液壓缸課程設計說明書

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1、課程設計說明書 目錄 程 的目的 ?????????????????? 1 程 內容及所 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)的設計在現(xiàn)代機 械的設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、為了學好這樣一門重要課程，除了在教學中系統(tǒng)講授以外，還應該設置課程設 計教學環(huán)節(jié)，使學生理論聯(lián)系實際，掌握液壓傳動系統(tǒng)設計的技能與方法。 課程設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先修課程的理論知識和生產(chǎn)實習知識， 進行液壓傳動設計實踐，使理論知識和生產(chǎn)實踐緊密結合起來，從而使這些知 識得到進一步地鞏固，加深、提高和擴展。 2、 在設計實踐中學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)設計技能，提高學生分析和嫁接生產(chǎn)實際問題的能力， 為今后的設計工作打下良好

4、的基礎。 3、 通過設計，學生應在計算、繪圖、運用和熟悉設計資料（包括設計手冊， 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練。 二、 課程設計內容及所給參數(shù) 1、 設計內容 （ 1） 液壓缸內徑 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，設計液壓傳動系統(tǒng)原理圖，設計電氣控制系統(tǒng)； 1 （ 5） 液壓傳動裝置的安裝及電氣控制系統(tǒng)的連接； （ 6） 調試。

5、2、 設計參數(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)液壓設備的類型來確定，對于不通用途的液壓 設備，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，由設計要求給出。 V min —液壓缸的最小速度，由設計要求給出。 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構中 最薄處的厚度。從

9、材料力學可知，承受內壓力的圓筒，其內應力分布材料規(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。 本設計按照薄壁圓筒設計，其壁厚按薄壁圓筒公式計算為： Py D  ( 該設計采用無縫鋼管 ) 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—缸蓋止口內徑 (mm) T—缸蓋有效厚度 (mm) T≥4.74mm 8、最小導向長度的確定 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， 稱為最小導向長度。如果導向長度過小，將使液壓缸的初始撓度增大，影響液 4 壓缸的穩(wěn)定性，因此在設計時必須保證有一定的最小導向長度。 對一般的液壓缸，最小導向長度 H 應滿足： 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 液壓缸缸體內部的長度應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大于缸體內徑 D 的 20-30 倍。 即：缸體內部長度 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：液壓缸的密封設計 液壓缸要求低摩擦，無外漏，無爬行，無滯澀，高響應，長壽命，要滿足伺服系統(tǒng)靜態(tài)精度，動態(tài)品質的要求，所以它的密封與支承導向的設計極為重要，不能簡單的延用普通液壓缸的密封和支承導

15、向。因此設計密封時應考慮的因素： 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計不能單獨進行，要和支承導向設計統(tǒng)一進行統(tǒng)籌安排。 （1）靜密封的設計 6 靜密封的設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）動密封的設計 動密封的設計直接關系著伺服液壓缸性能的優(yōu)劣，其設計必須結合支承導 向的設計統(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、支承導向的設計

18、 伺服液壓缸的支承導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 到導向和支承側向力的作用 . 導向環(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) 導向時即使無潤滑也沒有液動力方面的問題 ; 10) 結構簡單 ,安裝方便 ; 11) 維修費用小 . 導向環(huán)的作用 :導向環(huán)安裝在活塞外圈的溝槽內或活塞桿導向套內圓的溝槽 內 ,以保證活塞與缸筒或活塞桿與其導向套的同軸度 ,并用以承受活塞或活塞桿的側向力 ,用來對活塞桿導向 . 根據(jù) <新編液壓工程手冊 (下冊 )>表 24.7-13 查得選用 GST5908-0630 的導向環(huán) . 導向套的選用為其導向長度 A=(0.6-1.0)D=(37.8-63)mm, 取 A=40mm 六

20、：防塵圈的設計 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， 從而使密封件和支承導向環(huán)受到損失和過早的磨損，所以，伺服液壓缸還設計 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：以防止活塞桿內縮時把雜質、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；特點是結構較簡單、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，液壓缸內圓柱表面粗 糙度為 Ra0.2-0.4um。 （1）內徑用 H8 的配合； （2）內徑

22、圓度、圓柱度不大于直徑公差之半； （3）內表面母線直線度在 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，用內六角螺栓。 2、 活塞 活塞的結構形式應根據(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）活塞桿的外端結構 活塞桿外端與負重連接，其結構形式根據(jù)工作要求而定。 （2）活塞桿的內端結構 活塞桿的內端與活塞連接。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、 活塞桿導向套 活塞桿導向套裝在液壓缸的有桿腔一側的端蓋內，用來對活塞桿導向，其 內側裝有密封裝置，保證缸筒有桿腔的密封性。外側裝有防塵圈，防止活塞桿 內縮時把雜質、灰塵和水分帶進密封裝置區(qū)，損傷密封裝置。 5、 緩沖裝置 當工作機構質量較大，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，可在回路中設置減速

24、閥和制動閥，也可以在缸 的末端設置緩沖裝置。 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 ，該泵的壓力調節(jié)范圍為 1.4 ~ 3.5 MPa ，額定轉速 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 ，額定轉速為 1400r/min。

30、 12 課程設計小結 兩周的機電液綜合設計與實驗終于結束了，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構設計的精確，我查閱了許多手冊和參考書，為我 以后的畢業(yè)設計打下了牢固的基礎。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，對液壓缸結構的深刻理解，還有一種對設計制 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 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里學到了很多知識，我的大學生活沒有浪費。 參考文獻 1. 楊培元、朱福元。 《液壓系統(tǒng)設計簡明手冊》北京，機械工業(yè)出版社 1994 2. 何存興?！兑簤涸? 北京，機械工業(yè)出版社 1982 3. 雷天覺?！缎戮幰簤汗こ淌謨浴繁本?，北京理工大學出版社 2005 4. 李壽剛?！兑簤? 傳動》 北京，北京理工大學出版社 1981 5. 張利平編著 液壓氣動技術速查手冊 北京：化學工業(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