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拉杆式液压缸设计 毕业设计（论文）中文摘要液压传动是一种使用压力性液体做为输送介质，来达到各种机械动能的传递或控制。本次课题主要设计拉杆式液压缸，基本要求是保证足够的动力，同时要保证油缸的稳定可靠性，安全性能，可维护性和工作的效率。在上面的要求中，除了要满足系统的性能参数的要求之外，最重要的就是要确保工作系统的可靠和安全。希望经过这一次的课程设计经历，为本人往后的专业工作做一次充实性的训练，通过这次课程设计经历帮助自己更好的分析和解决问题，锻炼自己的实际动手能力，为今后的工作打下基础。因为本人的专业知识和实际应用能力都比较匮乏，在这次课题设计过程中有很多不足和失误，恳请老师给予批评指正。关键词：液压缸，密封，传动，导向。目 录1 引言42 概述52.1液压传动的工作原理52.2液压传动的组成部分52.3液压传动的优缺点52.4 液压缸的结构63 油缸设计计算73.1油缸主参数的确定73.1.1液压缸缸体的厚度计算83.1.2.最高允许压力Pmax93.1.3.确定油缸长度93.1.4.活塞杆直径的设计103.2油缸部位的校核113.2.1 活塞杆和液压缸113.2.2缸筒壁厚133.2.3 缸筒的加工143.2.4法兰153.2.5 (缸筒端部）法兰连接螺母153.3 活塞173.4 导向套的设计与计算183.4.1.最小导向长度H的确定183.4.2.导向套的结构203.5 端盖和缸底的设计与计算203.6 缓冲装置的设计213.7 排气装置223.8 密封件的选用223.8.1.静密封的选用223.8.2.活塞密封件的选用233.9 防尘圈233.10 液压缸的安装连接结构243.10.1.液压缸的安装243.10.2液压缸油口设计24总 结26致 谢27参考文献281 引言液压缸的设计是为了保证我们大学三年学习质量的一次检测，经过三年的学习，对系统的整体内容进行审查，并综合研究这三年积累的经验，对理论与实践相结合能力所做的模拟训练，为未来工作打基础。液压缸是将液压能变成机械能，结构比较简单，运行可靠，其压力输出和活塞的有效面积及活塞两侧压力差的大小成正比，由活塞、活塞杆、缸筒、缸盖、缓冲、密封、排气等构造组成，根据具体的需要调整各构造的不同组合应用，在这些结构中缓冲装置是必须要存在的。本课题主要通过对重载型液压缸的介绍，采用所学的知识，对其零件的尺寸设计，设计了3维模型的设计与选择。在设计的过程中中，难免会出现很多的专业性以及非专业性问题，恳请各位老师的各种形式的帮助，能够有效的使自己尽快适应实际工作需求。2 概述2.1液压传动的工作原理可以产生有效的工作效果的液压系统，有油箱、液压缸及过滤器、液压泵、溢流阀、换向阀和连接所用软管或硬管等，电动机驱动之后经由联轴器带动液压泵转动，油进入液压泵，由液压泵进入工作油路，从泵的输出端可以通过换向阀，换向阀阀芯的位置是控制液压油流向的条件，油经过换向阀流入液压缸的一侧腔后，另一腔的油液受到压力作用回油。节流阀的存在的作用是可以控制活塞杆的工作速度，带动工作台的运动速度相应改变。 液压泵输出的液压油作为传动介质，必须安装溢流阀，通过溢流阀和回流阀的溢流阀的压力管可以控制超载，在溢流阀的开启后可以将油通过溢流阀流回油箱。 2.2液压传动的组成部分1）能源部分把能量变成油液液压能。一般是液压泵，给整个系统通油。 2）执行部分把能量变成机械能。比如液压缸输出直线运动，液压马达输出旋转的运动。3) 控制部分油的压力大小，方向，流量都由他们控制。有溢流阀、换向阀等。 4) 辅助部分上面三种以外的部分，比如说滤油器、蓄能器等元器件，有他们的存在才能保证整个管路运行正常。 2.3液压传动的优缺点液压传动具有的优点是：1）在体积相同的时候，液压机能比电动机输出更多的功率，因为液压缸的力能够比一样的体积的电动机产生的力大30到40倍，所以在一样的功率的时候，液压的体积比较小，重量相对来说轻点，功率一样的时候，液压马达的体积和重量也就只有电机的百分之十二左右。 2）工作的时候比较稳定，启动、制动可以很快速的实现，并且可以频繁换向，换向频率可以达到500次/分钟，有的实现往复运动的频率甚至高达1000次/分钟。 3）液压装置可以直接无级调速。 4）液压相对来说比较容易实现自动化，液压可以与电气、电子或气动连接在一起，这样可以实现复杂的遥控型传输装置。 5）液压装置能够做到超载保护，不会过热，电动传动装置和机械装置是不可能实现这种条件的，液压自身的工作介质就是油，所以可以润滑还防锈，这样使用的时间更长久。 6）液压缸的设计、制造和使用保养都是标准的，所以性价比很高。也可以自由的安装各个元件的位置，只要中间用管路连接好就行。 7）运动形式是直线时，液压比机械反应更快。 液压传动的缺点是： 严格的动能输出量液压传动是不能保证的，这是因为液压油在高压时可被压缩，同时泄露问题一直是液压中的一个难题。高温或低温的工作环境应该进行辅助控制，避免影响运行，生产工艺和材料质量的要求比较高，这样才能减少漏油的发生，所以成本很难降低，且对油污染更敏感。 2.4 液压缸的结构图1-1总装图1-活塞杆； 2-防尘圈； 3-导向套； 5-法兰盘； 7-前缸盖；9-缸筒法；10-缸筒；11-缓冲套筒；13-活塞； 15-后端盖； 16-螺帽； 4、6、8、12、14-密封圈；3 油缸设计计算液压缸的工作能力和特点可以从液压缸的用途和结构上推断出来，以此确定它的基本的技术数据，这样一来他的轮廓尺寸和总质量等也都有一个标准值或标准范围。3.1油缸主参数的确定 本课题设计的油缸型号是CDH1 MF3/140/100/200A1X/B1CGEMWW重载型液压缸，查图2-1图2-1 标准参数 查得油缸的液压缸的内径为140mm,活塞杆直径为100mm,有效行程为200 mm 表2-1 油缸内径 mm图2-2系列表3.1.1液压缸缸体的厚度计算 缸筒是很重要的一个组成部分，需要对其强度进行校核计算。为了降低重量减小外形尺寸，我选用其中性能最好的45号钢筒制造缸筒。 式2-1实验压力，MPa， =，为材料的抗拉强度。额定压力Pn=25MPa3.1.2.最高允许压力Pmax抗拉强度：b=600MPa取n=5则许用应力=120MPa=13.04mm满足决定将液压缸的缸体壁厚设计成15毫米；所以液压缸的外部直径是140+15*2=170毫米。3.1.3.确定油缸长度从表2-2中的a、b、c选用。表2-2（a）液压缸行程系列（GB 2349-80表2-2（b）液压缸行程系列（GB 2349-80）表2-2（c）液压缸行程系列（GB 2349-80）综合之后，我选S=200MM.3.1.4.活塞杆直径的设计 查液压传动与控制手册杆径比d/D：取最大近似值d=100mm。 1. 活塞杆强度计算： 式2-2许用应力；强度取400MPa，安全系数取5，强度满足2活塞杆结构 因为本次液压缸使用前端法兰固定，几乎没有偏向作用力，活塞杆的外端头部直接使用螺纹的形式与负载机构连接。3.活塞杆的密封与防尘活塞杆的密封方法有很多，本次没有特殊要求，为了让装配维护方便，活塞和缸筒之间用Y型密封圈密封，活塞和活塞杆之间用O型密封圈。3.2油缸部位的校核3.2.1 活塞杆和液压缸a).活塞杆强度下面的公式是直径的计算公式： 式2-3-作用力， =,n我取的是1.40。没有问题b).稳定性为了不让活塞杆发生纵向弯曲，活塞杆受到轴向作用力的时候，F应该在稳定工作的临界负载的范围内，不然会影响液压缸正常工作。为了保证安全，可以依照下面的公式对液压缸的稳定性进行校核计算。 式2-4取=24。 1）.宽度和长度比时 式2-5 2）.细长比时 式2-6其中，（柔性系数）， （末端系数），（弹性模量，我取）， （活塞杆横截面积），（材料强度确定的实验值）。 3.2.2缸筒壁厚缸筒壁厚的验算有下面三种： a)额定压力要比极限值低一定的比例： 式2-7根据式2-7得到：b) 额定压力和塑性变形压力的计算： 式2-8先根据式2-8得到：=41.21c)液压缸需承受的试验压力（耐压试验压力）进行质量检查，全部零件都要在规定的时间内使用压力进行调试检验，要没有损坏。液压行业里规范性要求是: 当额定压力时（MPa）d)为了保证液压缸使用的时候能够安全，要比大： (MPa） 式2-9查表得到=596MPa，由式2-9得：耐压试验压力：以上公式中： 3.2.3 缸筒的加工内表面需要进行研磨加工，达到H8级配合精度，表面粗糙度（）0.8，；热处理使用调制的方法，HB230；缸筒的直线度是0.03mm；油口有密封要求，要倒角，而且绝对不能有飞边、毛刺等现象。3.2.4法兰端盖有很多种形式，因为没有特殊要求，我选了较常见的法兰式端盖。厚度计算： 所以=13.2mm取=14mm3.2.5 (缸筒端部）法兰连接螺母图2-3螺栓局部图如图2-3，使用螺栓固定法兰盘的方式进行连接。螺栓强度计算公式分别是：螺纹拉应力:(MPa) 式2-11螺纹剪应力：(MPa) 式2-12总应力： (MPa) 式2-13由式2-11拉应力应该是： =根据式2-12剪应力应该是： 根据式2-13合成应力应该是：=367.6MPa从上面的计算结果选择12.9级螺栓；3.3 活塞B（宽度）一般的选取方式是：即：我取=123mm活塞和缸筒内壁之间有位移的运动，所以有一个适当的配合尺寸公差，不能过紧，也不能间隙太大。过紧了，会磨损；间隙如果过大了，会漏油。活塞和缸体的配合方式有很多，考虑了它们之间的性能之后，我选用Y型密封圈，这样可以降低成本且方便生产制造。3.4 导向套的设计与计算3.4.1.最小导向长度H的确定活塞运行到底后，活塞对称中心和导向套中心之间的距离是最小导向长度。要是导向长度太短，液压缸会容易损坏。最小导向长度的参考依据为: 式2-14L-最大行程；D-缸筒直径；D小于80mm的时候取长度(0.61.0)D；D大于80mm的时候取长度(0.61.0)d；B-活塞宽度；B=(0.61.0)D。如果导向长度H在正常的构造下不能满足要求,就要设计隔套K(图2-4)，这样H就增大了。隔套K的宽度。图2-4 隔套因此:最小导向长度，我取H=18cm；导向套滑动面长度A=实际宽度B是123mm图2-5导向示意图如图2-5所示，因前端盖及缓冲套增加导向长度82，所以实际的最小导向长度185mm，不用增加隔套。3.4.2.导向套的结构本次液压缸设计我采用普通导向套，如图2-6所示，在支承座或端盖上安装导向套，压力油可以撑开密封圈的边进行密封，油槽内的压力油可以润滑。图2-6导向套3.5 端盖和缸底的设计与计算单活塞液压缸中，整体连接后形成了一个密封的压力腔，这样他就需要承受液压力，连接强度也要满足要求。端盖上面有很多槽和溢流孔，还有安装螺栓用的通孔，要是设计的不好的话很容易就会损坏。端盖的设计计算：（端盖厚） 式2-15图2-7缸盖局部图这次的液压缸设计，如图2-7，我采用在缸筒螺纹连接法兰盘，再使用螺栓连接缸底和端盖。这样需要加工缸体的外径，不过好处是简单的结构，比较容易加工，拆装起来也比较方便一些。3.6 缓冲装置的设计液压杆在运行时有很大的动量，活塞在运行到液压缸的端盖或缸底的瞬间，会有冲击，这就会影响使用寿命和工作的稳定性。缓冲装置可以防止和减少冲击，在行程终端时速度慢慢停止。图2-8缓冲原理图如图2-8，活塞或活塞杆运行到底端后，利用缝隙式薄壁型小孔对油液产生节流作用，把回液通道逐渐堵塞产生节流效果形成背压，慢慢抵消惯性力，这样就形成了缓冲。如图2-9与图2-10所示，本次液压缸设计，采用缓冲轴套加节流阀的形式来实现缓冲，避免缸体的损伤。图2-9 节流阀 图2-10 缓冲套3.7 排气装置本液压缸行程较短，为保证可靠性，降低漏油等故障发生概率，并未设计排气装置，液压缸腔内空气可在调试过程中通过油管从油箱排出。3.8 密封件的选用3.8.1.静密封的选用如图2-11所示，本次液压缸设计，因为没有特殊要求，所以为了生产制造的简便性，采用型密封圈，采用矩形沟槽。图2-11 型密封3.8.2.活塞密封件的选用图2-12 Yx型圈如图2-12所示，我使用Yx型圈。 3.9 防尘圈为了防止异物侵入液压缸，所以需要在前端盖与活塞杆或柱塞密封的外侧设计防尘圈，避免磨损元件。如图2-13所示，本次液压缸设计采用A型防尘圈。 图2-13防尘圈3.10 液压缸的安装连接结构3.10.1.液压缸的安装液压缸的安装形式有很多种，如图2-14，本次液压缸设计没有同轴度要求等特殊需求，所以采用法兰式安装，直接使用螺栓通过螺栓孔将其固定在机器上。图2-143.10.2液压缸油口设计压力油从油孔直接进入液压缸，虽然构造简单，但作用非常重要。如果孔小了，进油时流量会无法满足需求，活塞的速度会无法满足要求。所以孔的大小一定要考虑。如图2-15所示，我设计的油口采用M42螺纹连接，布置在前后端盖上，同时因为未确定固定的速度使用要求，所以油口设计为30mm的口径，相对140mm缸径应该能够满足所有的使用情况。图2-15油口示意图总 结致 谢参考文献1 李硕卫,张国贤.现代液压技术的发展现状J. 机械工程师，2009(2).2 郭丽颖.液压自动换向回路及其应用J. 煤矿机械，2005(3).3 董传军,杨延水,刘艳霞.一种液压增压缸的应用J.
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