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手动液压
千斤顶
设计
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图纸
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手动液压千斤顶设计（含12张CAD图纸）,手动液压,千斤顶,设计,12,CAD,图纸
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摘要随着工业发展的越来越快，工业化程度的不断深入，大尺寸、大重量、不规则表面的工件越来越多的成为工厂加工的对象。在加工过程中，如何准确地将这些工件升级到预定位置成为最难解决的问题。此时，传统的千斤顶和起重机等设备已不能满足现有的生产要求。在这种环境下，同步顶升系统应运而生，在建筑、机械加工、造船等行业中发挥着越来越重要的作用。在千斤顶机械结构设计时，采用了法兰型液压缸原型，并在此基础上针对液压千斤顶的使用特性进行了调整。最后成形时所包含的主要部件是底座、油缸、底盖、活塞、导向套、支撑套、锁母、球头、工作台等。需要对重要部件进行强度校验。【关键词】: 千斤顶；设计；机械Abstract At present, Chinas industry is developing faster and faster, and the degree of industrialization continues to deepen, large size, heavy weight, irregular surface of the workpiece more and more become the object of factory processing. In the process of processing, how to accurately upgrade these workpieces to a predetermined position becomes the most difficult problem to solve. At this time, traditional jacks and cranes and other equipment can not meet the existing production requirements. It is also in this environment that synchronous jacking system emerges as the times require, and plays an increasingly important role in construction, mechanical processing, shipbuilding and other industries.In the design of the mechanical structure of the jack, the prototype of the flange hydraulic cylinder is adopted, and on this basis, the use characteristics of the hydraulic jack are adjusted. The main parts included in the final forming are the base, cylinder, bottom cover, piston, guide sleeve, support sleeve, lock mother, ball head, worktable, etc. It is necessary to check the strength of important parts.Key words Jack; Design; Machinery 471.绪论1.1选题背景早在20世纪40年代，国外汽车维修部门就开始使用卧式千斤顶，但由于当时的设计和使用原因，千斤顶尺寸大，承载能力低。后来，随着社会需求的增加和千斤顶技术的发展，90年代初大多数国外用户用卧式千斤顶代替了立式千斤顶，90年代末，国外开发了充气式千斤顶和便携式液压千斤顶等新型千斤顶。充气千斤顶是保加利亚汽车运输协会发明的。它由弹性很强的橡胶制成。使用时，千斤顶用软管与汽车排气管连接。15-20秒后，千斤顶膨胀成一个圆柱体。这种千斤顶可以把115t 重的汽车顶起70cm。Power-Riser 型便携式液压千斤顶则可用于所有类型的铁道车辆,包括装运三层汽车的货车、联运车以及高车顶车辆。同时它具有一个将负载定位的机械锁定环,一个三维机械手,一个全封闭构架以及一个用于防止杂质进入液压系统的外置过滤器。另外一种名为Truck Jack 的便携式液压千斤顶则可用于对已断裂的货车转向架弹簧进行快速的现场维修。该千斤顶能在现场从侧面对装有70125t 级转向架的大多数卸载货车进行维修,并能完全由转向架侧架支撑住。它适用于车间或轨道上无需使用钢轨道碴或轨枕作承。随着我国汽车工业的快速发展,汽车随车千斤顶的要求也越来越高;同时随着市场竞争的加剧,用户要求的不断变化,将迫使千斤顶的设计质量要不断提高,以适应用户的需求。用户喜欢的、市场需要的千斤顶将不仅要求重量轻,携带方便,外形美观,使用可靠,还会对千斤顶的进一步自动化,甚至智能化都有所要求。如何充分利用经济、情报、技术、生产等各类原理知识,使千斤顶的设计工作真正优化?如何在设计过程中充分发挥设计人员的创造性劳动和集体智慧,提高产品的使用价值及企业、社会的经济效益? 如何在知识经济的时代充分利用各种有利因素,对资源进行有效整合等等都将是我们面临着又必须解决的重要的问题。1.2液压千斤顶的概述液压千斤顶分为通用和专用两类。通用液压千斤顶适用于起重高度不大的各种起重作业。它由1手动泵2液压缸3排油单向阀4进油单向阀5油箱6截止阀等主要部分组成。工作时，只要往复扳动摇把，使手动油泵不断向油缸内压油，由于油缸内油压的不断增高，就迫使活塞及活塞上面的重物一起向上运动。打开回油阀，油缸内的高压油便流回储油腔，于是重物与活塞也就一起下落。专用液压千斤顶使专用张拉机在制作预应力混凝土构件时对预应力钢筋施加张力。大多数专用液压千斤顶都是双作用的。常用的有两种类型：穿孔型和锥形锚。穿孔千斤顶适用于钢筋或钢丝束的张拉。主要由张紧缸、顶升缸、顶升活塞和弹簧组成。其特点是：沿担架轴线有一个穿孔通道，钢筋（或钢丝）穿入后用工具锚定在尾部。其工作原理：拉伸时，打开前后油嘴，从后油嘴向拉伸油室供油，向后移动气缸体。由于钢索锚定在千斤顶层的工具锚上，钢索通过工具被千斤顶拉长。当电缆拉伸到所需长度时，关闭后喷嘴，将油从前喷嘴输送到上缸，使上缸活塞向前移动并固定住锚塞，然后将锚塞压入锚环，以锚定电缆。打开后喷嘴，继续从前一个喷嘴供油，然后张紧气缸向前移动，气缸中的机油返回。最后，打开前喷嘴，使顶部压力缸中的油可以循环，并且由于复位弹簧的作用，顶部压力活塞可以恢复到原来的位置。液压千斤顶按其结构、用途可分为1立式螺纹连接液压千斤顶表征字母QYL2立卧两用液压千斤顶表征字母QW。型号表示方法如：额定起重量为5t的普通行程的手动立式液压千斤顶的标记为：千斤顶 QYL5 JB2104 ;额定起重量为5t的低行程的手动立式油压千斤顶的标记为：千斤顶 QYL5D JB2104 ; 额定起重量为320t的立卧两用油压千斤顶的标记为：千斤顶 QW320 JB2104。液压千斤顶的技术要求：1产品应符合本标准要求，并按经规定程序批准的图样和有关技术文件制造。 2千斤顶在温度为20到+45的环境中应能有效地工作。固定密封处不得漏油，运动密封处只允许油膜存在，手柄操作力应符合 要求，且无异常现象。3 千斤顶应有可靠的安全装置。1.3设计目的 在生产实践中，我们经常遇到一些重物，如重型子机床、地下轨道等，在没有起重设备的情况下移动或起重。依靠手动操作是非常困难的，这需要使用液压千斤顶来帮助我们。液压千斤顶与我们的生活息息相关，已广泛应用于建筑、铁路、汽车维修等部门。因此，液压千斤顶技术的发展将直接或间接地影响到这些部门的正常运行和工作。千斤顶是最简单的起重设备，起重高度较小（小于1米）。它有两种类型：机械式和液压式。液压千斤顶主要用于工厂、矿山、运输等部门的车辆修理等起重、支撑等工作。其结构轻巧、牢固、灵活可靠，一人携带、操作。液压千斤顶是一种应用广泛的工具，采用优质材料铸造而成，保证了液压千斤顶的质量和使用寿命。2主要技术特点及参数2.1技术特点1液压千斤顶结构紧凑，能平稳起升重物且传动效率较高适合于抢险救灾。2 液压千斤顶在-20+45的环境中能正常有效地工作。固定密封处不得漏油，运动密封处只允许有油膜存在，手柄操作力应符合要求且无异常现象。3液压千斤顶容易漏油，不宜长时间支撑物体，液压缸与活塞配合部分密封采用尼龙碗型密封件和O型密封圈组合密封，橡胶具有良好的弹性，受力变形后能及时迫使尼龙碗唇边与缸壁贴合起到良好的密封。2.2基础参数液压千斤顶的主要基础参数如下表2-1所示： 表2-1 液压千斤顶基础参数液压系统执行元件最大起升重量最大行程L液压缸5t200mm方案一：液压千斤顶的采用手柄与小型液压缸组成的手动液压泵驱动带动执行元件大液压缸的举升运动。方案二：液压千斤顶采用电动液压泵来驱动大液压缸举升运动。分析：在这里我们需要千斤顶结构简单且操作方便最重要的是适合野外工作，因此我们在这里选择第一种方案手动液压千斤顶来研究。手柄操作力取60N，起升进程（单位mm）4 mm，泵芯直径（单位mm）12 mm，活塞直径（单位mm）90 mm手柄操作力对小液压缸的作用力容易算的为300N查阅资料根据经验设定液压缸最大上升速度为5m/min，液压千斤顶启动加速时间t=0.13液压千斤顶的工作原理和总体设计3.1液压千斤顶工作原理3.1.1液压千斤顶的原理图 图3-1 液压千斤顶原理图液压千斤顶的结构如上图所示：1油泵的手柄2油泵缸体3排油单向阀4吸油单向阀5油箱6、7、8、9连接油箱、液压缸和泵缸的管路8截止阀11液压缸12重物。3.1.2液压千斤顶的组成；液压系统主要由：动力元件（油泵）、执行元件（液压缸）、控制元件（各种阀）、辅助元件和工作介质组成。1.动力元件（油泵）主要将原动机的机械能转换成液压能是液压传动的动力部分。2.执行元件（液压缸）它将液体的液压能转换成机械能。3.控制元件（各种阀）对液压系统压力、流量、流向进行调节控制。4.工作介质 液压传动中的液压油或者乳化剂。5.辅助元件 各种管路和油箱。3.1.3液压千斤顶的工作原理；工作原理是扳手1往上走带动小活塞向上，小液压缸下腔容积增大而形成局部真空，排油单向阀3关闭，油箱里的油通过油管和吸油单向阀门4被吸进小活塞下腔，扳手往下压时带动小活塞向下，小液压缸下腔容积减小，液压油受挤压压力升高，吸油单向阀关闭，小活塞下部的油通过内部油路和单向阀门3被压进大活塞下部，推动活塞。如此不断上下拌动杠杆，则不断有液压油进入大液压缸下腔推动活塞顶起重物。因杠杆作用原理将手上的力增大数十倍作用到小液压缸活塞上，大活塞面积又是小活塞面积的数十倍，有手动产生的油压被挤进大活塞，有帕斯卡原理知大小活塞面积比与压力比相反。这样一来，手上的力通过扳手到小活塞上增大了十多倍(暂按10倍)，小活塞到大活塞力有增大十多倍(暂按10倍)，到大活塞力量=10X10=100倍的力量了实现了用很小的力量顶起了较重的物体。截止阀8打开液压缸中的活塞在自重的作用下实现回程动作。3.2液压千斤顶总体设计经过调研了解到，国内市场对于千斤顶的需求量比较大，比如铁路、汽车、轮船等行业应用广泛，特别是在汶川地震抢险救灾中千斤顶起到了至关重要的作用，针对这种情况确定方案：1.为了使起升重物平稳采用液压动力举升装置。2.考虑到野外抢险救灾，液压千斤顶重量要轻要容易移动，采用单活塞杆单作用液压缸使结构简便减轻千斤顶重量。3.考虑到野外抢险救灾，要争取时间故液压千斤顶操作要简便易行故采用手动液压泵，而不采用电动。3.2.1液压千斤顶主要参数的选择；查阅相关资料参考文献【2】确定液压千斤顶的起升最大重量为5t，最大行程为200mm，主要结构液压缸为单活塞单作用油缸。3.2.2液压缸的设计步骤；1.设计依据:（1）液压缸的用途和工作条件。（2）工作结构的结构特点、负载情况、行程大小和动作要求等。（3）液压系统的工作压力和流量。（4）有关国家标准。国家队额定压力、速比、刚内经外径活塞杆直径及进出口连接尺寸等都做了规定（建有关手册）。2.设计步骤:（1）液压缸类型和各部分结构形式的选择。（2）基本参数的确定。确定工作负载、工作速度、速比、工作行程。（这些参数应该是已知的。） 确定缸内经、活塞杆直径、导向长度等。（这些参数应该是未知的。）（3）结构强度计算和验算进行缸筒壁厚、缸盖厚度的计算，活塞杆强度和稳定性验算，以及各部分连接结构强度计算。（4）进行导向、密封、防尘、排气和缓等装置的设计（结构设计。）（5）整理设计计算说明书，绘制装配图和零件图。应当指出，对于不同类型和结构的液压缸，其设计内容有所不同，而且各参数之间往往具有各种内在联系，需要综合考虑反复验算才能获得比较满意的结果，所以设计步骤也不是固定不变的。4液压传动的设计液压传动系统是液压机械的一个组成部分，液压传动系统的设计要同主机的总体设计同时进行。着手设计时，必须从实际出发，有机地结合各种传动形式，充分发挥液压传动地优点，力求设计出结构简单、工作可靠、成本低、效率高、操作简单、维修方便的液压传动系统。在液压传动中，液压缸就是一个最简单而又完整的液压传动系统，分析它的过程可以清楚的了解液压传动的基本原理。4.1液压系统的设计步骤与设计要求4.1.1设计步骤液压系统的设计步骤并无严格的顺序，各步骤间往往要相互穿插进行。一般来说，在明确设计要求之后，大致按如下步骤进行。（1）确定液压执行元件的形式；（2）进行工况分析，确定系统的主要参数；（3）制定基本方案，拟定液压系统原理图；（4）选择液压元件；（5）液压系统的性能验算；4.1.2明确设计要求设计要求是进行每项工程设计的依据。在制定基本方案并进一步着手液压系统各部分设计之前，必须把设计要求以及该设计内容有关的其他方面了解清楚。（1）主机的概况：用途、性能、作业环境、总体布局等；（2）液压系统要完成哪些动作，动作顺序及彼此联锁关系如何；（3）液压驱动机构的运动形式，运动速度；（4）各动作机构的载荷大小及其性质；（5）对调速范围、运动平稳性、转速精度等性能方面的要求；（6）自动化程度、操作控制方式的要求；（7）对防尘、防爆、防寒、噪声、安全可靠性的要求；（8）对效率、成本方面的要求。4.2进行工况分析、确定液压系统的主要参数通过工况分析，可以看出液压执行元件在工作过程中速度和载荷变化情况，为确定系统及各执行元件的参数提供依据。液压系统的主要参数是压力和流量，它们是设计液压系统，选择液压元件的主要依据。压力决定于外载荷。流量取决于液压执行元件的运动速度和结构尺寸。4.2.1液压缸载荷组成和计算下图是一个以液压缸为执行元件的液压系统计算简图。各有关参数标注图上，其中Fw是作用在活塞杆上的外部载荷，作用在活塞杆上的外部载荷包括液压缸轴线方向的活塞重力Fg，导轨的摩擦力Ff和由于速度变化而产生的惯性力Fm。（1）工作外载荷Fw常见的工作载荷有作用于活塞杆轴线上的重力、切削力、挤压力等。这些作用力的方向如与活塞运动方向相同为负，相反为正。当液压缸举升小车时，工作载荷为（2）导轨摩擦载荷Ff根据成大先主编的械设计手册（第六版）中237页可知对于竖直导轨公式： - 1式中 FN外载荷作用于导轨上的正压力（N）; 摩擦系数（3）惯性载荷根据成大先主编的械设计手册（第六版）中238页可知惯性载荷公式： -2式中 a加速度；a=/t 速度变化量（m/s）；t 起动或制动时间（s）。一般机械t=0.10.5s, 对轻载低速运动部件取小值，对重载高速部件取大值。行走机械一般取/t =0.51.5m/s 液压千斤顶上升的最大速度设为5m/min，启动和制动时间t为0.1s，则加速度a=0.83m/s24.3液压缸主要零件的结构、材料及技术要求液压缸缸体的常用材料为20、35、45号无缝钢管。用20号钢的力学性能略低,且不能调质,应用较少;当缸筒与缸底、缸头、管接头或耳轴等件需焊接时,则应采用焊接性能较好的35号缸,粗加工后调质;一般情况下,均采用45钢,并调质到241285HB。液压缸主要零件如缸体、活塞、活塞杆、缸盖、导向套的材料和技术要求见下表2内容。表4-1 液压缸主要零件的材料和技术要求零件名称材 料主要表面粗糙度技术要求缸体45号无缝钢管液压缸内圆柱表面粗为:Ra0.20.4m(1)内径用H8H9的配合；(2)内径D的圆度公差值按10级精度选取，圆柱度公差值按8级精度选取；(3)缸体端面T的垂直度公差值按7级精度选取；(4)为防止腐蚀和提高寿命,内径表面镀0.030.04mm厚的硬铬,再进行抛光,缸体外涂耐腐蚀油漆活塞耐磨铸铁活塞外圆柱表面粗糙度为:Ra0.81.6m(1)外径D对内孔D1的径向跳动公差值，按7、8级精度选取；(2) 端面T对内孔D1轴线的垂直度公差值，按7级精度选取；(3)外径D的圆柱度公差值，按9、10或11级精度选取；(4)活塞外径用橡胶密封圈密封时取f7f9配合,内孔与活塞杆的配合可取H8活塞杆实心活塞杆：45钢杆外圆柱面粗糙度为：Ra0.63m（1）材料热处理：粗加工后调质到硬度为229285HB；(2)活塞杆d和d1的圆度公差值，按9、10或11级精度选取；（3）活塞杆d的圆柱度公差值，按8级精度选取；(4)活塞杆d对d1的径向跳动公差.0值，应为0.01 mm；(5)活塞杆与导向套采用H8/f7配合，与活塞的连接采用H8/h7配合(6) 活塞杆上的螺纹，按6级精度加工；缸盖45号钢配合表面粗糙度为：Ra0.81.6m（1）直径D（基本直径同缸径）、D2(活塞杆的缓冲孔)、D3( 基本尺寸同活塞杆密封圈外径)的圆柱度公差值，按9、10或11级精度选取；（2）D2、D3对d的同轴度公差值：0.03mm（3）端面A 、B与直径d轴心线的垂直度公差值，按7级精度选取导向套耐磨铸铁导向表面粗糙度为：Ra0.8（1）导向套的长度一般取活塞杆直径的60%100%（2）导向套内径的配合为H8/f9(或H9/f9)。（以上数据来源于：参考文献【12】）5液压缸的设计计算5.1液压缸的结构尺寸计算5.1.1液压缸工作负载的计算 （51） （52）式中：Fw液压缸轴线方向上的外作用力（N）；Fg液压缸轴线方向上的重力 （N）；Ff运动部件的摩擦力 （N）；Fm运动部件的惯性力 （N）；F液压缸的工作负载 （N）；Fs液压缸的密封阻力 （N）；考虑到千斤顶的工作方式和工作原理：所以：外作用力Fw=5000x9.8=49000NFf=*Fn=0.1x0=0NFm=a*m=0.83x5000=4150Na为活塞运动时的加速度 ，活塞杆上升的最大速度为5m/min则加速度为0.83m/s2 考虑到液压缸的密封阻力不易取出一般用液压缸机械效率来估算这里取=0.91则：大液压缸工作负载F= （Fw+ Ff + Fm）/ =49000+0+4150=58802N5.1.2液压缸工作压力的选定根据机械设计手册 液压传动与控制可以知道压力的选择要根据载荷大小和设备类型而定。还要考虑执行元件的装配空间、经济条件及元件供应情况等的限制。在载荷一定的情况下，工作压力低，势必要加大执行元件的结构尺寸，对某些设备来说，尺寸要受到限制，从材料消耗角度看也不经济；反之，压力选得过大，对泵、缸、阀等元件的材质、密封、制造精度也要求很高，必然要提高设备成本。一般来说，对于固定的尺寸不太受限的设备，压力可以选低一些，行走机械重载设备压力要选得高一些。如按载荷选择工作压力如下：表5-1 按载荷选择工作压力载荷kN50工作压力/MPa 50这段，因此选定液压系统压力为P=8MPa。 其次：农业机械、小型工程机械、建筑机械、液压凿岩机 1018MPa液压机、大中型挖掘机、重型机械、起重运输机械 2032MPa5.1.3大液压缸内径D计算因为采取单活塞杆单作用液压缸，所以：=所以液压缸的内径：D=（m） （5-3）D活塞直径 （N）P液压缸工作压力 （N）F总负载力 （N）由已知工作压强P=6MPa，工作压力F=53150N，代人（5-3）有： D=96.7mm所以由设计手册中表2-2取液压缸系列的标准尺寸为：D=100mm 表5-2 常用液压缸内径D(mm)4050638090100（110）1251401601802002202505.1.4活塞杆直径d的确定当速比未知时，可自己设定两者之间的关系，即杆受拉d/D取0.30.5，杆受压d/D取0.50.55（P5mpa）、0.60.7（5mpaP=7mpa) 这样就可以利用以上各式把D和d求出来。D和d求出后要按国家标准进行圆整，圆整后D和d的尺寸就可以确定。由已知得到，活塞杆是受压的杆件，所以d=0.7D。计算可得d=70mm由液压缸系列化的标准尺寸取D=100mm, d=70mm。5.1.5小液压缸内径和活塞杆直径的确定小液压缸上的外载荷Fw1设为300N，小液压缸总工作负载的计算：Fw1=300N总工作负载两个液压缸是连通的有两边压力P1=P2也即是 F1/A1=F2/A2A1和A2分别是大小液压缸活塞的面积，F1和F2分别是大小液压缸的工作负载。所以：58802/(3.1415*100*100)=334.6/(3.1415*) 求得：=8.5mm 根据液压油缸内径标准化系列取=10mm小液压缸工作负载F1=334.6N，根据表4-1可以设定小液压缸的工作压力和大液压缸一样为8mpa。小液压缸活塞杆直径的确定：活塞杆上提时受拉，/取0.30.5下压时受压，d/D取0.7（P7mpa），综合取/=0.7计算后可得d=7mm。按下表标准化后取d=6mm。表5-3 活塞杆外径系列参数d(mm)4568101214161820222528（30）323540455055（60）63（65）707580（85）括号内尺寸尽可能不用5.1.6液压缸壁厚的计算一般，低压系统用的液压缸都是薄壁缸，缸壁可用下式计算： (5-4)式中,缸壁厚度（m）；Pp试验压力（Pa） 当额定压力Pn16MPa时，Pp=Pn*150;当额定压力Pn16MPa时，Pp=Pn*125;D-液压缸内径（m）；-缸体材料的许用应力（Pa）,=/n0材料抗拉强度；n安全系数，一般可取n=5.注意，当计算出的液压缸薄壁较薄时，议案按结构需要适当加厚。由系统额定压力为Pn=8MPa,所以Pn16MPa, Pp=Pn*150=8150=12MPa,由上述计算可知D=0.1m,经查得液压缸缸体为无缝45钢缸体材料屈服极限=355mpa则许用应力 =/n=355/5=71Mpa 缸体壁厚 则有大液压缸壁厚12100.1/(27110)=8.4mm ；小液压缸壁厚0.25mm 取=1.5mm经查设计手册表313有液压缸壁厚度=10mm大液压缸的外径=D+2=100+2*10=120mm表5-4 无缝钢管尺寸系列内径壁 厚1.52.02.53.03.55.06.07.510.012.515.020.0外 径252831354032353638424740454650555055566065707563686973757883888085869092951001051101001051061101121151201251301251321351371401451501551651601651701751801851902002002202152202252302405.1.7液压缸壁厚及外径强度校验缸体厚度的取值有强度条件决定。当/D0.8时可按薄壁公式校验，即 ；最高工作压力单位Pa 材料许用应力 =材料的抗拉强度，n为安全系数，一般n=5则=600mpa =120mpa=10mm而D=100mm /D=0.1 =8mpa 当/D=0.080.3时按下列公式校验强度，即=0.0037m=3.7mm =10mm3.7mm符合强度要求，同理小液压缸壁厚也是安全的。5.1.8液压缸进出油口尺寸的确定液压缸的进出口尺寸，是根据油管内平均流速来确定的。要求压力管路内的最大平均流速控制在4-5m/s以内，过大会造成压力损失剧增，而使回路效率下降，并会引起气蚀、噪音、振动等，因此油口不宜过小。但是也要注意结构上的可能。经查设计手册表316有液压缸可以知道液压缸进出油口尺寸。项目缸体外径（mm）活塞杆直径（mm） 进出油口连接压力（ N ） 45 钢公称直径（mm）接头连接 62950缸筒内径(mm)100 12070 12M121.5表5-5 液压缸参数的综合5.1.9 液压缸的缸底和缸盖在中低压系统一般是根据结构需要进行设计，不需要进行强度计算的。但在高压系统，一般都要进行强度计算。其计算方法如下：缸底厚度的计算: 选择平面型缸底，缸底有油孔 h=0.433D (mm). （5-5）式中：h缸底的厚度（mm）；D缸底止口内径（mm）；缸体材料许用应力（Pa）；d缸底开口的直径（mm）.D=80mm D=100mm P=8Mpa d=20mm 缸底材料的高强度铸铁许用应=56Mpah=0.433D= =13.65mm我们采用有油孔的缸体进行计算解得h=13.65mm,对其进行圆整的到 h=14mm缸盖厚度的计算：若采用整体法兰缸盖则采用下式计算缸盖的厚度； -（5-6）式中 法兰厚度（m）；=0.021m F法兰受力总和(N) d密封环内径(m); d=0.07m密封环外径(m); =0.075m系统工作压力(Pa)；=8106Pa附加密封力(Pa)，若采用金属材料密封时，值取其屈服点；=35106Pa螺钉孔分布圆直径(m)；=0.102m密封环平均直径(m)；=0.072m法兰材料的许用应力(Pa)。=56106Pa= 由上式求得F=N = =0.021m=21mm5.1.10液压缸工作行程的确定液压缸工作行程长度，可根据执行机构实际工作的最大行程来确定，并参照表表5-6中的系列尺寸来选取标准值。表5-6 液压缸的活塞行程参数系列（GB2349-80） （mm）255080110125160200250320400500630800100012501600200025003200400040639011014018022028036045055070090011001400180022002800390024026030034038042048053060065075085095010501200130015001700190021002400260030003800注：液压缸活塞行程参数依、次序优先选用。5.1.11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的距离H称为最小导向长度（图5-6）。如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度（间隙引起的挠度）增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一定的最小导向长度。对一般的液压缸，最小导向长度H应满足以下要求 式（5-7）式中 L液压缸的最大行程； D液压缸的内径。设L=200mm,D=100mm,带入式（5-7），取H 60mm。取H=60mm活塞的宽度B一般取B=（0.61.0）D；取B=0.6D=60mm。缸盖滑动支承面的长度，根据液压缸内径D而定；当D80mm时，取=（0.61.0）D；当D80mm时，取=（0.61.0）d；因为D80mm,于是取=0.8d=56mm为保证最小导向长度H，若过分增大和B都是不适宜的，必要时可在缸盖与活塞之间增加一隔套K来增加H的值。隔套的长度C由需要的最小导向长度H决定，即 图5-1 液压缸导向长度将H=60 =56 B=60带入上式得:C=2mm5.1.12液压缸的长度确定液压缸缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体外形长度还要考虑到两端端盖的厚度。一般液压缸缸体长度不应大于内径的20 30 倍。缸体长度S=L+B+C+h+ 式（5-8）式中 L液压缸的最大行程； B活塞的宽度； C隔套的长度； 缸盖滑动支承面的长度； h缸底厚度； 缸盖厚度；将L=200mm ,B=60mm，C=2mm，=56mm,h=14mm ,=21mm 带入上式得：S=200+60+2+14+21=297mm5.2活塞杆直径强度及稳定性校验活塞杆强度按下式校验强度，即 d (m)式中 F为液压缸工作负载单位N ；活塞杆材料的许用应力单位Pa=/n 为材料的屈服极限 n为安全系数一般大于1.4由活塞杆材料为45号钢查的 =355mpa 取 n=5 大活塞杆直径应满足d=33.5mmd=70mm33.5mm故符合要求；同理小活塞杆的直径应满足=2.6mm而小活塞杆直径=6mm2.6mm 也满足要求。 当安装长度l与其直径长度d之比l/d10，并且杆件受压时，则需要校 稳定性，大活塞杆杆件受压，液压缸承受负载F，不能大于液压缸保持工作稳定性所允许的临界负载。的大小与活塞材料、端面形状，直径和安装长度有关。液压缸稳定性条件：F/ 为液压缸的临界负载单位N, 为稳定安全系数一般取n=24取4按等截面法，将活塞杆和缸体视为一个整体杆件。当细长比(L/)=m 可按欧拉公式计算临界负载，即= （5-9）活塞杆界面二次极矩，对于实心杆，=/64， d为活塞杆直径； E为活塞杆弹性模量，对于钢材E=2.1xPa；n为末端条件系数为0.25，L为活塞杆计算长度。则临界负载可估计： =/64=1.17=1.04xN 则 F=63590=2.6xN当细长比（活塞杆的柔度）(L/)m 时，可按戈登-兰金公式计算临界负载，即 =活塞杆截面最小回转半径，；m是柔度系数，按下表5-7选取表5-7 实验常数材料铸铁锻钢低碳钢中碳钢/Mpa560250340490a1/16001/90001/75001/5000m801109085在此活塞杆安装长度L=320mm活塞杆回转半径=0.017m细长比L/=320/17=18 活塞杆45号钢为中碳钢m=85则m =85 =42.5由上面的结果可知：L/m 故采用=计算临界负载值=4.92N 则 =1.23由于F=58802N=123000N故活塞杆安全。5.3液压缸性能参数的计算5.3.1液压缸的推力和流量计算当液压缸的基本参数确定后，即可用下列计算出实际工作推力。F=PA（N） （5-10）大液压缸的实际工作推力：F=PA=8000000*0.95/4=59688NP液压缸的工作压力，A液压缸的有效面积，为液压缸的工作效率 5.3.2大液压缸的流量计算当液压缸基本尺寸确定后，即可以用下式来计算其需要的工作流量： Q=Av (5-11)式中，v液压缸工作速度；A液压缸有效工作面积。Q=Av=(5*3.1415*0.1*0.1)/4=0.0395 m3/min=39.5L/min式中Q为液压缸流量，A为液压缸有效面积，v为液压缸工作速度。5.3.3大液压缸的输出功率当液压缸的工作推力和工作速度确定之后就可以根据公式P=FvP=58802*5/60=4.9（KW）5.4液压缸的结构设计液压缸的主要尺寸确定以后，就进行各部分的结构设计。主要包括：缸体与缸盖的连接结构、活塞杆与活塞的连接结构、密封装置、缓冲装置、排气装置及液压缸的安装连接结构等。由于工作条件不同，结构形式也各不相同。设计时根据具体情况进行选择。缸体端部与缸盖的连接形式与工作压力、缸体材料以及工作条件有关。表5-7 为见的缸盖连接形式。5.4.1缸体与缸盖的连接形式（a）法兰式。法兰式连接结构简单，加工方便，连接可靠，但要求缸筒端部有足够的壁厚，用以安装螺栓或旋入螺钉。缸筒端部一般用铸造、镦粗或焊接方式制成粗大的外径。它是常用的一种连接形式。（b）半环式。半环式连接分为外半环连接和内半环连接两种形式。半环连接工艺性好，连接可靠，结构紧凑，但削弱了缸筒强度。半环连接是应用十分普遍的一种连接形式，常用于无缝钢管缸筒与端盖的连接中。（c）螺纹式。螺纹式连接有外螺纹连接和内螺纹连接两种形式，其特点是体积小、质量小、结构紧凑，但缸筒端部结构较复杂。这种连接形式一般用于要求外形尺寸小、质量小的场合。（d）拉杆式。拉杆式连接结构简单，工艺性好，通用性强，但端盖的体积和质量较大，拉杆受力后会拉伸变长，影响密封效果，只适用于长度不大的中低压缸。（e）焊接式。焊接式连接强度高，制造简单，但焊接时易引起缸筒变形。法兰式连接便于装拆强度较大能承受高压也易于加工很适合液压千斤顶系统，故这里缸体与缸盖采用这种连接方式比较合适。图5-3 液压缸缸体与缸盖连接形式1-缸盖；2-卡键；3-活塞杆；4，5-螺母；6-导向杆5.4.2活塞与活塞杆的连接形式活塞杆与活塞的几种常用的连接形式，分整体式结构和组合式结构。组式结构又分为螺纹连接、半环连接和锥销连接。（1）整体式结构 特点： 结构简单，适用于缸径较小的液压缸。（2）螺纹连接 特点：结构简单，在振动的工作条件下容易松动，必须用锁紧装置。应用较多，如组合机床与工程机械上的液压缸。（3）半环连接 特点： 结构简单，装拆方便，不易松动，但会出现轴向间隙。多应用在压力高、负荷大、有振动的场合。（4）锥销连接 特点：结构可靠，用锥销连接，销孔必须配铰，销钉连接后必须锁紧，多用于负荷较小的场合。 （1） （2） （3） （4）图5-4 活塞与活塞杆的连接形式比较几种连接的特点，本次液压千斤顶活塞与活塞杆的连接采用半环式连接。如图（2）5.4.3活塞杆导向部分结构活塞杆导向部分的结构，包括活塞杆与端盖、导向套的结构，以及密封、防尘和锁紧装置等。导向套的结构可以做成端盖整体式直接导向，也可做成与端盖分开的导向套结构。后者导向套磨损后便于更换，所以应用较普遍。导向套的位置可安装在密封圈的内侧，也可安装在外侧。机床和工程机械中一般采用装在内侧的结构，有利于导向套的润滑；而油压机常采用装在外侧的结构，在高压下工作时，使密封圈有足够的油压将唇边张开，以提高密封性能。活塞杆处的密封形式有O 形、V 形、Y 形和 形密封圈。为了清除活塞杆处处露部分沾附的灰尘、保证油液清洁及减少磨损，在端盖外侧增加防尘圈。常用的有无骨架防尘圈和J 形橡胶密封圈，也可用毛毡圈防尘。具体结构参看表 图例及有关设计手册。导向套导向特点：导向套与活塞杆接触支承导向，磨损后便于更换，导向套也可用耐磨材料，盖与杆的密封常用Y 形、 形及V 形密封装置。密封可靠适用于中高压液压缸，防尘方式常用J 形或三角形防尘装。端盖直接导向特点: 端盖与活塞杆直接接触导向，结构简单，但磨损后只能换整个端盖,盖与杆的密封常用O 型、Y 型、形密封圈,防尘圈用无骨架的防尘圈。 （a） 端盖直接导向 （b） 导向套导向图5-5 活塞杆导向部分结构5.4.4活塞及活塞杆处密封圈的选用活塞及活塞杆处的密封圈的选用，应根据密封的部位、使用的压力、温度、运动速度的范围不同而选择不同类型的密封圈。下面介绍几种常用的密封圈。O型密封，密封部位活塞及活塞杆，材料NBR或FPM 其截面简图 O型及挡圈，密封部位活塞及活塞杆， 材料NBRPTFE 其截面简图Y型密封，密封部位活塞，材料NBR夹纤维 其截面简图 5.4.5液压缸的连接计算1）缸盖连接计算：缸体与缸盖采用螺钉连接的计算螺纹处的拉应力为：-（5-12）螺纹处的切应力为：-（5-13）式中Z螺钉数4；螺纹处的拉应力(Pa);K螺纹拧紧系数，静载时，取K=1.251.5；动载时，取K=2.54；K1螺纹内摩擦系数，一般取K1=0.12； 螺纹外径0.009（m）；螺纹内径（m）；当采用普通螺纹时：螺纹螺距0.001（m）；=7.91mmD液压缸内径（m）；螺纹处的切应力（Pa）；螺纹材料的许用应力(Pa) =236MPa螺纹材料的屈服点(Pa)；=320MPa安全系数，通常取=1.52.5；合成应力(Pa)；缸体螺丝处所受的拉力 (N)。F=32043N=112.72mpa48mpa故焊接强度是安全可靠的。3）活塞与活塞杆螺纹连接计算：活塞杆的拉应力： （此时活塞的另一端压力为零）计算可得=N活塞杆的危险截面处即螺纹退刀槽处的拉应力（当取K=1.25时） =56.88mpa活塞杆危险断面处的剪应力（当=0.12，=1.2时）： 计算可得： =16mpa合成应力： 计算可得： =64mpa许用应力： 式中n=1.75 活塞杆材料45号钢屈服极限=355mpa故=202mpa64map 活塞杆安全。6液压辅助元件6.1连接管件6.1.1管件内径的计算 d=-（6-1）式中Q通过管道内的流量(m3/s);Q=0.0395 m3/min管道内允许速度(m/s)，见表10.计算出内径d后，根据成大先主编的械设计手册（第六版）中313页按标准系列选取相应的管子。= =0.030m=30mm 其中=0.9m/s =0.016m=16mm 其中=3m/s =0.025m=25mm 其中=2m/s6.1.2管道壁厚的计算以下公式均根据成大先主编的械设计手册（第六版）中237-252页中获取，械设计手册（第六版）在下文简称手册： = -（6-2）式中 p管道内最高工作压力(Pa)d管道内径(m)管道材料的许用应力(Pa) = b/nb管道15号钢材料的抗拉强度取375mpa n安全系数，对钢管来说，p7Mpa时，取n=8; p17.5Mpa时，取n=4 =1.9mm (查手册选取) 取2.5mm =1.02mm(查手册选取)取1.6mm =1.6mm(查手册选取)取 2mm 表6-1 允许流速推荐值管道推荐流速（m/s）液压泵吸油管道0.5 1.5 , 一般常取1以下液压系统压油管道3 6，压力高，管道短，黏度小取大值液压系统回油管道1.5 2.66.2液压管接头管接头是油管和油管、油管和液压件之间的可装拆的连接件。它应满足装拆方便、连接牢固、密封可靠、外形尺寸小、通流能力大、压力损失小及工艺性好等要求。管接头的种类很多，其规格、品种可查阅有关技术手册。液压系统中油管与管接头的常见管接头的类型有：扩口式管接头、焊接式管接头、卡套式管接头、球形管接头、扣压式管接头、可装拆式管接头、伸缩式管接头、快速管接头。1）扩口式管接头，利用管道端部扩口进行密封，不需要其它密封件，适用于薄壁管件和压力较低的场合。2）焊接式管接头，把接头与钢管连接在一起，端口用O型密封圈密封，度管道尺寸精度要求不高，工作压力可大31.5mpa3）卡套式管接头，利用卡套变形卡主管道进行密封，轴向尺寸控制不严格，易于安装工作压力可达31.5mpa，但对于管道外径及卡套制作精度要求高。4）球形管接头，利用球面进行密封，不需要密封件，但对球面和锥面加工精度要求高。5）伸缩式管接头，接头有内管和外管组成，内管可在外管内自由滑动，并用密封圈密封，内管外径必须进行精密加工，适用于连接有相对运动的管道。6）快速管接头，管拆开后自行密封，管道内油液不会流失，因此适用于经常卸场合。在这里我选用第四种球形管接头连接液压缸和管件。6.3阀类零件的选择6.3.1方向控制阀方向控制阀是控制液压系统中油液流动方向的，它为单向阀和换向阀两类。单向阀有普通单向阀和液控单向阀两种。6.3.2单向阀的选择普通单向阀的作用是使油液只能向一个方向流动，不许倒流。因此，对单向阀的要求是。通油方向（正向）要求液阻尽量少，保证阀的动作灵敏，因此弹簧刚度适应你小些。一般单向阀开启压力为0.135-0.05MPa；而对截止方向（反向）要求密封尽量好一些，保证反向不漏油。普通单向阀是有阀芯，阀体及弹簧等组成。根据使用参数不同阀芯可做成钢球和圆锥形成的，钢球阀体一般用于小流量的场合。下图所示的是一种圆锥 形阀芯的普通单向阀。静态时，阀芯2在弹簧力的作用下顶在阀座上，当液压油从阀的左端（P1）进入，即正向通油时，液压力克服弹簧力使阀芯右移，打开阀口。使油液经阀口从右端（P2）流出；而当液压油从右端进入，即反向通油时，阀芯在液压力与弹簧力的共同作用下，紧贴在阀座上，油液不能通过。图6-1 液压油流向图6.3.3截止阀的选择截止阀，也叫截门，是使用最广泛的一种阀门，它之所以广受欢迎，是由于开闭过程中密封面之间摩擦力小，比较耐用，开启高度不大，制造容易，维修方便，不仅适用于中低压，而且适用于高压。截止阀的工作原理是利用阀杠压力使阀瓣密封面和阀座密封面紧密贴合阻止介质进入。截止阀只允许介质单向流动，安装时具有方向性。截止阀在液压系统中起开关作用。当活塞下降时，打开截止阀能保证油液的通过。当活塞上升时，关闭活塞在工作压力的作用下没有泄露。当选择截止阀时，根据液压系统的工作压力和进油口的尺寸大小来确定。6.4油箱的设计6.4.1油箱的功能和要求油箱的用途主要是储存油液，此外还起到散热、逸出混在油中的空气、沉淀油液中的污物等作用，有时还兼作液压元件安装台，所以油箱的容积和结构应满足一定的要求：（1）具有足够的容量，以满足液压系统对油量的要求。同时在系统工作时，油面应保持一定的高度，当系统停止工作或检修时应容纳下返回的油量。（2）能分离出油液中的空气和杂质，并能散发出液压系统工作中产生的热量，使油液温度不超过容许值。（3）油箱上部应适当透气，以保证液压泵正常吸油。（4）便于油液中的元件和附件的安装和更换。（5）便于装油和排油。邮箱的散热是决定油箱容量、结构的主要因素。6.4.2油箱的分类按油箱内液面是否与大气相通可分为开式油箱和闭式油箱，按是否与整机合为一体可分为整体式和分离式。此次采用整体式封闭式油箱。6.4.3油箱的结构设计进行油箱结构设计时，首先要考虑的是油箱的刚度，其次考虑便于换油和清洗油以及安装和拆卸油泵装置，当然，油箱的结构应该尽量简单，以有利于密封和降低造价。油箱体，油箱体一半由A3钢板焊接而成，取钢板厚度3-6mm，箱体大者取大值。油箱分为固定式和移动式两种，前者应用较多。油箱侧壁上安装油位指示器、电加热器和冷却器：油箱底面与基础面的距离一般为150-200mm,油箱下部焊接脚底，其厚度为油箱侧壁厚度的2-3倍。油箱底座，油箱底部一般为倾斜状，以便于排油，底部最低有排油口，要注意排油口与基础面的距离一般不低于150mm。焊接结构油箱，箱底用A3钢板，其厚度等于或稍大于箱体本身钢板的厚度。油箱隔板，为了使吸油区和压油区分开，便于回油中常设置隔板，隔板的安装方式主要有两种，一种油箱，回油区的油液按一定的方向流动，既有利回油的杂质、气泡的分离，又有利于散热。另一种油箱，回油经隔板上方溢流至吸油区，或经过金属网进入吸油区，更有利杂质及气泡的分离。隔板的位置，一般使吸油区的容积的1/2-1/3，隔板的高度，约为最低油面的1/2.隔板的厚度.油箱盖，油箱盖多用铸铁或钢板两种材料制造。在油箱上多考虑有下列通孔：吸油管孔、回油管孔、通大气孔、测温孔、带有滤油网的注油孔，以及安装液压集成装置的安装孔。目前使用的泵站系统，往往将液压泵、液压泵电机及集成块装置安装在油箱盖上，这种油箱结构紧凑，但产生的噪音较大，当箱盖上安装油泵和电机时，箱盖的厚度应是油箱侧壁厚度的3-4倍。 防噪音问题是现代化机械装备设计中必须考虑的问题之一。油路系统的噪音源，以泵为首，因此，进行油箱设计时，应送一下着手减轻噪音：1箱体及箱盖的材质，在条件允许的情况下，用铸铁代替钢板，以利于吸振;2 箱体与箱盖件涨价防振橡皮垫；3用地脚螺栓将油箱牢固地固定在基础上；4吸油区与回油区之间增设一层60-100目的金属网，以便分离回油油液中的气泡； 5油泵排油口用橡胶管软管与阀类元件相连接；6回油管管接头振动噪声较大时，改变回油管直径或增设一条回油管，使每个回油管接头的通路减少。其他注意事项：1吸油管端部的滤油器与油箱底部距离不得小于20mm，在条件允许是，油箱盖的吸油管孔应比滤油器的直接稍大，以便于滤油器进行清洗和更换；2吸油管，回油管都应该插入最低油面一下，管端一段斜切45度，并使斜面向看箱侧壁，管口于箱底，箱璧的距离均不得小于管径的3倍，泄油管一般不插入油门；3大型油箱的箱底于箱盖应有加强筋，以保证刚度；4油箱内部应涂耐油防锈漆；6.4.4油箱的容量油箱的容积是根据液压系统散热要求确定的。在不设冷却器的液压系统中，当油箱的尺寸比（长：宽：高）为1：（12）：（13）时，油箱的有效容积可按下式近视计算，即 （61）式中 H单位时间系统发出的总热量，单位为w； 系统大道热平衡时的油温，单位为； 环境温度，单位；油箱的有效容积和油箱的散热面积之间的关系，可近似用下式表示，即 A=0.065 式中 A油箱散热面积，单位为； V油箱有效容积，单位为L 式（6-1）仅适用于油箱中的油面高度为油箱高度的0.8倍的场合。油箱的设计容积为计算容积的1.2倍。另外油箱的容积V（单位为L）也通常采用经验估算法，根据系统的工作压力和液压泵的流量Q（L/min）选择V，具体如下：当系统压力较简单、压力数低、液压泵的流量较大时 V=（23）Q当压力较复杂、压力数较高（中压）、液压泵的流量数较小时 V=（46）Q在高压系统中 V=（57）Q6.5液压油的选择液压传动所用液压油一般为矿物油。它不仅是液压系统传递能量的工作介质，而且还有润滑，冷却和防锈的作用。液压油质量的优劣直接影响液压系统的工作性能。为了更好地传递运动和动力，液压油应具备如下性能：(1)润滑性能好；(2)纯净度好，杂质少；(3)合适的粘度和良好的粘温特性；(4)抗泡沫性，抗乳化性和防锈性好，腐蚀性小；(5)对热，氧化，水解都有良好的稳定性，使用寿命长；(6)对液压系统所用金属及密封件材料等有良好的相容性；(7)比热和传热系数大，体积膨胀系数小，闪点和燃点高，流动点和凝固点低。一般根据液压系统的使用性能和工作环境等因素确定液压油的品种。当品种确定后，主要考虑油液的粘度。在确定油液粘度时主要应考虑系统工作压力，环境温度及工作部件的运动速度。当系统的工作压力大，环境温度较高，工作部件运动速度较大时，为了减少泄漏，宜采用粘度较高的液压油。当系统工作压力小，环境温度较低，而工作部件运动速度较高时，为了减少功率损失，宜采用粘度较低的液压油。当选购不到合适粘度的液压油时，可采用调和的方法得到满足粘度要求的调和油。当液压油的某些性能指标不能满足某些系统较高要求时，可在油中加入各种改善其性能的添加剂，如抗氧化，抗泡沫，抗磨损，防锈以及改进粘温特性的添加剂，使之适用于特定的场合。因此，该液压千斤顶选用千斤顶专用液压油。7弯曲杆手柄7.1弯曲手柄的设计工程中常存在大量受弯曲的杆件,这些杆件在外力作用下常发生弯曲变形,以弯曲主要变形的杆件称为梁.工程力学中对梁作以下规定:梁任一横截面上的剪力,其值等于该截面任一侧梁上所有横向力的代数和。梁任一横截面上的弯矩,其值等于该截面任一侧所有外力对形心的力矩的代数和。7.2支座反力求解试选择45号正火钢,设计为环形截面(如图8-1),画出受力图(如图8-1a)进行受力分析,由梁的平衡方程求得支座反力(如图8-1b): (8-1) (8-2)联立(1)(2)代入数据F=300N =0.2m =0.04m ,得:=60N =240N7.3杆的剪切应力Fs和弯矩M以B点为分界点将AC杆分为两段:AB段: FS(A) = =
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