活塞式大摆角摆动液压缸设计说明书

1、本 科 毕 业 设 计 (论 文)学 院： 机械工程学院 专业班级： 机械电子工程 机电081 学生姓名： 学 号： 指导教师： 2012 年 5 月毕业设计（论文）中文摘要毕业设计（论文）外文摘要目 录 （1）钢筒因为本液压缸输出830N/m的转矩，因此可以按照扭矩估算轴径。对于只传递扭矩的实心圆轴，其强度条件为：设计公式为：式中： 轴的剪切应力，MPa； T 轴的传递转矩，N/mm； P 传递功率，KW； n 轴的转速，r/min； 轴的抗扭截面系数，； d 轴的直径，mm，如果轴上有一个键槽，计算的轴径 应加大3%5%； 轴的许用扭转剪切应力，MPa，参见表3-1-1； 由轴的材料和承载

2、情况确定的常数，参见表3-1； 表3-1-1 轴的常用材料的许用扭转剪切应力和系数材料Q251、2035钢45钢40Cr等高强钢/MPa12-2020-3530-4040-52160-135135-118118-107107-98轴的材料选用的是45号钢，根据表格，许用剪切应力选用30MPa。而转速n已知，故确定P即可。因为其中，T为830N/m，n约为63r/s，因此可求出P约等于5.458KW。因此求得：因为轴的输出端要有键槽，故扩大3%，于是得到所估算轴的最小直径为48.8mm，既轴的直径大于48.8mm即可满足条件。而本液压缸为螺旋摆动液压缸，传动轴也是螺杆，故上面所算出的只能是螺杆的

3、最小直径。螺杆的螺纹参数主要有螺纹的三个直径（大中小）、螺距、导程、螺升角等。根据如下公式首先可以确定螺纹公称直径：式中： 计算转矩，T为负载转矩，k为修正系数， 一般取1.1； 材料许用剪切应力，参照表3-1-1；根据上式可算出：螺杆螺纹选用梯形螺纹，根据GB/T 5796.2-2005梯形螺纹直径系列选用公称直径60mm。再根据经验公式，螺纹小径等于大径减10，螺纹中径等于大径减5，则确定螺纹中径为55mm，螺纹小径为50mm。因为50mm大于48.8mm，故螺杆尺寸满足要求。因此，计算选用出的螺杆为梯形螺纹，公称直径为60mm，中径为55mm，小径为50mm。液压缸活塞设计首先是确定出活

4、塞的厚度、有效受压面积、工作行程等参数，其次是根据液压缸的总体结构形式确定活塞的具体结构。当活塞受液压力作用时，螺旋副上能输出的实际转矩为：式中： p 液体压力，MPa； S 螺旋副的导程，m； A 活塞受油压作用的有效面积，。一般可设计的大 一些。对于细长液压缸，则取小一些。 螺旋副的升角，一般取60°； 摩擦角。不同的螺旋牙形可用不同公式计算。 矩形牙： 梯形牙： 渐开线牙： 式中： f 螺旋副摩擦系数，一般取0.1； 梯形牙的断面牙形角； 渐开线牙的断面牙型角。因为螺旋副的牙形选用的是梯形牙，所以 ：根据表3-2-1选用油液压力为1MPa。 表3-2-1 液压缸额定压力系列 M

5、Pa0.6311.62.546.310162540螺旋副的导程可根据螺杆的中径计算，螺纹的导程等于螺旋升角的正切值与圆周率及螺纹中径的乘积。则将以上所算数值带入公式：则，可求得A约等于0.023平方米，则可知其直径约为173mm。因为活塞外径即为钢筒内径，根据表3-2-2钢筒内径标准系列，选定活塞直径为180mm。 表3-2-2 液压缸内径系列 mm810121620253240506080100125160180200250320400既钢筒内径也得到确定，为180mm。活塞的厚度可参考有关螺纹旋合长度的标准确定。增加旋合长度有利于减少液压缸内部泄漏。根据螺纹旋合长度经验公式，钢或青铜的旋合

6、长度等于螺纹公称直径，适当增加旋合长度有利于减少液压缸的内部泄露，故本螺旋副的旋合长度选用1.25d,故活塞厚度为75mm。活塞的工作行程取决于螺纹导程及液压缸所需摆动的角度。如果摆动角度为360°，那么活塞的工作行程就等于螺纹的导程，而前面已经算出螺纹的导程为300mm，根据表3-2-3，正好满足液压缸行程标准。 表 3-2-3 液压缸行程参数系列 mm通过上述计算，活塞大体尺寸已经得到确定，活塞大径为180mm，厚度为75mm，工作行程为300mm。活塞的结构形式通常分为整体式活塞和组合式活塞两类。整体式活塞可采用活塞环，O形密封圈、唇形密封圈、迷宫式密封等。组合活塞采用组合密封

7、圈，但其结构较复杂、加工工作量较大。故本设计活塞采用用O形环密封的整体式活塞，如图所示：1-活塞；2-密封装置；3-活塞杆图示活塞结构简单，安装方便，便于加工。因活塞没有旋转运动，采用O形密封环能满足设计要求。钢筒为液压缸重要的组成部分，前面已经选定用45号钢，在活塞的尺寸计算中已经选定钢筒内径为180mm，故本章节主要计算出钢筒的厚度。钢筒和缸头缸尾的连接，本设计采用法兰连接，因为法兰连接结构简单，易于加工易于装卸。钢筒壁厚的计算公式如下：当壁厚与钢筒内径比小于等于0.08时当壁厚与钢筒内径比为0.08-0.3时当壁厚与钢筒内径比大于0.3时式中： 钢筒内最高工作压力，MPa; 钢筒材料许用

8、应力，MPa 钢筒材料抗拉强度，MPa； 安全系数，通常取5；因为等于1.5，所以等于1.5MPa。而钢筒选用的是45号钢材料，查阅机械设计手册和根据公式可以得到钢筒材料需用应力为120MPa。先根据第一个公式计算钢筒厚度：则钢筒厚度大于1.125mm既可以满足要求，这里钢筒厚度选用10mm，而10/180小于0.08，所以满足公式条件，即为薄壁钢筒。然后进行钢筒壁厚验算，其验算公式为：式中： 钢筒外径，m； 钢筒内径，m；则可得：因为1MPa小于2.3MPa，则钢筒厚度满足要求。经过上述计算，得出钢筒内径为180mm，钢筒厚度为10mm，钢筒外径为200mm。液压缸钢筒、螺杆和活塞的尺寸确定

9、下来，整个液压缸的大体形状已经可以确定。细节方面，因为钢筒采用法兰连接，故还需要确定法兰尺寸。将液压缸的进出油口安装在缸头缸尾，故还需要确定油口尺寸和根据需求确定缸头缸尾尺寸。因为活塞由两个导向杆限制转动，所以两个导向杆直径也需要计算。（一）法兰液压缸钢筒外径已近得到确定，故查阅法兰实用手册即可确定法兰尺寸。钢筒为管道形，故可以选用平面对焊钢管法兰，其结构形式如下图：另外根据下表可以选出法兰的具体尺寸：因为钢筒外径为200mm，故确定法兰外径为375mm，法兰厚度为34mm等参数。（2） 油口液压缸的进出油口可以布置在钢筒或缸头缸尾上，本设计将油口布置在缸头缸尾上，油口的连接型式有螺纹、方形法

10、兰和矩形法兰，本设计采用螺纹连接，其结构形式如下图：根据ISO81361986则可以确定油口的尺寸，如下表：因为缸径为200mm，故可知油口EC为42mm，EE为25mm。（三） 导向杆导向杆在液压缸中的作用时限制活塞的转动，故其受到螺杆转动扭矩的反作用，所以可以根据材料力学的知识确定导向杆的直径。材料力学中，按照强度条件确定扭转圆轴的直径公式如下：式中： 圆轴受到最大扭矩，N/m； 圆轴材料许用剪切应力，MPa；因为液压缸输出转矩为830N/m，所以可假设导向杆最大扭矩为830N/m，而导向杆选用45钢，则许用剪切应力可以选用30MPa。则可算出导向杆最小直径：故选用导向杆直径选用10mm以

11、加强其强度。（4） 轴承及轴承端盖轴承代号基本尺寸dDB600010268600112288600215329600317351060042042126005254712600630551360073562146008406815600945751660105080166011559018 单位： mm有轴承，既要有轴承端盖，参考机械设计综合设计，轴承端盖的设计可以参照下表： 单位： mm（五） 缸头缸尾1永久磁铁；2导磁体；3衔铁；4线圈；5弹簧管；6喷嘴；7滑阀；8固定节流孔本液压缸的设计虽然完成了，但是其中还是有这各种各样的缺陷，这是我对液压知识缺乏所导致的。通过这次的设计，我更加理解液

12、压是一门深奥的学问，也是一门重要的知识，我所掌握的知识只是沧海一粟，只是最粗浅最表面的。不过通过这次的设计，相对于以前我还是学到了许多知识。其实液压方面的不同方面的知识也是有很大的关联的，掌握主体的理念就能够触类旁通，例如本课题设计的是活塞摆动液压缸，其就可以参考直线活塞液压缸进行设计，并且机械方面好多标准已经确定下来，这位设计者带来的很大的便利。从我们以往的生产实习来看，机械厂里面绝大部分的机器都是有液压系统的，所以当今液压技术在机械方面还是有很大的分量。而液压技术同信息技术的结合又是当今液压技术的发展出路。通过本次毕业设计，我对电液伺服控制的液压系统有了一个初步的了解，这或许是一个开始，以

13、后如果我从事机械方面的工作，多液压技术可能还会有更深的接触和研究，这次毕业设计或许就是一个基础。毕业设计的临近尾声标志着我的四年大学生涯也真正的快要结束了，这是我人生中一个十分重要的阶段。回想这四年的历程，我发现自己有太多太多的缺陷和不足，这在毕业设计中遇到的种种难处和麻烦得到了充分的体现。不管怎样，世上式没有后悔药可吃，既然如此那就要着眼与未来。未来，我就要走进社会这个大环境，那是和学校环境截然不同的，那里充满了竞争，所有事情都需要自己面对，所以不能和在学校中一样懒散，要时刻充满激情面对挑战。在这四年的学习中，首先我要感谢的是那些教过我的各位老师，是他们无私的教导使我学到了许多知识，充实了自

14、我。其次我要感谢我的毕业设计指导老师，石延平老师，没有石老师的指导我的毕业设计是不可能完成的，但我遇到难题的时候，如果没有石老师的解答，我的毕业设计将寸步难行，同时，在石老师的指导下我对液压技术有了进一步的理解。最后我要感谢我的父母，面对工作压力，我才慢慢的体会到了赚钱的难处、生活的艰辛，是他们在我的背后用他们的双手给我支持，用他们的辛苦换来我的安逸。走出学校走进社会，我唯有努力工作，做好自己的事业，这样才能报答父母的养育之恩，才能为我的母校淮海工学院争光。1 陈启松. 液压传动与控制手册.上海：上海科学技术出版社，2006.2 张利平. 液压气动系统设计手册.北京：机械工业出版社，1997.3 成大先.机械设计手册（单行本.轴及其联接）. 北京： 化学工业出版社 （第三版），2004.4 陈奎生.液压与气压传动.武汉：武汉理工大学出