DG型液壓缸設(shè)計(jì)

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DG 型液壓缸設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 摘 要 液 壓 缸 19 世 紀(jì) 問(wèn) 世 以 來(lái) 發(fā) 展 很 快 在 工 作 中 的 廣 泛 適 應(yīng) 性 使 其 在 國(guó) 民 經(jīng) 濟(jì) 各 部 門(mén) 獲 得 了 廣 泛 的 應(yīng) 用 由 于 液 壓 缸 在 結(jié) 構(gòu) 方 面 功 能 方 面 已 經(jīng) 比 較 成 熟 目 前 國(guó) 內(nèi) 外 液 壓 缸 的 發(fā) 展 不 僅 體 現(xiàn) 在 控 制 系 統(tǒng) 方 面 也 主 要 表 現(xiàn) 在 高 速 化 高 效 化 低 能 耗 機(jī) 電 液 一 體 化 以 充 分 合 理 利 用 機(jī) 械 和 電 子 的 先 進(jìn) 技 術(shù) 促 進(jìn) 整 個(gè) 液 壓 系 統(tǒng) 的 完 善 自 動(dòng) 化 智 能 化 實(shí) 現(xiàn) 對(duì) 系 統(tǒng) 的 自 動(dòng) 診 斷 和 調(diào) 整 具 有 故 障 預(yù) 處 理 功 能 液 壓 元 件 集 成 化 標(biāo) 準(zhǔn) 化 以 有 效 防 止 泄 露 和 污 染 等 四 個(gè) 方 面 作 為 液 壓 缸 兩 大 組 成 部 分 的 控 制 元 件 和 執(zhí) 行 元 件 由 于 技 術(shù) 發(fā) 展 趨 于 成 熟 國(guó) 無(wú) 較 大 差 距 主 要 差 別 在 于 加 工 工 藝 和 安 裝 方 面 良 好 的 工 藝 使 液 壓 缸 在 過(guò) 濾 冷 卻 及 防 止 沖 擊 和 振 動(dòng) 方 面 有 較 明 顯 改 善 在 油 路 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 方 面 國(guó) 內(nèi) 外 液 壓 缸 都 趨 向 于 集 成 化 封 閉 式 設(shè) 計(jì) 插 裝 閥 疊 加 閥 和 復(fù) 合 化 元 件 及 其 本 身 在 液 壓 系 統(tǒng) 中 得 到 較 廣 泛 的 應(yīng) 用 本次設(shè)計(jì)的 DG 型液壓缸是綜合運(yùn)用所學(xué)的基本理論 基本知識(shí)和相關(guān)的液壓系 統(tǒng)專業(yè)知識(shí) 完成對(duì) DG 型液壓缸的設(shè)計(jì) 并繪制必要的液壓缸裝配圖 液壓系統(tǒng)原 理圖 液壓系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)主要由動(dòng)力元件 執(zhí)行元件 控制元件 輔助元件 工 作介質(zhì)等等組成 本文通過(guò)設(shè)計(jì) DG 型液壓缸 分析液壓缸的工作原理和動(dòng)作過(guò)程 確定液壓系統(tǒng) 工作原理圖 根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)要求設(shè)計(jì)液壓缸 完成液壓缸的裝配圖 并且能夠使大 家對(duì)液壓缸的具體結(jié)構(gòu)構(gòu)造和工作與原理有很好的認(rèn)識(shí)和了解 關(guān)鍵詞 DG 型液壓缸 液壓系統(tǒng) 具體結(jié)構(gòu) II ABSTRACT The design of hydraulic drive manipulator movements under the provisions of the order use the basic theory basic knowledge and related mechanical design expertise comprehensively to complete the design and drawing the necessary assembly hydraulic system map PLC control system diagram Manipulator mechanical structure using tanks screw guide tubes and other mechanical device component In the hydraulic drive bodies manipulator arm stretching using telescopic tank rotating column of tanks used rack manipulator movements using tank movements the column takes the horizontal movement of tanks This article is mainly of the pneumatic manipulator the overall design and pneumatic design This mechanism of manipulator includes cylinders and claws and connectors parts it can move according to the due track on the movement of grabbing carrying and unloading The pneumatic part of the design is primarily to choose the right valves and design a reasonable pneumatic control loop by controlling and regulating pressure flow and direction of the compressed air to make it get the necessary strength speed and changed the direction of movement in the prescribed procedure work Keywords manipulator Drive Hydraulic manifold block Elements III 目 錄 第 一 章 緒 論 1 1 1 液 壓 傳 動(dòng) 基 礎(chǔ) 知 識(shí) 2 1 2 液 壓 傳 動(dòng) 在 機(jī) 械 行 業(yè) 中 的 應(yīng) 用 3 1 3 液壓系統(tǒng)的基本組成 5 1 4 液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) 6 1 5 液 壓 傳 動(dòng) 技 術(shù) 的 發(fā) 展 及 應(yīng) 用 7 第 二 章 液 壓 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 9 2 1 液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)介 10 2 2 液壓系統(tǒng)控制回路 12 2 3 液壓元件選擇 12 2 4 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行元件 13 2 4 1 執(zhí)行元件的載荷計(jì)算及變化規(guī)律 14 2 4 2 液壓缸的類(lèi)型及結(jié)構(gòu)形式 16 2 4 3 液壓缸的組成 16 2 4 3 1 缸體組件 17 2 4 3 2 活塞組件 18 2 4 3 3 密封裝置 18 2 4 3 4 緩沖裝置 19 2 4 3 5 排氣裝置 20 第 三 章 DG 型 液 壓 缸 的 設(shè) 計(jì) 23 3 1 液壓缸的說(shuō)明 23 3 2 DG 型液壓缸的設(shè)計(jì) 24 3 2 1 活塞桿穩(wěn)定性的校核 26 3 2 2 缸筒的計(jì)算 27 3 2 3 活塞桿的設(shè)計(jì) 29 IV 第 四 章 負(fù) 載 圖 和 速 度 圖 32 結(jié) 論 34 參 考 文 獻(xiàn) 35 致 謝 36 V 第 1 章 緒 論 1 1 液壓傳動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí) 液 壓 傳 動(dòng) 是 利 用 帕 斯 卡 原 理 帕 斯 卡 原 理 是 大 概 就 是 在 密 閉 環(huán) 境 中 向 液 體 施 加 一 個(gè) 力 這 個(gè) 液 體 會(huì) 向 各 個(gè) 方 向 傳 遞 這 個(gè) 力 力 的 大 小 不 變 液 壓 傳 動(dòng) 就 是 利 用 這 個(gè) 物 理 性 質(zhì) 向 一 個(gè) 物 體 施 加 一 個(gè) 力 利 用 帕 斯 卡 原 理 使 這 個(gè) 力 變 大 液 壓 傳 動(dòng) 和 氣 壓 傳 動(dòng) 稱 為 流 體 傳 動(dòng) 是 根 據(jù) 17 世 紀(jì) 帕 斯 卡 提 出 的 液 體 靜 壓 力 傳 動(dòng) 原 理 而 發(fā) 展 起 來(lái) 的 一 門(mén) 新 興 技 術(shù) 是 工 農(nóng) 業(yè) 生 產(chǎn) 中 廣 為 應(yīng) 用 的 一 門(mén) 技 術(shù) 如 今 流 體 傳 動(dòng) 技 術(shù) 水 平 的 高 低 已 成 為 一 個(gè) 國(guó) 家 工 業(yè) 發(fā) 展 水 平 的 標(biāo) 志 液 壓 傳 動(dòng) 的 基 本 原 理 是 在 密 閉 的 容 器 內(nèi) 利 用 有 壓 力 的 油 液 作 為 工 作 介 質(zhì) 來(lái) 實(shí) 現(xiàn) 能 量 轉(zhuǎn) 換 和 傳 遞 動(dòng) 力 的 其 中 的 液 體 稱 為 工 作 介 質(zhì) 一 般 為 礦 物 油 它 的 作 用 和 機(jī) 械 傳 動(dòng) 中 的 皮 帶 鏈 條 和 齒 輪 等 傳 動(dòng) 元 件 相 類(lèi) 似 在 液 壓 傳 動(dòng) 中 液 壓 油 缸 就 是 一 個(gè) 最 簡(jiǎn) 單 而 又 比 較 完 整 的 液 壓 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 分 析 它 的 工 作 過(guò) 程 可 以 清 楚 的 了 解 液 壓 傳 動(dòng) 的 基 本 原 理 1 2 液壓傳動(dòng)在機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用 液 壓 技 術(shù) 從 1863 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 400 多 年 的 歷 史 了 然 而 在 液 壓 上 的 真 正 推 廣 使 用 卻 是 18 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(chē) 船 舶 等 行 業(yè) 中 得 到 了 廣 泛 的 應(yīng) 用 和 發(fā) 展 18 世 紀(jì) 50 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) 液 壓 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(kāi) 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 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) VI 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) 液 壓 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 液 壓 下 至 地 礦 海 洋 開(kāi) 發(fā) 工 程 幾 乎 無(wú) 處 不 見(jiàn) 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 1 3 液壓系統(tǒng)的基本組成 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(guò) 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(guò) 工 作 介 質(zhì) 實(shí) 現(xiàn) 運(yùn) 動(dòng) 和 動(dòng) 力 傳 遞 的 1 4 液壓傳動(dòng)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 VII 2 可在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)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(guò)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 5 液壓傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用 液 壓 技 術(shù) 從 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 多 年 的 歷 史 了 然 而 在 液 壓 上 的 真 正 推 廣 使 用 卻 是 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(chē) 船 舶 等 行 業(yè) 中 得 到 了 廣 泛 的 應(yīng) 用 和 發(fā) 展 世 紀(jì) 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) 液 壓 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(kāi) 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 VIII 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) 液 壓 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 液 壓 下 至 地 礦 海 洋 開(kāi) 發(fā) 工 程 幾 乎 無(wú) 處 不 見(jiàn) 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 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 2 1 液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)介 液 壓 系 統(tǒng) 是 一 種 以 油 液 作 為 工 作 介 質(zhì) 利 用 油 液 的 壓 力 能 并 通 過(guò) 控 制 閥 門(mén) 等 附 件 操 縱 液 壓 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 工 作 的 整 套 裝 置 包 括 動(dòng) 力 元 件 執(zhí) 行 元 件 控 制 元 件 輔 助 元 件 附 件 和 液 壓 油 原 動(dòng) 機(jī) 的 輸 出 特 性 往 往 不 能 和 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 的 要 求 力 速 度 位 移 理 想 匹 配 因 此 就 需 要 某 種 傳 動(dòng) 裝 置 將 原 動(dòng) 機(jī) 的 輸 出 量 進(jìn) 行 適 當(dāng) 變 換 使 其 滿 足 工 作 機(jī) 構(gòu) 的 要 求 液 壓 系 統(tǒng) 就 是 用 液 壓 原 理 來(lái) 實(shí) 現(xiàn) 這 種 變 換 功 能 的 裝 置 2 2 液壓系統(tǒng)控制回路 2 2 1 壓力控制回路 調(diào) 壓 回 路 在 采 用 定 量 泵 的 液 壓 系 統(tǒng) 中 為 控 制 系 統(tǒng) 的 最 大 工 作 壓 力 一 般 都 在 油 泵 的 出 口 附 近 設(shè) 置 溢 流 閥 用 它 來(lái) 調(diào) 節(jié) 系 統(tǒng) 壓 力 并 將 多 余 的 油 液 溢 流 回 油 箱 卸 荷 回 路 在 缸 各 油 缸 不 工 作 時(shí) 油 泵 電 機(jī) 又 不 停 止 工 作 的 情 況 下 為 減 少 油 泵 的 功 率 損 耗 節(jié) 省 動(dòng) 力 降 低 系 統(tǒng) 的 發(fā) 熱 使 油 泵 在 低 負(fù) 荷 下 工 作 所 以 采 用 卸 荷 回 路 此 缸 采 用 二 位 二 通 電 磁 閥 控 制 溢 流 閥 遙 控 口 卸 荷 回 路 IX 減 壓 回 路 為 了 是 缸 的 液 壓 系 統(tǒng) 局 部 壓 力 降 低 或 穩(wěn) 定 在 要 求 減 壓 的 支 路 前 串 聯(lián) 一 個(gè) 減 壓 閥 以 獲 得 比 系 統(tǒng) 壓 力 更 低 的 壓 力 平 衡 與 鎖 緊 回 路 在 機(jī) 械 液 壓 系 統(tǒng) 中 為 防 止 垂 直 機(jī) 構(gòu) 因 自 重 而 任 意 下 降 可 采 用 平 衡 回 路 將 垂 直 機(jī) 構(gòu) 的 自 重 給 以 平 衡 為 了 使 缸 手 臂 在 移 動(dòng) 過(guò) 程 中 停 止 在 任 意 位 置 上 并 防 止 因 外 力 作 用 而 發(fā) 生 位 移 可 采 用 鎖 緊 回 路 即 將 油 缸 的 回 油 路 關(guān) 閉 使 活 塞 停 止 運(yùn) 動(dòng) 并 鎖 緊 本 缸 采 用 單 向 順 序 閥 做 平 衡 閥 實(shí) 現(xiàn) 任 意 位 置 鎖 緊 的 回 路 油 泵 出 口 處 接 單 向 閥 在 油 泵 出 口 處 接 單 向 閥 其 作 用 有 二 第 一 是 保 護(hù) 油 泵 液 壓 系 統(tǒng) 工 作 時(shí) 油 泵 向 系 統(tǒng) 供 應(yīng) 高 壓 油 液 以 驅(qū) 動(dòng) 油 缸 運(yùn) 動(dòng) 而 做 功 當(dāng) 一 旦 電 機(jī) 停 止 轉(zhuǎn) 動(dòng) 油 泵 不 再 向 外 供 油 系 統(tǒng) 中 原 有 的 高 壓 油 液 具 有 一 定 能 量 將 迫 使 油 泵 反 方 向 轉(zhuǎn) 動(dòng) 結(jié) 果 產(chǎn) 生 噪 音 加 速 油 泵 的 磨 損 在 油 泵 出 油 口 處 加 設(shè) 單 向 閥 后 隔 斷 系 統(tǒng) 中 高 壓 油 液 和 油 泵 時(shí) 間 的 聯(lián) 系 從 而 起 到 保 護(hù) 油 缸 的 作 用 第 二 是 防 止 空 氣 混 入 系 統(tǒng) 在 停 機(jī) 時(shí) 單 向 閥 把 系 統(tǒng) 能 夠 和 油 泵 隔 斷 防 止 系 統(tǒng) 的 油 液 通 過(guò) 油 泵 流 回 油 箱 避 免 空 氣 混 入 以 保 證 啟 動(dòng) 時(shí) 的 平 穩(wěn) 性 2 2 2 速度控制回路 液 壓 缸 各 種 運(yùn) 動(dòng) 速 度 的 控 制 主 要 是 改 變 進(jìn) 入 油 缸 的 流 量 Q 其 控 制 方 法 有 兩 類(lèi) 一 類(lèi) 是 采 用 定 量 泵 即 利 用 調(diào) 節(jié) 節(jié) 流 閥 的 通 流 截 面 來(lái) 改 變 進(jìn) 入 油 缸 或 油 馬 達(dá) 的 流 量 另 一 類(lèi) 是 采 用 變 量 泵 改 變 油 泵 的 供 油 量 本 缸 采 用 定 量 油 泵 節(jié) 流 調(diào) 速 回 路 根 據(jù) 各 油 泵 的 運(yùn) 動(dòng) 速 度 要 求 可 分 別 采 用 LI 型 單 向 節(jié) 流 閥 LCI 型 單 向 節(jié) 流 閥 或 QI 型 單 向 調(diào) 速 閥 等 進(jìn) 行 調(diào) 節(jié) 節(jié) 流 調(diào) 速 閥 的 優(yōu) 點(diǎn) 是 簡(jiǎn) 單 可 靠 調(diào) 速 范 圍 較 大 價(jià) 格 便 宜 其 缺 點(diǎn) 是 有 壓 力 和 流 量 損 耗 在 低 速 負(fù) 荷 傳 動(dòng) 時(shí) 效 率 低 發(fā) 熱 大 采 用 節(jié) 流 閥 進(jìn) 行 節(jié) 流 調(diào) 速 時(shí) 負(fù) 荷 的 變 化 會(huì) 引 起 油 缸 速 度 的 變 化 使 速 度 穩(wěn) 定 性 差 其 原 因 是 負(fù) 荷 變 化 會(huì) 引 起 油 缸 速 度 的 變 化 使 速 度 穩(wěn) 定 性 差 其 原 因 是 負(fù) 荷 變 化 會(huì) 引 起 節(jié) 流 閥 進(jìn) 出 油 口 的 壓 差 變 化 因 而 使 通 過(guò) 節(jié) 流 閥 的 流 量 以 至 油 缸 的 速 度 變 化 調(diào) 速 閥 能 夠 隨 負(fù) 荷 的 變 化 而 自 動(dòng) 調(diào) 整 和 穩(wěn) 定 所 通 過(guò) 的 流 量 使 油 缸 的 運(yùn) 動(dòng) 速 度 不受負(fù)荷變化的影響 對(duì)速度的平穩(wěn)性要求高的場(chǎng)合 宜用調(diào)速閥實(shí)現(xiàn)節(jié)流調(diào) X 速 2 2 3 方向控制回路 在缸液壓系統(tǒng)中 為控制各油缸 馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)方向和接通或關(guān)閉油路 通常采 用二位二通 二位三通 二位四通電磁閥和電液動(dòng)滑閥 由電控系統(tǒng)發(fā)出電信號(hào) 控制電磁鐵操縱閥芯換向 使油缸及油馬達(dá)的油路換向 實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)和正反 向轉(zhuǎn)動(dòng) 目前在液壓系統(tǒng)中使用的電磁閥 按其電源的不同 可分為交流電磁閥 D 型 和直流電磁閥 E 型 兩種 交流電磁閥的使用電壓一般為 220V 也有 380V 或 36V 直流電磁閥的使用電壓一般為 24V 或 110V 這里采用交流電磁閥 交 流電磁閥起動(dòng)性能好 換向時(shí)間短 接線簡(jiǎn)單 價(jià)廉 但是如吸不上時(shí)容易燒壞 可靠性差 換向時(shí)有沖擊 允許換向頻率底 壽命較短 2 3 液壓元件選擇 一 液壓缸 液壓缸在整個(gè)工作循環(huán)中的最大工作壓力為1 62MPa 如果取進(jìn)油路上的壓力 損失為0 8MPa 為使壓力繼電器能可靠工作 取其調(diào)整壓力高出系統(tǒng)最高工作壓力 0 5MPa 則小流量液壓泵的最大工作壓力為 MPa92 5 0862 1p 大流量液壓泵在快進(jìn) 快速運(yùn)動(dòng)時(shí)才向液壓缸輸油 如果取進(jìn)油路上的壓力損失為 0 5MPa 則大流量閥的最高工作壓力為 aP25 01p2 則由工況圖可知 最大流量為17 64L min 因系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單 所以取泄露系數(shù)為 05 1Ki 則兩個(gè)液壓泵的實(shí)際流量為 min 52 1864 7 qLp 由于溢流閥的最小穩(wěn)定溢流量為3L min 而工進(jìn)時(shí)輸入液壓缸的流量為 0 5L min 由小流量液壓泵單獨(dú)供油 所以小液壓泵的流量規(guī)格最少應(yīng)為 3 5L min 根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本 最后確定選取PV2R12 6 26型雙連葉 XI 片液壓泵 其小液壓泵和大液壓泵的排量分別為6ml r和26ml r 當(dāng)液壓泵的轉(zhuǎn)速 時(shí)該液壓泵的理論流量為20 08L min 若取液壓泵的容積效率min 940nrp 由于液壓缸在工進(jìn)時(shí)輸入功率最大 這是液壓泵工作壓力為2MPa 流量為 hv 27 1L min 按圖標(biāo)去液壓泵的總效率為 則液壓泵驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)所需的功率為 75 0hp KWhpq2 175 06P 根據(jù)此數(shù)值查閱電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品樣本選取Y100L 6型電動(dòng)機(jī) 其額定功率為 額定轉(zhuǎn)速 kWn5 1p min 940nrp 圖3 11 活塞桿 缸體 活塞和活塞桿的材料 1 缸體 機(jī)床 多數(shù)采用高強(qiáng)度鑄鐵 HT200 當(dāng)壓力超過(guò)8MPa時(shí) 采用無(wú)縫鋼管 工程機(jī)械 多數(shù)采用35鋼和45鋼無(wú)縫鋼管 壓力高時(shí) 可采用27SiMn無(wú)縫鋼管 或45鋼鍛造 2 活塞 整體式活塞 多數(shù)采用35鋼和45鋼 裝配式活塞 常采用灰鑄鐵 耐磨鑄鐵 鋁合金等 特殊需要的可在鋼活塞坯 外面裝上青銅 黃銅和尼龍耐磨套 3 活塞桿 一般采用35鋼和45鋼 當(dāng)液壓缸的沖擊振動(dòng)很大時(shí) 可使用55鋼或40Cr等合金材 料 XII 二 閥類(lèi)原件及輔助原件 1 單向閥 單向閥分成兩類(lèi) 有普通單向閥和液控單向閥 普通單向閥只允許液流向一個(gè) 方向通過(guò) 液控單向閥既有普通單向閥的功能 并且只要在遠(yuǎn)程控制口通以一定壓 力的控制油液 液流反向也能通過(guò) 在工程應(yīng)用中常用兩個(gè)液控單向閥組成液壓鎖 圖 2 11 單向閥 液控單向閥可作為單向閉鎖和保壓使用 它用于液壓系統(tǒng)中 阻止油液反向流動(dòng) 起到普通單向閥作用 但可利用控制壓力油 通過(guò)控制活塞打開(kāi)單向閥芯 使油液 實(shí)現(xiàn)反向流動(dòng) 液控單向閥可用在需要嚴(yán)格封閉的油路中 進(jìn)行單向閉鎖 起到保 壓作用 對(duì)單向閥的要求 1 對(duì)于正向開(kāi)啟壓力為 0 04Mpa 的液控單向閥 使用時(shí)不允許閥芯錐面垂直向上方 安裝 2 管接頭連接處 禁止用油漆 麻絲 聚四氟乙烯密封帶 可用密封膠 3 對(duì)于外泄式結(jié)構(gòu)的液控單向閥 控制活塞部分的泄漏油應(yīng)從 L 口單獨(dú)接回油箱 XIII 2 溢流閥 圖示為球閥式直動(dòng)型溢流閥 它也有一個(gè)阻尼活塞 但與錐閥式結(jié)構(gòu)不同活塞 與球閥之間不是剛性連接 而是通過(guò)阻尼彈簧使活塞與球閥接觸 活塞兩端的液壓 力平衡 由于活塞的阻尼作用 可使始終與活塞相連接的球閥運(yùn)動(dòng)平穩(wěn) 當(dāng)壓力油自進(jìn)油口經(jīng)環(huán)形槽進(jìn)入油腔時(shí) 同時(shí)液壓油經(jīng)油道進(jìn)入閥芯右面腔 當(dāng)油 口處壓力升高到作用在閥芯右側(cè)的力超過(guò)彈簧力的時(shí)候 閥芯左移 閥口處于某一 開(kāi)度 油腔和回油環(huán)形槽接通 油液從回油口排出 這時(shí)壓力油作用在閥心上的力 就和開(kāi)度下作用在閥芯上的彈簧力保持平衡 P A Fs k x0 x 由于閥芯位移量 x 遠(yuǎn)小于 x0 所以 P A Fs k x0 x kx0 P F A k x0 x A kx0 A 常數(shù) 即壓力也就基本穩(wěn)定在 kx0 數(shù)值上 圖3 13 溢流閥 XIV 3 三位四通換向閥 由閥體和閥芯組成 閥體圓孔內(nèi)有5條環(huán)形槽 分別對(duì)應(yīng)P A B T1四個(gè)油口 閥芯上有三個(gè)凸臺(tái) 圖3 14 三位四通換向閥 4 液壓壓泵 當(dāng)齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí) 在 A 腔 由于輪齒脫開(kāi)使容積逐漸增大 形成真空從油箱吸 油 隨著齒輪的旋轉(zhuǎn)充滿在齒槽內(nèi)的油被帶到 B 腔 在 B 腔 由于輪齒嚙合 容 積逐漸減小 把液壓油排出 利用齒和泵殼形成的封閉容積的變化 完成泵的功能 不需要配流裝置 不 能變量結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單 價(jià)格低 徑向載荷大 XV 圖3 15 液壓泵 三 油管 各原件間連接軌道的規(guī)格按液壓原件接口處的尺寸決定 液壓缸進(jìn) 出油管則按 輸入 排出的最大流量計(jì)算 由于液壓泵選定之后液壓缸在各個(gè)工作階段的進(jìn) 出流量已與原定數(shù)值不同 所以需要重新計(jì)算 按照經(jīng)驗(yàn)值推薦去油液在壓油管的流速v 3m s 則算得與液壓缸無(wú)桿腔及有 桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為 mpvq04 1352 2d6 pvq85 103 72d6 這兩根油管都選用內(nèi)徑 外徑 mm的冷拔無(wú)縫鋼管 mff 四 油箱 油箱容積按公式估計(jì) 取其經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) 故其容積為7z 按GB T7938 1999規(guī)定 其標(biāo)準(zhǔn)值為V 250L 72 189 7pVqLz XVI 2 4 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行元件 2 4 1 執(zhí)行元件的載荷計(jì)算及變化規(guī)律 執(zhí)行元件的載荷即為液壓缸的總阻力 油缸要運(yùn)動(dòng)必須克服其阻力才能運(yùn)行 因此在次計(jì)算油缸的總阻力即可 油缸的總阻力包括 阻礙工作運(yùn)動(dòng)的切削力 切F 運(yùn)動(dòng)部件之間的摩擦阻力 密封裝置的摩擦阻力 起動(dòng)制動(dòng)或換向過(guò)程中的磨F密F 慣性力 回油腔因被壓作用而產(chǎn)生的阻力 即液壓缸的總阻力也就是它的最慣F背 大牽引力 背慣密磨切 FF 切 1 切削力 根據(jù)其概念 阻礙工作運(yùn)動(dòng)的力 在本設(shè)計(jì)中即為額定負(fù)載的重 力和支架以及上頂板的重力 其計(jì)算式為 上 頂 板支 架額 載切 2 摩擦力 各運(yùn)動(dòng)部件之間的相互摩擦力由于運(yùn)動(dòng)部件之間為無(wú)潤(rùn)滑的鋼 鋼之間的接觸摩擦 取 0 15 其具體計(jì)算式為 額 載磨 GgmF 432 3 密封裝置的密封阻力 根據(jù)密封裝置的不同 分別采用下式計(jì)算 XVII O 形密封圈 其中 F 為液壓缸的推力F03 密 Y 形密封圈 dhfp 密 f 表示摩擦系數(shù) 取 f0 1 p 表示密封處的工作壓力 單位 Pa d 表示密封處的直徑 單位 m 表示密封圈有效高度 單位 m 1h 密封摩擦力也可以采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算 一般取 F1 0 5 密 4 運(yùn)動(dòng)部件的慣性力 其計(jì)算式為 t vFtGF gma切慣 式中 G 表示運(yùn)動(dòng)部件的總重力 單位 N g 表示重力加速度 單位 2m s 表示啟動(dòng)或制動(dòng)時(shí)的速度變量 單位 m s v 表示起動(dòng)制動(dòng)所需要的時(shí)間 單位 st 對(duì)于行走機(jī)械 本設(shè)計(jì)中取值為 2 4 0s 5 背壓力 背壓力在此次計(jì)算中忽略 而將其計(jì)入液壓系統(tǒng)的效率之中 由上述說(shuō)明可以計(jì)算出液壓缸的總阻力為 切切額 載額 載慣密磨切 FtvGGgFF 05 gmm3214321 204 8 316 120 188 2500 x9 8 0 15 204 8 316 120 x 9 8 204 8 316 120 188 2500 x0 4 204 8 316 120 188 2500 9 8 0 05 40KN 液壓缸的總負(fù)載為 40KN 該系統(tǒng)中共有 2 個(gè)液壓缸個(gè)液壓缸 故每個(gè)液壓缸 需要克服的阻力為 20KN 該升降臺(tái)的額定載荷為 100Kg 其負(fù)載變化范圍為 0 100Kg 在工作過(guò)程中 無(wú)沖擊負(fù)載的作用 負(fù)載在工作過(guò)程中無(wú)變化 也就是該升降臺(tái)受恒定負(fù)載的作用 2 4 2 液壓缸的類(lèi)型及結(jié)構(gòu)形式 XVIII 液壓缸有多種類(lèi)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(lèi) 其中 單作用液壓缸分為 單活塞桿液壓缸 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 單葉片式和雙葉片式兩種 下面以一種典型液壓缸為例 說(shuō)明液壓缸的 基本組成 雙作用單活塞桿液壓缸如上圖所示 它由缸筒 10 活塞 11 活塞桿 18 缸蓋 9 密封圈 7 14 導(dǎo)向套 9 耳環(huán) 1 彈簧擋圈 4 17 等主要零件組成 這種液壓 缸缸筒固定 活塞桿帶動(dòng)工作臺(tái)作往復(fù)運(yùn)動(dòng) 活塞用錐銷(xiāo) 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卡套 6 15 用于阻止壓 板 11 20 向外移動(dòng) 從而通過(guò)螺栓將缸蓋 9 與壓板相連 圖中沒(méi)有畫(huà)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 B 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 B 的開(kāi)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(méi)有畫(huà)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(lèi)型和特點(diǎn) 類(lèi)型 速度 作用力 特點(diǎn) XIX 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 單 作 用 液 壓 缸 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 F1 F2 雙 作 用 液 壓 缸 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 彈簧復(fù)位液壓 缸 單向由液壓驅(qū)動(dòng) 回 程彈簧復(fù)位 XX 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 液 壓 缸 齒條液壓缸 活塞的移動(dòng)通過(guò)傳動(dòng) 機(jī)構(gòu)變成齒輪的往復(fù) 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 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 擺 動(dòng) 液 壓 缸 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 4 3 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 2 4 3 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 p20MPa 時(shí) 使用鑄鋼或鍛鋼 以下是幾種常見(jiàn)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(kāi)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 XXI 量較輕 常用于無(wú)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(wú)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(jiàn) 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(yáng)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(guò)衍磨和外圓已加工的高精度冷 拔無(wú)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 4 3 2 活塞組件 XXII 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 號(hào)鋼或 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(wú)論是空心的還是實(shí)心的其材料常采用 號(hào)鋼或 號(hào)鋼等材料 當(dāng)沖擊振動(dòng)很大時(shí) 也可采用 號(hào)鋼或 Cr 鋼 圖 2 22 所示為幾種常見(jiàn)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(wú) 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(chē)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(kāi)有一個(gè)環(huán)形槽 槽內(nèi)裝有兩個(gè)半圓環(huán) 3 以?shī)A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(lái)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(xiāo)式連接結(jié)構(gòu) 用錐銷(xiāo) 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 XXIII 圖 2 22 常見(jiàn)的活塞組件結(jié)構(gòu)形式 2 4 3 3 密封裝置 密封裝置主要用來(lái)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(lái)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(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng) 可把密封圈分為動(dòng)密封和靜密封兩類(lèi) 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 型密封圈 Y 型密封圈 V 型密封圈等密封方式來(lái)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(jiàn)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(lái)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(guò)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(wú)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 XXIV 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(lái)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(lái)說(shuō) 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 2 4 3 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(guò)間隙 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(kāi) 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(lái)越小 解決了在行程最后 階段緩沖作用過(guò)弱的問(wèn)題 XXV 圖 2 24 液壓缸的緩沖裝置 1 節(jié)流閥 2 4 3 5 排氣裝置 液壓缸在安裝過(guò)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(mén)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(mén)的放氣閥 XXVI 圖 2 25 放氣裝置 1 缸蓋 2 放氣小孔 3 缸體 4 活塞桿 第 3 章 DG 型 液 壓 缸 的 設(shè) 計(jì) 3 1 液壓缸的說(shuō)明 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(chē)輛等 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 XXVII 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 活塞桿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(lái) 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 7 推薦活塞桿直徑 d 0 5 0 55 D 0 6 0 7 D 0 7D 強(qiáng)度校核的項(xiàng)目包括缸筒壁厚 活塞桿直徑 d 和缸蓋固定螺栓的直徑 ds 當(dāng) D 10 時(shí)為薄壁 按下式校核 式中 D 缸筒內(nèi)徑 缸筒材料的許用應(yīng)力 b n b 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) p y 1 5pn p n 16Mpa 時(shí) p y 1 25pn 當(dāng) D 10 時(shí)為厚壁 按下式校核 2 活塞桿直徑 d 式中 F 活塞桿上的作用力 活塞桿材料的許用應(yīng)力 b 1 4 3 缸蓋固定螺栓直徑 ds 式中 F 活塞桿上的作用力 k 螺紋擰緊定螺栓個(gè)數(shù) 螺栓材料的許用應(yīng)力 s 1 22 2 5 s 為材料的屈服點(diǎn) XXVIII 活塞桿材料的許用應(yīng)力 b 1 4 3 2 1 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(wèn)題 即 壓縮力 F 超過(guò)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) 安裝長(zhǎng)度 rk 活塞桿截面最小回轉(zhuǎn)半徑 1 柔性系數(shù) 2 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 f 由材料強(qiáng)度決定 的試驗(yàn)值 系數(shù) 3 2 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(yè)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(wú)縫鋼管 結(jié)合本公司生產(chǎn)車(chē)間的實(shí)際加工水平 在選購(gòu)缸筒原材 料時(shí) 一般都是直接從鋼材廠訂購(gòu)經(jīng)過(guò)冷拔后的 20 號(hào)鋼的缸筒毛坯件 即 內(nèi)圓已 經(jīng)過(guò)衍磨 外圓已加工的高精度冷拔無(wú)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(yè)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(yè)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(lái)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 XXIX 3 3 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 XXX 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 XXXI 5 中部法蘭 連接 6 底部法蘭 連接 第 四 章 負(fù) 載 圖 和 速 度 圖 取液壓缸的機(jī)械效率 0 9 計(jì)算液壓缸各工作階段的負(fù)載情況 啟動(dòng) F Ffj 880N F F 1160 0 9 N 1289 N 加速 F F fd Fg 580 493 20 1073 20 N F F 1073 20 0 9 1193 N 快進(jìn) F F fd 290 N F F 580 0 9 645 N 工進(jìn) F F fd Fw 580 3183 3763 N F F 3763 0 9 4182 N 快退 F F fd 290N F F 580 0 9 645 N 液壓缸各階段負(fù)載情況 階段 負(fù)載計(jì)算公式 液壓缸負(fù)載 F N 液壓缸推力 F N 啟動(dòng) F Ffj 1160 1289 XXXII 加速 F Ffd Fg 1073 20 1193 快進(jìn) F Ffd 580 645 工進(jìn) F Ffd Fw 3763 4182 快退 F Ffd 580 1193 根據(jù)工況負(fù)載 F 及行程 S 繪制負(fù)載圖 根據(jù)工進(jìn)速度 V1 快進(jìn)速度 V2 確定下圖 XXXIII 總 結(jié) 經(jīng)過(guò)幾個(gè)星期的學(xué)習(xí)和努力 我終于完成了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù) 在此期間我查 找各方面的書(shū)籍并上網(wǎng)搜索資料 鍛煉了自己和獨(dú)立解決問(wèn)題的能力 在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)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(lái)源于圖書(shū)館和累積下來(lái)的手 稿 來(lái)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(lái) 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 XXXIV 參考文獻(xiàn) 1 鄧星鐘 機(jī)電傳動(dòng)控制 M 華中科技大學(xué)出版社 2002 2 孫志禮 冷興聚 魏延剛等 機(jī)械設(shè)計(jì) M 東北大學(xué)出版社 2003 3 徐灝 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) M 第 5 卷 機(jī)械液壓出版社 1992 4 吳宗澤 機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè) M 機(jī)械液壓出版社 2002 5 成大先 機(jī)械設(shè)計(jì)圖冊(cè) M 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