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1、 液壓油缸的設(shè)計(jì) （一） 液壓油缸的機(jī)構(gòu)和組成 1）液壓油缸的結(jié)構(gòu)圖 圖1 液壓油缸設(shè)計(jì)方案示意圖 液壓油缸結(jié)構(gòu)圖1所示，工作時(shí)通過上移6手柄使7小活塞向上運(yùn)動(dòng)從而形成局部真空，油液從郵箱通過單向閥9被吸入小油缸，然后下壓6手柄使7小活塞下壓，把小油缸內(nèi)的液壓油通過10單向閥壓入3大油缸內(nèi)，從而推動(dòng)2大活塞上移，反復(fù)動(dòng)作頂起重物。通過1調(diào)節(jié)螺桿可以調(diào)整液壓油缸的起始高度，使用完畢后扭轉(zhuǎn)4回油閥桿，連通3大油缸和郵箱，油液直接流回郵箱，2大活塞下落，大活塞下落速度取決于回油閥桿的扭轉(zhuǎn)程度。 2）液壓油缸的組成 液壓系統(tǒng)主要由：動(dòng)力元件（油泵）、執(zhí)行元件（油缸或液壓馬達(dá)）、控

2、制元件（各種閥）、輔助元件和工作介質(zhì)等五部分組成。 1. 動(dòng)力元件（油泵） 它的作用是把液體利用原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓力能，是液壓傳動(dòng)中的動(dòng)力部分。 2. 執(zhí)行元件（油缸、液壓馬達(dá)） 它是將液體的液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。其中，油缸做直線運(yùn)動(dòng)，馬達(dá)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 3. 控制元件 包括壓力閥、流量閥和方向閥等，它們的作用是根據(jù)需要無級(jí)調(diào)節(jié)液壓動(dòng)機(jī)的速度，并對(duì)液壓系統(tǒng)中工作液體的壓力、流量和流向進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。 4. 輔助元件 除上述三部分以外的其它元件，包括壓力表、濾油器、蓄能裝置、冷卻器、管件及郵箱等，它們同樣十分重要。 5. 工作介質(zhì) 工作介質(zhì)是指各

3、類液壓傳動(dòng)中的液壓油或乳化液，它經(jīng)過油泵和液動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。 3）液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) 1、 液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn) （1） 體積小、重量輕，例如同等功率液壓馬達(dá)的重量只有電動(dòng)機(jī)的10%～20%，因此慣性力較小。 （2） 能在給定范圍內(nèi)平穩(wěn)的自動(dòng)調(diào)節(jié)牽引速度，并可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，且速度范圍最大可達(dá)1:2000（一般為1:100）. （3） 轉(zhuǎn)向容易，在不改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的情況下，可以較方便地實(shí)現(xiàn)工作機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)和直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換。 （4） 液壓泵和液壓馬達(dá)之間用油管連接，在空間布置上彼此不受嚴(yán)格限制。 （5） 由于采用油液為工作介質(zhì)，元件相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面間能自行潤(rùn)滑，磨損小，使用壽命長(zhǎng)。 （6）

4、 操縱控制簡(jiǎn)便，自動(dòng)化程度高。 （7） 容易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。 （8） 液壓元件實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化，便于設(shè)計(jì)、制造和使用。 2、 液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn) (1) 使用液壓傳動(dòng)對(duì)維護(hù)的要求高，工作油要始終保持清潔。 (2) 對(duì)液壓元件制造精度要求高，工藝復(fù)雜，成本較高。 (3) 液壓元件維修較復(fù)雜，且需有較高的技術(shù)水平。 (4) 液壓傳動(dòng)對(duì)油溫變化較敏感，這會(huì)影響它的工作穩(wěn)定性，因此液壓傳動(dòng)不宜在很高或很低的溫度下工作，一般工作溫度在-15℃～60℃范圍內(nèi)較合適。 (5) 液壓傳動(dòng)在能量轉(zhuǎn)化的過程中，特別是在節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，其壓力大，流量損失大，因此系統(tǒng)效率較低。 （二） 液

5、壓油缸的原理 1）液壓油缸原理圖 圖1-1 液壓油缸的工作原理如圖1-1所示，大缸體3和大活塞4組成舉升缸；杠桿手柄6、小缸體8、活塞7、單向閥5和9組成手動(dòng)液壓泵。活塞和缸體之間保持良好的配合關(guān)系，又能實(shí)現(xiàn)可靠的密封。當(dāng)抬起手柄6，使小活塞7向上移動(dòng)，活塞下腔密封容積增大形成局部真空時(shí)，單向閥9打開，油箱中的油在大氣壓力的作用下通過吸油管進(jìn)入活塞下腔，完成一次吸油動(dòng)作。當(dāng)用力壓下手柄時(shí)，活塞7下移，其下腔密封容積減小，油壓升高，單向閥9關(guān)閉，單向閥5打開，油液進(jìn)入舉升缸下腔，驅(qū)動(dòng)活塞4使重物G上升一段距離，完成一次壓油動(dòng)作。反復(fù)地抬、壓手柄，就能使油液不斷地被壓入舉升缸，使重物不斷

6、升高，達(dá)到起重的目的。如將放油閥2旋轉(zhuǎn)90°（在實(shí)物上放油閥旋轉(zhuǎn)角度是可以改變的），活塞4可以在自重和外力的作用下實(shí)現(xiàn)回程。這就是液壓油缸的工作過程。 2）液壓油缸的特點(diǎn) 液壓油缸是一種將密封在油缸中的液體作為介質(zhì)，把液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能從而將重物向上頂起的千斤頂。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、舉升力大，易于維修，但同時(shí)制造精度要求較高,若出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象將引起舉升汽車的下降,保險(xiǎn)系數(shù)降低,使用其舉升時(shí)易受部位和地方的限制.傳統(tǒng)液壓千斤頂由于手柄、活塞、油缸、密封圈、調(diào)節(jié)螺桿、底座和液壓油組成。它利用了密閉容器中靜止液體的壓力以同樣大小各個(gè)方向傳遞的特性。優(yōu)點(diǎn)：輸出推力大。缺點(diǎn)：效率低。 （三）

7、液壓油缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1）內(nèi)管設(shè)計(jì) 已知油缸的額定載荷為19600N，初定額定壓力為15Mpa。油缸的最低使用高度為192mm,最高使用高度為277mm. 根據(jù)以上要求可以得到如下計(jì)算結(jié)果： F=P×A 得到A=19600/9.8/150=13.3cm2 所以內(nèi)管的直徑D=42mm，長(zhǎng)為115mm,有效長(zhǎng)度為85mm 這里 F=外部作用力（kgf） A=內(nèi)管的作用面積(cm2 ) P=被傳遞的壓力（kgf/cm2） 內(nèi)管的壁厚δ為 δ=δ0+C1+C2 根據(jù)公式δ0>PmaxD/2δp(m) δ

8、p=δb/N 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知δb=550（無縫鋼管，牌號(hào)20） N為安全系數(shù)一般取5 δ0>15×0.042/(2×550/5)=0.002m=2mm δ=δ0+C1+C2=3mm 上式中C1為缸筒外徑公差余量 C2為腐蝕余量 缸筒壁厚的驗(yàn)算 根據(jù)公式Pn<=0.35δs(D12-D2)/D12MPa 0.35×550×0.00054/0.002304=50MPa Pn=15MPa 所以缸筒的臂厚完足滿足設(shè)計(jì)需要的要求. 2）外管設(shè)計(jì) 油缸外管主要的作為是用來儲(chǔ)存多余的液壓油，在無電動(dòng)源作用的情況下，外管起了一個(gè)油箱的作用。 由上可知道內(nèi)管的內(nèi)徑為42m

9、m 可得V內(nèi)=AH=3.14×2.12×8.5=117.7cm2 外管的外徑D=66mm 可得V外=AH=3.14×3.32×10=341.94 cm2 △V=V外-V內(nèi)=341.94-117.7=224.24 cm2 所以△V>V內(nèi)，完全滿足要求. 3）活塞桿設(shè)計(jì) 活塞桿是液壓缸傳遞力的重要零件，它承受拉力，壓力，彎力，曲力和振動(dòng)沖擊等多種作用力，所以必須有足夠的強(qiáng)度和剛度，由于液壓缸無速比要求，可以根據(jù)液壓缸的推力和拉力確定。 參照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表17-6-16 可根椐內(nèi)管的內(nèi)徑D=42mm，初步確定活塞桿的外徑為d=30mm 活塞桿強(qiáng)度的計(jì)算 活塞桿在穩(wěn)定的工況

10、下，只受縱向推力，可按下式進(jìn)行計(jì)算 δ=F×10-6/(nd2/4)<= δP MPa 可得δ=19600×10-6/(0.03×3.14/4)=27.7 查表可知δP的許用應(yīng)力為100-110MPa（無縫鋼管） 所以δ<δP 所以活塞桿的設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度完全滿足。 活塞桿彎曲穩(wěn)定性驗(yàn)算 可以用實(shí)用驗(yàn)算法 活塞桿彎曲計(jì)算長(zhǎng)度為L(zhǎng)f=KSm 具體可以根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表17-6-16中選取 4）導(dǎo)向套的設(shè)計(jì) 活塞桿導(dǎo)向套裝在內(nèi)管的有桿側(cè)端蓋內(nèi)，用以對(duì)活塞桿進(jìn)行導(dǎo)行，內(nèi)裝有密封裝置以保證缸筒有桿腔的密封，導(dǎo)向套采用非耐磨材料時(shí)，內(nèi)圈可設(shè)導(dǎo)向環(huán)，用以作活塞桿的導(dǎo)向。 根據(jù)油

11、缸的受力方式，可以作以下分析 如上圖所示，垂直安放的千斤頂，無負(fù)載導(dǎo)向裝置，受偏心軸向載荷9800N,L=0.1m 時(shí) M0=F1L Nm Fd=K1 M0/LG N 可得M0=9800×0.1=9800Nm Fd=K1 M0/LG（N） 可得Fd=1.5×9800/0.057=2.5×105N 在上式中 Fd-----------------導(dǎo)向套承受的載荷，N M0---------------- 外力作用于活塞上的力矩，N.m F1-----------------作用于活塞上的偏心載荷，N L------------------載荷作用的偏心矩，m

12、 LG-----------------活塞至導(dǎo)向套間距，m。 D、d---------------分別為活塞及活塞桿外徑，m 5）液壓油缸活塞部位的密封 在大活塞與大油缸配合部位采用的尼龍碗形密封件與O形密封圈組合而成的組合密封裝置，由于橡膠具有良好的彈性，受力時(shí)迫使尼龍碗的唇邊與缸壁貼合，起良好的密封作用。 缺點(diǎn)如圖： 密封圈處在小孔口，缸中的超高壓工作油在限位孔處存在極大的壓力差，會(huì)使密封圈在此處遭受極大的撕拉作用。從而產(chǎn)生損傷，形成軸向溝痕。此溝痕隨著起重物的加重，限位孔直徑的增大以及超越限位孔次數(shù)的增多而變大加深，最終會(huì)破壞了密封圈的密封性能。致使活塞不能推動(dòng)重物

13、上升。為此。要求密封圈材質(zhì)的強(qiáng)度要高。由于面柱與面柱面的配合始終存在一定的誤差，為了避免因?yàn)橛鸵簡(jiǎn)为?dú)進(jìn)入一邊空隙造成壓力不平衡而引起活塞卡死現(xiàn)象，可以在活塞與大油缸配合的活塞頭上適當(dāng)開辟油溝，平衡各邊的壓力。 結(jié)論 畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，通過這次對(duì)液壓千斤頂理知識(shí)和實(shí)際設(shè)計(jì)的相結(jié)合，鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)，解決實(shí)際工程問題的能力，同時(shí)也提高了我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)規(guī)范能力以及其他專業(yè)知識(shí)水平，而且通過對(duì)整體的掌控，對(duì)局部的取舍，以及對(duì)細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗(yàn)得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力以及耐力也都得到了不

14、同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的所在，提高是有限的但卻是全面的，正是這一次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我積累了許多實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，使我的頭腦更好的被知識(shí)武裝起來，也必然讓我在未來的工作學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出更高的應(yīng)變能力，更強(qiáng)的溝通力和理解力。 順利如期的完成本此畢業(yè)設(shè)計(jì)給了我很大的信心，讓我了解專業(yè)知識(shí)的同時(shí)也對(duì)本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心，但同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了自己的許多不足與欠缺，留下了些許遺憾，不過不足與遺憾不會(huì)給我打擊只會(huì)更好的鞭策我前行，今后我更會(huì)關(guān)注新科技新設(shè)備新工藝的出現(xiàn)，并爭(zhēng)取盡快的掌握這些先進(jìn)知識(shí)。 致謝 大學(xué)X年即將結(jié)束，在這短短的X年里，讓我結(jié)識(shí)了許許多多熱心的朋友、工作嚴(yán)謹(jǐn)

15、教學(xué)相幫的教師。畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利完成也脫離不了他們的熱心幫助及指導(dǎo)老師的精心指導(dǎo)，在此向所有給予我此次畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)和幫助的老師和同學(xué)表示最誠(chéng)摯的感謝。 首先，向本設(shè)計(jì)的指導(dǎo)老師——老師表示最誠(chéng)摯的謝意。在自己緊張的工作中，仍然盡量抽出時(shí)間對(duì)我們進(jìn)行指導(dǎo)，時(shí)刻關(guān)心我們的進(jìn)展?fàn)顩r，督促我們抓緊學(xué)習(xí)。老師給予的幫助貫穿于設(shè)計(jì)的全過程，從借閱參考資料到現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際操作，他都給予了指導(dǎo)，不僅使我學(xué)會(huì)書本中的知識(shí)，更學(xué)會(huì)了學(xué)習(xí)操作方法。也懂得了如何把握設(shè)計(jì)重點(diǎn)，如何合理安排時(shí)間和論文的編寫，同時(shí)在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，他和我們?cè)谝黄鸸餐鉀Q了設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的各種問題。 其次，要向給予此次畢業(yè)設(shè)計(jì)幫助的老師們，以及同

16、學(xué)們以誠(chéng)摯的謝意，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，他們也給我很多幫助和無私的關(guān)懷，更重要的是為我們提供不少技術(shù)方面的資料，在此感謝他們，沒有這些資料就不是一個(gè)完整的論文。 總之，本次的設(shè)計(jì)是老師和同學(xué)共同完成的結(jié)果，在設(shè)計(jì)的一個(gè)月里，我們合作的非常愉快，教會(huì)了大我許多道理，是我人生的一筆財(cái)富，我再次向給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)表示感謝！ 參考文獻(xiàn) 白柳 于軍 主編 《液壓與氣壓傳動(dòng)》 機(jī)械工業(yè)出版社，2009 辛?xí)\ 主編 《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》 國(guó)防科技大學(xué)出版社 ，2008 王宇平 主編 《公差配合與幾何精度檢測(cè)》 人民郵電出版社，2007 何存舉 主編 《液壓原件》 機(jī)械工業(yè)出版社，1982 任占海 主編 《液壓傳動(dòng)》 冶金工業(yè)出版社，1998