大，负载变化不大、对平稳性要求不高的场合。 2.3.2容积调速回路容积调速回路的工作原理是通过改变回路中变量泵或马达的排量来改变执行元件的运动速度。优点：在此回路中，液压泵输出的油液直接进入执行元件中，没有溢流损失和节流损失，而且工作压力随负载的变化而变化，因此效率高、发热量小。当加大液压缸的有效工作面积，减小泵的泄露，都可以提高回路的速度刚性。综合以上两种方案的优缺点比较，泵缸开式容积调速回路和变压式节流调回路相比较，其速度刚性和承载能力都比较好，调速范围也比较宽工作效率更高，发热却是最小的。考虑到最大压制力为 320000N，故选泵缸开式容积调速回路。 nts 4 2.4 工况分析 2.4.1工作负载工作负载 Fe 液压缸的常见工作负载有重力、切削力、挤压力等。阻力负载为正，超越负载为负。自重 G=6000N 压制力 F=FL=15000N 2.4.2 摩擦负载假设静摩擦系数 fs=0.2，动摩擦系数 fd=0.1 0 . 1 6 0 0 0 6 0 0f d dF f G N N 2.4.3 惯性负载惯性负载 Fi 惯性负载时运动部件在启动和制动过程中的惯性力，其平均值可按下式计算 Fi =G/g*v/t (N) 式中 g=重力加速度， m/s2， g=9.8m/s2 v=速度变化量， m/s2 t=启动或制动时间， s 一般机械 t =0.10.5s， 2.4.4 自重 G=mg=6000N 2.4.5 液压缸在各工作阶段的负载值查液压缸的机械效率 0.9cm ，可计算出液压缸在各工作阶段的负载情况，如下表表 1所示：表 1 液压缸各阶段的负载情况工况负载计算公式液压缸负载/FN 液压缸推力 /N 启动 fjFF1200 1333.33 加速 fd gFFF6600 7333.33 快进 fdFF600 666.667 6 0 0 0 0 . 1( ) ( ) 3 0 6 . 1 29 . 8 0 . 2gGvF N Ngt nts 5 工进 fd LFFF15600 17333.33 快退 fdFF600 666.667 2.4.6 负载图与速度图的绘制根据工况负载和以知速度1v和2v及行程 S，可绘制负载图和速度图，如下图（图 1、图 2）所示：图 1(负载图 ) 图 2（速度图） nts 6 3 液压缸主要参数的确定 3.1 液压缸主要尺寸的确定（ 1）工作压力 P的确定：工作压力 P可根据负载大小及机器的类型，来初步确定由手册查表取液压缸工作压力为 25MPa。将液压缸的无杆腔作为主工作腔，考虑到缸下行时，滑块自重采用液压方式平衡，则可计算出液压缸无杆腔的有效面积，取液压缸的机械效率 cm=0.9。（ 2）计算液压缸内径 D和活塞杆直径 d 由负载图知最大负载工进 F为 15600N，取 d/D=0.7 1 6156002 5 1 0 0 . 9cmFA P = 46.93 10 D=14A =0.0297m=29.7mm 液压气动系统及元件缸内径及活塞杆外径标准编号： GB/T 2348-1993 表 GB/T 2348-1993 直径系列直径系列 /mm (GB/T 2348-1993) 4、 5、 6、 8、 10、 12、 16、 18、 20、 22、 25、 28、 32、 36、 40、 45、50、 56、 63、 70、 80、 90、 100、 110、 125、 140、 160、 180、 200、220、 250、 280、 320、 360 按 GB/T2348-1993，取标准值 D=32mm d=0.7D=22.4mm 取值 d=25mm 由此求得液压缸的实际有效工作面积则：无杆腔实际有效面积： 1A = 24D 803.84 2mm 有杆腔实际有效面积： 2A = 224 dD =313.215 2mm 3.2活塞杆强度计算活塞杆在稳定工作下，如果仅受轴向拉力或压力载荷时，便可以近似的采用直杆承受拉、压载荷的简单强度计算公式进行计算， nts 7 活塞杆应力 24 dP (3.5) 或 Pd 4(3.6) 式中 P 活塞杆所受的轴向载荷 d 活塞杆直径活塞杆制造材料的许用应力根据以上公式可知切断液压缸 32215600 3 1 . 7 1 03 . 1 4 2544Pd 可见，活塞杆的强度均满足要求。 3.3液压缸活塞的推力及拉力计算液压油作用在液压缸活塞上的作用力 P，对于一般单边活塞杆液压缸来说，当活塞杆前进时的推力： 1211 4 pDpAP (3.7) 当活塞杆后退时的拉力： 12222 -4 pdDpAP ）（(3.8) 当活塞杆差动前进时（即活塞的两侧同时进压力相同的压力油）的推力： 12213 4- pdpAAP ）（ (3.9) 式中 D 活塞直径（即液压缸内径） cm d 活塞杆直径 cm 1p -液压缸的工作压力表 11-133为活塞杆直径 d采用速度比计算得出，不同液压缸直径 D和压力 1p下液压缸活塞上的推力 1P 及拉力 2P 数值。 nts 8 图 3.1 液压缸活塞的受力 3.4活塞杆最大容许行程根据机械设计手册表 11-141和表 11-142即可以概略的求出液压缸的最大容许行程。两个液压缸均采用如图固定自由模式进行安装。图 3.2 安装型式简图根据长度公式 Pdl 2205 (3.12) ClS - (3.13) 可知切断液压缸活塞杆计算长度 l和实际行程 S分别为 Pdl 2205 =82101090205 =52.54cm ClS - =52.54-6=46.5cm 镦粗液压缸活塞杆计算长度 l和实际行程 S分别为 nts 9 3.5液压缸内径及壁厚的确定 3.5.1液压缸内径计算当 P和 p已知，则液压缸内径 D可按公式得： pPD4 (3.14) 式中 P 活塞杆上的总作用力， N p 液压油的工作压力， KN 可知液压缸的内径为 32mm, 3.5.2液压缸壁厚计算一般，低压系统用的液压缸都是薄壁缸，薄壁可用下式计算： cmpD2 (3.15) 式中，缸壁厚度， m p 液压缸内工作压力， Pa 刚体材料的许用应力 D 液压缸内径， cm 当额定压力 Pn16MPA 时， Pp=Pn150/100 当额定压力 Pn 16MPA时， Pp=Pn125/100 nb (3.16) b 缸体材料的抗拉强度， Pa n 安全系数，一般可取 n=5 应当注意，当计算出的液压缸壁较薄时，要按结构需要适当加厚。因此，根据上述公式可得，液压缸 100 662 5 1 0 3 2 42 2 1 0 0 1 0pD mm nts 10 故切断液压缸的壁厚为 5mm。关于液压缸的安全系数，在设计液压缸时通常取 n=5。但是这在比较平稳的工作条件下，强度有些余量；相反，假如工作条件为动载荷或冲击压力超过超耐压力时，有时会出现危险状态。因此合理的安全系数，应根据实际使用条件选取。 3.6液压缸筒与缸底的连接计算缸体法兰连接螺栓计算缸体与端部用法兰连接或拉杆连接时，螺栓或拉杆的强度计算如下：图 3.3 缸体联接螺纹处的拉应力 ZdKP214 (3.17) 螺纹处的剪应力 47.02.0 31 01 ZdkPdk(3.18) 合成应力 3.13 22n(3.19) 式中 Z 螺栓或拉杆的数量 s 材料为 45钢时，s=30 nts 11 3.7 缸体结构材料设计 3.7.1缸体端部连接结构采用简单的焊接形式，其特点：结构简单，尺寸小，重量轻，使用广泛。缸体焊接后可能变形，且内径不易加工。所以在加工时应小心注意。主要用于活塞式液压缸。 3.7.2缸体材料液压缸缸体的常用材料为 20、 35、 45号无缝钢管。因 20号钢的机械性能略低，且不能调质，应用较少。当缸筒与缸底、缸头、管接头或耳轴等件需要焊接时，则应采用焊接性能比较号的 35号钢，粗加工后调质。一般情况下，均采用45号钢，并应调质到 241285HB。缸体毛坯可采用锻钢，铸铁或铸铁件。铸刚可采用 ZG35B等材料，铸铁可采用 HT200HT350之间的几个牌号或球墨铸铁。特殊情况可采用铝合金等材料。 3.7.3缸体技术条件 a. 缸体内径采用 H8、 H9配合。表面粗糙度：当活塞采用橡胶密封圈时， Ra为 0.10.4 m ，当活塞用活塞环密封时， Ra为 0.20.4 m 。且均需衍磨。 b. 热处理：调质，硬度 HB241285。 c. 缸体内径 D 的圆度公差值可按 9、 10 或 11级精度选取，圆柱度公差值应按 8级精度选取。 d. 缸体端面 T 的垂直度公差可按 7级精度选取。 e. 当缸体与缸头采用螺纹联接时，螺纹应取为 6级精度的公制螺纹。 f. 当缸体带有耳环或销轴时，孔径或轴径的中心线对缸体内孔轴线的垂直公差值应按 9级精度选取。 g. 为了防止腐蚀和提高寿命，缸体内表面应镀以厚度为 3040 m 的铬层，镀后进行衍磨或抛光。 3.8 活塞结构材料设计 3.8.1活塞与活塞杆的联接型式表 3.1 活塞与活塞杆的联接型式联接方式备注说明 nts 12 整体联接用于工作压力较大而活塞直径又较小的情况螺纹联接常用的联接方式半环联接用于工作压力、机械振动较大的情况下这里采用螺纹联接。 3.8.2活塞的密封活塞与缸体的密封结构，随工作压力、环境温度、介质等条件的不同而不同。常用的密封结构见下表表 3.2 常用的密封结构密封形式备注说明间隙密封用于低压系统中的液压缸活塞的密封活塞环密封适用于温度变化范围大，要求摩擦力小、寿命长的活塞密封 O型密封圈密封密封性能好，摩擦系数小；安装空间小，广泛用于固定密封和运动密封 Y型密封圈密封用在 20MPa下、往复运动速度较高的液压缸密封结合本设计所需要求，采用 O型密封圈密封比较合适。 3.8.3活塞的材料液压缸常用的活塞材料为耐磨铸铁、灰铸铁（ HT300、 HT350）、钢及铝合金等，这里采用 45号钢。 3.8.4活塞的技术要求 a. 活塞外径 D 对内孔 1d 的径向跳动公差值，按 7、 8级精度选取。 b. 端面 T对内孔 1d 轴线的垂直度公差值，应按 7级精度选取。 c. 外径 D的圆柱度公差值，按 9、 10 或 11级精度选取。 nts 13 图 3.3 活塞 3.9活塞杆结构材料设计 3.9.1端部结构活塞杆的端部结构分为外螺纹、内螺纹、单耳环、双耳环、球头、柱销等多种形式。根据本设计的结构，为了便于拆卸维护，可选用内螺纹结构。 3.9.2端部尺寸如图，为内螺纹联接简图。查表 11-148，按照本设计要求，选用直径螺距-螺纹长 = 3 3 2 4 5K K t A 。图 3.2 螺纹联接简图 3.9.3活塞杆结构活塞杆有实心和空心两种，如下图。实心活塞杆的材料为 35、 45号钢；空心活塞杆材料为 35、 45号无缝钢管。本设计采用实心活塞杆，选用 45号钢。图 3.3 空心活塞杆图 3.4 实心活塞杆 3.9.4活塞杆的技术要求 a. 活塞杆的热处理：粗加工后调质到硬度为 HB229285，必要时，再经过高频淬火，硬度达 HRC4555。在这里只需调质到 HB230即可。 b. 活塞杆的圆度公差值，按 911级精度选取。这里取 10级精度。 c. 活塞杆的圆柱度公差值，应按 8级精度选取。 d. 活塞杆的径向跳动公差值，应为 0.01mm。 e. 端面 T的垂直度公差值，则应按 7 级精度选取。 f. 活塞杆上的螺纹，一般应按 6级精度加工（如载荷较小，机械振动也较nts 14 小时，允许按 7级或 8级精度制造）。 g. 活塞杆上工作表面的粗糙度为 Ra0.63 m , 为了防止腐蚀和提高寿命，表面应镀以厚度约为 40 m 的铬层，镀后进行衍磨或抛光。 3.10活塞杆的导向、密封和防尘 3.10.1导向套 a. 导向套的导向方式、结构表 3.3 导向套的导向方式导向方式备注说明缸盖导向减少零件数量，装配简单，磨损相对较快管通导套可利用压力油润滑导向套，并使其处于密封状态可拆导向套容易拆卸，便于维修。适用于工作条件恶劣、经常更换导向套的场合球面导向套导向套自动调整位置，磨损比较均匀本设计采用缸盖导向。 b. 导向套材料导向套的常用材料为铸造青铜或耐磨铸铁。由于选用的是和缸盖一体的导向套，所以材料和缸盖也是相同的，都选用耐磨铸铁。 c. 导向套的技术要求导向套的内径配合一般取为 H8/f9，其表面粗糙度则为 Ra0.631.25 m 。 3.10.2活塞杆的密封与防尘这里仍采用 O 型密封圈，材料选择薄钢片组合防尘圈，防尘圈与活塞杆的配合可按 H9/f9选取。薄钢片厚度为 0.5mm。 3.11 缸盖的材料液压缸的缸盖可选用 35、 45号锻钢或 ZG35、 ZG45铸钢或 HT200、 HT300、HT350铸铁等材料。在这里选择 ZG45铸钢。缸盖按 9、 10或 11级精度选取。 6.6液压缸的排气装置 nts 15 3.12液压缸各工作循环中各阶段的功率根据 P pq可得液压缸在工作循环中各阶段的功率，其结果如表 5 所示。表 5-2 液压缸各工作循环中各阶段的功率工作阶段工率 W 快进 452 工进 410 快退 410 按以上数据可绘制液压缸的工况图如图 5-1 所示。图 5-1 工况图 nts 16 4 液压系统图 4.1 液压系统图分析（ 1）考虑到液压机工作时所需功率较大，固采用变量泵的容积调速方式。（ 2）为了满足速度的有极变化，采用压力补偿变量液压泵供油，即在快速下降的时候，液压泵以全流量供油。当转化成慢速加压压制时，泵的流量减小，最后流量为 0。（ 3）当液压缸反向回程时，泵的流量恢复为全流量供油。液压缸的运动方向采用三位四通 M型电磁换向阀和二位二通电磁换向阀控制。停机时三位四通换向阀处于中位，使液压泵卸荷。（ 4）为了防止压力头在工作过程中因自重而出现自动下降的现象，在液压缸有杆腔回路上设置一个单向阀。（ 5）为了实现快速空程下行和慢速加压，此液压机液压系统采用差动连接的调速回路。（ 6）为了使液压缸下降过程中压

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