液壓缸課程設(shè)計說明書

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1、課程設(shè)計說明書 目錄 程 的目的 ?????????????????? 1 程 內(nèi)容及所 參數(shù) ?????????????? 1 液 缸主要尺寸的確定 ??????????????? 2 液 缸的密封 ????????????????? 6 支承 向的 ?????????????????? 7 防 圈的 ??????????????????? 8 液 缸材料的 用 ??????

2、??????????? 9 程 小 ??????????????????? 13 參考文獻?????????????????????? 14 說明書 一、 課程設(shè)計的目的 現(xiàn)代機械一般多為機械、電氣、液壓三者緊密相連結(jié)合的一個綜合體。液壓傳 動與機械傳動、電氣傳動并列為三大傳統(tǒng)形式。液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計在現(xiàn)代機 械的設(shè)計工作中占有重要的地位。因此， 《液壓傳動》課程是工科機械類各專業(yè) 都開設(shè)的一門重要課程。它既是一門理論課，也與生產(chǎn)實際有著密切的聯(lián)系。

3、為了學(xué)好這樣一門重要課程，除了在教學(xué)中系統(tǒng)講授以外，還應(yīng)該設(shè)置課程設(shè) 計教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生理論聯(lián)系實際，掌握液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計的技能與方法。 課程設(shè)計的目的主要有以下幾點： 1、 綜合運用液壓傳動課程及其他有關(guān)先修課程的理論知識和生產(chǎn)實習知識， 進行液壓傳動設(shè)計實踐，使理論知識和生產(chǎn)實踐緊密結(jié)合起來，從而使這些知 識得到進一步地鞏固，加深、提高和擴展。 2、 在設(shè)計實踐中學(xué)習和掌握通用液壓元件，尤其是各類標準元件的選用原則 和回路的組合方式，培養(yǎng)設(shè)計技能，提高學(xué)生分析和嫁接生產(chǎn)實際問題的能力， 為今后的設(shè)計工作打下良好

4、的基礎(chǔ)。 3、 通過設(shè)計，學(xué)生應(yīng)在計算、繪圖、運用和熟悉設(shè)計資料（包括設(shè)計手冊， 產(chǎn)品樣本，標準和規(guī)范等）以及進行估算方面得到實際訓(xùn)練。 二、 課程設(shè)計內(nèi)容及所給參數(shù) 1、 設(shè)計內(nèi)容 （ 1） 液壓缸內(nèi)徑 D，活塞桿直徑 d 的確定及繪制液壓缸總圖； （ 2） 液壓泵及匹配的電動機選擇； （ 3） 液壓元件的選擇； （ 4） 按規(guī)定機械動作要求，設(shè)計液壓傳動系統(tǒng)原理圖，設(shè)計電氣控制系統(tǒng)； 1 （ 5） 液壓傳動裝置的安裝及電氣控制系統(tǒng)的連接； （ 6） 調(diào)試。

5、2、 設(shè)計參數(shù) 液壓缸系統(tǒng)供油 P=6.3Mpa； 液壓缸最大推力 Fmax=5KN； 缸的最大行程 L=100mm； 三、 液壓缸主要尺寸的確定 1、 液壓缸工作壓力的確定 液壓缸的工作壓力主要根據(jù)液壓設(shè)備的類型來確定，對于不通用途的液壓 設(shè)備，由于工作條件不同，通常采用的壓力范圍也不同。根據(jù)負載 F=5KN, 查附 表 7 可知液壓缸的工作壓力為 1.5~2Mpa,由附表 1 確定液壓缸的工作壓力 P=2.5Mpa。 2、液壓缸缸筒內(nèi)徑 D 的計算 根據(jù)已知條件，工作最大負載

6、F=1500N，工作壓力 P=1.6MPa 可得 液壓缸內(nèi)徑 D和活塞桿直徑 d 的確定： 已知 : F=1500N, P =1.6MPa， D 4F = 4 1500 =39.5mm 1.6 10 6 P d 0.75D 0.75 39.5mm 29.625mm 查表得： D=40mm， d=32mm 則 A D 2 3.14 40 2 1256mm2 4 4 故必須進行最小穩(wěn)定速度的驗算，要保證液壓缸工作面積 A 必須大于保證最小 穩(wěn)定速度

7、的最小有效面積 A min 2 又： Amin qmin 2Lmin 2 106 mm3 / min 2500mm2 Vmin 0.8m / min 0.8 103 mm/ min 式中： qmin —流量閥的最小穩(wěn)定流量，由設(shè)計要求給出。 V min —液壓缸的最小速度，由設(shè)計要求給出。 故查表取 D=63mm mm D 2 3.14 632 3115.7mm 2 ，保證了 A > Amin 當 D=63 的時 A 4 4 3、液壓

8、缸活塞桿直徑 d 的確定 由已知條件可查表 23.6—33（GB/T2348-1993），取 d=45mm。 查表知， 45 鋼的屈服強度 s 355MPa 按強度條件校核： d 4F1 10 3 4 1200 10 3 3 10 3 355 2 所以符合要求。 4、液壓缸壁厚的計算 液壓缸的壁厚由液壓缸的強度條件來計算。液壓缸的壁厚一般指缸筒結(jié)構(gòu)中 最薄處的厚度。從

9、材料力學(xué)可知，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應(yīng)力分布材料規(guī)律 因壁厚的不同而各異。一般計算時可分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。 本設(shè)計按照薄壁圓筒設(shè)計，其壁厚按薄壁圓筒公式計算為： Py D  ( 該設(shè)計采用無縫鋼管 ) 2[ ] py (1.25 ~ 1.5) p p，取 py 1.5p p py 1.5 1.6 2.4MPa [ ]=100 ～110 MPa （無縫鋼管），取 [ ]=100 MPa 2.1 63 2 100  0.66mm 3 由計

10、算的公式所得的液壓缸的壁厚厚度很小，使缸體的剛度不夠，如在切削加 工過程中的變形，安裝變形等引起液壓缸工作過程中卡死或漏油。所以用經(jīng)驗 法選取壁厚： δ=8mm 5、缸體外徑尺寸的計算 缸體外徑 D1 D 2 63 2 0.63 64.26mm 查機械手冊表：外徑 D1 取 76mm 6、液壓缸工作行程的確定 由于在液壓缸工作時要完成如下動作 快 進 150 ┏━━━━→┓工 進 50 ┃ ┗┓工 進 50 ┃快 退 ┗━━━━→┓ ┗━━━━━━━←━━━━━━━━━━┛ 即可根據(jù)

11、執(zhí)行機構(gòu)實際工作的最大長度確定。由上述動作可知工作行程為 250mm。 7、缸蓋厚度的確定 一般液壓缸多為平底缸蓋，其有效厚度 按強度要求可用下式進行近似計 算： P 3. 75~ 4. 5 t 0.433D 0.433 63 5.28 ~ 5.78mm 100 [ ] 式中： D—缸蓋止口內(nèi)徑 (mm) T—缸蓋有效厚度 (mm) T≥4.74mm 8、最小導(dǎo)向長度的確定 當活塞桿全部外伸時，從活塞支承面中點到缸蓋滑動支承

12、面中點距離為 H， 稱為最小導(dǎo)向長度。如果導(dǎo)向長度過小，將使液壓缸的初始撓度增大，影響液 4 壓缸的穩(wěn)定性，因此在設(shè)計時必須保證有一定的最小導(dǎo)向長度。 對一般的液壓缸，最小導(dǎo)向長度 H 應(yīng)滿足： H L D 250 63 mm 44mm 20 2 20 2 式中： L—液壓缸的最大行程 (mm) D—液壓缸內(nèi)徑 (mm) 取 H=65mm 9、活塞寬度 B 的確定 活塞的寬度 B 一般取 B=（0.6-1.0）D 即 B=（ 0.6-1.0） 63=（37.

13、8-63）mm 取 B=60mm 10、缸體長度的確定 液壓缸缸體內(nèi)部的長度應(yīng)等于活塞的行程與活塞寬度的和。缸體外部尺寸 還要考慮到兩端端蓋的厚度，一般液壓缸缸體的長度不應(yīng)大于缸體內(nèi)徑 D 的 20-30 倍。 即：缸體內(nèi)部長度 250+55=305mm 缸體長度≤（ 20-30）D=（1260-1890）mm 即取缸體長度為 510mm 11、液壓缸進、出油口尺寸的確定 液壓缸的進、出油口可布置在端蓋或缸筒上，進、出油口處的流速不大于 5m/s，油口的連接形式為螺紋連接或法蘭連接。

14、 根據(jù)液壓缸螺紋連接的油口尺寸系列（摘自 GB/T2878-93）及 16MPa 小型 系列單桿 自 （ GB/T2878-93 ） 及 16MPa 小 型 系 列 的 單 桿 液 壓 缸 油 口 安 裝 尺 寸 5 （ ISO8138-1986）確定。 進出油口的尺寸為 M16x1.5。連接方式為螺紋連接。 四：液壓缸的密封設(shè)計 液壓缸要求低摩擦，無外漏，無爬行，無滯澀，高響應(yīng)，長壽命，要滿足伺服系統(tǒng)靜態(tài)精度，動態(tài)品質(zhì)的要求，所以它的密封與支承導(dǎo)向的設(shè)計極為重要，不能簡單的延用普通液壓缸的密封和支承導(dǎo)

15、向。因此設(shè)計密封時應(yīng)考慮的因素： ① 用于微速運動（ 3-5mm/s）的場合時，不得有爬行，粘著滯澀現(xiàn)象。 ② 工作在高頻振動的場合的，密封摩擦力應(yīng)該很小且為恒值。要低摩擦，長壽命。 ③ 工作在食品加工、 制藥及易燃環(huán)境的伺服液壓缸， 對密封要求尤為突出，不得有任何的外滲漏，否則會直接威脅人體健康和安全。 ④ 工作在諸如冶金、電力等工業(yè)部門的，更換密封要停產(chǎn)，會造成重大經(jīng)濟損失，所以要求密封長壽命，伺服液壓缸要耐磨。 ⑤ 對于高速輸出的伺服液壓缸，要確保局部過熱不會引起密封失效，密封件要耐高溫，要有良好的耐磨性。 ⑥ 工作在高溫、熱輻

16、射場合的伺服液壓缸，其密封件的材料要有長期耐高溫的特性。 ⑦ 工作介質(zhì)為磷酸酯或抗燃油的，不能用礦物油的密封風材料，要考慮他們的相容性。 ⑧ 伺服液壓缸的密封設(shè)計不能單獨進行，要和支承導(dǎo)向設(shè)計統(tǒng)一進行統(tǒng)籌安排。 （1）靜密封的設(shè)計 6 靜密封的設(shè)計要確保固定密封處在正常工作壓力的 1.5 倍工作壓力下均無 外泄露。 靜密封通常選用 O 形橡膠密封圈。 根據(jù) GB3452.1-92 標準，查通用 O 形密封圈系列（代號 G）的內(nèi)徑、截面 及公差。 由液壓缸裝配草圖確定： 選用

17、 633.55 G GB3452.1 一個 362.65 G GB3452.1 一個 （ 2）動密封的設(shè)計 動密封的設(shè)計直接關(guān)系著伺服液壓缸性能的優(yōu)劣，其設(shè)計必須結(jié)合支承導(dǎo) 向的設(shè)計統(tǒng)籌進行。 活塞與缸筒之間用 Y 型密封圈。 根據(jù)《液壓傳動與控制手冊》表 13-23，查得用 226 編號的 O 型密封圈 ,其 尺寸為 50.393.53. 活塞桿與端蓋之間用 Y 型密封圈 ,它使雙作用元件具有良好的性能 ,抗擠壓 性好 ,尺寸穩(wěn)定 ,摩擦力小 ,耐磨、耐腐蝕性強 . 五、支承導(dǎo)向的設(shè)計

18、 伺服液壓缸的支承導(dǎo)向裝置就是為了防止活塞與缸筒、活塞活塞桿與端蓋 之間的直接接觸 ,相互摩擦 ,產(chǎn)生磨損 ,從而達到降低摩擦 ,減少磨損 ,延長壽命 ,起 到導(dǎo)向和支承側(cè)向力的作用 . 導(dǎo)向環(huán)的特點 : 1) 避免了金屬之間的接觸 ; 2) 具有高的徑向交荷承觸力 ; 7 3) 能補償邊界力 ; 4) 具有強耐磨性和高壽命 ; 5) 摩擦力小 ; 6) 能抑制機械振動 ; 7) 有良好的防塵效果 ,不允許外界異物嵌入 ; 8) 保護密封件不受過

19、分擠壓 ; 9) 導(dǎo)向時即使無潤滑也沒有液動力方面的問題 ; 10) 結(jié)構(gòu)簡單 ,安裝方便 ; 11) 維修費用小 . 導(dǎo)向環(huán)的作用 :導(dǎo)向環(huán)安裝在活塞外圈的溝槽內(nèi)或活塞桿導(dǎo)向套內(nèi)圓的溝槽 內(nèi) ,以保證活塞與缸筒或活塞桿與其導(dǎo)向套的同軸度 ,并用以承受活塞或活塞桿的側(cè)向力 ,用來對活塞桿導(dǎo)向 . 根據(jù) <新編液壓工程手冊 (下冊 )>表 24.7-13 查得選用 GST5908-0630 的導(dǎo)向環(huán) . 導(dǎo)向套的選用為其導(dǎo)向長度 A=(0.6-1.0)D=(37.8-63)mm, 取 A=40mm 六

20、：防塵圈的設(shè)計 為防止落入活塞桿的塵埃，隨著活塞桿的伸縮運動被帶進端蓋和缸筒內(nèi)， 從而使密封件和支承導(dǎo)向環(huán)受到損失和過早的磨損，所以，伺服液壓缸還設(shè)計 安裝防塵圈。 防塵圈的選擇原則： 不給伺服液壓缸增加摩擦； 不產(chǎn)生爬行； 不粘著滯澀； 8 不磨損活塞桿。 防塵圈的選擇不當，會引起摩擦力的增加，將保護活塞桿表面起潤滑作用 的粘附性油膜層刮下來，造成粘附性滲漏，這種滲漏在原理上是允許的。 防塵圈的作用：以防止活塞桿內(nèi)縮時把雜質(zhì)、灰塵及水分帶到密封裝置區(qū)，損

21、 傷密封裝置。 綜上所述，經(jīng)查表 13-28（《液壓傳動與控制手冊》 ），選用丁型無骨架防塵 圈，尺寸為 45mm 七：液壓缸材料的選用 1、 缸筒 缸筒材料：常用 20、35 和 45 號鋼的無縫鋼管。由于缸筒要與法蘭焊接在 一起，故選用 45 號鋼的無縫鋼管。 缸筒和缸蓋的連接方式：法蘭連接；特點是結(jié)構(gòu)較簡單、易加工、易裝卸， 使用廣泛，外形尺寸大，重量大。缸蓋的材料為 HT200，液壓缸內(nèi)圓柱表面粗 糙度為 Ra0.2-0.4um。 （1）內(nèi)徑用 H8 的配合； （2）內(nèi)徑

22、圓度、圓柱度不大于直徑公差之半； （3）內(nèi)表面母線直線度在 45.0mm 長度上，不大于 0.03mm； （4）缸體端面對軸線的垂直度在直徑上每 100mm 上不大于 0.04mm； （5）缸體和端蓋采用螺紋連接，用內(nèi)六角螺栓。 2、 活塞 活塞的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)根據(jù)密封裝置的形式來選擇，密封形式根據(jù)工件條件而 定。 3、 活塞桿 9 （1）活塞桿的外端結(jié)構(gòu) 活塞桿外端與負重連接，其結(jié)構(gòu)形式根據(jù)工作要求而定。 （2）活塞桿的內(nèi)端結(jié)構(gòu) 活塞桿的內(nèi)端與活塞連接。所有形式均需

23、有鎖緊措施，以防止工作時由于 往復(fù)運動而松開?；钊麠U與活塞之間還需安裝密封，采用緩沖套的螺紋連接。 4、 活塞桿導(dǎo)向套 活塞桿導(dǎo)向套裝在液壓缸的有桿腔一側(cè)的端蓋內(nèi)，用來對活塞桿導(dǎo)向，其 內(nèi)側(cè)裝有密封裝置，保證缸筒有桿腔的密封性。外側(cè)裝有防塵圈，防止活塞桿 內(nèi)縮時把雜質(zhì)、灰塵和水分帶進密封裝置區(qū)，損傷密封裝置。 5、 緩沖裝置 當工作機構(gòu)質(zhì)量較大，運動速度較高時，液壓缸有較大的動量。為了減少 液壓缸在行程終端由于大的動量造成的液壓沖擊和噪音，必須采用緩沖裝置。 當停止位置不要求十分準確時，可在回路中設(shè)置減速

24、閥和制動閥，也可以在缸 的末端設(shè)置緩沖裝置。 八：液壓泵的選擇 差動進給： PJ F PA2 1500 0.3 106 0.0014 1.2MPa A1 A2 0.0016 Pb Pj P 1.2 0.3 1.5MPa q A1 A2 5 0.0016 0.008m3 0.00013m 3 min s P p j q 1 106 0.00013 0.13KW 工進 1：

25、 Pj F Pb A2 1500 1.5 106 0.0014 12 105 Pa A1 0.003 10 Pb P2 0.5MPa q1 A1 1 0.003 0.8 0.0024 m3 min 0.00004m3 s P Pj q 12 105 0.00004 48W 0.048KW 工進 2： q2 A1 2 0.003 1.2 0.0036m3 3.6 L 0.00006 m3

26、 min min s P Pj q 12 105 0.00006 0.072KW 快退： Pj F Pb A1 1500 0.003 0.5 105 1.2MPa A2 0.0014 Pb 5MPa q A2 5 0.0014 0.007 m3 min 0.000117 m3 s P Pj q 1.2 106 0.000117 0.1404KW 液壓泵

27、的參數(shù)計算： 取進油路總壓力損失為 P 0.8MPa Pp P P 12 5 0.8MP 5 10 12.8 10 Pa 1 因此泵的額定壓力可取 Pr 1.25 12.8 105 16 105 Pa 快進時泵的流量為： qvp k q 1.1 8 8.8 L min 工進 1 時泵的流量為： qvp k q1 1.1 2.4 2.64 L min 工進 2 時泵的流量為：

28、 qvp k q2 1.1 3.6 3.96 L min 根據(jù)上面計算的壓力和流量， 查產(chǎn)品樣本，選用 YBN A M 型的限壓式變量葉片 11 泵，排量為 15 mL r ，該泵的壓力調(diào)節(jié)范圍為 1.4 ~ 3.5 MPa ，額定轉(zhuǎn)速 1500 r 。 min 九：電機的選擇 q vn v 15 10 3 1200 0.9 L 16.2 L min min 根據(jù)以上計算，知道快進時功率最大，故按快進時估算電機功率。 差動快進時，壓力油經(jīng)三位四通閥，二位二

29、通閥 1 和二位二通閥 2 進入液壓缸 大腔，大腔壓力 P1 Pj 0.96MPa ,由已知條件知 P 0.3MPa , 于是泵的出口壓力為 Pp1 1.6MPa .總效率 0.5 。 Pp1q11.6 106 16.2 10 3 P1 0.5 60 864W 0.864KW 查手冊，選用 Y90S-4 型電動機，其額定功率為 1.1KW ，額定轉(zhuǎn)速為 1400r/min。

30、 12 課程設(shè)計小結(jié) 兩周的機電液綜合設(shè)計與實驗終于結(jié)束了，雖然很忙碌很疲勞，但感覺 收獲還是蠻大的。 為了使液壓缸各個結(jié)構(gòu)設(shè)計的精確，我查閱了許多手冊和參考書，為我 以后的畢業(yè)設(shè)計打下了牢固的基礎(chǔ)。我?guī)缀趺刻斓膶Ｗ⒑托羷?，喚回了我? 液壓與氣壓傳動的重新認識，對液壓缸結(jié)構(gòu)的深刻理解，還有一種對設(shè)計制 圖工作的熱情和認真態(tài)度，我的細心再次發(fā)揮了優(yōu)勢，我不敢說

31、我的這份設(shè) 計圖一定會得優(yōu)秀，但看著圖紙上的每一個細節(jié)，我覺得沒有枉費這兩周來 的心血。同時也讓我覺得大學(xué)里學(xué)到了很多知識，我的大學(xué)生活沒有浪費。 參考文獻 1. 楊培元、朱福元。 《液壓系統(tǒng)設(shè)計簡明手冊》北京，機械工業(yè)出版社 1994 2. 何存興。《液壓元件》 北京，機械工業(yè)出版社 1982 3. 雷天覺。《新編液壓工程手冊》北京，北京理工大學(xué)出版社 2005 4. 李壽剛?！兑簤? 傳動》 北京，北京理工大學(xué)出版社 1981 5. 張利平編著 液壓氣動技術(shù)速查手冊 北京：化學(xué)工業(yè)出版社。 2006 6. 許福玲、陳堯明主編 液壓與氣壓傳動 北京：機械工業(yè)出版社。 2007 13