【5吨液压举重机设计7500字（论文）】

5吨液压举重机设计目录TOC\o"1-2"\h\u253515吨液压举重机设计 023123引言 0269671.液压举重机概述及原理 2147852.设计内容及参数 2316372.1设计内容 2231822.2设计参数 2223263.液压缸的设计 3163143.1液压缸参数确定 310536选择适合的活塞杆直径 522093.2液压缸伸缩所需时间的计算 6186513.3液压缸的主要零部件的设计 657424.液压缸的选用 14175034.1使用工况及安装条件的确定 15292434.2液压缸缸体与缸盖的连接形式 1537234.3缓冲装置 158478（a） 1626447（b） 1615793总结 186042参考文献 18摘要：举重机按照传动形式可分为机械式和液压式，机械式举重机是传统的举重机类型。相较于机械式举重机，液压举重机平台升降更加稳定，操作更简单，更安全，并且没有机械举重机存在零件易磨损、噪声高、维修成本太大的诸多问题。因此液压举重机的发展前景非常好。本次设计秉持着“科学高效”的设计理念对液压举重机进行了研究与设计。首先对于液压举重机进行了简要概述并对其工作原理做了简要讲解；其次是对设计内容和相关参数的整理，然后是对本次设计的核心内容——液压缸进行了设计和计算，其中这一部分又分为对于液压缸各参数的计算和对液压缸伸缩所需时间的计算，以及液压缸零部件的设计；最后是对液压缸的设计方面进行详细的研究。本次设计的液压缸负载为5吨，上升速度为0.04m/s，下降速度为0.1m/s，行程为3m，液压缸伸缩所需时间为105s，缸筒爆裂压力为105.48Mpa。在本设计中，针对液压缸两端需要焊接绞座的问题进行了分析和研究。关键词：液压举重机；液压缸；焊接绞座引言液压传动技术是一种符合现代需求的传动技术，对比机械传动技术而言，液压传动技术是更加高效的传动，是提高传动效率与控制的重要技术之一。17世纪时静压传动原理即静止液体中压力传递的基本规律，第一次被法国物理学家帕斯卡提出，帕斯卡定理第一次被运用是距今三百年前，随着时间的推移，帕斯卡定理也被运用的更加广泛，并开始逐渐运用到民用工业中，包括各种自动机和自动控制技术，1960年之后，随着其他有关技术的发展，液压传动技术也得到了迅猛的发展，其中包含空间、原子能、电子技术和计算机技术等，所以可以理解为液压技术是最近几十年的事，随着全球各个国家与许多地区都对液压传动技术的发展给与了非常大的重视[1]。但是我国液压技术的使用率是很低的，我国液压技术的发展对比一些液压技术起步较早的国家，尚存在许多不足与差距，其中主要反映在产品的种类少，我国的液压产品种类只有美国的六分之一，德国的五分之一，并且水平也较低，质量的稳定性较差，故障率也高于这些先进国家，同时专业化的程度低，规模小，带来的经济效益远不如其他的一下世界强国。我国在这方面的研发力量的投入较为薄弱，技术进步速度慢，应加大研发，我国在此方面的产品市场也没有完全打开，液压产品的国际市场很大，发展空间很大，我相信随着我国综合国力的逐步增强，同时对液压技术的深入研究，对相应产品做到更深的了解，我国在液压传动技术这方面一定会取得长足的进步。液压传动具有非常多的优点，液压技术在实现高压、高速等方面有重大成就，同时在一些大功率方面也有应用，而且它的效率非常高，噪音也比传统的机械传动要小，最主要是比较耐用。液压传动输出的驱动力相比于机械传动更大，可实现低速时总重量很高的物体移动，这是机械传动做不到的。液压传动可以轻松实现无级调节速度，而且这个速度调节的范围可以很大，最关键的是液压传动能够在启动运行的过程中调节。液压系统的优点是在同等功率的情况下，体积和重量都更有优势，结构也相对来说更加紧凑[2]。液压元件之间的连接方式一般为管道连接或整体连接，布置安装都比较灵活。执行运动的机构在液压系统的控制下更加稳定，安全性很高，同时在升降转换时消除换向产生的冲击力。而且由液压传动控制的执行机构的反应也更加灵敏，所以就算连续改变运动方向也可以轻松实现。还有就是它的操作简单，控制也更加方便。液压系统在出现过载的情况下会进行一定的自我保护，更加的安全，并且因为液压元件的运动机构处于油液中，具有自润滑性，因此整体的使用时间也较长。液压元件的制造和标准化也比较容易。相反，液压传动也有一些缺点也需要去面对，比如液压技术不方便维修和护理；油液如果出现了泄漏也会造成一定的安全隐患等。所以我们应该尽可能的发挥液压传动的优点，然后去克服它的缺点，同时探究液压传动技术与其他技术的结合，同时做到提高液压传动的效率，提高实用性，适应环保方面的要求[3]。1.液压举重机概述及原理液压举重机主要运用于汽车维修行业，用于在汽车修理保养的过程中实现对汽车的托举，是此行业的重要工具。液压举重机的升降所需的动能是由液压油的压力传动提供的，液压举重机的结构一般设计成剪叉式，因为这样在其做升降运动时具有较高的稳定性，在平台上升时，油液会被输出到缸体的下方，从而使油缸向上移动，达到托举重物的的要求，在平台下降时，泄油口打开，重物在重力的作用下会慢慢下降[4]。2.设计内容及参数2.1设计内容（1）液压缸的设计；（2）液压缸主要零部件设计；（3）活塞的设计；（4）活塞杆的设计；（5）导向套的设计；（6）缸筒底部设计。2.2设计参数已知设计参数有：（1）负载5吨；（2）上升速度v1=0.04m/s（3）下降速度v2=0.1m/s（4）行程s=3m。3.液压缸的设计液压缸是液压传动的执行元件，它与液压举重机有着直接的联系，所以在设计之前应了解液压举重机的结构等，以此来确定液压缸的用途与主要的工作需求。液压缸的主要设计是选结构，按照液压缸的负载情况、负载时运行速度、最大行程值等确定液压缸的尺寸、使用压力和流量等，最后还要对零部件进行强度和性能的检查和验算[5]。液压缸设计内容与步骤：（1）根据液压缸的工作环境来选择液压缸的类型和各部分结构类型；（2）根据动力和运动分析，确定液压缸的工作参数和结构尺寸；（3）设计零部件；（4）对液压缸的性能进行验算。3.1液压缸参数确定论文题目要求液压缸负载为5吨，上升速度为0.04m/s，下降速度为0.1m/s。行程为3m。所求重要参数为：缸筒的内径D，活塞杆半径d/2。3.1.1液压缸的工作压力液压缸的输出力F由任务压力p和活塞环的面积A决定，而液压缸的出口速率v由液压缸的流量q和活塞的有效面积A来决定[6]，即：

F=p×A

v=qA

设计要求的载荷为5吨，安全系数我考虑定为1.2。在有4个液压缸同时工作的情况下。就可以计算得到每一个液压缸所需要的输出的载荷（5×1.2×即：F=15000N3.1.2初选缸筒内径及活塞杆直径液压缸的工作压力一般是根据液压设备的类型来选择，对于不同的液压设备来说，由于所处的工作环境的不同，通常采用的压力范围也不同[7]。根据表1液压设备常用工作压力选择工作压力为1.6MPa即p=1.6MPa表1液压设备常用工作压力设备类型工作压力p/（Mpa）磨床0.8-2.0组合机床3-5龙门刨床2-8拉床8-10由表1来选取1.6MPa作为工作压力,计算出缸筒的内径D(m),由计算所得的D和d值分别按照表2和表3选取整数到相近的直径，便于采用合适的密封元件。表2液压缸内径尺寸（mm）810121620253240506380(90)100(110)125(140)160(180)200(220)250320400500630表3活塞杆直径（mm）456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360400D=4FπPD=4×15000根据上升速度和选定的液压泵流量来计算液压缸的内径。即：D=材料选45抗拉强度σ屈服强度σ伸长率δ表4液压缸内径D与活塞杆直径d的关系参考机床型号选则d/D参考液压缸工作压力选则d/D机床型号d/D工作压力p/（Mpa）d/D磨床及研磨机床0.2-0.3≤20.2-0.3插床、拉床、刨床0.5>2−50.5-0.58钴、镗、车、铣床0.7>5−70.62-0.70-->70.7选择适合的活塞杆直径由于上升和下降速度是知道的，所以活塞杆直径d可以有以下公式算出，即：d=Dφ-1φφ=所以d=71.4×取55mm，材料选45号抗拉强度：σ屈服强度σ伸长率δ3.2液压缸伸缩所需时间的计算行程时间计算：活塞杆伸出需要用到的时间为：t活塞杆收回需要用到的时间为：t3.3液压缸的主要零部件的设计3.3.1缸筒的设计（1）缸筒材料的选取和缸筒制造的要求。液压缸的材料一般可根据工作介质的压力大小来选择，首先要求有足够的强度，可以长期的承受住工作时的压力同时也要保证在一些短期的实验高压力下不会产生塑性形变[8]。作为液压缸的主体需要一定的刚度，这样才可以在安装时即使受到一定的反作用力也不会产生弯曲的情况。缸筒需要考虑的影响因素还包括密封性，牢固的密封是液压缸正常工作运行的基本保障，相反若发生严重的泄漏，可能会使其工作效率下降，严重时还会使其不能正常工作，存在严重的安全隐患例。与端盖焊接在一起的缸筒材料应选用S35号钢，不需要焊接其他零部件的缸筒则使用调质的45号钢。既要保证可靠的密封要求又要减少摩擦带来的损害，还要防尘性能好，防尘性能较好的液压缸可以提高它的使用期限[9]。因为缸筒上部分部位是需要进行焊接的，所以需要焊接部分的可焊性要过关达到焊接的要求，若是在缸筒与零件达不到焊接的要求，焊接部位出现裂纹或者出现一定的变形，缸筒就会出现泄漏情况[10]。若设计的缸筒的缸壁很厚，材料上可以选择铸铁卷成筒形，之后进行焊接，焊接完成还需要进行退火处理，为了防止焊接处出现焊缝或者其他焊接问题，还需要在焊缝处进行磁力探伤检查。通常选取的碳素钢：20/35/45号等；普通低合金结构钢如15MnV、27SiMn等；合金结构钢如30CrMo、35CrMo-ALA等；不锈钢如Cr18Ni9等；路合金如ZL105、LF3、LF6等；铸钢如ZG230-450、ZG310-500等；防锈路合金如SA03、SA06等[11]。液压缸各个部分的结构都需要进行合理的设计，最大可能的做到让其结构简单、安装紧凑，在加工时做到装配和维修时减少不必要的工作。液压缸内部没有缓冲的装置和排气装置时，那么系统中就需要有帮助缓冲和进行排气的装置。（2）缸筒的计算a.结构选择E性重载液压缸b.材料选用45号抗拉强度σ屈服强度σ伸长率δc.缸筒内径D=100mm外径D壁厚δ=10mmd.缸筒壁厚的验算P=0.350.16(=37.97MPa缸筒完全发生不可逆变形的压力PrL缸筒径向变形∆D=缸筒内径采用H8级配合P所以可以得到缸筒的爆裂压力pp=105.48MPa3.3.2活塞的设计（1）结构选取根据液压机压力要求及密封形式，工作环境，温度要求等各方面的条件来选择标准。（2）活塞与活塞杆的连接活塞杆头部的连接方式：活塞杆和外部零件连接的部分是我们通常所说的柱塞杆头部，活塞杆和外部零件的连接结构有两种，分别是螺纹式和单耳环式，在实际工作中应用时，应该根据具体的工作环境来选择使用哪种连接结构。活塞杆末端的连接方式：活塞杆末端与活塞的连接方式很多，此处建议选择使用内卡键连接，这种连接方式的优点在于结构紧凑，制造也容易，安装时也非常方便，适用范围较广[12]。活塞杆主体的连接方式：柱塞杆与活塞体的联接主要可分为实体联接和空心联接。两种联结分别适用于不同的场合，当活塞杆的杆径相对较小时，我们采用实心联结，相对的当杆径较大时，为了减轻活塞杆整体的重量，就会使用空心联结的结构，要注意的是在进行焊接或热处理时会有热气，而为了排出热气在采用空心联结时要在活塞杆的端部留有气孔[13]。（3）材料选择活塞的常用材料为钢、灰铁HT15-33、HT20-40、耐磨铸铁及铝合金等。其中根据有无导向环来确定使用材料，活塞无导向环时，一般选择使用耐磨铸铁、灰铁。活塞有导向环时，则会选择碳素钢或铝合金，若需焊接时可使用Q235钢，不用焊接时可使用45号钢[14]。（4）活塞套设计在液压机工作时因为在缸内液体的压力下，活塞与气缸会发生滑行，所以活塞套与气缸之间的空隙不能太近，如果空隙过小，液压机工作时的启动压力反而会有所增加，会减少液压机的工作的机械效率，严重时还会损坏汽缸，相反如果留的空隙过大，液压缸会发生不同程度的泄漏，从而使容积效率下降[15]。3.3.3活塞杆的设计（1）初步设计a.结构活塞杆的杆体有两种类型，分别为实心和空心，当杆的杆径相对来说较小时会选择用实心杆，所以选取实心的活塞杆。b.实心活塞杆的材料通常情况下为35号，45号钢，这里我选则使用45号钢。抗拉强度σ屈服强度σc.直径d=80mm（2）活塞杆的计算a.强度计算许用应力σδ===8.08MPa危险截面处合应力σ=1.8×=6.53N/m活塞杆拉力Pb.活塞杆弯曲稳定性验算液压缸支承长度L受力完全作用在轴线上。活塞杆弯曲失稳临界压缩力PEI=P==626.413KNP安全系数n符合要求3.3.4端盖上螺栓的校验核对当液压油进入，缸内若没有活塞杆腔时，活塞杆就会处于受到压力的状态，这里设背压时为零，所以输出的压力就为：F1=AA1D—液压缸内径p—工作时的压力ηm当液压油进入，缸内有活塞杆腔时，活塞杆则会处于受到拉力的状态，这里设背压时为零，所以输出的拉力就为：F2由上可知，如果工作腔不是活塞杆腔时，这是若处于运动状态，运动时的速度是最小值，但是这是整体输出的向上的推力是最大的，所以需要检查的部分只有后端盖上的螺栓是否已经拧紧。而这时活塞杆受到的压力为15000N。螺纹受到两个力，一个是拉应力，同时还受到螺纹间的摩擦力炬产生的应力。即拉伸应力为：σ=σAQ故σ==213N/m扭转应力：τ=将上式中的各个参数带入其中，可得到τ所选螺栓为塑性材料的原因，可以根据第四强度理论来确定螺纹部分的应力需求，即σ螺栓的连接方式是紧连接，受到预紧力，这是紧螺栓连接方式用的最普遍的受力形式，可以使得每个螺栓的预紧力相同都为Qp,F在工作时，会受到一定的弹性形变，导致螺栓和连接处的总张力不等于F与Q此时Q=Q——螺栓的总拉力因为没有使用垫片，所以Q=96310+0.25×15000=100060N螺栓设计选择时按照静载荷强度来计算，随后计算疲劳强度。螺栓受到的拉力幅为：Q-对应的应力幅为：σa=由上得螺栓疲劳强度为：σσσσσ由以上的计算可以知道选择M2的螺栓可以满足强度的需求。3.3.5导向套的设计导向套分为普通导向套、易拆导向套、球面导向套、静压导向套等。导向套两个作用，第一个是起到滑动轴承的作用，第二个是帮助活塞分担部分的横向载荷，防止活塞与缸筒产生不必要的摩擦，同时也起到密封的作用，防止灰尘水分的进入损坏密封装置。导向套通常是使用PTFE压成毛坯件，经特殊处理后，再按要求的规格，经机械切削加工所得。导向套滑动长度A=0.6~1.0d取A=0.6d=49mm导向套外圆与端盖内孔相匹配选取H8/f7。内圈选取H9/f9；即表面粗糙度为：R3.3.6缸筒底部设计有油孔时：h=0.443D=0.443×1003.3.7选取密封圈（1）活塞杆上的密封圈dD=95mm，L（2）活塞上的密封圈d=80mm，LD（3）缸体上的密封圈d3.3.8开口销的选用（1）公称直径d=6.3mm，长度l=120mm，材料为20钢或Q2354.液压缸的选用4.1使用工况及安装条件的确定通过工作环境的分析，可以知道举重机在工作中升降速度和托举重物重量的变化情况，以此来了解在不同工作环境下参数选取的不同。安装：法兰安装：当液压缸在工作时处于固定状态下可以选择使用法兰安装，液压缸整体的重力与产生的作用力和支撑的力在同一条线上时也比较适合选择法兰安装，在液压缸的端部、中部和尾部都可以进行安装，具体三种安装方式应该选择哪一种一般要看在工作时重物对于活塞杆产生的力是什么力，在液压缸的上部或者中部安装时是因为产生的力是拉伸应力，而在液压缸下部或者中部安装时是因为产生的力是压缩应力。在选取三种安装方式的同时还应该考虑液压缸的设计要求和液压缸稳定性。铰支安装：这种安装形式可以分为尾部单（双）耳环安装和端部、中部或尾部耳轴安装，当液压缸在正常工作情况下，液压缸中的运动机构被其作用力推动使运动机构在同一个运动平面时发生曲线运动，这时应该选择此安装方式。4.2液压缸缸体与缸盖的连接形式液压缸的作业压力和条件及其制作材料都会影响与缸盖之间的连接方式。表5液压缸缸体与缸盖的连接形式连接方式优点缺点法兰连接结构简单、成本低所需利润低易装卸、可受高压径向尺寸大工艺复杂螺纹连接外形尺寸小重量轻端部结构复杂、工艺要求高装拆时需要专用工具外半环连接结构简单加工方便外形尺寸大缸筒开槽，强度降低内半环连接外形尺寸小结构紧密，重量轻缸筒开槽，强度降低安装时密封圈易擦伤4.3缓冲装置液压缸在工作时，由于有很多大重量部件，并且运动时的速度很快，所以在运动到两端时，液体就会对缸体产生一定的冲击，严重时会发生一些不必要的碰撞，例如活塞与缸体端盖间的碰撞，这种现象会极大程度的损坏液压缸，减少其使用寿命和降低工作效率，所以为了杜绝这种现象的发生，需要在端部增加缓冲装置的相应设计。环状间隙缓冲装置：见图1，活塞端部的缓冲柱塞1向端盖3运动时，进入到圆柱形油腔2，将油液从柱塞和端盖间的缝隙中排挤出去，因为这其中的间隙较小，所以起到了一定的阻止油液使其停滞的作用，从而达到缓冲效果，非常适合运动时惯性小、速度也相对较低的液压系统。（a）（b）图1环状间隙节流缓冲装置a─圆柱形柱塞b─圆锥形柱塞1—缓冲柱塞2—圆柱形油腔3—端盖

总结本次设计由刘超老师指导，前前后后共历时五个月完成。本设计的重点在于液压举重机中液压缸设计，液压缸是为整体运动提供能量的机构，在液压缸的设计上，首先要了解其结构组成，然后对其组成部分进行设计以及选材，对于各部分的连接也要逐步分析，焊接部分的材料要单独考虑，要确保设计出的液压缸的安全性。在设计时，我在上网查询参考资料的同时，还去图书馆借鉴了许多有关此方面的设计书籍，对于一些欠合理的地方做了一些适当的改动，并对于基本零件的尺寸及强度，刚度以及技术要求等进行了科学的理论计算和校核，并在此基础上，我对液压缸也更加的了解，同时对液压系统也有了新的认知，巩固了以前书本上的理论知识。在毕业设计完成后，我觉得自己对此类设计也有了初步的认识，在遇到问题时如何解决问题，是我在这次设计中掌握的重要的技能。但是，在这次设计中也存在着一些不可避免的欠缺和不足。因为以前对这些接触很少，缺少设计经验，会有许多地方考虑不周，存在错误，希望在以后的设计工作中尽量减少不足。参考文献[1]宋蒙蒙,李俊涛.机械设计制造中液压机械传动控制系统的应用[J].南方农机,2021,52(02):110-111.[2]李富梅.液压传动系统中的节能措施研究[J].世界有色金属,2020,(24)：171-172.[3]王永昌.农用四轮拖拉机上的铲运、举重装置:CN87216931[P].

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西华大学学报（自然科学版）