本科生畢業(yè)設計（論文）開題報告論文題目： 液壓缸結構設計 學 院專業(yè)班級學生姓名學 號導師姓名開題時間一．課題的背景及意義液壓傳動元件以其功率大，安裝布置簡便，易于受控，操作方便舒適，故障率低，便于維護等優(yōu)點，非常適于結構形態(tài)多變，工作條件惡劣的農業(yè)機械的應用。幾十年來，液壓技術不僅在農機，機床，工程機械，建筑機械，航天航空設備等得到越來越多的應用，而且形成了龐大的市場。全世界液壓元件市場銷售額已超過二百億美元，我國液壓行業(yè)產值已近 80 億人民幣。按其重要程度計算，在國外發(fā)達國家，農機用液壓元件市場份額始終屬于前 5 名，我國農機用液壓元件需求量在四百萬件以上，在國內各行業(yè)中，數量最多。進入二十一世紀，液壓技術在農機上的應用，呈現(xiàn)出快速發(fā)展的勢頭。 國外發(fā)達國家在農業(yè)現(xiàn)代化裝備上廣泛應用電子，液壓，新型材料等高技術，進一步提高了農機的操縱性、舒適性、方便性和智能化水平，保護農業(yè)生態(tài)環(huán)境，為精確農業(yè)提供新的裝備。 我國在“十五 ”期間，將以實現(xiàn)水稻、玉米生產全過程機械化的田間作業(yè)機械、節(jié)水裝備、農用配套動力和關鍵部件及農用運輸等幾個領域產品為發(fā)展的重點，進行共性關鍵技術攻關，包括拖拉機，聯(lián)合收割機動力換檔及靜液壓驅動技術，聯(lián)合收割機電液自動化作業(yè)監(jiān)測技術與控制技術。 我國到 2005 年，60%以上的重要農機產品達到國際 80 年代末期水平，新開發(fā)的品種 70%以上達到國際 90 年代水平，拖拉機，聯(lián)合收割機等重要產品平均無故障間隔時間接近國際 80 年代后期及 90 年代初期水平，到 2015 年，農機綜合技術水平基本接近當時的國際水平，這樣，液壓技術在農機上的應用，得到了契機。 綜上所述，在新世紀中，我國液壓機械行業(yè)將有明顯的進步， 液壓技術在農機上的應用將顯出強大的生命力，為提高農機產品的技術含量，縮小與國外的差距作出重要貢獻。 液壓傳動技術不僅用于傳統(tǒng)的機械操縱、助力裝置，也用于機械的模擬加工、轉速控制、發(fā)動機燃料進給控制，以及車輛動力轉向、主動懸掛裝和制動系統(tǒng)，同時，也擴展到航空航天和海洋作業(yè)等領域。而液壓油缸是液壓傳動中將液體的壓力能轉換成機械能，實現(xiàn)往復直線運動或往復擺動的執(zhí)行元件，被廣泛應用于各種液壓機械設備中。液壓油缸的設計合理性、制造質量，直接影響整個液壓機械設備的的使用狀態(tài)，乃至整個生產系統(tǒng)的正常運行和生產的安全性。所以，液壓油缸的合理化設計具有重要的現(xiàn)實意義。1．課題的國內外研究動態(tài)、目前的水平及發(fā)展趨勢液壓油缸也是基于以密閉容器中的靜壓力傳遞力和功率這一原理實現(xiàn)工作目的的。目前以其可實現(xiàn)大范圍的無級調速、體積小、質量輕、結構緊湊、慣性小，易于實現(xiàn)自動化、過載保護以及良好的標準化、系列化、通用化特點廣泛應用工程領域。當前正繼續(xù)向著以下幾個方面發(fā)展：（1）節(jié)能近年來，由于世界能源的緊缺，各國都把液壓傳動的節(jié)能問題作為液壓技術發(fā)展的重要課題。20 世紀 70 年代后期，德、美等國相繼研制成功負載敏感泵及低功率電磁鐵等。最近美國威克斯公司又研制成功用于功率匹配系統(tǒng)的 CMX 閥。（2）與微電子、計算機技術結合20 世紀 80 年代以來，逐步完善和普及的計算機控制技術和集成傳感技術為液壓技術與電子技術相結合創(chuàng)造了條件。隨著微電子、計算機技術的發(fā)展，出現(xiàn)了各種數字閥和數字泵，并出現(xiàn)了把單片機直接裝在液壓組件上的具有位置或力反饋的閉環(huán)控制液壓元件及裝置。（3）運行的可靠性由于有限元法在液壓元件設計中的應用，可靠性實驗、研究工作的廣泛開展以及新材料、新工藝的發(fā)展等，使液壓元件的壽命得到提高。由于對飛機、船舶、冶金等一些重要液壓系統(tǒng)采用多裕度設計，并在系統(tǒng)中設置旁路凈化回路及具有初級智能的自動故障檢測儀表等，加強了油液的污染度控制。上述領域內的一些重要成果，使液壓系統(tǒng)的可靠性逐年提高。（4）高度的集成化把疊加閥、集成塊、插裝閥以及各種控制閥集成于液壓泵及液壓執(zhí)行元件上形成組合元件，有些還把單片機等集成在其控制機構上，達到了集機、電、液于一體的高度集成化。（5）高壓、低躁聲、提高密封性能等高壓、高轉速、低噪聲組件的研究，高效濾材的研究，環(huán)保型工作介質及其相應高壓液壓組件的研究等也是值得注意的動向。2．課題研究的目的、意義及工作設想合理、正確的設計液壓油缸是設計和制造液壓設備的基礎和保證，同時，也是很好的對整個學習期間專業(yè)知識的總結，提高對專業(yè)知識的綜合利用能力為在實際的工作崗位上打下堅實的專業(yè)基礎。3．液壓傳動的優(yōu)缺點一、優(yōu)點(1)傳動平穩(wěn) 在液壓傳動裝置中，由于油液的壓縮量非常小，在通常壓力下可以認為不可壓縮，依靠油液的連續(xù)流動進行傳動。油液有吸振能力，在油路中還可以設置液壓緩沖裝置，故不像機械機構因加工和裝配誤差會引起振動扣撞擊，使傳動十分平穩(wěn)，便于實現(xiàn)頻繁的換向；因此它廣泛地應用在要求傳動平穩(wěn)的機械上，例如磨床幾乎全都采用了液壓傳動。(2)質量輕體積小 液壓傳動與機械、電力等傳動方式相比，在輸出同樣功率的條件下，體積和質量可以減少很多，因此慣性小、動作靈敏；這對液壓仿形、液壓自動控制和要求減輕質量的機器來說，是特別重要的。例如我國生產的 1m3 挖掘機在采用液壓傳動后，比采用機械傳動時的質量減輕了 1t。(3)承載能力大 液壓傳動易于獲得很大的力和轉矩，因此廣泛用于壓制機、隧道掘進機、萬噸輪船操舵機和萬噸水壓機等。(4)容易實現(xiàn)無級調速 在液壓傳動中，調節(jié)液體的流量就可實現(xiàn)無級凋速，并且凋速范圍很大，可達 2000：1，很容易獲得極低的速度。(5)易于實現(xiàn)過載保護 液壓系統(tǒng)中采取了很多安全保護措施，能夠自動防止過載，避免發(fā)生事故。(6)液壓元件能夠自動潤滑 由于采用液壓油作為工作介質，使液壓傳動裝置能自動潤滑，因此元件的使用壽命較長。(7)容易實現(xiàn)復雜的動作 采用液壓傳動能獲得各種復雜的機械動作，如仿形車床的液壓仿形刀架、數控銑床的液壓工作臺，可加工出不規(guī)則形狀的零件．(8)簡化機構 采用液壓傳動可大大地簡化機械結構，從而減少了機械零部件數目。(9)便于實現(xiàn)自動化 液壓系統(tǒng)中，液體的壓力、流量和方向是非常容易控制的，再加上電氣裝置的配合，很容易實現(xiàn)復雜的自動工作循環(huán)。目前，液壓傳動在組合機床和自動線上應用得很普遍。(10)便于實現(xiàn)“三化” 液壓元件易于實現(xiàn)系列比、標準化和通用化．也易于設計和組織專業(yè)性大批量生產，從而可提高生產率、提高產品質量、降低成本。二、缺點(1)液壓元件制造精度要求高 由于元件的技術要求高和裝配比較困難，使用維護比較嚴格。(2)實現(xiàn)定比傳動困難 液壓傳動是以液壓油為工作介質，在相對運動表面間不可避免的要有泄漏，同時油液也不是絕對不可壓縮的。因此不宜應用在在傳動比要求嚴格的場合，例如螺紋和齒輪加工機床的傳動系統(tǒng)。(3)油液受溫度的影響 由于油的粘度隨溫度的改變而改變，故不宜在高溫或低溫的環(huán)境下工作。(4)不適宜遠距離輸送動力 由于采用油管傳輸壓力油，壓力損失較大，故不宜遠距離輸送動力。(5)油液中混入空氣易影響工作性能 油液中混入空氣后，容易引起爬行、振動和噪聲，使系統(tǒng)的工作性能受到影響。(6)油液容易污染 油液污染后，會影響系統(tǒng)工作的可靠性。(7)發(fā)生故障不易檢查和排除。二．畢業(yè)設計的內容及任務1．設計思想基于以密閉容器中的靜壓力傳遞力和功率這一原理，結合實際工作中的工況條件和要求，在完成了工況分析、負載計算以及選定工作壓力的基礎上進行設計。液壓傳動是利用帕斯卡原理，即在密閉容積內，施加在靜止液體邊界上的壓力，在液體內可以向所有方向等值地傳遞到液體各點。液 壓 傳 動 的 基 本 原 理 ： 液 壓 系 統(tǒng) 利 用 液 壓 泵 將 原 動 機 的 機 械 能 轉 換 為 液體 的 壓 力 能 ， 通 過 液 體 壓 力 能 的 變 化 來 傳 遞 能 量 ， 經 過 各 種 控 制 閥 和 管 路 的傳 遞 ， 借 助 于 液 壓 執(zhí) 行 元 件 (缸 或 馬 達 )把 液 體 壓 力 能 轉 換 為 機 械 能 ， 從 而驅 動 工 作 機 構 ， 實 現(xiàn) 直 線 往 復 運 動 和 回 轉 運 動 。 其 中 的 液 體 稱 為 工 作 介 質 ，一 般 為 礦 物 油 ， 它 的 作 用 和 機 械 傳 動 中 的 皮 帶 、 鏈 條 和 齒 輪 等 傳 動 元 件 相 類似 。在 液 壓 傳 動 中 ， 液 壓 油 缸 就 是 一 個 最 簡 單 而 又 比 較 完 整 的 液 壓 傳 動 系 統(tǒng) ，分 析 它 的 工 作 過 程 ， 可 以 清 楚 的 了 解 液 壓 傳 動 的 基 本 原 理 。2．設計方案（1）整理有關方面的資料，根據使用要求確定結構形式和安裝方式。（2）根據負載情況、運動速度、最大行程和工作壓力等要求計算出主要結構尺寸。1.結構尺寸的確定原則液壓缸已有系列標準可供選用，但有時還需自行設計一些非標準液壓缸。液壓缸的結構尺寸與主機的工作機構有直接關系，其設計是在完成了工況分析、負載計算以及選定了工作壓力的基礎上進行的。2.缸筒內徑的確定對于活塞桿液壓缸，計算缸筒內徑 D 時，通常有兩種計算方法，一種是根據液壓缸需要生產的推力 F 和系統(tǒng)選定的工作壓力 p 來計算（設回油壓力為零） ，計算式為3410mp?????（4—14）另一種方法是根據運動速度 v 和輸入流量 q 來確定剛通內徑 D，計算式為4vD??（4—15）式中 、 —液壓缸的機械效率及容積效率。m?v按式（4—14）或（4—15）計算出缸筒內徑 D 后，還要根據 GB/T2348—1993 加以圓整。一般設計缸筒內徑采用前一種方法，后一種方法用來校核所設計缸筒內徑能否滿足最低工作進給的速度要求。3.活塞桿直徑的確定活塞桿直徑 d 的計算方法，通常是在缸筒內徑 D 已確定，在滿足一定速度比 的情況下，來確定活塞桿的直徑 d，其計算式為?1???（4—16）按式（4—16）計算出活塞桿的直徑 d 后，再按標準進行圓整，然后按其結構強度和穩(wěn)定性進行校核。4.其他結構尺寸按照使用情況確定液壓缸行程 L 主要根據執(zhí)行機構的運動要求而定。為了簡化工藝、降低成本、增加產品通用性，應盡量采用國家標準規(guī)定的標準系列值（參看GB/T2349—1980） 。當活塞桿全部外伸時，從活塞支撐面中點到導向滑動面中點的距離 H 稱為液壓缸的最小導向長度，對于一般液壓缸，其最小導向長度由下式確定，即20LDH??（4—17）式中 L—液壓缸的最大行程；D—缸筒內徑。活塞的寬度 B 一般取 0.6D~1D；端蓋滑動支撐面長度 l1 根據內徑確定，即當 D80mm 時，取 l1=（0.6~1 ）D當 D80mm 時，取 l1=（0.6~1 ）d為保證最小導向長度，過分加大 B 及 l1 都是不可取的，必要時可以在活塞與導向滑動面之間裝隔環(huán)，隔環(huán)寬度 C 由下式確定，即??12Hl???（4—18）（3）對部分零件進行強度、剛度和穩(wěn)定性驗算并進行緩沖計算1.缸筒壁厚強度計算及校核液壓缸直徑 D 確定后，其壁厚由強度條件來確定，壁厚強度計算有兩種情況。1）按薄壁筒公式計算對于低壓系統(tǒng)或當缸徑 D 與壁厚 δ 的比值 D/δ≥12.5 時，一般按薄壁圓筒計算，即??2yDp???（4—19）式中 py—試驗壓力。當工作壓力 p≤16MPa 時，p y=1.5p；當壓力 p＞16MPa時，p y=1.25p；[σ]—缸筒材料的許用應力，[σ]= σb/n，σ b 為缸筒材料的抗拉強度，n為安全系數，一般取 n=5.2）按后壁圓筒公式計算對于中高壓系統(tǒng)或當缸徑 D 與壁厚 δ 的比值 D/δ＜3.2 時，一般按后壁筒計算。若缸筒由塑性材料制造，缸筒壁厚應按第四強度理論計算，即??12.73yp??????????（4—20）若缸筒由脆性材料制造，缸筒壁厚應按第二強度理論計算，即??0.4123ypD???????????（4—21）2.活塞桿強度及穩(wěn)定性校核活塞桿全部伸出時，活塞桿頂端至液壓缸支撐點之間的距離稱為計算長度l，其值與液壓缸的安裝形式有關。根據計算長度 l 與活塞桿直徑 d 的不同比值，應對活塞桿進行不同項目的校核。當計算長度與活塞桿直徑 d 之比 l/d＜10 時，屬于短行程液壓缸，主要校核其拉壓強度。當活塞桿受壓時，若計算長度與活塞桿直徑 d 之比 l/d＞10，容易出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，發(fā)生縱向彎曲破壞，這時必須進行活塞桿的穩(wěn)定性校核?；钊麠U所能承受的符合應滿足以下條件，即kFn?（4—22）式中 —安全系數，一般取 =2~4，沖擊載荷較大時 還可取大一些；knk kn—液壓缸活塞桿產生縱向彎曲喪失穩(wěn)定時的臨界負荷。F當細長比 l/K≥m 時，臨界負荷 用歐拉公式計算，即nkF2knEJl??（4—23）式中 K—活塞桿截面的回轉半徑， ；JKAJ—活塞桿截面的轉動慣量；A—活塞桿截面積；m—柔性系數；n—末端系數；E—活塞桿材料的彈性模量。當細長比 l/K＜m 時，臨界負荷 用戈登— 蘭金公式計算，即nkF21ckfAanK????????（4—24）式中 —材料強度實驗值，按表 4-2 選??；cfa—實驗常數。此外還應對螺紋聯(lián)接強度、卡環(huán)聯(lián)接強度、焊接聯(lián)接強度和液壓缸的制動和緩沖裝置進行計算，使所設計的液壓缸滿足使用要求。（4）結合注意事項完成結構設計。設計中與計算中應注意的問題1）液壓缸結構形式的選擇關系到液壓缸的具體結構設計和性能設計，因此必須根據系統(tǒng)設計要求，對不同形式的液壓缸進行充分分析和對比，然后參考同類設備使用情況來確定。2）在保證實現(xiàn)設計要求的前提下，應使液壓缸外形尺寸盡可能小。3）應盡量使活塞桿在受拉狀態(tài)下承受最大負載，但一般情況活塞桿多在受壓狀態(tài)下工作。因此，為避免產生縱向彎曲，應保證液壓缸在受壓狀態(tài)下具有良好的穩(wěn)定性。4）具體結構設計要按照推薦的結構形式進行，盡量采用標準件，結構盡可能簡單，且便于加工、裝配和維修。5）不一定所有液壓缸都要設置緩沖和排氣裝置，應根據具體情況和要求而定，有時可在系統(tǒng)中考慮。6）確定液壓缸安裝固定形式時，必須考慮到缸筒和活塞桿受熱后會伸長的問題。因此，定位銷只能打在液壓缸一端的兩側；雙桿活塞缸的活塞桿與運動部件不能采用剛性連接。（5）整理設計說明書，繪制有關圖紙，整理有關設計資料、材料。3．課題研究擬采用的方法和手段采用單活塞桿式液壓缸的設計形式，以液壓傳動的基礎知識為指導，結合力學分析、計算、校核方法，繪圖以CAD完成。1.主要零部件強度校核2.缸筒壁厚強度計算及校核3.活塞桿強度及穩(wěn)定性校核及緩沖計算設計主要尺寸圖紙（1）油缸裝備圖一張 ---------- 0 號圖紙（2）活塞桿零件圖一張-------- 1 號圖紙（3）活塞組件圖一張 ---------- 2 號圖紙（4）零件圖一張 ---------- 1 號圖紙（5）油缸緩沖裝置組件圖一張---------- 1 號圖紙（6）油缸密封壓蓋零件圖一張----------3 號圖 1 張（7）油缸放氣閥組件圖一張----------3 號圖 1 張（8）油缸緩沖裝置針形閥組件圖一張----------3 號圖 1 張4．預計畢業(yè)設計課題的最終目標及達到的水平實現(xiàn)有關液壓油缸的高品質設計，要求其使用性能的提高，參數明確合理，應用專業(yè)知識系統(tǒng)，并能提高對液壓油缸的認識。三．畢業(yè)設計工作計劃及進度安排第 1 周 明確設計任務，根據課題要求查閱資料，借參考書；第 2 周 寫開題報告,查閱相關外文資料；第 3 周 選擇并確定外文翻譯內容，進行外文翻譯；第 4 周 資料整理完成開題報告第 5 周 檢查開題報告；并繼續(xù)外文翻譯；第 6 周 檢查外文翻譯；第 7 周 熟悉零件結構；第 8 周 熟悉繪圖軟件的使用；第 9 周 上交開題報告，外文翻譯第 10 周 進行整體方案及總體結構設計第 11 周 進行整體方案及總體結構設計計算第 12 周 校合尺寸，開始準備畫圖第 13 周 整體修改整理圖紙；第 14 周 撰寫設計計算說明書；第 15 周 修改整理設計計算說明書；第 16 周 修改、整理、排版、打印、裝訂；第 17 周 教師評閱，準備答辯。四．參考文獻[1] 陳立德.機械制造裝備設計.北京.高等教育出版社,2006[2] 王先逵.機械制造工藝學.北京.機械工業(yè)出版社,2006[3] 吳宗澤.機械設計師手冊. 北京:機械工業(yè)出版社,2002[4] 王章忠.機械工程材料. 北京:機械工業(yè)出版社,2001[5] 李益民.機械制造工藝設計簡明手冊. 北京:機械工業(yè)出版社 ,2005[6] 戴亞春.機械制造工藝實習指導書. 北京:化學工業(yè)出版社 ,2007[7] 何慶.機械制造專業(yè)畢業(yè)設計指導. 北京:化學工業(yè)出版社 ,2008[8] 黃如林等.金屬加工工藝及工裝設計. 北京:化學工業(yè)出版社 ,2006指導教師意見：指導教師簽字：年 月 日 專業(yè)核心組意見：專業(yè)核心組組長簽字：年 月 日