液壓升降工作臺

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1、摘要 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的對象是液壓升降工作臺，該液壓升降工作臺可以完成“上升一停止一 下降”的動作循環(huán)。主要有液壓部分的設(shè)計(jì)，機(jī)械部分的設(shè)計(jì)和電氣控制的設(shè)計(jì)。繪制了 液壓系統(tǒng)原理圖，總裝配圖，工作臺、底座、液壓缸、導(dǎo)柱等的零件圖，以及電氣控制原 理圖。 由于液壓升降工作臺具有體積小，重量輕，價(jià)格便宜，工作平穩(wěn)等特點(diǎn)所以它被應(yīng)用 在許多領(lǐng)域。其動作主要是由活塞桿推動工作臺來實(shí)現(xiàn)的，它結(jié)構(gòu)簡單，工作安全可靠， 操縱方便，經(jīng)濟(jì)性好，從而減輕了人類的勞動強(qiáng)度，提高了勞動生產(chǎn)力。 關(guān)鍵詞：升降工作臺；液壓系統(tǒng)；電氣控制 ABSTRACT The graduation design is the o

2、bject of the hydraulic lifting table. The hydraulic lifting table has the advantages of small volume, light weight, low price, stable work features so it is used in many fields. The hydraulic lifting platform can complete the rise - stop - fall of the action cycle, in order to achieve production lin

3、e height difference between equipment delivery, its action is mainly driven by hydraulic cylinder working platform to achieve, it has the advantages of simple structure, safe and reliable work, convenient operation, good economy, thus reducing the human labor intensity, improved labor productivity.

4、 The design of the main hydraulic component design, mechanical design and electric control design. Drawing hydraulic system diagram, assembly drawings, working platform, pedestal, guided column parts of the map, and the electric control principle diagram. Key words: lifting working table; hydraulic

5、 system; electrical control 1 緒論 1.1 課題研究的目的和意義 本次設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是液壓升降臺的設(shè)計(jì)，升降臺是一種升降性能好，適用范圍廣的 貨物舉升機(jī)構(gòu)，可用于生產(chǎn)流水線高度差設(shè)備之間的貨物運(yùn)送，物料上線，下線，零件裝 配時部件的舉升，大型機(jī)庫上料，下料，倉儲裝卸等場所，與叉車等車輛配套使用，以及 貨物的快速裝卸等。它采用液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，具有以下特點(diǎn)： (1)在同等的體積下，液壓裝置能比其他裝置產(chǎn)生更多的動力，在同等的功率下，液 壓裝置的體積小，重量輕，功率密度大，結(jié)構(gòu)緊湊，液壓馬達(dá)的體積和重量只有同等功率 電機(jī)的12% (2)液壓裝置工作比較平穩(wěn)，由于

6、重量輕，慣性小，反應(yīng)快，液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)快速 啟動，制動和頻繁的換向。 (3)液壓裝置可在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，(調(diào)速范圍可達(dá)到2000),還可以在運(yùn)行的 過程中實(shí)現(xiàn)調(diào)速。 (4)液壓傳動易于實(shí)現(xiàn)自動化，他對液體壓力，流量和流動方向易于進(jìn)行調(diào)解或控制。 (5)液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。 (6)液壓元件以實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，系列化，通用化，液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造和使用都比較 方便。 在工廠生產(chǎn)中，經(jīng)常會用到升降式工作臺。例如，在鑄造、焊接、噴涂、搬運(yùn)、裝 配等工作場合就有各種升降式工作臺被用作輸送和定位的工具。較大型的升降式工作臺 的驅(qū)動裝置一般選用液壓缸，這是因?yàn)橐簤焊坠ぷ骺煽?、費(fèi)用較低。止匕

7、外，利用液壓系 統(tǒng)的儲能作用，還可以使工作臺的能耗較低。 由于液壓控制的升降臺可運(yùn)送一定程度的重物，且能在必要的高度停止，體積小、操 作簡單直觀、價(jià)格低廉，特別適用于企業(yè)對頻繁升降的設(shè)備或零部件的控制。因此，液壓 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)已成為目前不可缺少的技術(shù)之一。 1.2 液壓傳動的發(fā)展歷程 1.2.1 液壓傳動的發(fā)展歷程 液壓傳動相對機(jī)械傳動來說，是一門比較新的學(xué)科，它具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動平穩(wěn)、 輸出功率大、易于實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速及自動控制等特點(diǎn)，因此發(fā)展很快。從 1795年英國制造 出世界上第一臺水壓機(jī)至今，液壓傳動已有二三百年的歷史，但廣泛的應(yīng)用和推廣僅有 六七十年。19世紀(jì)末，德國制造出液壓龍

8、門刨床，美國制成液壓六角車床和液壓磨床， 但因當(dāng)時沒有成熟的液壓元件以及機(jī)械制造工藝水平的限制，液壓傳動技術(shù)的應(yīng)用仍不 普遍。第二次世界大戰(zhàn)期間，一些兵器采用精度高、功率大的液壓傳動裝置，大大提高 了兵器的性能，同時推動了液壓技術(shù)的發(fā)展。戰(zhàn)后，其迅速轉(zhuǎn)向民用，在機(jī)床、工程機(jī) 械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車、船舶等行業(yè)中逐步推廣。 20世紀(jì)60年代后，隨著原子能、空間技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，液壓技術(shù)的應(yīng)用更 加廣泛。目前，正在向高壓、高速、高效、大流量、大功率、低噪聲、長壽命、高度集 成化和模塊化、提高可靠性技術(shù)及污染控制技術(shù)的方向發(fā)展。同時，液壓元件和液壓系 統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)仿真和優(yōu)化、微機(jī)控

9、制等，又使液壓技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入到了 一個新的階段。 1.2.2 我國的液壓技術(shù)發(fā)展 我國的液壓工業(yè)始于20世紀(jì)50年代，最初只是應(yīng)用于機(jī)床和鍛壓設(shè)備，后來發(fā)展到 拖拉機(jī)和工程機(jī)械上。自1964年開始引進(jìn)國外液壓元件生產(chǎn)技術(shù)，并自行設(shè)計(jì)液壓產(chǎn)品 以來，我國的液壓元件生產(chǎn)從低壓刀高壓形成了系列。 幾十年來，隨著我國工業(yè)水平的不斷提高，液壓傳動技術(shù)被廣泛應(yīng)用在機(jī)械制造、 工程建筑、石油化工、交通運(yùn)輸、軍事器械、礦山冶金、航空航海、輕工、農(nóng)機(jī)、漁 業(yè)、林業(yè)等各個方面，也被應(yīng)用在宇宙航行、海洋開發(fā)、核能建設(shè)、地震預(yù)測等新的技 術(shù)領(lǐng)域中。 1.2.3 液壓技術(shù)的發(fā)展趨勢 液壓技術(shù)中的重大進(jìn)展是微電

10、子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用。微電子技 術(shù)與液壓技術(shù)相結(jié)合，創(chuàng)造出了很多高可能性、低成本的微型節(jié)能元件，為液壓技術(shù)在 工業(yè)中的應(yīng)用開辟了更為廣闊的前景。 計(jì)算機(jī)控制是必然趨勢，電液比例閥和伺服閥只能接受連續(xù)變化的電壓或電流信 號，而計(jì)算機(jī)要求數(shù)字開關(guān)量，使用電液比例閥和伺服閥與計(jì)算機(jī)接口必須經(jīng)過 D/A轉(zhuǎn)換 和A/D轉(zhuǎn)換，極不方便。而數(shù)字液壓泵、數(shù)字控制閥、數(shù)字液壓缸等，即用數(shù)字量進(jìn)行控 制并具有數(shù)字量輸出響應(yīng)特性的液壓元件。由于是可以直接與計(jì)算機(jī)接口，不需 D/A數(shù)模 轉(zhuǎn)換器，是今后液壓技術(shù)發(fā)展的重要趨向之一。 計(jì)算機(jī)與液壓技術(shù)的結(jié)合包括：計(jì)算機(jī)實(shí)時控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（液

11、壓元件 CADffi液壓系統(tǒng)CAD、液壓產(chǎn)品的計(jì)算機(jī)輔助試驗(yàn)（CAT及計(jì)算機(jī)仿真和優(yōu)化設(shè)計(jì)。利 用計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制、最優(yōu)控制和自適應(yīng)控制以及靈活的多余度控制等。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 的基本特點(diǎn)是利用計(jì)算機(jī)的圖形功能，由設(shè)計(jì)者通過人機(jī)對話控制設(shè)計(jì)過程以得到最優(yōu) 設(shè)計(jì)結(jié)果，并能通過動態(tài)仿真對設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行檢測。計(jì)算機(jī)輔助試驗(yàn)則可運(yùn)用計(jì)算機(jī)技 術(shù)對液壓元件及液壓系統(tǒng)的靜、動態(tài)性能進(jìn)行測試，對液壓設(shè)備故障進(jìn)行診斷和對液壓 元件和系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型辨識等。 止匕外，高壓大流量小型化與液壓集成技術(shù)、液壓節(jié)能與能量回收技術(shù)也成為近年研 究的重要課題。 總之，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，液壓技術(shù)也隨之發(fā)展，拓寬范圍，以適應(yīng)各行

12、各業(yè)新 技術(shù)的發(fā)展需求。 1.3 課題的來源與背景 本課題來源于實(shí)際研發(fā)項(xiàng)目。針對在電機(jī)生產(chǎn)過程中，為便于其小型同步發(fā)電機(jī)聯(lián) 軸器的安裝，需要將他們運(yùn)送到一定的高度，而在目前還沒有同類設(shè)備的現(xiàn)狀之下，依 據(jù)設(shè)計(jì)要求，本文將展開對升降工作臺的整體設(shè)計(jì)。 1.4 本文的主要研究工作 本次設(shè)計(jì)主要針對升降臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及對液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括擬定液壓系統(tǒng)原理圖，液壓元件的選擇，液壓系統(tǒng)參數(shù)的計(jì)算與校核 以及液壓缸主要參數(shù)的確定；控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括電氣控制原理圖的擬定，電氣元 件的選型等。 本文共分為5部分： 1 .緒論 簡述本課題研究的主要目的和意義

13、，介紹液壓傳動的發(fā)展歷程，液壓升降 工作臺在國內(nèi)外的發(fā)展概況，提出本文的主要研究工作和內(nèi)容。 2 .液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 通過對液壓系統(tǒng)的工況分析和計(jì)算，確定液壓系統(tǒng)原理 圖，選擇液壓元件并對液壓系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)算。 3 .液壓缸的設(shè)計(jì)通過相關(guān)的計(jì)算，確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸。 4 .液壓工作臺的總體設(shè)計(jì) 對液壓工作臺總體結(jié)構(gòu)以及零件的設(shè)計(jì)，并對其結(jié)構(gòu)進(jìn) 行強(qiáng)度校核。 5 .控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)電氣控制原理圖，并選擇相關(guān)的電氣元件。 1.5小結(jié) 本章主要內(nèi)容包括：對液壓升降工作臺的由來與發(fā)展進(jìn)行了闡述，說明了本次設(shè)計(jì)課 題的來源及背景，并對本論文所涉及的內(nèi)容進(jìn)行了概括性的講述。 2液

14、壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算 液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是整個設(shè)計(jì)的重要部分，與主機(jī)的設(shè)計(jì)是緊密相關(guān)的，往往要同 時進(jìn)行，所設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)應(yīng)符合主機(jī)的拖動、循環(huán)要求。還應(yīng)滿足組成結(jié)構(gòu)簡單，工 作安全可靠，操作維護(hù)方便，經(jīng)濟(jì)性好等條件。升降臺的升降運(yùn)動采用液壓傳動，可選 用遠(yuǎn)程或無線控制，升降臺的升降運(yùn)動由活塞桿的伸縮運(yùn)動經(jīng)轉(zhuǎn)化而成為工作臺的起 降，其工作負(fù)載變化范圍為 200?8000N,負(fù)載平穩(wěn)，工作過程中無沖擊載荷作用，運(yùn)行 速度較低，液壓執(zhí)行元件由四組導(dǎo)柱實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)動，要求其工作平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)合理，安 全。 2.1 設(shè)計(jì)要求 根據(jù)工作臺的主要參數(shù)，設(shè)計(jì)一臺小型電動機(jī)升降工作臺，要求該工作臺的升降靠液 壓

15、泵站控制。該工作臺的承載能力為 200?8000N,工作部件總重約為 1000N,上升速度 0.1m/min ?1.0m/min,下降速度 6.0m/min,工作行程為 300mm。 2.2 確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù) 2.2.1 工況分析 首先根據(jù)已知條件，上升速度v1 =0.1T0%n ；下降速度v2 =6.qm^ ；繪制運(yùn)動 部件的速度循環(huán)圖，如圖2-1所示。 計(jì)算各階段的外負(fù)載并繪制負(fù)載循環(huán)圖如圖 2-2所示。 液壓缸所受外負(fù)載F包括兩種類型，即 F 二" （2-1） 式中，匕一工作負(fù)載； F a 一運(yùn)動部件速度變化時的慣性負(fù)載0 工作負(fù)載： 由式（2-1

16、）得 Ft = 8 0 0N0 1 0 0N) = 9 0 0N0 (2-2) Fa 慣性負(fù)載: 式中，g一重力加速度; 擔(dān)一 加速或減速時間，一般取 M=0.2s； △v一 單位時間內(nèi)的速度變化量，一般取 △v = 0.01~0.05m/so 由公式（2-2）得 9000 0.01 二1 8 N 9.8 0.2 并畫出如圖2-1和2-2所示 根據(jù)以上結(jié)果，列出各工作階段所受的外負(fù)載見表 2-1 , 的速度循環(huán)圖和負(fù)載循環(huán)圖 表2-1升降臺在各工作階段的負(fù)載 /N 工況 負(fù)載組成F/N 系統(tǒng)負(fù)載F/N 啟動 F =0 0 上升 F =Ft =9

17、000N 9000/0.9=10000N 下降 F =0 0 制動 F = —Fa = —180 -180/0.9=-200N 注：1.At=0.2s, Av =0.01m/s ； 2 .取液壓缸機(jī)械效率^m=0.9。 2.3 初擬液壓系統(tǒng)原理圖 液壓系統(tǒng)原理圖是表示系統(tǒng)的組成和工作原理的圖樣，它是以簡圖的形式全面的具 體體現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)中提出的技術(shù)和其他方面的要求。要擬訂一個比較完善的液壓系統(tǒng)，就 必須對各種基本回路、典型液壓系統(tǒng)有全面深刻的了解。 以下是對液壓系統(tǒng)回路選擇進(jìn)行的簡要分析： 1 .確定供油的方式 機(jī)床在工作進(jìn)給時負(fù)載較大，速度較低。而在快退時負(fù)載較

18、小，速度較高。從節(jié)省 能量、減少發(fā)熱考慮，本液壓系統(tǒng)是低壓系統(tǒng)，泵源系統(tǒng)直選用定量齒輪泵供油 圖2-1速度循環(huán)圖 圖2-2負(fù)載循環(huán)圖 2 .換向回路的選擇 選用三向四通電磁換向閥和溢流閥組成的回路。換向閥在左位和右位時，活塞桿分 別向上和向下運(yùn)動，換向閥在中位時，活塞桿停止不動，液壓泵卸荷。也可以用其他中 位機(jī)能的換向閥，使回路具有其他功能。 3 .調(diào)壓回路的選擇 此次設(shè)計(jì)采用直通式溢流閥作為調(diào)壓回路，用來保持液壓泵出口壓力恒定并將液壓 泵多余的油液溢回油箱，這時溢流閥起定壓和溢流的作用。在系統(tǒng)中起安全閥的作用。 根據(jù)以上分析所選定的液壓回路，并考慮各種因素，聯(lián)系實(shí)際設(shè)計(jì)

19、出了如圖 2-3所示 的液壓系統(tǒng)原理圖。 2.4 液壓系統(tǒng)的計(jì)算和選擇液壓元件 一個完整的液壓系統(tǒng)由五個部分組成，即動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元 件和液壓油。 動力元件的作用是將原動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能，指液壓系統(tǒng)中的油泵， 它向整個液壓系統(tǒng)提供動力。液壓泵的結(jié)構(gòu)形式一般有齒輪泵、葉片泵和柱塞泵。 執(zhí)行元件（如液壓缸和液壓馬達(dá)）的作用是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動負(fù)載 作直線往復(fù)運(yùn)動或回轉(zhuǎn)運(yùn)動。 圖2-3液壓系統(tǒng)原理圖 控制元件（即各種液壓閥）在液壓系統(tǒng)中控制和調(diào)節(jié)液體的壓力、流量和方向。根據(jù) 控制功能的不同，液壓閥可分為壓力控制閥、流量控制閥和方向

20、控制閥。壓力控制閥又 分為溢流閥（安全閥）、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等；流量控制閥包括節(jié)流閥、調(diào)整 閥、分流集流閥等；方向控制閥包括單向閥、液控單向閥、換向閥等。根據(jù)控制方式不 同，液壓閥可分為開關(guān)式控制閥、定值控制閥和比例控制閥。 輔助元件包括油箱、濾油器、油管及管接頭、密封圈、快換接頭、高壓球閥、膠管 總成、測壓接頭、壓力表、油位油溫計(jì)等。 2.4.1 液壓缸主要尺寸的確定 本次設(shè)計(jì)取液壓缸的工作壓力為 2.5MPa,而D=”d。由此求得液壓缸無桿腔面積 為: (2-3) 3 2 由式（2-3）得 A=4.016M10 m (2-4) D = ,4 A

21、： D= 4 4.016 10J m 由式（2-4）得 ） /冗 一一 一 _2 = 7.15 10 m 按液壓缸的標(biāo)準(zhǔn)尺寸取：D=80mm 則 d =d/T2 =56.57mm。 按標(biāo)準(zhǔn)取：d=50mm。 由 GB/ 23482348 查得標(biāo)準(zhǔn)值為：D=80mm , d=50mm。 由此計(jì)算出液壓缸的實(shí)際有效面積為： 無桿腔面積： A = -：D2. 4cm2 = 50.24cm2 有桿腔面積： A2 =二D2 -d2 4 二二 82 -52 4 = 3.14 39 4 一一 2 =30.61cm 計(jì)算液壓缸的最大流量： q上=Av上=50.24父 10”

22、父 0.02m3/s -4 3 = 1.0 10 m /s =6L / min 4下=人丫下=30.61 10J 0.1m3/s = 18.36L/min 根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出液壓缸在一個工作循環(huán)各階段的壓力、流量和功率，如 表2-2所示：（假定快退時回油壓力損失為 0.5Mpa） 表2-2液壓缸在不同階段所需壓力、流量和功率 工作階段 系統(tǒng)負(fù)載 F/"m. N 回油腔壓力 p2/Mpa 工作腔壓力 p/ Mpa 輸入流里 q/(L .min-1 ) 輸入功率PkM 上升 10000 0.2 1.99 6 1.99 下降 0 0

23、.5 0 18.36 0 注：液壓缸的機(jī)械效率 m =0.9。 2.4.2確定液壓泵的壓力和流量以及選擇液壓泵的規(guī)格 1 .液壓泵的工作壓力的確定 考慮到正常工作中進(jìn)油管路中有一定的壓力損失，所以液壓泵的工作壓力為 (2-5) 式中，pP ——液壓泵的最大工作壓力; p1 ——執(zhí)行元件的最大工作壓力； EAP--進(jìn)油管路中總的壓力損失，初算時簡單系統(tǒng)可取 0.2?0.5MPa,復(fù)雜 系統(tǒng)取0.5?1.5MPa,例中取0.4MP3 由式2-5可以確定液壓泵的最大工作壓力。由計(jì)算可知，在整個工作循環(huán)中液壓缸的 最大工作壓力為1.99Mpa,總的壓力損失為0.4MPa

24、pp =1.99 0.4=2.39MPa p 2 .液壓泵的流量的確定 液壓泵的最大流量應(yīng)為 (2-6) qp — Kl (三q)max 式中，qp ——液壓泵的最大流量； （三q） max ——同時動作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值； KL ——系統(tǒng)泄露系數(shù)，一般取 Kl =i.i?1.3,現(xiàn)取Kl =1.05。 由以上計(jì)算可知，液壓泵所需的最大流量 18.36L/min,若取系統(tǒng)泄漏系數(shù)K=1.05, 則泵的總流量為 qp =1.05 18.36 =19.278L/min 3 .選擇液壓泵的規(guī)格 根據(jù)以上計(jì)算數(shù)據(jù)查閱產(chǎn)品樣本，確定選擇 CB-B20型的齒輪泵。其液壓

25、泵的壓力為 2.5MPa,當(dāng)液壓泵的轉(zhuǎn)速n=1450r/min時，液壓泵的輸出流量為 qP =20L/min 4 .齒輪泵的特點(diǎn) 齒輪泵是容積式回轉(zhuǎn)泵的一種，其工作原理是：齒輪泵具有一對互相嚙合的齒輪， 齒輪（主動輪）固定在主動軸上，齒輪泵的軸一端伸出殼外由原動機(jī)驅(qū)動，齒輪泵的另一 個齒輪（從動輪）裝在另一個軸上，齒輪泵的齒輪旋轉(zhuǎn)時，液體沿吸油管進(jìn)入到吸入空 間，沿上下殼壁被兩個齒輪分別擠壓到排出空間匯合（齒與齒嚙合前），然后進(jìn)入壓油管 排出。 齒輪泵的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、造價(jià)低。但與其他類型泵比較， 有效率低、振動大、噪音大和易磨損的缺點(diǎn)。齒輪泵適合于輸送黏稠液體。

26、 5 .與液壓泵匹配的電動機(jī)的選定 根據(jù)課題概述和課題要求，經(jīng)過對液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算可知，需要電動機(jī)一臺方可 實(shí)現(xiàn)其功能，從而來控制工作臺的上升、下降以及停止。 （1）電動機(jī)的選擇原則 1）在選用電動機(jī)類型時要根據(jù)工作機(jī)的要求來選取，不需要調(diào)速的機(jī)械包括長期工 作制，短期工作制和反復(fù)短期工作機(jī)械，應(yīng)采用異步電動機(jī)。負(fù)荷平穩(wěn)但無特殊要求的 長期工作制機(jī)械，應(yīng)首先采用鼠籠式異步電動機(jī)。常周期性波動負(fù)荷的長期工作機(jī)械， 在帶飛輪和啟動條件沉重時，應(yīng)采用繞線式異步電動機(jī)。某些反復(fù)短期工作制機(jī)械，當(dāng) 選用交流電動機(jī)，在發(fā)熱，啟動制動特性，調(diào)速等方面不能滿足需要或技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)過 低時，應(yīng)采用直流電

27、動機(jī)。帶周期性性沖擊負(fù)荷的機(jī)械，應(yīng)采用直流電動機(jī)?？刹捎猛?步電動機(jī)。需要連續(xù)調(diào)速的機(jī)械，是調(diào)速要求采用交流電動機(jī)或直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)， 應(yīng)首先考慮交流電動機(jī)調(diào)速。 2）電動機(jī)的結(jié)構(gòu)有開啟式，防護(hù)式，封閉式和防燥式，應(yīng)根據(jù)防護(hù)要求及環(huán)境進(jìn)行 選擇 3)選用電動機(jī)的類型，除滿足工作機(jī)械的要求外，還須滿足電網(wǎng)的要求，如啟動時 能滿足電網(wǎng)電壓水準(zhǔn)，保持功率因數(shù)在合理的范圍內(nèi)。 4)電動機(jī)功率應(yīng)由適當(dāng)?shù)膫溆萌萘浚绮捎玫念~定功率小于工作及要求的功率，則 不能保證工作機(jī)正常工作，甚至因長期過載而使電動機(jī)過早的損壞，如采用的額定功率 比工作機(jī)要求的功率大得多，則因容量本能的充分利用而造成成本提

28、高，同時電機(jī)價(jià)格 升高。通常對在變載荷作用下，長期穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行的機(jī)械，所選用的電動機(jī)額定功率應(yīng) 稍大于工作機(jī)的功率。 (2)電動機(jī)的選用 由以上計(jì)算可知，由于液壓泵在下降時輸入功率最大，如果取單級葉片泵的效率 “p =0.9,這時驅(qū)動液壓泵歲序的電動機(jī)的功率為 d _ Pp.qp P (2-7) n p 由式(2-7)得 Pp.qp 2.39 20 p = 2222P = = 0.88kW p 60 0.9 p 根據(jù)此數(shù)據(jù)查閱電動機(jī)產(chǎn)品目錄，選擇 Y90L-6型電動機(jī)，具額定功率為1.1kW,額定 轉(zhuǎn)速為 1000r / min。 2.4.3液壓控制閥的選擇 液

29、壓控制閥在液壓系統(tǒng)中的作用是控制液流的壓力，流量和方向，以滿足執(zhí)行元件 在輸出的力、運(yùn)動速度及運(yùn)動方向上的不同要求。按機(jī)能可分為：管式、板式、法蘭 式、疊加式和插裝式等。出上述分類外，又可根據(jù)閥的使用壓力將其分為低壓、中低 壓、中高壓和高壓等。 1 .控制閥皆具有的共性 (1)所有閥都由閥體、閥芯和操縱部分(手動、機(jī)械、電動)所組成； (2)都是通過改變通流面積或通路來實(shí)現(xiàn)操縱控制作用的； (3)動作靈敏，使用可靠，工作時沖擊振動小； (4)液流通過時壓力損失??； (5)密封性能好； (6)結(jié)構(gòu)緊湊，安裝、調(diào)節(jié)、使用維護(hù)方便，通過性和互換性好。 2 .液壓控制閥的性能對液壓系統(tǒng)

30、的工作性能有很大的影響，因此液壓控制閥應(yīng)滿足 下列要求： (1)動作靈敏、準(zhǔn)確、可靠、工作平穩(wěn)、沖擊和振動小。 (2)油液流過時壓力損失小。 (3)密封性能好。 (4)結(jié)構(gòu)緊湊，工藝性能好，安裝、調(diào)整、使用、維修方便，通用性大。 3 .閥的基本類型 1)換向閥 換向閥的作用、性能要求及分類 換向閥在系統(tǒng)中的作用是利用閥芯和閥體的相對運(yùn)動來接通、關(guān)閉油路或變換油液 通向執(zhí)行元件的流動方向，以使執(zhí)行元件啟動、停止或變換運(yùn)動方向。對換向閥的主要 性能要求有： a.油液流經(jīng)換向閥時的壓力損失小； b.各關(guān)閉閥口的泄露量??； c.換向可靠，換向時平穩(wěn)迅速。 換向閥的應(yīng)用很廣，

31、種類也很多。按結(jié)構(gòu)分由轉(zhuǎn)閥式和滑閥式；按閥芯工作位置數(shù) 分由二位、三位和多位等；按進(jìn)出口通道數(shù)分有二通、三通、四通和五通等；按操縱和 控制方式分有手動、激動、電動、液動和電液動等；按安裝方式分有管式、板式和法蘭 式等。三位換向滑閥的中位機(jī)能如下： 三位換向閥的左、右位是切換油液的流動方向，以改變執(zhí)行元件運(yùn)動方向的。其中 位為常態(tài)位置。利用中位 P、A、B、T問通路的不同連接，可獲得不同的中位機(jī)能以適應(yīng) 不同的工作要求。 本次設(shè)計(jì)中選用中位機(jī)能為 Y型，電源為M型的三位四通換向閥，型號為 34E-25。當(dāng) 電磁鐵2YA得電時，液壓升降臺處于上升狀況；當(dāng)電磁鐵 1YA得電時，液壓升降臺處于下

32、降狀況。 2)溢流閥 溢流閥是通過閥口的溢流，使被控制系統(tǒng)或回路的壓力維持恒定，實(shí)現(xiàn)調(diào)壓、穩(wěn)壓 和限壓的功能。對溢流閥的主要性能要求是：調(diào)壓范圍大，調(diào)壓偏差小，工作平穩(wěn)，動 作靈敏，過流能力大，壓力損失小，噪聲小。其根據(jù)結(jié)構(gòu)和工作原理可分為：直動式溢 流閥和先導(dǎo)式溢流閥。 根據(jù)本設(shè)計(jì)中系統(tǒng)的要求，現(xiàn)選用直動式溢流閥，型號為 Y-10,采用板式連接。溢 流閥安裝在電磁換向閥前面。 4 .對閥的基本要求： 控制閥的性能對液壓系統(tǒng)的工作性能有很大影響，因此液壓控制閥應(yīng)滿足下列要 求： (1)動作靈敏、準(zhǔn)確、可靠、工作平穩(wěn)、沖擊和振動小。 (2)油液流過時壓力損失小。 (3)密封性

33、能好。 (4)結(jié)構(gòu)緊湊，工藝性能好，安裝、調(diào)整、使用、維修方便，通用性大。 2.5 輔助元件的選擇 2.5.1管道的選擇 在液壓系統(tǒng)中，常用的油管有鋼管、銅管、膠管、尼龍管和塑料管等。主要按壓力 和工作環(huán)境選擇。 鋼管能承受較高的壓力，價(jià)廉，但彎制比較困難，彎曲半徑不能太小，多用在壓力 較高、裝配位置比較方便的地方。一般采用無縫鋼管，當(dāng)工作壓力小于 1.6MPa時，也可 用焊接鋼管；紫銅管能承受的壓力較低(p《6.3?10MPa ,經(jīng)過加熱冷卻處理后，紫銅 管軟化，裝配時可按需要進(jìn)行彎曲；但價(jià)貴且抗振能力較弱；尼龍管用在低壓系統(tǒng)；塑 料管一般只用作回油管用；膠管用作聯(lián)接兩個相對

34、運(yùn)動部件之間的管道。膠管分高、低 壓兩種。高壓膠管是鋼絲編織體為骨架或鋼絲纏繞體為骨架的膠管，可用于壓力較高的 油路中。低壓膠管是麻線或棉線編織體為骨架的膠管，多用于壓力較低的油路中。由于 膠管制造比較困難，成本高，因此非必要時盡量不用。 (1)油管的選擇 油管的內(nèi)徑可按照所連接口的尺寸確定，也可按照管路中允許的的流速來計(jì)算。在 本次選擇中，取油液在流管的流速為 v=3m/ s。 d =1.13 (2-8) 由式(2-8)得 18.36 10 -2 = 1.1 102=0.011m 60 3 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)取油管d=12mm (2)管接頭的選擇 管接頭是連接液壓元件與油管

35、之間的可拆式元件。要求連接可靠，拆裝方便，密封 性好。常用的管接頭有卡套式、擴(kuò)口式和焊接式，還有軟管接頭和快速接頭等。管接頭 按通路數(shù)分直通、直角通、三通、四通等。 此次設(shè)計(jì)選用的是擴(kuò)口式錐螺紋管接頭(GB5626.1-85)。擴(kuò)口式管接頭利用管子端部 擴(kuò)口進(jìn)行密封，不需要其他密封件。具結(jié)構(gòu)簡單，適用于薄壁管件連接，工作壓力＜ 8MPa根據(jù)管子內(nèi)徑d=12mmi取擴(kuò)口式直通管接頭的直徑亦為 12mm管接頭起緊壓螺母 型號 GB5647-8S (3)密封件的選擇 在液壓元件及其系統(tǒng)中，某些有耦合關(guān)系的零件之間存在著平面間隙或環(huán)行間隙， 不僅高壓區(qū)的油液會經(jīng)此間隙向低壓區(qū)轉(zhuǎn)移形成外泄漏，

36、而且空氣中的灰塵或異物會乘 隙侵入系統(tǒng)，從而導(dǎo)致容積損失，油溫升高，污染環(huán)境及工作介質(zhì)。液壓缸是傳遞力和 速度的執(zhí)行元件，密封的好壞將直接影響液壓缸的工作性能，因此，必須采用有效的密 封措施 密封按耦合面間有無相對運(yùn)動，可分為動密封和精密封兩大類，按其工作原理可分 為非接觸式密封和接觸式密封，非接觸式密封主要指間隙密封，接觸式密封指線密封和 密封件密封。除存在相對運(yùn)動的耦合面可以采用間隙密封或線密封外，一般應(yīng)在耦合面 之間增設(shè)密封件。液壓系統(tǒng)中最常用的密封件有 。型密封圈、Y型密封圈、V型密封圈、 防塵圈等。 。形密封圈是由耐油橡膠制成，具有結(jié)構(gòu)簡單、密封性能良好、摩擦力小、溝槽尺寸 小

37、且容易制造等優(yōu)點(diǎn)，所以在液壓與起動裝置中獲得廣泛使用。因此本次設(shè)計(jì)選取 。形密 封圈。 2.5.2.油箱的容積計(jì)算 油箱容積的確定是設(shè)計(jì)油箱的關(guān)鍵，油箱的容積應(yīng)能保證當(dāng)系統(tǒng)有大量供油而無回 油時。最低液面應(yīng)在進(jìn)口過濾器之上，保證不會吸入空氣，當(dāng)系統(tǒng)有大量回油而無供油 時或系統(tǒng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，油液返回油箱時，油液不致溢出。 (1)按使用情況確定油箱容積 初始設(shè)計(jì)時，可依據(jù)使用情況，按照經(jīng)驗(yàn)公式確定油箱容積 (2-9) 式中，V——油箱的容積； Qp ——液壓泵的流量； a ——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。則油箱容積的選擇如表 2-3所示 本升降臺為低壓系統(tǒng)，取1a =4,則油箱的容量可以確定為 由公式

38、(2-9)得 V=(2 ?4)q p =4 X20L=80L / min 按GB2876-81規(guī)定取標(biāo)準(zhǔn)值 V=160L/ min 表2-3油箱容積選擇 行走機(jī)械 低壓系統(tǒng) 中壓系統(tǒng) 鍛壓系統(tǒng) 冶金機(jī)械 a 1—2 2—4 5—7 6—12 10 根據(jù)以上所選元件，其液壓元件如表 2-5所示 表2-4液壓元件表 序號 元件名稱 通過閥的最 大流量 q/(L min) 規(guī)格 型號 額定流量 q/(L min2) 額定壓力 / MPa 額定壓降 /MPa 1 齒輪泵 一 CB — B20 20 2.5 一 2 三

39、位四通電 磁換向閥 18.36 34E — 25 60 6.3 <0.3 3 單項(xiàng)順序閥 18.36 XE 63 6.3 <0.2 4 溢流閥 6.2 Y — 10B 10 6.3 一 5 調(diào)速閥 <1 Q-6B 6 6.3 >0.5 6 單向閥 18.36 A F3 —Ea10B 40 16 <0.05 7 過濾器 20 X— 50X200 50 6.3 一 8 電動機(jī) 一 Y90L-6 一 一 一 注：此為電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速 nn=960r / m附液壓泵輸出的實(shí)際流

40、量。 2.6驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能 2.6.1 系統(tǒng)壓力損失的計(jì)算 由于系統(tǒng)具體的管路布置尚未確定，整個系統(tǒng)的壓力損失無法計(jì)算，但是閥類元件 的局部壓力損失是可以估算出來的，它在總的壓力損失中占了很大的份額。壓力損失的 驗(yàn)算應(yīng)按一個工作循環(huán)中不同階段分步進(jìn)行。 (1)上升 通過電磁換向閥2的流量為6L/min,管路中的壓力損失為0.5MPa,單向閥的流量為 6L/min,也造成壓力損失，其背壓為 0.2MPa,因此，在整個回路中 進(jìn)油路上的總壓降為： 6 2 6 2 ' R =0.3 ( ) 0.2 (-) 60 63 = 0.0051 Pa 回油路上的總壓降為：

41、 6 2 % H =0.5 0.3 ( )2 60 = 0.50M Pa 液壓缸回油腔的壓力p2為 P2 =0.5 0 M P a 液壓缸進(jìn)油腔壓力P1,即 10040 0.503 106 30.61 10“ , 50.24 10” 一 6 2 6 2 工 AP =0.3父(床)+0.2^(—) 60 63 = 0.0051 Pa 所以，上升時，溢流閥的調(diào)整壓力應(yīng)為 Pp1T aR +£ ip1 = (2.52 + 0.0 0 5M Pa = 2.525MPa (2)下降 下降時，通過單向閥的流量為18.36L/min通過電磁換向閥的流量為18.3

42、6L/min, 進(jìn)油路上的總壓降為 JR =0.2 (1^6)2 0.3 (年)2 63 60 =0.017 0.028 =0.04M Pa 回油路上通過單向閥的流量也為18.36L/ min所以回油路上的總壓降為 18.36 2 — ,18.36、2 ：P"0.2 ( ) 0.3 ( ) 63 60 = 0.045MPa 2.6.2 計(jì)算系統(tǒng)效率 一個工作循環(huán)中，上升占大部分時間，因此，完全可以用上升時的效率就來代替整 個工作循環(huán)的系統(tǒng)效率 (2-10) 取齒輪泵的總效率 ％ =0.9；液壓缸的總效率 7=0.95。 p Pp1qp1 - Pp2qp2

43、 回路效率為 2.52 6 2.525 20 = 0.3 = 0.9 0.95 0.3 =0.2565 2.6.3 系統(tǒng)發(fā)熱與溫升計(jì)算 系統(tǒng)發(fā)熱和油液溫升可按上升時的工況來計(jì)算。 PEO - pl q1 上升時液壓缸的有效功率為 (2-11 ) 由式（2-11 ）得 .Fv PEO - p1q1 - m 10040 0.02 10，KW 0.9 = 0.223KW 這時泵經(jīng)過順序閥卸荷，因此, Ppi 泵的總功率為 2.525 20 = =0.935KW 0.9 60 計(jì)算出液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量為 H = Ppi - Peo 由式(2-12)得 H

44、 =0.935 -0.223 = 0.712KW 求出油液溫升為 (2-12)  由式（2-13）得 H ,T 10 3V2 (2-13 10 = 15.4 c 此溫度沒有超出允許的溫升值。 2.7小結(jié) 本章是整個液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)，分析了設(shè)計(jì)的題目，對液壓升降臺進(jìn)行了工況 分析，初步擬定了液壓系統(tǒng)原理圖，確定了液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)，選擇了液壓元件并對 液壓系統(tǒng)的性能進(jìn)行了驗(yàn)算。 3液壓缸的設(shè)計(jì) 液壓缸是液壓傳動系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，用來實(shí)現(xiàn)工作機(jī)構(gòu)直線往復(fù)運(yùn)動或小于 360° 擺動運(yùn)動的能量轉(zhuǎn)換裝置?；钊捉Y(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，因此在液壓系統(tǒng)

45、中得到了廣泛 的使用。在完成了液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)后，還必須對主要參數(shù)進(jìn)行計(jì)算與校核，確定液壓缸 的材料，并對液壓缸各部分的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 3.1 液壓缸的主要零件確定及其技術(shù)要求 3.1.1 缸體 液壓缸缸體的常用材料一般為 20、35、45號無縫鋼管，鑄鐵可采用 HT200—HT350 間的幾個牌號或球墨鑄鐵。由于球墨鑄鐵具有較高的抗拉強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度，也具有 良好的塑性和韌性，其屈服度比鋼高。因此，球墨鑄鐵制造承受靜載荷的構(gòu)件比鑄鋼節(jié) 省材料，重量也輕。所以本設(shè)計(jì)的液壓缸采用 Q235鑄件需進(jìn)行正火消除內(nèi)應(yīng)力處理。 1 .缸體的內(nèi)徑因?yàn)轫毰c活塞配合，防止漏油，所以要盡量減少表面粗糙度

46、，可采用 H& H9配合。當(dāng)活塞采用橡膠密封圈時， Ra為0.1?0.4 當(dāng)活塞用活塞環(huán)密封時，Ra 為0.2?0.4仙叫且均需研磨。 2 .缸體內(nèi)徑D的圓度公差值可按9、10、11級精度選取，圓柱度公差應(yīng)按 8級精度 選取。 3 .缸體端面的垂直度公差可按 7級精度選取。 4 .缸體與缸頭采用螺紋連接時，螺紋應(yīng)用 6級精度的米制螺紋。 5 .當(dāng)缸體帶有耳環(huán)或軸銷時，孔徑 D或軸徑d的中心線對缸體內(nèi)孔軸線垂直公差值 按9級精度選取。 此液壓缸體的外徑需要與機(jī)架配合，應(yīng)進(jìn)行加工，且與中心線同軸度的要求。裝卸 時需把吊環(huán)螺栓吊起。所以缸體端部選用螺紋連接，螺紋連接徑向尺寸小

47、，質(zhì)量輕，使 用廣泛。裝卸需用專用工具，安裝時應(yīng)防止密封圈扭曲。 3.1.2 缸蓋 本液壓缸采用在缸蓋中壓入導(dǎo)向套，缸蓋選用 HT200鑄鐵，導(dǎo)向套選用鑄鐵 HT20Q 以使導(dǎo)向套更加耐用。 3.1.3 活塞 液壓缸活塞常用的材料為耐磨鑄鐵，灰鑄鐵，鋼及鋁合金等。本設(shè)計(jì)液壓缸活塞材 料選用45號鋼，需要經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理。 1 .活塞外徑D對內(nèi)孔d的徑向跳動公差值，按7、8級精度選取。 2 .端面T對內(nèi)徑d軸線的垂直度公差值，應(yīng)按7級精度選取。 3 .外徑D的圓柱度公差值，按9、10、11級精度選取 4 .活塞與缸體的密封結(jié)構(gòu)由前可以選用 。型密封圈。 3.2液壓缸主要尺寸的確

48、定 液壓缸工作壓力主要根據(jù)液壓設(shè)備的類型來確定，對不同用途的液壓設(shè)備，由于工 作條件不同，通常采用的壓力范圍也不同。所以設(shè)計(jì)時，可用類比法來確定。 液壓缸的工作壓力P=「99MPa,缸筒內(nèi)徑 D=80mm,活塞桿外徑d=50mm。 3.2.1 液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算 1 .液壓缸壁厚計(jì)算 Pmax D (3—1) 式中，a——液壓缸壁厚（m）； D 液壓缸內(nèi)徑（m）; Pma -試驗(yàn)壓力，一般取最大工作壓力的（1.25?1.5）倍（Mpa）; 產(chǎn)］——缸筒材料的許用壓，灰鑄鐵：［O］=25Mpa。 由式（3-1）得: .Pmax D ,.=^TT

49、 1.5 1.99 0.08 2 25 =4.776mm 2 .液壓缸壁厚算出后，即可求出缸體的外徑 D1為: D1 - D 2 二80 2 4.776 =89.552mm 式中D1值應(yīng)按無縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)，或按標(biāo)準(zhǔn)圓整為標(biāo)準(zhǔn)值。 故取 D1 =100mmo 3.2.2 缸筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 缸筒兩端分別和缸蓋和缸底相連，構(gòu)成密封的壓力腔，因而它的結(jié)構(gòu)形式往往和缸 蓋及缸底密切相關(guān)。因此，在設(shè)計(jì)缸筒結(jié)構(gòu)時，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，選用結(jié)構(gòu)便于裝配、 拆卸和維修的連接形式，缸筒內(nèi)外徑應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整 3.2.3 液壓缸工作行程的確定 液壓缸工作行程長度，可根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際工作的最大行

50、程來確定，按系列尺寸來選 取標(biāo)準(zhǔn)值?，F(xiàn)選取GB2349-80系列中液壓缸工作行程為300mm。 3.2.4 缸蓋厚度的確定 般液壓缸多為平底缸蓋，其有效厚度 t按強(qiáng)度要求可用下面兩式進(jìn)行近似計(jì)算。 (3-2) 有孔時 t . 0.433D2 PyD2 」二］(口2 -do) (3-3) 無孔時 式中，t ——缸蓋有效厚度（m）; D2——缸蓋止口內(nèi)徑（m）; do ——缸蓋孔的直徑（m）。 在此次設(shè)計(jì)中，利用式（3-3）計(jì)算可取t=40mm 3.2.5 最小導(dǎo)向長度的確定 當(dāng)活塞桿全部外伸時，從活塞支撐面中點(diǎn)的距離 H稱為最小導(dǎo)向長度。如果導(dǎo)向長度 過

51、小，將使液壓缸的初始撓度（間隙引起的撓度）增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設(shè)計(jì) 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)滿足以下要求 (3-4) L 20 式中，L ——液壓缸的最大行程; D ——液壓缸的內(nèi)徑。 」口=陋 0=55mm 20 2 20 2 活塞的寬度B一般取B =（0.6 -1.0）D ,即 B = 0.6 80 =48mm 缸蓋滑動支撐面的長度I-根據(jù)液壓缸內(nèi)徑D而定； 當(dāng) D<80mm 時，取 li = (0.6—1.0 D；當(dāng) D 占 80mm 時，取 li = (0.6 —1.0 力0.本設(shè)計(jì) D=80mm,

52、所以 11 =(0.6-1.0 d0 = 0.8 父 50 = 40mm。 為保證最小導(dǎo)向長度H,若過分增大li和B都是不適宜的，必要時可以在缸蓋與活塞 之間增加一隔套K來增加H的值。隔套的長度C由最小導(dǎo)向長度H決定，即 - 1 ， 、 C = H— (11 + B) (3-5) 2 由公式(3-5)得 - 1 C =H (11 B) =11mm 2 1.1.6 缸體長度的確定 液壓缸缸體內(nèi)部長度應(yīng)等于活塞寬度與活塞行程之和。缸體外形長度還要考慮到兩 端的端蓋的厚度，一般液壓缸缸體的長度不應(yīng)大于內(nèi)徑的 20?30倍，即選取液壓缸缸體 長度為360mm。 1.1.7

53、活塞桿的強(qiáng)度校核 由于本設(shè)計(jì)為低壓系統(tǒng)，活塞桿穩(wěn)定性須校核。 活塞桿的強(qiáng)度校核如下： d>2j-Fns (3-6) .二二 s 式中d--活塞桿直徑； F--液壓缸的最大推力(或拉力)； ns--缸筒屈服安全系數(shù)，為2?3.5; J--缸筒材料的屈服極限(本次設(shè)計(jì)采用 35 鋼，取仃s=315MPa)。 由式(3-6)得 16.8mm 、10000M 3.5 d 22、 3n父315 因活塞桿的直徑d =50mm ,故強(qiáng)度足夠 3.3 液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.3.1 缸體與缸蓋的連接形式 缸體端部與缸蓋的連接形式與工作壓力、缸體材料以及工作條

54、件有關(guān)。本設(shè)計(jì)選用 螺紋連接。螺紋連接的優(yōu)缺點(diǎn)如下： 優(yōu)點(diǎn)： (1)外形尺寸??； (2)重量較輕。 缺點(diǎn)： (1)端部結(jié)構(gòu)復(fù)雜； (2)裝拆時需用裝用工具； (3)擰端蓋時易損壞密封圈。 端蓋與鋼體的連接考慮到法蘭盤的安裝，采用螺釘連接( GB/T68-1985 M10X30)。 3.3.2 活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu) 活塞桿與活塞有幾種常用的連接形式。分整體結(jié)構(gòu)和組合結(jié)構(gòu)。組合式結(jié)構(gòu)又分為 螺紋連接、半環(huán)連接和錐銷連接。本設(shè)計(jì)中選用半環(huán)連接，半環(huán)連接的特點(diǎn)有：結(jié)構(gòu)簡 單，裝拆方便，不易松動，但會出現(xiàn)軸向間隙。多用在壓力高、負(fù)荷大，有振動的場 合。 3.3.3 活塞桿導(dǎo)向部分

55、的結(jié)構(gòu) 活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)，包括活塞桿與端蓋、導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)，以及密封、防塵和所 緊裝置等。導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)可以做成端蓋整體式直接導(dǎo)向，也可做成與端蓋分開的導(dǎo)向套 結(jié)構(gòu)。后者導(dǎo)向套磨損后便于更換，所以應(yīng)用較普遍。導(dǎo)向套的位置安裝在密封圈的內(nèi) 側(cè)，也可安裝在外側(cè)。機(jī)床和工程機(jī)械中一般采用裝在內(nèi)側(cè)的結(jié)構(gòu)，有利于導(dǎo)向套的潤 滑：而油壓機(jī)常采用裝在外側(cè)的結(jié)構(gòu)，在高壓下工作時，使密封圈有足夠的油壓將唇邊 張開，以提高密封性能。 活塞桿處的密封有O形、Y形、V形、密封圈。為了消除活塞桿處外露部分粘附的灰 塵，保證油液清潔以及減少磨損，在端蓋外側(cè)增加防塵圈，也可用毛氈圈防塵。 3.3.4 法蘭盤與鋼體連接

56、 法蘭盤與缸體連接采用焊接方式，其特點(diǎn)有：不易松動結(jié)構(gòu)簡單，且比較經(jīng)濟(jì)實(shí) 惠，但缺點(diǎn)是不能拆卸。 本次設(shè)計(jì)考慮到工作時拉力較大，采用螺紋連接，具特點(diǎn)有 優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單易拆卸；缺點(diǎn)是：螺紋不易加工。 3.4 液壓缸的結(jié)構(gòu)簡圖 液壓缸主要尺寸確定以后，就進(jìn)行各部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。主要包括：缸體與缸蓋的連 接結(jié)構(gòu)、活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)、活塞桿導(dǎo)向部分結(jié)構(gòu)、密封裝置、緩沖裝置及液壓 缸的安裝連接結(jié)構(gòu)。由于工作條件不同，結(jié)構(gòu)形式也各不相同。設(shè)計(jì)時根據(jù)具體情況進(jìn) 行選擇。其結(jié)構(gòu)簡圖如圖3-1所示。 圖3-1液壓缸結(jié)構(gòu)示意圖 1—活塞桿；2一缸蓋；3一缸體；4—活塞；5—法蘭盤 3

57、.5 本章小結(jié) 本章內(nèi)容主要介紹了液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其中包括了：缸體、缸蓋、活塞桿的設(shè)計(jì)， 液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d的確定以及液壓缸工作行程的確定，缸蓋厚度的確定等，最 后根據(jù)各個部分的設(shè)計(jì)繪制了液壓缸結(jié)構(gòu)示意圖。 4升降工作臺的總體設(shè)計(jì) 4.1 升降臺的總體設(shè)計(jì) 4.1.1 升降的總體設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)題目的要求，為了防止磨損嚴(yán)重和便于拆裝調(diào)換，節(jié)省材料，此裝置工作臺 設(shè)計(jì)為上下兩層，它們通過螺栓聯(lián)接固定。綜合分析，為了便于工作臺運(yùn)行平穩(wěn)，設(shè)計(jì)臺 下由四根導(dǎo)柱來支撐，且導(dǎo)柱外設(shè)計(jì)有導(dǎo)套，起保護(hù)作用。根據(jù)以上所述繪制了如圖 4-1 所示的工作臺的具體裝配簡圖。 4.1.2

58、工作臺工作原理 打開啟動開關(guān)SB2，工作臺上的指示燈變亮，按下開關(guān) SB3液壓系統(tǒng)開始工作，電 磁換向閥2YA得電，液壓缸開始動作即進(jìn)入上升階段，活塞桿帶動導(dǎo)柱開始向上運(yùn)動，工 作臺向上運(yùn)動。如圖4-2所示，頂架退回原位置時，按下總停開關(guān) SB1,工作臺上的指示 燈不亮，液壓系統(tǒng)停止工作，說明一個聯(lián)軸器和電動機(jī)的裝配完成， 從工作臺上取下工件。 4.2 工作臺的設(shè)計(jì)尺寸與校核 4.2.1 工作臺臺面的設(shè)計(jì) (1)上工作臺的設(shè)計(jì) 由于本次所設(shè)計(jì)的工作臺主要用于安裝電機(jī)主軸，故工作臺的設(shè)計(jì)需按照不同電機(jī)的 不同尺寸來設(shè)計(jì)計(jì)算。 Y系列電動機(jī)是封閉風(fēng)扇自冷式鼠籠型三相異步電動機(jī)，是全國統(tǒng)

59、一設(shè)計(jì)的新的基 本系列，Y系列電動機(jī)高效、節(jié)能、啟動轉(zhuǎn)矩高，噪聲低，振動小，運(yùn)行安全可靠。安裝 尺寸和功率等級完全符合國際標(biāo)準(zhǔn)。 Y系列電動機(jī)為一般用途的電動機(jī)，適用于驅(qū)動無特 殊性能要求的各種機(jī)械設(shè)備，如金屬切削 機(jī)床、鼓風(fēng)機(jī)、水泵等。 Y系列電動機(jī)機(jī)座外形尺寸和安裝尺寸的選擇，如表 4-1所示，電機(jī)尺寸圖如圖4-1 所示。 表4-1電機(jī)的外形尺寸和安裝尺寸 型號 尺寸 A B H Y -90L 140 125 903.5 Y-160L 254 254 1600-0.5 Y -200L 318 305 2000 _0.5 Y -280L 457

60、 419 2800」0 Y -315M 508 457 3150」.0 Y-92 -10 457 419 920^.5 圖4-1電機(jī)尺寸圖 根據(jù)第二章電機(jī)的安裝數(shù)據(jù)可知，最大的安裝尺寸為A=457mm, B=419mm故可將工 作臺設(shè)計(jì)為矩形，長L=600mm,寬b=550mm,工作臺總高為h=50mm.材料用鑄鐵。為便于 更換工作臺分為上下兩面，分別為上工作臺和下工作臺，用螺栓連接。上工作臺長 L=600mm,寬b=550mm,高h(yuǎn)=30。其結(jié)構(gòu)如圖4-3所示。 圖4-2液壓升降工作臺裝配簡圖 1一上工作臺；2一下工作臺；3—圍欄；4—底座；5—導(dǎo)柱

61、 圖4-3上工作臺結(jié)構(gòu) (2)下工作臺的設(shè)計(jì) F工作臺長L=600mm,寬b=5500mm, h=20mm.其外形如圖4-4所示。 圖4-4下工作臺結(jié)構(gòu)圖 4.2.

62、2 工作臺臺面的校核 設(shè)計(jì)此矩形工作臺，具上裝有電動機(jī)，一般情況下，受橫力彎曲的等直梁，最大彎 曲正應(yīng)力發(fā)生在彎矩最大的截面上，有截面上的正應(yīng)力分布知，截面上離中性軸最遠(yuǎn)處 正應(yīng)力最大，此處可看作是單向拉伸或壓縮，為了保證梁的安全，最大工作應(yīng)力 0 max不 得超過材料的單向受力時的許用應(yīng)力，平板材料為鑄鐵， ［仃］=100?110MPa,則平板的 彎曲正應(yīng)力強(qiáng)度條件： max m a x- Wz (4-1) (1)對矩形截面梁: Wz bh2 2 600 30 4 3 =9 10 mm 6 （2）求最大彎矩： 平板簡化為一簡支梁, 中點(diǎn)處產(chǎn)生

63、的彎矩最大。 一 1 一 M max = — FL max 4 (4-2) 由式（4-2）得 - 1 c c c c ，一 M max 40.2 0.55 =5.5275kN m 4 由式（4-1）得 「max = M max WZ = 5.5275 103 103 9 104 =61.4MPa<[ ff ]= 100 ?110MPa 因此工作臺滿足其強(qiáng)度要求。 4.3 支承導(dǎo)柱的設(shè)計(jì)與校核 4.3.1 支承導(dǎo)柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 為了使工作臺在上下運(yùn)動過程中不發(fā)生傾斜，故在液壓缸的周圍安裝四個導(dǎo)柱。液 壓缸安裝在工作臺下面、四根導(dǎo)柱中間 ，實(shí)現(xiàn)工作臺的上

64、下運(yùn)動。固定支架的主要作用是 其上的工作臺對電動機(jī)的固定作用，以及將液壓缸固定在支架上以保正液壓缸活塞桿的 位置和拉桿的位置。導(dǎo)柱采用的材料為 Q235。 4.3.2 支撐導(dǎo)柱的強(qiáng)度校核 !, I - co 由所設(shè)計(jì)要求選取% =273MPa ,n=1.8根據(jù)% =% ,有 n ,可得出 L」-273 =207.2M p a 1.8 。由于該機(jī)構(gòu)有四個導(dǎo)柱均布承載，因此，每個導(dǎo)柱的最大載荷為: N max =9000/4=2250N 橫截面最小面積為: Am i 尸蹙 r2 =3.14 17.52 -961.625mm2 由式(4-3)得 961.625mm 2.3

65、4MPa< 207.2 MPa 所以o< [□因此導(dǎo)柱的強(qiáng)度合適。 4.4 升降臺底座的設(shè)計(jì) 升降臺的底座設(shè)計(jì)也為矩形，其長度為 560mm,寬度也為530mm,厚度為30mm, 它在整個機(jī)構(gòu)中支撐著平臺的全部重量，并將其傳遞到地基上，他的設(shè)計(jì)重點(diǎn)是滿足強(qiáng) 度要求即可，保證在升降臺在升降過程中不會被壓潰即可，不會發(fā)生過大大變形，其具 體結(jié)構(gòu)如圖4-2所示。 4.5 本章小結(jié) 本章主要完成了液壓升降工作臺的整體設(shè)計(jì)，其中主要包括工作臺上下臺面的設(shè)計(jì) 及校核，導(dǎo)柱的設(shè)計(jì)與校核以及支撐底座的設(shè)計(jì)。 5控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 目前，常用的機(jī)械設(shè)備廣泛采用繼電器 -接觸器控制，也稱常規(guī)控

66、制或傳統(tǒng)控制。盡 管數(shù)控機(jī)床和可編程控制器控制的機(jī)床越來越多，但是，一方面?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)床擁有量現(xiàn)在仍 占絕大多數(shù)，另一方面機(jī)床數(shù)控化有較長的發(fā)展過程，而且一些簡單系統(tǒng)根本不需要微 機(jī)控制。因此，學(xué)習(xí)和掌握機(jī)床繼電器-接觸器電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是極為重要的。 5.1 控制電路設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題 有時候，設(shè)計(jì)出來的實(shí)際線路會出現(xiàn)不正確、不合理、不經(jīng)濟(jì)等現(xiàn)象，因此在設(shè)計(jì) 過程中應(yīng)注意： 1 .避免“臨界競爭和冒險(xiǎn)現(xiàn)象”的產(chǎn)生； 2 .盡量減少電器元件觸點(diǎn)數(shù)量； 3 .合理安排電器元件觸點(diǎn)位置； 4 .盡量減少電氣線路的電源種類，電源有交流和直流兩大類，接觸器和繼電器等也 有交直流兩大類，要盡量采用同一類電源； 5 .盡量減少電氣元件的品種、規(guī)格、數(shù)量和觸點(diǎn)。同一用途的電氣元件，盡可能選 用同一型號規(guī)格。實(shí)現(xiàn)同一控制功能的電路可以有多個，電氣元件的觸點(diǎn)用得最少的電 路最優(yōu)； 6 .盡可能減少通電電器數(shù)量。例如，時間繼電器在完成延時控制功能以后就應(yīng)斷 電，利于節(jié)能和延長壽命。 5.2 控制電路的設(shè)計(jì) 5.2.1 主電路的設(shè)計(jì) 由于電動機(jī)的功率較小，控制液壓泵實(shí)現(xiàn)工作臺的運(yùn)動，所以電動機(jī)采用單向啟動 的控制方式，在設(shè)計(jì)時還應(yīng)該考慮過載保護(hù)，可以用熔斷器 FU進(jìn)行保護(hù)。 5.2.2 控制電源的設(shè)計(jì) 考慮到安