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平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 第 i 页 提供全套毕业设计，欢迎咨询 摘 要 液压传动的基本原理是机械能与液压能的相互转换，液压千斤顶是典型的利用液 压传动的设备，液压千斤顶具有结构紧凑、体积小、重量轻、携带方便、性能可靠等 优点，被广泛应用于流动性起重作业，是维修汽车、拖拉机等理想工具。其结构轻巧 坚固、灵活可靠，一人即可携带和操作，千斤顶是用刚性顶举件作为工作装置，通过 顶部托座或底部托爪在小行程内顶升重物的轻小起重设备。 我国千斤顶产业发展进步较晚，建国以来到改革开放前，我国千斤顶的需求主要 是以工业和国防尖端使用为主。改革开放后，国民经济的快速发展，人民生活水平的 显著提高，拉动了千斤顶的需求。进入上世纪九十年代后，我国千斤顶产业进入快速 发展期，千斤顶需求的增速远高于全球水平。 1990 年以来，全球千斤顶表观消费量以年均 6%的速度增长，而九十年代的十年 间，我国千斤顶表观消费量年均增长率达到 17.73%，是世界年均增长率的 2.9 倍。进 入二十一世纪，我国千斤顶产业高速增长。2000 年2004 年，我国千斤顶消费量从 188 万吨增长到 447 万吨，增加了 2.3 倍，年平均增长率在 27%以上。其中，2001 年， 我国千斤顶表观消费量达到 225 万吨，超过美国成为世界第一千斤顶消费大国。同时， 千斤顶进口也大幅度增加。1998 年，我国千斤顶进口 100 万吨，由此成为世界上最大 的千斤顶进口国。2004 年与 1998 年比，千斤顶进口增长幅度年均达到 27.14%。预计 2005 年，中国千斤顶表观消费量将达到 500 万吨，进口仍将保持在 300 万吨左右。 伴随着千斤顶市场的快速发展，我国千斤顶产量也结束了长期徘徊的局面，实现 了高速增长。我国千斤顶产量从 2000 年的 46 万吨增长到 2004 年的 236 万吨，年平均 增长率在 82.6%，占国内市场需求的比重也由 2000 年的 24.47%提高到 2004 年的 52.80%。 而同期，世界千斤顶产量则仅以 6%左右的速度增长。 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 第 ii 页 从总体上看，我国千斤顶正在经历由规模小、水平低、品种单一、严重不能满足 需求到具有相当规模和水平、品种质量显著提高和初步满足国民经济发展要求的深刻 转变，千斤顶需求将逐步实现自给。 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 第 iii 页 目 录 摘摘 要要.1 第一章第一章:液压千斤顶的基本介绍液压千斤顶的基本介绍 .1 1.1 液压系统分析.1 1.2 液压千斤顶原理图.2 1.3 液压千斤顶的组成.3 1.4 液压千斤顶的分类.3 1.4.1 按结构特征可分为 .4 1.4.2 量具-千斤顶5 1.4.3 其它分类 .5 1.5 液压千斤顶的使用说明.5 1.6 液压千斤顶常见故障排除.6 1.7 千斤顶系统结构分析.7 第二章第二章:液压千斤顶的优缺点及保养液压千斤顶的优缺点及保养 .10 2.1 液压千斤顶的优点.10 2.2 液压千斤顶的缺点.10 2.3 液压千斤顶的维护.11 第三章第三章: 液压千斤顶的机构设计液压千斤顶的机构设计 .12 3.1 结构设计的意义.12 3.2 千斤顶的结构.12 3.2.1 螺旋传动选择 .13 3.2.2 螺纹类型选择 .14 3.3 液压千斤顶活塞部位密封.14 第四章液压千斤顶的计算与说明第四章液压千斤顶的计算与说明.16 4.1 液压缸的设计.16 4.1.1 液压缸的主要形式及选材 .16 4.1.2 液压缸的压力 .16 4.2 液压缸的输出力与输出力.17 4.3 液压缸的输出速度.18 4.3.1 大液压缸的输出速度 .18 4.3.2 液压缸的功率 .18 4.3.3 小液压缸的主要参数计算 .19 4.3.4 小液压缸壁厚及长度的确定 .19 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 第 iv 页 4.3.5 液压缸外径的计算 .20 4.3.6 油口尺寸 .20 4.4 内管设计.21 4.5 外管设计.22 4.6 油缸的壁厚校验.22 4.7 锁母螺纹牙剪切强度校验.23 4.8 锁母螺纹牙的弯曲强度校验.24 第五章第五章 油箱的结构设计及防噪油箱的结构设计及防噪.25 5.1 油箱的结构设计.25 5.2 防噪音问题.26 5.3 他应注意事项.26 第六章第六章 液压油液压油.28 6.1 液压油的分类与牌号划分.28 6.2 液压油的规格、性能及应用.29 6.3 液压油的选用.29 6.4 常见品牌.30 第七章第七章 千斤顶的千斤顶的使用方法使用方法.32 结结 论论.33 参考文献参考文献.34 致致 谢谢.35 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 第 1 页 第一章:液压千斤顶的基本介绍 1.1 液压系统分析 液压系统的主要功能是为千斤顶提供动力，通过换向装置使千斤顶具有上升和下 降的功能。为千斤顶的正常工作提供保证和保护措施。 由于该顶升系统采用单片机控制，并配有压力传感器和光栅位移传感器来检测压 力信号和千斤顶的位移量，所以可通过单片机控制油缸内的压力、进油口的流量和活 塞的运动速度。这样在一般液压系统中常用到的节流阀、调速阀、背压阀、减压阀等 元器件可不必使用到，液压回路得到极大的简化。 在液压油路的进油端设置一个溢流阀，给液压系统提供双重保护。在回油端设置一滤油器，保 证油液清洁，可提高使用寿命。使用二位四通的电磁换向阀改变油路方向。为使液压缸的运动速度 不受载荷变化的影响，保持稳定，我们在油缸的下腔进油口处安装一个平衡阀，该阀不但能保证千 斤顶升降时都处于进油调速状态，同时还具有单向阀的功能，所以无论是停电还是破管时，平衡阀 均能无泄漏的立即将下腔封闭，保证工件不会自由下滑。使千斤顶在停电状态仍能可靠承载。 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 第 2 页 1.2 液压千斤顶原理图 图 1.1 液压千斤顶结构图 液压千斤顶的工作原理如图 1.1 所示，大缸体 3 和大活塞 4 组成举升缸；杠杆手柄 6、小缸体 8、活塞 7、单向阀 5 和 9 组成手动液压泵。活塞和缸体之间保持良好的配 合关系，又能实现可靠的密封。当抬起手柄 6，使小活塞 7 向上移动，活塞下腔密封容 积增大形成局部真空时，单向阀 9 打开，油箱中的油在大气压力的作用下通过吸油管 进入活塞下腔，完成一次吸油动作。当用力压下手柄时，活塞 7 下移，其下腔密封容 积减小，油压升高，单向阀 9 关闭，单向阀 5 打开，油液进入举升缸下腔，驱动活塞 4 使重物 g 上升一段距离，完成一次压油动作。反复地抬、压手柄，就能使油液不断 地被压入举升缸，使重物不断升高，达到起重的目的。如将放油阀 2 旋转 90（在实物 上放油阀旋转角度是可以改变的），活塞 4 可以在自重和外力的作用下实现回程。这 就是液压千斤顶的工作过程。 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 第 3 页 1.3 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（油缸或液压马达） 、控制元件 （各种阀） 、辅助元件和工作介质等五部分组成。 1、动力元件（油泵）:它的作用是把液体利用原动机的机械能转换成液压力能， 是液压传动中的动力部分。 2、执行元件（油缸、液压马达）:它是将液体的液压能转换成机械能。其中，油缸 做直线运动，马达做旋转运动。 3、控制元件:包括压力阀、流量阀和方向阀等，它们的作用是根据需要无级调节液 压动机的速度，并对液压系统中工作液体的压力、流量和流向进行调节控制。 4、辅助元件: 除上述三部分以外的其它元件，包括压力表、滤油器、蓄能装置、 冷却器、管件及邮箱等，它们同样十分重要。 5、工作介质: 工作介质是指各类液压传动中的液压油或乳化液，它经过油泵和液 动机实现能量转换。 1.4 液压千斤顶的分类 千斤顶是一种用钢性顶举件作为工作装置，通过顶部托座或底部托爪在行程内顶 升重物的轻小起重设备！ 作为一种传统顶举重物的工具，千斤顶在建筑、铁路、医疗、汽车维修等各领域 均得到了广泛的应用。目前，在生产实践中使用着以下各种各样的千斤项:在建筑领域 中应用的千斤顶主要有钢绞线千斤顶、松卡式千斤顶、穿心式千斤顶、掩护支架平衡 千斤顶、预应力前卡式千斤顶、预应力张拉式千斤顶，窄空间小吨位千斤顶等；在汽 车运输维修部门应用的千斤顶有螺旋千斤顶、液压千斤顶、充气千斤顶等；在医疗卫 生部门应用的有 x 线刀机械微调千斤顶；除此以外还有应用在其他领域的一些千斤顶。 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 第 4 页 1.4.1 按结构特征可分为 1、螺旋千斤顶： 由人力通过螺旋副传动，采用螺杆或由螺杆推动的升降套筒作为刚性顶举件的千 斤顶。螺旋式千斤顶是千斤顶的一种，普通螺旋千斤顶靠螺纹自锁作用支持重物，构 造简单，但传动效率低，返程慢。自降螺旋千斤顶的螺纹无自锁作用，但装有制动器。 放松制动器，重物即可自行快速下降，缩短返程时间，但这种千斤顶构造较复杂。螺 旋千斤顶能长期支持重物，最大起重量已达 100 吨，应用较广。下部装上水平螺杆后， 还能使重物作小距离横移。螺旋千斤顶为进一步降低外形高度和增大顶举距离，可做 成多级伸缩式的。 螺旋式千斤顶广泛应用于工厂、货栈、码头、电站、伐木场等场合，是起升搬运 物品，最理想的起重设备之一。 2、齿条千斤顶： 也叫齿条顶升器 。采用齿条作为刚性顶举件的千斤顶。齿条式千斤顶由齿条、齿 轮、手柄等组成，在承载齿条的上方有一转动头，用来放置被举升的载荷。使用时， 只要摇动手柄，齿便带动齿条上升或下降，从而实现重物的上升或下降。有时被举升 的载荷也可以放在侧面的凸耳上，但在此情况下，由于齿条受着偏心载荷，所以其允 许的举重量只能是额定举重量的一半。为了支持其所举起的载荷，防止由于自重的降 落应装有安全摇柄装置。起重量一般不超过 20 吨，可长期支持重物，主要用在作业条 件不方便的地方或需要利用下部的托爪提升重物的场合，如铁路起轨作业。 3、液压千斤顶: 由人力或电力驱动液压泵，通过液压系统传动，用缸体或活塞作为顶举件。液压 千斤顶可分为整体式和分离式。整体式的泵与液压缸联成一体；分离式的泵与液压缸 分离，中间用高压软管相联。液压千斤顶结构紧凑，能平稳顶升重物，起重量最大达 1000 吨，行程 1 米，传动效率较高，故应用较广；但易漏油，不宜长期支持重物。 如 长期支撑需选用自锁千斤顶，螺旋千斤顶和液压千斤顶为进一步降低外形高度或增大 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 第 5 页 顶举距离，可做成多级伸缩式。 液压千斤顶除上述基本型式外，按同样原理可改装成 滑升模板千斤顶、液压升降台、张拉机等，用于各种特殊施工场合。 1.4.2 量具-千斤顶 按 jb3411.58-99 标准制造, 用于检测零部件时的支承，产品分别为钢件和铸铁 1.4.3 其它分类 按其它方式分类可分类为分离式千斤顶，卧式千斤顶，爪式千斤顶，同步千斤顶， 油压千斤顶，电动千斤顶等！ 1.5 液压千斤顶的使用说明 1、液压千斤顶在顶升作业时，要选择合适吨位的液压千斤顶：承载能力不可超负 荷，选择液压千斤顶的承载能力需大于重物重力的 1.2 倍；液压千斤顶最低高度合适， 为了便于取出，选用液压千斤顶的最小高度应与重物底部施力处的净空相适应，起落 过程中垫枕木支持重物时，液压千斤顶的起升高度要大于枕木厚度与枕木变形之和。 2、液压千斤顶在使用前应擦拭干净，并应检查各部件是否灵活，有无损伤，在有 载荷时切忌将快速接头卸下,以免发生事故及损坏部件。 3、使用液压千斤顶时，应先将重物先试顶起一部分，仔细检查液压千斤顶无异常 后，再继续顶升重物。若发现垫板受压后不平整、不牢固或液压千斤顶有倾斜时，必 须将液压千斤顶卸压回程，及时处理好后方可再次操作。 4、在顶升过程中，应随重物的不断上升及时在液压千斤顶下方铺垫保险枕木架， 以防液压千斤顶倾斜或引起活塞突然下降而造成事故，下放重物时要逐步向外抽出枕 木，枕木与重物间的距离不得超过一块枕木的厚度，以防意外！ 5、若重物的顶升高度需超出液压千斤顶额定高度时，需先在液压千斤顶顶起的重 物下垫好枕木，降下液压千斤顶，垫高其底部，重复顶升，直至需要的起升高度。 6、液压千斤顶不可作为永久支承设备。如需长时间支承，应在重物下方增加支承 部分，以保证液压千斤顶不受损坏。 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 第 6 页 7、若顶升重物一端只用一台液压千斤顶时，则应将液压千斤顶放置在重物的对称 轴线上，并使液压千斤顶底座长的方向和重物易倾倒的方向一致。若重物一端使用两 台液压千斤顶时，其底座的方向应略呈八字形对称放置于重物对称轴线两侧 1.6 液压千斤顶常见故障排除 1、重载时顶杆不能升起。当千斤顶顶到某一高度后, 顶杆就不再升高这表明千斤 顶内缺少工作油, 应予补足。 4、顶杆抖动。这说明回油阀关闭不严, 可将回油阀针再向里拧紧一些。若仍不能 顶起, 且压杆周围漏油, 则为顶杆密封圈损坏, 应予更换。若不能顶起且压杆周围也无 漏油, 再检查回油阀和进油阀门能否关严包括压杆筒体端面接合处的密封垫圈情况若上 述均无异常, 则为顶杆密封圈损坏或其固定螺打松动, 应予更换或拧紧。 3、空载时顶杆就不能升起。首先检查千斤顶的油量,不足时应添加。若千斤顶不缺 油可将千斤顶回油阀针松开, 拆下加油孔油塞, 然后用脚踩住千斤顶底座, 双手向上拔 起顶杆再压下去, 如此反复拔、压顶杆几次, 以排除空气若做完上述检查后, 拧紧加油 孔油塞和回油阀, 再试空顶若此时顶杆仍不能上升, 应将千斤顶放平, 拆去回油阀, 检 查阀与座的接触情况是否良好, 若有脏物, 应予清除若有坑、槽、不平应予更换。最后 检查进油阀门是否密封良好,顶杆密封圈有无损坏或脱落, 若有则及时更换。 4、漏油。千斤顶的漏油部位多在座与筒体结合处、顶杆周围、回油阀的锁紧螺纹 处、加油孔的固定油塞处、压杆周围等。漏油原因多为密封垫圈损坏必须及时更换 1.7 千斤顶系统结构分析 由于千斤顶的外形尺寸较大，需承受的较大的冲击载荷，所以初步拟定采用了法 兰型液压缸的结构原型，并在此基础上针对液压千斤顶的使用特性进行调整。 为了适应复杂工作表面的工件，千斤顶的工作台与活塞杆应采用转动连接副相连。 当顶升系统工作时，液压千斤顶工作台可随工件表面形状进行自由转动调节，所以设 计时将活塞杆顶部插入球头，与工作台形成转动副。如图 1-2 所示。球头与活塞杆采 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 第 7 页 用紧固螺钉固定。 为了能使顶升系统能够提供长时间而稳定的支撑力，采用锁母来提供机械支撑， 当活塞上升时，锁母随其同步上升，到达预定位置后，活塞停止上升，再将锁母旋到 螺纹底部，这时通过千斤顶箱体对锁母的支撑使得工作台所受载荷全部转变为锁母和 活塞杆之间的梯形螺纹所受到的切应力。这样即使是在油压压力不足或掉电的情况下 也能稳定的承载重物。 由于光栅尺的尺寸较长，只能将活塞和活塞杆做成中空状来放置光栅传感器。这 样活塞与活塞杆之间就不宜采用螺母紧固，为方便起见，我们将活塞和活塞杆合为一 体，材料同为 45 号钢。工作时发光元件与光敏元件随活塞作同步运动，光栅尺下端固 定在底盖上不动，光源与光栅尺的相对位移量通过读数头转化为数字信号传递给单片 机。 图 1.2 千斤顶的工作台与活塞之间的连接 由于千斤顶的行程较长，达 400mm，当工作台旋转一个角度去承载重物时容易产 生较大的弯曲力矩使活塞杆折断。所以有必要设计一个支撑套进行保护。支撑套与油 缸壁之间采用通孔螺钉紧固。 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 第 8 页 图 1.3 液压缸底盖的固定方式 由于光栅传感器放在千斤顶内部，考虑到其信号线的连接问题，我们将油缸底盖 与千斤顶底座之间留有一定空间。为了方便装卸，不宜将底盖与油缸焊接。经过多方 面的考虑，比较了多种方案后，采用了如图 1.3 所示的方法固定底盖。 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 第 9 页 第二章:液压千斤顶的优缺点及保养 2.1 液压千斤顶的优点 1、体积小、重量轻，例如同等功率液压马达的重量只有电动机的 10%20%，因此惯 性力较小。 2、能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度，并可实现无级调速，且速度范围最大可 达 1:2000（一般为 1:100）. 3、转向容易，在不改变电机旋转方向的情况下，可以较方便地实现工作机构旋转和直 线往复运动的转换。 4、液压泵和液压马达之间用油管连接，在空间布置上彼此不受严格限制。 5、由于采用油液为工作介质，元件相对运动表面间能自行润滑，磨损小，使用寿命长。 6、操纵控制简便，自动化程度高。 7、容易实现过载保护。 8、液压元件实现了标准化、系列化、通用化，便于设计、制造和使用。 2.2 液压千斤顶的缺点 1、使用液压传动中的泄露和液体可压缩性使传动比无法保证严格的传动比。 2、液压传动有较高的能量损失（泄漏损失，摩擦损失等） ，故传动效率不高，不易做 远距离传动。 3、液压故障不容易找出原因。 4、对液压元件制造精度要求高，工艺复杂，成本较高。 5、液压元件维修较复杂，且需有较高的技术水平。 6、液压传动对油温变化较敏感，这会影响它的工作稳定性，因此液压传动不宜 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 第 10 页 2.3 液压千斤顶的维护 1、液压千斤顶使用时底部要垫平整、坚韧。无油污的木板以扩大承压面，保证安全。 不能用铁板代替木板，以防滑动。 2、起升时要求平稳，重物稍起后要检查有无异常情况，如无异常情况才能继续升顶。 不得任意加长手柄或过猛操作。 3、不超载、超高。当套筒出现红线时，表明已达到额定高度应停止顶升。 4、数台液压千斤顶同时作业时，要有专人指挥，使起升或下降同步进行。相邻两台液 压千斤顶之间要支撑木块，保证间隔以防滑动。 5、使用液压千斤顶时要时刻注意密封部分与管接头部分，必须保证其安全可靠。 6、液压千斤顶不适用于有酸、碱或腐蚀性气体的场所。 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 第 11 页 第三章: 液压千斤顶的机构设计 3.1 结构设计的意义 机械结构设计就是将抽象的工作原理变成技术图样的过程。在此过程中要兼顾各 种技术、经济和社会要求，并且应设计出尽可能多的可能性方案，从中优选或归纳出 经济合理的方案。 结构设计是将抽象的工作原理具体化为某类或构件零部件的图样，然后进一步确 定它们的加工工艺、材料、几何尺寸、公差等；寻找所选方案中的缺陷和薄弱环节， 对照各种要求、限制，反复改进。进行强度、刚度以及各种功能的指标验算；绘制装 配图和零件图；编写计算说明书。 3.2 千斤顶的结构 图 3.1 液压千斤顶的结构 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 第 12 页 液压千斤顶结构如图 3.1 所示。工作时通过上移 6 手柄使 7 小活塞向上运动从而形 成局部真空，油液从油箱9 单向阀被吸入小油缸，然后下压 6 手柄使 7 小活塞下压， 把小油缸内的液压油通过 10 单向阀压入 3 大油缸内，从而推动 2 大活塞上移，反复动 作顶起重物。通过 1 调节螺杆可以调整液压千斤顶的起始高度。使用完毕后扭转 4 回 油阀杆，连通 3 大油缸和油箱，油液直接流回油箱，2 大活塞下落。大活塞下落速度取 决与回油阀杆扭转程度。 千斤顶最大起重量是其最主要的性能指标之一。千斤顶在工作过程中，传动螺纹 副承受主要的工作载荷，螺纹副工作寿命决定千斤顶使用寿命，故传动螺纹副的设计 最为关键，其设计与最大起重量、螺纹副材料、螺纹牙型以及螺纹头数等都有关系。 3.2.1 螺旋传动选择 根据螺纹副摩擦性质不同，可分为滑动螺旋传动、滚动螺旋传动和静压螺旋传动。 1、滑动螺旋传动的特点： 结构简单，加工方便，成本较低，易于自锁，传动平稳，摩擦阻力大，传动效率 低（仅在 0.30.6 之间），螺纹有侧向间隙，反向时有空行程，定位精度和轴向刚度较 差，磨损快。 2、滑动螺旋的应用举例：金属切削机床的进给、分度机构的传动螺旋，摩擦压力机、 千斤顶的传力螺旋，所以螺旋千斤顶选择滑动螺旋副。 3.2.2 螺纹类型选择 滑动螺纹副常采用梯形螺纹、锯齿形螺纹或矩形螺纹等。梯形螺纹应用最广。锯 齿形螺纹主要用于单向受力。矩形螺纹虽传动效率高，但加工比较困难，且强度较低， 应用较少。 1、梯形螺纹的特点： 牙型角 =30，螺纹副的大径和小径处有相等的径向间隙。牙根强度高，螺纹的工 艺性好；内外螺纹一锥面贴合，对中性好，不易松动；采用整体式螺母。 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 第 13 页 2、应用举例：用于传力螺纹和传动螺旋如载重螺旋式起重机、千斤顶。 千斤顶选择梯形螺纹、右旋，因为要求有自锁性所以选择单线螺纹以达到 自锁要求。 3.3 液压千斤顶活塞部位密封 图 3.2 液压千斤顶活塞部位密封 在大活塞与大油缸配合部位采用的尼龙碗形密封件与o型密封圈组合而成的组合密 封装置由于橡胶具有良好的弹性, 受力后易于变形, 能及时迫使尼龙碗的唇边与缸壁贴 合, 起良好的密封作用。缺点如图3.3 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 第 14 页 图3.3 液压千斤顶活塞部位密封缺点 密封圈处在小孔口, 缸中的超高压工作油在限位孔处存在极大的压力差, 会 使密封圈在此处遭受极大的撕拉作用, 从而产生损伤, 形成轴向沟痕。此沟痕随着 起重物的加重、限位孔直径的增大以及超越限位孔次数的增多而变大加深, 最终会破坏 了密封圈的密封性能, 致使活塞不能推动重物上升。为此, 要求密封圈材质的强度要高, 由于面柱面与面柱面的配合始终存在一定误差，为了避免因为油液单独进入一边 空隙造成压力不平衡而引起活塞卡死现象可以在活塞与大油缸配合的活塞头上可以适 当开辟油沟，平衡各边压力。 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 第 15 页 第四章液压千斤顶的计算与说明 4.1 液压缸的设计 4.1.1 液压缸的主要形式及选材 液压缸能将液压能转换为机械能，用来驱动工作机构作直线运动或摆动运动。它 是液压执行元件。液压缸由于结构简单，工作可靠，除单个使用外，还可几个组合或 与杠杆、连杠、齿轮齿条、棘轮棘爪、凸轮等其他机构配合，实现多种机械运动，因 此应用十分广泛。 液压缸有多种类型。按结构特点可分为活塞式、柱塞式和组合式三大类；按作用 方式又可分为单作用式和双作用式两种。 由于液压缸要承受较大压强，故液压缸采用：45 号钢活塞式单作用液压缸。 4.1.2 液压缸的压力 1、额定压力 n p 也称为公称压力，是液压缸能用以长期工作的最高压力。油液作用在活塞单位面 积上的法向力图 4.1。单位为 pa，其值为: （4-1）pa a g pn 54 1098 . 3 )2 . 02 . 014 . 3 (105 图 4.1 液压缸的计算简图 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 第 16 页 式中：为活塞杆承受的总负载；a 为活塞的工作面积。 l f 上式表明，液压缸的工作压力是由于负载的存在而产生的，负载越大，液压缸的 压力也越大。 表 4.1 为国家标准规定的液压缸公称压力系列。 表 4.1 液压缸公称压力 a mp 0.40.6312.546.31016202531.5 2、工作压力 p： 由于活塞的重力大约在 g=10 n 左右，要远比物体的重力小，所以可以忽略不计。 所以： (4-2)agg a f p l / )( papn pa 5 5 4 1098 . 3 1098168 . 3 )2 . 02 . 014 . 3 (10001 . 5 （3）最高允许压力：也称试验压力，是液压缸在瞬间能承受的极限压力。通 max p 常为 (4-3)papnp 5 max 1098 . 3 5 . 15 . 1 mpa pa 6 . 0 1097 . 5 5 4.2 液压缸的输出力与输出力 （1）液压缸的理论输出力 f 出等于油液的压力和工作腔有效面积的乘积，即 nagpaf 4 105 由于液压缸为单活塞杆形式，因此两腔的有效面积不同。所以在相同压力条件下 液压缸往复运动的输出力也不同。由于液压缸内部存在密封圈阻力回油阻力等，故液 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 第 17 页 压缸的的实际输出力小于理论作用力。 （2）液压缸的理论输入力： （4-4）naaff 2224 21 1052 . 002 . 0 105）（ 出入 式中:a1表示小液压缸的横截面积,0.02(m) 表示小液压缸的半径 ,a2表示大液压缸 的横截面积,0.2(m) 表示大液压缸的半径。 4.3 液压缸的输出速度 4.3.1 大液压缸的输出速度 （4-5）min/03 . 0 01 . 0 3 . 010 2 1 m a nsa a q v （4-6）min/10768 . 3 )02 . 0 (14 . 3 3 . 010 32 1 lnsaq 式中：v 为液压缸的输出速度；q 为输入液压缸工作腔的流量；a2为大液压缸工 作腔的有效面积；a1表示小液压缸的横截面积；n =10 表示小液压缸每分钟回程 10 次； s=0.3 m 表示小液压缸工作行程为 300 mm （2） 速比 v （4-7） 2 1 1 2 a a v v v 式中：v1为活塞前进速度；v2为活塞退回速度；a1为活塞无杆腔有效面积；a2 为活塞有杆腔有效面积。 速度不可过小，以免造成活塞杆过细，稳定性不好。其值如表 4.2 示： 表 4.2 液压缸往复速度比推荐值 工作压力 p/mpa 10 1.252020 往复速度比 v 1.331.46220 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 第 18 页 4.3.2 液压缸的功率 （1）输出功率 p0：液压缸的输出为机械能，单位 w。其值为： （4-8）wfvp150003 . 0 105 4 0 式中：f 为作用在活塞杆上的外负载；v 为活塞平均运动速度。 （2）输入功率：液压缸的输入为液压能。单位为 w，它等于压力和流量的乘积， i p 即： （4-min/10768 . 3 )02 . 0 (14 . 3 3 . 010 32 1 lnsaq 9） （4-10）wpqpi 3 . 150010768 . 3 1098168 . 3 35 式中：p 为大液压缸的工作压力； q 为大液压缸的输入流量； 由于液压缸内存在能量损失（摩擦和泄露等） ，因此，输出功率小于输入功率。 4.3.3 小液压缸的主要参数计算 （1）小液压缸的输出力等于大液压缸的输入力, 即： （4-11）nf500 （2）小液压缸的流速为： （4-12）min/303 . 0 00)(mvaav 大小大 （3）小液压缸的流量为： （4-13）min/10768 . 3 )02 . 0 (14 . 3 3 . 010 32 1 lnsaq 表 4.3 液压缸主要参数值 半径（）mm壁厚（）mm材料类型 202ht200单作用活塞式 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 第 19 页 4.3.4 小液压缸壁厚及长度的确定 1、液压缸的长度一般由工作行程长度确定，但还需要注意制造工艺性和经济性， 一般 lv 内，完全满足要求。 4.6 油缸的壁厚校验 油缸的额定压力应低于一定极限： n p （4-25） 2 1 22 1 )( 35 . 0 d dd p s n 式中：pn额定工作压力； d1油缸外径，本次为 175mm； 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 第 22 页 d油缸内径，本次为 147mm； s油缸材料屈服强度。 油缸的材料为 45 号钢，查表可得；a360 s mp 由此可知上式 ；a094.37mp右边 液压缸最大工作载荷为 20t，面积为 7077.56mm2 （4-26） mpampa dd w s w pn094.37656.28 4max 2 2 1 max 其中：wmax 为最大工作载荷，本次为 200000n。 经校验，油缸壁所受压力在许可范围之内。 4.7 锁母螺纹牙剪切强度校验 螺纹牙的剪切应力： （4-27） dbu f 式中：f 为千斤顶的最大载荷，本次为 200000n； d 为公差直径； b 为螺纹牙根部宽度； u 为旋合圈数； 为材料许用剪切应力 锁母内螺纹的公差直径 d 设为 160mm， 查表可得： p(螺距)=16mm， 梯形螺纹牙根宽度 b=0.65p=10.4mm。 锁母高度 h 为 48mm，旋合圈数 u=h/p=3 锁母材料为 45 号钢，查表可知这种材料的屈服极限 s为 240mpa， 许用应力： 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 第 23 页 （4-28） a604 s mp 材料许用剪切应力： （4-29） a366 . 0mp 将以上数据代入式中，得： (4-30)a36a76.12mpmp 经检验，锁母的螺纹牙根的剪切强度在许用范围之内。 4.8 锁母螺纹牙的弯曲强度校验 螺纹牙的弯曲应力： (4-31) bb udb fi 2 * 6 式中：i*为弯曲力臂; b为许用弯曲应力。 锁母内螺纹的公差直径 d 为 160mm，查表可知螺纹中径 d2为 152mm 弯曲力臂： (4-32)mmddi42)( 2 * 许用弯曲应力： (4-33) a722 . 1mp b 经计算得： (4-34)mpampa b 7244.29 经校验螺纹牙的弯曲强度在许用范围之内。 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 第 24 页 第五章 油箱的结构设计及防噪 进行油箱结构设计时，首先要考虑的是油箱的刚度，次要考虑便于换油和清油箱 以及安装和拆卸油泵其装置，当然，也要考虑到经济效益，降低造价、便于密封等条 件，就应该对油箱的结构设计尽量简单。 5.1 油箱的结构设计 1、油箱体 油箱体一般由 a3 钢板焊接而成，取钢板厚度 36mm，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，本次油箱设计也用固定式。油箱侧壁上安装油位指示器，电加热 器和冷却器，油箱底面和基础面的距离一般为 150200mm，油箱下部焊接底脚，其 厚度为油箱侧壁厚度的 23 倍。中小型油箱箱体侧壁为整块钢板，大型油箱在隔板垂 直的一个侧壁上常常开清洗孔，以便于清洗油箱。本次焊接的方式吧油箱与两个液压 缸的外表面焊接在一起。 2、油箱隔板 为了使吸油区和压油区分开，便于回油中杂质的沉淀，油箱中常设置隔板。隔板 的安装方式主要有两种，回油区的油液按一定方向流动，即有利于回油中的杂质和气 泡的分离，又有利于散热。有些回油经隔板上方溢流至吸油区，或经过金属网进入吸 油区，更有利于杂质及气泡的分离。隔板的位置，一般使吸油区的容积为油箱容积的 1/21/3，隔板的高度约为最低油面的 1/2（或油液面的 3/4） ，隔板的厚度等于或稍大 于油箱侧壁厚度。 3、油箱盖 油箱盖多用铸铁或钢板两种材料制造。在油箱盖上应考虑下列通孔：吸油管孔， 回油箱孔、通大气孔（孔口应有空气滤清器或气体过滤装置） 、测温孔带有滤油网的注 油口，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 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 第 25 页 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 34 倍。由于本设计不用泵， 所以不用集成片。 4、油箱底部 油箱底部一般为倾斜状，以便于排油，底部最低处有排油口，要注意排油口与基 础面的距离一般不得小于 150mm。焊接结构油箱，箱底用 a3 钢板，其厚度等于或稍 大于箱体侧壁钢板的厚度。 5.2 防噪音问题 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， 以泵站为首，因此，进行油箱设计时，应从以下几个方面着手减轻噪音： 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、箱体与箱盖间增加防震橡皮垫； 3、用地脚螺栓将油箱牢固定在基础上； 4、吸油区与回油区之间增设一层 60100 的金属网，以及方便分离回油油液中的 气泡； 5、油泵排油口用橡胶软管与阀类元件相连接； 6、回油管接头振动噪音较大时，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。 5.3 他应注意事项 1、吸油管端部的滤油器与油箱底面的距离不小于 20mm，在条件允许的时候，油 箱盖的吸油管孔应比滤油器的直径稍大，以便对滤油器进行清洗与更换； 2、吸油管、回油管都应插入最低油以下，管端一般斜切 45，并使斜面向着油箱 侧壁。管口与箱底，箱壁的距离均不得小于管径的 3 倍。池油管一般不插入油口。 3、大型油箱的箱体与箱盖应有加强簕，以保证刚度。 4、油箱内部应涂耐油防锈漆。 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 第 26 页 第六章 液压油 6.1 液压油的分类与牌号划分 液压油的种类繁多，分类方法各异，长期以来，习惯以用途进行分类，也有根据 油品类型、化学组分或可燃 图 6.1 液压油 性分类的。这些分类方法只反映了油品的挣注，但缺乏系统性，也难以了解油品 间的相互关系和发展。而且每个液压油生产公司都有自己不同的命名方法，例如壳牌 得力士（tellus）s4 m，“s4”代表液压油的级别，除了“s4”还有“s3”和“s2”等级别，数 字越高品质越好；“m”代表适用场合为“manufactory”，也就是室内工厂的意思。液压 油按照用途分为：普通抗磨液压油，防锈、抗氧化、抗磨液压油，宽温液压油以及抗 燃液压油。 1982 年 iso 提出了润滑剂、工业润滑油和有关产品-第四部分 h 组 分类，即 iso 6743/4 一 1982，该系统分类较全面地反映了液压油间的相互关系及其发 展。gb 7631.2 一 87 等效采用s0 6743/4 的规定。液压油采用统一的命名方式，其一 般形式如下： 类品种数字 l hv 22 其中：l-类别(润滑剂及有关产品，gb7631.1) hv-品种(低温抗磨) 22-牌号(粘度级，gb3141) 液压油的粘度牌号由 gb 3141 做出了 规定，等效采用 iso 的粘度分类法，以 40c 运动粘度的中心值来划分牌号。 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 第 27 页 6.2 液压油的规格、性能及应用 在 gb/t7631.2 一 87 分类中的 hh、hl、hm、hr、h、hg 液压油均属矿油型 液压油，这类油的品种多，使用量约占液压油总量的 85%以上，以下分别介绍其规格、 性能及其应用。 1、hh 液压油按 gb 7631.2 一 87 分类，hh 液压油是一种不含任何添加剂的矿物 油。这种油虽然己列入分类之中，但是在液压系统中己不使用。因为这种油安定性差、 易起泡，在液压设备中使用寿命比较短。2.hl 液压油(也称通用型机床工业用润滑油) l 规格 hl 液压油是由精制深度较高的中性基础油，增加抗氧和防锈添加剂制成 的。hl 液压油按 40c 运动粘度可分为 15、 22、32、46、68、100 六个牌号。 2、用途 hl 液压油主要用于对润滑油无特殊要求，环境温度在 oc 以上的各类机 床的轴承箱、齿轮箱、低压循环系统机械设备循环系统的润滑。 3、它使用时注意事项 1）要保持液压系统的清洁，及时清除油箱内的油泥和金属屑。 2）按换油参考指标进行换油，换油时应将设备各部件清洗干净，以免杂质等混入 油中，影响使用效果。 3）储存和使用时，容器和加油工具必须清洁，防止油品被污染。 4）这种油品主要适用于钢-钢摩擦副的液压油泵。 5）hr、hg 液压油 hr 液压油是在环境温度变化大的中低压液压系统中使用的液 压油。 6）h、hs 液压油(低温液压油) 6.3 液压油的选用 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： 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 第 28 页 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，千斤顶应该选用千斤顶专用液压油。 6.4常见品牌 液压油的品牌很多，为大家介绍下世界排名前十的品牌液压油。 1、壳牌 shell (始创于 1907 年英国与荷兰组建,全球 500 强企业,荷兰最大的化工产 品经营者之一,英荷皇家壳牌集团) 2、长城润滑油 (中国驰名商标,中国名牌,润滑油十大品牌,国内最大的高档润滑油 专业产销集团之一,中国石化润滑油公司) 4、昆仑润滑油 (中国名牌,中国驰名商标,中国石油天然气股份有限公司的直属企 业,行业著名品牌,中国石油润滑油公司) 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书 第 29 页 5、美孚 mobil (始创于 1882 年美国,世界第二大型石油企业,大型跨国集团公司,世 界著名品牌,埃克森美孚(中国)投资公司) 6、统一润滑油 (中国驰名商标,中国名牌产品,中国最具影响力品牌之一,大型集团 公司,壳牌统一(北京)石油化工有限公司) 7、道达尔 total (始创于 1920 年法国,全球第五大石油与天然气一体化上市公司,全 球 500 强企业,道达尔(中国)有限公司) 8、嘉实多 castrol (始创于 1899 年英国,全球最好的润滑油品牌之一,大型跨国集团 公司,世界著名品牌,嘉实多中国有限公司) 9、bp 润滑油 (全球 500 强企业,世界上最大的能源公司之一,大型跨国公司,润滑油 十大品牌,碧辟(中国)投资有限公司) 10、雪佛龙 chevron (始创于 1879 年美国,十大润滑油品牌,行业著名品牌,世界最大 的全球能源公司之一,美国雪佛龙公司) 11、韩泰润滑油(韩泰轮胎投资控股、都是韩国株式会社旗