大型H钢翻转提升机机械部分设计

河南工程学院毕业设计 I 摘 要 本文阐述了大型 H 钢翻转提升机构的设计 设计只讲解了机械结构设计 机械结 构部分采用了链式翻转 液压提升的结构组合 包括传动系统设计 翻转机构的具体 设计 液压缸的设计等 关键词关键词 H 钢 翻转机构 提升机构 河南工程学院毕业设计 II Abstract This text elaborated the large H steel inside out promote the design of the mrvhsnidm the design included the machine structure design and the system design two fractions of control The machine structure fraction adopted the type of chain inside out the structure assemble that liquid presses to promote The concrete design liquid that designs the contents to include the drive system design inside out mrvhsnidm presses design etc of the urn Control the system adopts the liquid to press and the mode of the machine electrical twinning make use of the liquid to press to control the system to promote inside out operation of the machine electric control system For the sake of the step down cost of the system control what system adoption is a relay control but is not now than popular of control of PLC Keyword H steel Inside out mrvhsnidm Promote the mrvhsnidm 河南工程学院毕业设计 III 目目 录录 第一章 绪论 1 第一节 课题来源及研究的目的和意义 1 第二节 同类设备目前的发展状况 1 第二章 系统总体设计 2 第一节 初始参数的拟订 2 第二节 机构的选择及各部分采用形式的确定 2 第三节 H 钢翻转过程分析 5 第四节 大型 H 钢翻转提升机的布置 6 第三章 传动系统零件的选择及设计 8 第一节 电动机的选择 8 第二节 带传动设计及计算 9 第四章 翻转和提升装置零件设计 15 第一节 链条的选择及链轮的设计计算 15 第二节 轴的结构设计 19 第三节 液压缸的设计及计算 23 结 论 31 致谢 32 参考文献 33 河南工程学院毕业设计 1 第一章第一章 绪论绪论 第一节 课题来源及研究的目的和意义 随着经济的不断发展 大型工业与民用建筑不断的出现 以至使得像大型 H 钢这 样的钢材有着大量的市场需求 H 钢虽然可以用热轧的方法制造 但只能在端面高度为 400 600mm 范围内取得最 佳经济效果 小于或大于这个范围 用其它焊接方法制造更为有利 同时 在焊接生 产加工中 当 H 钢完成组对并进行一面的焊接后 需要将其翻转 以便焊接另一面 但由于 H 钢体积大 重量重 人工很难翻转 所以需要专用的设备 尤其是在大批量 生产中 就更需要一种翻转提升机构来完成这一操作 以提高生产效率 大型 H 钢翻 转提升机就是应用在这种场合下的设备 第二节 同类设备目前的发展状况 对于翻转机构 现在已有很多的形式 如有框架式 头尾架式 链式 环式 推 举式等 并已在实际生产中用于各种工件的翻转 目前国内还未对各种形式的翻转机 制订出系列标准 但国内已有厂家生产头尾架式的翻转机 并成系列 另外 配合焊接机器人使用的框架式 头尾架式翻转机 国内外均有生产 它们 都是点位控制 控制点数以使用要求而定 但多为 2 点 每隔 180 4 点 每隔 90 8 点 每隔 45 控制 翻转速度以恒速的为多 但也有 变速的 翻转机与 机器人联机按程序动作 载重量多在 20 3000Kg 之间 提升机构主要有机械式和液 压式两种 且各种提升设备已形成标准系列 在这里就不在做详细的阐述 河南工程学院毕业设计 2 第二章 系统总体设计 第一节 初始参数的拟订 翻转的 H 钢最大尺寸为 高 1200mm 宽 600mm 长 18000mm 可承受的最大载荷 为 10 吨 每个翻转机构设置 1 台翻转电机 要求机构能实现正反方向任意角度的翻 转 提升机构的最大提升高度为 800mm 整个系统由 3 个翻转提升架组成 分别编号 为 号 号 号 号与 号之间相距 4m 号与 号之间相距 7m 各翻转提 升架之间放置输送辊道 第二节 机构的选择及各部分采用形式的确定 根据对题目 大型 H 钢翻转提升机构设计 可知 该机构主要有两部分组成 即 翻转机构和提升机构 现分别对这两种机构进行讨论 一 翻转机构 翻转机构是将工件沿水平轴转动或倾斜 使之处于有利于加工位置的变位设置机 构 最为常见的有框架式 头尾架式 链式 环式 推举式等翻转机构 它们的使用 场合见下表 表 2 1 翻转变位机构 形 式变位速度驱动方式使 用 场 合 框架式恒定机电或液压板结构 桁架结构等较长 焊件的倾斜变位 头尾架式可调机电轴类和椭圆形焊件的环形 焊缝 表面堆焊时的旋转变位 链式恒定机电装配定位焊后 自身刚度 很强的梁住型的翻转变位 环式恒定机电装配定位焊后 自身刚度 很强的梁住型的翻转变位 在 大型构件的组对与焊接应用中 河南工程学院毕业设计 3 较多 推举式恒定液压各类构件的倾斜变位 装 配和焊接在同一工作台上进行 根据各种机构的使用场合可知 对于大型 H 钢的翻转可以采用链式 环式和推举 式翻转机构 现对这三种机构加以比较 以确定最终采用的机构形式 一 链式翻转机构 链式翻转机构结构形式如下图 图 2 1 链式翻转机构 由图可知 链式翻转机构结构比较简单 因为采用链条支撑 对箱形断面的角接 焊缝也同样适用 其缺点是焊缝对中较费时 焊接是在自由状态下焊接 不便于用夹 具控制焊接变形 二 环式翻转机构 河南工程学院毕业设计 4 环式翻转机构结构 形式如下图 图 2 2 环式翻转机 构 在翻转同等体积的 H 钢时环式翻转机构整 体尺寸较大 机构上配有加紧装置 因此 相对与链式而言 结构复杂 但特别适合 与超大型工件的翻转 三 推举式翻转机构 推举式翻转机构结构如下图 图 2 3 推举式翻转机构 推举式翻转机构结构也比较简单 且能翻转的工件类型也较多 但这种结构一次 最多只能翻转 90 翻转后工作台需要复位 对于大角度的翻转效率低下 根据以上三种机构的特点 考虑结构的复杂程度和工作效率 选用链式翻转机构 做为大型 H 钢的翻转装置 链式翻转机构主要由电机 链条 链轮 张紧轮及架体等组成 在起重机械中应用的链条主要有环形焊接链和片式关节链 使用环形焊接链条具 有挠性好 可用较小直径的链轮和卷筒 且传动机构外形尺寸小 链条本身耐腐蚀 缺点是可靠性差 有突然断裂的可能 不耐冲击 质量大 不易用于高速提升设备中 链条本身运动中常产生滑移和摩擦 片式关节链的挠性比焊接链更好 比较可靠 运 河南工程学院毕业设计 5 动平稳 缺点是有方向性 横向无挠性 成本高 对灰尘和锈蚀较为敏感 由于设备 在运动中有冲击 出于安全和运动稳定性的考虑 选用片式关节链作为翻转用链条 电机通过窄 V 带将功率传递给翻转装置 因为翻转提升架的翻转过程不需要准确 的速比 且翻转过程中对系统有冲击 所以优先选用带传动的形式 二 提升机构 提升机构分为机械式和液压式两种 现对这两种机构进行比较 以确定最终采用 的机构形式 机械式提升机构通常是以省力的钢丝绳滑轮组作为执行构件的 所以可以有较大 的提升范围 滑轮组一般使用定滑轮 定滑轮和动滑轮 双联滑轮组 四分支 双 联滑轮组 八分支 等 几种形式 另外在机械式提升机构中 也有采用齿轮和齿条 进行提升 但采用这种机构的设备一般只适用于小型货物 轻载情况下的提升作业 液压式提升机构也是常用提升机构中的一种 它采用液压作为动力源 包括有使 用液压马达 其执行提升的机构同机械式 还有采用液压缸进行提升 由于液压缸的 行程有限 对于较大行程的提升都设计有增加行程的装置 如 X 形的支架 因此 液 压式提升机构多用于升降台 汽车翻斗等不需要很大行程 但却有较大载重的设备中 考虑液压传动具有在同样的驱动功率下 液压装置的重量更轻 体积更小及耐冲 击的特点 选用液压式提升机构作为 H 钢的提升装置 由于系统不需要较大的提升行 程 所以使用液压缸直接推动翻转架进行提升即可 这样做 虽然要使用较多的液压 缸 但可以简化提升机构 所有翻转架的液压缸都由一个泵源提供动力 即可保证液 压缸的同步动作 也可以减少空间的使用 第三节 H 钢翻转过程分析 在 H 钢被提升起后 在链条上处于图 2 4 所示状态 当链条顺时针旋转时 H 钢 将会以 B 点为中心逆时针方向翻转 图 2 4 翻转过程 当 A 点达到最低点后 如图 2 5 若 H 钢要继续翻转 就要以 A 点为中心 此时 如果重心在支点 A 的左侧如图 2 5 a 则它产生的力矩将会使 H 钢继续翻转 如果 重心在支点 A 的右侧如图 2 5 b 它产生的力矩将会阻止 H 的翻转 此时要求 H 钢 河南工程学院毕业设计 6 的惯性足以克服重力产生的力矩使 H 钢继续翻转到重心移动到 A 点的左侧 否则 H 钢 翻转到此位置时将停止翻转且在链条上打滑 H 钢是否会打滑主要取决于 H 钢与链条摩擦力的大小 即如果摩擦力足够大 将 出现图 2 5 a 的状态 此时不会发生打滑现象 如果摩擦力不够大 出现图 2 5 b 的状态就要求 H 钢有足够的翻转速度以保证不出现打滑的现象 由于链条的表 面有明显的凹凸不平 所以 H 钢与链条之间的摩擦力不能简单的用平面之间的静摩擦 进行计算 所以这里不对 H 钢是否打滑进行理论计算 图 2 5 H 钢翻转过程简图 第四节 大型 H 钢翻转提升机的布置 整个系统由 3 个翻转提升架组成 分别编号为 号 号 号 要求三个翻转 提升架成一排放置 三个翻转提升架的中心线保持在一条直线上 且 号与 号之间 相距 4m 号与 号之间相距 7m 各翻转提升架之间放置输送辊道 控制台放置在 号架的一侧 见图 2 6 河南工程学院毕业设计 7 河南工程学院毕业设计 8 第三章 传动系统零件的选择及设计 第一节 电动机的选择 翻转部分的结构简图如下图 图 3 1 翻转结构简图 设计链速为 0 5m s 单个翻转架承受重力为 50000N 受力分析如图 图 3 2 链条受力 52 1000 1050 arctg N G F34295 52sin 50000 2 1 sin2 1 水平分力 F F cos 34295 cos52 23477N P Fv 34295 0 5 17147 5W 1 72475KW 河南工程学院毕业设计 9 P 电 KW p 3 2 8 09 0 71475 1 皮链 式中 链 链条传动效率 取 链 90 皮 皮带传动效率 取 皮 80 根据 机械设计手册 第 5 卷 表 22 1 82 选取电动机 YZ160L 8 转速 705r min 额定功率 7 5KW 电动机 YZ160L 8 是起重设备专用电机 这种电动机具 有启动转矩大 启动电流小的特点 且能够频繁 重载启动 因此选用这种类型的电 机作为系统的翻转电机 第二节 带传动设计及计算 一 皮带传动的计算 原始设计资料 传递的功率 P 2 3KW 窄 V 带传动 每天工作小于 10 小时 重 载启动且有载荷冲击 一 确定计算功率 KAP 3 ca P ca P 1 式中 计算功率 ca P KA 工作情况系数 查 机械设计手册 第 3 卷 表 13 1 16 得 KA 1 4 P 传递的额定功率 1 4 2 3 3 22KW ca P 二 选择带型 根据小带轮转速 705r min 3 22KW 由 机械设计手册 第 3 卷图 13 1 1 n ca P 2 选用窄 V 带 SPZ 三 确定带轮的基准直径 1 初选小带轮基准直径 1d d 根据 V 带截形 参考 机械设计手册 第 3 卷 表 13 1 11 选取 63mm 则 1d d 67mm 1a d 2 计算带速 河南工程学院毕业设计 10 100060 11 1 nd v d 3 2 式中 主动轮的圆周速度 1 v 主动轮的转速 1 n smv 32 2 100060 7056314 3 1 3 计算从动轮基准直径 2d d 设计传动比 i 1 5 mmdd dd 3156355 12 根据 机械设计手册 第 3 卷 表 13 1 11 圆整到 315mm 319mm 2d d 2a d 四 确定中心距 a 和带的基准长度 d L 初定中心距 21021 27 0 dddd ddadd 3 3 0 a 0 7 63 315 2 63 315 0 a 264 6 756 0 a 初选 550mm 0 a 基准长度 0 2 12 120 4 2 2 a dd ddaL dd ddd 3 4 5504 63315 31563 2 14 3 5502 2 1622 212mm 根据 机械设计手册 第 3 卷 表 13 1 6 选取 d L 1600mm mm LL aa dd 513 2 1600212 1622 500 2 0 3 5 考虑安装调整和补偿预紧力的需要 中心距的变动范围为 mmLaa mmLaa d d 561160003 0 51303 0 4891600015 0 513015 0 max min 河南工程学院毕业设计 11 五 验算主动轮上的包角 根据对包角的要求 应保证 120152 5 57 513 63315 180 90 120 5 57180 1 12 1 至少 a dd dd 3 6 包角满足要求 六 确定带的根数 L ca KKP P z 0 3 7 式中 包角系数 a K 长度系数KL 单根 V 带的基本额定功率 0 P 根据 机械设计手册 第 3 卷 表 13 1 21 查得 0 92 表 13 1 22 查得 a KKL 1 16 表 13 1 19 查得 0 68 0 P 44 4 16 1 92 0 68 0 22 3 z 取 z 5 根 七 确定带的预紧力 1 5 2 500 9 0 2 0 mv Kzv P F ca 3 8 式中 m V 带单位长度质量 v 带速 z 带的根数 包角系数 a K 计算功率 ca P 查 机械设计手册 第 3 卷 表 13 1 23 得 m 0 07kg m NF215 32 2 07 0 1 92 0 5 2 32 2 5 22 3 500 9 0 2 0 河南工程学院毕业设计 12 八 计算传动作用在轴上的力 2 sin2 1 0 zFFP 3 9 式中 z 带的根数 单根带的预紧力 0 F 主动轮上的包角 1 a NFP1999 2 152 sin21552 二 V 带轮设计及计算 根据 V 带轮的转速和功率 V 带轮采用材料 HT150 铸造 一 小带轮设计计算 由于小带轮的基准直径 2 5d 所以小带轮采用实心式 结构形式如图 3 3 d d 图 3 3 小带轮结构 表 3 1 小带轮结构参数 参数数值 mm 计算公式 d 32 1 d 58 1 8 2 d 1 d 河南工程学院毕业设计 13 d d 63 a d 67 B64B 2f 4e L83 L 1 5 2 d 36 式中 f 第一槽对称面至端面距离 e 槽间距 二 大带轮设计 大带轮采用孔板式 结构形式如图 3 3 图 3 3 大带轮结构 表 3 2 大带轮结构参数 参数数值 mm 计算公式 d 45 1 d 90 1 8 2 1 dd d d 315 a d 319 河南工程学院毕业设计 14 B64B 2f 4e L64 B 1 5d 时 L B C 11 1 7 1 4 B 1 D 259 0 D 174 5 0 5 0 D 1 D 1 d 0 d 50 0 2 0 3 0 d 1 D 1 d 36 式中 f 第一槽对称面至端面距离 e 槽间距 三 皮带传动的张紧 由于 V 带不是完全的弹性体 在预紧力的作用下 经过一段时间的运转后 就会 由塑性变形而松弛 使预紧力降低 因此 为了保证皮带能够正常的工作 必须要有 一种装置使得皮带始终处于一种张紧的状态 图 3 4 摆架式张紧装置 常见的张紧装置有定期张紧装置 滑道式和摆架式 自动张紧装置和采用张紧 轮的装置 在接近水平和垂直的皮带传动中适合采用定期张紧的方法 本设计采用摆架式张 紧的方法 结构如图 3 4 当要调节带的预紧力时只要调整电动机下方的螺母即可 河南工程学院毕业设计 15 第四章 翻转和提升装置零件设计 第一节 链条的选择及链轮的设计计算 一 链条的选择 一 链条的选择 根据第 2 章链条的受力分析可知 链条工作时拉力为 39 984KN 由 机械设计 手册 第 2 卷 表 8 1 73 选择 LH0866 型板式起重链条 基本参数如下 公称节距 P 12 7mm 板数组合 6 6 极限拉伸载荷 Q 66 7KN 二 链条的长度 链条的布置形式如图 4 1 河南工程学院毕业设计 16 图 4 1 链条的布置形式 根据链条的布置形式初步确定链条长度 mmLLL mmL mmL 6102 14501601 2 2 145010001050 160110001250 21 22 2 22 1 考虑到链轮部分的链条长度没有算入 所以取 L 6200mm 三 确定链条的节数 节 2 488 7 12 6200 P L LP 4 1 取 Lp 490 节 式中 链条的节数 p L L 链条的长度 P 链条的节距 二 链轮的设计及计算 链轮采用整体式钢制小链轮 结构形式如图 4 2 河南工程学院毕业设计 17 图 4 2 链轮结构 表 4 1 链轮基本参数 名称 数值 mm 计算公式 配用链条节距 P 12 7 配用链条的 滚子外径 d 5 12 根据 机械设计手册 表 8 1 73 查得 配用链条的 排距 t P 6 25 3b0 t P 分度圆直径 d 68 mm n v d68 14 3 141 605 0 齿数 z 17 05 15 arcsin 180 d p z 取 z 17 k d 35 齿顶圆直径 a d 77 mmdp z dd mmdpdd a a 385 74 6 1 1 755 7825 1 1min 1max 齿根圆直径 f d 63 mmddd f 88 62 1 河南工程学院毕业设计 18 分度圆旋齿 高 a h 5 mmdph mmdp z h a a 79 3 5 0 975 5 5 0 8 0 625 0 1min 1max 轮毂厚度 h 11 5 mmd d kh k 31 1101 0 6 轮毂长度 l 36 mmhl 9 296 2 min 轮毂直径 h d 58 mmhdd kh 582 齿宽 f b 3 7 mmbbf7856 3 2 91 0 0 表中 v 设计链速 n 链轮转速 k 常数 50 d 100 时 k 4 8 链板厚度 见 机械设计手册 第 2 卷 表 8 1 73 LH0866 型 b0 2 08mm 0 b 三 滑轮的设计 因为链条的布置形式特殊 链条的布置形式见图 4 1 所以要设计一个滑轮将 下侧的链条拉紧 以防止上下两侧的链条在工作的时候发生接触 滑轮的结构形式见 下图 图 4 3 滑轮的结构 河南工程学院毕业设计 19 表 4 2 滑轮设计参数 名称 数值 mm 计算公式 d80 轮槽 直径 1 D 140 mmPD 5 635 min1 轮缘 直径 2 D 160 mmdhDD41 157 211min2 轮缘 间宽 b 30 mmbb39 2905 1 min 滑轮 宽 B 50 表中 P 链条节距 P 12 7mm b 链条销轴长度 b 27 99mm 链条通道高度 12 32mm 1 h 1 h 链条销轴直径 5 09mm 2 d 2 d 四 链条的润滑 由于链条采用的是开式传动 且链条较长 布置形式特殊 不易采用手工润滑 所以要求定期将链条拆下 放入煤油中清洗 干燥后 浸入 70 80 润滑油中 待 铰链间隙中充满油后安装使用 润滑油采用牌号为 L AN46 的全损耗系统用油 润滑油中加入添加剂 WS2 第二节 轴的结构设计 一 轴的设计及计算 系统中有主动轴一根 空场链轮轴一根 滑轮轴一根及电动机采用摆架式张紧安 装时使用的销轴一根 现仅对主动轴做精确的设计计算 河南工程学院毕业设计 20 一 求输出轴上的功率 P 轴 转速 n 和转矩 T 链条的传动效率为 0 98 则 P 轴 1 9992 0 98 2 04KW min 141 5 705 r i n n 电 Nm n p T138 141 04 2 95509550 轴 二 求作用在链轮上的力 由第 2 章链条的受力分析可知 25000N 23477N r F t F 三 初步确定轴的最小直径 选取轴的材料为 45 钢 调质处理 根据 机械设计手册 第 2 卷 表 6 1 19 取 A0 112 于是得 mm n P Ad27 141 04 2 1123 3 0min 轴 4 2 轴的最小直径处为安装链轮处 此处有一个键槽 轴径应放大 6 即 mmd62 2806 1 27 min 取 mmd36 min 四 轴的结构设计 1 拟定轴上零件的装配方案 装配方案如图 4 4 2 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 1 为了使链轮轴向定位 处右侧制有螺纹 处长 70mm 处右侧制 出一轴肩 50mm IIIII d 2 初选滚动轴承 因轴承只受径向力的作用 故选用深沟球轴承 参照工作 要求 并根据 50mm 选用深沟球轴承 6410 其尺寸为 IIIII d d D B 50 110 31 考虑到 处端盖的厚度及轴的伸出长度 取 处长 51mm 3 处右侧制出一轴肩 55mm 长 550mm 50mm 考虑到此 IIIIV d IV V d 处安装有轴承 皮带轮和端盖 取 长 30mm 长 100mm 处右侧制有螺纹 M42 长 50mm 河南工程学院毕业设计 21 3 轴上零件的周向定位 皮带轮 链轮的周向定位均采用平键联接 查 机械设计手册 第 2 卷 表 5 3 18 链轮与轴的定位选用键 b h l 10 8 28 皮带轮与轴的定位选用 键 b h l 14 9 50 选用皮带轮 链轮与轴的配合为 H7 r6 以保证良好的对中 性 滚动轴承的周向定位是借过渡配合来保证的 此处选轴的直径尺寸公差为 m6 4 确定轴上圆角和倒角尺寸 河南工程学院毕业设计 22 取轴端倒角 2 45 各轴肩处的圆角半径为 2 R 五 求轴上的载荷 根据轴的结构简图作出轴的计算简图 弯矩图和扭矩图 图 4 5 轴的载荷分布 从轴的结构图以及弯矩图和扭矩图中可以看出 B 处是危险截面 现将计算出截面 B 处的 MH MV 及 M 的值列于下表 表 4 3 截面 B 处的载荷计算 载 荷 水平面 H垂直面 V 支 反力 21608N 1 FNH 2409N 2 FNH 22435N 1 FNV 2565N 2 FNV 弯 矩 M MH 1385NmMV 1475Nm 河南工程学院毕业设计 23 总 弯矩 NmM202314751385 22 扭 矩 T T 138 m N 六 按弯扭合成应力校核轴的强度 现只校核轴的危险截面 B 处的强度 p TM d 1 22 3 68 21 4 3 式中 d 轴的直径 M 轴所受的弯矩 T 轴所受的扭矩 校正系数 双向旋转 1 1p 轴的许用弯曲应力 查 机械设计手册 第 2 卷 表 6 1 1 取 1p 207MPa mmmmd50 4 46 207 1382023 68 21 22 3 危险截面 B 处轴的强度满足要求 第三节 液压缸的设计及计算 一 液压缸的结构设计 液压缸的种类有 单作用液压缸 双作用液压缸 组合液压缸 其中单作用液压 缸又分为拄塞式液压缸 单活塞杆液压缸 伸缩液压缸等 柱塞式液压缸结构 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 单活塞杆液压缸的活塞仅单向液压驱动 返回行程是利用自重或负载将活塞推回 河南工程学院毕业设计 24 双活塞杆液压缸的活塞的两侧均装有活塞杆 但只向活塞一侧供给压力油 返回行程 通常利用弹簧力 重力或外力 伸缩液压缸是以短缸获得行程 用压力油从小到大逐 节排出 靠外力由大到小 逐节缩回 双作用液压缸又分为单活塞杆液压缸 双活塞 杆液压缸 伸缩液压缸 单活塞杆液压缸的单边有活塞杆 双向液压驱动 两向推力 和速度不等 双活塞杆液压缸双边有活塞杆 双向驱动 可实现等速往复运动 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 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 图中定子块固 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 组合液压缸又分为弹簧复位液压缸 串联液压缸 增压缸 齿条传动液压缸 弹簧复位液压缸是单向液压驱动 由弹簧里复位 串联液压缸用于缸的直径受限制 而长度不受限制处 可获得大得推力 增压缸是由大小油缸串联组成 由低压大缸驱 动 使小刚获得高压 齿条传动液压缸的活塞往复运动 经齿条传动使与之啮合的齿 轮获得双向回转运动 液压缸的五个部件是 1 缸筒和缸盖 2 活塞和活塞杆 3 密封装置 4 缓冲装置 5 排气装置 压缸的工作原理是 每种缸的工作原来几乎都是相似的 我就拿一个手动 千斤顶来说它的工作原来吧 千斤顶其实也就是个最简单的油缸了 通过手动增压秆 液压手动泵 使液压油经过一个单项阀进入油缸 这时进入油缸的液压油因为单项阀 的原因不能再倒退回来 逼迫缸杆向上 然后在做工继续使液压油不断进入液压缸 就 这样不断上上升 要降的时候就打开液压阀 使液压油回到油箱 这个是最简单的工作 原来了 其他的都在这个基础上改进的 油缸和气缸的优缺点 由于气动系统使用压力一般在 0 2 1 0Mpa 范围 因此气缸 是不能做大功率的动力元件 液压缸就可以做比较大的功率的元件 使用液压系统 从 介质讲空气是可以用之不竭的 没有费用和供应上的困难 将用过的气体直接排入大气 处 理方便 不会污染 液压油则相反了 呵呵 空气黏度小 阻力就小于液压油 但空气的 压缩率远大于液压油所以它的工作平稳性和响应方面就差好多了 一 原始数据 H 钢重 10t 翻转架重 2t 单个液压缸承受负载 10 2 2 4 1 75 t 17500N 河南工程学院毕业设计 25 行程 L 800mm 提升速度 0 08m s 二 初步设计液压缸为双作用单活塞杆液压缸 此液压缸的双边都有活塞竿 双向液压驱动 可实现等速往复运动 根据负载大小和液压缸的工作压力确定活塞的 有效工作面积 再根据液压缸的不同结构形式计算出缸筒的内径 图 4 6 液压缸结构形式 三 选择液压缸的工作压力为 2 5Mpa 根据 机械设计手册 第 4 卷 GB T7938 1987 选取 1 计算液压缸的牵引力 F F 4 7 F压F密F惯F背 一般取 0 01 0 1 0 1 17500 1750NF密F压F密 tg vG 4 8 F惯 式中 G 运动部件的总重力 g 重力加速度 v 启动 制动时的速度变化量 t 启动 制动时所需的时间 t 0 01 0 5 S 1 08 9 08 0 17500 1429NF惯 0F背 F 17500 1750 1429 0 20679N 2 计算液压缸内径 活塞直径 D PF 4 6 105 214 3 206794 0 105m 105mm 4 9 根据 机械设计手册 第 4 卷 表 17 6 2 选择 D 为 125mm 河南工程学院毕业设计 26 3 活塞杆直径 在受压时 P 5MP 情况下 d 取 0 5 0 55 D d 125 0 5 62 5mm 根据 机械设计手册 第 4 卷 表 17 6 2 选取 d 63mm 四 缸筒长度 L 以及其它部位尺寸 图 4 7 液压缸结构 最小导向长度 H 20 L 2 D 20 800 2 125 102 5mm 4 10 取 H 103mm 活塞宽度 B 0 6 1 0 D 取 B 0 8 125 100mm 导向套滑动面长度 A 当 D 80mm 时 A 0 6 1 0 d 取 A 0 6 62 5 37 5mm 隔套 C H 0 5 A B 103 0 5 100 37 5 34 25 mm 取 C 35mm 五 缸筒壁厚及其验算 1 根据 机械设计手册 第 4 卷 表 17 6 9 选取缸筒外径为 146mm 2 1 146 125 10 1mm 2 壁厚校核 D 125 110 0 081mm 河南工程学院毕业设计 27 D 0 08 0 3 可用下列公式校核 max max 3P 3 2 DP 4 11 式中 缸筒内最高工作压力 1 5 2 5 3 75MPa max P max P 缸筒材料的许用应力 n 为材料的抗拉强度 n 为材料的 b b 安全系数 n 3 5 5 缸筒材料选为 35 号缸 b 540MPa n 取 4 540 4 135MPa max max 3P 3 2 DP 75 3 31353 2 125 0 75 3 0 0017m 1 7mm 1 7mm 壁厚强度合格 六 缸底 缸盖设计及计算 1 缸底采用焊接方式 如图 4 8 图 4 8 缸底连接方式 0 433D2 p 4 12 式中 D2 计算厚度处直径 取 105mm 2 D 0 433 105 135 5 2 6 2mm 焊缝应力计算公式为 n dD F b 6 2 1 2 1 10 4 MPa 4 13 式中 F 缸内最大推力 河南工程学院毕业设计 28 缸筒外径 1 D 焊缝直径 1 d 焊接效率 取 0 7 焊条材料的抗拉强度 b n 安全系数 取 n 4 6 22 10 7 0136 0146 0 4 14 3 20143 13MPa 135 n b MPa 焊接强度可靠 2 缸盖采用外螺纹连接 如图 4 9 图 4 9 缸盖连接方式 螺纹处拉应力 6 22 1 10 4 Dd KF N mm2 4 14 螺纹处剪应力 6 33 1 01 10 2 0 Dd KFdK N mm2 4 15 式中 F 缸筒端部受最大推力 D 缸筒内径 螺纹外径 0 d 螺纹底径 1 d K 拧紧螺纹的系数 不变载荷取 K 1 25 1 5 河南工程学院毕业设计 29 螺纹连接的摩擦因数 0 07 0 2 平均取 K1 0 12 1 K 1 K 螺纹使用 M140 4 普通螺纹 查 机械设计手册 第 2 卷 表 5 1 3 得 135 670mm 1 d 22 12567 135 4 14 3 2014335 1 12 45N mm2 33 12567 1352 0 1402014335 1 12 0 4 2 N mm2 合成应力 2222 2 4345 123 14 42 N mm2 n 许用应力 0 n s 4 16 p 式中 缸筒材料的屈服极限 35 缸为 320MPa s 安全系数 取 1 2 2 5 0 n 0 n 320 2 160MPa p 螺纹强度满足要求 p n 七 活塞杆稳定性计算 当活塞杆受轴向压缩负载时有压杆稳定性问题 即压缩力 F 超过某一临界值时 k F 活塞杆就会失去稳定性 活塞杆稳定性按下式进行校核 式中 安全系数 一般取 2 4 k n k n 当活塞杆的细长比时 当活塞杆的细长比 且时 河南工程学院毕业设计 30 式中 l 安装长度 活塞杆截面最小回转半径 k r 柔性系数 系数 E 活塞杆材料的弹性模量 钢材 1 J 活塞杆横截面惯性矩 A 活塞杆横截面积 f 由材料强度决定的试验值 1 活塞杆强度校核 2 4 d F MPa 4 17 p 式中