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简易 试验 实验 设计

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简易拉压试验机的毕业设计 毕业设计说明书.doc 模具设计毕业论文材料目录 2.doc 模具设计开题报告.doc 实习报告.doc 英文翻译.doc 中期检查.doc 中英文摘要.doc 底座A1.dwg 缸盖A2.dwg 缸筒A2.dwg 横梁A2.dwg 夹具A2.dwg 总装图A0.dwg

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毕业设计（论文）中期检查表 指导教师： 题 目 简易拉压试验机的设计 学生姓名 专业班级 学号 选题质量：（主要从以下四个方面填写： 1、选题是否符合专业培养目标，能否体现综合训练要求； 2、题目难易程度； 3、题目工作量； 4、题目与生产、科研、经济、社会、文化及实验室建设等实际的结合程度） 1. 本课题符合专业培养的目标，通过设计，可以巩固所学的专业知识，提高了 综合训练要求。 2. 本课题偏难，但在所掌握的专业知识情况下，还可以完成设计目标。 3. 本课题工作量符合本科毕业生 设计的要求。 4. 本课题 选题不但能紧密的结合生产和实践，也是在我们所学习过的范围之类， 对我们以后不管是科研还是从事实际的工作对有很大的帮助。 二、开题报告完成情况： 在张老师的指导下，设计者独立按时完成了开题报告。 nts三、阶段性成果： 1通过对拉压试验机知识的学习，在加上老师的仔细讲解，我收集了些资料和文献，为设计的顺利完成打下了坚实的基础。 2. 在老师的指导和同学的帮助下找到了设计的基本方法，开始了一些基本的原理设计，并取得了一定成果。 3. 完成了开题报告。 4进行了前期的一些工作和设计，对整个设计有了一个大体的方案。 四、存在主要问题： 1 由于我这次是第一次独立的对机械仪器设计，所以在刚开始就不是很顺利， 对做一个毕业设计的基本知识都没有认识，在张老师的仔细讲解下，我慢慢的自 己逐渐找到是设计的切入点，我觉得这对我以后有很大的作用。 2. 由于对液压方面的知识了解较少，在液压缸的设计部分遇到不少问题。在 指导老师张老师的指导下以及在相关资料的辅助下，得以能够进行。 3 由于图书馆及网络上关于试验机方面的资料很少，使我在搜集资料、设计 过程中遇到了 很大困难，但我相信在老师的指导和个人努力下能很好的完成。 五、指导教师对学生在毕业实习中，劳动、学习纪律及毕业设计（论文）进展等方面的评语 指导教师： （签名） 年 月 日 nts 第 1 页 摘要 拉压材料试验机是分析材料或构件机械性能的基本设备，是应用最广泛的试验仪器设备之一。将材料试样或构件经实验机夹具固定后，对其施加轴向载荷，记录加载过程中承受载荷与产生变形的相关数据，可完成材料或构件多项机械性能的分析、检测。 试验机主要由三个部分组成： 1.机架（主要部件：液压缸、底座、支柱和横梁）； 2.夹具 ； 3.测控系统（控制卡与软件，现已有专门设计生产厂家）。 本篇毕业设计主要阐述的是一套关于简易拉压试验机的设计方法，在说明书中，首先明确了设计任务并对试验机作了相关的阐述，接着根据简易拉压试验机的设 计方案和机械设计方法，对试验机的机架 液压缸、支柱等进行设计和校核、验算。最后对试验机的测控系统进行了简单的介绍和设计。 关键词 ： 试验机 液压缸 支柱 nts 第 2 页 Abstract Tension and compression testing machine toanalyze the material or components of the mechanical properties of the basic equipment, is the most widely used one of the test equipment. Sample material or component experimental plane fixture fixed, imposed axial load, records loading process under load and deformation of the relevant data, to be completed by a number of components or materials mechanical properties of the analysis, detection. Tester mainly composed of three parts : 1. Rack (main components : cylinder, the base, columns and beams); 2. Fixture; 3. Measurement and Control System (control card and software is now specially designed manufacturers). This graduation design elaborated in the main is a summary of the tension and compression testing machine design, brochures, First clear the design of the test machine was related to the exposition Then, based on simple tension and compression testing machine design and mechanical design method, the test machine rack - hydraulic cylinder, , and other pillars of the design and verification, checking. Finally, the machine control system for the simple presentation and design. Keywords : testing machine hydraulic cylinders the pillars nts 1 目 录 一、绪论 2 二、实习目的 3 三、实习公司简介 4 四、常用液压缸分类 5 五、液压缸主要参数 6 六、液压缸组件结构 8 七、液压缸的标准化 10 八、液压缸用油要求 12 九、 M419 活塞加工工艺分析 14 十、实习总结 17 nts 2 一、绪 论 毕业实习是 数控加工与模具设计 专业教学计划 中 所 安排 的 一项 重要实践性 的 教学环节，是学生理论联系实际 必经之路 。 在我到博瑞克液压机械有限 公司进行了毕业实习，工人师傅们对液压缸设计作出了仔细的分析和讲解，使我对液压缸的发展状况，产品类型，以及设计参数，和基本结构有拉一定的认识理解；明白了液压缸的工作原理，常见分类以及工艺的要求和产品维修的一些知识；使我对液压缸有拉全面细致综合的了解；使我对毕业设计题目及方案了有了一个大概的认识，经过总体方案比较以及查阅相关资料和现场实际情况，设计出一套行之有效，又较为合理和符合厂的实际情况的一个系统。 nts 3 二 、实习目的 毕业实习是大学生活中最后的一项重要的实习， 是进行毕业 设计的准备阶段，是提高自己工 意识的最后一次良好机 会，是对所学知识的总结和灵活运用，为我们走上工作岗位或进一步 打好坚定的基础，其 意义重大。所以要求我们一定要认真对待，勤写，勤记，通过这一过程 ， 我们达到以下目的： （ 1） 毕业实习 是巩固、加强和深化我们以前所学的基础课、专业课知识，增强综合分析问题、理论联系实际的能力，提高我们调查研究，正确熟练运用国家标准、手册、图册等资料、工具的能力。 （ 2） 使学生德、智、体全面发展，具有从事 机械 产品、系统和控制智能的设计、维护、制造及开发基本能力的应用型专门人才。学生要 有机械 专业的 基础理论，还要将理论与实践相结合，在实践中提高能力。通过 毕业 实习，可以进一步巩固和深化所学的理论知识，弥补理论教学的不足，以提高教学质量。 （ 3）锻炼自己的计算、编写技术资料、绘图等独立工作能力，培养团队精神、合作意识的能力 （ 4） 实习使学生 更好地 了解 机械 产品、设备， 加深 对 机械 技术 和产品 的 进一步 认识， 拓宽自己 视野，了解相关设备及技术资料，熟悉典型零件的加工工艺 ， 为后续毕业设计打好基础。 （ 5） 实习 是我们更快地 接触 和 认识社会，提高 我们的 社会交往能力， 同时可以 学习工人师傅和技术人员的优秀品质和敬业 精神， 进一步 培养学生的专业素质， 使学生们更进一步地明确自己的 社会责任 。 nts 4 三、实习公司简介 博瑞克液压机械有限公司创建于 1958年，是国家机械工业部确定的冶金设备用液压缸唯一定点生产厂家；国家液压缸行业标准起草，修定单位之一，宝钢设备配件研制中心成员单位之一；高新技术企业之一。 2001 年 7 月经国家经贸委批准“双高一优”项目，投资 3000 万元的冶金设备用液压缸易地经改项目已完成。并能够独立生产多种高难度非标油缸替代进口油缸，且 CAD 覆盖率达 100。 公司现有员工 800 多人，其中专业技术人员 195 人，拥有 40余年的设计经验和很强的科技开发能力，并承担着国家液压缸行业部级标准起草，修订方案工作。 1980年起草冶金行业用液压缸新产品质量分析标准。 1998年负责修订拉中华人民共和国机械行业标准。 公司主要加工设备 260台，其中投资额 1200万元从美国西来公司引进目前世界上最先进的内孔加工设备刮削滚刀机，采用镗，滚压方法，一次装卡完成，使缸体内孔精度达 IT8 级，并具有压力自动补偿刀具，保证表面粗糙度始终如一。同时公司还用有先进的数控机床，卧镗铣床，多台深孔强力珩磨 机床，深孔钻镗床， 8 米外园磨床， 14 米车床以及车削中心，数控加工中心和先进的综合性能实验台等完善的检测设备。 主要产品： 1.重型冶金设备用液压缸 （ 1） JB2162 91 冶金设备用液压缸 （ 2） JB/ZQ4395 96 重型冶金设备用液压缸 （ 3） CD250/CG250重型冶金设备用力士乐液压缸 （ 4） Y HG 冶金设备标准液压缸 （ 5）伺服压下缸 （ 6）齿条压下油缸 （ 7）带位移显示传感器液压缸 2.HSG01工程用液压缸 3 标准系列气缸 （ 1）冶金设备用气缸 JB1444 1448 74 （ 2） QG 国际标准中型汽缸 4.设计制造各种非标准液压缸，气缸以及液压泵站等产品 nts 5 四、常用液压缸的分类 一、液压缸的分类 液压缸种类繁多，其分类根据结构作用特点、工作介质、额定工作压力和安装密封件寿命支承形式确定。 1按工作介质分 (1)水压缸相高水基液压缸； (2)普通矿物油液压缸； (3)磷酸酯液液压缸； (4)通用工作液液压缸。 2按密封件工作寿命分 (1)普通型液压缸 一密封件工作寿命运行 300一 500km。 (2)较长寿命型液压缸 密封 件工作寿命运行 700一 1300km。 (3)长寿命型液压缸 密封件工作寿命运行 1500km以上。 (4)超长寿命型液压缸一密封件工作寿命运行 6000km以上。 3按额定工作压力分 (1)高压和超高压液压缸 额定工作压力在 16MPa 以上者称为高压缸额定工作压力大于31 5MPa的液压缸、人们常称为超高压缸。 (2)中高压液压缸 额定工作压力在 8MPa以上， 16MPa以下的液压缸常称为中高压液压缸。 (3)中低压液压缸 额定工作压力在 8MPa以下者、常称为中低压液压缸。 4按安装支承型式 可分为 轴线固定式和轴线摆动式两大种。也有分为以下三大类安装结构的： (1)脚架类安装液压缸； (2)法兰类安装液压缸； (3)耳轴、耳环类安装 液缸。 nts 6 五 :液压缸的主要参数 液压缸的主要参数包括压力、尺寸规格、活塞行程、运动速度、推力、拉力、效率、负载串和液压缸功率等。 一、压力 P 工程上所称的压力是指作用在单位面积上的力，即 P=FA式中： F 作用在活塞上的负载力 (N)； A 活塞的有效作用面积 ( 2m )。 压力单位我国长期以来使用了帕，后来颁布的国家标准 GB2346 一 80液压气动系统及元件 公称压力系列中，采用了国际标准化组织 (ISO)推荐使用的单位：巴 (bar)，但按我国法定计量单位，应采刚自 (Pa)，即 N 2m 。其换算关系为： Bar=1.01972 2/Kgf cm ,1Bar= 510 pa,1Mpa= 610 pa 在液压系统中，为便于液压元件 (如泵、阀等 )和管路的设计选用、往往将压力分级，低压为0 0.25,中压 2. 5 8，中高压 8 16 超高压 32. 压力规定有 : （一）额定压力 也称公标压力，是液压缸能用以长期工作的压力。国家标准 GB7938 87(等效于 ISO3322)规定了液压缸的公称压力系列 . （二）最高公称压力 是液压缸在瞬间所能承受的极限压力，通常 规定为 : （三）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，在此压力下不出现变形或破裂，通规定为Tp =1.5 (MPa) 二、缸内径 D及活塞杆直径 d 国家标准 GB2348 80(等 效于 1S0 3320)规定了缸内径及活塞杆直径 d系列 . 三、活塞行程 S 四、运动线速度 v 和平均线速度mVnts 7 单位时间内流体进入液压缸，推动活塞 (或柱塞 )移动的距离即液压缸的运动线速度。现以双作用单杆活塞缸为例 (图 1 16)，液压缸活塞杆推出速度 v1，按下式计算： V1=1qA =24qd式中 q 流量（ 3m s)， A1 活塞无杆腔有效面积（ 2m ） , d 活塞直径 (m)。 而液压缸活塞杆拉入速度 v2为： 式中： d 活塞杆直径， A2 活塞腔杆有效面积。 实际上、活塞在行程两端各有一个启动加速相缓冲、换向减速的过程，因此由上式求得的运动线速度在一般理论计算上可以应用，在特别精确时只能作为近似值。考虑换向阶段的这些因素活塞平均线速度mV应为 m sv t（ m/s） . 式中： S 活塞行程（ m） T 活塞在单一方向的全行程的时间（ s） 五、面积比与速度比 面积比是指单活塞杆液压缸对应于缸内径 D和活塞杆径 d的两腔有效面积的标准比值。 即： 值系列根据 GB7933 87规定。 六、液压缸功率 P 计算如下： 当活塞杆外伸时 ： 活塞杆内缩时： nts 8 六 、 液压缸体组件结构 液压缸缸体由缸筒、缸盖、缸底及油口等零部件连接而成。 一材料和毛坯 选择缸筒材料和毛坯主要需考虑机械性能，此外兼顾它的工艺性和经济性。缸筒常用材 料和毛坯如下： (一 )无缝钢管 无缝钢管作缸筒毛坯加工余量小，工艺性能好，生产准 备周期短，适于大批量生产。标准 液压缸大部分采用无缝钢管作缸简毛坯。一般常用调质的 45号钢。需要焊接时常用焊接性能较好的 20 一 35号钢机械预加工后再调质。 (二 )拷件 铸造能获得形状复杂的缸简毛坯机械加工工艺性好，生产串高。但容易出现气孔、硫松、偏析、砂眼等铸造缺陷废品率较高。灰铸铁铸件常用 HT200 至 HT350 之间的几个牌号，要求较高者，可采用球墨铸铁 QT450一 10、 QT500一 7、 QT600 一 3等。此外还可以来用铸钢 ZG230-450、ZG270一 500、 ZG310 570等。特殊要求的缸简 ，还可以采用锻钢、铝台金等。 二、技术要求 缸筒的技术要求高，工艺过程复杂是液压缸中最难加工的零件。缸筒的技术要求应合理，适当。过高的技术要求会导致大幅度提高成本、技术要求过低将影响液压缸助工作性能相位用寿命。 （一）缸筒内径公差等级和表面粗糙度 缸简与活塞一般采用基孔制的间隙配合。活塞采用橡胶、塑料、皮革材质密封件时，缸筒内孔可采用 H8H9 公差等级、与活塞组成不同的间隙配合。缸简内孔表面粗链度取 Ra0.4-1um， 采用活塞环密封时缸简内孔的公差等级一般取 H7与活塞组成不同的间隙配合，内孔表面粗 糙度取Ra0.4-0.2um。 采用间隙密封缸筒内孔的公差等级一般取 H6，与活塞组成警的间隙配合，表而祖糙度取Ra0.1-0.05um。 以上配合应尽量不采用 H对 h的配合，因为它有可能出现配合过紧的现象。 （二）缸筒的形位公差 缸筒内径的圆度、圆柱度误差不大于直径尺寸公差的一半。 nts 9 缸筒的直线度误差在 500mm长度上不大于 0.03mm 缸筒的端面对轴线的圆跳动在 100mm的直径上不大于 0。 04mm。 (三 )安装部位的技术要求 缸筒端面和缸盖接合面对液压缸轴线的垂直废误差，按直径每 100mm不得超过 0.04mm，缸筒安装缸盖的螺纹应采用 2B级精度的公制螺纹，采用耳环安装方式时，耳环孔的 轴线对缸筒轴线的位置度误差不大于 0.03mm垂直度误差在 100mm 长度上不大于 0.1mm。采用轴销式安装方法时，轴销的轴线与缸筒轴线的位置度误差不大于 0.1mm，垂直度误差在 100mm长度上不大于 0.1mm。 (四 )其他技术要求 (1)缸简内径端部倒角 15 度一 30 度，或倒 R3 以上的圆角，表面粗糙度不差于此 0.8mm，以免装配时损伤密封件； (2)缸筒端部需焊接时缸筒内部的工作表面距离焊缝不得小于 20mm (3)热处理调质 硬度一般为 HB221一 285； (4)为了防腐蚀、提高寿命，缸筒内径可以镀铬镀层厚度一般为 0.03-0.05mm,然后进行研磨或抛光 ,缸筒外露表面可涂耐油油漆。 三 、制造工艺及示例 图 4-1为缸筒简图，主要技术如下； (1)内孔必须光洁无纵向到痕； (2)内孔圆柱度误差不大于 0.04mm； (3)内孔轴线的直线度误差不大于 0.1 1000mm； (4)内孔轴线与端面的垂直度误差不大于 0.03mm； (5)内孔对两端支承外圆的同轴度误差不大于 0.025mm； nts 10 七、液压缸的标准化 为了对液压缸进行科学化的设计制造和生产管理，并有利于组织专业化协作、技术交流和产品配套、同时给用户单位的使用、操作维修、备件工作带来方便，我们应该一直十分重视液压缸的标准化工作。 一、 ISO中的液压缸标准 为了加强世界范围内液压与气动元件及系统的标准化工作，国际标准化组织 ISO于 1969年成立了液压与气动系统和元件技术委员会 ISO TCl31(FLuid power， system andcomponent)由其中的第三小组 (1so Tcl31 sc3)负责制定和审议包括液压缸、气缸在内的各类液压气动元件及系统基础性的，各类元件本身的油液和污染控制的标准及各类元件的试验标准。 我国在 1978年，正式成为该组织的成员。 1S0 组织自 70 年代开始，迄于目前，在 20 多年的岁月中相继颁布了近百项上述各类标准。在四大类 液压元件中颁布了计约 40项标准，但其中液压缸的比重，超过百分之五十之上。 其他元件的情况为： 泵、马达、传动装置的标准约 5项 (IS03019， IS03662， IS04391， 1S04409， ISO4412)。 液压阀的标准约 5 项 (IS04401， 1S04411， 1S05783， IS06404， 1S07790)。 液压辅件 (不合密封件标准 6 项 )标准约 9 项 (IS04397， IS04399， IS04400， 1S05596，1S06149 IS0660i， ISO7341， IS07244 IS08434)。 我国已 经出版了的液压缸的 ISO标准 (不合密封件标准 6项 )，计有 20多项，具体如下： 1S0： ISO3320一 75 液压与气功系统和元件一缸内径和活塞仟直径一米制系列 ISO3321 75 液压与气动系统和元件一缸内径和活塞杆直径一英制系列 ISO3322 75 液压与气动系统和元件 缸一公称压力 ISO4393 78 液压与气动系统和元件一缸一活塞行程的基本系列 ISO4394 78 液压与气动系统和元件一缸一钢管内径加工工艺条件 ISO4395 78 液压与气动系统和元件一缸 活塞秆螺纹尺寸和型式 ISO5597 80 液压一缸活塞杆和活塞注复密封一沟槽尺寸及公差 1：公称系列 ISO6020 1 81 液压一 160bar系列单杆液压缸一安装尺寸 1中型系列 ISO6020/2一 81 液压 160ba r系列单秆液压缸一安装尺寸 ISO6022 81 液压一 250bar系列单仟液压缸一安装尺寸 1S06099 82 液压与气动系统和元件 缸一安装尺寸和安装型式的标准符号。 nts 11 IS06149 80 液压与气动系统和元件一米制油口一尺寸及设计。 ISO6547 81 液压一液压缸一与导向环组合的活塞密封槽一尺寸及公差 ISO6981 82 液压一液压既一活塞杆端铰耳汗一安装尺寸 ISO6982 82 液压一液压缸一活塞杆端球铰耳环一安装尺寸 ISO 7l81一 82 液压一液压缸一缸筒与活塞杆面积比 ISO8131 86 液压一 160bar小型系列单秆缸一公差 ISO8132 86 液压一 160bar中型系列和 250bar系列单杆缸附件安装尺寸。 1SO8135一 86 液压一 160b中型系列和 250ba 系列单秆缸 一公差。 nts 12 八、液压缸用油要求 液压缸作为液压系统的重要部分、对用油的选择除特殊要求的液压缸以外，一般与系统的要求相一致。液压缸的整个液压系统能否良好、正常地工作，除缸及系统的设计合理、制造精良使用得当外、油液的适用性和清洁度是一个十分重要的因素。 液压油作为液压传动的工作介质。除了传递能量外还有润滑元件运动副和保护金属不被锈烛等作用。特别是当前液压技术不断向高压、集成、小型化发展加上电子技术的应用、对液压系统及液压缸工作的可靠性灵敏度、稳定性相寿命提出了愈来愈高的要求 ，因此需要液压系统选用性能良好的，具有较高清洁度的液压用油。 根据统计资料液压传动系统中至少有 75以上的故障是因液压油的选用不合理或使用、保管不善，使油料污染而造成的。因此、必须了解液压系统对用油的各种要求，合理地选用科学地维护保管，才能确保液压系统不出故障或少出故障，发挥应有的工作效率。 用油的基本要求： 1适宜的粘度和良好的粘温待性 液压系统对用油的基本要求是：液体的粘度随液体的温度和压力的变化而变化。压力增大时，粘度亦增大；温度对液体的粘度有较大的影响，温度升高，油液粘度下降。油液粘度的变化 ，对液压泵、阀和其他元件的性能影响重大。因此，要求液压油的粘度随温度的变化尽可能的小些。粘度指数越高液体的粘温特性越好。即温度变化后，粘度变化较小。液压油的粘度指数一般高于 90。 2在工作温度和压力下，具有优良的润滑性，剪切稳定性和一定的油膜强度 在液压设备运转时，总要产生磨擦和磨损，尤其是机器在停止后启动时，磨擦力最大，易引起磨损。因此，要求液压系统中的油液对各种液压阀等所有元件中的各运动部位要起到润滑的作用。杜绝于磨擦，以减少磨损，延长元件的寿命。特别是工作在高压、高温、高速条件下的液压系统中，更 要求油液具有良好的润滑性能。也就是能够具有高的油膜强度，即耐磨性要好。液压油通过节流阀口、缝隙小孔时，要经受强烈的剪切作用，在剪切力的作用下，液压油的一些大分子就会断裂，变成较小的分子，使液压油的粘度降低。当粘度降到一定限度时，该液压油就不能继续再使。因此，液压油必须具有较好的抗剪切性，即剪切稳定性。 3对热、氧化、水解等具有较好的化学稳定性。 在使用过程中不变质，不析出沥青，焦油等胶质沉淀。 4要有良好的抗泡性 nts 13 液压设备运行时，由于油箱内液压油与空气一齐受到剧烈搅动有时油箱内泊面过低或是吸油管道 密封不好因而液压油中会产生气泡泡沫。空气在油液中的溶解度是随压力而增加的所以，在高压范围时油中溶解空气较多在 25C、一个大气压下油液可溶解 5一 10体积的空气，当压力增加到 15MPa 时，溶解度可增到 150 倍。当高压油通过控制阀、液压缸等元件又回到油箱中时压力不断降低，这时，空气在油中的溶解度也随之降低，油中原来压缩溶解的空气就会释放出来，形成气泡。 液压油中混有气泡是很有害的。由于气泡易被压缩 (空气的压缩系数为液压油的 1000倍 )。因而导致系统压力下降，能量传递不准确、不稳定、甚至不可靠、 液压缸会产生爬行、噪音和振动，严重时不能工作。在高压状态下 (受液压缸泵压缩作用等 )，气泡又溶入油中，这时原来占有很大体积的气泡区域变成局部真空，周围的油液会以极高的速度来填补这些真空区，形成冲击压力和冲击波。这种冲击压力据研究计算，可高达几百甚至上干个大气压，这就是空穴作用。若这种冲击压力和冲击波作用在固体壁面上就会产生气蚀作用，使机器损坏。 此外，气泡在系统中受到元件的迅速压缩 (绝热压缩 )时会产生局部高温。促使油液蒸发、热分解和氧化使油液变质，变黑。 因此液压油应有良好的抗泡性，即在设备运行中 产生的气泡要少，更重要的是要求液压油具有能够迅速而充分地放出气体而不致形成气泡的性能，即消泡性。为提高消泡性、可在油中加入消泡剂。 5防锈性能要好 空气和水对液压元件都有锈蚀作用。液压传动设备若长期停车不用，矿物性油液能在液压元件各零件表面生成一种油膜避免了液压元件与空气宣接接触，防止了锈蚀的形成，这就是液压油的防锈性。 不同品质的矿物油液，防锈能力是有差别的有时差别很大。 6在额定压力下，压缩率小。 7燃点、闪点要高，挥发性要小。 8不含水份和其他杂质。 9对密封材料的影响要小。 密封元件是液压系统和液压缸中至关重要的零件，密封元件的作用是防止液压系统工作介质的泄漏和阻止尘埃、污物进入系统。密封元件要确保液压油在具有压力，待别是高压条件下仍能在密封的液压系统中流动和传递能量才能保证系统工作性能和商效率。 nts 14 九、 M419活塞的加工工艺分析 1 M419活塞结构 M419活 塞结构如图 1所示。该活塞采用 LD8铝铜合金材料锻造，它由顶部、头部、裙部三部分组成。头部呈圆锥体，裙部呈椭圆，顶部为 形 ;头部有三道环槽，上面两道安装气环，下面一道安装油环 ;油环底部分布着两排回油孔，油槽下面还有一 排油孔 ;活塞头部从上至下呈圆锥体，裙部呈椭圆，内腔复杂，壁厚不均匀。 2 加工定位基准选择 M419活塞销孔加工采用专用锉床，其他部位加工用通用机床，配以专用工夹量具。由于活塞内腔形状复杂、厚度不匀、径向刚性差，每道工序都要产生夹紧变形而影响精度，因此制订工艺时必须充分考虑活塞的结构特点和精度要求。 活塞的整个加工过程分粗、精加工两个阶段，这对容易变形的活塞尤为重要。 55#工序 (精定位的修整 )前为粗加工，主要包括止口、外圆、顶面及铣床工序 ;为避免精加工表面受损伤，主要表面，如外圆、环槽、活塞销孔表面的精 加工放在 55#工序后进行。 2.1 精基准选择 由于活塞销孔轴线与裙部外圆轴线垂直且对称、活塞环槽两侧面与裙部外圆轴线垂直等，故理论上可以用裙部外圆作为定位基准，但生产中选用裙部止口 (中 164舒哟作为统一的加工定位基准，其优点为 : a. 以其作为加工裙部、头部、顶面和销孔等主要表面的统一定位基准，有利于保证它们的相互位置 ; b. 采用外圆定位时，由于活塞内腔壁厚不均，夹紧外圆必然会使活塞变形。采用裙部止口定位、轴向压紧，可减小变形，从而有力保证活塞各结构尺寸 ; c. 使用方便。当所要加工的活塞品种改变时，只 需更换止口定位原件即可。 2.2 粗基准的选择 由于活塞内腔表面是不加工的，而活塞零件要求内腔表面相对外形表面保持相同壁厚，所以nts 15 必须进行粗基准的选择，否则活塞重量会产生相对其轴线的不对称，影响工作平稳性。 加工方案最终采用以内腔为粗基准，目的是为了保证壁厚均匀，同时用内腔底面定位，以保证止口端面尺寸。其加工定位如图 20 2.3 精基准的修整 在 55#工序进行。 2.4 其它基准使用 以销孔作为辅助基准。 3 活塞加工的主要工序分析 本点活塞外圆 、环槽和销孔的精加工是活塞加工中的三道主要工序。 3.1 外圆精加工 M419活塞的横截面为椭圆曲线，纵向带有锥度，其外圆的精加工除了要获得规定的尺寸、形状和表面粗糙度外，还需要提高与止口的同轴度。这一精加工工序包括 : a. 靠模车削以活塞的下端面和止口定位，沿轴线压紧，采用锥度靠模，由刀架上的指针控制刀具的运动轨迹，以实现活塞锥度的加工 ; b. 活塞偏心切削为了切削出横截面为椭圆的活塞外形，采用专用车夹具，夹具以活塞的下端面、止口及活塞销孔定位，沿活塞轴线压紧，使活塞的旋转中心与车床主轴的旋转中心偏移 0.6土 0.lm ，安装好零件，车一侧椭圆，将零件回转 180。 重新安装，车另一侧椭圆，两次车削，加工活塞外圆的椭圆度。 3.2 环槽精加工 方法如图 3，在前后刀架上分别装上两组切槽刀，以进行半精加工和精加工，环槽的宽度和槽间距离，决定于切槽刀的宽度和夹板的厚度。为了提高槽宽和槽间距的精度，切槽刀和夹板的两侧面均需经过磨削，其厚度尺寸公差应限制在 0.00 50.Ol mm，为了保证环槽侧面与裙部轴线垂直，切槽刀应与活塞裙部轴线垂直，也就是要使刀架上装夹刀具的基准面与机床主轴轴线垂直。这可在装夹刀具前用千分表找正，使其误差不超过 0.O lmm。切槽刀刃口的表面粗糙度对 环槽侧面nts 16 的表面粗糙度影响很大，因此要求刃口表面粗糙度 Ra为 0.2 um，并需经过研磨。切削液采用煤油和柴油的混合液。 M419 柴油机在实验过程中，其活塞裙部油槽曾出现疲劳裂纹。为提高 M419 活塞裙部油槽强度，油槽底部的加工改用滚压工艺。按要求，活塞油槽宽度应为 ，表面粗糙度应为 ，须在 处实施滚压。加工油槽时，粗、精加工一次完成，先用一粗车刀进行粗加工，然后再用一精车刀进行精加工。精车刀的选用非常重要，既要保证尺寸精度，同时又要保证表面粗糙度。采用整体切槽刀具，材料选用高速钢，刀具前角为 ，以便排屑 更顺畅。在加工中为了保证两槽的平行度，采用反切法。车刀反装，工件反转，这样可使工件重力和刀的切削力保持一致，不易引起振动；此外，切屑又不易嵌在槽中，可提高表面粗糙度质量。宽度尺寸由切槽刀保证。在完成槽的精加工后，下一道工序就是进行滚压，此工序在车床上进行，选用特定转速保持设定的力对槽进行滚压。 3.3 销孔精加工 为了保证活塞与连杆的连接状况良好和发动机的正常运转，对活塞销孔提出了很高的技术要求，即销孔的精度等级为 IT6级，表面粗糙度 Ra为 0.8，圆度为 0.005.销孔精铿工序是在金刚石幢床上进行的，机 床主轴采用静压轴承，刚性好，回转精度高，转速达到 2500转每分钝为了保证锉杆运转的平稳，在锁杆内加入平衡块，以达到较高的加工精度。精幢销孔，选用活塞端面和止口及活塞销孔作为定位基准。销孔轴线与顶面的距离尺寸，通过尺寸链的计算加以保证。为减小夹紧变形，压住活塞的顶面来保证加工精度。 按上述工艺试加工 50件活塞，其各项尺寸均达到了图纸要求。活塞的主要尺寸公差示于下表。nts 17 十、实习总结 实习结束，关于液压缸的生产工艺，设计参数，技术要求等方面的知识，对液压缸有拉整体的了解，虽然不很全面不很透彻但 毕业实习 是巩固、加 强和深化我们以前所学的基础课、专业课知识，增强综合分析问题、理论联系实际的能力，提高我们调查研究，正确熟练运用国家标准、手册、图册等资料、工具进行产品的设计能力。 具有 拉 从事 机械 产品、系统和控制智能的设计、维护、制造 开发 基本能力。 对 有机械 专业的 基础理论， 以及 将理论与实践相结合 的能力 在 实习中有很大 提高。通过 毕业 实习，进一步巩固和深化所学的理论知识，弥补理论教学的不足，以提高拉自己的工程意识 。 锻炼拉自己的计算、查阅技术资料、绘图等独立工作能力，培养拉团队精神、合作的意识，为同别人协作完成工作提供一定前提。 实习 使 我更好地 了解 机械 产品、设备， 加深 对 机械 技术 和产品的进一步 认识， 拓宽自己 视野，了解相关设备及技术资料，熟悉典型零件的加工工艺 ， 为 一 后毕业设计 工作打 打好基础。 实习 使我更快地 接触 和 认识社会，提高 拉我的的 社会交往能力 同时 学习 到 工人师傅和技术人员的优秀品质和敬业精神， 进一步 培养学生的专业素质， 使自己增强拉早日成材报效社会的信念。 nts数控加工与 模具设计专业自考本科 毕 业 论 文 开 题 报 告 题 目 简易拉压试验机的设计 学生姓名 准考证号 选题的目的和意义 1. 巩固、扩大和深化我们以前所学的基础课、专业课知识 ; 2. 培养我们综合分析、理论联系实际的能力； 3. 培养调查研究，正确熟练运用国家标准、手册、图册等资料、工具的能力； 4. 锻炼自己的设计计算、数据处理、编写技术资料、绘图等独立工作能力； 5. 树立正确的设计思想，为以后在工作中遇到相关问题提供解决依据。 国内外研究综述 拉压材料实验机是分析材料或构件机械性能的基本设备 。 目前的拉压材料实验机主要有电子式及液压式两种主流类型，其中电子式拉压材料实验机采用计算机完成加载控制、数据采集及测试内容分析、功能齐全、自动化程度高，为国内外厂家积极开发研制的主攻方面，但在高负载方面，液压式拉压试验机依然是主流。 国内生产企业由于技术实力薄弱，主要产品多位中低端产品；国外企业利用先进的技术成果和多年的设计经验，在高、精、尖方面占据着主流，在测量控制技术方面领先国内企业。 毕业设计（论文）所用的主要技术与方法 1. 在学校图书馆查阅相关资料； 2. 在工厂实践毕业实习； 3. 通过老师和工程师的指导； 4. 通过浏览因特网上的相关资料； 5. 通过对相关资料和数据的理论计算和分析。 1、 nts 1 主要参考文献与资料获得情况 1 黎启柏、 液压元件手册 机械工业出版社 2000.8 2. 杜国森、 液压元件产品样品 机械工业出版社 2000.4 3. 吴宗泽、 机械设计实用手册 机械工业出版社 2004.4 2、 4. 刘洪文、 材料力学 高等教育出版社 2004.1 毕业设计（论文）进度安排 实习、调研、设计 10.5 10.26 设计、 计算整理论文、准备答辩 10.26 12.20 指导教师审批意见 指导教师： （签名） 年 月 日 nts 数控加工与 模具设计 自考本科 毕业论文材料 题 目 : 简易拉压试验机 Simple tension and compression testing machine 学生姓名： 准考证号： 材 料 目 录 序号 名 称 数量 备 注 1 毕业设计 (论文 )开题报告 1 2 毕业设计 (论文 ) 1 3 毕业设计（论文）成绩评定表 1 起止日期： 年 月 日至 年 月 日 nts 第 1 页 目 录 前言 .3 1.概论 .5 1.1拉压试验机的用途与作用 .5 1.2 拉压试验机的历史、现状及发展趋势 .5 1.3 拉压试验机方案的选择 .7 2 .液压缸的设计 .8 2.1 设计步骤 .8 2.2 主要参数的确定 .8 2.2.1 液压缸的工作压力 .8 2.2.2 缸筒内径 .9 2.2.3 活塞扦直径 .11 2.3 液压缸的结构设计 .12 2.3.1 缸筒 .12 2.3.2 缸盖 .22 2.3.3 活塞 .22 2.3.4 活塞杆 .25 2.3.5 导向套 .32 2.3.6 密封和防尘 .34 2.3.7 排气装置 .36 2.3.8 油口尺寸 .37 3. 试验机横梁的设计 .38 3.1 材料选择 .38 3.2 机构设计 .39 4简易夹具设计 .40 4.1 夹具的结构设计 .40 4.2 夹具设计计算 .41 4.3 夹具选材 .41 4.4 夹具的校核计算 .42 5.底座的设计 .43 5.1 底座的选材 .43 5.2 结构设计 .44 6.支柱的设计计算 .46 6.1 受力分析 .46 6.2 支柱最小直径的计算 .46 6.2.1 强度设计计算 .47 6.2.2 稳定性校核 .48 7.单片机应用系统设计 .51 7.1 单片机选型 .51 7.2 控制系统结构 .51 7.3 双单片机系统设计 .51 7.4触摸屏控制原理及软件流程 .52 7.5 液晶显示器控制接口及软件流程 .53 nts 第 2 页 7.6 系统控制软件主流程 .55 总结 .56 致谢 .57 参考文献 .58 nts 第 3 页 前言 纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行！作为一个机械设计制造及其自动化专业的本科生，我想大家都深深理解这句话的含义！我们毕业设计的意义也在于此。 毕业设计是学生完成大学教学计划所规定的全部基础课和专业课后，综合运用所学的知识 ，与实践相结合的重要实践性教学环节。它是大学生活的最后一个里程碑， 是培养学生综合运用知识的能力，培养学生专业工作能力，提高学生综合素质的重要手段， 是对自己大学来所学到的知识的一次总结和应用 。毕业设计成果的质量，也是学生毕业资格认定的一个重要依据，是对学校人才培养效果的全面检验，是学校教育教学质量评价的重要内容。 毕业设计的主要目的是：（ 1） 培养学生综合运用和巩固扩展所学知识，提高理论联系实际的能力；（ 2）培养学生收集、阅读、分析和运用各种资料，手册等科技文献的能力；（ 3）使学生更加熟练的运用 AUTO CAD、 Word 等计算机办公软件，提高计算机辅助设计的能力； （ 4） 培养学生学习 语言表达和撰写科技报告（论文）的能力；（ 5）培养学生的效益意识、全局观念和团队协作精神。 毕业设计教学基本要求 主要是通过毕业设计，将 思想道德素质教育、业务素质教育、文化素质教育 溶于 一体 ， 注重学生素质的全面提高，以达到培养目标的基本要求；注重培养学生严肃认真的工作态度、勤奋钻研的优良学风和独立工作能力 ； 注重开发学生的创新精神和创造能力，实现毕业设计的教学目的。 在此次设计中我所选择的毕业设计课题是简易拉压试验机的设计。试验机，广义上说， 就是一种产品或材料在投入使用前，对其质量或性能按设计要求进行验证的仪器，属于仪器、仪表行业。拉压试验机是应用最广泛、最常见的实验仪器之一。近年来，随着我国经济技术的快速发展，国家对仪器、仪表行业日益重视，试验机行业得到了快速发展，出现了以三思等为代表的一批企业，结合新兴技术在研究、设计和制造试验机上不断积累经验，进一步开发新产品，以满足国内市场的需要，缩小国际差距，这对于我们来说是非常重要的。 本次设计由我一人完成，由于要求较高，设计环节较多，图书馆及网上与拉压试验机相关的资料比较少，而且我缺乏实际 经验，所以在设计中难免有不足和疏漏，恳请各位老师和同学批评指正。 在设计过程中，我得到了张教授的悉心指导和耐心讲解，这也是本次设计顺利完成的必要前提，在此向老师表示衷心的感谢。 nts 第 4 页 设计参数 最大受力负载： F=300KN； 最大拉伸距离： l=250mm； 试件直径： 10 20mm； 拉压速度范围： 0 190mm/min。 nts 第 5 页 1概论 “ 仪器仪表对于科研和工业生产往往被看 作 配角 ，而实际上早已成为中国科技发展和提升工业产品质量举足轻重的核心组成部分。许多事实证明，中国 科技实力与经济发展的咽喉被卡在仪器仪表这一关口上 ” 王大珩院士 拉压试验机是一种常用的试验仪器设备，广泛应用于院校、研究所、工厂企业等。 1.1 拉压试验机的用途与作用 拉压试验机是对材料、零件和构件进行机械性能和工艺性试验的设备。产品好坏，除了从结构设计、加工工艺、处理规范诸方面去考虑以外，合理选择材料也是一个重要方面，例如金属、非金属、各种新型的高温合金、高分子化合物及复合材料等要达到物尽其用，就必须知道材料的性能 ；在研究新材料、新工艺，也需测定材料的机械性能；对新型机器或设备的受力部件，特别是大型构件（如桥梁、船体等）有时还需进行整机试验，以考虑所用材料及工艺设计是否合理等，都需要各种专门的材料试验机来测量相关参数。 材料受载后表现出弹性、塑性、断裂三个变型过程，并且在各个过程已有相关技术标准（规范）规定出相关性能的技术指标，这些性能指标的具体测定必须在试验机上来完成。拉压试验机的功能和计量特性指标是否满足预期使用要求，是材料机械性能试验的关键。拉压试验机不仅是研究材料机械性能理论的基本手段和依据，也是企业、事业单 位目前生产检验的基本手段之一。总之，拉压试验机为合理利用原材料、降低消耗、节约资金、保障安全生产起到保障作用，同国家经济建设、国防建设、科学研究及人民生活都有密切关系，并随着他们的发展，试验机也必将得到发展。 1.2 拉压试验机的历史、现状及发展趋势 拉压试验机的发展是与试验机行业的发展分不开的，它随着这个试验机行业的发展而不断进步。我国计量检测事业的历史悠久，但试验机制造行业在旧中国是空白，中华人民共和国成立后，党和政府十分重视计量检测技术的发展，采取了许多重要措施来发展仪器仪表工业。经过五十多年的努力， 我国材料试验机的制造，从无到有、从小到大，从单参数到多参数，从静态到动态，逐步发展成初具规模，具有能生产静负荷试验机（如拉、压万能试验机、扭转试验机、松弛试验机、持久强渡试验机、蠕变试验机、复合应力试验机等）和动负荷试验机（如冲击试验机和疲劳试验机等）的能力，有效地促进了国民经济建设和国防建设的发展。 在九十年代以前，计划经济时代，国内的试验机企业以国营体制为主，各企业间不存在什么竞nts 第 6 页 争，所以国内试验机企业的进步是比较缓慢的，同国外试验机行业相比差距较大。 二十世纪九十年代初，我国实行了市场经济，众多民营企业 应运而生。试验机制造行业也和其它行业一样，民营企业登上了试验机行业的舞台。近几年，随着国内试验机民营企业的不断做强做大，国有企业的改制，中国的试验机行业由原来以国有企业为主逐步演变为以民营企业唱主角的时代。 长期以来，试验机也一直是欧美对我国尖端科研课题限制出口的产品。我国的国防科技工业和其它部门的科研院所不能直接进口某些关键材料试验的仪器设备。所以，要发展中国的试验机产业，就必须走自主创新的道路。在新三思集团公司为首的中国试验机民营企业的不断努力下，中国试验机的技术水平得到了长足的进步，国内与国外的试验机 技术水平的差距正在逐步的缩小。 材料拉压试验机按照加载方式与控制方式区分，有三代产品 :机械式加载试验机，液压式加载试验机，微机控制的电控试验机。前两代产品基本上是人控方式，不妨称为传统试验机。 （ 1） 机械式加载试验机，主要是普通电动机、齿丝杠式传动加载及重锤杠杆式加载。其缺点是调整、控制加载速率十分困难，而且要求试验机承力结构抵抗变形的刚度很大。 （ 2） 液压式加载试验机使人工调整、控制加载速率变得较为容易，加载能力也得到极大加强，而且对试验机结构刚度要求下降，特别是易于实现双向、二向加载，这是机械加载方 式难以实现的。 （ 3） 微机控制的电控试验机是在普通电动机、齿轮、丝杠式传动加载的基础上改以采用便于自动控制的伺服电机，或者在液压加载方式的基础上采用电液伺服阀或比例阀，配上微机控制的自动控制系统及显示系统使得试验机的性能发生了革命性的变化，可以实现稳定的恒加载速率和稳定的恒变形速率；传统试验机度量力的大小基本上靠杠杆平衡原理，其受力精度依赖硅码的精度及杠杆系统的精度，而微机控制的电控试验机则利用力传感器作为力的测量装置，通过力传感器及相应电子放大线路则可以做到力的示值相对误差保持不变并通过提高力传感器及相 应电子放大线路的质量极大提高了测力精度，微机的使用，使得显示数据、曲线变得更加容易，通过软件还可以对数据进行处理。这是 X-Y记录仪所做不到的。另外利用微机的外设打印机可以极为容易地打出测试报告。 因为考虑加载速率、变形速率对金属材料力学性能的影响，国际上通行的与我国现行的金属材料拉伸试验规范中都对这两者做出较为严格的规定。按照规定传统试验机因无法达到要求应属淘汰之列。但基于我国的试验机保有量和更新的经济承受力，现经过几年的更新过程，传统试验机正在逐步消失。目前计算机控制的电控试验机使用越来越广泛，尤其是科研 单位、重点高校，已基本淘汰传统试验机 展望材料试验机的发展趋势，几个问题值得思考： nts 第 7 页 （ 1）加载平台不单单考虑单项加载，还要考虑双向、三向加载。液压式加载微机控制的电控试验机发展空间很大。 （ 2） 在加载过程中试件上、下两端受力及位移等条件是不对称的，往往造成断口向一端偏移，为了解决此问题，使试件两端条件对称，要求两端同时同样产生位移，可采用液压式加载，双加力油缸。 （ 3）微机控制的电控试验机是一种精密的自动控制测试设备，价格也较昂贵。因此进一步提高其可靠性、降低其维护费用、延长其某些配件的使用寿命成为试验机 生产厂家必须考虑的问题。 （ 4）试验机只是加载测试平台，为了利用好这个平台必须发展更先进的测试手段。从工程应用与发展理论来看，测试含有微裂纹试件的力学性能非常重要，尤其是通过测试过程揭示微裂纹发展、扩大，直至试件断裂的力学规律。最理想的方法是能够在加载条件下，三 维显示微裂纹附近的应力、应变场及其随时间的演化过程，就像医学上的影像扫描技术一样，随着外载的变化，把试件内部应力、应变场随时扫描记录下来。 1.3 拉压试验机方案的选择 材料拉压试验机是分析材料或构件机械性能的基本设备，将材料试样或构件经实验机夹具固 定后，对其施加轴向载荷，记录加载过程中承受载荷与产生变形的相关数据，可完成材料或构件多项机械性能的分析、检测。 根据试验机传动形式的不同可分为：机械式（螺杆传动），液压式和电子式。机械式属于早期试验机的传动形式，现在已经逐步被淘汰掉。目前的拉压材料实验机主要有电子式及液压式两种主流类型，其中电子式拉压材料实验机采用计算机完成加载控制、数据采集及测试内容分析、功能齐全、自动化程度高，但存在价格昂贵、维护困难等问题。一般较多的应用于专业测试、研究领域，无法得到普及应用。液压式拉压材料实验机作为传统机型，采用液压 缸进行传动，传动平稳，振动小，可实现大负载材料的拉压试验，普遍使用指针或数字仪表显示检测数据，造价相对较低，但存在测量精度差，整体性能单一，不具备数据存储，分析功能等缺陷，不利于对材料或构件的特性做详尽、深入的测试与分析。 鉴于该现状，综合考虑各项因素，设计了一种结构简单的拉压材料实验机，由单片机完成载荷，变形信号的自动采集、智能分析和相关数据处理通过图形点阵式液晶显示器及四线电阻式触摸屏作为人机对话接口，具备实验参数选择，实时绘制载荷、变形曲线、实验数据存储、检测结果分析及实验曲线、数据遍历等测试分析功能 。是介于电子式与液压式之间的一种全新的实验机类型、综合性能价格比高、具有良好的发展和应用前景。 nts 第 8 页 2 .液压缸的设计 液压缸是将液压能转换为机械能的一种执行元件，主要用于要求实现住复直线运动或往复摆动的场合。 液压缸按其结构形式，可分为活塞缸、柱塞缸和摆动缸三类。活塞缸、柱塞缸实现往复运动，输出力和速度；摆动缸实现小于 360 度的往复摆动，输出转矩和角速度。液压缸除单个使用外，还可以几个组合起来或与其它机构组合起来，以完成特殊的功用。 液压缸的基本原始资料是液压缸负载值、负载运动速度、行程值、液压缸的结构形式及 安装要求等液压缸的设计计算主要是确定液压缸的结构尺寸确定液压缸的使用压力和流量，并对液压缸的零部件进行强度校核和性能验算等。 根据试验机的基本要求可知本试验机用液压缸的基本原始资料： 液压缸的最大负载值 F=300KN； 负载时的压向速度1v=0 130mm/min； 活塞行程 s=250mm。 2.1 设计步骤 （ 1）液压缸的工况特点，选择液压缸的类型和安装方式。本次设计的液压缸主要用于简易拉压试验机，对试件提供拉力和压力，选取双作用单活塞杆式液压缸，采用 法兰安装。 （ 2）根据动力和运动分析，确定主要尺寸参数。液压缸固定，活塞带动活塞杆对外做工，做垂直往复运动，受到外在负荷力、摩擦力等。 （ 3）设计主要零部件的结构。主要零部件为：缸筒、缸盖、活塞、活塞杆、等。 （ 4）液压缸的性能验算。 2.2 主要参数的确定 液压缸的主要尺寸参数包括：液压缸的缸筒 内径 D，、活塞杆 直径 d、液压缸行程 s 等。液压缸的性能参数主要有工作压力和工作速度等。 2.2.1 液压缸的工作压力 液压缸的输出力 F是由工作压力 P和活塞的有效面积 A决定，而液压缸的输出速度 v是由输入液压缸的流量 q和活塞的有效面积 A来确定，即 F PA （ 2 1） V=q/A （ 2 2） nts 第 9 页 由以上两公式可见当液压缸的输出力 F 一定时，若缸的工作压力 P 取得大则活塞有效面积A 减小，液压缸的结构就紧凑，但液压元件的性能及密封要求也相应提高，若液压缸的工作压力 P取得小，则活塞有效面积 A 就大，缸的结构尺寸 增加，要使工作机够得到同样的速度 v，就要求有较大的流量 q，此时，将使有关的液压泵、阀等液压元件的规格要求相应增大，这就可能导致整个液压传动系统的结构庞大。因此确定液压缸的工作压力 P 时，要根据设备的工作要求、元件的制造水平等因素综合考虑，有时后者更为重要。 表 2 1 各类液压设备常用的工作压力 设备类型 机 床 磨床 组合机床 车床 铣床 镗床 拉床 龙门刨床 工作压力 /MPa 2 6.3 24: 10 设备类型 农业机械 汽车工业 小型工程机械 及辅助机械 工程机械 重型机械 锻压设备 液压支架 船用系统 工作压力 /MPa 10 16 16 32 14 25 对于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。 根据表 1 1初步选取本液压缸的压力大小范围为 16 32MP。 初步选取 G5 6型齿轮泵，额定压力 P=25MP，转速 v=900 4000r/min,排量 V=6.4ml/r. 2.2.2 缸筒内径 根据需要的液压缸的理论输出力 F 和系统选定的供油压力 P 来计算缸筒内径 D（ m），计算公式如下： 4 310FDP （ 2 3） 式中 F 液压缸的理论输出力 (N); P 供油压力 (MPa)。 液压缸的理论输出力 F，可按下式确定： nts 第 10 页 0tFF （ 2 4） 式中 0F 活塞杆的实际作用力 (N)可以取估算负载值的最大值； 负数率，一般取 0.5一 0.7； t 液压缸的总效率。 0tFF 33 0 0 1 00 .7 0 .9 3 14 6 0 .3NKN则： 4 310FDP （ 2 5） 334 4 6 0 . 3 1 0 10320 . 1 5 3153mmm表 2 2 缸筒内径尺寸系列（ mm） 查液压缸缸筒内径尺寸系列表 2 2(GB/T2348 93)取标准值 D=160mm。 2.2.3 活塞杆 直径 nts 第 11 页 根据速度比的要求来计算活塞杆直径 d(mm) 1dD （ 2 6） 式中 D一一缸筒 内径 (m)； 速度比，取 1.4 1dD 1 .4 11601 .48 5 .5 mm表 2 3 活塞杆外径尺寸系列（ mm） 由表 2 3选取标准值 =90mm。 则： 实际速度比为 22 221v Dv D d （ 2 7） 2220 .1 60 .1 6 0 .91 .4 6 nts 第 12 页 21vv1.46 0.13 0 .1 91 9 0 / m inmm 式中 2v 活塞杆缩入时的速度 (m/s)； 1v 活塞杆伸出时的速度（ m/s）。 2.3 液压缸的结构设计 2.3.1 缸筒 2.3.1.1 主要技术要求 （ 1）有足够的强度，能长期承受最高工作压力及短期动态试验压力而不会产生水久性变形。 （ 2）有足够的刚度，能承受活塞侧向力和装置的反作月力，而不至于产生弯曲。 （ 3）内表面在活塞密封件及导向环的摩擦力作用下，能长期工作且磨损极少，几何精度高，确保活塞的密封。 （ 4）采用焊接式结构的缸简，焊接上法兰或管接头后，不应产生裂纹或有过大的变形。 （ 5）在采用铸铁缸筒 时，其组织应紧密无渗漏现象。 2.3.1.2 结构形式 根据需要缸底采用焊接方式，缸盖采用法兰连接。 2.3.1.3 材科 缸筒材料一般要求有足够的强度和冲击韧性，对焊接的缸筒，还要求有良好的焊接性能。本液压缸采用 45 钢，并调质到 241 285HBS。 2.3.1.4 缸筒计算 (1)缸筒厚度 计算 0十1c十2c（ 2 8） 式中 0 缸筒材料强度要求的最小值； 1c 缸筒外杆 公差余 量 (m)； 2c 腐蚀余 B(m)。 nts 第 13 页 表 2 4 常用缸筒外径尺寸 查表 2 41D取 194mm. 则 1 2DD 194 160217mm（ 2）缸筒厚度验算 对缸筒壁厚需作以下四个方面的验算 额定工作压力NP(MPa)应低于一定极限值，以保证工作安全。 表 2 5 缸筒常用无缝钢管的材料力学性能 nts 第 14 页 由公式： 221 21()0 . 3 5 sNDDPD （ 2 9） 式中 s 一缸筒材料屈服强度 (Mpa)查表 2 5 可知， 45 钢的无缝钢管的材料屈服强度为nts 第 15 页 340Mpa； 1D 缸筒 外径 (m)； d 一缸荷内径 (m)； NP一 额定工作压力 (MPa)。 由公式（ 2 9）可知： 2223 4 0 ( 0 . 1 9 4 0 . 1 6 )0 . 3 5 0 . 1 9 4NF 4 0 . 3 2 5NM P a P M P a 安全。 为避免塑性变形，额定工作压力应满 ( 0 . 3 4 0 . 4 2 )N P LPP(2 10) 式中 PLP 缸筒发生完全塑性变形的压力。 12 .3 lgP L s DP D(2 11) 0 . 1 9 42 . 3 3 4 0 l g0 . 1 66 5 . 4 M P a 0 . 4 6 5 . 4 = 2 6 . 2 M P a 2 5 M p a 符合要求。 缸荷径向变形量 D 应在允许范围内，不得超过密封圈的允许范围。 221221()TD P D DD E D D (2 12) 式中 D 缸筒径向变形量（ m）； TP 缸筒耐压试验压力（ Mpa）； （TP=maxP=1.25NP=1.25 25=31.25MPa） E 缸筒材料弹性模量 (MPa);（ 45钢取 210Gpa= 52.1 10 MPa） 材料泊松比，钢材 =0.3； 由公式（ 2 12）可知： nts 第 16 页 225 2 20 . 1 6 3 1 . 2 5 0 . 1 9 4 0 . 1 6( 0 . 3 )2 . 1 1 0 0 . 1 9 4 0 . 1 6D 51 .3 2 1 0 m =0.132mm 符合要求。 缸筒爆裂压力EP(M Pa)应远远大于试验压力TP， 12 .3 l gEsDP D（ 2 13） 式中 b 缸筒材料的抗拉强度（ MPa） ; （ 45钢的b为 600Mpa） 0 . 1 9 42 . 3 6 0 0 l g 0 . 1 6EP 115.5MPa 31.25MPa 符合要求。 (3)缸筒底部厚度 选用平形缸底 缸底选为无油孔。 则： 缸底厚度 h 为 m a x0 . 4 3 3PhD（ 2 14） 式中 D 缸筒内径 (m)； maxP 最大工作压力 (MPa)； 缸底材料的许用应力 (MPa)，其选用方法与上述缸筒厚度计算相同； h 缸底厚度 (m)； nts 第 17 页 图 2 1 无孔缸底 表 2 6 安全系数 n 由表 2 6 可选 n=5 = bn（ 2 14） 6005Mpa =120Mpa 则：由公式（ 2 14）得 3 1 . 2 50 . 4 3 3 0 . 1 6120h 0.0354m 35.4mm 取 h =36mm。 （ 4）缸筒头部与底部的法兰厚度 h 选用 9.8级 低碳合金钢、中碳钢，淬火并回火的螺栓进行连接。 nts 第 18 页 表 2 7 9.8等级螺栓性能参数 安全系数由表 2