液压千斤顶的设计

1、精选优质文档-倾情为你奉上 2012级毕业设计 液压千斤顶的设计 专 业 机械制造与自动化 班 级 12级机制专 学 号 学 生 姓 名 李闯 指 导 教 师 胡宾伟 内容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。关 键 词: 液压传动 工作原理 故障 维护 Abstract:Hydrauli

2、c drive is to liquid pressure can for work of drive way ，its work principle is machinery can and hydraulic can of mutual conversion, hydraulic jack is typical of using hydraulic drive of device, hydraulic jack has structure compact, and volume small, and weight light, and carry easy, and performance

3、 reliable, advantages, is widely application Yu liquidity lifting job, is maintenance car, and tractor, ideal tools. Its light structure strong and flexible and reliable, one person to carry and operate, Jack is made of rigid top-lift as a work device, through the bracket at the top or bottom bracke

4、t feet lifting heavy weights in the small tour of small light lifting equipment.Key words: Hydraulic drive operating principle broken down maintain 专心-专注-专业目 录1.液压千斤顶的总体设计案6 1.1液压千斤顶原理图6 1.2液压千斤顶的组成7 1.3 液压传动的优缺点72.液压千斤顶的计算与说明8 2.1大液压缸设计8 1液压缸主要参数及尺寸的确定8 2相关计算及验证9 3液压缸的推力和流量计算9 4大液压缸的流量计算9 5液压缸长度及壁厚

5、的确定10 6液压缸外径的计算11 7液压缸进出油口尺寸的确定11 8.液压缸结构设计11 9.油箱的结构设计及防噪14 2.2小液压缸的设计16 1.缸底厚度的计算16 2.小液压缸的推力计算16 3.小液压缸的流量计算17 4.活塞杆直径的验算17 5.小液压缸壁厚及长度的确定17 6.液压缸外径的计算18 7.油口尺寸18 8.小液压缸的结构设计18 9.其他部件的选用18 2.3油箱油管及液压阀的设计22 1. 油管22 2液压控制阀的设计22 3. 阀的选取233液压千斤顶常见的故障与维修23致谢26参考文献271. 液压千斤顶的总体设计方案1.1液压千斤顶原理图液压传动方案：大缸体

6、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），

7、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。1.2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、

8、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。1.3 液压传动的优缺点a. 液压传动的优点1)液压传动能方便的实现无极调速，调速范围大速度范围最大可达1:2000（一般为1:100）且能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度.2)在相同功率情况下，液压传动的能量元件的体积小，重量较轻。3)工作平稳，换向冲击小，便于实现频繁幻向且操纵控制简便，自动化程度，容易实现过载保护。4)液压元件易于实现标准化、系列化、通用化。b.液压传动的缺点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

9、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，因此液压传动不宜在很高或很低的温度下工作，一般工作温度在-1560范围内较合适。总的来说，液压传动的优点是十分突出的，它的缺点将随着科学技术的发展而逐渐得到克服。 2.液压千斤顶的计算与说明 2.1大液压缸设计1液压缸主要参数及尺寸的确定 （1）工作负载的计算式： (2-1) (2-2) 式中，：液压缸轴线方向上的外作用力 （N

10、） Rn：液压缸轴线方向上的重力 （N） ：运动部件的摩擦力 （N） ：运动部件的惯性力 （N） R：液压缸的工作负载 因此，大液压缸参数：外作用力：摩擦力： 惯性力：（设其杆上升的速度为5m/s），总负载力为：。（2）液压缸工作压力的选定 由以上得到工作负载R，再根据液压缸工作压力表得系统压力为63MPa。2相关计算及验证液压缸内径及活赛杆直径的确定。 （1）内径计算： (2-3) (2-4)其中： D为液压缸内径；d 为活塞杆直径。所以： 3液压缸的推力和流量计算（1）大液压缸的推力计算当液压缸的基本参数确定后，可以通过以下计算实际工作推力： P=PA（N）(2-5)式中，A：活塞有效工处

11、面积，P：液压缸工作压力。所以，在大液压缸的实际工作推力：。4大液压缸的流量计算在液压缸的基本参数确定后，可以通过以下计算实际工作流量。Q=AV式中，V：液压缸工作速度，A：液压缸有效工作面积，活塞杆直径的验算:按强度条件验算活塞杆直径当活塞杆长度 l>10d时，要进行稳定性验算：式中，：液压缸稳定临界力P：液压缸最大推力:稳定性安性系数，取=2-4由活塞杆计算柔 度：安装形式系数，取0.7l: 活塞杆长度i：活塞杆的横截面积，。所以，为柔度系数，因此只需校核强度。则按压缩强度计算：所以取5液压缸长度及壁厚的确定液压缸的长度一般由工作行程长度确定，但还要注意制造工艺性和经济性，一般l&l

12、t;(10-30)D。, l是液压缸长度， D。：是缸体外径。液压缸壁厚的计算一般，低压系统用的液压缸都是薄壁缸，缸壁可用下式计算：式中，缸壁厚度 试验压力。当额定压力时，当额定压力时，D液压缸内径-缸体材料的许用应力（Pa）, -材料抗拉强度n安全系数，一般取n=5注：如果计算出的液压缸壁厚较薄时，要按结构需要适当加厚。由 所以用，由上述已算出D=45mm,经查得A3钢得过且过则液压缸壁厚度为。6液压缸外径的计算由，由上面可以知液压缸的长度过l<(10-30)D，所以，到l=132mm。7液压缸进出油口尺寸的确定液压缸进出油口尺寸，是根据油管内平均压力管路内的最大平均流速控制在45m/

13、s以内，过大会造成压力损失剧增，而使回路效率下降，并不会引起气蚀、噪音、振动等，因此油口不宜过小，但是也要注意结构上的可能。选定进出口油口尺寸，法兰接头为20mm。综合上述的计算，可得大液压缸参数的综合如表22所示。表2-2大液压缸的综合参数表项目 大缸筒外径 大活塞杆直径 进出油口连接 压力（50000N） （mm） （mm）公称直径 （mm） 接头连接大缸筒内径45 （mm） 70 40 20M22×1.58.液压缸结构设计(1）最小导向长度的确定H>L/20+D/2式中，H：最小导向长度（m） L:液压缸最大工作行程（m） D：液压缸内径（m）所以 ， H0.132/20

14、+0.045/2=0.0291(m)(2）活塞与活塞杆的连接结构：连接方式采用销钉链接。(3）活塞与缸体的密封方式 密封方式采用O形密封，这类密封为挤压密封，结构简单，安装方便，空间小，使用范围广，适用所选系统的工作压力，如下图2.1所示。 图2.1活塞与缸体的密封(4） 活塞杆的导向装置如下图.所示： 图2.2活塞杆的导向装（5) 液压缸主要零件的材料和技术要求零件名 材料 技术要求缸体 45号无缝钢管 A.内径圆度 B.缸体与端部用螺纹连接 C.为防止腐蚀和提高寿命，内表面镀铬，层厚3050mm缸盖 45号钢 A.D ，D2 d3的同轴度小于0.03mmB.导向室表面粗糙度大于3.2um活

15、塞 耐磨铸铁 A.D精加工后热处理，调质硬度HB217-255，必要时高频焠火4550B. 表面直线度在500m长上不大于0.03mm活塞杆 45号钢在开式传动的油路系统中，油箱是必不可少的，它的作用是，储存油液，进化油液，使油液的温度保持在一定范围内，以及减少吸油区油液中气泡的含量。因此，进行油箱设计时，需要考虑油箱的容积，油液在油箱中冷却和加热、油箱内的装置和防噪音等问题。（6）油箱的有效容积的确定由于是设计千斤顶，而且是手动的，那些油箱容积验算、散热等可以不考虑，而千斤顶不是常在工作，因此不会引起很大的油热，所以在此只对油箱做结构设计。9.油箱的结构设计及防噪进行油箱结构设计时，首先要考

16、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。a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）

17、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

18、使用的泵站系统，往往将液压泵、液压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。b.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

19、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。c.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

20、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。2.2小液压缸的设计1.缸底厚度的计算式中 h缸底的厚度（mm） 缸底止口内径 P缸内最大工作压力 材料许用应力 缸底开口的直径（mm） 所以，缸盖厚度的设计与缸底的厚度一样h=14.8mm。焊接方式：把缸底与缸盖焊接在缸体上，这样的方法比较简单方便。由上面已得出的小液压缸的活塞杆直径为d=40mm，活塞直径即小缸的内径D为56mm。2.小液压缸的推力计算有上述计算大液压缸的方法，可以用式（16）求出因为 总负载力： 所以3.小液压缸的流量计算同理上面大液压缸流量的计算，可把其工作流量计算出来：。4.活塞

21、杆直径的验算;其验算方法和大液压缸的活塞杆直径验算同理： 同理 所以， （上面为10）。此只需要校核强度，则按压缩强度计算： 解得 ： 所以，d取40mm。5.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l<(1030）D。 （l是液压缸长度 、D。为缸体外径）（2）小液压缸壁厚的计算：同上面的大液压缸的设计也采用薄壁缸，缸壁可以用以下方式： (m) 其中，-缸壁厚度 -试验压力 当额定压力 时，用当额定压力 时，用由于，所以用得： 所以， 所以，其壁厚6.液压缸外径的计算由由上面得知，小液压缸的长度L<90mm。7.油口尺

22、寸小液压缸进出油口的方法，选定进出口油口尺寸；锥螺纹接头为Z318，法兰接头为8mm。综合上述得小液压缸参数表如表2-4所示。表2-4小液压缸参数表项目缸筒外径活塞杆直径进出油口连接压力(139N)（mm）（mm）公称直径接头连接小缸筒内径11（mm）2188M5×1.58.小液压缸的结构设计由于小液压缸的材料与大液压缸的一样，因此其的结构设计跟大液压缸的相同。9.其他部件的选用（1）活塞杆的设计工程实际中经常遇到承受轴向拉伸或压缩的构件。例如，内燃机中的连杆，钢木组合桁架中的钢拉杆等。承受轴向拉伸或压缩的杆件称为拉压杆。实际拉压杆的形状，加载和连接方式各不相同，但都可简化成图2.3

23、所示的计算简图，它们的共同特点是作用于杆件上的外力的合力作用线与杆件轴线重合，杆件的主要变形是沿轴线方向的伸长或缩短。千斤顶的活塞杆即为简单的拉压杆：试选材HT100，其许用拉应力为= 80 MPa选择拉压杆的半径为r= 6则其许用应力为：max = F/A= 2000/(3.14×0.006×0.006)=17.7 MPa教核强度: max =17.7 MPa = 80 MPa由此可见,满足其强度。确定许用载荷:Fmax A×= (3.14×0.006×0.006)×80×106= 9× (N图2.3拉压杆计算简

24、图 （2）手柄的设计工程中常存在大量受弯曲的杆件,这些杆件在外力作用下常发生弯曲变形,以弯曲为主要变形的杆件称为梁.工程力学中对梁作以下规定:梁任一横截面上的剪力,其值等于该截面任一侧梁上所有横向力的代数和。支座反力求得：试选择45号正火钢,设计为环形截面(如图2.5),画出受力图(如图2.4 a)进行受力分析,由梁的平衡方程求得支座反力(如图2.2 b): + - F = 0 - = 0 联立(1)(2)代入数据 F2=100 N L1=1 M L2=0.2 M ,得:=20N F =120 N 梁的剪应力及弯矩M以B点为分界点将AC杆分为两段:AB段: FS(A) =20N M(B点右侧)

25、=20×(1-0.2)=16N*MBC段: FS(C) = - =-120 N M(B点左侧)= 100×0.2 =20 N*M根据以上结果可绘出剪力图(图2.4 c)和弯矩图(图2.4 d)：图2.4a 受力图，b支座反力，c 剪力图,d 弯矩图（3)确定危险截面B点所在截面的弯矩最大, 即正应力最大, C点所在截面的剪力最大,即切应力最大。所以C,B两点所在截面为危险截面。B截面的截面系数为:其中： D为外径, d为内径(如图2.5)B截面的正应力为:max =M/WZ =120/1.5986×10-3 =7.5×104 PaC截面的切应力为:Tma

26、x =2FS/A =2×120/(3.14×0.3×0.3)=849.3 Pa许用正应力为275 MPa，由于B截面的正应力远小于其许用应力，C截面的切应力远小于其许用应力，这样势必造成钢材的浪费，为节省钢材降低成本，提高效益，需要重新选择材料。 a. 环形截面 b. 实心截面图 2.5 a. 环形截面 b. 实心截面重新选择材料设计截面选用实心圆柱松木梁(如图2.5实心截面),其许用正应力为=7 MPa其许用切应力为T=1 MPa。B截面的弯曲截面系数为：WZ = WY = 3.14D3/32 =3.14×0.027/32=2.649× M3

27、B截面的正应力为: max = M/WZ =20/2.649×=7.6× PaC截面的切应力为:Tmax = 4FS/3A =4×120/3×(3.14×0.152)=2265 Pa校核强度：max = 7.6× Pa= 7 MPaTmax = 2265 PaT= 1 MPa因此，梁的强度是足够的，其实际生活中，许多木材都是能够满足其强度的，如柳木，杨木。所以，将梁制成可活动的零件，则千斤顶的应用，尤其是在农业、工业生活中的应用，更为广泛和方便。2.3油箱油管及液压阀的设计：1.油管液压千斤顶的外管主要的作为是用来储存多余的液压油，在

28、无电动源作用的情况下，外管起了一个油箱的作用。由上可知道内管的内径为D=147mm H=800设外管的外径由>所以把D=147mm H=800代入得>207大液压缸壁厚h=8mm所以选用一根直径为15mm的油管，两根8mm的油管。其中它们的材料都为45号钢。取=221.5mm,外管壁厚和大液压缸相同h=8mm材料和液压缸相同。2液压控制阀的设计 a.方向控制阀方向控制阀是控制液压系统中油液流动方向的，它为单向阀和换向阀两类。单向阀有普通单向阀和液控单向阀两种。b.普通单向阀普通单向阀简称单向阀，它的作用是使用油液只能沿一个方向流动，不许反向倒流。直通式单向阀的结构及图形符号。压力油

29、从p1流入时，克服弹簧3作用在阀芯2上的力，使阀芯2向右移动，打开阀口，油液从p1口流向p2口。当压力油从p2口流人时，液压力和弹簧力将阀芯压紧在阀座上，使阀口关闭，液流不能通过。 3阀的选取在大液压缸的回油管中装一个截止阀，在小液压缸的两根油管各安装一个单向阀，如在其的安装方向，如下面单向阀图：图2.6单向阀3液压千斤顶常见的故障与维修液压千斤顶在生活中非常普遍，也经常性会出现故障，本文结合日常生活所遇到的问题给出了解决的方案如下表3-1所示。表3-1液压千斤顶常见的故障与维修液压千斤顶常见故障及处理方法问 题原 因解 决 方 式千斤顶无法顶升，顶升缓慢或急速泵浦油箱油量太少依照泵浦型号添加

30、所需液压油泵浦泄压阀没有上紧上紧泄压阀油压接头没有上紧确定上紧油压接头负载过重依照千斤顶额定负载使用油压千斤顶组内有空气将空气排出千斤顶柱塞卡死不动分解千斤顶检修内壁及油封千斤顶顶升但无法持压油路间没有锁紧漏油上紧油路间所有接头从油封处漏油更换损坏油封泵浦内部漏油检修油压泵浦千斤顶无法回缩，回缩缓慢及不正常泵浦泄压阀没有打开打开泵浦泄压阀泵浦油箱油量过多依照泵浦型号存放所需液压油油压接头没有上紧确定上紧油压接头油压千斤顶组内有空气将空气排出油管内径太小使用较大内径油管千斤顶回缩弹簧损坏分解千斤顶检修电动油压泵浦无法起动电源没接或开检查电源、开关继电器、开关 或碳刷可能损坏检查更换损坏零件电源安培数不够增加另一个电源回路马达电流安培数过高马达损坏更换马达泄压阀设定不当重新设定泄压阀压力齿轮泵浦内部损坏检修齿轮泵浦液压油流入马达部位齿轮泵浦轴心油封损坏拆开马达及齿轮泵浦更换损坏油对泵浦连转有异音齿轮泵浦柱塞卡住或弹簧、拆开齿轮泵浦更换损坏零件钢珠移位或损坏液压油流入马达部位齿轮泵浦轴心油封损坏拆开马达及齿轮泵浦更换损坏油封泵浦无法轮