車用電動液壓千斤頂結(jié)構(gòu)設(shè)計

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本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）第34頁 共33頁 1 緒論 1.1 課題研究的目的和意義 據(jù)統(tǒng)計，國內(nèi)的轎車保有量2005年已達(dá)到900余萬輛, 在現(xiàn)實生活中，轎車、吉普在路途上換胎一直是駕車者們一件頭痛的事，尤其是在酷熱的夏天和嚴(yán)寒而綿綿細(xì)雨的冬天，半個多時晨換下胎來，不僅身心勞累，且渾身油泥。隨著技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，一種起重工具液壓千斤頂大量涌現(xiàn)于市場，其構(gòu)造簡單、操作方便，修理汽車、拖拉機(jī)等可用它將車身頂起，方便修理。液壓千斤頂是根據(jù)帕斯卡原理工作，它由油箱、大小不同的兩個壓力油缸、單向閥等幾個部分組成。工作時，提起小活塞將油吸入小壓力油缸，當(dāng)壓下小活塞時將油液壓進(jìn)大壓力油缸。通過兩個單向閥門的控制，小活塞對油的壓強傳遞給大活塞，將重物頂起來。小活塞不斷地往復(fù)動作，就可以把重物頂?shù)揭欢ǖ母叨?。工作完畢，打開關(guān)截止閥，使大壓力油缸和油箱連通。這時，只要在大活塞上稍加壓力，大活塞即可下落，油回到油箱中去。 千斤頂分為機(jī)械千斤頂和液壓千斤頂兩種，原理各有不同。從原理上來說，液壓千斤頂所基于的原理為帕斯卡原理，在比較小的活塞上面施加的壓力比較小，而大的活塞上施加的壓力也比較大，這樣能夠保持液體的靜止。通過液體的傳遞可以得到不同端上的不同的壓力，這樣就可以達(dá)到一個變換的目的。機(jī)械千斤頂采用機(jī)械原理，以往復(fù)扳動手柄，拔爪即推動棘輪間隙回轉(zhuǎn)，小傘齒輪帶動大傘齒輪、使舉重螺桿旋轉(zhuǎn)，從而使升降套筒獲得起升或下降，而達(dá)到起重拉力的功能。但不如液壓千斤頂簡易。 千斤頂采用液壓傳動的優(yōu)點： (1)由于液壓傳動是油管連接，所以借助油管的連接可以方便靈活地布置傳動機(jī)構(gòu)，這是比機(jī)械傳動優(yōu)越的地方。 (2)液壓傳動裝置的重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、慣性小。 (3)傳遞運動均勻平穩(wěn)，負(fù)載變化時速度較穩(wěn)定。 (4)液壓裝置易于實現(xiàn)過載保護(hù)——借助于設(shè)置溢流閥等，同時液壓件能自行潤滑，因此使用壽命長。 (5)液壓元件已實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，便于設(shè)計、制造和推廣使用。 隨著生活水平的發(fā)展，設(shè)計人性化的產(chǎn)品越來越受到人們的喜愛。電動液壓千斤頂采用液壓傳動，與機(jī)械手動千斤頂相比，具有使用攜帶方便、運行平穩(wěn)等優(yōu)點。目前液壓技術(shù)日趨完善且被應(yīng)用于各個領(lǐng)域，與液壓傳動相關(guān)的產(chǎn)品成本也將逐漸降低，因此，低成本的電動液壓千斤頂具有巨大的市場。 1.2 課題的國內(nèi)外發(fā)展研究現(xiàn)狀 自18世紀(jì)末英國制成世界上第一臺水壓機(jī)算起，液壓傳動技術(shù)已有二三百年的歷史。直到20世紀(jì)30年代它才較普遍地用于起重機(jī)、機(jī)床及工程機(jī)械。在第二次世界大戰(zhàn)期間，由于戰(zhàn)爭需要，出現(xiàn)了由響應(yīng)迅速、精度高的液壓控制機(jī)構(gòu)所裝備的各種軍事武器。第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，戰(zhàn)后液壓技術(shù)迅速轉(zhuǎn)向民用工業(yè)，液壓技術(shù)不斷應(yīng)用于各種自動機(jī)及自動生產(chǎn)線。 本世紀(jì)60年代以后，液壓技術(shù)隨著原子能、空間技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展。因此，液壓傳動真正的發(fā)展也只是近三四十年的事。當(dāng)前液壓技術(shù)正向迅速、高壓、大功率、高效、低噪聲、經(jīng)久耐用、高度集成化的方向發(fā)展。同時，新型液壓元件和液壓系統(tǒng)的計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)、計算機(jī)輔助測試(CAT)、計算機(jī)直接控制(CDC)、機(jī)電一體化技術(shù)、可靠性技術(shù)等方面也是當(dāng)前液壓傳動及控制技術(shù)發(fā)展和研究的方向。 我國的液壓技術(shù)最初應(yīng)用于機(jī)床和鍛壓設(shè)備上，后來又用于拖拉機(jī)和工程機(jī)械?，F(xiàn)在，我國的液壓元件隨著從國外引進(jìn)一些液壓元件、生產(chǎn)技術(shù)以及進(jìn)行自行設(shè)計，現(xiàn)已形成了系列，并在各種機(jī)械設(shè)備上得到了廣泛的使用。 現(xiàn)在，液壓技術(shù)被廣泛應(yīng)用與各個領(lǐng)域，液壓千斤頂?shù)脑O(shè)計也越來越趨向人性化，目前，國內(nèi)外的千斤頂在性能滿足要求的同時，還要考慮千斤頂操作的靈活方便。根據(jù)實際需要，目前市場的千斤頂有YZ系列千斤頂、超薄型千斤頂、自鎖式千斤頂?shù)阮愋汀ＧЫ镯斶€分為電動千斤頂和手動千斤頂。電動千斤頂一般以液壓系統(tǒng)為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計，具有頂起重量大、起升平穩(wěn)、操作方便等優(yōu)點。手動千斤頂以螺紋千斤頂為代表，通過螺紋傳動來頂起重物。 1.3 課題研究的主要內(nèi)容 （1）根據(jù)千斤頂?shù)脑O(shè)計電動液壓千斤頂?shù)目傮w方案。 （2）根據(jù)工作情況設(shè)計液壓千斤頂?shù)木唧w結(jié)構(gòu)，確定主要零部件的參數(shù)，對千斤頂?shù)牧慵M(jìn)行強度檢驗。 （3）繪制二維零件圖及總體裝配圖。 2 電動液壓千斤頂概論 2.1 液壓千斤頂工作原理 圖2.1 液壓千斤頂工作原理圖 1—杠桿手柄 2—小油缸 3—小活塞 4，7—單向閥 5—吸油管 6，10—管道 8—大活塞 9—大油缸 11—截止閥 12—油箱 圖2.1是液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟韴D。大油缸9和大活塞8組成舉升液壓缸。杠桿手柄1、小油缸2、小活塞3、單向閥4和7組成手動液壓泵。如提起手柄使小活塞向上移動，小活塞下端油腔容積增大，形成局部真空，這時單向閥4打開，通過吸油管5從油箱12中吸油；用力壓下手柄，小活塞下移，小活塞下腔壓力升高，單向閥4關(guān)閉，單向閥7打開，下腔的油液經(jīng)管道6輸入舉升油缸9的下腔，迫使大活塞8向上移動，頂起重物。再次提起手柄吸油時，單向閥7自動關(guān)閉，使油液不能倒流，從而保證了重物不會自行下落。不斷地往復(fù)扳動手柄，就能不斷地把油液壓入舉升缸下腔，使重物逐漸地升起。如果打開截止閥11，舉升缸下腔的油液通過管道10、截止閥11流回油箱，重物就向下移動。這就是液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟怼? 在本次設(shè)計中，為使液壓千斤頂?shù)牟僮鞲邮×?，將小活塞?qū)動由手動改為電動，利用汽車點煙器上的電源，通過電機(jī)帶動合適的偏心輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動活塞上下運動。 2.2 設(shè)計要求 本課題的設(shè)計要求 （1）設(shè)計一個兩級的液壓缸。 （2）千斤頂頂起的重量為1.0t。 （3）千斤頂?shù)捻斏叨葹?50mm。 （4）千斤頂?shù)尿?qū)動電機(jī)要求電壓為12V直流電壓。 2.3 確定總體方案 2.3.1 液壓回路設(shè)計 圖2.2 液壓回路原理圖 根據(jù)液壓千斤頂工作原理圖2.1，結(jié)合本課題設(shè)計要求及布置情況，設(shè)計的液壓千斤頂液壓回路原理圖如圖2.2所示。圖中液壓泵擬采用單向柱塞泵，通過偏心輪驅(qū)動柱塞往復(fù)運動，吸油行程柱塞泵通過單向閥2從油箱吸油，壓油行程中單向閥2關(guān)閉，單向閥1打開，液壓油輸出到頂升液壓缸將負(fù)載頂起，頂升到所需位置時，切斷電機(jī)電源，柱塞泵停止運動，單向閥1和二位二通電磁閥都處于關(guān)閉位置，阻止了液壓油流回油箱，負(fù)載保持在所需位置不動。當(dāng)負(fù)載需要放回時，只需操縱控制器上的相應(yīng)開關(guān)，打開二位二通電磁閥，油液便可流入油箱。為了防止電機(jī)及液壓系統(tǒng)過載損壞，在油路中設(shè)計了安全閥，當(dāng)出現(xiàn)管路堵塞或其它情況使油壓過大時，液壓油便打開安全閥流回油箱。 2.3.2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 本次設(shè)計的千斤頂結(jié)構(gòu)如圖2.3所示。 圖2.3 液壓千斤頂結(jié)構(gòu)圖 該電動液壓千斤頂由12V直流電機(jī)、偏心輪機(jī)構(gòu)、柱塞缸、兩級頂升液壓缸和若干控制閥及操縱控制器等組成。大小活塞和兩級液壓缸體組成頂升液壓缸。工作時，將電源插頭插入汽車點煙器上插座，按下操縱控制器上的開關(guān)，12V直流電機(jī)帶動偏心輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動柱塞往復(fù)運動，當(dāng)電動機(jī)偏心輪機(jī)構(gòu)使柱塞向右移動時，柱塞下端油腔容積增大，形成局部真空，這時聯(lián)接油箱油路上的彈簧小球使油路相通，柱塞缸通過吸油管將液壓油吸入腔內(nèi)。柱塞左移時，柱塞下腔壓力升高，彈簧小球使油關(guān)閉，下腔的油液經(jīng)管道輸入頂升油缸的下腔，迫使大活塞向上移動，頂起重物。柱塞再次右移時，與頂升液壓缸相連接的彈簧小球使大液壓缸的油口自動關(guān)閉，使油液不能倒流，從而保證了重物不會自行下落。不斷地使柱塞往復(fù)運動，就能不斷地把油液壓入頂升缸下腔，使重物逐漸地升起。如果打開二位二通電磁閥，頂升缸下腔的油液通過管道、電磁閥流回油箱，重物就向下移動。 2.3.3 底板油路設(shè)計 為了攜帶方便，千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)尺寸不能太大。在傳動比一定的情況下，設(shè)計的柱塞缸的尺寸一般較小，若用管聯(lián)接，管的內(nèi)徑較小，管路的油壓損失較大。液壓油一般較稠，管的內(nèi)徑小使管路較易堵塞，影響千斤頂正常工作。采用底板油路不僅減少了許多管部件，以及管聯(lián)接方面的許多麻煩，簡化了系統(tǒng)，同時也使油路的內(nèi)徑增大。設(shè)計的底板油路如圖2.4所示。 圖2.4 底板裝配圖 底板的設(shè)計過程中充分考慮了加工的可行性。柱塞桿向外運動時，柱塞缸內(nèi)的壓力變小，彈簧球1被頂開，彈簧球2將油路封住，此時液壓油吸入液壓缸。柱塞桿下壓時，柱塞缸內(nèi)的壓力變大，彈簧球1將油路關(guān)閉，彈簧球2被頂開，油液被壓入頂升液壓缸。當(dāng)負(fù)載需要放回時，將二位二通電磁閥打開，液壓油便可進(jìn)入油箱。當(dāng)油路某處堵塞時，系統(tǒng)內(nèi)的油壓將增大，此時上端的安全閥彈簧被頂開，油液通過安全閥流回油箱。 2.3.4 頂升液壓缸設(shè)計 頂升液壓缸設(shè)計其結(jié)構(gòu)圖如圖2.5所示 圖2.5 頂升液壓缸結(jié)構(gòu)圖 為了減小液壓千斤頂?shù)耐庑纬叽?，便于攜帶，本次設(shè)計的頂升液壓缸采用兩級活塞驅(qū)動。第一級液壓缸的活塞桿是第二級的缸筒，伸出時，可以獲得較長的工作行程，縮回時可保持很小的結(jié)構(gòu)尺寸。第一級液壓缸缸體與缸底采用焊接，缸體與缸頭采用螺紋聯(lián)接。第二級活塞與活塞桿采用整體式。活塞與缸體間采用O形密封圈密封；為了使千斤頂使用安全方便，在活塞桿端部用螺紋件聯(lián)接了一個凹槽部件與轎車上相應(yīng)的凸起配合，支撐轎車。千斤頂在工作過程中，第一級活塞升到最高時，第二級開始頂出，此時系統(tǒng)內(nèi)的壓力較第一級增大。 2.3.5 柱塞缸設(shè)計 柱塞缸結(jié)構(gòu)圖如圖2.6所示 圖2.6柱塞缸結(jié)構(gòu)圖 本次設(shè)計的柱塞缸由柱塞、彈簧、密封工作腔等組成，其工作原理是依靠密封工作腔容積大小交替變化來實現(xiàn)的，它是一種將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能的能量轉(zhuǎn)換裝置，它為液壓系統(tǒng)提供具有一定壓力和流量的液體，是液壓系統(tǒng)的重要組成部分。其性能的好壞直接影響液壓系統(tǒng)工作的可靠性和穩(wěn)定性。柱塞桿的往復(fù)運動產(chǎn)生容積的變化配合相應(yīng)的單向閥進(jìn)行吸油和壓油。一般柱塞和缸體內(nèi)孔都是圓柱表面，容易得到高精度的配合，密封性較好，因此效率一般較高。 2.4 電動液壓千斤頂使用注意事項 1) 使用前，應(yīng)將蓄電池充足電，以免電力不足。 2) 舉升汽車時，應(yīng)使發(fā)動機(jī)熄火，將變速器置于空檔位置并拉緊手制動。 3) 必要時，可以用發(fā)電機(jī)發(fā)電助力，此時使發(fā)動機(jī)工作，但一定要將變速器置于空檔，防止汽車移動傷人。汽車舉起后，應(yīng)將發(fā)動機(jī)立即熄火。 4) 在汽車底下工作時，必須把汽車用可靠的支撐物安全穩(wěn)妥地支撐住，以保證安。 3 參數(shù)確定 3.1 電機(jī)選擇 圖3.1 電機(jī) 根據(jù)系統(tǒng)的具體情況,參考有關(guān)設(shè)計手冊，確定系統(tǒng)壓力p＝12.5MPa,液壓缸的最大支撐重量F=1.010N 設(shè)定第二級液壓缸的上升速度v=0.005m/s 則根據(jù)公式 (3.1) 式中 d——液壓缸內(nèi)徑，mm； p——系統(tǒng)工作壓力，MPa； F——最大支撐重量 ，N。 取d＝32mm 此時液壓缸內(nèi)的壓力 流量 Q——系統(tǒng)的流量，。 此時液壓缸用來支撐重物的功率為 (3.2) (3.3) 式中 ——電機(jī)的額定功率，W； ——機(jī)械損失，即由于摩擦而使功率的損失，本系統(tǒng)中近似認(rèn)為兩個液壓缸的效率相同，故用，一般＝0.9。本系統(tǒng)取0.9. ——容量損失 因內(nèi)泄漏、氣穴和油液在高壓下受壓縮而造成的流量上的損失，內(nèi)泄露是主要原因，本設(shè)計取=1。 帶入相關(guān)數(shù)據(jù)可得 取=70W 根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊及網(wǎng)上相關(guān)資料查詢，選擇電機(jī)為12v直流、70W、n=30r/min。 驗算電機(jī)是否滿足第一級的要求： 查機(jī)械設(shè)計手冊初步選擇第一級內(nèi)徑 d=50mm,則對應(yīng)的外徑取D=60mm。 第一級的上升平均速度為 (3.4) 式中 Q——系統(tǒng)的流量，； d——液壓缸內(nèi)徑，mm； ——上升速度，m/s。 帶入數(shù)據(jù)可得 根據(jù)可得 (3.5) 式中 F——負(fù)載力，N； ——電機(jī)的額定功率，W； ——機(jī)械損失； ——容量損失。 滿足設(shè)計要求，同時也說明電機(jī)的選擇合理 此時系統(tǒng)的工作壓力 3.2 頂升液壓缸參數(shù)的確定 采用伸縮式套筒液壓缸，本課題設(shè)計要求伸縮量為150mm，所以采用二級液壓缸即可，該類型的液壓缸運動時，其輸出速度和輸出力都是變化的，其原理圖如下 圖3.2 頂升液壓缸原理圖 3.2.1 液壓缸的輸出力 液壓缸的輸出力為頂起重物的重力，即負(fù)載力。根據(jù)本課題的要求，千斤頂要求頂起的重量為1.0t，即最大負(fù)載是F=。 3.2.2 液壓缸工作過程中的阻力 液壓缸工作中除了要克服負(fù)載力外，還受到慣性力、運動部件的摩擦阻力、運動部件的自重、回油背壓阻力等作用。本次設(shè)計利用液壓缸的效率來近似決定液壓缸各部件的尺寸,因此，對各阻力的大小等不再做詳細(xì)的研究。 3.2.3 液壓缸的輸出速度 單桿活塞式液壓缸和柱塞式液壓缸外伸時的速度 (3.6) 式中 v——活塞的外伸速度，m/s； Q ——進(jìn)入液壓缸的流量，； A ——活塞的作用面積，； d ——活塞直徑，m。 第二級液壓缸的速度定為＝0.002m/s 由上述公式知：第一級液壓缸的速度為 3.2.4 液壓缸的上升時間 (3.7) 活塞桿伸出時 式中 t——液壓缸的作用時間，s； V——液壓缸的容積，； A——液壓缸的作用面積，； s——液壓缸行程，m； Q——進(jìn)入（或流出）液壓缸的流量，。 液壓缸上升時間為第一級和第二級的時間之和即 ——第一級的運動時間，s； ——第二級的運動時間，s。 在本次設(shè)計中，查機(jī)械設(shè)計手冊，定第一級的行程為＝90mm，第二級的行程為＝63mm。則 3.2.5 液壓缸的儲油量 液壓缸的儲油量 (3.8) 式中 V——液壓缸的儲油量，； A——液壓缸的作用面積，； s——液壓缸行程，m。 根據(jù)公式的液壓缸的儲油量為 3.2.6 液壓缸輸出功率 液壓缸的輸出功率 (3.9) 式中 N——液壓缸的輸出功率，W； F——液壓缸的輸出力，N； v——液壓缸的輸出速度，m/s。 液壓缸的最大輸出功率為 3.2.7 液壓缸缸筒厚度計算 本次設(shè)計中采用標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑，查機(jī)械設(shè)計手冊知:第一級液壓缸的參數(shù)選為，。 參數(shù)表如表3.1所示 表3.1 工程機(jī)械用液壓缸外徑系列 缸徑 mm 液壓缸外徑 mm 缸徑 mm 液壓缸外徑 mm P≤16 MPa 20 25 31.5 P≤16 MPa 20 25 31.5 40 50 63 80 90 100 50 60 76 95 108 121 50 60 76 95 108 121 54 63.5 83 102 114 127 54 63.5. 83 102 114 127 110 125 140 160 180 200 133 146 168 194 219 245 133 146 168 194 219 245 133 152 168 194 219 245 140 152 168 194 219 245 第二級按中等壁厚計算 當(dāng)時，液壓缸缸筒厚度，此時 (3.10) 式中 ——強度系數(shù)，對于無縫鋼管，＝1； C——計入壁厚公差及腐蝕的附加厚度，通常圓整到標(biāo)準(zhǔn)厚度值。 ——試驗壓力，p<16MP時，＝1.5P MPa 3.2.8 液壓缸油口直徑的計算 液壓缸油口直徑應(yīng)根據(jù)活塞最高運動速度v和油口最高液流速度而定。本次設(shè)計中，最大速度不好確定，由電機(jī)帶動的偏心輪的運動規(guī)律，可選取平均速度的2倍代替。已知液壓缸的第二級平均速度為0.005m/s.即可取v =0.01m/s.管內(nèi)液體的流動速度定為＝2m/s。 (3.11) 式中 ——液壓缸油口直徑，m； d ——液壓缸直徑，m； v ——液壓缸最大輸出速度，m/s； ——油口液流速度，m/s。 根據(jù)加工的需要，取油口直徑＝4mm 3.2.9 缸底厚度的計算 圖3.3 有孔平行缸底 本設(shè)計采用的是平行缸底,當(dāng)缸底有油口時: (3.12) 式中 h——缸底的厚度，mm； d——液壓缸內(nèi)徑，mm； ——缸底油口直徑，mm； ——試驗壓力，＝1.5P MPa； []——缸底材料的需用應(yīng)力，MPa。 根據(jù)上述公式 取d=10mm 3.3 吸油缸參數(shù)的計算 3.3.1 吸油缸速度計算 該液壓缸選擇柱塞式類型，選定內(nèi)徑d=10mm。根據(jù)液壓缸的流量相同。即 (3.13) 式中 A——吸油缸的柱塞面積，； ——吸油缸的柱塞運動速度，m/s； ——起升液壓缸的第一級內(nèi)徑面積，； ——起升液壓缸的第一級的上升速度，m/s。 則 3.3.2 作用于吸油缸柱塞上的力 已知液壓系統(tǒng)中最大壓力為p=12.44MP,則作用于柱塞上的力 吸油缸的行程 系統(tǒng)的流量與柱塞的行程、柱塞的面積以及電機(jī)的轉(zhuǎn)速有關(guān)，其關(guān)系如下 式中 d——吸油缸的內(nèi)徑，mm； h——柱塞的行程，mm； n——電機(jī)的轉(zhuǎn)速，r/s； Q——系統(tǒng)的流量，。 根據(jù)上述公式： 3.3.3 吸油缸壁厚的計算 按中等壁厚計算，當(dāng)時，吸油缸缸筒屬于中等壁厚，此時 式中 ——強度系數(shù)，對于無縫鋼管，＝1； c——計入壁厚公差及腐蝕的附加厚度，通常圓整到標(biāo)準(zhǔn)厚度值。 帶入相關(guān)數(shù)值得：＝0.112＋c ?。?mm。 3.3.4 油口直徑的確定 液壓缸油口直徑應(yīng)根據(jù)活塞最高運動速度v和油口最高液流速度而定。本次設(shè)計中，最大速度不好確定，由電機(jī)帶動的偏心輪的運動規(guī)律，可選取平均速度的2倍代替。已知吸油缸的平均速度為0.08m/s.即可取v =0.16m/s.管內(nèi)液體的流動速度定為＝2m/s.由油口的直徑計算公式 式中 ——吸油缸油口內(nèi)徑，m； d ——吸油缸直徑，m； v ——吸油缸最大輸出速度，m/s； ——油口液流速度，m/s。 取油口直徑＝4mm 3.3.5 缸底厚度的計算 本設(shè)計采用的是平行缸底,當(dāng)缸有油口時 式中 h——缸底的厚度，mm； d——液壓缸內(nèi)徑，mm； ——試驗壓力，＝1.5P. MPa； []——缸底材料的需用應(yīng)力，MPa。 根據(jù)上述公式 取d=3mm 3.4 油箱的設(shè)計 圖3.4 油箱 1—吸油管 2—網(wǎng)式濾油器 3—濾油網(wǎng) 4—通氣孔 5—回油管 6—頂蓋 7—油面指示器 8、10—隔板 9—放油塞 油箱容量的計算 油箱容量與系統(tǒng)的流量有關(guān)，一般容量可取最大流量的3-5倍。另外，油箱容量大小可從散熱角度去設(shè)計。 a) 系統(tǒng)發(fā)熱量計算 在液壓系統(tǒng)中，凡系統(tǒng)中的損失都變成熱能散發(fā)出來，在一個周期中，每一個工況其效率不同，因此損失也不同，在本次設(shè)計中，近似認(rèn)為每個工況的效率相同，一個周期發(fā)熱的功率計算公式為： (3.14) 式中 H——一個周期的平均發(fā)熱功率，W； T——一個周期時間，s； ——第i個工況的輸入功率，W； ——第i個工況的效率； ——第i個工況的持續(xù)時間，s。 b) 散熱量計算 當(dāng)忽略系統(tǒng)中其他地方的散熱，只考慮油箱散熱時，即系統(tǒng)的總發(fā)熱功率H全部由油箱散熱來考慮。這時油箱的散熱面積A的計算公式為 (3.16) 式中 A——油箱的散熱面積，； H——油箱需要散熱的熱功率，W； ——油溫（一般以55考慮）與周圍環(huán)境溫度的溫差，； K——散熱系數(shù)。與油箱周圍通風(fēng)條件的好壞而不同，通風(fēng)很差時K＝8～9，良好時K=15～17.5，風(fēng)扇強行冷卻時K＝20～23，強迫水冷時110～175。 本次設(shè)計選擇K=9,此時散熱面積為： 0.0269 c 油箱容量的計算 設(shè)油箱的長、寬、高比值為a:b:c=1:1:1 ,邊長分別為at、bt、ct時，t的計算公式為 （3.17） 式中A——散熱面積，。 代入數(shù)據(jù)可得 則油箱的容積為V=389 由頂升液壓缸的容積為V=227知，油箱中油量一般為油箱的80％，因為故知油箱的容積可取為283，綜合油箱的其他形狀，取油箱的容積為400。 3.5 密封圈的選擇 根據(jù)系統(tǒng)壓力以及活塞的運動速度，本課題設(shè)計選擇O形橡膠密封圈，其有關(guān)圖形和尺寸公差如 時，。內(nèi)徑的公差為 時，。內(nèi)徑的公差為 如圖3.5所示 圖3.5 O形橡膠密封圈 相關(guān)參數(shù)如表3.2所示 表3.2 O形橡膠密封圈公差及尺寸 d1 d2 d1 d2 內(nèi)徑 公差 1.80 ± 0.08 2.65 ± 0.09 3.55 ± 0.10 5.30 ± 0.13 7.00 ± 0.15 內(nèi)徑 公差 1.80 ± 0.08 2.65 ± 0.09 3.55 ± 0.10 5.30 ± 0.13 7.00 ± 0.15 14.0 15.0 16.0 17.0 18.0 ±0.17 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 51.5 53.0 54.5 56.0 58.0 60.0 61.5 63.0 65.0 67.0 69.0 71.0 73.0 75.0 77.0 80.0 ± 0.44 ± 0.53 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 19.0 20.0 21.2 22.4 23.5 25.0 25.8 26.5 28.0 30.0 ±0.22 31.5 32.5 33.5 82.5 85.0 3.6 彈簧的設(shè)計 3.6.1 單向閥彈簧的設(shè)計 此設(shè)計要求彈簧充當(dāng)單向閥的作用，不需要彈簧有很大的彈性系數(shù)，但要求彈簧有一定的剛度，在外載荷的作用下，彈簧不能發(fā)生失效變形。設(shè)計如下 圖3.6 圓柱螺旋壓縮彈簧的結(jié)構(gòu)參數(shù) 根據(jù)公式 （3.18） 式中 P——彈簧負(fù)荷，MPa； D——彈簧中徑，mm； d——彈簧材料直徑，mm； K——屈服系數(shù)，，其中為繞度比。 根據(jù)油口的直徑確定彈簧的外徑D= 3 mm， C=8,則d=0.375 mm，，K=0.937，取P=1N。 則<50MPa，滿足要求。 3.6.2 柱塞彈簧的設(shè)計 彈簧的材料選擇為彈簧鋼，彈簧的作用是將活塞桿推回，且推動為橫向推動，其推力初步定為P=1N，其切應(yīng)力根據(jù)相關(guān)資料查詢確定為100MPa，初步定繞度比C＝7。 由此初步確定彈簧材料直徑d 由知D=7d 式中P——彈簧負(fù)荷，N； D——彈簧中徑，mm； d——彈簧材料直徑，mm； K——屈服系數(shù)，，其中為繞度比。 當(dāng)C=7時，K=0.932。 取d=0.4mm 則D=7d=2.8mm 彈簧的材料選擇為彈簧鋼，彈簧的作用是將活塞桿推回，且推動為橫向推動，其推力初步定為P=1N，其切應(yīng)力根據(jù)相關(guān)資料查詢確定為100MPa，初步定繞度比C＝7。 由此初步確定彈簧材料直徑d 由，知D=7d 式中 P——彈簧負(fù)荷，N； D——彈簧中徑，mm； d——彈簧材料直徑，mm； K——屈服系數(shù)，，其中為繞度比。 當(dāng)C=7時，K=0.932。 取d=0.4mm 則D=7d=2.8mm 根據(jù)柱塞的設(shè)計要求知，柱塞的行程為10.2mm，所以彈簧的變形量F=10.2mm。 根據(jù)彈簧的變形量公式 mm （3.19） 式中 P——彈簧負(fù)荷，N； D——彈簧中徑，mm； d——彈簧材料直徑，mm； n——彈簧有效圈數(shù)； G——材料切變模量 ，MPa； F——彈簧的變形量，mm。 查參數(shù)資料知 3.6.3 安全閥彈簧的設(shè)計 圖3.7 彈簧 安全閥彈簧的作用是限制系統(tǒng)的最大壓力，當(dāng)系統(tǒng)壓力超過一定壓力時，油液將安全閥彈簧頂開，并通過安全閥流回油箱。安全閥彈簧選擇圓柱螺旋壓縮彈簧，其材料強度要求相對較高。從安全和實際工作角度考慮，安全閥能承受的最大的壓力要稍大于系統(tǒng)的最大壓力，但又不能超過最大壓力太多，否則達(dá)不到保護(hù)系統(tǒng)的作用。 系統(tǒng)的壓力為中壓，根據(jù)壓力選擇彈簧的材料為硅錳彈簧鋼，因為系統(tǒng)的最大壓力為12.44MPa，故取安全閥彈簧的最大承受壓力為15MPa，其切應(yīng)力根據(jù)相關(guān)資料查詢確定為100MPa，初步定繞度比C＝5。 由此初步確定彈簧材料直徑d 由知D=5d 故有 式中 P——彈簧負(fù)荷，N； ； ——安全閥溢流的最小壓力； D——彈簧中徑，mm； d——彈簧材料直徑，mm； K——屈服系數(shù)，，其中為繞度比。 當(dāng)C=5時，K=0.915 彈簧的作用 取d= 1.8mm 則D=5d=9mm 3.7 鍵的選擇 本次設(shè)計選用的鍵為平鍵，其結(jié)構(gòu)圖如下 圖3.7 平鍵聯(lián)接的剖面和尺寸 4 技術(shù)要求 4.1 缸體技術(shù)要求 a) 缸體端部的聯(lián)接結(jié)構(gòu)采用焊接。如下圖 圖4.1 缸體 b) 缸體的材料 常采用20、35、45號無縫鋼管，因20號鋼機(jī)械性能略低，且不能調(diào)質(zhì)，應(yīng)用較少，當(dāng)缸筒與缸底，缸頭，管接頭或耳軸等件需焊接時，則應(yīng)采用焊接性能較好的35鋼，粗加工后調(diào)質(zhì)。一般情況下，均采用45號鋼，并調(diào)質(zhì)到。 缸體毛坯液可采用鍛鋼、鑄鋼或鑄鐵件。鑄鋼可采用ZG35B等材料，鑄鐵可采用HT200-HT350間的幾個牌號或球墨鑄鐵。本次設(shè)計中考慮到千斤頂結(jié)構(gòu)要小巧，因此選擇的材料要較好才能滿足性能要求，故選擇45鋼。 c) 缸體的技術(shù)要求如下 1) 缸體內(nèi)徑采用H8配合。本次設(shè)計采用的粗糙度為Ra1.6，且均需珩磨。 圖4.2 耳環(huán)型、柱塞型缸體 2) 本次設(shè)計中缸體內(nèi)徑d的公差值可按9，10或11級精度選取，圓柱度公差值應(yīng)按8級精度選取 3) 缸體端面T的垂直度公差值按7級精度選取。 4) 缸體與缸頭采用螺紋聯(lián)接，螺紋取6級精度的公制螺紋。 5) 缸體帶有耳環(huán)或銷軸，孔徑或軸線的中心線對缸體內(nèi)孔軸線的垂直度公差值按9級精度選取。 6) 為了放置腐蝕和提高壽命，缸體內(nèi)表面應(yīng)鍍厚度為的鉻層。鍍后進(jìn)行珩磨或拋光。 4.2 缸蓋技術(shù)要求 a) 缸蓋的材料 液壓缸的缸蓋可選用35鋼，45號鍛鋼或ZG35，ZG45鑄鋼HT200,HT300,HT350鑄鐵等材料。本次選用的是45鋼。 b) 缸蓋的技術(shù)要求 直徑d(基本尺寸同缸徑)、（活塞桿的緩沖孔）、（基本尺寸同活塞桿密封圈外徑）的圓柱度公差值，按10級精度選取。、與d的同軸度公差值為0.03mm。端面A、B與直徑d軸心線的垂直度公差值，按7級精度選取。導(dǎo)向孔的表面粗糙度為Ra1.25。 圖4.3 缸蓋 5 強度校核 這里僅對主要零部件的強度進(jìn)行計算，以及一些焊接部位的計算校核。只要校核缸體與缸底焊接處的強度、螺紋聯(lián)結(jié)處的強度、安全閥彈簧的強度等。 5.1 缸體與缸蓋焊接強度校核 缸蓋連接計算 液壓缸缸底采用對焊，圖如下 圖5.1 缸底對焊 焊縫的拉應(yīng)力為 （5.1） 式中 d——液壓缸直徑，mm； ——液壓缸外徑，mm； ——焊縫底徑，mm； ——焊接效率，通常?。?.7。 , 取 則a 式中 F——液壓缸輸出的最大推力，N； 在本次設(shè)計中最大壓力即為負(fù)載最大重力F=1.0N. 5.2 缸頭螺紋聯(lián)接處強度校核 缸體與缸蓋用螺紋聯(lián)接時，圖如下 圖5.2 螺紋聯(lián)接 剛體螺紋處的拉應(yīng)力為： 螺紋處的切應(yīng)力為： （5.2） 合成應(yīng)力為： （5.3） 式中 F——缸體螺紋處所受的壓力 N 在壓強最大時F最大，最大為1008N. ——液壓缸內(nèi)徑，mm； ——液壓缸外徑，mm； ——螺紋外徑，mm； K——螺紋擰緊系數(shù)，靜載時，取K=1.25-1.5,動載時取K=2.5-4. ——螺紋內(nèi)摩擦系數(shù)，一般取＝0.12 ——螺紋處的拉應(yīng)力，MPa； ——螺紋處的切應(yīng)力，MPa； ——合成應(yīng)力，MPa； ——螺紋材料的許用應(yīng)力，MPa； ——螺紋材料的屈服極限，MPa； n ——安全系數(shù)，通常取n=1.5-2.5。 取K=2.5, =0.12, =80MPa將相關(guān)數(shù)據(jù)帶入公式知 拉應(yīng)力 切應(yīng)力 合成應(yīng)力 5.3 底座的校核 底座承受的是柱塞缸的橫向切應(yīng)力，其大小為 （5.4） 式中 ——橫向切應(yīng)力，MPa； F——柱塞對底座的壓力，N； h ——支座寬度，m； b——支座長度，m。 滿足要求 5.4 柱塞缸缸體校核 柱塞缸缸壁較薄，作用與缸體上的力較大，故需要校核，缸體受到的力為拉力，校核如下 式中 ——缸體橫向拉應(yīng)力，MPa； F——缸體受到的橫向拉力，N； ——缸體外徑，m； d——缸體內(nèi)徑，m。 滿足要求  結(jié)論 本次設(shè)計要求設(shè)計一種體積小、高效率、穩(wěn)定性高的車用電動液壓千斤頂。在參考了液壓傳動方面的文獻(xiàn)，根據(jù)其工作原理完成了對千斤頂結(jié)構(gòu)設(shè)計和零件的計算校核。運用CAD對千斤頂?shù)难b備圖和主要零件的繪制。 根據(jù)千斤頂?shù)墓ぷ髟砗驮O(shè)計要求 ，確定了千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)采用了凸輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動和底板油路的設(shè)計。在對底板油路進(jìn)行時設(shè)計時考慮到過載加入安全閥，保護(hù)了系統(tǒng)。通過對液壓系統(tǒng)的分析，確定該系統(tǒng)的工作壓力，結(jié)合設(shè)計的要求對電機(jī)進(jìn)行了選擇。根據(jù)設(shè)計要求計算確定了頂升缸和液壓缸的壁厚等參數(shù)并進(jìn)行了校核驗算。通過查表選擇了密封圈和鍵。最后確定了缸體的材料和技術(shù)要求。 在此次設(shè)計過程中，不僅把大學(xué)四年所學(xué)到的理論知識很好的運用到畢業(yè)設(shè)計中，而且培養(yǎng)了自己認(rèn)真思考的能力，并加強了和同學(xué)之間進(jìn)行探討和解決問題的能力。 通過本次畢業(yè)設(shè)計，培養(yǎng)我思考問題和解決問題的能力。對今后的工作將有很大的幫助，對一名即將踏入社會的大學(xué)生起到了很重要的指導(dǎo)作用。設(shè)計中一定存在不少問題，請老師和同學(xué)批評指正。  致謝 光陰似箭，歲月如梭，四年的大學(xué)生涯轉(zhuǎn)瞬即逝。驀然回首，不論是大二做的金工實習(xí)，大三的課程設(shè)計還是大四的參觀實習(xí)，都是學(xué)校對我們走上社會之前的專業(yè)知識的考察。那么，這次的畢業(yè)設(shè)計當(dāng)然就是對我們大學(xué)四年里所有所學(xué)所知的一次綜合考驗。 完成這次畢業(yè)設(shè)計，我要感謝指導(dǎo)教師邱明老師，通過這次畢業(yè)設(shè)計他教會了我如何去設(shè)計，怎么去設(shè)計，以及在最初構(gòu)思時，應(yīng)該注意的各種問題。是他對本人的精心指導(dǎo)，是他的耐心教導(dǎo)和積極督導(dǎo)，才使我能按時按量完成本畢業(yè)設(shè)計。我還要感謝進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計中期檢查的各位領(lǐng)導(dǎo)和機(jī)械工程系的其他老師，他們及時的給我指出了畢業(yè)設(shè)計當(dāng)中的不足，并且給予我很多完成設(shè)計的便利條件。 “三人行，必有我?guī)煛?。我還要特別感謝，我們同一個設(shè)計組的其他同學(xué)，他們給了我很多不錯的建議。 在各位老師和同學(xué)的大力幫助下，才使我的畢業(yè)設(shè)計得以完成。最后，再次對他們給予我的幫助，表示衷心的感謝！并對論文審閱老師的辛勤勞動表示敬意。  參 考 文 獻(xiàn) [1] 周士昌. 液壓系統(tǒng)設(shè)計[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2003. 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