机电液设计和综合实验设计

《机电液设计和综合实验》说明书题目机电液设计和综合实验学院机械工程学院年级15专业机械电子工程班级ZB09151学号学生姓名指导教师管建峰张敬妹提交日期2016年12月《机电液设计》说明书题目机电液设计学院机械工程学院年级15专业机械电子工程班级ZB09151学号ZB0915136学生姓名何丽指导教师管建峰张敬妹提交日期2016年12月目录第一章液压系统的设计方案 第一章液压系统的设计方案1.1前言现代社会新能源的开发和使用是我们作为工程技术人员进行创新开发的方向，现在要求开发一套液压式波浪能发电系统，具体基本示意图见图1-1。图1-1采能装置示意及基本参数1.2已知条件1.浮漂的体积V=0.4；2.波浪的周期T=3s；3.波浪的浪高H=0.8m；4.液压马达的工作压力：P=5-8MPa,设计工作压力P=5MPa。1.3设计目的本设计为近岸液压浮子式海上波浪能发电装置1.4设计过程1.方案的查询与确定2.相关计算与校核3.液压元器件的选型4.液压系统设计和液压油缸的总体结构设计、液压油缸的主要零部件设计1.5最终材料1.系统设计和相关的计算说明书2.油缸总装配图，包括液压缸缸体链接转动机构、缸头链接球轴承结构3.零件图：活塞，前后端盖，链接头、铰链零件等图纸1.6拟定液压系统原理图1.6.1液压结构示意图根据动作要求和提供的元件，设计液压传动系统如图1-2所示。图1-2液压系统原理示意图在海上发电相关介绍1.6.2液压原理图根据拟定好的液压结构示意图，设计出液压原理图，如图1-3图1-3液压原理图1-液压缸2-单向阀3-压力传感器4-蓄能器5-压力表6-二位二通电磁换向阀7-减压阀8-节流阀9-液压马达10-发电机通过相关原理介绍第二章液压系统元件的选择根据之前拟定的液压结构图和液压原理图，选择主要元器件。本装置主要由液压马达、蓄能器、发电机、液压阀等元件组成，根据系统使用要求，选出所需的型号。2.1液压马达的选择2.1.1马达的工作压力的确定考虑到正常工作中进油管路有一定的压力损失，所以马达的工作压力为:(2-1)式中：——液压马达最大工作压力；——执行元件最大工作压力；——进油管路中的压力损失，本设计中上式中计算所得的是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过渡阶段出现的动态压力往往超过静态压力。2.1.2马达的流量确定液压马达的最大流量应为：(2-2)式中：qp——液压马达的最大流量；——同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值。——系统泄露系数，=1.2计算公式--2.1.3选择液压马达的规格根据算得的和，选择具体参数如表2-1表2-1马达铭牌参数型号额定压力（MPa）转速(r/min)排量(ml/r)效率(%)2.2发电机的选择本文设计的海洋波浪能发电装置通过第二级转换系统把波浪能转换成机械能，再通过第三级输出系统转换成电能。根据前文确定的发电机的额定转速，并且根据输出功率，选择发电机型号。确定选择的发电机型号的铭牌参数如表2-1所示。表2-1发电机铭牌参数产品规格额定功率（kw）额定转速(r/min)额定电压(v)起动力矩(Nm)效率(%)2.3蓄能器的选择2.3.1蓄能器容积的计算2.3.2蓄能器的选型根据容积选择型号，参数如表所示表2-2蓄能器铭牌参数2.4其他除主要液压元器件液压马达、蓄能器的选择外，为提高总效率，还需要确定并选择其他辅助元件，例如油管、液压油、液压阀等。2.4.1油管2.4.2液压阀1.单向阀2.二位二通电磁换向阀3.调速阀4.减压阀2.4.3继电器2.5汇总液压所用元件汇总如下表2-8：表2-8液压元件汇总表序号名称型号数量12第三章液压缸尺寸的确定3.1液压参数的确定3.2液压缸内径D和活塞杆直径d的确定3.3液压缸壁厚和外径的计算3.4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，并参照下表中的尺寸系列来选取标准。表3-3液压缸活塞行程参数系列（GB2349-80）Ⅰ2550801001251602002503204005006308001000125016002000250032004000Ⅱ406380110140180220280360450550700800110014001800220028003900Ⅲ2402603003403804204805306006307508509501050120013001500170019002100240026003000800由表3-3取行程L=160mm3.5液压缸缸盖厚度的确定液压缸有孔时的近似计算公式为：由于缸盖上要进出油口，所以按经验取:t=mm3.6最小导向长度的确定图3-2为液压缸导向长度示意图。图3-2液压缸的导向长度当活塞杆全部外伸时，3.7缸体长度的确定第四章液压缸的结构设计及校核4.1缸体与缸盖的连接形式缸体端部与缸盖的连结形式与工作压力、缸体材料以及工作条件有关。下表4-1为液压缸缸体与缸盖的连接形式。表4-1液压缸缸体与缸盖的连接形式连接方式结构形式图例优缺点法兰连接优点：1、结构简单，成本低2、容易加工，便于安装3、强度较大，能承受高压缺点：径向尺寸较大重量比螺纹连接的大工艺长度比较复杂些螺纹连接优点：1、外形尺寸较小2、重量较轻缺点：1、端部结构复杂，工艺要求高2、装拆时需要用专用工具外半径连接优点：1、结构简单2、加工装配方便缺点：1、外形尺寸大2、缸筒开槽，削弱了强度连接方式结构形式图例优缺点内半径连接优点：1、外形尺寸较小2、结构紧凑，重量较轻缺点：1、端部进入缸体内较长2、缸筒开槽，削弱了强度考虑到加工成本以及连接可靠性，选择法兰螺栓连接，此种方法连接强度较大，能承受高压。法兰与缸体无缝钢管采用了螺纹连接，这样加工既方便，成本又低，连接又可靠。螺栓连接校核选取的螺栓为缸体与缸盖采用螺栓连接时螺纹处的拉压力为：（4-1）螺纹处的切应力为：（4-2）合应力为：（4-3）式中：K螺纹拧紧系数（Pa）静载时取K=1.25~1.5，动载时取K=2.5~4；其螺纹连接满足要求。4.2活塞与活塞杆的连接形式考虑到成本、加工工艺、工作条件等因素，从表4-2所示连接形式中选择活塞杆与活塞的连接结构。表4-2活塞杆与活塞的连接结构连接形式结构形式图例特点整体式结构结构简单，适用于缸径较小的液压缸螺纹连接结构简单。在振动的工作条件小容易松动，必须用锁紧装置。半环连接结构简单，装拆方便，不易松动，但会出现轴向间隙。推销连接结构可靠，用推销连接，销孔必须配铰，销钉连接后必须锁紧，多用于负载较小的场合。本液压缸设计选择螺纹连接，此连接结构的特点为：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。1）活塞杆强度校核活塞杆在稳定工况下，如果只受轴向拉力或推力，可近似按直杆承受拉压载荷的简单强度计算公式进行校核计算：(4-4)式中：活塞杆压力（Pa）A1活塞杆面积（m2）2）活塞杆与活塞螺纹连接时的螺纹校核活塞杆与活塞连接螺纹的强度按第四强度理论校核(4-5)(4-6)(4-7)式中：拉压力（Pa）剪应力（Pa）合成应力（Pa）K螺纹连接摩擦系数，一般取K=0.7得出:

故满足要求。4.3导向套的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，也可做成端盖分开的导向套结构，后者导向套磨损后便于直接更换，所以应用比较普遍。导向套的位置可安装在密封圈的内侧，也可以装在外侧。设计中采用了导向套导向，密封装置为O型密封圈。选取的螺钉为缸体与缸盖采用螺栓连接时螺纹处的拉压力为：(4-8)螺纹处的切应力为：(4-9)合应力为：(4-10)式中：4.4密封件的选用液压缸工作中要达到零泄漏、摩擦小和耐磨损的要求。在设计时，正确的选择密封件、导向套和防尘圈的结构型式和材料是很重要的。从现代的密封技术来分析，液压缸的活塞和活塞杆及其它们的密封、导向和防尘等应作为一个综合的密封系统来考虑，只有具有可靠的密封系统，才能使液压缸有良好的工作状态和理想的使用寿命。1.活塞与导向套之间的密封防尘：根据《新编液压工程手册》1440页，选用A防尘圈直径范围为6~390，工作温度-30~+110℃，进给速度≤1，Vc=0.8m/s符合要求。材料为丁腈橡胶在外表面上具有梳子形截面的密封表面，保证了它在沟槽中可靠的定位。根据GB10708.1-89，选择Y形橡胶密封圈，密封槽尺寸为宽6.3mm，深2.9mm。2.缸筒与缸盖之间的密封：采用O形密封圈，带挡圈的沟槽；根据GB3452.1-92选择O形密封圈。O形密封圈的优点主要有：①结构小巧，装拆方便。②价格低廉，体积小。③既可用于动密封，也可用于静密封。④动摩擦阻力较小。⑤使用单件O形圈，可对两个方向起密封作用。3.活塞与缸筒之间的密封：中间采用O形密封圈，两边采用带挡圈的沟槽的唇形密封圈。4.其他地方的密封装置：根据GB3452.1-92，根据需要密封的部件尺寸，选择合适的O形密封圈。4.5液压缸的安装连接结构根据安装位置和工作要求的不同可有螺栓安装、脚架安装、法兰安装、轴销和耳环安装等如下表4-3所示表4-3液压缸安装方式序号安装形式安装简图注1长螺栓安装2径向脚架3底面脚架倾翻力矩比较序号2较小序号4较大4前后脚架5头部外法兰安装螺钉受拉力比较序号6、7较小序号5较大6头部内法兰7尾部外法兰8头部轴销液压缸在平面内摆动活塞受弯曲作用比较9尾部轴销序号8较小序号9较大序号10介于之间10中部轴销11尾部耳环同序号912尾部球头液压缸可在一定的范围内摆动根据题目要求液压缸安装连接结构采用：序号10中部轴销。4.6液压缸进出油口的设计液压缸的进出油口，可布置在缸体或前后端盖上。对于活塞杆固定的液压缸，进出油口可设在活塞杆端部。其连接形式有螺纹、方形法兰和矩形法兰等。油口直径d的计算公式为(4-11)式中：d油口直径（mm）Q（mm）u（m/s）由前面计算得:Q=当压力P=（2.5~10）MPa时，u=（3~5）m/s,取3m/s参看下表3-4选取液压缸油口的尺寸为：d=m表4-4单杆液压杆油口安装尺寸缸体内径D进出油口缸体内径D进出油口25M141.580M27232M141.5100M27240M181.5125M27250M221.5160M32263M221.5200M4224.7液压缸用耳环安装结构根据使用部位不同，耳环可分为杆用耳环和钢体用耳环两种。杆用耳环安装在活塞杆的外端，通常用螺纹连接。缸体用耳环一般是固定在缸体的后部，也有固定在缸体的中部。如表4-5。表4-5耳环结构耳环类型耳环简图耳环类型耳环简图单耳环（不带轴套）单耳环（带轴套）球铰耳环双耳环根据题目要求液压缸用耳环安装结构选用：球铰耳环4.8液压缸主要零件液压缸主要零件有缸体、活塞、活塞杆、缸盖、导向套，其材料和参数见下表4-6。表4-6液压缸主要零件的材料零件名称简图材料材料参数缸体无缝钢管活塞灰铸铁（HT200）活塞杆45钢缸盖45钢导向套耐磨铸铁第五章心得体会第六章参考文献正文中所有中文字宋体五号，英文和阿拉伯为Timesnewroman五号，除型号和单位外所有英文字倾斜。表有表头，图有图号，表头图号中文宋体小五，阿拉伯数字Timesnewroman小五。所有公式自己编辑，不能采用图片，公式后面有公式号。表格外边框加粗，所有字水平居中。标题字体参照发的排版要求。基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究基于双单片机冲床数控系统的研究与开发基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现变频调速液压电梯单片机控制器的研究基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现单片机嵌入式以太网防盗报警系统基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现单片机监测系统在挤压机上的应用MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用单片机在高楼恒压供水系统中的应用基于ATmega16单片机的流量控制器的开发基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计基于单片机的氨分解率检测系统的研究与开发锅炉的单片机控制系统\t"_blan