液壓缸課程設(shè)計說明書

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1、課程設(shè)計說明書目錄課程設(shè)計的目的 1課程設(shè)計內(nèi)容及所給參數(shù) 1液壓缸主要尺寸的確定 2液壓缸的密封設(shè)計 6支承導(dǎo)向的設(shè)計 7防塵圈的設(shè)計 8液壓缸材料的選用 914課程設(shè)計小結(jié) 13參考文獻說明書一、 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。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

2、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(xí)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(xí)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

3、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)；i(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。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1.52Mpa,由附表1確定液壓缸的工作壓力P=2.5Mpa。2、液壓缸

4、缸筒內(nèi)徑D的計算根據(jù)已知條件，工作最大負載 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：D 二4 1500二 1.6 106已知：F=1500N,P=1.6MPq=39.5mmd =0.75D =0.75 39.5mm = 29.625mm查表得：D=40mm, d=32mm2則a4-23.14 4042=1256mm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)定速度的最小有效面積Amin又:Aminqmin2Lminmin0.8m/min2 106 mm3 / min 0.8 103 mm/min2=2500mm式中：q 一流量閥

5、的最小穩(wěn)定流量，由設(shè)計要求給出 qminVmin一液壓缸的最小速度，由設(shè)計要求給出。故查表取D=63mm當(dāng) D=63mm的時 A = D = 3.14 父 63 = 3115.7mm 100 ,保證了 AAmin 443、液壓缸活塞桿直徑d的確定由已知條件可查表23.6 33(GB/T2348-1993),取 d=45mm。14查表知，45鋼的屈服強度。s = 355MPa4 1200 工二 355210按強度條件校核:3二3 10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

6、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，具壁厚按薄壁圓筒公式計算為:P、,D、 一一 一一5-y-(該設(shè)計米用無縫鋼管)2二Py =(1.251.5)Pp,取 Py =1.5Pp py=1.5 1.6=2.4MPa。=100 110MPa (無縫鋼管)，取o=100MPa2.1 63=0.66 mm由計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：8 =8mm5、缸體外徑尺寸的計算缸體外徑 Di _ D 2、=63 2 0.63 =64.26mm查

7、機械手冊表：外徑Di取76mm6、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150IM工 進50一工 進50I快 退1M14.74mm8、最小導(dǎo)向長度的確定當(dāng)活塞桿全部外伸時，從活塞支承面中點到缸蓋滑動支承面中點距離為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，工 250 63mm = 44mm 202202式中：L一液壓缸的最大行程(mm)D液壓缸內(nèi)徑(mm)取 H=65mm9、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

8、.6-1.0) X 63= (37.8-63) mm取 B=60mm10、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w ( 20-30) D= (1260-1890) mm即取缸體長度為510mm11、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。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(G

9、B/T2878-93 )及16MPa小型系列的單桿液壓缸油口安裝尺寸(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)向。因此設(shè)計密封時應(yīng)考慮的 因素： 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。 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。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

10、任何的外滲漏，否則會直接威脅人體健康和安全。 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。 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。 工作在高溫、熱輻射場合的伺服液壓缸，具密封件的材料要有長期耐高 溫的特性。 工作介質(zhì)為磷酸酯或抗燃油的，不能用礦物油的密封風(fēng)材料，要考慮他 們的相容性。 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。形橡膠密封圈。根

11、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 63X3.55 G GB3452.1 一個36X2.65 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?；钊c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,查彳#用226編號的O型密封圈，其 尺寸為 50.39X 3.53.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)計伺服液壓缸的支承導(dǎo)向裝置就是為了防止

12、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；3）能補償邊界力；4）具有強耐磨性和高壽命；5）摩擦力??；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梢內(nèi)或活塞桿導(dǎo)向套內(nèi)圓的溝梢內(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

13、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：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；不磨損活塞桿。防塵圈的選擇不當(dāng)，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

14、分帶到密封裝置區(qū)，損 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 Ra0.2-0.4umo(1)內(nèi)徑用H8的配合；(2)內(nèi)徑圓度、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 1

15、00mm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3、 活塞桿(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。所有形式均需有鎖緊措施，以防止工作時由于 往復(fù)運動而松開。活塞桿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

16、、 緩沖裝置當(dāng)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(dāng)停止位置不要求十分準確時，可在回路中設(shè)置減速閥和制動閥，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：F 叩打 1500 0.3 106 0.00140.0016= 1.2MPaPb =PjP =1.2 0.3 =1.5MPaq= A1 -A2 =5 0.0016 = 0.008m30.00013m3P = pj*q=1 100.00013 =0.13KW工進1：0.003_5 -=12 105PaF PbA2 1500 1.5 10

17、6 0.0014Pb =P2 =0.5MPa= 0.003 0.8 = 0.0024 m30.00004m3P=H *q=12 105 0.00004 = 48W =0.048KW工進2:q2 =A12V0.003 1.2 -0.0036m3-3.6 L：；=0.000062min min_5P =Pj *q =12 10 0.00006 = 0.072KW快退：FPbAA21500 0.003 0.5 100.0014= 1.2MPaPb =5MPa=5 0.0014 =0.007m min =0.000117P -Pj *q -1.2 106 0.000117-0.1404KW液壓泵的參數(shù)

18、計算：取進油路總壓力損失為E，P =0.8MPa _5_5 _二 Pp =R +3=12父10 +0.8MP =12.810 R因此泵的額定壓力可取 Pr -1.25 12.8 105 =16 105Pa快進時泵的流量為：qvp _kq =1.1 8=8.8Lmin工進1時泵的流量為：qvp -k ,例=1.1 2.4 =2.64Lmin工進2時泵的流量為：qvp-k*q2=1.1 3.6= 3.96 Lmin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泵，排量為15mLr，該泵的壓力調(diào)節(jié)范圍為（1.4 3.5 MPa ,額定轉(zhuǎn)速1500*.九：電機的選擇q

19、 =vn v =15 10, 1200 0.9m min= 16.2Lmin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_31.6 10 16.2 100.5 60= 864W =0.864KW查手冊，選用Y90S-4型電動機，具額定功率為1.1KW,額定轉(zhuǎn)速為1400r/min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

20、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托羷冢瑔净亓宋覍?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19942 .何存興。液壓元件 北京，機械工業(yè)出版社19823 .雷天覺。新編液壓工程手冊北京，北京理工大學(xué)出版社 20054 .李壽剛。液壓 傳動 北京，北京理工大學(xué)出版社19815 .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。20066 .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