液压机总体及主缸设计毕业设计

学毕业 设计（论文） 1 前言 液压机是利用液压传动技术进行压力加工的设备，在制品成型生产中应用非常广泛。自 19 世纪以来发展迅速，已成为工业生产中必不可少的设备之一。液压机几乎适用于所有需要压力加工的工艺，目前广泛应用于金属薄板的冲压拉深成形；金属机械零件的压力成形；粉末制品行业；非金属材料的压制成形；木制品的热压成形等领域。液压机是最早应用液压传动的机械之一，目前液压传动已成为压力加工机械的主传动形式，在重型机械制造业，航空工业，塑料及有色金属加工工业等之中，液压机已成为重要设备。 我国是个机械大国，因此液压机在我国占有相当重要的 地位。它主要广泛应用于矿山机械、工程机械、起重运输机械、船舶机械、冶金矿山机械、农用机械等等。随着我国机械业的兴起，液压机的开发设计也面临着重大的发展。及 “十一五 ”规化指出的对 “先进制造技术的发展思路 ”的提出，液压机的开发设计也将走向成熟化，稳定化，大型化，所以对液压机的设计要求越来越高。 本书主要叙述和分析了液压机的总体设计，液压机的主缸设计，液压机各部件的选型设计等。提供了参考图例，以便于理解。 全书共分三章：第一章绪论，主要介绍了本文的设计内容，液压机的工作原理，液压机的特点及分类等。第二章液压机本体 结构的设计与选择，主要介绍了液压机的典型结构，选择原因，主机结构以及主缸的设计等。第三章液压机的主缸设计，主要介绍了液压缸的分类，液压缸的主要参数，通用液压缸的典型结构，主缸主要零件设计，活塞等等。 由于本文编者的水平有限，本书一定存在不少缺点和错误，敬请各位使用者、读者给予提出指正意见。 液压机总体及主缸设计 2 1 绪论 液压机是一种利用液体压力能来传递能量，以实现各种压力加工工艺的机器。 早在 1662 年，帕斯卡就发现了利用液体产生很大力量的可能性， 1795 年英国人 得了第一个手动液压机 的专利。直到 18591861 年，维也纳铁路工场有了第一批用于金属加工的液压机，它们分别是 700010000 12000 884 年在英国曼彻斯特首先使用了锻造钢锭用的锻造水压机，由于它与锻锤相比具有很多优点，因此发展很快， 1893 年建造了当时最大的 120锻造水压机。 80 年代以来，液压机技术有了飞速发展，主要表现在以下几个方面： 1）迅速采用数控（ 计算机控制（ 术，以实现工艺过程自动化及提高各运动部分的控制精度。 2）出现了快速换模装置，它包括设立中间模具库、模具转 台、横向换砧装置及快速夹紧机构等，以适应多品种小批量的市场需求。 3）采用各种先进的快速滑阀或插装阀，减少阀的换向时间，使阀的响应时间减少到 10下。 4）采用各种有效的缓冲装置，以减少冲裁时的振动及噪声，扩大液压机的应 用范围。 5）逐步向柔性加工系统（ 展，即把微电子技术、自动检测及反馈、工业机器人和自动仓库结合在一起，将多台不同功能的设备组成柔性加工系统或中心，以适应中小批量多品种工件的自动化合理加工。 内液压机技术发展情况 1949 年新中国成立以后，我国建立了独立自主的完整工业 体系，液压机的研发也逐渐受到重视。 1957 1962 年，我国开始自行设计，自行制造各种锻压设备，期间生产了将近30 台 10000 31500型锻造水压机及两台 120 125大型锻造水压机，初步建立了一支设计和制造液压机的队伍。 60 年代，我国先后成套设计制造了一些大型液压机，如 300有色金属模锻水压机， 120色金属挤压水压机， 80色金属模锻水压机等。进入 70 年代，我国已具备向国外出口多吨位液压机的能力，其设计制造已达到了一定的先进水平。 进入 21 世纪以来，我国的液压机技 术及生产能力已趋于成熟，国内市场占有率高达学毕业 设计（论文） 3 90以上。 2005 年，国内液压机销售额就达到了 13 亿元人民币左右。在生产台数和总吨位上，我国液压机生产产量处于国际领先地位。但我国的液压机在技术水平上与国外还存在较大差距，部分关键件，如高档的液压元件和电控元件还得依靠国外进口。国产液压机普偏存在 质量可靠性低，漏油问题严重，关键件加工质量低等问题。在今后的发展中，国产液压机还得在自动上下料，多工位，快速高速，依托电液比例技术，传感器，电子，计算机，网络等以及环保方面加大研发力度。 液压机根据 帕斯卡原理制成，其工作原理如图 1两个充满工作液体的具有柱塞或活塞的容腔由管道相连接，当小柱塞 1 上的作用力为 ，液体的压力为11柱塞 1 的工作面积。根据怕斯卡原理：在密闭的容器中，液体压力在各个方向上是相等的，则压力 P 将传递到容腔的每一点，因此在大柱塞 2 上将产生向上的作用力 使工件 3 变形，且 1212 (1式中， 柱塞 2 的工作面积。 1、小柱塞 2、大柱塞 3、工件 图 1压机原理图 -1 压机一般由本体（主机）及液压系统两部分组成 。 最常见的液压机本体由 上横梁、液压机总体及主缸设计 4 下横梁 4 个立柱和 16 个内外螺母组成的一个封闭框架，框架承受全部工作载荷。工作缸固定在上横梁上，工作缸内装有工作柱塞，它与活动横梁 相连接。活动横梁以四根立柱为导向，在上、下横梁之间往复运动。在活动横梁的下表面上，一般固定有上模，而下模则固定于下横梁上的 工作台上。当高压液体进入工作缸后，在工作柱塞上产生很大的压力，并推动柱塞、活动横梁及上模想下运动，使工件在上、下模之间产生塑性变形。回程缸固定在下横梁上，其中有回程柱塞，他与活动横梁相连接。回程时，工作缸通低压，高压液体进入回程缸，推动回程柱塞向上运动，带动活动横梁回到原始位置，完成一个工作循环。 液压机的工作循环一般包括停止、充 液 行程、工作行程及回程。上述的不同行程由操纵系统控制液压系统中各种阀的动作来实现。 压系统 的传动方式 泵直接传动 液压机的液压系统包括各种高、低压泵，各种高低压容器（ 油箱、充液罐等），各种阀及相应的连接管道。其传动方式 通常 为泵直接传动 。 泵直接传动是由泵将高压液体直接供给液压机的工作缸及其他辅助装置，其最简单的液压系统 如图 1示。它 通过两个手动 3 位 4 通滑阀来实现各种行程。 1、 充液行程 滑阀 5 处于交叉相通 的 “工作 ”位置，控制顶出器活塞缸的滑阀 3 处于交叉相通 的 “回程 ”位置 。 工作缸 11 的下腔通过开启的液控单向阀 7 及滑阀 5 通低压油箱，活动横梁从上 停止位置靠自重下降，油泵输出的低压油液通入 11 的上腔，充填活塞下行中空出的容腔，不足的油液由充液阀 9 补入，直到上 粘 接触工件为止。 2、 工作行程 滑阀 5 仍处于交叉相通的位置，当上 粘 接触工件后，阻力增大，油泵出口压力随之增高，高压油液进入 11 的上腔，推动活塞下行，对工件进行 压力 加工。充液阀自动关闭，工作缸下腔的油液继续 排回油箱。 学毕业 设计（论文） 5 图 1 活塞式液压缸 、 2、 6溢流阀 3、 5手动滑阀 4单向阀 7、 8液控单向阀 9充液阀 10充液罐 11工作罐 12顶出器活塞缸 3、 回程 滑阀 5 处于直接的 “回程 ”位置， 3 仍处于 “回程 ”位置，泵将高压油液输入 11 的下腔，同时打开液控单向阀 8，使工作缸 11 的上腔 卸压，然后打开冲液阀 9，活塞带动活动横梁上行，上腔的油排入充 液罐 10。 4、 停止 滑阀 5 及 3 均放在停止位置。油泵通过 阀 3 卸荷， 11 下腔的油液被液控单向阀 7 封闭于缸内，支持活塞及运动部分停于任意所需的位置 ，完成一个工作循环 。 液压机与其他锻压 设备相比具有以下特点： 1) 基于 液压传动的原理，执行元件 （缸及柱塞或活塞）结构简单，结构上易于实现很 大的工作压力、较大的工作 空间和较长的工作行程，因此适应性强，便于压制液压机总体及主缸设计 6 大型工件或较长较高的工件。 2) 在行程的任何位置均可产生压力机额定的最大压力。可以在下转 换点长时间保压，这对许多工艺来说 ， 都是十分需要的。 3) 可以用简单的办法 （各种阀） 在一个工作循环中调压或限压，不易超载，容易保护各种模具。 4) 滑块的总行程可以在一定的范围内任意的无级地改变，滑块行程的下转换点可以根据压力或行程位置来控制或改变。 5) 滑块速度可以在一定范围内在相当大的程度上进行调节，从而可以适应工艺过程对滑块速度的不同要求。用泵直接传动时，滑块速度的调节可以与压力及行程无关。 6) 与锻锤相比，工作平稳，撞击、震动和噪声较小，对工人健康，厂房基础周围环境及设备本身都有很大好处。 液压机的缺点 ： 1) 用泵直接传动时，安装功率比相应 的机械压力机大 2) 由于工作缸内升压及降压都需要一定时间，阀的换向也需要一定时间，而且空程速度不够高，因此在快速性方面不如机械压力机。 3) 由于液体有可压缩性，在快速卸载时，可能会引起压机本体或液压系统的振动，因此不太适合与冲裁、剪切等工艺。 4) 工作液体有一定使用寿命，到一定时间应更换。 锻压机械共分为八类，类别代号用汉语拼音字母表示，液压机的类别代号为正体大写“Y” 液压 机又按其用途分为十个组别： 1) 锻造液压机：用于自由锻造、钢锭开坯以及有色与黑色金属模锻； 2) 冲压液压机：用于 各种薄板及厚板冲压，其中有单动、双动及橡皮模冲压等； 3) 一般用途液压机：各种万能式通用液压机； 4) 校正、压装用液压机：用于零件校形及装配； 5) 层压液压机：用于胶合板、刨花板、纤维板及绝缘材料板的压制 6) 挤压、拉伸、穿孔液压机：分别用于挤压各种有色金属及黑色金属的线材、管材、棒材及型材，工作的拉伸及穿孔等工艺。 学毕业 设计（论文） 7 7) 压制液压机：分别用于各种粉末制品的压制成形，如粉末冶金、人造金刚石、耐火砖及碳极的压制成形，塑料及硫化橡 胶制品的压制等； 8) 打包、 压块液压机：用于将金属切屑及废料压块与打包，非金属料的打包等； 9) 各种专用液压机；分别用于轮轴压装、电缆包覆、模膛反印等各种专用工序； 10) 手动液压机：为小型液压机，用于试压、压装等要求力量不大的手工工序。 压成型机主要技术参数 基本参数是液压机的基本技术数据，是根据液压机的工艺用途及结构类型来确定的，它反映了液压机的工作能力及特点，也基本上定下了液压机的轮廓尺寸本体总重。另外，基本参数也是用户选购时的主要依据。 为了使产品系列化、通用化和标准化，以尽可能少的规格和尺寸来充 分满足多种多样的工艺要求，从而大大简化设计工作及制造工艺，有利于组织专业化生产、降低成本、提高质量和便于修配，应尽可能制订出各种液压机基本参数的标准系列。 现以三梁四柱式液压机为例，介绍液压机的基本参数： 1) 公称压力（公称吨位）及其分级 公称压力是指液压机名义上能产生的最大力量，在数值上等于工作液体压力和工作柱塞总工作面积的乘积（取整数），它反映了液压机的主要工作能力。 为了充分利用设备，节约高压液体并满足工艺要求，一般大中型液压机将公称压力分为两级或三级。泵直接传动的液压机不需要从结构上进行压力分级。 2) 最大净空距（开口高度） H 最大净空距 H 是指活动横量停在上限位置时，从工作台上表面到活动横量下表面的距离，见图 1) 液压机总体及主缸设计 8 图 11） 液压机基本参数示意图 ) 12） 液压机基本参数示意图 ) 大净空距反映了液压机在高度方向上工作空间的大小，它应根据模具（工具）及相应垫板的高度、工作行程大小以及放入 坯料、取出工件所需空 间大小等工艺因素来确定。最大净空距对液压机的总高、立柱长度、液压机本体稳定性以及安装厂房高度等都有很大影响。因此既要尽可能满足工艺要求，又要尽量减少压力的高度，以降压其造价。 3） 最大行程 s 学毕业 设计（论文） 9 最大行程 s 指活动横梁运动速度位于上限位置时，活动横梁的立柱导套下平面到立柱限程套上平面的距离，也即活动横梁能够移动的最大距离 。最大行 程根据工件成形过程所要求的最大工件行程确定，它直接影响工作缸和回程缸及其柱塞的长度以及整个机架的高度。 4） 工作台尺寸 工作台一般安装在下横梁上，其上安放模具或工具，工作台尺寸指工作台面上 可以利用的有效尺寸 ， 以 图 12） ， B T 表示。工作台尺寸取决于模具的平面尺寸及工艺过程安排， 大中型锻造或厚板冲压液压机，往往设置移动工作台。移动工作台的行程则和更换模具 及工艺操作方式有关。 除了工作台尺寸外，在有些四柱式或双柱式液压机中，反映液压机平面尺寸上工作空间大小的参数，还有立柱中心距（宽边及窄边）。它们应根据工艺过程操作上的要求来确定。单臂式液压机在平面上三面敞开，影响平面尺寸上工作空间大小的参数是喉深，喉深为单臂液压机压头中心到机架内侧表面（机壁）的距离。 本液压机工作台尺寸定为，左右 B=1100后 T=1100 5） 回程力 计算回程所需的力量时，要考虑活动部分的重量、 回程时工艺上所需的力量、工作缸排液阻力、各缸密封处的摩擦力以及活动横梁导向处的摩擦力等。回程力由活塞缸下腔工作面积或单独设置的回程缸来实现。 6）活动横梁运动速度 (滑块速度 ) 可分为工作行程速度、空行程（充液行程）速度及回程速度。 工作行程速度应根据不同的工艺要求来确定，它的变化范围很大，并直接影响工件质量和对泵的功率需求。锻造液压机要求工作速度较高，可达 50150mm/s，四柱万能及切边液压机的工作速度则在 1015mm/s 左右，而电极挤压液压机的挤压速度仅为 3mm/s。 泵直接传动的液压机的功率正比于工作行程速度。 空行程及回程速度一般可以高一些，以提高生产率。 但如速度太快，会在停止或换向时引起冲击及振动。 本液压机的工作形成速度定为 12mm/s,空行程速度定为 180mm/s，回程速度 100mm/s。 7）允许的最大偏心距 在液压机上进行的许多工艺操作中，往往要承受偏心载荷。偏心载荷在液压机的宽边液压机总体及主缸设计 10 与窄边都会发生。允许最大偏心距是指工件变形阻力接近公称压力时所能允许的最大偏心植。 8）顶出器公称压力及行程 顶出器公称 压力及行程由工艺决定，本液压机顶出器的公称压力为 620程为300 液压成型机参数表 数 数值 单位 公称力 3000 缸压力 25 出力 620 块行程 800 出行程 300 作台尺寸 11001100 长 宽 mm 学毕业 设计（论文） 11 2 液压机结构设计 液压机的结构简图及结构（如图 2它由 上横梁、下横梁和 4 个立柱与 16 个内外螺母组成一个封闭框架，框架承受全部工作载荷。液压主缸固定在上横梁上，工作缸内装有工作活塞，液压主缸的活塞杆与活动横梁相连接。活动横梁以 4 根立柱为导向，在上、下横梁之间往复运动。活动横梁下面有固定工件的 T 行槽，而下横梁上的工作台上同样有固定工件的 T 行槽。当高压液体进入工作缸后，对活塞产生很大的压力，推动活塞杆、活动横梁向下运动，使工件产生塑性变形。顶出缸位于机身的底部，固定在下横梁上当压力油进入顶出缸下腔，上腔排油，顶出活塞上行，进行顶出。反之，则活塞下行退回，以便于下一次 对工件进行卸载。 1234567891 01、充液油箱 2、上横梁 3、主油缸 4、活动横梁 5、立柱 6、调整螺母 7、下横梁 8、顶出缸 9、油管 10、油箱 图 2压成型机 液压机总体及主缸设计 12 横梁包括上横梁、下横梁（或称工作台）和活动横梁（或称滑块）。横梁通常都设计成上、下封闭的箱形结构件，在安装各种缸、柱塞及立柱处一般做为圆筒形， 并用筋板与横梁面板相连。在承载较大处，筋板较密，以提高横梁刚度，降低局部应力。筋板多布置成网格形或辐射形。 中小型液压机横梁有铸造和焊接结构两种。该液压机采用铸造结构，材料选用铸铁了防止横梁结构变形，必须进行热处理以消除内应力。 铸造结构的横梁，应注意使各部分厚度没有突然变化，还应注意正确设计与布置铸造工艺所需的出砂孔。因为出砂孔边缘处的应力集中常常使横梁产生疲劳裂纹，所以出砂孔一般布置在梁的中性层上。另外出砂孔应尽量避免设在受力的主传力筋 板上， 位置应远离应力最大的区域，尺寸不要过大，形状以圆形为好，孔边最好设有加强圈。 为了减轻重量，缩短立柱长度，一般根据 “等强梁概念 ”，将上横梁设计成梁的中部高度较两端稍高的形式，如图 2示：但高度差不能太大。当立柱中心距较小时，为便于加工，可设计成 “等高梁 ”。在梁的高度过渡区，应尽量增大过渡圆圆角半径 R 以及减小倾角 ，以减小应力集中。 2等强梁概念设计横梁的示意图 -2 as of ) 上横梁 如图 2示上横梁的结构示意图液压主缸安装在上横梁的中心部位利用缸肩和被紧螺母实现轴向和径向的固定。 学毕业 设计（论文） 13 图 2横梁 结构示意图 on 2) 活动横梁 如图 2示活动横梁的结构示意图，液压机主缸的活塞杆通过法兰与活动横梁的上部连接。活塞杆的往复运动带动活动横梁在导轨（立住）上上下移动从而进行工作。 液压机总体及主缸设计 14 图 2动横梁 结构示意图 3) 下横梁 下横梁又叫工作台 ,工件加工时安放在下横梁上，用 T 型槽固定。顶出缸利用缸肩与背紧螺母从而固定在下横梁内部。下横梁的固定是利用地脚螺栓固定的。其结构如图 2示： 图 2横梁 -5 学毕业 设计（论文） 15 柱 . 立柱（如图 2机架的重要支撑元件和主要受力件，又是活动横梁的导向件，为 图 2柱 足立柱较高的强度、刚度和精度要求，立柱采用 45 钢制成实心的。立柱与上、下横梁之间为双螺母式（内外螺母式）连接形式，双螺母式的每根立柱靠 4 个内外螺母与上、下横梁紧固连接在一起，以便于立柱的加工、安装与维修。从立柱螺纹到导向部分应圆滑过度，导向部分的表面粗糙度应小于 有足够的几何形状。 四柱式机架是一个高次超静定的空间框架，因此在进行受力分析时，为建立易解的力学模型，可采取简化假设： 1）由于一般液压机的机架结构对称于中间平面，载荷也对称于中间平面，因此可将空间框架简化为平面框架； 2）立柱与上、下横梁为刚性连接； 3）不考虑安装应力及温度应力。 该四柱液压机公称压力为 3000小型的液压机，故偏心载荷可忽略不计，仅承受中心载荷，当上、下横梁的刚度很大时，可忽略上、下横梁变形而施加于立柱的附加弯曲应力，则 立柱只承受简单的轴向拉力，其拉应力为： 液压机总体及主缸设计 16 (2式中 F液压机的公称压力； A立柱的截面积； n立柱的根数； 许用应力，进行一般计算时，对 45 号钢可取 45 55液压机只受中心载荷，可取 70 80 该液压机取许用应力为 75柱根数为 4 根，公称压力为 3000 则带入数据： 441030001075236d 式中 d立柱直径； 计算得： d=113虑到安全因素，最后立柱直径确定为 130 立柱螺母一般为圆柱形，有整体式和对开式两种。如图 2示，该液压机选用整体式。材料一般选用 45 号锻钢或 00。 图 2体式螺母示意图 -7 小型液压机一般选用公制细牙螺纹。 螺母高度一般选取：0)(2 学毕业 设计（论文） 17 则 h 螺母外径取： d(2 则 1 8 21 3 D 中 纹 直径； 螺母与上下横梁的贴合面应与螺纹线轴线垂直，其垂直度要求在 内，以保证螺母与横梁紧密贴合。 柱式组合机架的预紧与放松 1）立柱的预紧 为了保证机架的精度和刚度，防止螺母松动，立柱与上、下横梁的联结要有可靠的预紧。对于小型的液压机可使用扳手旋紧螺母，该液压机公称压力仅为 3000采用扳手旋紧螺母已能达到要求。对于一些大型的液压机，可采用 “超张预紧 ”、 “加热预紧 ”、 “液压拉紧 ”等。 2）立柱的防松 放松锁紧装置 是用来防止立柱螺母自动松脱。小型液压机。可采用如图 2示的装置来锁紧螺母。当螺母预紧后，将锁紧板 1 放入立柱 3 端部预先铣好的槽中，然后在锁紧板两侧的螺母上焊上挡板 2，卡住板，防止螺母与立柱相对转动。 1立柱螺母 2挡块 3立柱 4螺母 图 2柱螺母防松锁紧装置 压机总体及主缸设计 18 柱导套 活动横梁的导向关系到机器的运动精度 ，工作缸密封件与导向面的磨损情况，加工制件的尺寸精度，模具寿命及机身的受力情况等等。因此，应合理选择导向结构与配合要求。在中小型液压机上 ， 常采用如下图 2示的整体式圆柱面导套。其结构简单，加工方便，但在偏心载荷作用下，导套与立柱成线性接触，使机架受力不好，加剧磨损。但该液压机公称 压力小，偏心载荷很小，可忽略不计，故采用圆柱面导套对液压机不会产生明显副作用。对于大型液压机，通常采用双球面和单球面的导套。 导套材料一般采用青铜 3，其材质较软，不致使立柱表面拉伤。 图 2体式圆锥面导套 套的高度一般取活动横梁导向部分高度的 31 41 左右，导套厚度为 20 30右。对于中小型液压机，导套直径上的间隙为 3 1)材料的选择 普通采用退火的冷拔或热轧无缝钢管，国内市场上已有内孔经珩磨或内孔精加工，只需按所要求的长度切割无缝钢管，材料有 20， 35， 45， 27缸筒的要求有足够的强学毕业 设计（论文） 19 度，能长期承受最刘工作压力及短期动态试验压力而不致产生永久变形。有足够的刚度，能承受活塞侧向力和安装的反作用力而不致产生弯曲。内表面与活塞密封件及导向环的摩擦力作用下，能长期工作而磨损少，尺寸公差等级和形位公差等级足以保证活塞密封件的密封性。需要焊接的缸筒不要求有良好的可焊性，以便于工作在焊上法兰或管接头后不至于产生裂纹或过大的变形。 总之，缸筒是液压缸的主要零件，它与缸盖、缸底、油口等零件构成密封的容腔，用以容纳压力油液，同时，它还是活塞的运动 “轨道 ”。设计液压缸缸筒时，应该正确确 定各部分的尺寸，保证液压缸有足够的输出力、运动速度和有效行程，同时还必须具有一定的强度，能足以承受液压力、负载力和意外的冲击力；缸筒的内表面应具有合适的配合公差等级、表面粗糙度和形位公差等级，以保证液压缸的密封性、运动平稳性和耐用性。 对于工作温度低于 液压缸缸筒，必须用 35， 45 号钢，且要调质处理。与端盖焊接的缸筒，使用 35 号钢，机械预加工后再调质。不与其他零件焊接的缸筒，使用调质的 45 号钢。较厚壁的毛坯仍用铸件或锻件，或用厚钢板卷成筒形，焊接后退火，焊缝需用 X 光射线或磁力探伤检查。 综合各个 因素和已知参数缸筒的材料选用为 45 号锻钢。 b 缸筒材料的抗拉强度为， 600 s 缸筒耐压材料屈服强度， 340)、缸筒参数计算 已知公称压力 F=620液体压力 25a、缸筒内径 当液压缸的理论作用力 F 及供油压力 p 为已知时 ,则缸筒内径 D 为： D=/4 (2代数计算为： D= 06204 3 M P 据液压缸内径系列 (选取内径为 D=200 p供油压力， F分别为液压缸的公称压力， N。 b、缸筒壁厚 液压机总体及主缸设计 20 缸筒壁厚 为： = 0 +c1+ (2关于0的值，可按下列情况进行计算： 当 ，可用实用公式： m a a 3 3 (20 22 5 2 0 02 . 3 1 2 0 / 3 2 5M P a m mN m m M P a =整取 25mm( 缸筒外径公差余量， 蚀余量， 缸筒内径， 筒内最高工作压力， 缸筒材料的许用应力， b n (22 6 0 0 / 5 1 2 0 /N m m b 缸筒材料的抗拉强度， n安全系数，通常取 n=5。 c、缸筒底部厚度 缸筒底部为平面时，其厚度 可以按照四周嵌住的圆盘强度公式进行近似的计算： 0 . 4 3 3 ， (20 . 4 3 3 2 5 6 0 0 / 5 = 整 =30 筒底厚， 筒底材料许用应力， 选用方法与上述缸筒厚度计算相同。 p供油压力， 学毕业 设计（论文） 21 3)活塞杆直径计算 如果对液压缸无速比要求，可根据液压缸的推力和拉力确定，参照上表确定 D、 d 值；也可按下式初步选取 d 值： d=( =20 (2根据液压缸活塞杆直径系列 (选取 直 径为 d=125 4)活塞 活塞材料 无导向环活塞 ,用高强度铸铁 00 或球铸铁。 有导向环活塞；用优级质碳素钢 20 号、 35 号及 45 号，有的在外径套尼龙（ 聚四氟乙烯 璃纤维和聚三氟氯 乙烯材料制成的支承环。装配式活塞外环可用锡青铜。还有用铝合金作为活塞材料。 本设计选用材料为 45 号钢。 活塞宽度 B=( B=20 (25)顶出缸结构示意图 图 2出缸 上所述为三梁四柱结构型式液压机的最常见的基本参数，对于各种不同工艺用途及不同结构形式的液压机，均有各自不同的基本参 数。我国原机械工业部曾制定出各种不同的工艺用途的液压机形式与基本参数的部颁标准，如锻造液压机、双动厚板冲压液压机、单臂冲压液压机、四柱式万能液压机、切边液压机、耐火砖液压机、卧式轮轴压装机等。 液压机总体及主缸设计 22 3 液压机主缸设计 1）单作用液压缸 a、活塞液压缸。活塞仅单向运动，由外力使活塞反向运动。 b、柱塞液压缸。活塞仅单向运动，由外力使活塞反向运动。 c、伸缩式套筒液压缸。有多个互相联运的活塞液压缸，其行程可改变。由外力使活塞返回。 2）双作用液压缸 a、单活塞杆： 液压缸。活塞在行程终了时缓冲。 带不可调缓冲式液压缸。活塞在行程终了时缓冲，缓冲可以调解。 差动液压缸。活塞两端的面积差较大，使液压缸往复的作用力和速度差较大，对系统的工作特性有明显的作用。 b、双活塞杆 等行程、等速液压缸。活塞左右移动速度和行程皆相等。 双向液压缸。两个活塞同时向相反方向运动。 伸缩式套筒液压缸。有多个互相联运的活塞的液压缸其行程可变。活塞可以双向运动。 3）组合液压缸 a、串联液压缸。当液压缸直径受限制，而长度不受限制时，用以获得大的推力。 b、增压液压缸（增压器）。 c、多位液压缸。活塞有三个位置。 d、齿条传动活 塞液压缸。活塞经齿条带动小齿轮使产生回转运动。 4）推力液压缸 齿条传动柱塞液压缸。活塞经齿条带动小齿轮使产生回转运动。 5）摆动液压缸 a、单叶片摆动液压缸。活塞经齿条带动小齿轮使产生回转运动。 b、双叶片摆液压缸。活塞经齿条带动小齿轮使产生回转运动。出轴只能做小于 1800的摆动运动。 学毕业 设计（论文） 23 根据液压缸的诸多分类和液压缸的常用场合，基于多层考虑，我选择了双作用单活塞杆式液压缸。这个液压缸比较适合我的设计。 通用液压缸用途较广，适用于机床、车辆、重型机械、自动控制等机械的液压传动。已有国际 和国际标准规定其安装尺寸。 1）拉杆型液压缸。两端盖和缸筒多采用四根拉杆联接，两端盖为正方形或长方形。 特点：结构简单，制造和安装均较方便，缸筒是用内径经过珩磨的无缝钢管半成品，按行程要求的长度切割。端盖与活塞均为通用件。但这类缸受行程长度、缸内径和额定工作压力的限制。当行程即拉杆长度过长时，安装时容易偏歪，致使缸筒端部泄漏。缸筒内径过大或额定工作压力过高时，由于径向尺寸布置和拆装问题，拉杆直径尺寸受到限制，致使拉杆的拉应力可能超过屈服极限。因此。这类缸通常适用于行程 内径250定工作 压力 0别系列可达 25 2）焊接型液压缸。缸体有杆侧的端盖与缸筒之间为内外螺纹联接、内外卡环、卡圈联接，而后端盖与缸筒常采用焊接联接。 特点：这类缸暴露在外面的零件较少，外表光洁，外形尺寸小，能承受一定的冲击负载和恶劣的外界环境条件。但由于前端盖螺纹强度和预紧时端盖对操作的限制，因此不能用于过大的缸内径和较高的工作压力，缸筒内径常用于 D200定压力 5用于车辆、船舶和矿业等机械上。 3）法兰型液压缸。缸体的两个端盖 均用法螺钉（栓）联接，还有缸底为焊接，而缸前盖法兰联接的结构。 特点：这类缸处形尺寸较大，适用于大、中型液压缸，缸内径通常大于 100定工作压力 540承受较大的冲击负荷和恶劣的外界环境条件，属重型缸，多用于重型机械、治金机械等。 根据我设计的需要及多方面的应用考虑，我选择的是 焊接 型液压缸。这类液压缸比较复合我设计的液压主缸的各方面需求。 如图 3示液压主缸整体结构，属于双作用单活塞杆液压缸。主缸通过缸肩与背紧螺母固定在上横梁内部。利用右端的法兰与活动 横梁相连接，当活塞杆往复运动时带动活液压机总体及主缸设计 24 动横梁，从而实液压机的工作。缸体 1 与缸盖 9 利用螺钉连接，活塞 4 通过垫圈 2 和螺母3、活塞杆 7 左端的轴肩进行轴向固定。导向套 8 是利用缸盖 9 固定的。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 01、缸体 2、垫圈 3、螺母 4、活塞 5、密封圈 6、背紧螺母 7、活塞杆 8、导向套 9、缸盖 10、法兰 图 3缸结构图 -1 表 3压缸的参数选取表 液压缸的公称压力系列（ 7938 1987） /10、 16、 25、 压缸内径系列(2348 1993)/、 10、 12、 16、 20、 25、 32、 40、 50、 64、 80、（ 90）、 100、（ 110）、125、（ 140）、 160、（ 180）、 200、（ 220）、 250、（ 280）、 320、（ 360）、400、（ 450）、 500 活塞杆直径系列(2348 1993)/、 5、 6、 8、 10、 12、 14、 16、 18、 20、 22、 28、 32、 36、 40、 45、50、 56、 63、 70、 80、 90、 100、 110、 125、 140、 160、 180、 200、220、 250、 280、 320、 360 活塞行程系列（ 2349 1980） /一系列 25、 50、 80、 100、 125、 160、 200、 250、 320、 400、500、 630、 800、 1000、 1250、 1600、 2000、 2500、 3200、4000 第二系列 40、 63、 90、 110、 140、 180、 220、 280、 360、 450、550、 700、 900、 1100、 1400、 1800、 2200、 2800、 3600 第三系列 240、 260、 300、 340、 380、 420、 480、 750、 850、 950、1050、 1200、 1300、 1500、 1700、 1900、 2100、 2400、2600、 3000、 3400、 3800 注： 1括号内尺寸为非优先选用者。 2活塞行程参数依优先次序按表第一、第二、第三系列选用。 3活塞行程大于 4000，按 321优先数和优先数系中 系选用。如不能满足时，学毕业 设计（论文） 25 允许按 系选用。 已知参 数为，公称压力 3000据表（ 3压缸的参数选取表选取 油缸压力 25程 800 1)缸筒材料 a 材料的选择 1 一般要求有足够的强度和冲击韧性，对焊接的缸筒还要求有良好的焊接性能。根据液压缸的参数、用途和毛坯的来源等可选用下各种材料： 25， 35， 45 等 2538 00 ， 50 ， 1 ； 。 2 缸筒毛坯：普通采用退火的冷拔或热轧无 缝钢管，国内市场上已有内孔经珩磨或内孔精加工，只需按所要求的长度切割无缝钢管，材料有 20， 35， 45， 27 3 对于工作温度低于 液压缸缸筒，必须用 35， 45 号钢，且要调质处理。 4 与端盖焊接的缸筒，使用 35 号钢，机械预加工后再调质。不与其他零件焊接的缸筒，使用调质的 45 号钢。 5 较厚壁的毛坯仍用铸件或锻件，或用厚钢板卷成筒形，焊接后退火，焊缝需用 X 光射线或磁力探伤检查。 综合各个因素和已知参数缸筒的材料选用为 45 号锻钢。 b 缸筒材料的抗拉强 度为， 600 s 缸筒耐压材料屈服强度， 340b、对缸筒的要求 1 有足够的强度，能长期承受最刘工作压力及短期动态试验压力而不致产生永久变形。 2 有足够的刚度，能承受活塞侧向力和安装的反作用力而不致产生弯曲。 3 内表面与活塞密封件及导向环的摩擦力作用下，能长期工作而磨损少，尺寸公差等级和形位公差等级足以保证活塞密封件的密封性。 4 需要焊接的缸筒不要求有良好的可焊性，以便于工作在焊上法兰或管接头后不至于产生裂纹或过大的变形。 液压机总体及主缸设计 26 总之，缸筒是液压缸的主要零 件，它与缸盖、缸底、油口等零件构成密封的容腔，用以容纳压力油液，同时，它还是活塞的运动 “轨道 ”。设计液压缸缸筒时，应该正确确定各部分的尺寸，保证液压缸有足够的输出力、运动速度和有效行程，同时还必须具有一定的强度，能足以承受液压力、负载力和意外的冲击力；缸筒的内表面应具有合适的配合公差等级、表面粗糙度和形位公差等级，以保证液压缸的密封性、运动平稳性和耐用性。 根据我设计的需要及多方面的应用考虑，我选择的缸筒材料是 45 号钢。这种材料的综合性能比较复合我设计的液压主缸的各方面需求。 2）钢筒和缸盖的技术要求 对钢 筒的技术要求如下： 1 缸筒内径一般采用 配合，表面粗糙度 衍磨或滚压。在钢筒入口处为了装配时不损坏密封件，钢筒内径应加工成 15的坡口。 2 内径 D 的椭圆度、圆锥度不大于公差的一半。 3 缸孔轴线的弯曲度在 500大于 4 端面对轴线的不垂直度在直径 100大于 为防止缸筒腐蚀和提高寿命，可在缸筒内表面镀 的硬络，在进行研磨抛光。缸筒外表面应涂耐油漆。 对缸盖的技术要求如下： 两端面对轴线的不垂直度在 100不大 于 3)缸筒参数计算 a、缸筒内径 当液压缸的理论作用力 F 及供油压力0 回油压力0为回油直接通油箱，0p=0,则缸筒内径 D 为： D=/4 (3其中，机械效率 m 的取值可根据密封形式来确定，通常橡胶密 封时取 m=000000N；缸筒的内径为 : D= ) 0 0 0 0 0 )3 0 0 0 0 0 04( = m） 液压缸内径尺寸为 400p供油压力， 学毕业 设计（论文） 27 F分别为液压缸的公称压力， N。 b、缸筒壁厚 缸筒壁厚 为： = 0 +c1+ (3关于0的值，可按下列情况进行计算： 当 ，可用实用公式： m a a 3 3 22 5 4 0 02 . 3 1 2 0 / 3 2 5M P a m mN m m M P a =56筒壁厚 =56 （ c1 略不计） 缸筒外径公差余量 蚀余量 D缸筒内径 筒内最高工作压力。 缸筒材料的许用应力， b n (32 6 0 0 / 5 1 2 0 /N m m b 缸筒材料的抗拉强度， n安全系数，通常取 n=5。 c、缸筒壁厚验算 对最终采用的缸筒壁应作四方面的验算 额定工作压力 低于一定极限值，以保证工作安全： 22121()0 . 3 5 (32223 4 0 ( 5 1 2 4 0 0 )0 . 3 5 512 =46 液压机总体及主缸设计 28 或 4412213)( (3经验算合格 同时额定工作压力也应与完全塑性变形压力有一定的比例范围，避免塑性变形的发生