工业设计机械基础课程设计

1、工业设计机械基础课程设计 液压千斤顶设计 专 业 工业设计 年 级 1202 姓 名 林晓燕 学 号 12430226 指导教师 于东林 吉林化工学院机电工程学院摘 要 本文从液压千斤顶结构与工作原理的分析着手，按设计要求对液压千斤顶进行拆分重构，对千斤顶的结构有一个足够的清晰地认识和了解，这让工业设计专业对千斤顶的设计起到了积极作用。随着我国汽车工业的快速发展,汽车随车千斤顶的要求也越来越高;同时随着市场竞争的加剧,用户要求的不断变化,将迫使千斤顶的设计质量要不断提高,以适应用户的需求。用户喜欢的、市场需要的千斤顶将不仅要求重量轻,携带方便,外形美观,使用可靠,还会对千斤顶的进一步自动化,甚

2、至智能化都有所要求。如何充分利用经济、情报、技术、生产等各类原理知识,使千斤顶的设计工作真正优化?如何在设计过程中充分发挥设计人员的创造性劳动和集体智慧,提高产品的使用价值及企业、社会的经济效益? 如何在知识经济的时代充分利用各种有利因素,对资源进行有效整合等等都将是我们面临着又必须解决的重要的问题。利用已有的液压理论知识、机械设计机械基础的理论知识、产品造型设计材料与工艺理论知识等设计液压千斤顶的结构及各零件的几何尺寸，以保液压千斤顶的质量和强度。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，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。通过

3、观察掌握液压千斤顶的运动，工作原理，让人清楚了解液压千斤顶工作时油液的流动方向以及各个原件的工作原理和工作时的工作情况。 关键字：液压千斤顶；液压传动；液压缸；手柄；目 录摘 要I引言1第一章 液压技术21.1液压技术的发展及应用21.2液压千斤顶的分类及用途32.1液压千斤顶的总体设计方案示意图42.2液压千斤顶的组成及使用注意事项42.3液压千斤顶的原理及原理图62.4液压千斤顶的特点62.5液压传动的优缺点7第三章 液压千斤顶结构设计83.1内管设计83.2外管设计93.3活塞杆的设计93.4导向套的设计113.5弯曲杆的设计113.6活塞部位的密封 密封缺点图123.7液压控制阀的设计

4、133.8液压千斤顶的装配图153.9单向阀的装配图16第四章 液压油的选用17第五章 液压千斤顶常见的故障与维修18结束语21致 谢2322 / 26引言机械设计（machinedesign），根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算并将其转化为具体的描述以作为制造依据的工作过程。液压技术发展趋势液压技术是实现现代化传动与控制的关键技术之一，世界各国对液压工业的发展都给予很大重视。液压传动是以液体作为工作介质，利用液体的压力能进行能量的传递和控制的一门技术。液压传动具有许多优点，被广泛应用于机械、建筑、冶金、化

5、工以及航空航天等领域。如今，随着微电子和计算机技术的发展，机、电、液技术的紧密结合，使液压技术的发展和应用又进入了一个崭新的阶段。随着我国汽车工业的快速发展,汽车随车千斤顶的要求也越来越高;同时随着市场竞争的加剧,用户要求的不断变化,将迫使千斤顶的设计质量要不断提高,以适应用户的需求。用户喜欢的、市场需要的千斤顶将不仅要求重量轻,携带方便,外形美观,使用可靠,还会对千斤顶的进一步自动化,甚至智能化都有所要求。如何充分利用经济、情报、技术、生产等各类原理知识,使千斤顶的设计工作真正优化?如何在设计过程中充分发挥设计人员的创造性劳动和集体智慧,提高产品的使用价值及企业、社会的经济效益? 如何在知识

6、经济的时代充分利用各种有利因素,对资源进行有效整合等等都将是我们面临着又必须解决的重要的问题。千斤顶与我们的生活密切相关，在建筑、铁路、汽车维修等部门均得到广泛的应用，因此千斤顶技术的发展将直接或间接影响到这些部门的正常运转和工作。本次对液压千斤顶进行设计可以了解液压千斤顶的原理以及应用。通过查阅大量文献，和对千斤顶各部件进行设计、绘制，不但熟悉了千斤顶内液压传动原理和结构探究，还使得我对一些绘图软件的操作更加熟练，同时对液压传动加深了理解。另外，本文通过液压千斤顶的工作情况学习了液压传动的原理，以及液压传动的优缺点和如何维护液压千斤顶的知识。第一章 液压技术1.1液压技术的发展及应用 自18

7、世纪末英国制成世界第一台水压计算器，液压传动技术已有两三百年的历史。直到20世纪30年代他才较为普遍的用于起重机，机床及工程机械。 众所周知，液压控制系统在我们生活中的应用很常见，比如液压挖掘机、液压起重机、液压泵等，现在很多的科研工整理也往液压控制领域这块搞科研。其实，自20世纪70年代以来，随着以微电子技术为主导的信息技术、新材料技术、新能源技术、空间技术等高技术群的蓬勃发展，在世界上逐步出现了机械电子工业、光电子工业、新能源等高技术产业，而流体传动与控制技术就是其中的机械电子技术产业中起重要作用的关键技术领域。流体传动及控制包括液压传动及控制与气体传动与控制两个方面。液压传动及控制技术应

8、用于生产，开始于17世纪，经历了二百多年的徘徊，直到20世纪40年代，才进入了高速发展时期。20世纪40年代控制论的诞生，极大地促进了液压技术的快速发展，使其应用范围逐渐扩大，不仅在国防领域具有不可替代的地位，而且已经渗透到国民经济的各个行业，液压技术发展与应用的程度已成为衡量一个国家工业发展水平的重要标志。液压原理的模拟：图1-1 液压技术之所以得到广泛的应用，是由于它具有以下的主要优点：（1） 功率重量比大。即以较轻的设备重量产生较大的输出力或力矩。（2） 能方便地实现无级调速，调速范围宽，低速性稳定性好。（3） 很容易实现直线运动。对机械传动较难，对电力传动更难实现。（4） 启动、制动迅

9、速；易于实现过载保护，工作安全。（5） 与机械传动相比，其执行元件与动力源能方便地分离且工作时容许位置的变动。（6）工作介质有一定的弹性和吸振能力，使液压传动运转平稳，运转时可自润滑且易于散热。液压技术的主要缺点：（1） 油液的泄漏和排放易污染环境，且易引发火灾，废油处理困难。（2） 油液的粘度受温度影响较大。油液特性变化引起系统性能改变。（3） 液压能的获得及传递不如电能方便，远距离传输受到限制。 总之，液压传动的优点是主要的，随着设计制造和使用水平的不断提高，有些缺点正逐步克服，式液压传动有着更广泛地发展前景。1.2液压千斤顶的分类及用途 随着微电子和计算机技术的发展，机、电、液技术的紧密

10、结合，并且伴随我国汽车工业的快速发展，千斤顶的设计质量越来越优化，越来越人性化，得到许多人的青睐，图1-1、图1-2是两种现代技术的液压千斤顶： 图1-2 图1-3 按照千斤顶的结构特征可分为齿条千斤顶、螺旋千斤顶和液压千斤顶三种，如图1-4。齿条千斤顶:由人力通过杠杆和齿轮带动齿条顶举重物。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。螺旋千斤顶:由人力通过螺旋副传动，螺杆或螺母套筒作为顶举件。螺旋千斤顶能长期支持重物，应用较广。下部装上水平螺杆后，还能使重物作小距离横移。液压千斤顶:由人力或电力驱动液压泵，通过液压系

11、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，传动效率较高，故应用较广；不宜长期支持重物。图1-4第二章 液压千斤顶的总体设计方案及其原理2.1液压千斤顶的总体设计方案示意图 图2-1如图2-1所示，从左到右，从上到下，图中关键名称分别是1.手柄 2.小活塞泵 3.活门 4.凸端 5.液压活门 6.放液阀 7.高压液缸 8.储液池 9.大活塞 图2-1是液压千斤顶的结构示意图，工作时通过上移1-手柄使2-小活塞向上运动从而形成局部真空，油液从8-储液池通过3-活门被吸入

12、小油缸，然后下压1手柄使2小活塞下压，把小油缸内的液压油通过5液压活门压入7高压液缸内，从而推动9大活塞上移，反复动作顶起重物。使用完毕后扭转6放液阀，连通7高压液缸和8储液池，油液直接流回储液池，9大活塞下落，大活塞下落速度取决于放液阀的扭转程度2.2液压千斤顶的组成及使用注意事项 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

13、。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。液压千斤顶由人力或电力驱动液压电动泵，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。整体式液压千斤顶的泵与液压缸了解成一体；分离式液压泵与液压缸分离，中间有高压软管相连。液压千斤顶结构紧凑，能平稳顶升重物，起重量最大已超

14、过750吨，传动效率较高，故应用较广；但易漏油，不宜长期支持重物。因此，使用时要遵从相关事项：1、 液压千斤顶使用前必须检查各部是否异常；2、 使用时严格遵守相关参数，切记超高超载，否则油缸顶部会漏油；3、 重物重心要选择适中，合理选择液压千斤顶的着力点，底面放平，通知注意地面条件；4、 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；5、 液压千斤顶应存放在干燥、无尘的地方，不适宜在有酸碱,腐蚀性气体的工作场所使用，更不能放在室外日

15、晒雨淋。2.3液压千斤顶的原理及原理图图2-2 液压千斤顶的工作原理图所示，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

16、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。2.4液压千斤顶的特点 液压千斤顶是一种将密封在油缸中的液体作为介质，把液压能转换为机械能从而将重物向上顶起的千斤顶。它结构简单、体积小、重量轻、举升力大，易于维修，但同时制造精度要求较高,若出现泄漏现象将引起举升汽车的下降,保险系数降低,使用其举升时易受部位和地方的限制.传统液压千斤顶由于手柄、活塞、油缸、密封圈、调节螺杆、底座和液压油组成。它利用了密闭容器中静止液体的压力以同样大小各个方向传递的特性。优点：输出推力大。缺点：效率低。2.5液压

17、传动的优缺点 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。缺点：1

18、、 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、 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。第三章 液压千斤顶结构设计3.1内管设计液压千斤顶内管如图所示图3-1现在我们以最常用千斤顶内管设计的参数为例，若已知千斤顶的额定载荷为19600N，初定额定压力为15MPa。千斤顶的最低使用高度为192mm，最高使用高度为277mm。根据以上要求可以得到如下计算结果：F=P×A 得到A=19600

19、/9.8/13.3cm2 所以内管的直径D=42mm，长为115mm，有效长度为85mm这里 F=外部作用力（kgf） A=内管的作用面积(cm2) P=被传递的压力（kg/cm2）内管的壁厚=0+C1+C2根据公式0>PmaxD/2p（m）有机械设计手册可知b-550(无缝钢管，牌号20) N为安全系数一般取5可有0>15×0.042/(2×550/5)=0.002m=2mm=0+C1+C2=3mm上式中C1为缸筒外径公差余量，C2为腐蚀余量缸筒壁厚的验算：根据公式Pn0.35s(D1-D2)/D12MPa0.35×5500.00054/0.0023

20、04=50MPaPn=15MPa所以缸筒的壁厚完全满足设计的需求。3.2外管设计 历史千斤顶的外管主要的作用是用来储存多余的液压油，在无电源作用的情况下，外管起了一个油箱的作用。 同上节道理一样，再次使用已有数据进行外管设计的参数计算由上可知内管的外径为42mm可得V内=AH=3.14×2.12×8.5=117.7cm2外管的外径D=66mm可得V外-V内=341.94-117.7=224.24cm2所以V>V内完全满足要求。3.3活塞杆的设计 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3-2所示的计算简图，它们的共同

21、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。图3-2常见活塞杆：图3-3 为了更直观的理解活塞杆的整体结构与造型，现用相关软件模拟活塞杆如图3-4所示图3-43.4导向套的设计活塞杆的导向装置简图，图3-5：图3-5活塞杆导向套装在内管的有杆侧端盖内，用以对活塞杆进行导行，内装有密封装置以保证缸筒有杆腔的密封，导向套采用非耐磨材料时，内圈可设导向环，用以做活塞杆的导向。3.5弯曲杆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

22、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。梁任一横截面上的弯矩,其值等于该截面任一侧所有外力对形心的力矩的代数和。3.6活塞部位的密封 密封缺点图图3-6 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，由于香蕉具有良好的弹性，受力时迫使尼龙碗的唇边与缸壁贴合，其良好的密封作用。 缺点如下图所示： 图3-7 密封圈处在小孔口处，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，限位孔直径的的增大以及超越限位孔次数的的增多而变大加深，最终会破坏密封圈的密封性能，导致活

23、塞不能推动重物上升。因此，要求密封圈材质的强度要高。由于面柱与面柱的配合始终存在一定的误差，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适当开一个油沟，平衡各边压力。3.7液压控制阀的设计（1）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。（2）普通单向阀普通单向阀简称单向阀，如图3-8、3-9所示，它的作用是使用油液只能沿一个方向流动，不许反向倒流。图3-10所示为直通式单向阀的结构及图形符号。压力油从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

24、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。 图3-8 图3-9图3-10单向阀的弹簧主要用来克服阀芯的摩擦阻力和惯性力，使阀芯可靠复位，为了减小压力损失，弹簧钢度较小，一般单向阀的开启为0.03 MPa0.05 MPa（如换上刚度较大的弹簧，使阀的开启压力达到0.2 MPa0.6 MPa，便可当背压阀使用）。（3）背压阀为了液压缸不超过最高允许压力=0.6 Mpa，需要在回油路上并联一个0.55 MPa的背压阀。只需将4.2中设计的单向阀换上刚度较大的弹簧，使阀的开启压力达到0.55 MPa，便可当背压阀使用。这样，当压力超过0.

25、55 MPa时，背压阀自动打开泄荷，使液压缸免受损坏。3.8液压千斤顶的装配图图3-11图3-123.9单向阀的装配图图3-13第四章 液压油的选用 液压千斤顶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：(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

26、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。 一般根据液压千斤顶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

27、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，该液压千斤顶选用液压千斤顶专用液压油。液压设备的性能决定有很多因素，其中一个重要因素就是液压油的选择，如何选择好液压油有助于提高液压千斤顶的使用性能，大大的提高性能质量，发挥其最大效应。第五章 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

28、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

29、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油、使千斤顶柱塞完全伸出或柱塞伸出有抖动现象泵浦油箱油量太少在千斤顶完全缩回时，依照泵浦型号添加所需液压油泵浦油位内有异物阻塞或过滤器检查并清洁过滤器阻塞从泄压阀没有上紧油压接头没有上紧确定上紧油压接头液压油温度太低或黏度太高更换适当液压油油压千斤顶组内有空气将空气排出泄压阀松动检查并上紧泵浦无法减压或持压泄压阀漏油清洁检修钢珠及油封泄压阀设定压力太低设定正确压力泵浦过滤器阻塞清洁过滤器更换液压油结束语毕业设计是大学学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的学习机会，通过这次对液压千斤顶理知识和实际设计的相结合，锻炼了我的综合运用所学专业知识，解决实际工程问题的能力，同时也提高了我查阅文献资料、设计手册、设计规范能力以及其他专业知识水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，抗压能力以及耐力也都得到