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汽车变速器拆装液压顶设计,汽车,变速器,拆装,液压,设计
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目 录摘要1关键词11 前言21.1 课题来源.21.2 课题研究的目的和意义.21.3 国内外研究现状.21.4 本论文的构成与研究内容.41.5 本章小结.42 高位汽车维修液压千斤顶的工艺要求.52.1 高位汽车维修液压千斤顶的工艺方法选择.52.2 本章小结.53 高位汽车维修液压千斤顶的总体设计.5 3.1 高位汽车维修液压千斤顶概述.5 3.2 高位汽车维修液压千斤顶工作原理.6 3.3 基本特点.6 3.4 缸筒的设计.7 3.4.1 材料选择.7 3.4.2 技术要求.7 3.4.3 缸筒的壁厚设计.8 3.4.4 缸筒的内径设计.8 3.5 液压千斤顶立柱设计.10 3.5.1 伸缩式套筒缸结构.10 3.5.2 伸缩式套筒缸工作原理.11 3.5.3 材料选择.11 3.5.4 立柱的直径设计.12 3.6 导向套的设计.14 3.6.1 材料选择.14 3.6.2 技术要求.14 3.7 控制阀的设计.15 3.7.1 液压控制阀的分类.15 3.7.2 液压控制阀的特点和要求.15 3.7.3 普通单向阀的工作原理.15 3.8 万向轮的设计.16 3.8.1 每个万向轮的承载重量计算.16 3.8.2 万向轮的材料选择.16 3.8.3 万向轮的直径选择.17 3.9 本章小结.174 高位液压千斤顶主要零部件的强度分析.17 4.1 主要技术要求.18 4.1.1 环境条件.18 4.1.2 使用性能.18 4.2 高位汽车维修液压千斤顶主要零件的强度计算.19 4.2.1 主要零件的强度计算.19 4.2.2 强度计算结果分析.21 4.3 本章小结.255 结论.25参考文献.26致谢.271高位液压千斤顶设计高位液压千斤顶设计摘 要：高位辆维修液压千斤顶是变速器装配、拆卸设备的关键，因为目前的施工、维护和科研要求较高，因此对车辆的维护和维修要求高，液压千斤顶更高，质量安全，越高越好。各方面的质量和优化，不仅提高了施工过程的施工效率，而且保证了施工人员的安全。因此，设计一种高质量、方便、方便的汽车维修液压千斤顶是必然趋势。首先，要最大限度地模拟高水平汽车维修液压千斤顶，减少设计错误。本文分析了具有 1 吨高维护率的液压千斤顶的性能。然后分析了高位液压千斤顶的受力情况，计算了高车辆维修保养液压千斤顶的主要性能参数，通过对这些参数的分析，了解其是否能满足制造要求。本文通过一系列的计算和分析，最终得到了较为满意的结果，在保证车辆高位维修千斤顶综合性能的前提下提高了施工效率，提高了经济效益。关键词：变速器，液压千斤顶，液压系统，结构设计，强度分析Design of high hydraulic jackAbstract: : High vehicle maintenance and repair hydraulic jack is the key to the transmission assembly, dismantling equipment, because the current construction, maintenance and scientific research requirements higher, so the requirements and vehicle maintenance and repair of high hydraulic jack is higher, the quality of security, the higher the better. The quality and optimization of all aspects not only improve the construction efficiency of the working process but also guarantee the safety of the construction personnel. Therefore, it is an inevitable trend to design a high quality, convenient and convenient vehicle maintenance hydraulic jack. First of all, to maximize the simulation of high level automobile maintenance hydraulic jacks, reduce the design mistakes. In this paper, the performance of the hydraulic jacks with 1T high car maintenance is analyzed. And then analyzed the stress situation of the high repair hydraulic jacks, calculate the high vehicle maintenance and repair hydraulic jack all the performance parameters of main parts, through the analysis of these parameters to understand whether it can meet the requirements of manufacturing. In this paper, through a series of calculation and analysis, finally got more satisfactory results, vehicle maintenance and repair in guarantee high hydraulic jack comprehensive performance under the premise of improving construction efficiency, improve the economic benefit.Keywords:Transmission; Hydraulic jacking; Hydraulic system; Structural 2design;Strength analysis前言机电一体化又称机械电子学，英语称为 Mechatronics，它是由英文机械学Mechanics 的前半部分与电子学 Electronics 的后半部分组合而成。机电一体化最早出现在 1971 年日本杂志机械设计的副刊上，随着机电一体化技术的快速发展，机电一体化的概念被我们广泛接受和普遍应用。随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用,机电一体化技术获得前所未有的发展。现在的机电一体化技术，是机械和微电子技术紧密集合的一门技术，他的发展使冷冰冰的机器有了人性化，智能化。机电一体化技术是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合，并综合应用到实际中去的综合技术。是现代化的自动生产设备几乎可以说都是机电一体化的设备。液压技术发展趋势液压技术是实现现代化传动与控制的关键技术之一，世界各国对液压工业的发展都给予很大重视。液压传动是以液体作为工作介质，利用液体的压力能进行能量的传递和控制的一门技术。液压传动具有许多优点，被广泛应用于机械、建筑、冶金、化工以及航空航天等领域。如今，随着微电子和计算机技术的发展，机、电、液技术的紧密结合，使液压技术的发展和应用又进入了一个崭新的阶段。随着我国经济的高速增长，人民生活水平的提高，拥有私家轿车的家庭是越来越多了，整个国家的汽车使用量也与日俱增。由于汽车质量良莠不齐，再加上各地的路况千差万别，汽车很可能会突然抛锚，这对于一个司机来说是一个令人头疼的问题，更为不幸时汽车会突然在公路中间抛锚，这时事情就变得危险得多，首当其冲的问题是如何将车移到一个安全的地方。面对这样的问题，人们想过无数的办法。千斤顶的问世解决了不少司机的燃眉之急。然而，传统的千斤顶都是立式的，而且它不能够移动，这样的千斤顶在使用时有两方面的缺陷。首先，它不能移动，如果汽车在高速公路中央抛锚，立式千斤顶是起不到任何作用的，这是一件相当危险的事情；其次，立式千斤顶由于有一定的自身高度，对于汽车而言，有时千斤顶的自身高度与汽车需要被顶起处的高度不一致，这样一来，立式千斤顶使用起来又会变得非常的麻烦。但是如果司机们拥有了即将要介绍的四轮高位液压千斤顶之后，这些问题便迎刃而解了。3液压传动的优点（1） 体积小、重量轻，例如同等功率液压马达的重量只有电动机的 10%20%，因此惯性力较小。（2） 能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度，并可实现无级调速，且速度范围最大可达 1:2000（一般为 1:100）.（3） 转向容易，在不改变电机旋转方向的情况下，可以较方便地实现工作机构旋转和直线往复运动的转换。（4） 液压泵和液压马达之间用油管连接，在空间布置上彼此不受严格限制。（5） 由于采用油液为工作介质，元件相对运动表面间能自行润滑，磨损小，使用寿命长。（6） 操纵控制简便，自动化程度高。（7） 容易实现过载保护。（8） 液压元件实现了标准化、系列化、通用化，便于设计、制造和使用。2、液压传动的缺点(1)使用液压传动对维护的要求高，工作油要始终保持清洁。(2)对液压元件制造精度要求高，工艺复杂，成本较高。(3)液压元件维修较复杂，且需有较高的技术水平。(4)液压传动对油温变化较敏感，这会影响它的工作稳定性，因此液压传动不宜在很高或很低的温度下工作，一般工作温度在-1560范围内较合适。(5)液压传动在能量转化的过程中，特别是在节流调速系统中，其压力大，流量损失大，因此系统效率较低。 1.1 课题来源随着世界经济的快速增长，世界各地对汽车的需求量不断增加，而我国汽车保有量更是排名世界第二，根据公安部交管局发布的最新数据，截至今年 8 月底，全国机动车保有量达到 2.19 亿辆。其中，摩托车占 54.12，约为 1.19 亿辆。汽车保有量占机动车总量的 45.88，刚刚超过 1 亿辆。保有量的增加的同时也拖动着汽车售后市场的发展，如何更高效，安全的完成汽车售后维修一直是各大汽车厂商的追求，高位汽车维修液压千斤顶是变速器总成拆装的重要维修工具。其工作性能的优劣直接影响着高位汽车维修的工作效率。高位汽车维修液压千斤顶的外观形式多种多样，如果设计的合理就能获得事半功倍的效果；倘若设计选择不当，则往往会造成“先天不足” ，给高位汽车维修及变速器的使用带来不必要的麻烦。因此在这种的前提下如何设计一款质量高的高位汽车维修液压千斤顶成为了一个很好的课题。41.2 课题研究的目的和意义目前在变速箱拆装过程中，大部分仍使用着不科学、不安全的液压千斤顶作业，其安全性差，工作效率低，对变速器也有损坏的危险。严重制约着我们高位汽车维修的工作进程。然而，众说周知，设计一款科学的高位汽车维修液压千斤顶，并投入维修、科研过程中，可以减少对变速器的损坏，提高工作效率，更能保证工作人员的安全，对建设汽车科研、维修专业化具有十分重要的意义。汽车高位汽车维修液压千斤顶主要作用于变速箱从整车中拆卸下来的过程中，它是一款集拆卸、安装，可以随不同变速箱的规格而改变其规格的液压机械。高位汽车维修液压千斤顶具有作业质量好，工作效率高，安全性高，有利于机械化作业的开展等优点。高位汽车维修液压千斤顶机动灵活，适用于各种不同状况的工位。高位汽车维修液压千斤顶无论在国内还是国外都有十分重要的研究意义跟广阔的市场开发前景。1.3 国内外研究现状 高位汽车维修液压千斤顶是用刚性顶举件作为工作装置，通过顶部托座在行程内顶升重物的起重设备。它主要用于汽车修理厂、交通运输等部门作为高位汽车维修及其它起重、支撑等工作。其结构轻巧坚固、灵活可靠，一人即可操作。高位汽车维修顶按工作原理分为机械式和液压式两种。机械式液压千斤顶操作费力，这里不采用。高位汽车维修液压千斤顶结构紧凑，工作平稳，有自锁作用，故使用广泛。 液压传动相对于机械传动来说，是一门新的技术。如果从 1795 年世界上第一台水压机诞生算起，液压传动已有 200 年的历史。然而，液压传动的真正推广使用却是近 50 多年的事。特别是本世纪 60 年代以后，随着原子能科学、空间技术、计算机技术的发展，液压技术也得到了很大发展，渗透到国民经济的各个领域之中，在工程机械、冶金、军工、农机、汽车、轻纺、船舶、石油、航空和机床工业中，液压技术得到了普遍的应用。当前，液压技术正向高压、高速、大功率、低噪声、低能耗、经久耐用、高度集成化等方向发展；同时，新型液压元件的应用，液压系统的计算机辅助设计、计算机仿真和优化、微机控制等工作，也日益取得显著的成果。我国液压千斤顶产业发展进步较晚，建国以来到改革开放前，我国液压千斤顶的需求主要是以工业和国防尖端使用为主。改革开放后，国民经济的快速发展，人民生活水平的提高，民间汽车保有量的显著提高，拉动了高位汽车维修液压千斤顶的需求1。进入上世纪 90 年代后，我国高位汽车维修液压千斤顶的产业进入快速发展期，高位汽车维修液压千斤顶需求的增速远远高于全球水平。1990 年以来，全球液压千斤顶消费量以年均 6的速度增长，而 90 年代的十年间，我国液压千斤顶消费量年均增长率达到 17.73%，是世界年均增长率的 2.9 倍。进入 2l 世纪，我国液压千斤顶产业高速增长。在 2000-2004 年这四年中，我国液压千5斤顶消费量 从 188 万吨增长到 447 万吨，增加了 2.3 倍，年平均增长率在 27以上。其中，2001 年我国液压千斤顶消费量达到 225 万吨，超过美国，从而成为世界第一液压千斤顶消费大国。同时，液压千斤顶进口也大幅度增加。1998 年我国液压千斤顶进口 100 万吨，由此成为世界上最大的液压千斤顶进口国。2004 年与 1998 年比，液压千斤顶进口增长幅度年均达到 27.14%伴随着液压千斤顶市场的快速发展，我国液压千斤顶产量也结束了长期徘徊的局面， 实现了高速增长2。我国液压千斤顶产量从 2000 年的 46 万吨增长到 2004 年的236 万 吨，年平均增长率在 826，占国内市场需求的比重也由 2000 年的2447提高到 2004 年的 528。而同期，世界液压千斤顶产量则仅以 6左右的速度增长。在国外，其高位汽车维修液压千斤顶已属于一种比较成熟的设计，其中属日本，美国等国家较为先进。当前他们都已实现了全盘机械化，目前国内引进较多的为日本的马沙达的液压千斤顶，其具有灵活多变，扬程大，台口面可变，安全系数高等特点。国外对变速器液压千斤顶设计的优势主要表现在起制作工具的先进上，能做到对各个数据的精确，从而达到对设计产品的精良。这点是国内很多厂家所不具备的。目前，各类液压千斤顶的发展趋势如下： (1)高精度 随着比例伺服技术的发展，高位汽车维修液压千斤顶的停位精度、速度控制精度越 来越高，在要求精度高的高位汽车维修液压千斤顶中，多采用位移光栅检测加比例伺服控制的闭环 PLC 控制（泵或阀）(2)液压系统的集成化与精密化 现在锥阀已很少使用，一般滑阀的采用也相应减少，插装阀得到广泛应用。将插装阀按不同回路的要求，集成在一个或几个阀块上，大大减少了各阀之间的连接管道，从而减少液体压力在管道中的损失，减少了冲击振动。(3)柔性化 为了适应越来越多的多品种、小批量的生产趋势，高位汽车维修液压千斤顶的柔性要求也越来越突出，主要体现在各式各样的快速换模技术上，包括模具的快速装卸，模具库的建立与管理和模具的快速运送等。 (4)高生产率与高效率 高生产率不仅体现在设备本身的高速化，更主要体现在辅助工序占用主机的机动时间减到最少。 (5)环境保护与人身安全保护 除了安装防止变速器自行下滑的安全锁紧装置外，红外线光幕保护系统在不少场合得到采用。在液压系统中，油液泄漏的污染，促使对各种密封系统做了许多改进。6随着经济贸易的全球化，要想在竞争日趋激烈的市场上取胜，缩短开发周期，提高产品质量，降低成本以及对市场的灵活反应成为竞争者们所追求的目标，谁越早推出产品，谁就占有市场3。然而，传统的设计与制造方式无法满足这些要求。在传统的设计与制造过程中，首先是概念设计和方案论证，然后进行产品设计，在设计完成后，为了验证设计，通常要制造样机进行试验，有时这些试验甚至是破坏性的，当通过试验发现缺陷时，又要回头修改设计并再用样机验证，只有通过周而复始的设计一试验一设计过程，产品才能达到要求的性能。这一过程是冗长的，尤其对于结构复杂的系统，设计周期无法缩短，更不用谈对市场的灵活反应了。另外，样机的单机制造增加了成本，在大多数情况下，工程师为了保证产品按时投放市场而中断这一过程，使产品在上市时便有先天不足的毛病，在竞争的市场的背景下，基于物理样机上的设计验证过程严重地缺陷，制约了产品的质量的提高、成本的降低和对市场的占有4。面对无法预测且持续发展的市场需求，企业为了提高竞争力，必须尽快适应市场，缩短新产品的研发周期，提高产品的设计质量，降低产品的研发成本，同时进行创新性设计，对快速多变的市场需求做出敏捷响应，以此才能在市场竞争中获得相当的市场份额和利润，它正是在这种迫切需要的驱动下产生的。虚拟样机的设计方法同传统的设计方法相比具有以下优点：在设计早期确定关键的设计参数，更新产品开发过程，缩短开发 周期，降低成本，提高产品质量。1.4 本论文的构成与研究内容本论文主要是由高位汽车维修液压千斤顶的介绍、总体结构强度分析、对关键零件强度分析和设计以及采用新工艺和新型密封元件改善高位汽车维修液压千斤顶工作性能等五部分构成。1.5 本章小结本章主要介绍论文的课题来源、选题意义及目的，阐述了高位汽车维修液压千斤顶的发展及现状，确立了本论文的研究方向，采用实体建模技术对高位汽车维修液压千斤顶进行设计。最后介绍本论文的构成及内容。2 高位汽车维修液压千斤顶的工艺要求2.1 高位汽车维修液压千斤顶的工艺方法选择由于汽车的变速箱都置于车辆下方，若想拆卸下来则必须将其举升起来进行拆卸，然而变速箱的重量是靠人力无法撑起的，这就需要我们的高位汽车维修液压千斤顶具有一定行程上下升降能力以及一定的承载能力。 我们知道汽车变速器的形状大多是不规则的，多呈圆锥型，这就需要本文设计的7液压千斤顶的台面具有灵活可调的性能。 （1）为了迎合变速箱其前大后小的结构特点，本文决定设计通过旋转螺杆的方法来调节台面的上下倾斜。 （2）不同规格的变速箱总成的长度都不一的，考虑到这一点，本文设计通过紧固螺栓的松紧来调节台面的长度距离。 （3）不同规格的变速箱总成的宽度也是不一的，同上点的方法本文这里也采用同样的方法来调节其台面的宽度。 （4）考虑到变速箱里的变矩器在拆卸时比较难掌握，操作稍有不当变矩器就会脱落，液体也将流出，防止这一事故发生的最好方法就是在将变速箱上所有的螺栓松完后，缓慢的将变速箱水平的往后移，这就要求其必须具有良好的灵活的移动性能，所以本文决定在其下方装 4 个万向，以保证高位汽车维修液压千斤顶的灵活移动。 通过以上的几个方案就可以完全满足不同变速箱规格的不同尺寸、形状的要求了。2.2 本章小结 本章主要从变速箱总成的尺寸、外形、结构等方面分析，从而决定了其可调台面的上下倾斜、长度调整、宽度调整、灵活移动的设计工业要求。3 高位汽车维修液压千斤顶的总体设计3.1 高位汽车维修液压千斤顶概述高位汽车维修液压千斤顶是一种以液体为工作介质，通过其上升与下降来支撑变速箱，以实现汽车维修过程中变速箱的装配与拆卸的一种千斤顶。它一般由主机、动力系统及液压系统三部分组成。动力系统主要提供高位汽车维修液压千斤顶本体工作时所需的高压液体，并接收回程徘回的低压液体，此外，对工作液体的检测、过滤、搅拌及冷却，以保证工作液体处于最佳状态。而液压控制系统主要是将动力系统提供的高压液体在准确的时间和地点输送到所需的工作处，并将油缸排回的低压液体输送回动力系统。在本文中一高位汽车维修液压千斤顶的主机结构设计了研究对象。其主要参数如下：1.支撑重量 1t； 2. 最低高度 850mm，最高高度 1850mm 3.2 高位汽车维修液压千斤顶工作原理 传高位汽车维修液压千斤顶的结构和工作原理比较简单。如图 1 所示，向下压杠杆 1，小活塞 3 使小缸 2 下腔液压油经管道 6、单向阀 7 进入大缸 9，大活塞 8 上升，8顶起重物 W。单向阀 4 可防止液压油流回油箱 12。向上提杠杆 1，油箱 12 内的液压油可经吸油管道 5、单向阀 4 进入小缸 2。单向阀 7 可防止大缸内液压油回流。放油阀门 11 在高位汽车维修液压千斤顶工作时是关闭的，工作结束后打开，大缸 9 内液压油经管道 10 流回油箱，高位汽车维修液压千斤顶复位。从图中可以看出，传统的高位汽车维修液压千斤顶只能实现单向做功，也就是只能在向下压杠杆 1，重物上升时实现做功;而向上提起杠杆 1 时不能做功。此外，大活塞 8 的行程受制于大缸 9 的制造尺寸，从而重物的顶起高度受到限制。 WF图 1 高位汽车维修液压千斤顶工作原理图Fig1 Transmission disassembly hydraulic top schematics说明：1 杠杆 2 小缸 3 小活塞 4、7 单向阀 5、6、10 管道 8 大活塞 11 阀门 12 油箱3.3 基本特点(1).工作压力较高：工作压力为 1030Mpa,而通常工程液压系统为 35Mpa 以内。由于对液压千斤顶的质量要求苛刻，工作时要求绝对安全，因此，在对构件的强度、材料及结构等设计选择提出了更高要求(2).高压缸体的直径较大，径比(缸体的外径缸体的内径)较低且在工作中缸体的变形较大，因而在活塞的动密封以及端部的静密封的设计选择存在较大的难度，尤其在缸体减薄后该矛盾更为突出。 (3).密封件结构可靠性差：其活塞的密封采用 Y 型圈和 O 型圈及挡圈，加上铜质导向块，压力过高，在简体减薄以及温度增加时都容易导致它们失效。因为高位汽车维修液压千斤顶的活塞较长而导向距离很短(32ram)，所以对活塞运动的导向不利。高9压端静密封采用 O 型圈加挡圈结构，其自适应超压能力较差，在压力升高及缸壁减薄后有可能出现泄漏。 (4).作环境较差且实际操作粗放：高位汽车维修液压千斤顶常于温度变化大且多为油污泥沙环境工作，操作工人技术参差不齐等，这样条件在研制设计中都必需加以考虑。 (5).有利因素：基于液压传动原理，执行元件(油缸及活塞)结构简单，结构上易于实现较大的工作压力和较长的工作行程，因此适应性强;由于执行元件的结构简单，具有灵活布置的特点，因此可以根据工艺要求来进行多方位的布置；因为高位汽车维修液压千斤顶的工作速度较低，所以其寿命周期在万次以内。工作温度对金属材料的性能无明显影响。因此对于主要零部件的疲劳强度和材料高温性能等可以不做更多考虑。3.4 缸筒的设计 缸筒的技术要求较高，工艺过程较复杂，是液压缸中较难加工的零件，所以在设计中的技术要求应合理适当。要求过低会影响整个液压缸的工作性能和使用寿命，要求过高会导致生产成本的提高。3.4.1 材料选择选择材料主要考虑液压缸的结构机械性能并兼顾经济性和工艺性。(1).对标准液压缸大部分采用 40Cr，若结构上有焊接则可采用 20 35 号钢。(2).当缸筒外形较复杂时可考虑采用铸件，要求一般时选灰铸铁 HT200-HT300，要求较高则选球墨铸铁 QT450-10、QT500-7、QT00-3 等。若用铸钢则多为 ZG230-450、ZG310-570 等。(3).特殊要求可用锻钢、铝合金。 考虑到高位汽车维修液压千斤顶的缸筒外形较简单、无特殊要求、工作速度较低、工作温度对材料性能无明显影响，这里选用 40Cr 作为缸筒材料。3.4.2 技术要求(1).缸筒内径：当活塞采用橡胶、塑料、皮革材质密封件时常取尺寸精度为IT8IT9，内孔表面粗糙度 Ra0.40.1m。若采用活塞环密封使常取尺寸精度为 IT7,内孔表面粗糙度 Ra0.40.2m。若采用间隙密封，内孔的尺寸精度常取 IT6，表面粗糙度取 Ra0.100.05m。(2).行位公差缸筒内孔的圆度、圆柱度不大于内径公差的一半；缸筒轴线的直线度误差在10500mm 长度上不大于 0.03mm；缸筒端面对轴线的圆跳动在 100mm 的直线不大于0.04mm；若有焊接结构则缸筒内孔的工作表面距焊缝不得小于 20mm。3.4.3 缸筒的壁厚设计液压缸的缸筒根据缸筒内径(1D)与壁厚()的比值可以分为两种，即: 薄壁缸筒：1D/10 厚壁缸筒：1D/10薄膜理论中知道，为了验证及得到缸筒的壁厚，立柱是薄壁缸筒，因此可以利用主应力公式 112PD通过对上面的公式变形转换及简化，可以得到液压缸厚度计算公式为： 112PD （1）式中:1D 液压缸内径（m）; 材料许用应力（Pa） 液压缸壁厚(m); 液压缸筒圆周方向拉应力（Pa）在查阅文献借鉴前人工作经验的基础上，将上面提供的立柱特征参数相应代人公式 1 中并求解，通过计算得到液压缸的壁厚值为 26（mm） 。厚壁缸筒可以根据下面公式(2-2)进行计算： 1110.4121.3PDP （2） =0.0217407148(m) =21.7407148（mm）由于计算出的壁厚带有小数，而在设计中需要考虑现有市场实际生产的无缝钢管的情况及市面上能够买到的无缝钢管，即从经济角度分析，因此，根据计算结果及市场上可以生产的无缝钢管，本文取壁厚=21.5（mm）即得到合理的数据。3.4.4 缸筒的内径设计本文在设计时根据高位汽车维修液压千斤顶的用途及立柱的作用，设计中参照贾培起主编的液压缸一书，对于己经给出的工作压力计算立柱缸筒内径的公式如下：11 D=11.1284Pp =1.1284=97.72(mm) 4300（3） 式中：1P工作阻力(N); p压力(Pa)根据设计要求得知知道1P=10KN 按下表得知 p=3Mpa 代入公式中计算得到立柱缸筒的内径为1D=97.71mm表 1 按负载选择执行元件工作压力Table1 According to the load actuator pressure按负载选择执行元件工作压力负载 F/kN 5 510 1020 2030 3050 50 工作压力 p/Mpa 0.81 1.52 2.53 34 45 5 由上可以看出，其计算出来的立柱缸筒内径不可能正好是整数，即便是整数，如果不符合液压缸内径系列参数的标准，其它零件(如密封圈等)也不容易配套，如果需要设计生产这种非标立柱，生产费用会更高。在设计立柱时，一般是根据市场经济的需求。计算出的数据一般按照国内液压缸设计规范化的要求，即立柱缸筒内径由上公式计算得到的数据，一般按下表 3 所规定缸筒内径系列的参数值进行取整或取相近的数据来确定尺寸，这样不仅可以节省设计费用，而且也可以节省加工及密封等方面的费用。因此通过计算得到的数据及取整，可以取整得立柱缸筒内径1D=100mm则缸筒的外径 D=1D+2=143mm表 2 压力等级分级Table2 Pressure Level classification压力等级分级0.63 1.0 1.6 2.5 4.0 6.3 10.0 16.0 25.0 31.5 40.0 低压(02.5)Mpa 中压(2.58)Mpa液压缸压力分级 中高压（816）Mpa 高压(163)Mpa 超高压(32)Mpa 表 3 缸筒内径尺寸系列(GB/T 23481993) Table 3 Cylinder diameter size series (GB / T 2348-1993)缸筒内径尺寸系列12缸筒内径尺寸系列8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 （90） 100 (110) 125 (140) 160 (180) 200 (220) 250 280 320 (360) 400 450 500 630 注：括号内数值为非优先选用数字; 超出本系列 630mm 的缸筒内径尺寸应该按照 GB321 一 60优先数和优先数系中 R10 系列选用。 同理根据1P=30KN p=5Mpa 代人公式中可以计算立柱二级缸筒内径2D=67.74mm 对照表 3 圆整取得二级缸筒内径2D=63mm3.5 液压千斤顶立柱设计 考虑到高位汽车维修液压千斤顶要具有较高的承载能力，以及还应具有较大的伸缩行程（伸缩比系数 K23）以来满足高位汽车维修液压千斤顶对各类工况的要求，我这里采用伸缩式套筒缸。3.5.1 伸缩式套筒缸结构伸缩式套筒缸是由外缸、中缸、活柱、底阀、导向套、活塞等几部分组成。结构图参见如下。图 2 伸缩式套筒缸结构图Fig2 Telescopic sleeve cylinder chart 说明：1 活柱；2 中缸；3 外缸；4 底阀；5 小导向套；6 大导向套；7 活塞3.5.2 伸缩式套筒缸工作原理13 升柱过程：操纵手柄扳到升柱位置时，由操纵阀进来的高压液通过管接头进入一级缸（外缸）的活塞腔，使二级缸（中缸）首先伸出。一旦二级缸的活塞碰到导向套，二级缸活塞内的液体就上升，打开底阀（单向阀）使压力液进入二级缸的活塞腔，活柱伸出，见图 3；立柱承载：顶梁与顶板接触后，顶板压力由顶梁传到活柱上，由于压力液被底阀封闭，活柱不能回缩，因此压力转到二级缸底上。此时，一级缸活塞腔的压力随顶板来压而升高，直到超过立柱工作阻力（即安全阀额定工作压力）时，安全阀开始卸载，二级缸收缩。当压力降到低于安全阀额定工作压力的 90%时，安全阀关闭，立柱开始承载，在二级缸未完全缩回以前，压力的传递和安全阀的动作就这样反复进行，当二级缸降到最终位置时，底阀的阀杆接触缸底，底阀打开，二级缸活塞腔的压力液进入一级缸活塞腔（实际使用过程中达不到这种地步） ，这部分压力液又将二级缸升起一定距离，底阀离开缸底后又关闭。若顶板压力又超过立柱的工作阻力时，安全阀又动作，二级缸又降到最终位置，底阀又打开。这样反复动作，保证了立柱的承载在其工作阻力范围之内。 ABCCBAF 图 3 伸缩式套筒缸工作原理图Fig3 Retractable sleeve cylinder schematic3.5.3 材料选择伸缩式套筒缸的选材主要从活塞的结构型式考虑。活塞杆采用优质碳素结构钢制成。为了提高强度、刚度和稳定性，活塞杆均要求进行调质处理。为了提高耐磨、耐腐蚀性，在活塞杆表面镀硬铬。根据实际运用效果，硬铬层以 0.3-0.9mm 为佳（太薄了达不到使用效果，太厚了反而容易引起脱落）且要求镀硬铬的整个过程符合要求。14技术要求活塞的结构型式分为整体式和组合式。密封件采用“O”型密封圈、唇型密封圈、迷宫型密封圈等多采用整体式活塞。密封件采用“V”密封圈组合或压紧式密封则采用组合是活塞 （1）活塞上密封件沟槽是活塞上很重要的结构尺寸，但它取决于所用密封件的具体品种、规格（已有国际标准、国家标准） 。 （2）设计、使用中考虑到若活塞磨损则密封件容易嵌入活塞与缸壁运动副之间，故活塞与缸壁间的间隙要适宜。若采用橡胶、塑料密封件则活塞外径基本偏差常为f7f9；若采用活塞环密封则活塞外径基本偏差常为 f6f7（采用不同密封件、压力大小不同所留间隙不同，可参考相关密封件资料） 。另外，为了防止活塞运行到底部与缸底（盖）碰撞时碰伤（坏）活塞本体导致内污染，活塞两端倒 R3R5 圆角。活塞外径表面粗糙度 Ra3.2 以上。 （3）活塞与活塞杆配合的内孔尺寸精度常取 IT7，内孔表面粗糙度 Ra1.6 以上（此处为滑动轻配合，若间隙过大装配后会因同轴度差而产生别劲及局部磨损） 。 （4）形位公差: 内、外径的圆度、圆柱度误差小大于尺寸公差的一半；话塞外径对内孔及密封件沟槽的同轴度允差小大于 0.03mm；端而对轴线的垂自度允差小大于 0.04mm/100mm；活塞与活塞杆轴杆轴肩的接合端而，表而粗糙度可在 Ra1.6 以上，但垂直度一定不大于 0.04mm/100mm。3.5.4 立柱的直径设计液压缸的活塞杆按工作时的受力情况来决定的，入表 4 所示。计算出活塞杆的直径 d，按表 5 圆整。表 4 液压缸活塞杆直径推荐值Table4 Hydraulic cylinder piston rod diameter of recommended values活塞杆受力情况 受拉伸 受压缩，工作压力1p/Mpa 1p5 15p 1p活塞杆直径 （0.30.5）D (0.50.55)D (0.60.7)D 0.7D 表 5 活塞杆直径 d 系列（GB/T 23481993）15Table5 Piston rod diameter d Series (GB / T 2348-1993)活塞杆直径 d 系列4 5 6 8 10 12 14 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 强度校核：活塞杆的直径按下式进行校核 4Fd （4） 式中 F活塞杆上的作用力 活塞杆材料的许用应力， =b/1.4稳定性校核：活塞杆受轴向压缩负载时，它所承受的轴向力 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。活塞杆稳定性的校核依下式（稳定条件）进行 kkFFn （5）式中 kn安全系数，一般取 24当活塞杆的细长比kl r12时 222kEJFl （6）当活塞杆的细长比kl r12时，且12=20120，则 221kkfAFlr （7）式中 l-安装长度，其值与安装方式有关，16 kr-活塞杆截面最小回转半径，kr=J A 1-柔性系数，其值见表 62-由液压缸支撑方式决定的末端系数 E活塞杆材料的弹性模量，对钢取 E=2.0611210/N mJ-活塞杆横截面惯性矩；A 为活塞杆横截面积；f-由材料强度决定的实验值、为系数，具体数值均见表 6表 6 f、1的值Table6 The f、1value材料 810fNm 1铸铁 5.6 11600 80锻钢 2.5 19000 110软刚 3.4 17500 90硬钢 4.9 15000 853.6 导向套的设计导向套一般装在液压缸有杆侧一端的缸盖内，利用液压缸的压力油来润滑，对活塞杆起导向、支撑作用。一般分为缸盖式和插件式。目前插件式应用较广泛。本文这里采用插件式的导向套3.6.1 材料选择导向套选材主要考虑使用性能和结构性能。考虑到高位汽车维修液压千斤顶的工作环境，其要求较高的耐磨性能，这里采用耐磨的球墨铸铁 QT450-10.3.6.2 技术要求 （1）活塞杆外径尺寸精度常取为 IT7IT9，外径表面粗糙度 Ra 通常 0.040.02m，要求较高时 Ra 取 0.020.01m。17 （2）形位公差： 活塞杆轴线直线度不大于 0.03mm/100mm；外径圆度、圆柱度不大于外径公差和一半；与活塞杆配合的轴颈与外圆同轴度允差不大于 0.03mm；安装活塞的轴肩与活塞杆轴线垂直度允差不大于 0.04mm/100mm；端部的卡键槽、螺纹、及缓冲柱塞与活塞杆轴线同轴度允差不大于 0.03mm3.7 控制阀的设计3.7.1 液压控制阀的分类液压控制的品种已达几百个品种上千个规格，从不同的角度分析液压控制阀有不同的分类方式：按用途分为方向控制阀、压力控制阀、流量控制阀；按连接方式不同分为管式连接、板式连接、法兰式连接阀，目前还出现了叠加式连接、插装式连接阀；按工作原理可分为通断式、比例式和伺服式元件；按组合程度可分为单一阀和组合阀等。3.7.2 液压控制阀的特点和要求液压控制阀属于控制调节元件，本身有一定的能量消耗。液压阀的阀芯与阀体间的密封方式一般采用间隙密封（球芯阀除外）这种密封方式不可避免的存在内泄露。为使阀芯能够灵活运动而又减少泄露，对液压阀性能的基本要求是：制造精度要求高，阀芯动作灵活，工作性能可靠，密封性好，阀的结构紧凑，工作效率高，通用性好。高位汽车维修液压千斤顶中所用的控制阀较为简单，主要是在大、小缸中采用两个单向控制阀。单向控制阀是用以防止液压油倒流的元件。控制方式不同，单向阀可分为普通单向阀和液压控制单向阀两类。因为高位汽车维修液压千斤顶对其单向阀的要求较低，本文采用普通单向阀设计，这样既兼顾了设计的经济性及工艺性。普通单向阀又称止回阀，其作用是使液体只能向一个方向流动，反向截止。单向阀按阀芯的结构形式不同，可分为球芯阀、柱芯阀、锥芯阀；按液压油的流动方向与进出油口的位置关系，又分为直通式阀和直角式阀两类。3.7.3 普通单向阀的工作原理如图 4 所示，当液压油从1P口流入时，压力油推动阀芯，压缩弹簧，从2P口流出；当液压油从2P口流入时，阀芯锥面紧压在阀体的结合面上，油液无法通过。当单向阀导通时，是阀芯开启的压力称开启压力。单向阀的开启压力一般为 0.030.05Mpa。若用作背压阀时可更换弹簧，开启压力可达 0.20.6Mpa。 18P1P2 图 4 普通单向阀的工作原理图Fig4 Ordinary one-way valve schematic说明：1 挡圈；2 弹簧；3 阀芯；4 阀体 3.8 万向轮的设计为方便高位汽车维修液压千斤顶在工作过程中灵活运动，本文决定在其底部安装 4 个带刹车的万向轮作为其传动件，这样不仅保证了高位汽车维修液压千斤顶的灵活性，同时也保证了工作过程中的安全性。万向轮就是所谓的活动脚轮，它的结构允许水平 360 度旋转。3.8.1 每个万向轮的承载重量计算万向轮的承载重量公式如下： T=(E+Z)/MN （8） =(300+1000)/41.4 =455Kg式中；T万向轮所需承载的重量 E高位汽车维修液压千斤顶的自重（根据一般规格这里取 300Kg） Z最大荷重（按 1T 的规格，所以这里是 1000Kg） M所用万向轮的数量（本文采用 4 个万向轮做支撑） N安全系数（约 1.31.5.本文取 1.4）按上面数据代入以上公式得 T=455Kg。因此每个万向轮所需的承载重量为107.14Kg,考虑的高位汽车维修液压千斤顶的安全性、经济性、工艺性，本文选用市场上承载重量为 455Kg 的万向轮。193.8.2 万向轮的材料选择 万向轮的材料根据使用的用途不一样可分为多种，具体的材料使用环境、性能特点见下表 7。表 7 万向轮材料特点表Table7 Caster material characteristics table性能特点 轮子材料 弹性橡胶 聚安脂 塑料 尼龙 钢铁轮 耐高温轮 橡胶 铁包PU承载/公斤 90650 120785 60650 100850 1202450 100480 70450 2402550使用温度 -4385 -4385 -4385 -43126 -43126 -56230 -4385 -4385轮硬度 65（5）A 55（5）D 65（5）D 75（5）A 85(5)A转动灵活 优 优 优 优 优 优 良 优转动宁静 优 优 一般 一般 差 良 优 优地板保护 优 优 一般 一般 差 良 优 优无轮印 无 无 无 无 无 无 有 无耐冲击 优 优 优 良 良 优 优 优耐磨损 优 优 一般 良 优 优 优 优防水性能 优 优 优 差 差 优 优 优防化学品 优 优 优 良 良 优 差 优根据表 7 提供的信息，再结合高位汽车维修液压千斤顶的实际工作环境，考虑到高位汽车维修液压千斤顶的制造经济性、安全性及工艺性，本文这里采用尼龙轮作为高位汽车维修液压千斤顶万向轮的材料。3.8.3 万向轮的直径选择从理论上说，通常轮子直径越大越容易推动，荷载能力也越大同时也较能保护地面不易受损，轮子直径大小的选择首先应考虑承载的重量和荷重下搬运车的起推力来决定。现在市场上的万向轮多为 4 英寸、5 英寸、6 英寸、8 英寸。本文这里考虑到一般汽车的变速箱重量、车间的环境情况、制造的经济性，这里决定用 4 英寸规格的直径作为高位汽车维修液压千斤顶万向轮的直径大小。3.9 本章小结本章主要介绍了高位汽车维修液压千斤顶的总体设计，大致分为缸筒设计、伸缩20式活塞杆设计、导向套设计、液压控制阀设计、万向轮设计等。通过这些主要零部件的设计，了解了其各个工作性能及参数，对高位汽车维修液压千斤顶的总体成型提供了有利保障。4 高位汽车维修液压千斤顶主要零部件的强度分析4.1 主要技术要求4.1.1 环境条件当采用聚氨脂材料制造的密封圈和防尘圈时，应注意周围环境和液压油的防水、防潮。4.1.2 使用性能 （1）液压千斤顶行程及行程允许偏差见表 8 表 8 行程及其允许偏差 Table8 Trip and their tolerances （mm）行程 行程允许偏差0250 05250500 0105001000 015 （2）空载运行性能 空载时液压千斤顶不得有外泄露；液压千斤顶启动油压应小于公称油压的 4%；（3）在公称油压下满载运行性能 内泄露性能：使用压降法则测量液压千斤顶的内泄漏量时，5 分钟内压降值应小于公称油压的 5%；使用沉降法测量液压千斤顶的内泄漏量时，5 分钟内活塞回缩量不得大于 0.5mm，两种方法具有同等效力；外泄漏性能：进行内泄漏性能试验时应无外泄露。（4）在 1.25 倍公称油压下超载运行性能 应无外泄漏和异常变形；油缸外径变形应与油压变化呈线性关系；卸荷后无残余变形，表面无损伤。 （5）长期运行性能 张拉速度为 0.20mm/s1.0mm/s，回程速度不小于 0.9mm/s。本性能可以通过实验室试验或现场试验方法进行。实验室试验在公称压力和设计规定流量条件下，工作行21程不应少于液压千斤顶张拉行程的 2/3，累计运行时间不应少有 200h，或往复动作次数为 1 万次；当公称压力小于或等于 1000Kg，往复动作次数为 1 万次；一般的变速箱的重量不会超过 1000Kg，我们这里只做这一个试验。现场试验是在接近实验室试验工况下进行，累计运行时间不应少与 200h。（6）液压千斤顶的负载率不应低于 90%。（7）制造要求4.2 高位汽车维修液压千斤顶主要零件的强度计算4.2.1 主要零件的强度计算 （1）缸筒的强度计算 2212ssapb （9） =90.52Mpa2214310012355式中：sp初始屈服应力 s屈服应力 a 油缸内径 b 油缸外经油缸半径变形 油缸外半径变形 222wpa bRE ba (10) =0.0998(mm)22521001431095. 11431004 油缸内半径变形 22222npa baREba (11) =0.0106(mm)3 . 01001431001431095. 12100422225 P工作油压应力22 a 油缸内径 b 油缸外经 E 弹性模量 泊松比 安全系数 H油缸公称压力下的应力，按失效准则有：222ln2Hprbrab (12) =121Mpa221432100143143100100143ln4 式中 p油缸工作内压 r自增强筒体塑性交界面直径为 r=ab a 油缸内径 b 油缸外经 安全系数 n: sHn (13) =2.9121355式中s屈服应力 （2）活塞强度计算活塞材料 40Cr，经调质 283322HB，屈服应力s=785Mpa。活塞杆最大工况时压应力 22114rFDd (14) =382Mpa安全系数： srn (15) =2.0538278523式中 F公称张拉力 1D活塞杆外径 1d活塞杆内径 （3）导向套的强度计算导向套采用耐磨的球墨铸铁 QT450-10 锻件，经调质 283322HB，屈服应力s=800Mpa,弹性模量 E=1.95510Mpa,泊松比v=0.3外径变形： 2233322332wpDDdRvEDd (16) =3 . 083100831001095. 121004
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