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轧机液压升降台设计【全套CAD图纸+毕业论文】【原创资料】

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定单112-轧机液压升降台设计【最终】

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摆动油缸-A0.dwg

摇杆-A2.dwg

机构分析-A3.dwg

液压升降台装配图-A0.dwg

液压原理图-A3.dwg

缸体-A1.dwg

输出齿轮-A2.dwg

齿条活塞-A1.dwg

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机构分析-A3.exb

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摘要

轧钢生产在国民经济中所起的作用是十分显著的。钢铁工业生产中，除少量的钢用铸造或铸造方法制成零件外，炼钢厂生产的钢锭与连铸坯有85～90％以上要经过轧钢车间轧成各种钢材，供应国民经济各部门。可见在现代钢铁企业中，作为使钢成材的轧钢生产，在整个国民经济中占据着异常重要的地位，对促进我国经济快速发展起十分重要的作用。

轧机液压升降台是用于升降和输送轧件，本文主要对三辊轧机液压升降台液压系统设计，包括液压系统的拟定，齿轮齿条油缸的设计，液压站的设计。

关键词：轧机，液压升降台，齿轮齿条油缸，液压系统

Abstract

Steel rolling production plays a role in the national economy is very significant. The production of iron and steel industry, in addition to the casting or casting method with a small amount of parts made of steel, steel ingot and casting factory production of steel 85 ~ 90% more to go through the mill rolling into various steel products, supply of various sectors of the national economy. In modern iron and steel enterprise, as the steel plate rolling production, occupies a very important position in the whole national economy, to promote China's rapid economic development plays an important role in.

Hydraulic lifting platform is used for lifting and conveying workpiece, this paper focuses on the design of the three rolling mill hydraulic system hydraulic lifting platform, including the design of hydraulic system, gear and rack cylinder, the design of hydraulic station.

Keywords: Hydraulic lifting platform,The gear rack cylinder,Hydraulic system

摘要I

AbstractII

第一章绪论1

1.1 选题背景及意义1

1.2 国内外研究现况1

1.3 轧机液压升降台概述2

1.4 本论文研究的主要内容2

第二章轧机液压升降台整体方案的拟定3

2.1设计要求3

2.1.1主要技术参数3

2.1.2任务要求3

2.2 驱动方案拟定3

2.3 升降机构方案拟定3

2.4总体方案确定4

第三章轧机升降台液压系统的设计5

3.1液压系统方案拟定5

3.1.1液压系统原理图的设计5

3.1.2 动作原理分析6

3.2液压元件的计算和选择6

3.2.1 油泵的选择7

3.2.2 控制阀的选择7

3.2.3 油管内径的确定8

3.2.4 油箱容量计算和油箱散热面积的确定9

3.3压力系统性能的验算9

3.3.1 系统的压力损失验算9

3.3.2 液压系统发热量的计算10

第四章齿轮齿条液压缸11

4.1 设计主要技术参数11

4.2 齿轮齿条液压缸尺寸及结构设计11

4.2.1液齿轮齿条油缸的工作原理11

4.2.2 液压缸的效率11

4.2.3 液压缸缸径的计算11

4.2.4活塞宽度的确定12

4.2.5 缸体长度的确定12

4.2.6缸筒壁厚的计算12

4.2.7 活塞杆强度和液压缸稳定性计算13

4.2.8缸筒壁厚的验算15

4.2.9 缸筒的加工要求17

4.2.10法兰设计17

4.2.11 (缸筒端部）法兰连接螺栓的强度计算18

4.2.12密封件的选用20

第五章升降台及轧辊的设计22

5.1升降台的设计22

5.1.1升降机构设计22

5.1.2升降平台设计25

5.1.3 机架25

5.2轧辊的设计26

5.2.1选材26

5.2.2轧辊尺寸设计26

总结27

参考文献28

致谢29

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第一章绪论

1.1 选题背景及意义

大型轧机升降台，目前多采用传统的“垂锤平衡，曲柄连杆机构驱动”的结构型式。此类升降台因其重锤惯性大，相应的机械传动、紧固装置容易受损，故设备故障多、维修费用高、管理工作量大、年停机时间长。研究新型的液压升降台取代传统的结构型式已成为一种发展趋势。

液压传动技术应用领域几乎遍及国民经济各工业部门。该选题以轧机液压升降台液压系统为设计对象，紧密结合机械设计制造及自动化专业的相关基础技术和专业技术，对于锻炼学生综合应用液压传动、机械制造工程、机械设计、机械CAD等基本专业知识解决工程实际问题的能力以及独立工作的能力具有积极的促进作用。

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内容简介：: I 摘要轧钢生产在国民经济中所起的作用是十分显著的。钢铁工业生产中，除少量的钢用铸造或铸造方法制成零件外，炼钢厂生产的钢锭与连铸坯有 85 90以上要经过轧钢车间轧成各种钢材，供应国民经济各部门。可见在现代钢铁企业中，作为使钢成材的轧钢生产，在整个国民经济中占据着异常重要的地位，对促进我国经济快速发展起十分重要的作用。轧机液压升降台是用于升降和输送轧件，本文主要对三辊轧机液压升降台液压系统设计，包括液压系统的拟定，齿轮齿条油缸的设计，液压站的设计。关键词：轧机，液压升降台，齿轮齿条油缸，液压系统 nts II Abstract Steel rolling production plays a role in the national economy is very significant. The production of iron and steel industry, in addition to the casting or casting method with a small amount of parts made of steel, steel ingot and casting factory production of steel 85 90% more to go through the mill rolling into various steel products, supply of various sectors of the national economy. In modern iron and steel enterprise, as the steel plate rolling production, occupies a very important position in the whole national economy, to promote Chinas rapid economic development plays an important role in. Hydraulic lifting platform is used for lifting and conveying workpiece, this paper focuses on the design of the three rolling mill hydraulic system hydraulic lifting platform, including the design of hydraulic system, gear and rack cylinder, the design of hydraulic station. Keywords: Hydraulic lifting platform,The gear rack cylinder,Hydraulic system nts III 目录摘要 . I Abstract . II 第一章绪论 . 1 1.1 选题背景及意义 . 1 1.2 国内外研究现况 . 1 1.3 轧机液压升降台概述 . 2 1.4 本论文研究的主要内容 . 2 第二章轧机液压升降台整体方案的拟定 . 3 2.1 设计要求 . 3 2.1.1 主要技术参数 . 3 2.1.2 任务要求 . 3 2.2 驱动方案拟定 . 3 2.3 升降机构方案拟定 . 3 2.4 总体方案确定 . 4 第三章轧机升降台液压系统的设计 . 5 3.1 液压系统方案拟定 . 5 3.1.1 液压系统原理图的设计 . 5 3.1.2 动作原理分析 . 6 3.2 液压元件的计算和选择 . 6 3.2.1 油泵的选择 . 7 3.2.2 控制阀的选择 . 7 3.2.3 油管内径的确定 . 8 3.2.4 油箱容量计算和油箱散热面积的确定 . 9 3.3 压力系统性能的验算 . 9 3.3.1 系统的压力损失验算 . 9 3.3.2 液压系统发热量的计算 . 10 第四章齿轮齿条液压缸 . 11 nts IV 4.1 设计主要技术参数 . 11 4.2 齿轮齿条液压缸尺寸及结构设计 . 11 4.2.1 液齿轮齿条油缸的工作原理 . 11 4.2.2 液压缸的效率 . 11 4.2.3 液压缸缸径的计算 . 11 4.2.4 活塞宽度 B 的确定 . 12 4.2.5 缸体长度的确定 . 12 4.2.6 缸筒壁厚的计算 . 12 4.2.7 活塞杆强度和液压缸稳定性计算 . 13 4.2.8 缸筒壁厚的验算 . 15 4.2.9 缸筒的加工要求 . 17 4.2.10 法兰设计 . 17 4.2.11 (缸筒端部）法兰连接螺栓的强度计算 . 18 4.2.12 密封件的选用 . 20 第五章升降台及轧辊的设计 . 22 5.1 升降台的设计 . 22 5.1.1 升降机构设计 . 22 5.1.2 升降平台设计 . 25 5.1.3 机架 . 26 5.2 轧辊的设计 . 26 5.2.1 选材 . 26 5.2.2 轧辊尺寸设计 . 26 总结 . 27 参考文献 . 28 致谢 . 29 nts轧机液压升降台设计 1 第一章绪论 1.1 选题背景及意义大型轧机升降台，目前多采用传统的“垂锤平衡，曲柄连杆机构驱动”的结构型式。此类升降台因其重锤惯性大，相应的机械传动、紧固装置容易受损，故设备故障多、维修费用高、管理工作量大、年停机时间长。研究新型的液压升降台取代传统的结构型式已成为一种发展趋势。液压传动技术应用领域几乎遍及国民经济各工业部门。该选题以轧机液压升降台液压系统为设计对象，紧密结合机械设计制造及自动化专业的相关基础技术和专业技术，对于锻炼学生综合应用液压传动、机械制造工程、机械设计、机械CAD 等基本专业知识解决工程实际问题的能力以及独立工作的能力具有积极的促进作用。 1.2 国内外研究现况最早的轧机出现在 14 世纪的欧洲， 1480 年意大利人达芬奇 (Leonardo da Vinci)曾设计出轧机的草图。 1553 年法国人布律利埃 (Brulier)轧制出金和银的板材，用以制造钱币。此后，西班牙、比利时和英国相继出现了轧机。 1766 年英国有了顺列式的小型轧机，至 19 世纪中叶，第一台可逆式轧机在英国投产，并轧出了船用板材。 1838 年建成了带活套 (见活套轧制 )的二列式线材轧机 (见横列式轧机 )。 1848 年德国发明了万能轧机， 1853 年美国开始应用三辊式型材轧机，并用蒸汽机传动升降台，实现了升降动作的机械化。接着美国又出现了三辊式劳特轧机 (见厚板轧机 )， 1859 年建造了第一台连续式轧机， 1862 年英国人贝德森(G Bedson)取得了平辊立辊交替配置的连续式线材轧机 (见平立交替精轧机组 )的专利。轧制型材的带立辊的万能轧机是 1872 年问世的， 20 世纪初期建造了半连续式带钢轧机。 20 世纪 60 年代以来各类轧机在设计、研究和制造方面取得了很大进展，并朝着连续化、自动化、高速化和专业化的方向发展，相继出现了轧制速度高达每秒钟 130m 的各种类型的线材轧机、全连续式的冷、热带钢轧机、宽度为 5500mm 的厚板轧机和连续式 H 型钢轧机 (见 H 型钢 )以及连续轧管机组等一系列先进设备，并在液压技术、电子计算机技术和各种测试仪表的应用以及轧制产品的实物质量和内部性能的控制等方面都有许多突破，使得轧机所用原料单重不断增大，产品的质量和产量不断提高，轧制的品种与规格日益增多。中国于 1871 年在福州船政局所属拉铁厂首先应用轧机，用以轧制厚度为15mm 以下的钢板， 6 120mm 的方、圆钢。 1890 年湖北汉冶萍公司汉阳铁厂装nts轧机液压升降台设计 2 有宽为 2450mm 的用蒸汽机拖动的二辊中板轧机、横列式三机架二辊轨梁轧机以及 350mm/300mm 的小型轧机。随着钢铁工业的不断发展和科学技术的日益进步，中国已有用来生产钢板、钢管、型钢和线材的多种类型的现代化轧机。 1.3 轧机液压升降台概述轧机升降台的升降机构采用了液压传动。该升降台由齿轮齿条液压缸、重锤、升降台、轧辊等组成。齿轮齿条液压缸 1 通过齿轮轴直接驱动升降台 3 的升降机构，重锤 2 用来平衡机构，平衡装置在升降台处于中间位置时保持平衡状态，面升降台上升至上部位置时呈欠平衡状态，升降台处在下部位置时属于过平衡状态，这种平衡条件利于液压系统设计和合理利用率。 1.4 本论文研究的主要内容冶金工业中，三锟轧机前后没有升降台，用来升降和输送轧件，升降台的升降机构多采用曲柄连杆式或者偏心轮式机械驱动机构，这类机构安置在轧机前后的地坑中，工作条件恶劣，使用、维护、修理困难，装机机构庞大，耗能，工作中存在冲击，平稳性及可靠性差，故障处理时间长。液压升降台具有重量轻，结构合理，使用方便等特点。完成轧机液压升降台的齿轮齿条液压缸、升降台、轧机轧辊等关键功能装置的设计。主要技术参数：压力 7MPa；流量 150L/Min；所需驱动电机功率 30kW；升降重量 18t；升降高度 488mm,升降一次时间 1.96s。 nts轧机液压升降台设计 3 第二章轧机液压升降台整体方案的拟定 2.1 设计要求 2.1.1 主要技术参数压力 7MPa，流量 150L/Min；所需驱动电机功率 30kW；升降重量 18t，升降高度 488mm，升降一次时间 1.96s。 2.1.2 任务要求（ 1）完成轧机液压升降台液压系统工作原理图的设计，以及工作原理的分析说明。（ 2）选择 AutoCAD 为设计开发工具，完成轧机液压升降台液压系统的总体设计。（ 3）完成轧机液压升降台的齿轮齿条液压缸、升降台、轧机轧辊等关键功能装置的设计。 2.2 驱动方案拟定根据设计要求本次设计的升降台为液压式，即采用液压驱动。考虑到升降台工作时为小角度的摆动，因此可采用摆动油缸驱动。 2.3 升降机构方案拟定大型轧机升降台，目前多采用传统的“垂锤平衡，曲柄连杆机构驱动”的结构型式。此类升降台因其重锤惯性大，相应的机械传动、紧固装置容易受损，故设备故障多、维修费用高、管理工作量大、年停机时间长。为克服这些不足取消平衡用的重锤，采用摆动油缸直接驱动双摇杆机构实现升降台的升降，升降机构示意图如图 2-1 所示示： nts轧机液压升降台设计 4 图 2-1 升降机构示意图 2.4 总体方案确定冶金工业中使用的三辊轧机前后都有升降台，用于升降和输送轧件。轧机升降台的升降机构采用了液压传动。该升降台由齿轮齿条液压缸、重锤、升降台、轧辊等组成。齿轮齿条液压缸 1 通过齿轮轴直接驱动升降台 3 的升降机构，重锤2 用来平衡机构，平衡装置在升降台处于中间位置时保持平衡状态，面升降台上升至上部位置时呈欠平衡状态，升降台处在下部位置时属于过平衡状态，这种平衡条件利于液压系统设计和合理利用率。其结构示意图如图 2-2 所示图 2-2 轧机液压升降台结构示意图 nts轧机液压升降台设计 5 第三章轧机升降台液压系统的设计 3.1 液压系统方案拟定 3.1.1 液压系统原理图的设计系统的油源为两台同规格定量泵 1 和泵 2，一台为工作泵，一台为备用泵；两泵出口并联有起安全保护作用的先导式溢流阀 3 和阀 4，泵的出口设有防止油液倒灌的单向阀 5 和阀 6。执行器为齿轮齿条式液压缸 14，升降台工作过程中，在平衡装置作用下，液压缸的工作压力是变化的，升降台下降或上升，都经过一个加速或减速过程，升降台再到达中间位置前加速，过了中间位置减速，对应于加速过程，液压缸的工作压力较低甚至负压；而减速过程，液压缸工作压力为正值，为溢流阀的设定压力；从液压系统回路效率、功率利用有理情况以及升降台对速度平稳性要求不高等条件考虑，系统采用单向调速阀 8 的旁路节流调速方式。液压缸 14 的运动方向由 Y 型滑阀机能的三位四通电液换向阀 11 控制，并通过两个液控单向阀 12 和阀 13 实现锁定，以保证升降台再任意位置可靠停留，换向可靠；蓄能器 10 再系统中起蓄能补油与缓冲作用。压力继电器 9 为二位二通电磁换向阀 7 的法新装置。拟定原理图如图 3-1 所示图 3-1 液压系统原理图 nts轧机液压升降台设计 6 3.1.2 动作原理分析（ 1）升降台上升（液压缸右行）电磁铁 1YA 通电使三位四通电液换向阀 11切换至左位，液压泵 5 的压力油经单向阀 5、发 11 和液控单向阀 12 进入液压缸14 左腔，同时反向导通液控单向阀 13，液压缸右腔阀经阀 13，和阀 11 回油，液压缸右行带动升降台快速上升，蓄能器 10 可向液压缸补油，如出现负值负载（超越负载），邮箱可直接进行补油。升降台过了中间位置后，随着负载增加，当系统压力增值力继电器 9 的设定值时发信，电磁铁 3YA 通电，二位二通电磁换向阀 7 切换至下位，液压缸继续右行，此时系统处于高压，至升降台到达上端位置，行程开关发出信号，使电磁铁 1YA 断电，换向阀 11 复制中位，升降台锁定在上端位置。（ 2）升降台下降（液压缸左行）当电磁铁 2YA 通电时，换向阀 11 切换至右位，液压泵 1 的压力油经单向阀 5、阀 11 和液控单向阀 13 进入液压缸 14 右腔，同时反向导通液控单向阀 12，液压缸左腔回油，液压缸带动升降台下降。升降台升降过程中的速度由单向调速阀 8 的开度间接决定（即缸的速度与调速阀开度大小成反比），系统最高工作压力由溢流阀 3 限定。（ 3）当所有电磁铁全部断电时，液压泵 5 输出的油液一部分经二位二通换向阀 7 和调速阀排回油箱，另一部分挤入蓄能器，系统处于低压状态，液压缸两腔闭锁，从而升降台停留在任意位置。（ 4）技术特点 1）升降台的整体重量轻，功率利用合理。 2）与常用的偏心轮式机械驱动升降台比较，结构简单，操作方便，运行可靠，造价低廉，液压元件更容易、方便，并有利于缩短维修时间。 3）为了提高液压系统乃至升降台的可靠性，油源采用了冗余结构（双泵中，一台工作，一台备用）。 4）液压系统采用旁路节流调速方式，液压泵的共有压力跟随负载变化，有利于节能。系统采用了蓄能器，有利于向液压缸补油和缓冲。 5）液压系统采用液压站结构形式并安置在平台上，通过油管与工作机构连接，大大改善了工作环境，便于使用、维护、管理。 6）齿轮齿条液压缸采用开沟槽缓冲装置，工作台工作平稳、无冲击，避免了机械升降机构由于冲击而造成的较高的故障率，提高了生产效率；缸的两端没有可调定位机构，能方便地调节液压缸形成，确定升降台的摆动幅度，从而方便地调整升降台的上下极限位置。 3.2 液压元件的计算和选择 nts轧机液压升降台设计 7 3.2.1 油泵的选择（ 1）油泵工作压力的确定油泵工作压力为： PB =P+ P 式（ 4-1）由于在轧机液压系统中 ,压力所经过的阀的数量不多多 ,故压力损失P 不大 ,参照表 1-10 选取 P=0.1MP。摆动油缸最大工作压力 P可根据表 3-1 取为 7.1MP 于是油缸工作压力即为： PB=7+0.1=7.1MPA 所选油泵的额定工作压力应为： p额 =1.25PB =1.25 7.1=8.875MPA （ 2）油泵流量的确定油泵流量为： QB K（ Q）max=1.1 150=165L/min （ 4-2）选用的油泵为 YYB-BC165/48B 双联叶片油泵（ 3）油泵电机功率的确定 KW308.060 101501071060PQ 666N 选用的电机为 Y2-180M-6 电机 3.2.2 控制阀的选择根据本系统的工作压力和通过该阀的最大流量分别选择各种阀。轧机液压升降台选用的标准原件列于表 4-1 中。表 4-1 轧机液压升降台液压系统控制阀代号原件名称型号额定流量（ L/min）工作压力范围（ MP） 1 3/4溢流阀 YF-B20B 100 0.5 7 2 1 4/1 溢流阀 YF-B32B 250 0.5 7 3 1/4二位二通电磁阀 24D0-B8C-T 22 14 4 3/4单向阀 DF-B20K 100 35 nts轧机液压升降台设计 8 5 1 4/1 三位四通电液阀 34DY0-B32H-T 190 21 6 1 4/1 单向节流阀 LDF-B32C 190 21 7 液控单向阀 AF3-Ea20B 190 21 3.2.3 油管内径的确定（ 1）大泵吸油管内径计算油管内径可按式 4.4 计算允V6.4 Qd （ 4-3）已知大泵流量为 165 L/min，吸油管允许流速 V允为 0.5 1.5m/s,取 V允=0.85 m/s,则 : mm6485.01656.4d 实际选取内径为 50 毫米的 2有缝钢管。（ 2）小泵吸油管内径计算已知小泵流量为 48 L/min，取吸油管允许流速为 V允=1.5m/s，则： mmd 265.1486.4 实际选取内径为 32mm 的411有缝钢管。（ 3）大泵压油管内径计算取压油管允许流速为 V允=1.5m/s，则： mm8.275.41 656.4d 实际选取内径为 32mm 的411有缝钢管。（ 4）小泵压油管内径计算 mmd 155.4486.4 实际选取内径为 20mm 的43有缝钢管。 nts轧机液压升降台设计 9 3.2.4 油箱容量计算和油箱散热面积的确定油箱容量可按中压系统计算即： V=(5 6)Q=5 165=825 L 3.3 压力系统性能的验算 3.3.1 系统的压力损失验算（ 1）局部压力损失计算局部压力损失主要是流经各控制阀的压力损失叠加。即： inini QPP QP 2i11 i）（额额局（ 5-1）表 5.1 注射阶段系统的压力损失计算代号 Q(L/min) Q额 (L/min) 额P (MP) P (MP) 6 4 7 165 43.6 150 190 100 190 0.1 0.1 0.4 0.05 0.02 0.34 其中额P 可由表 5-1 查取。由于阀 V11 与阀 V10 并联，而 1011 PP ，所以仅取 10P 计算即可。于是：局P =0.05+0.34+0.02=0.41MPA （ 2）沿程损失计算进油管长 1.5m 通过流量 Q=150 L/min=2.5 sm /10 33 。选用 20 号机油，机器正常运转后油的运动粘度 smscm /107.2/27.0 252 ，油的重度=9000N/m3 。管子内径 d=32mm。则：管内流速： V=s/m3.3)032.0(14.341105.2d41Q232 （ 5-2）雷诺数： R 3 8 2 8107.2 0 3 2.03.3Vd 5e （ 5-3）故为紊流。沿程损失沿P可按下式计算： nts轧机液压升降台设计 10 沿P= MP069.0900081.923.3032.05.638283164.0g2Vd1R3164.0 225.0225.0e （ 5-4）总的压力损失 MP8.0MP794.0069.014.0PPP 沿局总故能满足要求。 3.3.2 液压系统发热量的计算液压系统产生的热量，主要包括油泵（或油马达）的功率损失所产生的热量1H 、溢流阀的溢流损失所产生的热量 2H 以及液流通过各控制阀及管道的压力损失等所产生的热量 3H 。一般只粗略计算前两项所产生的热量。液压系统发热量计算如表 5.2 所示。由表 5-2 可知，轧机在整个动作循环中，系统的发热量是变化的，一般按平均发热量来计算。即：niiniiittH11H均（ 5-5）经计算复合要求 nts轧机液压升降台设计 11 第四章齿轮齿条液压缸 4.1 设计主要技术参数主要技术参数：压力 7MPa；流量 150L/Min；所需驱动电机功率 30kW；升降重量 18t；升降高度 488mm,升降一次时间 1.96s。 4.2 齿轮齿条液压缸尺寸及结构设计 4.2.1 液齿轮齿条油缸的工作原理齿轮齿条摆动液压缸 (即旋转液压缸 )的原理是将液压缸的往复运动通过齿条带动齿轮 ,转化成齿轮轴的正反向摆动旋转 ,同时将往复缸的推力转化。其主要是由齿轮，齿形活塞杆，齿轮齿条箱体和两个当作用缸套组成。 4.2.2 液压缸的效率油缸的效率由以下三种效率组成： A.机械效率 m ，由各运动件摩擦损失所造成，在额定压力下，通常可取 m =0.9 B.容器效率 v ，由各密封件泄露所造成，通常容积效率 v 为：装弹性体密封圈时 v 1 装活塞环时 v 0.98 C.作用力效率 d ，由出油口背压所产生的反作用力而造成。一般取 d =0.9 所以 m =0.9 v =1 d =0.9 总效率为 0 .8m v d 。 4.2.3 液压缸缸径的计算内径 D 可按下列公式初步计算：液压缸的负载为推力 466014 4 7 . 5 1 01 0 1 0 1 5 6 . 10 . 7 3 . 1 4 0 . 8 7FD m mP 式（ 3-1）式中 01F 液压缸实际使用推力 75000（ N）； nts轧机液压升降台设计 12 液压缸的负载效率，一般取 0.5 07；液压缸的总效率，一般取 =0.7 0.9；计算 =0.8； p 液压缸的供油压力，一般为系统压力（ MPa）本次设计中液压缸已知系统压力 p =7MPa；根据式（ 3-1）得到内径： D =156.1mm 查缸筒内径系列 /mm(GB/T 2348-1993)可以取为 160mm。 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 320 400 500 630 活塞杆外径 d ：齿轮齿条油缸的正转和反转的速度一样，这里我们选取最大的活塞杆的直径以满足强度的要求。表 4-1 活塞杆直径系列活塞杆直径系列/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 所以取 d=110mm 4.2.4 活塞宽度 B 的确定活塞的宽度 B 一般取 B =（ 0.6-1.0） D 即 B =（ 0.6-1.0） 80=（ 96-160） mm 取 B =100mm 4.2.5 缸体长度的确定液压缸缸体内部的长度应等于活塞的行程与活塞宽度的和。缸体外部尺寸还要考虑到两端端盖的厚度，一般液压缸缸体的长度不应大于缸体内径 D 的 20-30倍。即：缸体内部长度 233mm 4.2.6 缸筒壁厚的计算在中、低压系统中，液压缸的壁厚基本上由结构和工艺上的要求确定，壁厚通常都能满足强度要求，一般不需要计算。但是，当液压缸的工作压力较高和缸筒内径较大时，必须进行强度校核。当 0.08D 时，称为薄壁缸筒，按材料力学薄壁圆筒公式计算，计算公式为 nts轧机液压升降台设计 13 max2pD式（ 3-2）式中，maxp 缸筒内最高压力；缸筒材料的许用压力。 = /b n, b为材料的抗拉强度， n为安全系数，当 0.08D 时，一般取 5n 。当 0 .0 8 0 .3D时 ,按式（ 3-3）计算 m a x m a x2 . 3 3pDp (该设计采用无缝钢管 ) 式（ 3-3）根据缸径查手册预取 =30 此时 300 . 0 8 0 . 1 0 7 0 . 3280D 最高允许压力一般是额定压力的 1.5 倍，根据给定参数 7P MPa ，所以： maxP=7 1.5=10.5MP =100 110MPa （无缝钢管），取 =100MPa ，其壁厚按公式（ 3-3）计算为 m a x m a x1 0 . 5 1 6 0 8 . 52 . 3 3 2 . 3 1 0 0 - 3 1 0 . 5pD mmp 满足要求，就取壁厚为 10mm。 4.2.7 活塞杆强度和液压缸稳定性计算 A.活塞杆强度计算活塞杆的直径 d 按下式进行校核 4Fd 式中， F 为活塞杆上的作用力；为活塞杆材料的许用应力， = /b n ,n 一般取 1.40。 464 7 . 5 1 01 1 0 9 83 . 1 4 5 9 8 1 0 / 1 . 4d m m m m nts轧机液压升降台设计 14 满足要求 B.液压缸稳定性计算活塞杆受轴向压缩负载时，它所承受的力 F 不能超过使它保持稳定工作所允许的临界负载 kF ，以免发生纵向弯曲，破坏液压缸的正常工作。 kF 的值与活塞杆材料性质、截面形状、直径和长度以及液压缸的安装方式等因素有关。若活塞杆的长径比 / 10ld 且杆件承受压负载时，则必须进行液压缸稳定性校核。活塞杆稳定性的校核依下式进行 kknFF式中，kn为安全系数，一般取kn=24。 a.当活塞杆的细长比 /kl r m i时 22ki EJF l b.当活塞杆的细长比 /kl r m i时 21 ( )kkfAFalir式中， l 为安装长度，其值与安装方式有关，见表 1；kr为活塞杆横截面最小回转半径， AJrk /； m 为柔性系数，其值见表 3-2； i 为由液压缸支撑方式决定的末端系数，其值见表 1； E 为活塞杆材料的弹性模量，对钢取211 /1006.2 mNE ；为活塞杆横截面惯性矩； A 为活塞杆横截面积； f 为由材料强度决定的实验值，为系数，具体数值见表 3-3。表 4-2 液压缸支承方式和末端系数 i 的值支承方式支承说明末端系数i 一端自由一端固定 1/4nts轧机液压升降台设计 15 两端铰接 1 一端铰接一端固定 2 两端固定 4 表 3-3 f 、、 m 的值材料 28 /10 mNf m 铸铁 5.6 1/1600 80 锻铁 2.5 1/9000 110 钢 4.9 1/5000 85 c.当 20lk时 ,缸已经足够稳定，不需要进行校核。此设计安装方式中间固定的方式，此缸已经足够稳定，不需要进行稳定性校核。 4.2.8 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： A 液压缸的额定压力np值应低于一定的极限值，保证工作安全： 22121()0 . 3 5 snDDpD ()MPa 式（ 3-4）根据式（ 3-4）得到： 2223 5 3 ( 0 . 0 5 0 . 0 4 5 )0 . 3 5 2 8 . 1 2 ( )0 . 0 5np M p a 显然，额定油压np=p =7MP，满足条件； B 为了避免缸筒在工作时发生塑性变形，液压缸的额定压力np值应与塑性变形压力有一定的比例范围： ( 0 . 3 5 0 . 4 2 )n p lpp 式（ 3-5） nts轧机液压升降台设计 16 12 . 3 l o gp l s Dp D式（ 3-6）先根据式（ 3-6）得到： 12 . 3 l o gp l s Dp D =41.21()MPa 再将得到结果带入（ 3-5）得到： 1 2 ( 0 . 3 5 0 . 4 2 ) 4 4 . 2 1 1 5 . 4 7 1 5 . 6np p M p a M P a M P a 显然，满足条件； C 耐压试验压力TP，是液压缸在检查质量时需承受的试验压力。在规定的时间内，液压缸在此压力TP 下，全部零件不得有破坏或永久变形等异常现象。各国规范多数规定 : 当额定压力 16np MPa时 1.5Tnpp （ MPa） D 为了确保液压缸安全的使用，缸筒的爆裂压力Ep应大于耐压试验压力Tp： 12 . 3 l o gEb Dp D (MPa）式（ 3-7）因为查表已知b=596MPa，根据式（ 3-7）得到： 8 9 .7 2EP M P a 至于耐压试验压力应为： 1 . 5 1 0 . 5TP P M P a 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 : D 缸筒内径（ m ）； 1D 缸筒外径（ m ）； np 液压缸的额定压力（ MPa ） plp 液压缸发生完全塑形变形的压力（ MPa ）； nts轧机液压升降台设计 17 Tp 液压缸耐压试验压力（ MPa ）； Ep 缸筒发生爆破时压力（ MPa ）； b 缸筒材料抗拉强度（ MPa ）； s 缸筒材料的屈服强度（ MPa ； E 缸筒材料的弹性模量（ MPa ）；缸筒材料的泊桑系数钢材： =0.3 4.2.9 缸筒的加工要求缸筒内径 D 采用 H7 级配合，表面粗糙度 aR 为 0.16，需要进行研磨；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 0.03mm；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。 4.2.10 法兰设计液压缸的端盖形式有很多，较为常见的是法兰式端盖。本次设计选择法兰式端盖（缸筒端部）法兰厚度根据下式进行计算： 04 ( - ) cpcpF D dh d 式（ 3-8）式中， h -法兰厚度（ m）； d 密封环内经 d=40mm（ m）； Hd 密封环外径（ m）；H d=50mm p 系统工作压力（ pa）； p =7MPa q 附加密封力（ Pa）； q 值取其材料屈服点 353MPa； nts轧机液压升降台设计 18 0D螺钉孔分布圆直径（ m）；0 D=55mm cpd 密封环平均直径（ m）；cpd=45mm 法兰材料的许用应力（ Pa）； = s /n=353/5=70.6MPa F 法兰受力总合力（ m） 2 2 2( ) 9 8 . 5 644 HF d p d d q K N 所以 04 ( - ) cpcpF D dh d364 8 9 . 5 6 1 0 ( 0 . 3 - 0 . 2 7 )3 . 1 4 0 . 0 4 5 7 0 . 6 1 0 =13.2mm 为了安全取 h =14mm 4.2.11 (缸筒端部）法兰连接螺栓的强度计算连接图如下：图 3-1 缸体端部法兰用螺栓连接 1-前端盖； 2-缸筒螺栓强度根据下式计算：螺纹处的拉应力 : 6m a x21104kFdZ (MPa) 式（ 3-9）螺纹处的剪应力 61 m a x 031100 . 2k k F ddZ (MPa) 式（ 3-10）合成应力 nts轧机液压升降台设计 19 223n (MPa) 式（ 3-11）式中 ,

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