液压系统毕业设计说明书.docx

摘 要液压就是通过液压油（具体根据实际情况定）来传递压力的装置。一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油。液压由于其传动力量大，易于传递及配置，在工业、民用行业应用广泛。液压系统的执行元件液压缸和液压马达的作用是将液体的压力能转换为机械能，而获得需要的直线往复运动或回转运动本设计用油缸，通过控制阀分别实现剪切油缸的剪切、抬起；前后对焊压板油缸的顶起、落下；焊剂垫升降油缸的落下、上升；后托辊升降油缸的升起，落下；前桥摆动油缸的左摆、右摆。通过液压站原理和设计要求来设计和选用液压缸、液压阀、法兰、油箱、电机等，合理的选用液压缸的缓冲装置、密封圈和排气阀。并校核检验液压缸、活塞杆、连接螺栓的强度和系统的热平衡。关键词：液压；油缸；液压阀；液压系统；剪切；对焊abstracthydraulic is a device which delivers the pressure through the hydraulic oil (according to the actual situation of the specific set). a complete hydraulic system consists of five parts, namely power components, actuators, the control elements, auxiliary components and hydraulic oil. hydraulic is applied widely in the industrial and civil industry because of its big transmission power and it is easy to transfer and co figurate. the execution element of hydraulic system is the hydraulic cylinder and hydraulic pressure motor, which plays the role of translating the liquid pressure into mechanical energy and it will gain access to the line of the reciprocating motion or rotary motion by controlling valves to realize oil cylinders shearing and raising respectively. before and after suets jacking up and falling; flux and oil cylinder cushions falling and raising; lifting oil cylinder rollers rising and falling; front axles swinging to the left and right; designing and choosing hydraulic cylinder, hydraulic valve, flange, oil tank, motor according to the hydraulic pressure station principle and design requirements; reasonable selection of hydraulic cylinder buffering device, sealing and discharging valve. checking and inspecting hydraulic cylinder, piston, the strength of the connecting bolts and system of heat balance.keywords: hydraulic; oil cylinder; hydraulic valves; hydraulic system; shear; butt weld ends目 录摘 要iabstractii1绪 论11.1液压系统概述11.1.1液压系统的组成及其作用11.1.2液压系统的形式11.1.3液压系统的发展概况和应用22总体方案72.1设计原理72.2剪切系统设计82.2.1剪切系统工况要求82.2.2液压缸结构92.2.3液压缸的效率92.2.4液压缸缸径的计算102.2.5流量的计算112.2.6最小导向长度的确定122.2.7活塞宽度的确定122.2.8缸体长度的确定122.2.9缸筒壁厚的计算132.2.10缸体外径尺寸的计算132.2.11活塞杆强度和液压缸稳定性计算142.2.12缸筒壁厚的验算162.2.13缸筒的加工要求182.2.14法兰设计182.2.15缸底厚度设计192.2.16(缸筒端部）法兰连接螺栓的强度计算202.2.17活塞设计222.2.18密封件的选用232.2.19活塞杆的设计242.2.20缓冲装置和排气阀252.3对焊前后液压系统设计272.3.1对焊前后液压系统的已知数据要求272.3.3液压缸的效率272.3.4液压缸缸径的计算272.3.5活塞进程和回程速度计算282.3.6最小导向长度的确定292.3.7活塞宽度b的确定292.3.8缸体长度的确定292.3.9缸筒壁厚的计算：292.3.10缸体外径尺寸的计算302.3.11活塞杆强度和液压缸稳定性计算302.3.12缸筒壁厚的验算312.3.13缸筒的加工要求322.3.14法兰设计322.3.14缸底厚度设计332.3.15法兰连接螺栓的强度计算342.3.16其余设计352.4 液压泵的选择352.4.1确定液压泵的最大工作压力352.4.2确定液压泵的流量352.4.3确定液压泵的驱动功率362.5液压阀和过滤器的选择382.6集成块392.6.1集成块的设计原则392.6.2集成块的结构设计392.6.3集成块的设计结果402.6.3装配与调试422.7液压油的选取422.7.1选择液压油的依据422.8油箱的结构设计432.8.1油箱的主要功能432.8.2 油箱的设计要点442.8.3 油箱容量的确定452.8.4 油箱的结构设计452.8.5油箱附件的安装462.8.6 油箱的清洁控制462.8.7油箱的防锈462.8.8 焊接工艺472.9液压系统的发热和温升验算472.9.1液压泵的输入功率472.9.2有效功率472.9.3系统发热功率482.9.4散热面积482.9.5油液温升48总 结49致 谢50参考文献5152河南理工大学本科毕业设计论文1绪 论1.1液压系统概述1.1.1液压系统的组成及其作用一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油。动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵等。执行元件(如液压缸和液压马达)的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动。控制元件(即各种液压阀)在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。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。辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、压力表、油位油温计等。液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类。 1.1.2液压系统的形式液压元件逐步实现了标准化、系列化、其规格、品种、质量、性能都有了很大提高，尤其是采用电子技术、伺服技术等新技术新工艺后，液压系统的质量得到了显著的提高，其在国民经济及军事工业中发挥了重大作用。 从不同的角度出发，可以把液压系统分成不同的形式。（1）按油液的循环方式，液压系统可分为开式系统和闭式系统。a、开式系统是指液压泵从油箱吸油，油经各种控制阀后，驱动液压执行元件，回油再经过换向阀回油箱。这种系统结构较为简单，可以发挥油箱的散热、沉淀杂质作用，但因油液常与空气接触，使空气易于渗入系统，导致机构运动不平稳等后果。开式系统油箱大，油泵自吸性能好。b、闭式系统中，液压泵的进油管直接与执行元件的回油管相连，工作液体在系统的管路中进行封闭循环。其结构紧凑，与空气接触机会少，空气不易渗入系统，故传动较平稳。工作机构的变速和换向靠调节泵或马达的变量机构实现，避免了开式系统换向过程中所出现的液压冲击和能量损失。但闭式系统较开式系统复杂，因无油箱，油液的散热和过滤条件较差。为补偿系统中的泄漏，通常需要一个小流量的补油泵和油箱。由于单杆双作用油缸大小腔流量不等，在工作过程中会使功率利用下降，所以闭式系统中的执行元件一般为液压马达。（2）按系统中液压泵的数目，可分为单泵系统，双泵系统和多泵系统。（3）按所用液压泵形式的不同，可分为定量泵系统和变量泵系统。变量泵的优点是在调节范围之内，可以充分利用发动机的功率，但其结构和制造工艺复杂，成本高，可分为手动变量、尽可能控变量、伺服变量、压力补偿变量、恒压变量、液压变量等多种方式。（4）按向执行元件供油方式的不同，可分为串联系统和并联系统。串联系统中，上一个执行元件的回油即为下一个执行元件的进油，每通过一个执行元件压力就要降低一次。在串联系统中，当主泵向多路阀控制的各执行元件供油时，只要液压泵的出口压力足够，便可以实现各执行元件的运动的复合。但由于执行元件的压力是叠加的，所以克服外载能力将随执行元件数量的增加而降低。 并联系统中，当一台液压泵向一组执行元件供油时，进入各执行元件的流量只是液压泵输出流量的一部分。流量的分配随各件上外载荷的不同而变化，首先进入外载荷较小的执行元件，只有当各执行元件上外载荷相等时，才能实现同时动作。1.1.3液压系统的发展概况和应用液压传动和气压传动称为流体传动，是据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理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。当今，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。通过对通用机床的液压系统的理论学习，完成液压系统的分析工作，加深对液压系统的工作原理、工作性能、工作环境及机构的认识和了解。加深巩固机械原理的相关内容，加深对专业课基础理论力学和材料力学及专业课机械设计相关内容的理解，更好的认识国内外液压系统的发展趋势和发展存在的问题，从而为以后更深的了解和设计机床液压系统打下良好的基础。现代社会对通用机床的液压系统提出了更高的要求，为了适应这一发展趋势，我们应立足改进传统的、僵化的、单纯的液压系统，主动培养学习、提高创新能力、树立团结协作精神、锻炼解决实际工程问题能力。液压传动是以液体为工作介质来传递动力（能量）的，它又分为液压传动和液力传动两种形式。液压传动中心户要是以液体压力能来进行传递动力的，液力传动主要是以液体动能来传递动力。液压系统是利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，g经各种控制阀、管路和液压执行元件将液体的压力能转换成为机械能，来驱动工作机构，实现直线往复运动和会回转运动。油箱液压泵溢流阀、节流阀、换向阀、液压缸及连接这些元件的油管、接头等组成了驱动机床工作台的液压系统。工程机械主要配套件有动力元件、传动元件、液压元件及电气元件等。目前工程机械动力元件基本上都用内燃式柴油发动机(简称柴油机)；传动分机械传动、液力机械传动、静液压传动、电传动等。但目前工程机械用得最多、最普遍的为液力机械传动及静液压传动。整个传动系统还包括传动轴、驱动桥等。静液压传动有多种结构形式，有的有传动轴、驱动桥，有的没有，视情况而定；液压元件主要有缸、泵、阀、密封件及液压附件等。静液压元件的泵(主要是变量泵)、马达(变量与定量)，以及相应的减速机等；电气元件以前对工程机械的影响还并不大，最早的工程机械电气系统，主要是起动电路及照明电路，系统及元件都非常简单，起动可以用拖起动，白天干活不用照明，因此，这两个电路系统出了故障也能勉强维持工作。但工程机械发展到今天，电气系统及电气元件已经成了工程机械一个非常关键的部分，可以说今天的绝大多数工程机械，电气系统出了故障根本就不能工作，有的甚至寸步难行，等于一堆废钢铁。因此电气系统、电器元件目前也是工程机械最关键最主要的配套件之一。主要电器元件除传统的元件外，还有各种传感器，各种控制元件及微处理机等等。下面就国际上这些工程机械主要配套件的基本情况及发展趋势谈谈看法。目前国外工程机械主要配套件大多数都生产历史悠久，技术成熟、供应充足，生产集中度高，品牌效应突出。配套件的发展随主机的发展而发展，同时配套件自身的发展反过来又促进主机的发展。目前国外工程机械配套件的发展形势好过主机的发展形势。目前国外工程机械配套件的发展形势比较好。在流体产品领域内，目前世界上最大的流体产品(主要是液压件、密封件及液压附件等)制造企业，美国的派克(parket)公司，成立于1918年，也有近100年历史，可以提供品种齐全的、高技术水平的液压件、密封件及所有的液压附件。目前世界上最大的用于静液压系统的变量液压元件制造企业，德国的博士力士乐公司，已有200多年的历史，从1953年开始全面制造液压元件，也有50年以上历史。其最具特色的产品是用于静液压传动的变量系统液压元件，无论是斜盘式或斜轴式，闭式(泵控)或开式(阀控)系统液压元件品种都非常齐全，能为各种需要静液压系统元件的工程机械整个系统成套配套。还有世界上最大的传动部件制造企业，德国的zf公司，成立于1915年，也有近100年历史，能为各种工程机械提供品种齐全的传动部件。在电气配套件方面，世界最大的德国西门子电气公司，以及日本的东芝公司、川崎公司、德国的博士(bose)公司等，都有50年以上，甚至100年以上的悠久历史，能满足工程机械各种高技术水平的电气系统和电气元件的要求。20世纪50年代我国的液压工业才开始，液压元件初用于锻压和机床设备上。六十年代有了进一步的发展，渗透到了各个工业部门，在工程机械、冶金、机床、汽车等工业中得到广泛的应用。如今的液压系统技术向着高压、高速、高效率、高集成等方向发展。同时，新元件的应用、计算机的仿真和优化等工作，也取得了卓有的成效。工程机械主要的配套件有动力元件、传动元件、液压元件及电器元件等。内燃式柴油发动机是目前工程机械动力元件基本上都采用的；传动分为机械传动、液力机械传动等。液力机械传动时现在最普遍使用的。液压元件主要有泵、缸、密封件和液压附件等。当前，我国的液压件也已从低压到高压形成系列。我国机械工业引进并吸收新技术的基础上，进行研究，获得了符合国际标准的液压产品。并进一步的优化自己的产业结构，得到性能更好符合国际标准的产品。国外的工程机械主要配套件的特点是生产历史悠久、技术成熟、生产集中度高、品牌效应突出。主机和配套件是互相影响、互相促进的。当下，国外工程机械配套件的发展形势较好。最近，这些年国外的工程机械有一种趋势，就是：主机的制造企业逐步向组装企业方向发展，配套件由供应商提供。美国的凯斯、卡特彼勒，瑞典的沃尔沃等是世界上实力最强的主机制造企业，其配套件的配套能力也是非常强的，数量上也是逐年大幅的增长，配套件主由零部件制造企业来提供。在科技大爆炸的今天，计算机技术、网络技术、通信技术等现代信息技术对人类的生产生活产生了前所未有的影响。这也为今后制造业的发展，设计方法与制造技术模式的改变指明了方向，为数字化的设计资源与制造资源的远程共享，提高产品效率奠定了基础。目前，在液压领域中，特别是中小企业在进行液压传动系统的设计时，存在零部件种类繁多、系统集成复杂、参考资料缺乏等一系列困难，而远程设计服务可以解决这些问题。液压技术作为实现现代传动与控制的关键基础技术之一，已成为工业机械、工程建设机械及国际尖端产品不可缺少的重要技术基础。是它们向自动化、高精度、高效率、高速度、小型化、轻量化方向发展的关键技术。世界工业发达国家都将液压工业列为竞争发展的行业，其发展速度远高于机械工业的发展速度。液压元件及其控制已发展成为综合的液压工程技术。机械制造是为国民经济各部门和自身技术改造提供先进技术装备的工业部门。铸造、锻压、焊接、热处理、及切削等是机械制造工业获取毛坯、成形产品及提高零件机械性能的重要生产方法，在众多金属冷、热加工机器设备中普遍使用液压技术，其中压力机和金属切削机床是应用液压技术较早较广的领域。在车、铣、刨、磨、钻各类液压机床中，主要利用液压技术可在较宽范围内进行无级调速，具有良好的换向及换接性能，易于实现工作循环等优点，完成工件及刀具的加紧、控制进给速度和驱动主轴作业，尽管现代数控机床、加工中心等先进制造设备中采用离电伺服系统，但采用液压传动与控制仍然是现代金属切削机床自动化的重要途径。在锻造机、液压机、折弯机、剪切机等压力加工设备中，主要利用液压传动传递力较大、便于压力调节控制和过载保护的特点，进行下料、成形加工等作业。铸造、锻压、焊接、热处理等机器设备的生产作业环境极为恶劣，温度高、粉尘多、湿度大、有腐蚀性气体、振动噪声大。因此要求机器要有良好的适应性、可靠性和维护性。在造型机及浇铸机、焊接机、淬火机等铸造、焊接及热处理机器设备中，主要利用液压技术便于无级调速和远距离遥控作业等特点，进行造型及铸型输送与浇铸、高温零件抓取等作业，以减轻劳动者劳动强度、避免和减少热辐射和有害气体对人身的侵袭并提高生产率。a.液压传动的特点及在机械行业中的应用a.液压传动的优点：（1）单位功率的重量轻，即在相同功率输出的条件下，体积小、重量轻、惯性小、结构紧凑、动态特性好。（2）可实现较大范围的无级调速。（3）工作平稳、冲击小、能快速的启动、制动和频繁换向。（4）获得很大的力和转矩容易。（5）操作方便，调节简单，易于实现自动化。（6）易于实现过载保护，安全性好。（7）液压元件以实现了标准化、系列化和通用化，便于液压系统的设计、制造和使用。b.液压系统的缺点：（1）液压系统中存在着泄漏、油液的可压缩性等，这些都影响运动的传递的准确性，不宜用于对传动比要求精确地场合。（2）液压油对温度敏感，因此它的性能会随温度的变化而改变。因此，不宜用于问短变化范围大的场合。（3）工作过程中存在多的能量损失，液压传动的效率不高，不宜用于远距离传送。（4）液压元件的制造精度要求较高，制造成本大，故液压系统的故障较难诊断排除。c.液压系统在机械行业中的应用：工程机械装载机、推土机等。汽车工业平板车、高空作业等。机床工业车床铣、床刨、床磨等。冶金机械轧钢机控制系统、电炉控制系统等。起重运输机械起重机、装卸机械等。铸造机械加料机、压铸机等。2总体方案2.1设计原理3号阀站系统设计工作原理图如图2-1，动作执行参考表2-1。剪切油缸 对焊前压板油缸 对焊后压板油缸 焊剂热热升降油缸 剪焊机后托辊升降油缸 前桥摆动油缸图2-1 3号阀站系统 表2-1电磁铁动作顺序表22yt23yt24yt25yt26yt27yt28yt29yt30yt31yt32yt33yt剪切油缸剪切抬起对焊前压板油缸顶起落下对焊后压板油缸顶起落下焊剂垫升降油缸落下上升剪焊机后托辊升降油缸升起落下前桥摆动油缸左摆右摆本设计驱动装置采用油缸，通过控制阀分别实现剪切油缸的剪切、抬起；前后对焊压板油缸的顶起、落下；焊剂垫升降油缸的落下、上升；后托辊升降油缸的升起，落下；前桥摆动油缸的左摆、右摆。2.2剪切系统设计2.2.1剪切系统工况要求工作负载=400kn液压缸的工作行程s=200mm工进速度=1.70m/min=0.0285m/s系统工作压力p=12mpa2.2.2液压缸结构图2-2 单杆液压缸结构1缸底；2单向阀；3、10法兰；4、15密封圈；5、22导向环；6缓冲套；7缸筒；8活塞杆；9、13、23o型密封圈；11缓冲节流阀；12导向套；14缸套；16防尘圈；17y型密封圈；18缸头；19护环；20y型密封圈；21活塞；24无杆端缓冲套；25连接螺钉； 2.2.3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，由各运动件摩擦损失所造成，在额定压力下，通常可取=0.9b.容器效率，由各密封件泄露所造成，通常容积效率为： 装弹性体密封圈时 1 装活塞环时 0.98c.作用力效率，由出油口背压所产生的反作用力而造成。一般取=0.9所以 =0.9 =1 =0.9总效率为。 2.2.4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 式（2-1）式中 液压缸实际使用推力（n）；液压缸的负载效率，一般取0.507；液压缸的总效率，一般取=0709；计算=0.8；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=12mpa；根据式（2-1）得到内径：=275.8mm查缸筒内径系列/mm(gb/t 2348-1993)可以取为280mm。活塞杆外径：对于单杆活塞缸，其活塞杆的直径可以根据往复运动的速度比来计算，计算公式为 式（2-2）由于速比过大时会使无杆腔产生过大的回油压力，过小时则活塞杆太细，稳定性差，所以，当液压缸没有速比要求时，可根据液压缸的工作压力参照表1-1来确定速比，然后根据选择的速比进行计算。所以本次设计查表可选速比=1.6；表2-2液压缸的工作压力与速比液压缸工作压力/mpa小于等于101020大于等于20速比1.33 1.3322所以由式（2-2）得：计算得到的活塞杆直径应按照表1-2圆整为标准值。表2-3 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=180mm2.2.5流量的计算液压缸流量根据下式计算：当活塞杆外推时： （） 式（2-3）当活塞杆内拉时： （） 式（2-4）设计要求中给定了活塞的平均工进速度：=0.85m/min=0.0142m/s而活塞的面积：= 0.0615容积效率：=1根据式（2-3）得到活塞杆外推时的流量：=52.5l/min=0.875l/s所以总系统工作流量q=2=105 l/min根据式（2-4）的活塞杆回程时的速度：=0.024mm/s 2.2.6最小导向长度的确定当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到缸盖滑动支承面中点距离为h，称为最小导向长度。如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度增大，影响液压缸的稳定性，因此在设计时必须保证有一定的最小导向长度。图2-3液压缸最小导向长度对一般的液压缸，最小导向长度应满足： 式中：液压缸的最大行程(mm) 设计要求=200mm 液压缸内径(mm)取h=150mm 2.2.7活塞宽度的确定活塞的宽度一般取=（0.6-1.0）即=（0.6-1.0）280=（168-280）mm取=200mm 2.2.8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的20-30倍。即：缸体内部长度200+150=350mm缸体长度（20-30）=（5600-8400）mm即取缸体长度为550mm 2.2.9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： 式中，缸筒内最高压力； 缸筒材料的许用压力。=, 为材料的抗拉强度，n为安全系数，当时，一般取。当时,按式（2-5）计算 (该设计采用无缝钢管) 式（2-5）根据缸径查手册预取=30此时最高允许压力一般是额定压力的1.5倍，根据给定参数，所以：=121.5=18mp=100110（无缝钢管），取=100，其壁厚按公式（2-5）计算为 满足要求，就取壁厚为40mm。2.2.10缸体外径尺寸的计算缸体外径查机械手册表：外径取340mm 2.2.11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按下式进行校核式中，为活塞杆上的作用力；为活塞杆材料的许用应力，=,n一般取1.40。满足要求b.液压缸稳定性计算活塞杆受轴向压缩负载时，它所承受的力不能超过使它保持稳定工作所允许的临界负载，以免发生纵向弯曲，破坏液压缸的正常工作。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式中，为安全系数，一般取=24。 a.当活塞杆的细长比时 b.当活塞杆的细长比时式中，为安装长度，其值与安装方式有关，见表1；为活塞杆横截面最小回转半径，；为柔性系数，其值见表2-4； 为由液压缸支撑方式决定的末端系数，其值见表1；为活塞杆材料的弹性模量，对钢取；为活塞杆横截面惯性矩；为活塞杆横截面积；为由材料强度决定的实验值，为系数，具体数值见表2-5。表2-4液压缸支承方式和末端系数的值支承方式支承说明末端系数一端自由一端固定1/4两端铰接1一端铰接一端固定2两端固定4表2-5 、的值材料铸铁5.61/160080锻铁2.51/9000110钢4.91/500085c.当时,缸已经足够稳定，不需要进行校核。此设计安装方式采取一段固定，一段自由的安装方式。所以取则由于，此缸已经足够稳定，不需要进行稳定性校核。 2.2.12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液压缸的额定压力值应低于一定的极限值，保证工作安全： 式（2-6）根据式（2-6）得到：显然，额定油压=12mp，满足条件；b为了避免缸筒在工作时发生塑性变形，液压缸的额定压力值应与塑性变形压力有一定的比例范围： 式（2-7） 式（2-8）先根据式（2-8）得到：=88.61再将得到结果带入（2-7）得到：显然，满足条件；c耐压试验压力，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 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: 当额定压力时（mpa）d为了确保液压缸安全的使用，缸筒的爆裂压力应大于耐压试验压力： (mpa） 式（2-9）因为查表已知=596mpa，根据式（2-10）得到：至于耐压试验压力应为：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: 缸筒内径（）； 缸筒外径（）； 液压缸的额定压力（） 液压缸发生完全塑形变形的压力（）； 液压缸耐压试验压力（）； 缸筒发生爆破时压力（）； 缸筒材料抗拉强度（）； 缸筒材料的屈服强度（； 缸筒材料的弹性模量（）； 缸筒材料的泊桑系数 钢材：=0.3 2.2.13缸筒的加工要求缸筒内径采用h7级配合，表面粗糙度为0.16，需要进行研磨；热处理：调制，hb240；缸筒内径的圆度、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。 2.2.14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：式中， -法兰厚度（m）；密封环内经d=260（m）；密封环外径（m）；=280mm系统工作压力（pa）；=12mpa附加密封力（pa）；值取其材料屈服点353mpa；螺钉孔分布圆直径（m）；=300mm密封环平均直径（m）；=270mm法兰材料的许用应力（pa）；=/n=353/5=70.6mpa法兰受力总合力（m） 738.5kn 所以=38mm为了安全取=40mm 2.2.15缸底厚度设计a缸底无孔时，缸底厚度为式中，缓冲槽直径。b缸底有孔时，缸底厚度为式中，油口直径。图2-4 缸底本设计选取有孔平面缸底；油口直径缸的油口直径可用公式计算。 式（2-10）式中，液压缸配管内流量； 液压缸配管内油液的平均流速，一般取=45m/s所以计算得圆数值整得=20mm所以 2.2.16(缸筒端部）法兰连接螺栓的强度计算连接图如下：图2-5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:(mpa) 式（2-11）螺纹处的剪应力(mpa) 式（2-12）合成应力 (mpa) 式（2-13）式中, 液压缸的最大负载，=a，单杆时，双杆是螺纹预紧系数，不变载荷=1.251.5，变载荷=2.54；液压缸内径；缸体螺纹外径；螺纹内经；螺纹内摩擦因数，一般取=0.12;变载荷取=2.54；材料许用应力，,为材料的屈服极限，n为安全系数，一般取n=1.21.5；z螺栓个数。最大推力为：使用15个螺栓紧固缸盖，即：=15螺纹外径和底径的选择：=20mm =18mm系数选择：选取=1.3=0.12根据式（2-11）得到螺纹处的拉应力为：=根据式（2-12）得到螺纹处的剪应力为：根据式（2-13）得到合成应力为：=452.46mpa由以上运算结果知，应选择螺栓等级为12.9级；查表的得：抗拉强度极限=1220mp;屈服极限强度=1100mp；不妨取安全系数n=2可以得到许用应力值：=/n=1100/2=550mp再次使用式23.322得到： 成立证明选用螺栓等级合适。 2.2.17活塞设计a.活塞结构的设计活塞分为整体式和组合式，组合式制作和使用比较复杂，所以在此选用整体式活塞，形式如下图：图2-6 整体式活塞此整体式活塞中，密封环和导向套是分槽安装的。b.活塞的材料选用高强度球墨铸铁qt600-3c.活塞的尺寸及加工公差选择活塞厚度为活塞杆直径的1倍，因为活塞杆直径是56mm（这个在后面的活塞杆设计中会给出解释），所以活塞的厚度为56mm。活塞的配合因为使用了组合形式的密封器件，所以要求不高，这里不加叙述。活塞外径对内孔的同轴度公差不大于0.02mm，断面与轴线的垂直度公差不大于0.04mm/100mm，外表面的圆度和圆柱度不大于外径公差之半。 2.2.18密封件的选用a.对密封件的要求在液压元件中，液压缸的密封要求是比较高的，特别是一些特殊液压缸，如摆动液压缸等。液压缸不仅有静密封，更多的部位是动密封，而且工作压力高，这就要求密封件的密封性能要好，耐磨损，对温度的适应范围大，要求弹性好，永久变形小，有适当的机械强度，摩擦阻力小，容易制造和装拆，能随压力的升高而提高密封能力和利于自动补偿磨损。密封件一般以断面形状分类，有o形、y形、u形、v形和yx形等。除o形外，其他都属于唇形密封件。b. o形密封圈的选用液压缸的静密封部位主要有活塞内孔与活塞杆、支撑座外圆与缸筒内孔、端盖与缸体端面等处。静密封部位使用的密封件基本上都是o形密封圈。c.动密封部位密封圈的选用由于o型密封圈用于往复运动存在起动阻力大的缺点，所以用于往复运动的密封件一般不用o形圈，而使用唇形密封圈或金属密封圈。液压缸动密封部位主要有活塞与缸筒内孔的密封、活塞杆与支撑座（或导向套）的密封等。活塞环是具有弹性的金属密封圈，摩擦阻力小，耐高温，使用寿命长，但密封性能差，内泄漏量大，而且工艺复杂，造价高。对内泄漏量要求不严而要求耐高温的液压缸，使用这种密封圈较合适。v形圈的密封效果一般，密封压力通过压圈可以调节，但摩擦阻力大，温升严重。因其是成组使用，模具多，也不经济。对于运动速度不高、出力大的大直径液压缸，用这种密封圈较好。u形圈虽是唇形密封圈，但安装时需用支撑环压住，否则就容易卷唇，而且只能在工作压力低于10mpa时使用，对压力高的液压缸不适用。比较而言，能保证密封效果，摩擦阻力小，安装方便，制造简单经济的密封圈就属yx型密封圈了。它属于不等高双唇自封压紧式密封圈 ，分轴用和孔用两种。综上，所以本设计选用yx型圈，聚氨酯和聚四氟乙烯密封材料组合使用，可以显著提高密封性能：a.降低摩擦阻力，无爬行现象；b.具有良好的动态和静态密封性，耐磨损，使用寿命长；c.安装沟槽简单，拆装简便。这种组合的特别之处就是允许活塞外园和缸筒内壁有较大间隙，因为组合式密封的密封圈能防止挤入间隙内，降低了活塞与缸筒的加工要求，密封方式图如下：图2-7 密封方式图 2.2.19活塞杆的设计a.活塞杆杆体的选择此次设计选用的是实心杆件，形式如下图：图2-8 活塞杆b.活塞杆与活塞的连接形式此次设计采用的是锁紧螺母型连接，如下图：图2-9 锁紧螺母型c.活塞杆材料和技术要求a.因为没有特殊要求，所以选用45号钢作为活塞杆的材料，本次设计中活塞杆只承受压应力，所以不用调制处理，但进行淬火处理是必要的，淬火深度可以在0.51mm左右。b.安装活塞的轴颈和外圆的同轴度公差不大于0.01mm，保证活塞杆外圆和活塞外圆的同轴度，避免活塞与缸筒、活塞杆和导向的卡滞现象。安装活塞的轴间端面与活塞杆轴线的垂直度公差不大于0.04mm/100mm，保证活塞安装不产生歪斜。c.活塞杆外圆粗糙度选择为0.3d.因为是运行在低载荷情况下，所以省去了表面处理。d.活塞杆的导向、密封和防尘a.导向环选择非金属导向环，用高强度塑料制成，这种导向环的优点是摩擦阻力小、耐磨、使用寿命长、装导向环的沟槽加工简单，并且磨损后导向环易于更换。b.密封yx型轴用密封圈加轴用阶梯圈组合使用，这样比起单独密封，可以减小摩擦，减少泄漏量，增加寿命。c.防尘使用dh防尘圈，材料是聚氨酯，既有防尘作用，又有润滑作用。2.2.20缓冲装置和排气阀a.缓冲装置液压缸中缓冲装置的工作原理是利用活塞或缸筒在其走向行程终端时在活塞和缸盖之间封住一部分油液，强迫它从小孔或细缝中挤出以产生很大的阻力，使工作部件受到制动，逐渐减慢运动速度达到避免活塞和缸盖相互撞击的目的。最常用的是节流口可调式和节流口变化式两种。其中，节流口可调式缓冲装置在节流口调定后，工作原理上就相当于一个单孔口式的缓冲装置。表2-6示节流口可调式和节流口变化式两种缓冲装置的主要性能。表2-6液压缸中常用的缓冲装置名称和工作原理图特点说明1针形节流阀 2单向阀被封在活塞和缸盖间的油液经针形节流阀流出节流阀开口可根据负载情况进行调节起始缓冲效果大，随着活塞的行进，缓冲效果逐渐减弱，故制动行程长缓冲腔中的冲击压力大缓冲性能受油温影响适用范围广1轴向节流阀被封在活塞和缸盖间的油液经活塞上的轴向节流槽流出缓冲过程中节流口通流截面不断减小，当轴向槽的横截面为矩形，纵截面为抛物线形时，缓冲腔可保持恒压缓冲作用均匀，缓冲腔压力较小，制动位置精度高综合所上本设计选择节流可调式缓冲装置。b.排气装置液压系统在安装过程中或长时间停止工作之后会渗入空气，油中也会混入空气，由于气体具有较大的可压缩性，将使油缸工作中产生振动、颤抖和爬行，并伴随有噪声和发热等系列不正常现象。因此在设计油缸结构时，要保证能及时排除积聚在缸内的气体。一般利用空气比重较油轻的特点，在油缸内腔的最高部位设置进出油口或专门的排气装置如排气螺钉、排气阀等，使积聚于缸内的气体排出缸外。图2-10排气装置的形式排气装置的形式和结构见图2，一般有整体排气塞和组合排气塞两种。整体排气塞（图c、e）由螺纹与缸筒或端盖连接，靠头部锥面起密封作用。排气时，拧松螺纹，缸内空气从锥面空隙中挤出并经斜孔排出缸外。这种排气装置简单方便，但螺纹与锥面密封处同心度要求较高，否则拧紧排气塞后不能密封，会造成外泄漏。组合排气塞一般由螺塞和锥阀组成。螺塞拧松后，锥阀在压力的推动下脱离密封面而排出空气。锥阀可以采用图a所示的锥面密封，也可以采用图b所示的锥面密封，还可以采用图g所示的钢珠密封。后两种排气密封形式对高压缸比较适用。所以本设计排气装置选择图（g）。2.3对焊前后液压系统设计 2.3.1对焊前后液压系统的已知数据要求前面已经设计好系统工作流量工作负载 2.3.3液压缸的效率液压缸的效率（同剪切缸）所以 =0.9 =1 =0.9总效率为。 2.3.4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式中 液压缸实际使用推力（）；液压缸的负载效率，一般取0.507；液压缸的总效率，一般取=0709；计算=0.8液压缸的供油压力，一般为系统压力（）本次设计中液压缸已知系统压力；根据式得到内径： 查缸筒内径系列/mm(gb/t 2348-1993)可以取为。活塞杆外径对于单杆活塞缸，其活塞杆的直径可以根据往复运动的速度比来计算，计算公式为 式（2-14）由于速比过大时会使无杆腔产生过大的回油压力，过小时则活塞杆太细，稳定性差，所以，当液压缸没有速比要求时，可根据液压缸的工作压力参照表1-1来确定速比，然后根据选择的速比进行计算。所以本次设计查表可选速比=1.5；所以由式（2-14）得：计算得到的活塞杆直径应按照表1-2圆整为标准值。所以取=90mm 2.3.5活塞进程和回程速度计算液压缸流量根据下式计算：当活塞杆外推时： （）当活塞杆内拉时： （）式中= 0.0176 容积效率：=1所以活塞杆外推活塞内推 2.3.6最小导向长度的确定当