上料机液压系统设计(毕业论文+全套CAD图纸)(答辩通过)

充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 镇 江 高 专 ZHENJIANG COLLEGE 毕 业 设 计 说 明 书 上料机液压系统设计 Feeder hydraulic system design 系 名： 机械系 专业班级： 机电 W071 学生姓名： 王大伟 学 号： 070108137 指导教师姓名： 戴月红 指导教师职称： 讲师 二 一二年 六月 1 目 录 摘要 3 引言 5 第一章 上料机的液压系统设计 6 1.1 设计要求 6 1.2 负载分析 6 1.2.1 工作负载 6 1.2.2 摩擦负载 6 1.2.3 惯性负载 7 1.3 负载图和速度图的绘制 8 1.4 液压缸主要参数的确定 9 1.4.1 初选液压缸的工作压力 9 1.4.2 计算液压缸的尺寸 9 1.4.3 活塞杆稳定性校核 10 1.4.4 求液压缸的最大流量 10 1.4.5 绘制工况图 11 1.5 液压系统图的拟定 12 1.6 液压元件的选用 13 1.6.1 确定液压泵的型号及电动机功率 13 1.6.2 选择阀类元件及辅助元件 14 1.7 液压系统的性能验算 15 1.7.1 压力损失及调定压力的确定 15 1.7.2 系统的发热与温升 17 第二章 液压缸 18 2 2.1 液压缸的介绍 18 2.2 液压缸主要参数的确定 20 2.2.1 液压缸工作压力 20 2.2.2 液压缸的长度和壁厚的确定 20 2.2.3 液压缸进出油口尺寸的计算 21 2.3 液压缸的结构设计 21 2.3.1 液压缸的连接 21 2.3.2 活塞与缸体的密封形 式 22 2.3.3 液压缸的辅助设置 22 2.4 液压缸零件的技术要求 23 2.4.1 活塞杆 23 2.4.2 缸体 23 2.4.3 活塞 24 结论 25 致谢 26 参考文献 27 3 4 5 上料机液压系统设计 专业班级： 机电 W071 学生姓名： 王大伟 指导教师： 戴月红 职 称： 讲师 摘要 液压作为一个广泛应用的技术，在未来更是有广阔的前景。随着计算机的深入发展，液压控制系统可以和智能控制的技术、计算机控制的技术等技术结合起来，这样就能够在 更多的场合中发挥作用，也可以更加精巧的、更加灵活地完成预期的控制任务。 液压传动是流体传动的一种，其基本原理是在密闭的容器内，利用有压力的油液作为工作介质来实现能量转换和传递动力的。其中的液体称为工作介质，一般为矿物油，它的作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似。 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。 液压传动的优缺点 6 1、液压传动的优点 （ 1）体积小、重量轻，因此惯性力较小，当突然过载或停车时，不会发生大的冲击 ； （ 2）能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度，并可实现无极调速； （ 3）换向容易，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。 2、液压传动的缺点 （ 1）使用液压传动对维护的要求高，工作油要始终保持清洁； （ 2）对液压元件制造精度要求高，工艺 复杂，成本较高； （ 3）液压元件维修较复杂，且需有较高的技术水平； （ 4）用油做工作介质，在工作面存在火灾隐患； （ 5）传动效率低。 关键词 液压缸 活塞杆 验算 供油 调速 Feeder hydraulic system design Abstract The modern machinery general many is mechanical, electrical, hydraulic three closely and combination of a complex structure. Hydraulic drive and mechanical transmission, electrical transmission and classified as three traditional form, hydraulic transmission system design in the modern mechanical design work occupies an important position. So, choose hydraulic transmission subject topics as the graduation design issue is of engineering machinery of various kinds of common choice. Hydraulic transmission technology is not only a theoretical very strong technology, and with the actual production has the close relation. In order to learn such an important technology, in addition to teaching system in teaching, but also can be used as the 7 graduation design teaching, through the theory with practice, to grasp the hydraulic transmission system design skills and methods. Hydraulic transmission of graduation design goal mainly have the following: 1 and comprehensive application of hydraulic drive course and other relevant courses theoretical knowledge and practical knowledge production, hydraulic transmission design practice, is the theoretical knowledge and production practice in close integration with, so that this knowledge to further consolidate, deepen improve and expand. 2 in the design practice, learn and master general hydraulic components, especially the of all kinds of standard component selection principle and method of the loop combination, training design skills, improve the student analysis and the actual production of grafting question ability, the design work for the future lay a good foundation. 3, through the design, further familiar with design data (including design manual, product samples, standards and specification) apply, and improve the calculation, drawing (CAD), and experience the ability to estimate. 4, cultivating their own autonomous learning, practical and team cooperation ability. Key words hydraulic cylinder piston energy supply speed 8 引 言 液压传动控制是工业中经常用到的一种控制方式，它采用液压完成传递能量的过程。因为液压传动控制方式的灵活性和便捷性，液压控制在工业上受到广泛的重视。液压传动是研究以有压流体为能源介质，来实现各种机械和自动控制的学科。液压传动利用这种元件来组成所需要的各种控制回路，再由若干回路有机组合成为完成一定控制功能的传动系 统来完成能量的传递、转换和控制。 从原理上来说，液压传动所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理，就是说，液体各处的压强是一致的，这样，在平衡的系统中，比较小的活塞上面施加的压力比较小，而大的活塞上施加的压力也比较大，这样能够保持液体的静止。所以通过液体的传递，可以得到不同端上的不同的压力，这样就可以达到一个变换的目的。我们所常见到的液压千斤顶就是利用了这个原理来达到力的传递。 液压传动中所需要的元件主要有动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件等。其中液压动力元件是为液压系统产生动力的部件，主要 包括各种液压泵。液压泵依靠容积变化原理来工作，所以一般也称为容积液压泵。齿轮泵是最常见的一种液压泵，它通过两个啮合的齿轮的转动使得液体进行运动。其他的液压泵还有叶片泵、柱塞泵，在选择液压泵的时候主要需要注意的问题包括消耗的能量、效率、降低噪音。 液压执行元件是用来执行将液压泵提供的液压能转变成机械能的装置，主要包括液压缸和液压马达。液压马达是与液压泵做相反的工作的装置，也就是把液压的能量转换称为机械能，从而对外做功。 液压控制元件用来控制液体流动的方向、压力的高低以及对流量的大小进行预期 的控制，以满足特定的工作要求。正是因为液压控制元器件的灵活性，使得液压控制系统能够完成不同的活动。液压控制元件按照用途可以分成压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀。按照操作方式可以分成人力操纵阀、机械操纵法、电动操纵阀等。 除了上述的元件以外，液压控制系统还需要液压辅助元件。这些元件包括管路和管接头、油箱、过滤器、蓄能器和密封装置。通过以上的各个器件，我们就能够建设出一个液压回路。所谓液压回路就是通过各种液压器件构成的相应的控制回路。根据不同的控制目标，我们能够设计不同的回路，比如压力控制回路、速度 控制回路、多缸工作控制回路等。 9 根据液压传动的结构及其特点，在液压系统的设计中，首先要进行系统分析，然后拟定系统的原理图，其中这个原理图是用液压机械符号来表示的。之后通过计算选择液压器件，进而再完成系统的设计和调试。这个过程中，原理图的绘制是最关键的。它决定了一个设计系统的优劣。 液压传动的应用性是很强的，比如装卸堆码机液压系统，它作为一种仓储机械，在现代化的仓库里利用它实现纺织品包、油桶、木桶等货物的装卸机械化工作。也可以应用在万能外圆磨床液压系统等生产实践中。这些系统的特点是功率比较 大，生产的效率比较高，平稳性比较好。 第一章 上料机的液压系统设计 1.1 设计要求 ： 上料机液压系统，驱动它的液压传动系统完成快速上升慢速上升停留快速下降的工作循环。其结构示意图如图 1所示。其垂直上升工作的重力为 N5000 ，滑台的重量为 N1000 ，快速上升的行程为 mm350 ，其最小速度为 smm/45 ；慢速上升行程为mm100 ，其最小速度为 smm/8 ；快速下降行程为 mm450 ，速度要求 smm/55 。滑台采用 V型导轨，其导轨面的夹角为 90 ，滑台与导轨的最大间隙为 mm2 ，启动加速与减速时间均为 s5.0 ，液压缸的机械效率（考虑密封阻力）为 0.91。 上料机示意图如下 ： 10 图 1 上料机的结构示意图 1.2 负载分析 1.2.1 工作负载 NNFF GL 6 0 0 01 0 0 05 0 0 0 1.2.2 摩擦负载 2sin Nf fFF 由于工件为垂直起升，所以垂直作用于导轨的载荷可由其间隙和机构尺寸求得 NFN 120 ,取 1.0,2.0 ff ds ，则有 静摩擦负载 NNfsF 94.3345s i n1202.0 动摩擦负载 NNfdF 97.1645s i n1201.0 1.2.3 惯性负载 加速 NNtvgGF a 05.555.0 045.081.96 0 0 01 减速 NNtvgGF a 26.455.0 0 0 8.00 4 5.081.96 0 0 02 11 制动 NNtvgGF a 79.95.0 008.081.96 0 0 03 反向加速 NNtvgGF a 28.675.0 055.081.96 0 0 04 反向制动 NFFaa 28.6745 根据以上的计算，考虑到液压缸垂直安放，其重量较大，为防止因自重而自行下滑，系统中应设置平衡回路。因此，在对快速向下运动的负载分析时，就不考虑滑台的重量。则液压缸各阶段中的负载如表 1 所示（ 91.0m） 表 1 液压缸各阶段中的负载 工 况 计算公式 总负载 F/N 缸推力 F/N 启 动 FF LfsF 6033.94 6630.70 加 速 FFF afdLF 1 6072.02 6672.55 快 上 FF LfdF 6016.97 6612.05 减 速 FFF afdLF 2 5971.71 6562.32 慢 上 FF fdLF 6016.97 6612.05 制 动 FFF afdLF 3 6007.18 6601.30 反向加速 FF afdF 4 84.25 92.58 快 下 FfdF 16.97 18.65 制 动 FF afdF 5 -50.31 -55.29 1.3 负载图和速度图的绘制 按照前面的负载分析结果及已知的速度要求、行程限制等，绘制出负载图及速度图。 如图 2 所示： 12 图 2 液压缸的负载图及速度图 1.4 液压缸主要参数的确定 1.4.1 初选液压缸的工作压力 根据分析此设备的负载不大，按类型属机床类，所以初选液压缸的工作压力为 2.0MPa。 1.4.2 计算液压缸的尺寸 mmmmADPFA2424251052.61 4 1 5 9.31036.33441036.331020155.6672 按标准取： D=63mm 13 根据快上和快下的速度比值来确定活塞杆的直径： mmddDD86.264555222 按标准取 mmd 25 。 则液压缸的有效作用面积为： 无杆腔面积 22221 17.313.6441 cmcmDA 有杆腔面积 2222222 26.265.23.6441 cmcmdDA 1.4.3 活塞杆稳定性校核 因为活塞杆总行程为 mm450 ，而活塞杆直径为 mm25 ， 101825/4 5 0/ dl ,需进行稳定性校核，由材料力学中的 有关公式，根据该液压缸一端支承一端铰接取末端系数22 ，活塞杆材料用普通碳钢则：材料强度实验值 Paf 8109.4 ，系数 50001 ，柔性系数 851 ， 25.64 dAJrk，因为 1 2 02857221 krl ，所以有其临界载荷kFNNkrlfAkF 15.1 9 7 4 1 325.6450500021110254109.42628221取其安全 系数 4kn时 NNNnFkk 55.6 6 7 229.4 9 3 5 34 15.1 9 7 4 1 3 所以，满足稳定性条件。 1.4.4 求液压缸的最大流量 m i n42.8102731A 363341 Lsmsmvq 快上快上 m i n50.11094.241081017.31A 363341 Lsmsmvq 慢上慢上 14 m i n67.81043.1 4 410551026.26A 363342 Lsmsmvq 快下快下 1.4.5 绘制工况图 工作循环中各个工作阶段的液压缸压力、流量和功率如表 2 所示。 表 2 液压缸各工作阶段的压力流量和功率 工 况 压力 MPap 流量1min Lq功率 WP 快 上 1.93 8.42 270.84 慢 上 1.93 1.50 48.25 快 下 0.0065 8.67 0.94 由表 2 可绘制出液压缸的工况图，如图 3 所示 图 3 液压缸的工况图 1.5 液压系统图的拟定 15 液压系统图的拟定，主要是考虑以下几个方面的问题： (1) 供油方式 从工况图分析可知，该系统在快上和快下时所需的流量较大，且比较接近，在慢上时所需的流量较小，因此从提高系统的效率，节省能源的角度考虑，采用单个定量泵的供油方式显然是不适合的，宜选用双联式定量叶片泵作为油源。 (2) 调 速回路 由工况图可知，该系统在慢速时速度需要调节，考虑到系统功率小，滑台运动速度低，工作负载变化小，所以采用调速阀的回油节流调速回路。 (3) 速度换接回路 由于快上和慢上之间速度需要换接，但对换接到位置要求不高，所以采用由行程开关发讯控制二位二通电磁阀来实现速度的换接。 (4) 平衡及锁紧 为防止在上端停留时重物下落和在停留期间内保持重物的位置，特在液压缸的下腔 (无杆腔 )进油路上设置了液控单向阀；另一方面，为了克服滑台自重在快下过程中的影响，设置了一单向背压阀。 本液压系统的换向采用三位四通 Y 型中位机能的 电磁换向阀，下图 4 为拟定的液压系统原理图。 16 图 4 液压系统原理图 1.6 液压元件的选用 1.6.1 确定液压泵的型号及电动机功率 液压缸在整个工作循环中最大工作压力为 Mpa93.1 ，由于该系统比较简单，所 以 其压力损失 Mpap 4.0 ，所以液压泵的工作压力为 M P aM P apPP P 33.24.093.1 两个液压泵同时向系统供油时，若回路中泄漏按 10 计算，则两个泵的总流量应为 m in/537.9m in/67.81.1 LLqp ，由于溢流阀最小稳定流量为 min3L ，而工 进时液压缸所需流量为 min5.1 L ，所以，高压泵的输出流量不得少于 min/5.4 L 。 17 根据以上压力和流量的数值查产品目录，选用 6/3.61 YB型的双联叶片泵，其额定 压力为 Mpa3.6 ，容积效率 85.0PV，总效率 75.0P，所以驱动该泵的电动机 的功率可由泵的工作压力（ Mpa33.2 ）和输出流量（当电动机转速为 min/910 r ） mi n/75.9mi n/1085.09103.62 3 LLq P 求出 WWqpP ppp 83.5 0 475.0601075.91033.2 36 查电动机产品目录，拟定选用电动机的型号为 Y90S-6,功率为 750W，额定转速为910r/min。 1.6.2 选择阀类元件及辅助元件 根据系统的工作压力和通过各个阀类元件和辅助元件的流量，可选出这些元件的型 号及规格如下 表 3 液压元件型号与规格（ GE 系列） 序 号 名 称 通过流量 )min./( 1m ax Lq型号及规格 1 滤油器 11.47 XLX-06-80 2 双联叶片泵 9.75 YB1-6.3/6.3 3 单向阀 4.875 I-10B 4 外控顺序阀 4.875 XY-B10B 5 溢流阀 3.375 PB-10B 6 三位四通电磁换向阀 9.75 BD 1034 1 7 单向顺序阀 11.57 XI-B10B 8 液控单向阀 11.57 IY-25B 9 二位二通电磁换向阀 8.21 BD 1022 1 10 单向调速阀 9.75 QI-10B 11 压力表 Y 100T 12 压力表开关 K-3B 13 电动机 Y90S-6 18 油管：油管内径一般可参照所接元件接口尺寸确定，也可按管路中允许流速计算。在本题中采用内径为 8mm，外径为 10mm的紫铜管 邮箱：邮箱容积根据液压泵的流量计算，取其体积 qVP)75(,即 V=70L。 1.7 液压系统的性能验算 1.7.1 压力损失及调定压力的确定 根据计算慢上时管道内的油液流动速度约为 0.5m/s，通过的流量为 min/5.1 L ,数值较小，主要压力损失为调速阀两端的压降；此时功率损失最大；而在快下时滑台及活塞组件的重量由背压阀所平衡，系统工作压力很低，所以不必验算，因而必须以快进位依据来计算卸荷和溢流阀的调定压力，由于供油流量的变化，其快上时液 压缸的速度为 smmsmAqv p 520001.017.3160 001.075.911 此时油液在进油液在进油管的流速为 smsmAqpv 23.360104 1075.9 6 3 （ 1）沿程压力损失 首先要判别管中的流态，设系统采用 N32 液压油。室温为 20度时， smm24100.1 ，所以有： 23204.258100.110823.3Re43 vvd 管中为层流，则阻力损失系数 29.04.2 5 875Re75 ，若取进、回油管长度均为 2m，油液的密度为3890 mkg，则其进油路上的沿程压力损失为： aaa ppPvdlp 337.033700023.328903108 229.02 221 （ 2） 局部压力损失 局部压力损失包括管道安装和管接头的压力损失和通过液压阀的局部压力损失，前者视管道具体安装结构而定，一般取沿程压力损失的 10%；而后者则与通过阀的流量大小有关，若阀的额定流量和额定压力损失为 nq 和 np ，则当通过阀的流量为 q时的阀的压力损失 vp 式 为 19 2nnv qqpp 因为 GE系列 10mm 通经的阀的额定流量为 63L/min，叠加阀 10mm 通经系列的额定流量为 40L/min，而在本例中通过每一个阀的最大流量仅为 9.75L/min，所以通过整个阀 的压力损失很小，且可以忽略不计。 同理，快上时回油路上的流量 m in17.3126.2675.91212 LAAqq 则回油路油管中的流速 smsmv 72.2104601021.8623 8 由此可计算出 6.2170.1872.2/Re 1010 43 vvd (层流 )， ,345.0Re75 所以回油路上的沿 程压力损失为 M P aPavdlp 287.010000087.272.272.229003108 2345.022 总压力损失 由上面的计算所得可求出 MPaMPapAApp 6 3 7.0)0 2 8 7.02 8 7.0(17.31 26.260 3 3 7.03 3 7.02121 原设 MPap 4.0 ，这与计算结果略有差异，应用计算出的结果来确定系统中压力阀的调定值。 压力阀的调定值 双联泵系统中卸荷阀的调定值应该满足快进的要求，保证双泵同向系统供油，因而卸荷阀的调定值应略大于快进时泵的供油压力 M P aM P apAFp p 567.2637.093.11 所以卸荷阀的调压压力应取 2.6Mpa 为宜。 溢流阀的调定压力应大于卸荷阀调定压力 0.3-0.5Mpa，所以取溢流阀调定压力为3.0Mpa。 20 背压阀的调定压力以平衡滑台自重为根据，即 M P aPaPap 32.0102.31017.31 1000 54 ，取 Mpap 4.0背 。 1.7.2 系统的发热与温升 根据以上的计算可知，在快上时电动机的输入功率为 WWqpP ppP 33.56375.0601075.9106.275.060 36 慢上时的电动机输入功率为 WWqpP ppP 32575.06010875.4100.375.060 36111 而快上时其有用功率为 WWP 63.313601075.91093.1 361 慢上时的有效功率为 48.25W，所以慢上时的功率损失为 276.75W，略 大于快上时的功率损失 249.7W，现以较大的值来校核其热平衡，求出发热温升。 设油箱的三个边长在 1： 1： 11： 2： 3范围内，则散热面积为 223 23 2 1 0 4.1700 6 5.00 6 5.0 mmVA 假设通风良好，取 Cmkwh 21015 3， 所以油液的温升为 CChAHt 71.16104.11015 2 7 6 7 5.0 3 室温为 C20 ，热平衡温度为 CC 6571.36 ，没有超出允许范围 。 21 第二章 液压缸 2.1 液压缸的介绍 液压缸是将液压能转变为机械能的、做直线往复运动 （或摆动运动）的液压执行元件。它结构简单、工作可靠。用它来实现往复运动时，可免去减速装置，并且没有传动间隙，运动平稳，因此在各种机械的液压系统中得到广泛应用。液压缸输出力和活塞有效面积及其两边的压差成正比；液压缸基本上由缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置与排气装置组成。缓冲装置与排气装置视具体应用场合而定，其他装置则必不可少。 液压缸 按结构特点可分为活塞 缸、柱塞缸、摆动缸三类 ,按运动形式可分为直线运动和摆动。本系统采用单作用活塞缸，活塞运动、缸体固定。 缸体组件 缸体组件与活塞组件构成密封的容腔，承受油压。因此缸体组件要有足够的强度，较高的表面精度和可靠的密封性。缸体组件指的是缸筒与缸盖，其使用材料，连接方式与工作压力有关，当工作压力 p10MPa时使用铸铁缸筒，当工作压力 M PapM Pa 2010 时使用无缝钢管， MPap 20 时使用铸铁或锻钢。 当采用法兰连接时，结构简单，加工方便，连接可靠，但要求缸筒部 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。采用半环连接，工艺好 、连接可靠、 结构紧凑，但削弱了缸筒强度。这种连接常用于无缝钢管缸筒与缸盖的连接中。采用螺纹连接，体积小、重量轻 结构紧凑 但缸筒端部结构复杂，常用于无缝钢管或铸钢的缸筒上。拉杆连接结构简单 工艺性好 通用性强，但端盖的体积和重量较大，拉杆受力后会变形，影响密封效果，适用于长度较小的中低压缸。焊接式连接强度高 制造简单 但焊接式易引起缸筒变形，无法拆卸。由于本次设计中的要求工作压力 p10MPa，所 以选用铸铁缸筒。考虑到缸筒与缸盖的连接方式，决定采用螺纹连接和法兰连接。 （ 2）活塞组件 活塞组件由活塞，活塞杆和连接件等组成。活塞一般用耐磨铸铁制造，活塞杆无论 22 空心的还是实心的，大多采用钢料制造。活塞与活塞杆的连接方式很多，但采用哪种连接方式，都必须保证连接可靠。整体式和焊接式结构简单 轴向尺寸紧凑，但损坏后需要整体更换。锥销式连接加工简单 装配简单 但承载能力小，且需要有必要的防止脱落措施。螺纹连接结构简单 装拆方便，但需备用螺母防松装置。半环式连接强度高，但结构复杂，装拆不便。介于综合考虑宜采用螺纹式防松。 （ 3）密封装置 密封装置的作用是用来阻止有压工作介质的泄漏；防止外界空气、灰尘、污垢与异物的侵入。其中起密封作用的原件称密封件。通常在液压系统与元件中，存在工作介质的内泄漏和外泄漏，内泄漏会降低系统的容积效率，恶化设备的性能指标，甚至无法正常工作。外泄漏导致流量减少，不仅污染环境，有可能引起火灾。系统中侵入空气，就会降低工作介质的弹性模量，产生空穴，有可能引起振动和噪声。灰尘和异物即会堵塞小孔和缝隙，又会增加液压缸中相互运动件之间的摩擦磨损，降低使用寿命， 并且加速了内外泄漏。所以为了保障液压设备工作的可靠性及提高工作寿命，密封装置与密封件不容忽视。液压缸的密封主要指活塞 活塞杆处的动密封和缸盖等处的静密封。 密封方式有间隙密封和密封圈密封。 间隙密封：这是依靠两运动件配合面之间保持很小的间隙，使用其产生液体摩擦阻力来防止泄漏的一种方法，用该方法密封，只适合用于直径小的 压力较低的液压缸与活塞件密封。间隙密封属于非接触式密封，它是靠相对运动件配合面之间的微小间隙来防止泄漏，实施密封，这种密封摩擦阻力小，结构简单，但磨损后不能自动补偿。 密封圈密 封： O 型圈： O 型密封圈是由耐油橡胶制成的截面为圆形的圆环，它具有良好的密封性能，且机构紧凑，运动件的摩擦阻力小，装卸方便，容易制造，价格便宜，故在液压系统中广泛应用。 V 型密封圈：它是由纯耐油橡胶或多层夹织物橡胶压制而成，通常由支撑环 密封环和压环组成。当压环压紧密封环是支撑环是密封环产生变形而起密封作用。 Y型密封圈：属于唇形密封圈，其截面为 Y型，主要用于往复运动的密封。是一种密封性 稳定性 和耐压性较好 摩擦阻力小 寿命较长的密封圈，故应用也很普遍。 Y型圈的密封作用依赖于它的唇边与对偶合面的紧密接触 ，并在压力油作用下产生较大的接触压力，达到密封目的。当液压力升高时，唇边与偶合面贴的更紧，接触压力更高，密封性更好。 23 2.2 液压缸主要参数的确定 2.2.1 液压缸工作压力 （ 1） 工作负载的计算 由前面的计算可知道需要的缸的最大作用力为 6672.52N, 内径 D=63mm d=25mm （ 2） 液压缸工作压力的选定 由前面的计算可以知道，液压缸在整个过程中的需要的最大的压力为 Mpa93.1 ，液压缸工作负载在 50001000N 的，液压缸工作压力应当选为 1.52Mpa 符合要求。 由前面的计算可知，液压缸的工作压力为 2Mpa，液压缸的内径为 D=63mm，活塞杆的直径 d=25mm，并由前面的验算可知，活塞杆的直径、强度和稳定性都符合要求。 2.2.2 液压缸的长度和壁厚的确定 （ 1） 液压缸的长度由工作滑台的运动行程来确定。本液压系统、工作滑台的运动行程为快进 350mm，慢进行程为 100mm，则工作台的总行程为 350mm+100mm=450mm，考虑到缸体的制造工艺性和经济性，一般应为0, )3020( Dl ，缸体的长度故取L=530mm。 （ 2） 液 压缸壁厚的计算 本液压系统属于低压系统，一般低压系统用的都要薄壁缸，液压缸的壁厚用下式确定： 2/ DP p （ m） 式中 缸壁壁厚（ m）； Pp 试验压力 (Pa )； 当额定压力 %15016 pppnpn M p a 时，当额定压力 %12516 pppnpn M p a 时，D 液压缸的内径（ m）； 缸体材料的许用应力（ pa）； nb ； 24 b 材料的抗拉强度， n：安全系数，一般取 n=5； 由于本系统属于中低压系统，额定压力 Mpapn 16，所以M p app np 45.95.13.6%150 。 液压缸的材料选用 QT600-02。 其抗拉强度 Mpab 600M p anb 1 2 05/6 0 0 考虑缸体上开槽，会削弱缸体的强度，故缸体的壁厚应取大一些，加上缸体较长，所以取得 mm5.6 。 液压缸外径 mmDDb 765.62632 。 2.2.3 液压缸进出油口尺寸的计算 液压缸进出油口的尺寸的大小是根据油管内的平均流速来确定的。要求压力管路内的最大平均流速控制在 sm/54 内。 最大流速 mi n/5 3 7.91.167.8 Lq smv /5.4 mmvqA 36001.05.4/)60/75.9(/ 油管的内径 mmAd 8.6/4 为了减少压力损失，提高回路效率，防止气浊 、噪音和振动等，油管的内径应取大值。 综合考虑取油管的内径 mmd 8 。 2.3 液压缸的结构设计 2.3.1 液压缸的连接 （ 1） 液压缸体和缸盖的连接结构 本次设计的液压缸体和前缸盖的连接采用螺钉连接。在前缸盖和缸体上用六个螺钉进行固定，采用这种连接方法、结构简单，缺点是还要在缸体上打孔，削弱了缸体的强 25 度，缸体的壁厚需要加厚。缸体和后缸盖的连接与前缸盖和缸体的连接一样采用螺钉连接，不同的是后缸盖需要作为整体的定位。 （ 2） 活塞与活塞杆的连接 本次设计的液压缸活塞与活塞杆之间的连接采用 圆螺母连接方式。 这种连接方式结构简单，安装方便，稳定性好。 2.3.2 活塞与缸体的密封形式 活塞和缸体之间有相对运动，它们之间的配合选用间隙配合。由于它们之间的间隙，缸体内的油液可能泄漏，故活塞和缸体之间要有密封装置以防止油液的泄漏。密封形式选用 O 形密封圈，该种密封形式结构简单，方便安装，空间小，适用范围广，属于挤压密封。 2.3.3 液压缸的辅助装置 （ 1） 活塞杆的导向装置 活塞杆的导向长度指活塞杆全部外伸时以活塞平面中点到缸盖滑动支撑重点的距离。如导向长度过小将使液压缸的初始挠度增大，影响液压缸的稳 定性，因此设计时必须保证有一定的最小挠度。对于一般的液压缸最小挠度应满足以下要求： 220 DLH （ m） 式中 H: 最小导向长度（ m）； L：液压缸的最大行程（ m）； D：液压缸的内径（ m）。 mmDLH 542/6320/4 5 02/20/ （ 2） 防尘装置 活塞杆上应加防尘装置以防止外部灰尘的进入，保护活塞杆，多采用三角形和组合形等专业防尘圈，本液压系统采用三角形防尘圈。 （ 3） 液压缸的缓冲装置 当 一般液压缸的工作压力大于 10MPa，活塞速度大于 0.1m/s 时，应采用缓冲装置或其它缓冲方式。当活塞速度大于 sm0.1 时，缸内缓冲结构不可能吸收全部动能，须在缸外加装制动结构，主要方式是在油路中增加切断功能或吸收能量功能。而在本次设计课题中最高速是如下： 26 smsmsmm 055.0105555 3 所以不需要加缓冲装置。 （ 4） 液压缸的排气装置 液压系统由于长期停止工作，会有空气渗入。油中混有空气，便使得液压缸在重新工作时产生爬行、噪音和发热等不利现象。为防止这些不正常现象的产生， 一般在液压缸的最高位置设置排气阀。 2.4 液压缸零件的技术要求 2.4.1 活塞杆 （ 1） 实心活塞杆材料为 35 45 钢；空心活塞杆材料为 35 45 钢的无缝钢管。在这次液压缸的设计中选用 45 钢，做实心活塞杆。 （ 2） 主要表面粗糙度 活塞杆外圆柱面粗糙度 Ra 为 0.4 0.8um。 （ 1） 活塞杆的热处理：粗加工后调质到硬度为 229 285HB，必要时，再经高频淬火，硬度达 45 55HRC。 （ 2） 活塞杆 d 和 d2 的圆度公差值，按 9 10 11 级精度选用；活塞杆 d 的圆柱度公差值，应按 8 级精度选用。 （ 3） 外径表面直线度在 500 长度上不大于 0.03mm。 （ 4） 端面 T 的垂直度公差值，则应按 7 级精度选用。 （ 5） 活塞杆与导向套采用 H8/f7 配合，与活塞的连接可采用 H8/h8 配合。 （ 6） 活塞杆上的螺纹一般按 6 级精度加工；如载荷较小，机械震动也较小时，也允许按 7 ， 8 级精度制造。 （ 7） 活塞杆上下表面必要时可以镀铬，镀层厚度约为 0.05mm，镀后抛光。 2.4.2 缸体 （ 1） 缸体的材料 液压缸缸体的常用材料为 20， 35， 45 号无缝钢 管。因 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，管接头或耳轴等件焊接时，应采用焊接性能好的 35 号钢，粗加 工后调质。一般情况下均采用 45 号钢，并应调质到 241 285HB。 缸体毛坯也采用锻钢，铸钢或铸铁件。铸钢一般采用 ZG25 ZG35 和 ZG45等。铸铁可采用 HT200 HT350之间的几个牌号或球墨铸铁 QT500-05 QT600-02等。 27 (2) 主要表面粗糙度 当活塞采用橡胶密封圈密封时，液压缸内圆柱表面粗糙度 Ra 为 0.1-0.4um，当活塞采用活塞环密封时，液压缸内圆柱表面粗糙度 Ra 为 0.2-0.4um。 (3)技术要求 内径用 H8-H9 的配合。 缸体内径 D 的圆度公差值可按 9 10 11 级精度选 用，圆柱度公差值可按 8级精度选用。 缸体端面 T 的垂直度公