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沈阳化工大学科亚学院 本科毕业论文 题 目： 200挤出机液压执行机构系统设计 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 1101 学生姓名： 吴海林 指导教师： 于 玲 论文提交日期：2015 年 6 月 1 日论文答辩日期：2015 年 6 月 5 日毕业设计（论文）任务书机械设计制造及其自动化专业1101班 学生：吴海林毕业设计（论文）题目：200挤出机液压执行机构系统设计毕业设计（论文）内容：1、文献综述一份（A4纸、小四字，3000字以上）2、图纸折合成A1#3张（液压原理图、装配图及零件图）3、计算说明书一份（A4纸、小四字20页以上）毕业设计（论文）专题部分： 液压原理设计、液压缸装配图及零部件设计起止时间： 2015年3月16日 2015年6月4日指导教师： 签字 2015 年3 月16 日摘要 随着时代的发展和现代工程技术的发展液压技术的应用日益增加，希望学会液压技术的工程技术人员越来越多。科学合理的规划和采用液压系统，对于擢升各种液压设备及装置的工作效能和技术功能有至关重要的意义。液压机是一种根据帕斯卡原理制作而成用来传递能量，以液体为工作介质来制作各种工艺品的机器。一般本机（主机）、动力系统和液压控制系统三部分组成了液压机。主缸运动、顶出缸运动为液压系统的主要组成。 此次设计说明书根据具体参数的计算和工况的分析，从而制定了总体的控制方案。经过各种方案对比以后，制定了液压控制原理图。液压系统选用插装阀集成控制系统，密封性好、通流能力强、压力损失小等是插装阀集成控制系统所具有的特点。根据检测液压系统压力的损失和温升，压力和顺序循环的动作要求本文的设计都能够满足。塑性材料的锻压、冷挤、冲压、弯曲、校直等成型的加工工艺都能够实现。关键字： 液压系统；挤出机；液压机Abstract With increasing numbers of applications of Hydraulic technology in modern technologies, more people want to learn this technology. It is of great significance to correctly design and use hydraulic system, and improve the efficiency and performance of all sorts of Hydraulic equipment. Extruder is a device that transfers energy based on the Pascal principle via working fluids.Hydraulic press usually consists of a host computer, power system,and Hydraulic control system, the last part of which includes Main cylinder motion and Ejection cylinder movement. This research devises an overall control method through parameter calculation and working condition analysis. After comparison between various results, we drafted the schematic of the Hydraulic system. A hydraulic system selects Integrated control system for cartridge valve, which poses a number of properties, such as good sealing property,ability to flow，pressure loss is small. Through pressure loss check and the temperature rise check of the hydraulic system, the hydraulic system design of this work can satisfies the requirements for pressure and sequential cycles, and enables practical manufacturing processes for the forging and pressing、stamping、cold extrusion、straightening、bend of plastic material。Key words：Hydraulic system；Extruder；Hydraulic press目 录 引言 1 第一章 拟定液压系统原理图 21.1 塑料中空成型工艺流程分析 21.2 整体液压控制系统原理图 21.3 控制系统分析 21.3.1 上下机头开合系统 41.3.2口型盒上下夹持 51.3.3 楔形边锁紧缸 6 第二章 液压缸的计算依据 102.1 液压缸的分类 102.2 主要参数及常用计算公式 102.2.1 压力 102.2.2 主要尺寸及面积比 102.2.3 液压缸活塞的理论推理和拉力 122.2.4 效率132.2.5 液压缸负载率142.2.6 活塞瞬间线速度152.2.7 活塞作用力F162.2.8 活塞加速度a172.2.9 活塞加（减）速时间ta（td）172.2.10 活塞加（减）速行程Sa（Sd）172.2.11 液压缸流量182.2.12 液压缸功率P18 第三章液压缸的典型结构193.1 端盖与缸筒连接方式193.1.1 拉杆型液压缸193.1.2 螺纹盖型液压缸193.1.3 法兰型液压缸203.1.4 安装方式203.2 专用液压缸典型结构213.2.1 特殊结构液压缸213.2.2 电液伺服液压缸233.2.3 特殊工质液压缸243.2.4 组合液压缸243.2.5 多级液压缸24 第四章 液压缸主要零部件设计264.1 活塞件的设计计算264.1.1 活塞结构型式264.1.2 密封件沟槽尺寸，公差及粗糙度264.1.3 材料264.1.4 活塞尺寸及公差264.2 活塞杆的设计计算26 4.2.1 结构27 4.2.2 活塞杆直径计算284.3 缓冲机构设计计算314.3.1 一般技术要求314.3.2 结构型式314.3.3 缓冲计算334.3.4 调整缓冲机构尺寸35结 论37参考文献38致 谢39 引 言利用液体为工作介质来传递能量和控制的传动方法为液压传动。流体传动即液压传动和气压传动。液压传动的基本原理：原动机的机械能被液压系统力用液压泵转换为液体的压力能，传递能量依靠液体压力能的变化，经过各种控制阀及管路的传递，驱动工作机构依靠液压执行元件(液压缸或马达)将液体压力能转化为机械能，最终实现直线往复运动和回转运动。把其中的液体称作工作介质，一般用矿物油，它的作用类似于机械传动中的皮带、链条及齿轮等传动元件。液压油缸在液压传动中就是一个最简单而又相对完整的液压传动系统，想要清楚的了解液压传动的基本原理即可分析它的工作过程。我国的工程机械近年来取得了飞速的发展离不开液压传动技术。但是，虽然液压技术在机械能和压力能的转换方面得到了很大的进展，但是在传动效率和能量损失上依然有很大的问题。由于在液压系统中，有许多的液体能量会随着油液的流动而损失掉，这种能量的损失既在油液流动过程中的内摩擦损失上有所体现，还在系统的容积损失上有所反映，从而导致系统能量利用率下降，传动效率无法提升。由于高能耗和低效率导致油液发热又增大，使性能提升到理想的状况，阻碍了液压技术的进一步发展。所以，液压技术领域研究的重点之一就是探索和研究高效液压传动技术，提高它的综合性能。40沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 拟定液压系统原理图 第一章 拟定液压系统原理图1.1塑料中空成型工艺流程分析 大型塑料中控成型机一般包括：挤出机、机头、合模装置、吹胀装置、制品取出装置、液压站、强弱电控制系统。按挤出型坯的方式分为储料式和连续挤出式。大中型中控吹塑成型机挤出型坯的方式主要是储料式。塔以颗粒状的聚丙烯。聚乙烯和一些添加色料为原料，通过料斗把原料送人挤出机的加热管道中，经过机筒上的加热器加热，使之成为熔融态；再以给定的压力，借助可调速的旋转，进入机头后将熔融料注入储缸内。在储料缸内的熔融塑料温度高达300。随熔料的不断注入，缸内熔料压力迅速上升，推动料位塞向上移动；当料位达到设定值时，口模打开，将熔料注射到模具中，继而进行吹气。保压，使熔融态的塑料在模具内固化成型。随着熔融料挤出到开模取出制品等一系列动作的的完成。本次设计主要对合模、启模两个过程进行详细分析。合模过程：机头合上上、下口型锁紧缸锁紧楔形变加紧开始工作启模过程：楔形变松开上、下口型锁紧缸松开机头张开检修清理1.2整机液压控制系统原理图 表1.1电磁铁通电顺序表 电磁铁工况1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA8YA9YA下口型锁紧缸开锁+下口型锁紧缸关锁+上口型锁紧缸开锁+下口型锁紧缸关锁机头张合开+机头张合关+楔形边夹紧锁开锁+楔形边夹紧锁关锁+图1.1 挤出机液压原理图1.3控制系统分析 1.3.1 上下机头开合系统机头开合液压系统原理图如上，机头开合上下单独动作，液压原理完全相同。分析如下：系统中换向阀6YA得电，压力油经过换向阀的右油路，液压锁的右侧单向阀，单向节流阀的右侧阀进入油缸的无杆腔，完成机头的关闭动作。当机头到位接近开关检测，油路内压力到达16MP后，才确定机头关闭到位。系统中换向阀7YA得电，压力油经过换向阀的左油路，液压锁的左侧单向阀 ，单向节流阀的左侧阀进入油缸的有杆腔，完成机头的打开动作。当机头到位接近开关检测，油路内压力到达16MP后，才确定机头打开到位。单向节流阀和双孔平衡阀共同确保压力油缓慢平稳的流动，液压缸平稳卸压，使机头开合动作平稳，避免打开或关闭机头时速度过快而发生意外。液压锁和Y型换向阀能够同时接通油箱卸油，液压锁的两个单向阀立即同时关闭，油缸活塞立刻停止动作，使机头停留在任意位置，不至于发生安全事故。图1.2 机头开合系统原理图1.3.2 口型盒上下夹持图1.3为上口型锁紧系统，口型盒夹持油缸分为两组，分别由独立的液压系统进行控制，两者的不同之处在于下组油缸的液压系统没有平衡阀。系统在得到夹持或松开口型盒信号后上下液压系统同时启动，油缸同步动作，完成口型盒夹持或松开要求。系统中换向阀2YA得电，压力油经过换向阀右油口进入油缸的无杆腔，活塞杆伸出完成夹持动作。由于此系统中油缸较多，为了减少动作时间，油缸排出的压力油经单向阀进入供油管路补给油源，减少压力油循环造成的浪费。系统中的平衡阀确保回油管路压力，使上组油缸活塞杆缓慢伸出，避免冲顶口型盒；而下组油缸活塞杆是自上而下伸出，自身阻力可以确保活塞杆伸出平稳，因此下组油缸液压系统中没有平衡阀。活塞杆收回时，系统中3YA动作，压力油经换向阀的左油口，单向阀，平衡阀进入油缸小腔，此时回油经进油打开的液控单向阀直接回流油箱，完成松开动作。上下口型夹持动作只有当油路内压力达到16MPa并且口型的上下两组油缸动作全部夹持到位，才确定口型夹持动作完成。夹持动作完成后，若油路压力低于16MPa时，低压泵启动开始补压。图1.3 上下机头锁紧原理图1.3.3楔形边锁紧缸 楔形边夹紧锁机构和机头张合系统相似，所不同的是两组液压缸同时进行动作。系统中换向阀9YA得电，压力油经过换向阀的右油路，液压锁的右侧单向阀，单向节流阀的右阀进入油缸的无杆腔，完成机头的关闭动作。当机头到位经检测开关检测油路压力达到16MPa后，才确定楔形边夹紧到位。单向节流阀的作用是保证压力油缓慢平稳流动，液压缸平稳卸压，使机头开合动作平稳，避免打开或关闭机头时速度过快而发生意外。液压锁和Y型锁换向阀能够同时接通油箱卸油，液压锁的两个单向阀立即同时关闭，油缸活塞立刻停止动作，使机头停留在任意位置，不至于发生安全事故。图1.4 楔形边夹紧原理图沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 液压缸的设计第2章 液压缸的设计液压缸是将液压能转化成直线运动机械能的执行元件。2.1液压缸的分类目前，单作用液压缸，双作用液压缸，缓冲式液压缸，多级液压缸等都是液压缸的主要分类形式，其具体的分类见表2.1 表2.1 液压缸的分类类别名称图形符号说明单 作 用 液 压 缸单作用活塞液压缸（无弹簧）活塞只作单向外伸运动，它的反向内缩运动由外力来完成单作用活塞液压缸（弹簧回程）活塞只作单向运动，它的反向运动由弹簧力来完成单作用伸缩液压缸（单作用多级液压缸）有多个单向依次外伸运动的活塞（柱塞），各活塞（柱塞）逐次运动时，它的运动速度和推力都是变化的。它的反向内缩运动由外力来完成单作用柱塞液压缸柱塞只作单向外伸运动，它的反向内缩运动由外力来完成。它的工作行程比单作用活塞液压缸长类别名称图形符号说明双 作 用 液 压 缸双作用无缓冲式液压缸活塞作双向运动，同时产生推、拉力。活塞在行程终了时不减速不可调单向缓冲式液压缸活塞作双向运动，同时产生推、拉力。活塞在一侧形成终了时减速制动，它的减速值不可调。另一侧行程终了时不减速不可调双向缓冲式液压缸活塞作双向运动，同时产生推、拉力，活塞在双侧行程终了时均减速制动，其减速值不可调可调单向缓冲式液压缸活塞作双向运动，并产生推，拉力。活塞在一侧形成终了时减速制动，其减速值可调。另一侧行程终了时不减速可调双向缓冲式液压缸活塞作双向运动，并产生推，拉力，活塞在双侧行程终了时均减速制动，其减速值可调双活塞杆液压缸活塞两端杆径相同，活塞作正，反运动时，其运动速度和推（拉）力均相等双作用伸缩液压缸（双作用多级液压缸）有多个双向依次运动的活塞，各活塞逐次运动时，其运动速度和推，拉力均是变化的上面列出的液压缸是一种常见的分类,不包括一些特殊结构或目的的液压缸。2.2 主要参数及常用计算公式 2.2.1压力1.额定压力Pn，也称公称压力，是液压缸能用以长期工作的压力。国家标准GB2346-80规定了液压缸的公称压力系列如表2.2 表2.2 液压缸公称压力（MPa）2.最高允许压力Pmax，也是动态试验压力，是液压缸在瞬间所能承受的极限压力。各国规范通常规定为：Pmax1.5Pn MPa （2-1）3.在检查质量时，液压缸所需承受的压力试验为耐压试验压力Pt，在此压力下不出现变形或断裂。各国规范多数规定为：Pt=1.5PnMPa （2-2）军品规范为：Pt=(2-2.5) Pn MPa （2-3）2.2.2主要尺寸及面积比1、缸内径D液压缸内径系列被国家标准GB2348-80（等效于ISO3320）所规定：表2.3表2.3缸内径D（mm）2、活塞杆内径d国家标准GB2349-80规定了活塞杆直径的基本系列：表2.4 表2.4活塞杆直径d（mm） 3、活塞行程S国家标准GB2349-80规定了活塞行程S的基本系列：表2.5 表2.5活塞杆行程S4、面积比（即速度比） = (2-4)A1=/4 A2=/4()式中 A1活塞无杆侧有效面积 A2活塞有杆侧有效面积 活塞杆伸出速度 活塞杆退出速度 D活塞直径 d活塞杆直径 值系列案ISO7181规定，见表2.62.2.3液压缸活塞的理论推理和拉力以双作用单活塞液压缸为例，液压油作用在活塞上F1： （2-5）当活塞杆退回时的理论拉力F2： （2-6） 表2.6面积比当活塞杆向前差动时（即活塞的两侧同时进压力相同的液压油）的理论推力 （2-7）以上三式中 D活塞直径（即液压缸内径） m d活塞杆直径 m Pi供油压力 MPa2.2.4效率t1、 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0.9。2、容积效率，由各密封件泄露所造成，通常容积效率为： 图2.7 液压缸活塞受力示意图装弹性体密封圈时：1 装活塞环时： 0.98 3、作用力效率：由排出口背压所产生的反向作用力而造成。活塞外推时： （2-8）活塞向内拉时： （2-9） 式中 当活塞外推时，为进油压力；当活塞向内拉时,为排油压力（MPa）； 当活塞杆外推时，为排油压力；当活塞环内拉时，为进油压力（MPa）； 同前。 当排油直接回油箱时： 1.4、总效率 = （2-10）2.2.5液压缸负载率 为实际使用推力（或拉力）和理论额定推力（或拉力）的比值：=实际使用推力（或拉力）/理论额定推力（或拉力） (2-11)这个值是用来测量液压缸的负载工作，通常采用0.50.7，但对有些用途也可取0.450.752.2.6活塞瞬间线速度v1.活塞瞬间线速度v v= m/s (2-12) 式中 液压缸瞬时体积流量 A活塞的有效作用面积当 =常数时，v=常数。但事实上，活塞行程的两端各有一个加速阶段或一个减速阶段，如图2.8 图2.8 活塞线速度随时间的变化2.活塞最大时线速度Vmax流量不变时，大部分的活塞在行程的中间保持恒定的速度，当活塞杆外推时，活塞的最大线速度为Vmax为 （2-13）式中 杆外推时的体积流量 活塞杆内拉时 （2-14）式中 杆内拉时的体积流量 3.活塞平均线速度 （2-15）式中 S活塞行程 m T活塞在单一方向的全行程时间 s活塞最大线速度与平均线速度可按下式计算 Vmax= m/s （2-16） 式中 活塞线速度系数 活塞和活塞杆密封圈以及行程末端缓冲机构所能承受的动能限制活塞的最大线速度Vma。最高线速度过低可能导致爬行，不利于正常的工作，因此Vmax应大于0.10.2。2.2.7活塞作用力F优化液压缸所在的工作场所，活塞的作用力F，一定要克服阻力，F的大小为； F N （2-17）式中 外负载阻力（包括外摩擦阻力在内） N ； 回油阻力 N ，当油流会油箱时，可以近似取=0，如果回油背压，则当杆外推时，可按式（2-6），计算当杆内拉时，可按式（2-5）计算；因为在活塞差动前进时，在推力中已考虑了在内，所以不需要计算； 密封圈摩擦阻力 N ； 活塞在启动，当制动或换向惯性力 N ， 在加速时，取+，在减速时，取-，在恒速时，取=0。密封圈摩擦阻力为活塞密封与活塞杆密封摩擦阻力之和，即 N （2-18）式中 密封圈摩擦系数，按不同润滑条件，可以取=0.050.2； 密封圈两侧压力差 Mpa ； 分别为活塞及活塞杆密封圈宽度 m ； 分别为活塞和活塞杆密封圈摩擦修正系数， “O”型密封圈；0.15 压紧型密封圈；0.2 唇型密封圈；0.252.2.8活塞加速度a活塞加速度或减速度a为 （2-19）式中 m为活塞及负载重量 kg 为活塞及负载惯性力 N活塞加速度a的符号为“+”，减速度为“-”。2.2.9活塞加（减）速时间ta（td）如图2.8所示为一个简单的活塞运动，活塞的加速度和减速度时间，分别为 s （2-20） s （2-21） 2.2.10活塞加（减）速行程Sa（Sd） 如果仍参照图2.8简化的活塞的运动规律，活塞加速和减速行程分别为 m (2-22) m （2-23）活塞加速或减速行程和缓冲装置节流行程影响着液压缸所安装的缓冲装置。（2-23）2.2.11液压缸流量当活塞杆外推时； (2-24)当活塞杆内拉时； （2-25）对于弹性物密封圈； 对于金属活塞坏；2.2.12液压缸功率P当活塞杆外推时； W （2-26）当活塞杆内拉时； W (2-27)以上所有式中凡是未加说明的代号，意义和单位都和前面相同。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 液压缸的典型结构第3章 液压缸的典型结构 一般液压缸使用广泛,适用与机床、汽车、重型机械、自动控制等目的。现有国家标准和国际标准的安装尺寸。这种结构的液压缸可以叙述端盖和缸筒的连接方式和安装方式。3.1端盖与缸筒连接方式3.1.1拉杆型液压缸多根长拉杆连接两端盖和缸筒，通常两个端盖是正方形或者长方形，用四根拉杆拉紧：图3.1 1-活塞杆；2-导向套；3-法兰；4-前端盖；5-缸筒；6-拉杆；7-导向环（支承环）；8-活塞密封件；9-后端盖；10-活塞；11-缓冲套筒；12-活塞杆密封件；13-防尘圈图3.1 拉杆式液压缸3.1.2螺纹盖型液压缸前端盖由活塞杆端线程通过旋入相应的气缸端盖主要在缸筒焊接后端。这种液压缸暴露部分较少,外表光洁,外形小,能吸收一定量的冲击载荷和恶劣的外部环境条件。而是因为前端盖螺纹强度和预紧端盖的操作的限制,所以不能用与大直径圆筒和高额定工作压力,通常用于内径d。车辆，船舶，矿业等室外机械工作大多使用这种类型的液压缸液压缸。3.1.3法兰型液压缸这两个端盖法兰,与多个螺钉分别与相应的法兰连接钢筒。3.1.4安装方式 国际标准ISO60991985初步通过用字母和数字表示分七类规定了51种安装方式。字母M表示其安装方式，后面为字母和数字。字母的定义如下：M安装 R螺栓端D双活塞杆 S第脚E前端或后端 T耳轴F法兰（可拆的） X双头螺栓或拉杆P圆柱销实用上多限于612种，目前使用广泛的三个国际标准分别规定712种安装方式（见表3.2） 表3.2各类液压缸的安装方式代号国际标准液压缸类型工作压力 安装方式代号 安装方式 数目ISO6020/1单活塞杆中型系列16MF1。MF2，MF3，MF4，MP3，MP4，MP5，MP6，MT1，MT2，MT3 11ISO6020/2单活塞杆小型系列16ME5，ME6，MP1，MP3，MP5，MS2，MT1，MT2，MT4，MX1，MX2，MX3 12ISO6022单活塞杆25MF3，MF4，MP3，MP4，MP5，MP6，MT4 7表2.7中各种规定了712种安装方式代号所代表的意义如下：端盖类：ME5前端矩形端盖安装 ME6后端矩形端盖安装法兰类：MF1前端矩形法兰安装 MF2后端矩形法兰安装 MF3前端圆形法兰安装 MF4后端圆形法兰安装耳环类：MP1后端固定式双耳环安装 MP3后端固定式单耳环安装 MP4后端可拆式单耳环安装 MP5后端固定式球铰耳环安装 MP3后端可拆式球铰耳环安装底座类：MS2侧底座安装耳轴类：MT1前端整体式耳轴安装 MT2后端整体式耳轴安装 MT3中间固定或可移式耳轴安装 MT4中间固定或可拆式耳轴安装螺栓螺孔类： MX1两端四双头螺栓式安装 MX2后端四双头螺栓式安装 MX3前端四双头螺栓式安装上表中各种安装方式的安装尺寸，在设计标准液压缸时，可查阅表中有关标准。3.2专用液压缸典型结构 专用液压缸指的是专为一个特定的目的去构思的,以满足使用的特殊要求,因此,在结构、材料、组合类型的精度,比较特别。其中一些液压缸已形成系列,投入批量生产。3.2.1特殊结构液压缸（1）重型液压缸轧钢机等重型机械,如冶炼炉液压必须在高温下,尘土飞扬、蒸汽和其他工作在恶劣环境下,连续操作,负载和暴力的影响。（2）控速液压缸为了适应高速下的活塞的工作,并避免压力的最后旅行到缓冲区,在加速和减速速度和相位控制活塞,降低速度,无级缓冲效果。（3）自锁液压缸这种类型的液压缸设有自锁机制,可以根据需求锁定活塞杆位置的要求。自锁机构分两种：液压锁优点:无级锁,锁的位置可以任意设置,可靠的锁定,不会改变,可以远程控制,只要液压流量控制压力,就可以锁定或松开锁定。机械锁在行程方向上的锁定大多使用机械锁，其中包括液压缸自带机械锁和液压缸外部对活塞杆的机械锁两种。活塞机械锁，活塞杆机械锁，无级机械锁，端位机械锁统称为液压缸自带机械锁。（4）钢索液压缸保存液压缸轴向空间,实现特殊行程,由负载较轻。这也被称为无杆缸液压缸。结构特点:液压缸头配有绳滑轮。没有活塞杆,活塞的两侧分别与绳子的一端。活塞导线在同一方向移动。（5）浸水液压缸工作环境是在水中。与外部液压缸不仅是为了防止漏油的工作,防止漏水的外面。结构特点:除了活塞杆密封,还配备了即将离任的密封圈,添加一个尘埃环外。即将离任的密封环之间的内部和低压室,用于返回管低压腔连接到油箱,为了防止石油泄漏外。暴露出部分不锈钢做的。（6）开关式限位液压缸限制旅行终端位置,当活塞杆的极限到达设定位置,驱动杆滑块接触时间表开放和发送电子信号,电磁换向阀控制液压系统,阻止活塞反向运动。（7）位置传感液压缸液压缸活塞可以在任何位置的安排,传感器和相应的电信号。这种液压缸结构特点:通常是一个微分,和活塞杆的直径,钻孔,长能使位置传感器进一步调查,目前使用非接触式位移传感器。3.2.2电液伺服液压缸达到较高的控制精度,缩短连接石油管道长度以达到频率响应的综合控制液压缸压力油压力或流量电动液压杆或比例阀和负载反馈传感器中使用的液压缸伺服控制系统操作,根据控制信号的类型,结构可以分为两类,如下:模拟式电液伺服液压缸负载反馈传感器是一个位移传感器的说,移动安装在负载的数量后端盖,探讨中央孔活塞杆。技术要求：低摩擦,没有蠕变、频率响应高、低内部和外部泄漏。通常对其摩擦副作特殊处理如下：缸筒：内摩擦面镀硬铬后抛光；活塞密封：用玻璃微珠填充的聚四氟乙烯制的O形或唇形密封圈，也有外圆带很小圆锥度的活塞静动压密封；活塞杆密封:丁腈橡胶唇形密封的压力,也有一个小圈子,锥度在静态和动态压力密封导套;活塞杆导向套：用高耐磨和高硬度的FeN铸铁；防尘圈：用双金属型，并预先磨成刃口形；油管:伺服阀和液压缸之间的油管钻井渠道直接与过度的块和预装厚壁刚性短管。电液伺服液压缸使用宽广:飞机的起落架,薄板轧机,材料疲劳试验机,模拟实验机、机械手等,使用武力或位置伺服速度。数字式电液伺服液压缸可以直接接收数字信号转换精确的线性机械运动，这类液压缸被称为脉冲液压缸。这类液压缸的优点：频率响应高，起动频率高；单位功率的成本低，容易达到很大输出力；传动环节少，无游隙，精度高；只需要小功率的脉冲电源，动态流量计量液压缸作为液压元件或系统实验时测量动态流量之用能迅速对流量的变化作出反应是这类液压缸的技术要求，因此对内漏不必作过分严格的的控制而运动件的摩擦力应极小，无爬行，频响高，惯量极小。这种液压缸动态流量测量精度可以达到0.5%,1000赫兹频率响应。3.2.3特殊工质液压缸高水基液压缸这种类型的缸高水基流体作为工作介质。高水基流体在节流很容易产生气蚀,其粘度很低,泄漏率超过5倍的石油冲击液体,液膜承载力较低,造成摩擦副磨损严重。因此,最高7MPa液压缸工作压力是有限的。水质液压缸使用水作为介质。高水基比工作更糟糕的是,这样的最高工作压力限制在3.5 MPa。物料需求更耐腐蚀的主要部分:活塞在青铜、不锈钢活塞杆。3.2.4组合液压缸液压缸、电机、液压泵、油箱、滤油器、蓄能器、液压控制阀组合装配。这种类型的液压缸有更多的优点:高度集成,体积小,可以在车间所有装配和调试好,不必在现场,以确保安装和调试质量,避免污染。保存传统的液压系统管路系统的同时,可以降低泄漏和管路压力损失,提高响应频率,节约能源,使维修和维护工作降至最低。3.2.5多级液压缸液压缸作为活塞，套筒有多个相套不同直径，而封底的套筒为最小一级。优点：当各级套筒全部内缩之后，会让长度变小，之所以工作行程为单级行程乘级数的积是由于各级套筒全部外伸所导致的，故而能节省较多地位。缺点：套筒只所以不能壁厚太大是由于其空间布置的关系所导致的，故而工作压力一般不得超过10MPa，工作压力能够用到25MPa的液压缸是行程短而级数少的液压缸。举升多级液压缸在使用单作用缸时，会有两种情况在供油时，各级套筒外审，另一种情况再不供油时，在负载或者重力的作用下，各级套筒内缩。也有为了加速内缩速度用最小一级双作用。像这样的缸，一般要求能提供恒定的迁升功率，在整个过程当中均匀迁升，各套筒的内缩速度在供油软管爆裂时不至于过大。起重机伸缩臂多级液压缸在外伸和内缩时都能带动负载是起重机伸缩臂的多级液压缸工作方式要求。此外，它的行程特别长，为了防止中间弯曲所以让钢筒和套筒都要有足够的强度。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 液压缸主要零部件设计第4章 液压缸主要零部件设计4.1活塞件的设计计算4.1.1活塞结构型式活塞的结构类型是根据密封装置的类型选择。一般分为整体活塞和活塞组合两类。整体活塞一般使用活塞环，“O”形密封圈，唇形密封圈，迷宫密封等。组合活塞一般使用组合密封圈，但是它的结构较复杂，且处理量大。4.1.2密封件沟槽尺寸，公差及粗糙度4.1.3材料无导向环活塞：用高强度球墨铸铁。有导向环活塞：用碳素钢20号，35号及45号。4.1.4活塞尺寸及公差按密封件的型式、数量可确定活塞厚度，当你需要安装导向环，应该有足够的厚度。有时，活塞的厚度可以通过隔板安排确定，根据以上考虑厚度通常能满足要求的强度。4.2活塞杆的设计计算4.2.1结构1）杆体分为空心杆和实心杆。d/D比值较大或杆心须装有如位置传感器等机构的情况大多使用空心杆。由于实心杆制造工艺较简单，因此多采用。（图4.1）（a）实心活塞杆（b）空心活塞杆图4.1 活塞杆2）杆外端根据工作要求来确定杆外端与负载连接的外端结构。（图4.2） （a）光杆（带销孔）；（b）球头；（c）圆形双耳环；（d）单耳环（带球铰）；（e）方形双耳环；（f）单耳环；（g）外螺纹（带肩）；（h）外螺纹（无肩）；（i）内螺纹 图4.2 活塞杆外端结构型式杆内端连接活塞杆内端与活塞的反方式有很多，所有型式都有锁紧的措施，为了防止在工作状态之下因为往复运动而松开，同时还需要在活塞和活塞杆之间安装静密封。4.2.2活塞杆直径计算1）初步确定活塞杆直径d因为是单边双作用的活塞杆缸，当活塞杆直径为d时，可以根据往复运动速度比初步进行决定： d=D =0.106 m （4-1） 式中 D缸筒内径 m 速度比 如果没有速度比，可按照下式初步选取d的值：d=（）D计算的结果是活塞杆的弯曲稳定程度和强度在符合设计要求之后，圆整到标准数值（表4）A活塞杆强度计算 通常液压缸基基本情况考虑是前后铰连接，让=活塞杆伸出时，活塞杆顶部的连接位置和液压缸得支撑点间的距离远近。当10d时，液压缸属短行程型，这是须再次计算活塞杆拉伸强度或者压缩的程度； d=0.0112=0.025 m (4-2)所以活塞杆直径取0.011m合理式中 F液压缸的最大推力 N ； 材料的屈服极限 MPa ；屈服安全系数，一般=24。在工作的状态之下，活塞杆应该要受到的弯曲力距应该直接不记。在这样的条件下计算活塞杆的应力： =（） / MPa (4-3)式中 活塞杆断面积 W 活塞断面模数 M 活塞所承受的弯曲力矩 Nm 液压缸支承长度（1015）d时，这时必须要考虑到活塞杆弯曲的稳定性问题。若受力完全在轴线上 主要按下式验证 （4-4)式中 活塞杆弯曲失稳临界压缩力 N ； 安全系数，通常取3.56 (4-5)式中 液压缸安装及导向系数， 实际弹性模数， = MPa （4-6)式中 a材料组织缺陷系数，钢材一般取 b活塞杆截面不均匀系数，一般取 E材料的弹性模数， 钢材：E=210MPa MPa 活塞杆横截面惯性矩 圆截面： (4-7)若受力偏心时 当推力与支承的反作用力不完全处在轴线上时，可用下式： (4-8) 式中 活塞杆截面面积 ； 受力偏心量 m ； 活塞杆材料屈服极限 MPa ； c）实用验算法 活塞杆弯曲计算长度为： (4-9)式中 液压缸安装及导向系数 行程 m 。 若以知作用力和活塞杆直径，可得 ，为弯曲临界长度。若，则活塞杆弯曲稳定性性良好。（3）材料液压缸用的是活塞杆材料通常要求淬火深度一般为0.51mm，或活塞杆直径每mm淬深0.03。长用材料的性能见表10（4）表面处理活塞杆表面须镀硬铬，厚1525。防腐要求特别高的则要求先镀一层软铬，后镀硬铬，镀后抛光。 用于低负载和良好环境条件的液压缸，活塞杆可不作表面处理。（5）加工要求活塞杆外径公差。直线度。表面粗糙度：一般为，精度要求高时。4.3缓冲机构设计计算液压缸的行程末端缓冲机构可使带动负载的活塞部件在到达行程末端时减速到零，目的是消除因活塞部件的惯性力和液压力所造成的活塞与端盖之间的机械撞击，同时也为了减小活塞在改变运动方向时液体发出的噪声。缓冲机构的工作原理是使缸筒低压腔内油液通过节流器把动能转换为热能，热能则由循环的油液带出到液压缸外。4.3.1一般技术要求a）缓冲机构应能以较短的缓冲行程吸收最大的动能。b）压力脉冲及过高的缓冲腔压力峰值在缓冲过程中应该尽可能避免出现，这样做是使压力的波动转化为渐变的过程。c）缓冲腔内的峰值压力应为d）将动能转变为热能会使油液温度上升，但是要严格的控制油液的最高温度不超过密封件锁允许的极限。4.3.2结构型式1）缓冲腔型式油液从缸筒侧流出，端盖内有缓冲腔，当缓冲柱塞伸入该腔时，油液通过缓冲柱塞的间隙流出。2）节流型式根据节流孔的流通面积，在缓冲过程中能自动改变与否，节流机构的型式，通常可分为恒节流型，变节流型及自调节流型三类。恒节流型：缓冲柱塞为圆柱型，当进入节流区时，油液被活塞挤压而通过缓冲柱塞周围的环形间隙或通过缓冲节流阀而流出，活塞A侧腔内的压力上升到高于A1侧腔内的工作压力，使活塞部件减速。（图4.3）1-活塞；2-缓冲柱塞；3-油道；4-节流阀；5-后端盖；6-单向阀；7-缓冲腔 图4.3 恒节流型节流阀式缓冲装置流型的变形：现在常用的变节流型，伴随着缓冲流程的增大，节流面积就会随之缩小，让动能能够吸收的更为的均匀。（图4.4）（a）抛物线；（b）铣槽；（c）梯阶形；（d）圆锥形；（e）双圆锥形；（f）两级缓冲；（g）多孔缸筒；（h）多孔缓冲柱塞 图4.4 变节流型节流阀式缓冲装置3）自调节流型：上面所说的节流型式都是有着各自的缺点：缓冲机构吸收的能量随液压缸活塞速度和油液温度等外界条件的变化而改变，特别是黏度下降时吸收的能量下降较多。另外需要快速供油阀进行行程装回，这样做的目的是快速的启动。近些年来，为了能够弥补上述说的缺点，进而研究出来缓冲机构，也就是自调节流行，另外它的特点是装有浮动型的节流圈，能够进行微量的对中运动。浮动节流圈用特种合金钢制造，或用夹布橡胶或塑料，其外部用弹簧收紧。4.3.3缓冲计算1）假设：油液是不可压缩的；节流系数Cd是恒定的；流动是紊流；缓冲过程中，供油压力不变；密封件摩擦阻力相对于惯性力很小，可略去不计。2）缓冲压力一般计算公式在缓冲制动情况下，液压缸活塞的运动方程式为：A1p1106A2p2106RApc108 a (4-10)在一般情况下，排油压力p20，由此可得：pc MPa 式中 pc缓冲腔内的缓冲压力 MPa ；A缓冲压力在活塞上的有效作用面积 m2 ；p1液压油的工作压力 MPa ；A1工作腔活塞的有效作用面积 m2 ；R折算到活塞上的一切有关运动部分的重量（N）；g重力加速度=9.81m/s2；a活塞的减速度 m/s2 。（3）恒节流型缓冲机构计算对采用缓冲节流阀进行节流的缓冲机构将代入，即得平均缓冲压力： MPa (4-11)活塞会进入缓冲区是最高缓冲压力发生在一瞬时内完成的，如果现在减速度 ：，将其也代入中，即得最高缓冲压力： MPa (4-12)式中 活塞的缓冲行程 m ； 活塞在缓冲开始时的速度 ；4.3.4调整缓冲机构尺寸经过以上计算后，尚须注意缓冲行程不可过长，以面外形尺寸过大。通常生产厂根据所生产产品的设计，各种边界条件编制计算机程序，以优化缓冲机构的设计油口尺
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