DG型液壓缸設(shè)計(jì)

資源目錄里展示的全都有，所見即所得。下載后全都有,請(qǐng)放心下載。原稿可自行編輯修改=【QQ：401339828 或11970985 有疑問可加】 四川大學(xué)錦城學(xué)院 課程設(shè)計(jì)說明書 學(xué)生姓名： 張聯(lián)雄 學(xué) 號(hào)： 110920727 學(xué) 院： 四川大學(xué)錦城學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)制 題 目： DG型液壓缸的設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師： 曹建國(guó) 2014年7月7日 目錄 緒 論 3 第一章 液壓傳動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí) 4 1.1 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成 4 1.2 液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) 4 1.3 液壓傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用 4 第二章 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行元件 5 2.1 液壓缸的類型及結(jié)構(gòu)形式 5 2.2 液壓缸的組成 7 第三章 DG型液壓缸的設(shè)計(jì) 12 3.1 簡(jiǎn)介 12 3.2 DG型液壓缸的設(shè)計(jì) 13 總 結(jié) 18 參 考 文 獻(xiàn) 19 緒 論 液壓傳動(dòng)是研究以有壓流體（液體）為傳動(dòng)介質(zhì)來實(shí)現(xiàn)各種機(jī)械的傳動(dòng)控制的學(xué)科。液壓傳動(dòng)是根據(jù)流體力學(xué)的基本原理，利用流體的壓力能進(jìn)行能量的傳遞和控制各種機(jī)械零部件運(yùn)動(dòng)。 由于液壓系統(tǒng)用途廣泛，內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理復(fù)雜。本次設(shè)計(jì)主要是針對(duì)液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件——液壓缸的設(shè)計(jì)。具體設(shè)計(jì)產(chǎn)品為——DG型液壓缸。 第一章 液壓傳動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí) 1.1 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)由以下四個(gè)部分組成： 〈1〉動(dòng)力元件——液壓泵 其功能是將原動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能，為系統(tǒng)提供動(dòng)力。 〈2〉執(zhí)行元件——液壓缸、液壓馬達(dá)。它們的功能是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，以帶動(dòng)負(fù)載進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)或者旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 〈3〉控制元件——壓力、流量和方向控制閥。它們的作用是控制和調(diào)節(jié)系統(tǒng)中液體的動(dòng)力、流量和流動(dòng)方向，以保證執(zhí)行元件達(dá)到所要求的輸出力（或力矩）、運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)方向。 〈4〉輔助元件——保證系統(tǒng)正常工作所需要的輔助裝置。包括管道、管接頭、油箱過濾器和指示儀表等。 〈5〉工作介質(zhì)---工作介質(zhì)即傳動(dòng)液體，通常稱液壓油。液壓系統(tǒng)就是通過工作介質(zhì)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞的。 1.2 液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)： 〈1〉體積小、重量輕，單位重量輸出的功率大（一般可達(dá)32MPa,個(gè)別場(chǎng)合更高）。 〈2〉可在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。 〈3〉操縱簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。特別是和電氣控制聯(lián)合使用時(shí)，易于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的自動(dòng)工作循環(huán)。 〈4〉慣性小、響應(yīng)速度快，起動(dòng)、制動(dòng)和換向迅速。(液壓馬達(dá)起動(dòng)只需0.1s) 〈5〉易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，安全性好；采用礦物油作為工作介質(zhì)，自潤(rùn)滑性好。 〈6〉液壓元件易于實(shí)現(xiàn)系列化 標(biāo)準(zhǔn)化和通用化。 缺點(diǎn)： 〈1〉由于液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中存在的泄漏和油液的壓縮性，影響了傳動(dòng)的準(zhǔn)確性，不易實(shí)現(xiàn)定比 傳動(dòng)。 〈2〉不適應(yīng)在溫度變化范圍較大的場(chǎng)合工作。 〈3〉由于受液體流動(dòng)阻力和泄漏的影響，液壓傳動(dòng)的效率還不是很高，不易遠(yuǎn)距離傳動(dòng)。 〈4〉液壓傳動(dòng)出現(xiàn)故障不易查找。 1.3 液壓傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用 　　 液壓技術(shù)，從１７９５年英國(guó)制造出世界上第一臺(tái)水壓機(jī)誕生算起，已經(jīng)有２００多年的歷史了，然而在工業(yè)上的真正推廣使用卻是２０世紀(jì)中葉的事情了。第二次世界大戰(zhàn)期間，在一些武器裝備上用上了功率大、反應(yīng)快、動(dòng)作準(zhǔn)的液壓傳動(dòng)和控制裝置，大大的提高了武器裝備的性能。同時(shí)，也加速了液壓技術(shù)本身的發(fā)展。戰(zhàn)后，液壓技術(shù)迅速由軍事轉(zhuǎn)入民用，在機(jī)械制造、工程機(jī)械、鍛壓機(jī)械、冶金機(jī)械、汽車、船舶等行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。２０世紀(jì)６０年代以后，原子能技術(shù)、空間技術(shù)、電子技術(shù)等的迅速發(fā)展，再次將液壓技術(shù)向前推進(jìn)，使其在各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域得到了更加廣泛的應(yīng)用。 現(xiàn)代液壓技術(shù)與微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)的緊密結(jié)合已經(jīng)形成并發(fā)展成為一種包括傳動(dòng)、控制、檢測(cè)在內(nèi)的自動(dòng)化技術(shù)。當(dāng)前，液壓技術(shù)在實(shí)現(xiàn)高壓、高速、大功率、經(jīng)久耐用、高度集成化等各項(xiàng)要求方面都取得了重大的進(jìn)展，在完善發(fā)展比例控制和伺服控制、開發(fā)數(shù)字控制技術(shù)上也有許多新成果。同時(shí)，液壓元件和液壓系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)和測(cè)試(CAT)、微機(jī)控制、機(jī)電一體化、液電一體化、可靠性、污染控制、能耗控制、小型微型化等方面也是液壓技術(shù)發(fā)展和研究的方向。繼續(xù)擴(kuò)大應(yīng)用服務(wù)領(lǐng)域，采用更先進(jìn)的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)，將使液壓技術(shù)發(fā)展成為內(nèi)涵更加豐富完整的綜合自動(dòng)化技術(shù)。 目前，液壓技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)裝備上，例如機(jī)械制造、工程、建筑、礦山、冶金、船舶等機(jī)械，上至航空、航天工業(yè)，下至地礦、海洋開發(fā)工程，幾乎無處不見液壓技術(shù)的蹤跡。液壓技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域大致上可以歸納為以下幾個(gè)主要方面： （1）各種舉升、搬運(yùn)作業(yè)。尤其在行走機(jī)械和較大驅(qū)動(dòng)功率的場(chǎng)合，液壓傳動(dòng)已經(jīng)成為一種主要方式。如起重機(jī)、起錨機(jī)等。 （2）各種需要作用力大的推、擠、挖掘等作業(yè)裝置。例如，各種液壓機(jī)、塑料注射成型機(jī)等。 （3）高響應(yīng)、高精度的控制。飛機(jī)和導(dǎo)彈的姿態(tài)控制等裝置。 （4）多種工作程序組合的自動(dòng)操作與控制。如組合機(jī)床、機(jī)械加工自動(dòng)線。 （5）特殊工作場(chǎng)合。例如地下水下、防爆等。 第二章 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行元件 ——液壓缸 2.1 液壓缸的類型及結(jié)構(gòu)形式 液壓缸有多種類型。按作用方式可分為單作用式和雙作用式兩種；按結(jié)構(gòu)形式可分為活塞式、柱塞式、組合式和擺動(dòng)式四大類。 其中，單作用液壓缸分為：?jiǎn)位钊麠U液壓缸、雙活塞桿液壓缸、柱塞式液壓缸、差動(dòng)液壓缸和伸縮液壓缸。但是，差動(dòng)式液壓缸和柱塞式液壓缸只能單作用而不能雙作用。組合液壓缸包括：彈簧復(fù)位式、齒條式、串聯(lián)式和增壓式四種。擺動(dòng)液壓缸又分為：?jiǎn)稳~片式和雙葉片式兩種。下面以一種典型液壓缸為例，說明液壓缸的基本組成。 空心活塞式液壓缸如上圖所示。它由缸筒10，活塞8，活塞桿1、15，缸蓋18、24，密封圈4、7、17，導(dǎo)向套6、19，壓板11、20等主要零件組成。這種液壓缸活塞桿固定，缸筒帶動(dòng)工作臺(tái)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)?；钊缅F銷9、22與空心活塞桿連接，并用堵頭2堵死活塞桿的一頭。缸筒兩端外圓上套有鋼絲環(huán)12、21，用于阻止壓板11、20向外移動(dòng)，從而通過螺栓將缸蓋18、24與壓板相連（圖中沒有畫出），并把缸蓋壓緊在缸筒的兩端。為了減少泄漏，在液壓缸中可能發(fā)生泄漏的結(jié)合面安放了密封圈和紙墊。空心活塞桿和其上的油口a、c提供了液壓缸的進(jìn)、出油口。當(dāng)缸筒移動(dòng)到左、右終端時(shí)，油口a、c的開度逐漸減小，造成回油阻力逐漸增大，對(duì)運(yùn)動(dòng)部件起到制動(dòng)緩沖作用。在缸蓋上設(shè)有與排氣閥（圖中沒有畫出）相連的排氣孔5、14，可以排出液壓缸中的空氣，使運(yùn)動(dòng)更加平穩(wěn)。 表2-1液壓缸的類型和特點(diǎn) 類型 速度 作用力 特點(diǎn) 單 作 用 液 壓 缸 雙活塞桿液壓缸 U=q/A3 F=p1A1 活塞的兩側(cè)都裝有活塞桿，只能向活塞一側(cè)供給壓力油，由外力使活塞反向運(yùn)動(dòng) 單活塞桿液壓缸 U=q/A3 F1=p1A1 活塞僅單向運(yùn)動(dòng)，返回行程利用自重或負(fù)荷將活塞推回 柱塞式液壓缸 U=q/A3 F1=p1A1 柱塞僅單向運(yùn)動(dòng)，由外力使柱塞反向運(yùn)動(dòng) 差動(dòng)液壓缸 U3=q/A3 F3=p1A1 可使速度加快，但作用力相應(yīng)減小 伸縮液壓缸 --- --- 以短缸獲得長(zhǎng)行程；缸由大到小逐節(jié)推出，靠外力由小到大逐節(jié)縮回 雙 作用液壓缸 雙活塞桿液壓缸 U1=q/A3 U2=q/A2 F1=（p1-p2）A1 F2=（p2-p1）A2 雙邊有桿，雙向液壓驅(qū)動(dòng)，雙向推力和速度均相等 單活塞桿液壓缸 U1=q/A3 U2=q/A2 F1=（p1-p2）A1 F2=（p2-p1）A2 單邊有桿，雙向液壓驅(qū)動(dòng)，u1〈V U2，F(xiàn)1〉F2 伸縮液壓缸 --- --- 雙向液壓驅(qū)動(dòng)，由大到小逐節(jié)推出，由小到大逐節(jié)縮回 組 合 液 壓 缸 彈簧復(fù)位液壓缸 --- --- 單向由液壓驅(qū)動(dòng)，回程彈簧復(fù)位 串聯(lián)液壓缸 U1=q/（A1+A2） U2=q2A2 F1=p1（A1-A2）-2qA2 F1=2p2A2-A2-q1（A1+A2） 用于缸的直徑受限制，而長(zhǎng)度不受限制處，可獲得在的推力 增 壓 缸 --- --- 由活塞缸和柱塞缸組合而成，低壓油送入A腔，B腔輸出高壓油 齒條液壓缸 --- --- 活塞的移動(dòng)通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)變成齒輪的往復(fù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 擺動(dòng)液壓缸 單葉片液壓缸 W =8q/（b（D2-d2） T=p（D^2-d^2）b/8 把液壓能變?yōu)榛剞D(zhuǎn)的機(jī)械能，輸出軸擺動(dòng)角 < 300度 雙葉片液壓缸 W =4q/（b（D2-d2） T=p（D^2-d^2）b/4 把液壓能變?yōu)榛剞D(zhuǎn)的機(jī)械能，輸出軸擺動(dòng)角 < 150度 注：b—葉片寬度；D—葉片的底端 、頂端直徑；w—葉片軸的角速度；T-- 理論轉(zhuǎn)矩 2.2 液壓缸的組成 從以上液壓缸的結(jié)構(gòu)形式上可知：液壓缸可以分為缸體組件、活塞組件、密封裝置、緩沖裝置和排氣裝置五大部分。 (1)缸體組件 缸筒組件有缸筒和缸蓋組成。缸筒和缸蓋的連接形式與其工作壓力有關(guān)。當(dāng)工作壓力p<10MPa時(shí),缸筒使用鑄鐵；工作壓力p<20MPa時(shí)，缸筒使用無縫鋼管；工作壓力p>20MPa時(shí)，使用鑄鋼或鍛鋼。以下是幾種常見的缸筒與缸蓋的聯(lián)接形式： 圖2-21(a)所示為法蘭連接式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易加工，也容易裝拆，但外形尺寸和重量都較大，常用于鑄鐵制的缸筒上。圖2-21(b)所示為半環(huán)連接式，它的缸筒壁部因開了環(huán)形槽而削弱了強(qiáng)度，為此有時(shí)要加厚缸壁，它容易加工和裝拆，重量較輕，常用于無縫鋼管或鍛鋼制的缸筒上。圖2-21(c)所示為螺紋連接式，它的缸筒端部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，外徑加工時(shí)要求保證內(nèi)外徑同心，裝拆要使用專用工具，它的外形尺寸和重量都較小，常用于無縫鋼管或鑄鋼制的缸筒上。圖2-21(d)所示為拉桿連接式，結(jié)構(gòu)的通用性大，容易加工和裝拆，但外形尺寸較大，且較重。圖2-21(e)所示為焊接連接式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，但缸底處內(nèi)徑不易加工，且可能引起變形。 圖2-21缸筒和缸蓋結(jié)構(gòu) (a)法蘭連接式(b)半環(huán)連接式(c)螺紋連接式(d)拉桿連接式(e)焊接連接式 由此可見，缸筒的材料一般要求有足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性，對(duì)焊接的缸筒，還要求有良好的焊接性能。 為了能夠最大限度的滿足用戶對(duì)產(chǎn)品性能的需求和產(chǎn)品設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)合理以及保證工人人身和設(shè)備安全，改善操作者工作環(huán)境，洛陽強(qiáng)力液壓股份有限公司所生產(chǎn)的液壓缸缸筒毛坯件選擇由專業(yè)廠方提供內(nèi)圓已經(jīng)過衍磨和外圓已加工的高精度冷拔無縫鋼管，能滿足以下要求： a、缸筒內(nèi)徑的圓度和圓柱度可選取8級(jí)。 b、缸筒端面的垂直度選取7級(jí)精度。 c、缸筒端部用螺紋連接時(shí)，螺紋應(yīng)選取6級(jí)精度的細(xì)牙螺紋。 (2)活塞組件 活塞組件有活塞、活塞桿和連接件等組成，活塞與活塞桿連接形式?jīng)Q定于工作壓力、安裝形式、工作條件等。 由于活塞在缸筒內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，必須選用優(yōu)質(zhì)材料。對(duì)于整體式活塞，一般采用３５號(hào)鋼或４５號(hào)鋼；裝配式的活塞采用灰口鑄鐵、耐磨鑄鐵或鋁合金等材料，有特殊要求時(shí)可在鋼活塞坯外面裝上青銅、黃銅和尼龍等耐磨套，以延長(zhǎng)活塞的使用壽命。活塞桿無論是空心的還是實(shí)心的其材料常采用３５號(hào)鋼或４５號(hào)鋼等材料，當(dāng)沖擊振動(dòng)很大時(shí)，也可采用５５號(hào)鋼或４０Cr鋼。圖2-22所示為幾種常見的活塞與活塞桿的連接形式： 圖2-22 (a)所示為活塞與活塞桿之間采用螺母連接，它適用負(fù)載較小，受力無沖擊的液壓缸中。螺紋連接雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便可靠，但在活塞桿上車螺紋將削弱其強(qiáng)度。圖圖2-22 (b)和(c)所示為卡環(huán)式連接方式。圖2-22 (b)中活塞桿5上開有一個(gè)環(huán)形槽，槽內(nèi)裝有兩個(gè)半圓環(huán)3以夾緊活塞4，半環(huán)3由軸套2套住，而軸套2的軸向位置用彈簧卡圈1來固定。圖2-22 (c)中的活塞桿，使用了兩個(gè)半圓環(huán)4，它們分別由兩個(gè)密封圈座2套住，半圓形的活塞3安放在密封圈座的中間。圖2-22 (d)所示是一種徑向銷式連接結(jié)構(gòu)，用錐銷1把活塞2固連在活塞桿3上。這種連接方式特別適用于雙出桿式活塞。 圖2-22 常見的活塞組件結(jié)構(gòu)形式 (3)密封裝置 密封裝置主要用來防止液壓油的泄漏。液壓缸因?yàn)槭且揽棵荛]油液容積的變化來傳遞動(dòng)力和速度，故密封裝置的優(yōu)劣，將直接影響液壓缸的工作性能。根據(jù)兩個(gè)需要密封的偶合面間有無相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可把密封圈分為動(dòng)密封和靜密封兩類。設(shè)計(jì)或選用密封裝置的基本要求是：具有良好的密封性能，并隨著壓力的增加能自動(dòng)提高其密封性能，摩擦阻力小，密封件耐油性，抗腐蝕性好，使用壽命長(zhǎng)，使用的溫度范圍廣，制造簡(jiǎn)單，裝拆方便等。通常液壓缸的密封有間隙密封、活塞環(huán)密封、Ｏ型密封圈、Y型密封圈、V型密封圈等密封方式來防止漏油。 圖2-23密封裝置 (a)間隙密封(b)摩擦環(huán)密封(c)○形圈密封(d)V形圈密封 液壓缸中常見的密封裝置如上圖2-23所示。圖2-23 (a)所示為間隙密封，它依靠運(yùn)動(dòng)間的微小間隙來防止泄漏。為了提高這種裝置的密封能力，常在活塞的表面上制出幾條細(xì)小的環(huán)形槽，以增大油液通過間隙時(shí)的阻力。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，摩擦阻力小，可耐高溫，但泄漏大，加工要求高，磨損后無法恢復(fù)原有能力，只有在尺寸較小、壓力較低、相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較高的缸筒和活塞間使用。圖2-23 (b)所示為摩擦環(huán)密封，它依靠套在活塞上的摩擦環(huán)(尼龍或其他高分子材料制成)在O形密封圈彈力作用下貼緊缸壁而防止泄漏。這種材料效果較好，摩擦阻力較小且穩(wěn)定，可耐高溫，磨損后有自動(dòng)補(bǔ)償能力，但加工要求高，裝拆較不便，適用于缸筒和活塞之間的密封。圖2-23 (c)、圖2-23 (d)所示為 密封圈(O形圈、V形圈等)密封，它利用橡膠或塑料的彈性使各種截面的環(huán)形圈貼緊在靜、動(dòng)配合面之間來防止泄漏。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，磨損后有自動(dòng)補(bǔ)償能力，性能可靠，在缸筒和活塞之間、缸蓋和活塞桿之間、活塞和活塞桿之間、缸筒和缸蓋之間都能使用。 對(duì)于活塞桿外伸部分來說，由于它很容易把臟物帶入液壓缸，使油液受污染，使密封件磨損，因此常需在活塞桿密封處增添防塵圈，并放在向著活塞桿外伸的一端。 (4)緩沖裝置 當(dāng)運(yùn)動(dòng)部件拖動(dòng)質(zhì)量較大的部件作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)、運(yùn)動(dòng)速度較高時(shí)(v>12m/min)。運(yùn)動(dòng)部件慣性力較大，活塞運(yùn)動(dòng)到終端會(huì)與缸蓋發(fā)生機(jī)械碰撞，產(chǎn)生沖擊、噪聲，嚴(yán)重時(shí)影響加工精度，甚至引起破壞性事故。因此，在液壓缸內(nèi)兩端部應(yīng)設(shè)置緩沖裝置。 一般緩沖裝置由緩沖柱塞、緩沖油腔、三角節(jié)流槽、單向閥、節(jié)流閥組成。組合的緩沖形有圓柱形環(huán)隙式、圓錐形環(huán)隙式、節(jié)流口可變式節(jié)流口可調(diào)式。 緩沖裝置的工作原理是利用活塞或缸筒在其 走向行程終端時(shí)封住活塞和缸蓋之間的部分油液，強(qiáng)迫它從小孔或細(xì)縫中擠出，以產(chǎn)生很大的阻力，使工作部件受到制動(dòng)，逐漸減慢運(yùn)動(dòng)速度，達(dá)到避免活塞和缸蓋相互撞擊的目的。 如下圖2-24(a)所示，當(dāng)緩沖柱塞進(jìn)入與其相配的缸蓋上的內(nèi)孔時(shí)，孔中的液壓油只能通過間隙δ排出，使活塞速度降低。由于配合間隙不變，故隨著活塞運(yùn)動(dòng)速度的降低，起緩沖作用。當(dāng)緩沖柱塞進(jìn)入配合孔之后，油腔中的油只能經(jīng)節(jié)流閥1排出，如圖2-24 (b)所示。由于節(jié)流閥1是可調(diào)的，因此緩沖作用也可調(diào)節(jié)，但仍不能解決速度減低后緩沖作用減弱的缺點(diǎn)。如圖2-24 (c)所示，在緩沖柱塞上開有三角槽，隨著柱塞逐漸進(jìn)入配合孔中，其節(jié)流面積越來越小，解決了在行程最后階段緩沖作用過弱的問題。 圖2-24 液壓缸的緩沖裝置 1—節(jié)流閥 (5)排氣裝置 液壓缸在安裝過程中或長(zhǎng)時(shí)間停放重新工作時(shí)，液壓缸里和管道系統(tǒng)中會(huì)滲入空氣，為了防止執(zhí)行元件出現(xiàn)爬行，噪聲和發(fā)熱等不正常現(xiàn)象，需把缸中和系統(tǒng)中的空氣排出。對(duì)于要求不高的液壓缸往往不設(shè)專門的排氣裝置，而是將油口布置在缸茼兩端的最高處，這樣也能使空氣隨油液排往油箱，在從油面逸出；對(duì)于速度穩(wěn)定性要求較高的液壓缸或大型液壓缸，常在液壓缸的最高處設(shè)置進(jìn)出油口把氣帶走，也可在最高處設(shè)置放氣孔或?qū)ｉT的放氣閥。 圖2-25 放氣裝置 1—缸蓋 2—放氣小孔 3—缸體 4—活塞桿 第三章 DG型液壓缸的設(shè)計(jì) 3.1 簡(jiǎn)介 DG型液壓缸是液壓系統(tǒng)中活塞桿作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的工作機(jī)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)形式均為單活塞桿雙作用耳環(huán)安裝式。主要用于工程機(jī)械、運(yùn)輸機(jī)械、礦山機(jī)械及車輛等的液壓傳動(dòng)。DG型液壓缸結(jié)構(gòu)如下:型號(hào)意義 例： DG J 40 C E1 L/E 　L:螺紋式 　　　活塞桿 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　連接形式　　　 　　　　E:耳環(huán)式 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　安裝方式：?jiǎn)味h(huán)式 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　壓力分級(jí)：8-16MPa 　　　液壓缸內(nèi)徑：40mm 　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　活塞：重型 　　　名稱：?jiǎn)位钊麠U雙作用液壓缸 3.2 DG型液壓缸的設(shè)計(jì) 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算： 由于液壓執(zhí)行元件與主機(jī)結(jié)構(gòu)有著直接關(guān)系，因此所需要的液壓缸和在結(jié)構(gòu)上千變?nèi)f化。盡管有一些標(biāo)準(zhǔn)件可供選用，但有時(shí)還必須根據(jù)實(shí)際需要自行設(shè)計(jì)。下面介紹液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算。 (一)主要尺寸的計(jì)算 ????液壓缸的主要尺寸包括缸筒內(nèi)徑D、活塞桿直徑d和缸筒長(zhǎng)度L。 ????根據(jù)負(fù)載大小和液壓缸的工作壓力確定活塞的有效工作面積，再根據(jù)液壓缸的不同結(jié)構(gòu)形式計(jì)算出缸筒的內(nèi)徑?；钊麠U直徑是按受力情況決定的，可按表3.1初步選取。缸筒長(zhǎng)度的確定要考慮活塞最大行程、活塞厚度、導(dǎo)向和密封所需長(zhǎng)度等因素。通常情況L≤(20~30)d。計(jì)算結(jié)果要圓整成國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的推薦值。主要尺寸初步確定后，還要按速度要求進(jìn)行驗(yàn)證。同時(shí)滿足力和速度的要求后才可以確定下來。 表3.1? 液壓缸工作壓力與活塞桿直徑 液壓缸工作壓力p/MPa <5 5～7 >7 推薦活塞桿直徑d (0.5～0.55)D (0.6～0.7)D 0.7D （二）強(qiáng)度校核 ???? 強(qiáng)度校核的項(xiàng)目包括缸筒壁厚δ、活塞桿直徑d和缸蓋固定螺栓的直徑ds。 在中、低壓系統(tǒng)中，缸筒壁厚由結(jié)構(gòu)工藝決定，一般不做校核。在高壓系統(tǒng)中需按下列情況進(jìn)行校核。 1.缸筒壁厚的校核 當(dāng)D/δ>10時(shí)為薄壁，δ按下式校核: 式中，D-缸筒內(nèi)徑； [σ]—缸筒材料的許用應(yīng)力，[σ]=σb/n，σb是材料 的抗拉強(qiáng)度，一般取安全系數(shù)n=5； py—試驗(yàn)壓力，當(dāng)缸的額定壓力pn≤16Mpa時(shí)，py =1.5pn；pn>16Mpa時(shí)，py=1.25pn。 當(dāng)D/δ<10時(shí)為厚壁，δ按下式校核: 2.??活塞桿直徑d 式中，F(xiàn)—活塞桿上的作用力； [σ]—活塞桿材料的許用應(yīng)力，[σ]= σb/1.4。 3.??缸蓋固定螺栓直徑ds 式中，F(xiàn)—活塞桿上的作用力；k—螺紋擰緊 系數(shù)，k=1.12~1.5；z—固定螺栓個(gè)數(shù)； [σ]—螺栓材料的許用應(yīng)力，[σ]= σs/（1.22~2.5）， σs為材料的屈服點(diǎn)。[σ]—活塞桿材料的許用應(yīng)力， [σ]= σb/1.4。 （三）活塞桿穩(wěn)定性校核 ?當(dāng)活塞桿受軸向壓縮負(fù)載時(shí)有壓桿穩(wěn)定性問題，即 壓縮力F超過某一臨界Fk值時(shí)活塞桿就會(huì)失去穩(wěn)定性。活塞桿穩(wěn)定性按下式進(jìn)行校核?????? 式中，nk—安全系數(shù)，一般取nk=2~4。 ????當(dāng)活塞桿的細(xì)長(zhǎng)比時(shí)， 當(dāng)活塞桿的細(xì)長(zhǎng)比，且時(shí)， 式中， l—安裝長(zhǎng)度； ??? rk—活塞桿截面最小回轉(zhuǎn)半徑，； ??? ψ1—柔性系數(shù)； ?? ?ψ2—由液壓缸支承方式?jīng)Q定的末端系數(shù)； ?? ?E—活塞桿材料的彈性模量，鋼材：； ??? J—活塞桿橫截面慣性矩； ??? A—活塞桿橫截面積； ??? f—由材料強(qiáng)度決定的試驗(yàn)值； ??? α—系數(shù)。 3.２.1 缸筒的設(shè)計(jì) （1）缸筒材料的選擇及加工工藝 參閱《鄭州強(qiáng)盛液壓制造有限公司產(chǎn)品樣本》（以下簡(jiǎn)稱《產(chǎn)品樣本》）第15頁可知，DG型液壓缸的最大推力和拉力為16MPa，即：工作壓力p<20MPa；所以，缸筒材料可選用無縫鋼管；結(jié)合本公司生產(chǎn)車間的實(shí)際加工水平，在選購缸筒原材料時(shí),一般都是直接從鋼材廠訂購經(jīng)過冷拔后的20號(hào)鋼的缸筒毛坯件。即：內(nèi)圓已經(jīng)過衍磨、外圓已加工的高精度冷拔無縫鋼管。 （2）確定缸筒的總體尺寸 a.缸筒內(nèi)徑的大小及厚度 查《產(chǎn)品樣本》第16頁圖表可得，DG型液壓缸缸筒的內(nèi)徑為90mm，外徑為108mm。即：厚度為18mm。 b.缸筒的總長(zhǎng)度的確立 參考《產(chǎn)品樣本》第17頁圖表可得：缸筒總長(zhǎng)度L由活塞桿兩端活塞寬度、導(dǎo)向筒的寬度以及在滿足本液壓缸的行程后來確定。在整個(gè)液壓缸的設(shè)計(jì)中，缸筒的長(zhǎng)度屬于不確定因素。在此，先不予考慮。 3.２.2 活塞桿的設(shè)計(jì) 下面是整體式活塞桿的幾種聯(lián)接結(jié)構(gòu)如下圖： 1.、耳環(huán)連接 2、端部鉸軸連接 3、中部鉸軸連接 4、端部法蘭連接 5、中部法蘭連接 6、底部法蘭連接 （1）活塞桿材料的選擇及加工工藝 參考《產(chǎn)品樣本》第17頁圖表可得：本次設(shè)計(jì)的整體式活塞桿的材料為45#鋼拼焊而成,桿徑大小為45mm。其結(jié)構(gòu)形式如下圖： 總 結(jié) 經(jīng)過幾個(gè)星期的學(xué)習(xí)和努力，我終于完成了本次課程設(shè)計(jì)任務(wù)。在此期間我查找各方面的書籍并上網(wǎng)搜索資料，鍛煉了自己和獨(dú)立解決問題的能力。 在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，使我對(duì)AUTOCAD、Word等辦公軟件有更深的了解，學(xué)會(huì)如何應(yīng)用及合理的規(guī)劃布局。從中，學(xué)到不少有關(guān)機(jī)械方面的知識(shí)，同時(shí)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)和液壓傳動(dòng)得到更進(jìn)一步的了解，這是第一次如此重視的液壓缸設(shè)計(jì)，在這次設(shè)計(jì)即將結(jié)束時(shí)自己才發(fā)現(xiàn)所有的有價(jià)值的資料都來源于圖書館和累積下來的手稿。來自網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)都是粗糙的，可直接利用的卻不夠詳盡不夠本原，是自己對(duì)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的最大體會(huì)。 但由于自己學(xué)歷不精，認(rèn)識(shí)不足，在本次設(shè)計(jì)中存在一定地失誤和欠缺，希望老師給予批評(píng)和幫助，使本次設(shè)計(jì)更加完美，讓我在大學(xué)所學(xué)到的知識(shí)綜合運(yùn)用起來，會(huì)對(duì)我以后工作有很大的幫助。在今后的學(xué)習(xí)和工作中更努力，認(rèn)真負(fù)責(zé)，妥善地完成本職工作。 參 考 文 獻(xiàn) 1、《重型機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)》編寫委員會(huì) 編. 重型機(jī)械標(biāo)準(zhǔn) 第四卷 .北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社 ，1995 2、雷天覺主編 . 新編液壓工程手冊(cè) .第二冊(cè) .北京：北京理工大學(xué)出版社，1998 3、強(qiáng)盛液壓制造有限公司產(chǎn)品設(shè)計(jì)部 編 .鄭州 ：強(qiáng)盛液壓制造有限公司產(chǎn)品樣本 4、廣州市世達(dá)密封實(shí)業(yè)有限公司 編 . 世達(dá)密封系統(tǒng)產(chǎn)品樣本 5、吳 銳主編 . 液壓與氣壓傳動(dòng) 開封：河南大學(xué)出版社，2002.9 6、丁樹模，周驥平主編. 液壓傳動(dòng).第二版 機(jī)械工業(yè)出版社，1999 7、李 芝主編. 液壓傳動(dòng) 機(jī)械工業(yè)出版社， 2002.10 0 四川大學(xué)錦城學(xué)院 課程設(shè)計(jì)說明書 學(xué)生姓名： 張聯(lián)雄 學(xué) 號(hào)： 110920727 學(xué) 院： 四川大學(xué)錦城學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)制 題 目： DG型液壓缸的設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師： 曹建國(guó) 2014年7月7日 目錄 緒 論 3 第一章 液壓傳動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí) 4 1.1 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成 4 1.2 液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) 4 1.3 液壓傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用 4 第二章 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行元件 5 2.1 液壓缸的類型及結(jié)構(gòu)形式 5 2.2 液壓缸的組成 7 第三章 DG型液壓缸的設(shè)計(jì) 12 3.1 簡(jiǎn)介 12 3.2 DG型液壓缸的設(shè)計(jì) 13 總 結(jié) 18 參 考 文 獻(xiàn) 19 緒 論 液壓傳動(dòng)是研究以有壓流體（液體）為傳動(dòng)介質(zhì)來實(shí)現(xiàn)各種機(jī)械的傳動(dòng)控制的學(xué)科。液壓傳動(dòng)是根據(jù)流體力學(xué)的基本原理，利用流體的壓力能進(jìn)行能量的傳遞和控制各種機(jī)械零部件運(yùn)動(dòng)。 由于液壓系統(tǒng)用途廣泛，內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理復(fù)雜。本次設(shè)計(jì)主要是針對(duì)液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件——液壓缸的設(shè)計(jì)。具體設(shè)計(jì)產(chǎn)品為——DG型液壓缸。 第一章 液壓傳動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí) 1.1 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)由以下四個(gè)部分組成： 〈1〉動(dòng)力元件——液壓泵 其功能是將原動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能，為系統(tǒng)提供動(dòng)力。 〈2〉執(zhí)行元件——液壓缸、液壓馬達(dá)。它們的功能是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，以帶動(dòng)負(fù)載進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)或者旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 〈3〉控制元件——壓力、流量和方向控制閥。它們的作用是控制和調(diào)節(jié)系統(tǒng)中液體的動(dòng)力、流量和流動(dòng)方向，以保證執(zhí)行元件達(dá)到所要求的輸出力（或力矩）、運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)方向。 〈4〉輔助元件——保證系統(tǒng)正常工作所需要的輔助裝置。包括管道、管接頭、油箱過濾器和指示儀表等。 〈5〉工作介質(zhì)---工作介質(zhì)即傳動(dòng)液體，通常稱液壓油。液壓系統(tǒng)就是通過工作介質(zhì)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞的。 1.2 液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)： 〈1〉體積小、重量輕，單位重量輸出的功率大（一般可達(dá)32MPa,個(gè)別場(chǎng)合更高）。 〈2〉可在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。 〈3〉操縱簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。特別是和電氣控制聯(lián)合使用時(shí)，易于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的自動(dòng)工作循環(huán)。 〈4〉慣性小、響應(yīng)速度快，起動(dòng)、制動(dòng)和換向迅速。(液壓馬達(dá)起動(dòng)只需0.1s) 〈5〉易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，安全性好；采用礦物油作為工作介質(zhì)，自潤(rùn)滑性好。 〈6〉液壓元件易于實(shí)現(xiàn)系列化 標(biāo)準(zhǔn)化和通用化。 缺點(diǎn)： 〈1〉由于液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中存在的泄漏和油液的壓縮性，影響了傳動(dòng)的準(zhǔn)確性，不易實(shí)現(xiàn)定比 傳動(dòng)。 〈2〉不適應(yīng)在溫度變化范圍較大的場(chǎng)合工作。 〈3〉由于受液體流動(dòng)阻力和泄漏的影響，液壓傳動(dòng)的效率還不是很高，不易遠(yuǎn)距離傳動(dòng)。 〈4〉液壓傳動(dòng)出現(xiàn)故障不易查找。 1.3 液壓傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用 　　 液壓技術(shù)，從１７９５年英國(guó)制造出世界上第一臺(tái)水壓機(jī)誕生算起，已經(jīng)有２００多年的歷史了，然而在工業(yè)上的真正推廣使用卻是２０世紀(jì)中葉的事情了。第二次世界大戰(zhàn)期間，在一些武器裝備上用上了功率大、反應(yīng)快、動(dòng)作準(zhǔn)的液壓傳動(dòng)和控制裝置，大大的提高了武器裝備的性能。同時(shí)，也加速了液壓技術(shù)本身的發(fā)展。戰(zhàn)后，液壓技術(shù)迅速由軍事轉(zhuǎn)入民用，在機(jī)械制造、工程機(jī)械、鍛壓機(jī)械、冶金機(jī)械、汽車、船舶等行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。２０世紀(jì)６０年代以后，原子能技術(shù)、空間技術(shù)、電子技術(shù)等的迅速發(fā)展，再次將液壓技術(shù)向前推進(jìn)，使其在各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域得到了更加廣泛的應(yīng)用。 現(xiàn)代液壓技術(shù)與微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)的緊密結(jié)合已經(jīng)形成并發(fā)展成為一種包括傳動(dòng)、控制、檢測(cè)在內(nèi)的自動(dòng)化技術(shù)。當(dāng)前，液壓技術(shù)在實(shí)現(xiàn)高壓、高速、大功率、經(jīng)久耐用、高度集成化等各項(xiàng)要求方面都取得了重大的進(jìn)展，在完善發(fā)展比例控制和伺服控制、開發(fā)數(shù)字控制技術(shù)上也有許多新成果。同時(shí)，液壓元件和液壓系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)和測(cè)試(CAT)、微機(jī)控制、機(jī)電一體化、液電一體化、可靠性、污染控制、能耗控制、小型微型化等方面也是液壓技術(shù)發(fā)展和研究的方向。繼續(xù)擴(kuò)大應(yīng)用服務(wù)領(lǐng)域，采用更先進(jìn)的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)，將使液壓技術(shù)發(fā)展成為內(nèi)涵更加豐富完整的綜合自動(dòng)化技術(shù)。 目前，液壓技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)裝備上，例如機(jī)械制造、工程、建筑、礦山、冶金、船舶等機(jī)械，上至航空、航天工業(yè)，下至地礦、海洋開發(fā)工程，幾乎無處不見液壓技術(shù)的蹤跡。液壓技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域大致上可以歸納為以下幾個(gè)主要方面： （1）各種舉升、搬運(yùn)作業(yè)。尤其在行走機(jī)械和較大驅(qū)動(dòng)功率的場(chǎng)合，液壓傳動(dòng)已經(jīng)成為一種主要方式。如起重機(jī)、起錨機(jī)等。 （2）各種需要作用力大的推、擠、挖掘等作業(yè)裝置。例如，各種液壓機(jī)、塑料注射成型機(jī)等。 （3）高響應(yīng)、高精度的控制。飛機(jī)和導(dǎo)彈的姿態(tài)控制等裝置。 （4）多種工作程序組合的自動(dòng)操作與控制。如組合機(jī)床、機(jī)械加工自動(dòng)線。 （5）特殊工作場(chǎng)合。例如地下水下、防爆等。 第二章 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行元件 ——液壓缸 2.1 液壓缸的類型及結(jié)構(gòu)形式 液壓缸有多種類型。按作用方式可分為單作用式和雙作用式兩種；按結(jié)構(gòu)形式可分為活塞式、柱塞式、組合式和擺動(dòng)式四大類。 其中，單作用液壓缸分為：?jiǎn)位钊麠U液壓缸、雙活塞桿液壓缸、柱塞式液壓缸、差動(dòng)液壓缸和伸縮液壓缸。但是，差動(dòng)式液壓缸和柱塞式液壓缸只能單作用而不能雙作用。組合液壓缸包括：彈簧復(fù)位式、齒條式、串聯(lián)式和增壓式四種。擺動(dòng)液壓缸又分為：?jiǎn)稳~片式和雙葉片式兩種。下面以一種典型液壓缸為例，說明液壓缸的基本組成。 空心活塞式液壓缸如上圖所示。它由缸筒10，活塞8，活塞桿1、15，缸蓋18、24，密封圈4、7、17，導(dǎo)向套6、19，壓板11、20等主要零件組成。這種液壓缸活塞桿固定，缸筒帶動(dòng)工作臺(tái)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)?；钊缅F銷9、22與空心活塞桿連接，并用堵頭2堵死活塞桿的一頭。缸筒兩端外圓上套有鋼絲環(huán)12、21，用于阻止壓板11、20向外移動(dòng)，從而通過螺栓將缸蓋18、24與壓板相連（圖中沒有畫出），并把缸蓋壓緊在缸筒的兩端。為了減少泄漏，在液壓缸中可能發(fā)生泄漏的結(jié)合面安放了密封圈和紙墊?？招幕钊麠U和其上的油口a、c提供了液壓缸的進(jìn)、出油口。當(dāng)缸筒移動(dòng)到左、右終端時(shí)，油口a、c的開度逐漸減小，造成回油阻力逐漸增大，對(duì)運(yùn)動(dòng)部件起到制動(dòng)緩沖作用。在缸蓋上設(shè)有與排氣閥（圖中沒有畫出）相連的排氣孔5、14，可以排出液壓缸中的空氣，使運(yùn)動(dòng)更加平穩(wěn)。 表2-1液壓缸的類型和特點(diǎn) 類型 速度 作用力 特點(diǎn) 單 作 用 液 壓 缸 雙活塞桿液壓缸 U=q/A3 F=p1A1 活塞的兩側(cè)都裝有活塞桿，只能向活塞一側(cè)供給壓力油，由外力使活塞反向運(yùn)動(dòng) 單活塞桿液壓缸 U=q/A3 F1=p1A1 活塞僅單向運(yùn)動(dòng)，返回行程利用自重或負(fù)荷將活塞推回 柱塞式液壓缸 U=q/A3 F1=p1A1 柱塞僅單向運(yùn)動(dòng)，由外力使柱塞反向運(yùn)動(dòng) 差動(dòng)液壓缸 U3=q/A3 F3=p1A1 可使速度加快，但作用力相應(yīng)減小 伸縮液壓缸 --- --- 以短缸獲得長(zhǎng)行程；缸由大到小逐節(jié)推出，靠外力由小到大逐節(jié)縮回 雙 作用液壓缸 雙活塞桿液壓缸 U1=q/A3 U2=q/A2 F1=（p1-p2）A1 F2=（p2-p1）A2 雙邊有桿，雙向液壓驅(qū)動(dòng)，雙向推力和速度均相等 單活塞桿液壓缸 U1=q/A3 U2=q/A2 F1=（p1-p2）A1 F2=（p2-p1）A2 單邊有桿，雙向液壓驅(qū)動(dòng)，u1〈V U2，F(xiàn)1〉F2 伸縮液壓缸 --- --- 雙向液壓驅(qū)動(dòng)，由大到小逐節(jié)推出，由小到大逐節(jié)縮回 組 合 液 壓 缸 彈簧復(fù)位液壓缸 --- --- 單向由液壓驅(qū)動(dòng)，回程彈簧復(fù)位 串聯(lián)液壓缸 U1=q/（A1+A2） U2=q2A2 F1=p1（A1-A2）-2qA2 F1=2p2A2-A2-q1（A1+A2） 用于缸的直徑受限制，而長(zhǎng)度不受限制處，可獲得在的推力 增 壓 缸 --- --- 由活塞缸和柱塞缸組合而成，低壓油送入A腔，B腔輸出高壓油 齒條液壓缸 --- --- 活塞的移動(dòng)通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)變成齒輪的往復(fù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 擺動(dòng)液壓缸 單葉片液壓缸 W =8q/（b（D2-d2） T=p（D^2-d^2）b/8 把液壓能變?yōu)榛剞D(zhuǎn)的機(jī)械能，輸出軸擺動(dòng)角 < 300度 雙葉片液壓缸 W =4q/（b（D2-d2） T=p（D^2-d^2）b/4 把液壓能變?yōu)榛剞D(zhuǎn)的機(jī)械能，輸出軸擺動(dòng)角 < 150度 注：b—葉片寬度；D—葉片的底端 、頂端直徑；w—葉片軸的角速度；T-- 理論轉(zhuǎn)矩 2.2 液壓缸的組成 從以上液壓缸的結(jié)構(gòu)形式上可知：液壓缸可以分為缸體組件、活塞組件、密封裝置、緩沖裝置和排氣裝置五大部分。 (1)缸體組件 缸筒組件有缸筒和缸蓋組成。缸筒和缸蓋的連接形式與其工作壓力有關(guān)。當(dāng)工作壓力p<10MPa時(shí),缸筒使用鑄鐵；工作壓力p<20MPa時(shí)，缸筒使用無縫鋼管；工作壓力p>20MPa時(shí)，使用鑄鋼或鍛鋼。以下是幾種常見的缸筒與缸蓋的聯(lián)接形式： 圖2-21(a)所示為法蘭連接式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易加工，也容易裝拆，但外形尺寸和重量都較大，常用于鑄鐵制的缸筒上。圖2-21(b)所示為半環(huán)連接式，它的缸筒壁部因開了環(huán)形槽而削弱了強(qiáng)度，為此有時(shí)要加厚缸壁，它容易加工和裝拆，重量較輕，常用于無縫鋼管或鍛鋼制的缸筒上。圖2-21(c)所示為螺紋連接式，它的缸筒端部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，外徑加工時(shí)要求保證內(nèi)外徑同心，裝拆要使用專用工具，它的外形尺寸和重量都較小，常用于無縫鋼管或鑄鋼制的缸筒上。圖2-21(d)所示為拉桿連接式，結(jié)構(gòu)的通用性大，容易加工和裝拆，但外形尺寸較大，且較重。圖2-21(e)所示為焊接連接式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，但缸底處內(nèi)徑不易加工，且可能引起變形。 圖2-21缸筒和缸蓋結(jié)構(gòu) (a)法蘭連接式(b)半環(huán)連接式(c)螺紋連接式(d)拉桿連接式(e)焊接連接式 由此可見，缸筒的材料一般要求有足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性，對(duì)焊接的缸筒，還要求有良好的焊接性能。 為了能夠最大限度的滿足用戶對(duì)產(chǎn)品性能的需求和產(chǎn)品設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)合理以及保證工人人身和設(shè)備安全，改善操作者工作環(huán)境，洛陽強(qiáng)力液壓股份有限公司所生產(chǎn)的液壓缸缸筒毛坯件選擇由專業(yè)廠方提供內(nèi)圓已經(jīng)過衍磨和外圓已加工的高精度冷拔無縫鋼管，能滿足以下要求： a、缸筒內(nèi)徑的圓度和圓柱度可選取8級(jí)。 b、缸筒端面的垂直度選取7級(jí)精度。 c、缸筒端部用螺紋連接時(shí)，螺紋應(yīng)選取6級(jí)精度的細(xì)牙螺紋。 (2)活塞組件 活塞組件有活塞、活塞桿和連接件等組成，活塞與活塞桿連接形式?jīng)Q定于工作壓力、安裝形式、工作條件等。 由于活塞在缸筒內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，必須選用優(yōu)質(zhì)材料。對(duì)于整體式活塞，一般采用３５號(hào)鋼或４５號(hào)鋼；裝配式的活塞采用灰口鑄鐵、耐磨鑄鐵或鋁合金等材料，有特殊要求時(shí)可在鋼活塞坯外面裝上青銅、黃銅和尼龍等耐磨套，以延長(zhǎng)活塞的使用壽命?；钊麠U無論是空心的還是實(shí)心的其材料常采用３５號(hào)鋼或４５號(hào)鋼等材料，當(dāng)沖擊振動(dòng)很大時(shí)，也可采用５５號(hào)鋼或４０Cr鋼。圖2-22所示為幾種常見的活塞與活塞桿的連接形式： 圖2-22 (a)所示為活塞與活塞桿之間采用螺母連接，它適用負(fù)載較小，受力無沖擊的液壓缸中。螺紋連接雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便可靠，但在活塞桿上車螺紋將削弱其強(qiáng)度。圖圖2-22 (b)和(c)所示為卡環(huán)式連接方式。圖2-22 (b)中活塞桿5上開有一個(gè)環(huán)形槽，槽內(nèi)裝有兩個(gè)半圓環(huán)3以夾緊活塞4，半環(huán)3由軸套2套住，而軸套2的軸向位置用彈簧卡圈1來固定。圖2-22 (c)中的活塞桿，使用了兩個(gè)半圓環(huán)4，它們分別由兩個(gè)密封圈座2套住，半圓形的活塞3安放在密封圈座的中間。圖2-22 (d)所示是一種徑向銷式連接結(jié)構(gòu)，用錐銷1把活塞2固連在活塞桿3上。這種連接方式特別適用于雙出桿式活塞。 圖2-22 常見的活塞組件結(jié)構(gòu)形式 (3)密封裝置 密封裝置主要用來防止液壓油的泄漏。液壓缸因?yàn)槭且揽棵荛]油液容積的變化來傳遞動(dòng)力和速度，故密封裝置的優(yōu)劣，將直接影響液壓缸的工作性能。根據(jù)兩個(gè)需要密封的偶合面間有無相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可把密封圈分為動(dòng)密封和靜密封兩類。設(shè)計(jì)或選用密封裝置的基本要求是：具有良好的密封性能，并隨著壓力的增加能自動(dòng)提高其密封性能，摩擦阻力小，密封件耐油性，抗腐蝕性好，使用壽命長(zhǎng)，使用的溫度范圍廣，制造簡(jiǎn)單，裝拆方便等。通常液壓缸的密封有間隙密封、活塞環(huán)密封、Ｏ型密封圈、Y型密封圈、V型密封圈等密封方式來防止漏油。 圖2-23密封裝置 (a)間隙密封(b)摩擦環(huán)密封(c)○形圈密封(d)V形圈密封 液壓缸中常見的密封裝置如上圖2-23所示。圖2-23 (a)所示為間隙密封，它依靠運(yùn)動(dòng)間的微小間隙來防止泄漏。為了提高這種裝置的密封能力，常在活塞的表面上制出幾條細(xì)小的環(huán)形槽，以增大油液通過間隙時(shí)的阻力。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，摩擦阻力小，可耐高溫，但泄漏大，加工要求高，磨損后無法恢復(fù)原有能力，只有在尺寸較小、壓力較低、相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較高的缸筒和活塞間使用。圖2-23 (b)所示為摩擦環(huán)密封，它依靠套在活塞上的摩擦環(huán)(尼龍或其他高分子材料制成)在O形密封圈彈力作用下貼緊缸壁而防止泄漏。這種材料效果較好，摩擦阻力較小且穩(wěn)定，可耐高溫，磨損后有自動(dòng)補(bǔ)償能力，但加工要求高，裝拆較不便，適用于缸筒和活塞之間的密封。圖2-23 (c)、圖2-23 (d)所示為 密封圈(O形圈、V形圈等)密封，它利用橡膠或塑料的彈性使各種截面的環(huán)形圈貼緊在靜、動(dòng)配合面之間來防止泄漏。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，磨損后有自動(dòng)補(bǔ)償能力，性能可靠，在缸筒和活塞之間、缸蓋和活塞桿之間、活塞和活塞桿之間、缸筒和缸蓋之間都能使用。 對(duì)于活塞桿外伸部分來說，由于它很容易把臟物帶入液壓缸，使油液受污染，使密封件磨損，因此常需在活塞桿密封處增添防塵圈，并放在向著活塞桿外伸的一端。 (4)緩沖裝置 當(dāng)運(yùn)動(dòng)部件拖動(dòng)質(zhì)量較大的部件作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)、運(yùn)動(dòng)速度較高時(shí)(v>12m/min)。運(yùn)動(dòng)部件慣性力較大，活塞運(yùn)動(dòng)到終端會(huì)與缸蓋發(fā)生機(jī)械碰撞，產(chǎn)生沖擊、噪聲，嚴(yán)重時(shí)影響加工精度，甚至引起破壞性事故。因此，在液壓缸內(nèi)兩端部應(yīng)設(shè)置緩沖裝置。 一般緩沖裝置由緩沖柱塞、緩沖油腔、三角節(jié)流槽、單向閥、節(jié)流閥組成。組合的緩沖形有圓柱形環(huán)隙式、圓錐形環(huán)隙式、節(jié)流口可變式節(jié)流口可調(diào)式。 緩沖裝置的工作原理是利用活塞或缸筒在其 走向行程終端時(shí)封住活塞和缸蓋之間的部分油液，強(qiáng)迫它從小孔或細(xì)縫中擠出，以產(chǎn)生很大的阻力，使工作部件受到制動(dòng)，逐漸減慢運(yùn)動(dòng)速度，達(dá)到避免活塞和缸蓋相互撞擊的目的。 如下圖2-24(a)所示，當(dāng)緩沖柱塞進(jìn)入與其相配的缸蓋上的內(nèi)孔時(shí)，孔中的液壓油只能通過間隙δ排出，使活塞速度降低。由于配合間隙不變，故隨著活塞運(yùn)動(dòng)速度的降低，起緩沖作用。當(dāng)緩沖柱塞進(jìn)入配合孔之后，油腔中的油只能經(jīng)節(jié)流閥1排出，如圖2-24 (b)所示。由于節(jié)流閥1是可調(diào)的，因此緩沖作用也可調(diào)節(jié)，但仍不能解決速度減低后緩沖作用減弱的缺點(diǎn)。如圖2-24 (c)所示，在緩沖柱塞上開有三角槽，隨著柱塞逐漸進(jìn)入配合孔中，其節(jié)流面積越來越小，解決了在行程最后階段緩沖作用過弱的問題。 圖2-24 液壓缸的緩沖裝置 1—節(jié)流閥 (5)排氣裝置 液壓缸在安裝過程中或長(zhǎng)時(shí)間停放重新工作時(shí)，液壓缸里和管道系統(tǒng)中會(huì)滲入空氣，為了防止執(zhí)行元件出現(xiàn)爬行，噪聲和發(fā)熱等不正?，F(xiàn)象，需把缸中和系統(tǒng)中的空氣排出。對(duì)于要求不高的液壓缸往往不設(shè)專門的排氣裝置，而是將油口布置在缸茼兩端的最高處，這樣也能使空氣隨油液排往油箱，在從油面逸出；對(duì)于速度穩(wěn)定性要求較高的液壓缸或大型液壓缸，常在液壓缸的最高處設(shè)置進(jìn)出油口把氣帶走，也可在最高處設(shè)置放氣孔或?qū)ｉT的放氣閥。 圖2-25 放氣裝置 1—缸蓋 2—放氣小孔 3—缸體 4—活塞桿 第三章 DG型液壓缸的設(shè)計(jì) 3.1 簡(jiǎn)介 DG型液壓缸是液壓系統(tǒng)中活塞桿作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的工作機(jī)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)形式均為單活塞桿雙作用耳環(huán)安裝式。主要用于工程機(jī)械、運(yùn)輸機(jī)械、礦山機(jī)械及車輛等的液壓傳動(dòng)。DG型液壓缸結(jié)構(gòu)如下:型號(hào)意義 例： DG J 40 C E1 L/E 　L:螺紋式 　　　活塞桿 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　連接形式　　　 　　　　E:耳環(huán)式 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　安裝方式：?jiǎn)味h(huán)式 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　壓力分級(jí)：8-16MPa 　　　液壓缸內(nèi)徑：40mm 　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　活塞：重型 　　　名稱：?jiǎn)位钊麠U雙作用液壓缸 3.2 DG型液壓缸的設(shè)計(jì) 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算： 由于液壓執(zhí)行元件與主機(jī)結(jié)構(gòu)有著直接關(guān)系，因此所需要的液壓缸和在結(jié)構(gòu)上千變?nèi)f化。盡管有一些標(biāo)準(zhǔn)件可供選用，但有時(shí)還必須根據(jù)實(shí)際需要自行設(shè)計(jì)。下面介紹液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算。 (一)主要尺寸的計(jì)算 ????液壓缸的主要尺寸包括缸筒內(nèi)徑D、活塞桿直徑d和缸筒長(zhǎng)度L。 ????根據(jù)負(fù)載大小和液壓缸的工作壓力確定活塞的有效工作面積，再根據(jù)液壓缸的不同結(jié)構(gòu)形式計(jì)算出缸筒的內(nèi)徑?；钊麠U直徑是按受力情況決定的，可按表3.1初步選取。缸筒長(zhǎng)度的確定要考慮活塞最大行程、活塞厚度、導(dǎo)向和密封所需長(zhǎng)度等因素。通常情況L≤(20~30)d。計(jì)算結(jié)果要圓整成國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的推薦值。主要尺寸初步確定后，還要按速度要求進(jìn)行驗(yàn)證。同時(shí)滿足力和速度的要求后才可以確定下來。 表3.1? 液壓缸工作壓力與活塞桿直徑 液壓缸工作壓力p/MPa <5 5～7 >7 推薦活塞桿直徑d (0.5～0.55)D (0.6～0.7)D 0.7D （二）強(qiáng)度校核 ???? 強(qiáng)度校核的項(xiàng)目包括缸筒壁厚δ、活塞桿直徑d和缸蓋固定螺栓的直徑ds。 在中、低壓系統(tǒng)中，缸筒壁厚由結(jié)構(gòu)工藝決定，一般不做校核。在高壓系統(tǒng)中需按下列情況進(jìn)行校核。 1.缸筒壁厚的校核 當(dāng)D/δ>10時(shí)為薄壁，δ按下式校核: 式中，D-缸筒內(nèi)徑； [σ]—缸筒材料的許用應(yīng)力，[σ]=σb/n，σb是材料 的抗拉強(qiáng)度，一般取安全系數(shù)n=5； py—試驗(yàn)壓力，當(dāng)缸的額定壓力pn≤16Mpa時(shí)，py =1.5pn；pn>16Mpa時(shí)，py=1.25pn。 當(dāng)D/δ<10時(shí)為厚壁，δ按下式校核: 2.??活塞桿直徑d 式中，F(xiàn)—活塞桿上的作用力； [σ]—活塞桿材料的許用應(yīng)力，[σ]= σb/1.4。 3.??缸蓋固定螺栓直徑ds 式中，F(xiàn)—活塞桿上的作用力；k—螺紋擰緊 系數(shù)，k=1.12~1.5；z—固定螺栓個(gè)數(shù)； [σ]—螺栓材料的許用應(yīng)力，[σ]= σs/（1.22~2.5）， σs為材料的屈服點(diǎn)。[σ]—活塞桿材料的許用應(yīng)力， [σ]= σb/1.4。 （三）活塞桿穩(wěn)定性校核 ?當(dāng)活塞桿受軸向壓縮負(fù)載時(shí)有壓桿穩(wěn)定性問題，即 壓縮力F超過某一臨界Fk值時(shí)活塞桿就會(huì)失去穩(wěn)定性?；钊麠U穩(wěn)定性按下式進(jìn)行校核?????? 式中，nk—安全系數(shù)，一般取nk=2~4。 ????當(dāng)活塞桿的細(xì)長(zhǎng)比時(shí)， 當(dāng)活塞桿的細(xì)長(zhǎng)比，且時(shí)， 式中， l—安裝長(zhǎng)度； ??? rk—活塞桿截面最小回轉(zhuǎn)半徑，； ??? ψ1—柔性系數(shù)； ?? ?ψ2—由液壓缸支承方式?jīng)Q定的末端系數(shù)； ?? ?E—活塞桿材料的彈性模量，鋼材：； ??? J—活塞桿橫截面慣性矩； ??? A—活塞桿橫截面積； ??? f—由材料強(qiáng)度決定的試驗(yàn)值； ??? α—系數(shù)。 3.２.1 缸筒的設(shè)計(jì) （1）缸筒材料的選擇及加工工藝 參閱《鄭州強(qiáng)盛液壓制造有限公司產(chǎn)品樣本》（以下簡(jiǎn)稱《產(chǎn)品樣本》）第15頁可知，DG型液壓缸的最大推力和拉力為16MPa，即：工作壓力p<20MPa；所以，缸筒材料可選用無縫鋼管；結(jié)合本公司生產(chǎn)車間的實(shí)際加工水平，在選購缸筒原材料時(shí),一般都是直接從鋼材廠訂購經(jīng)過冷拔后的20號(hào)鋼的缸筒毛坯件。即：內(nèi)圓已經(jīng)過衍磨、外圓已加工的高精度冷拔無縫鋼管。 （2）確定缸筒的總體尺寸 a.缸筒內(nèi)徑的大小及厚度 查《產(chǎn)品樣本》第16頁圖表可得，DG型液壓缸缸筒的內(nèi)徑為90mm，外徑為108mm。即：厚度為18mm。 b.缸筒的總長(zhǎng)度的確立 參考《產(chǎn)品樣本》第17頁圖表可得：缸筒總長(zhǎng)度L由活塞桿兩端活塞寬度、導(dǎo)向筒的寬度以及在滿足本液壓缸的行程后來確定。在整個(gè)液壓缸的設(shè)計(jì)中，缸筒的長(zhǎng)度屬于不確定因素。在此，先不予考慮。 3.２.2 活塞桿的設(shè)計(jì) 下面是整體式活塞桿的幾種聯(lián)接結(jié)構(gòu)如下圖： 1.、耳環(huán)連接 2、端部鉸軸連接 3、中部鉸軸連接 4、端部法蘭連接 5、中部法蘭連接 6、底部法蘭連接 （1）活塞桿材料的選擇及加工工藝 參考《產(chǎn)品樣本》第17頁圖表可得：本次設(shè)計(jì)的整體式活塞桿的材料為45#鋼拼焊而成,桿徑大小為45mm。其結(jié)構(gòu)形式如下圖： 總 結(jié) 經(jīng)過幾個(gè)星期的學(xué)習(xí)和努力，我終于完成了本次課程設(shè)計(jì)任務(wù)。在此期間我查找各方面的書籍并上網(wǎng)搜索資料，鍛煉了自己和獨(dú)立解決問題的能力。 在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，使我對(duì)AUTOCAD、Word等辦公軟件有更深的了解，學(xué)會(huì)如何應(yīng)用及合理的規(guī)劃布局。從中，學(xué)到不少有關(guān)機(jī)械方面的知識(shí)，同時(shí)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)和液壓傳動(dòng)得到更進(jìn)一步的了解，這是第一次如此重視的液壓缸設(shè)計(jì)，在這次設(shè)計(jì)即將結(jié)束時(shí)自己才發(fā)現(xiàn)所有的有價(jià)值的資料都來源于圖書館和累積下來的手稿。來自網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)都是粗糙的，可直接利用的卻不夠詳盡不夠本原，是自己對(duì)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的最大體會(huì)。 但由于自己學(xué)歷不精，認(rèn)識(shí)不足，在本次設(shè)計(jì)中存在一定地失誤和欠缺，希望老師給予批評(píng)和幫助，使本次設(shè)計(jì)更加完美，讓我在大學(xué)所學(xué)到的知識(shí)綜合運(yùn)用起來，會(huì)對(duì)我以后工作有很大的幫助。在今后的學(xué)習(xí)和工作中更努力，認(rèn)真負(fù)責(zé)，妥善地完成本職工作。 參 考 文 獻(xiàn) 1、《重型機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)》編寫委員會(huì) 編. 重型機(jī)械標(biāo)準(zhǔn) 第四卷 .北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社 ，1995 2、雷天覺主編 . 新編液壓工程手冊(cè) .第二冊(cè) .北京：北京理工大學(xué)出版社，1998 3、強(qiáng)盛液壓制造有限公司產(chǎn)品設(shè)計(jì)部 編 .鄭州 ：強(qiáng)盛液壓制造有限公司產(chǎn)品樣本 4、廣州市世達(dá)密封實(shí)業(yè)有限公司 編 . 世達(dá)密封系統(tǒng)產(chǎn)品樣本 5、吳 銳主編 . 液壓與氣壓傳動(dòng) 開封：河南大學(xué)出版社，2002.9 6、丁樹模，周驥平主編. 液壓傳動(dòng).第二版 機(jī)械工業(yè)出版社，1999 7、李 芝主編. 液壓傳動(dòng) 機(jī)械工業(yè)出版社， 2002.10 1