液壓缸課程設計說明書

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1、課程設計說明書 目錄 課程設計的目的 1 課程設計內容及所給參數(shù) 1 液壓缸主要尺寸的確定 2 液壓缸的密封設計 6 支承導向的設計 7 防塵圈的設計 8 液壓缸材料的選用 9 14 課程設計小結 13 參考文獻 說明書 一、 課程設計的目的 現(xiàn)代機械一般多為機械、電氣、液壓三者緊密相連結合的一個綜合體。液壓傳 動與機械傳動、電氣傳動并列為三大傳統(tǒng)形式。液壓傳動系統(tǒng)的設計在現(xiàn)代機 械的設計工作中占有重要的地位。因此，《液壓傳動》課程是工科機械類各專業(yè) 都開設的一門重要課程。它既是一門理論課，也與生產(chǎn)實際有著密切的聯(lián)系。 為了學好這樣一門重要課

2、程，除了在教學中系統(tǒng)講授以外，還應該設置課程設 計教學環(huán)節(jié)，使學生理論聯(lián)系實際，掌握液壓傳動系統(tǒng)設計的技能與方法。 課程設計的目的主要有以下幾點： 1、綜合運用液壓傳動課程及其他有關先修課程的理論知識和生產(chǎn)實習知識， 進行液壓傳動設計實踐，使理論知識和生產(chǎn)實踐緊密結合起來，從而使這些知 識得到進一步地鞏固，加深、提高和擴展。 2、在設計實踐中學習和掌握通用液壓元件，尤其是各類標準元件的選用原則 和回路的組合方式，培養(yǎng)設計技能，提高學生分析和嫁接生產(chǎn)實際問題的能力， 為今后的設計工作打下良好的基礎。 3、通過設計，學生應在計算、繪圖、運用和熟悉設計資料(包括設計手冊， 產(chǎn)品樣本，標準和規(guī)

3、范等)以及進行估算方面得到實際訓練。 二、課程設計內容及所給參數(shù) 1、設計內容 (1)液壓缸內徑D,活塞桿直徑d的確定及繪制液壓缸總圖； (2)液壓泵及匹配的電動機選擇； (3)液壓元件的選擇； (4)按規(guī)定機械動作要求，設計液壓傳動系統(tǒng)原理圖，設計電氣控制系統(tǒng)； i (5)液壓傳動裝置的安裝及電氣控制系統(tǒng)的連接； (6)調試。 2、設計參數(shù) 液壓缸系統(tǒng)供油P=6.3Mpa; 液壓缸最大推力Fmax=5KN; 缸的最大行程L=100mm; 三、 液壓缸主要尺寸的確定 1、液壓缸工作壓力的確定 液壓缸的工作壓力主要根據(jù)液壓設備的類型來確定，對于不通用途的液壓

4、 設備，由于工作條件不同，通常采用的壓力范圍也不同。根據(jù)負載 F=5KN,查附 表7可知液壓缸的工作壓力為 1.5~2Mpa,由附表1確定液壓缸的工作壓力 P=2.5Mpa。 2、液壓缸缸筒內徑D的計算 根據(jù)已知條件，工作最大負載 F=1500N,工作壓力P=1.6MPa可得 液壓缸內徑D和活塞桿直徑d的確定： D 二 4 1500 二 1.6 106 已知：F=1500N, P=1.6MPq =39.5mm d =0.75D =0.75 39.5mm = 29.625mm 查表得：D=40mm, d=32mm 2 則a" 4 - 2 3.14 40 4 2

5、 =1256mm 故必須進行最小穩(wěn)定速度的驗算，要保證液壓缸工作面積 A必須大于保證最小 穩(wěn)定速度的最小有效面積Amin 又: Amin qmin 2L min min 0.8 m/min 2 106 mm3 / min 0.8 103 mm/min 2 =2500mm 式中：q 一流量閥的最小穩(wěn)定流量，由設計要求給出 qmin Vmin一液壓缸的最小速度，由設計要求給出。 故查表取D=63mm 當 D=63mm的時 A = ^D— = 3.14 父 63 = 3115.7mm 100 ,保證了 A>Amin 4 4 3、液壓缸活塞桿直徑d的

6、確定 由已知條件可查表23.6— 33 (GB/T2348-1993),取 d=45mm。 14 查表知，45鋼的屈服強度。s = 355MPa 4 1200 工 二 3552 10 按強度條件校核: 3 二3 10 所以符合要求 4、液壓缸壁厚的計算 液壓缸的壁厚由液壓缸的強度條件來計算。液壓缸的壁厚一般指缸筒結構中 最薄處的厚度。從材料力學可知，承受內壓力的圓筒，其內應力分布材料規(guī)律 因壁厚的不同而各異。一般計算時可分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。 本設計按照薄壁圓筒設計，具壁厚按薄壁圓筒公式計算為: P、,D 、 一一 一一 5>-y-(該設計米用無

7、縫鋼管) 2［二］ Py =(1.25~1.5)Pp,取 Py =1.5Pp py=1.5 1.6=2.4MPa [ 。]=100 ?110MPa (無縫鋼管)，取[o]=100MPa 2.1 63 =0.66 mm 由計算的公式所得的液壓缸的壁厚厚度很小，使缸體的剛度不夠，如在切削加 工過程中的變形，安裝變形等引起液壓缸工作過程中卡死或漏油。所以用經(jīng)驗 法選取壁厚：8 =8mm 5、缸體外徑尺寸的計算 缸體外徑 Di _ D 2、=63 2 0.63 =64.26mm 查機械手冊表：外徑Di取76mm 6、液壓缸工作行程的確定 由于在液壓缸工作時要完成如下動作 快進

8、150 I M工 進50 一工 進50 I快 退 1 M 1 < 1 即可根據(jù)執(zhí)行機構實際工作的最大長度確定。由上述動作可知工作行程為 250mm。 7、缸蓋厚度的確定 一般液壓缸多為平底缸蓋，其有效厚度 按強度要求可用下式進行近似計 算： P t - 0.433D - 0.433 63 . 3.7常.5 = 5.28 ~ 5.78mm .［二］ .100 式中：D一缸蓋止口內徑（mm） T一缸蓋有效厚度（mm） T>4.74mm 8、最小導向長度的確定 當活塞桿全部外伸時，從活塞支承面中點到缸蓋滑動支承面中點距離為 H, 稱為最小導向長度。如果導向長度過小

9、，將使液壓缸的初始撓度增大，影響液 壓缸的穩(wěn)定性，因此在設計時必須保證有一定的最小導向長度 對一般的液壓缸，最小導向長度 H應滿足： H，工 250 63mm = 44mm 20 2 20 2 式中：L一液壓缸的最大行程(mm) D—液壓缸內徑(mm) 取 H=65mm 9、活塞寬度B的確定 活塞的寬度B一般取B= (0.6-1.0) D 即 B= (0.6-1.0) X 63= (37.8-63) mm 取 B=60mm 10、缸體長度的確定 液壓缸缸體內部的長度應等于活塞的行程與活塞寬度的和。缸體外部尺寸 還要考慮到兩端端蓋的厚度，一般液壓缸缸體的長度不應大于缸體

10、內徑 D的 20-30 倍。 即：缸體內部長度250+55=305mm 缸體長度w ( 20-30) D= (1260-1890) mm 即取缸體長度為510mm 11、液壓缸進、出油口尺寸的確定 液壓缸的進、出油口可布置在端蓋或缸筒上，進、出油口處的流速不大于 5m/s,油口的連接形式為螺紋連接或法蘭連接。 根據(jù)液壓缸螺紋連接的油口尺寸系列(摘自 GB/T2878-93)及16MPa小型 系列單桿 自(GB/T2878-93 )及16MPa小型系列的單桿液壓缸油口安裝尺寸 (ISO8138-1986)確定。 進出油口的尺寸為M16x1.5。連接方式為螺紋連接。 四：液

11、壓缸的密封設計 液壓缸要求低摩擦，無外漏，無爬行，無滯澀，高響應，長壽命，要滿足 伺服系統(tǒng)靜態(tài)精度，動態(tài)品質的要求，所以它的密封與支承導向的設計極為重 要，不能簡單的延用普通液壓缸的密封和支承導向。因此設計密封時應考慮的 因素： ① 用于微速運動(3-5mm/s)的場合時，不得有爬行，粘著滯澀現(xiàn)象。 ② 工作在高頻振動的場合的，密封摩擦力應該很小且為恒值。要低摩擦， 長壽命。 ③工作在食品加工、制藥及易燃環(huán)境的伺服液壓缸，對密封要求尤為突出, 不得有任何的外滲漏，否則會直接威脅人體健康和安全。 ④ 工作在諸如冶金、電力等工業(yè)部門的，更換密封要停產(chǎn)，會造成重大經(jīng) 濟損失，所以要求密封

12、長壽命，伺服液壓缸要耐磨。 ⑤ 對于高速輸出的伺服液壓缸，要確保局部過熱不會引起密封失效，密封 件要耐高溫，要有良好的耐磨性。 ⑥ 工作在高溫、熱輻射場合的伺服液壓缸，具密封件的材料要有長期耐高 溫的特性。 ⑦ 工作介質為磷酸酯或抗燃油的，不能用礦物油的密封風材料，要考慮他 們的相容性。 ⑧ 伺服液壓缸的密封設計不能單獨進行，要和支承導向設計統(tǒng)一進行統(tǒng)籌 安排。 (1)靜密封的設計 靜密封的設計要確保固定密封處在正常工作壓力的 1.5倍工作壓力下均無 外泄露。 靜密封通常選用。形橡膠密封圈。 根據(jù)GB3452.1-92標準，查通用O形密封圈系列（代號 G）的內徑、截面 及公差

13、。 由液壓缸裝配草圖確定： 選用 63X3.55 G GB3452.1 一個 36X2.65 G GB3452.1 一個 （2）動密封的設計 動密封的設計直接關系著伺服液壓缸性能的優(yōu)劣，其設計必須結合支承導 向的設計統(tǒng)籌進行。 活塞與缸筒之間用Y型密封圈。 根據(jù)《液壓傳動與控制手冊》表 13-23,查彳#用226編號的O型密封圈，其 尺寸為 50.39X 3.53. 活塞桿與端蓋之間用 Y型密封圈，它使雙作用元件具有良好的性能，抗擠壓 性好，尺寸穩(wěn)定，摩擦力小,耐磨、耐腐蝕性強. 五、支承導向的設計 伺服液壓缸的支承導向裝置就是為了防止活塞與缸筒、活塞活塞桿與端蓋 之間的

14、直接接觸，相互摩擦，產(chǎn)生磨損，從而達到降低摩擦，減少磨損，延長壽命，起 到導向和支承側向力的作用. 導向環(huán)的特點： 1）避免了金屬之間的接觸； 2）具有高的徑向交荷承觸力； 3）能補償邊界力； 4）具有強耐磨性和高壽命； 5）摩擦力小； 6）能抑制機械振動； 7）有良好的防塵效果，不允許外界異物嵌入； 8）保護密封件不受過分擠壓； 9）導向時即使無潤滑也沒有液動力方面的問題； 10）結構簡單，安裝方便； 11）維修費用小. 導向環(huán)的作用：導向環(huán)安裝在活塞外圈的溝梢內或活塞桿導向套內圓的溝梢 內，以保證活塞與缸筒或活塞桿與其導向套的同軸度 ，并用以承受活塞或活塞桿

15、的側向力用來對活塞桿導向. 根據(jù) ＜新編液壓工程手冊（下冊）＞表24.7-13查得選用GST5908-0630的導向環(huán). 導向套的選用為其導向長度 A=（0.6-1.0）D=（37.8-63）mm, 取 A=40mm 六：防塵圈的設計 為防止落入活塞桿的塵埃，隨著活塞桿的伸縮運動被帶進端蓋和缸筒內， 從而使密封件和支承導向環(huán)受到損失和過早的磨損，所以，伺服液壓缸還設計 安裝防塵圈。 防塵圈的選擇原則： 不給伺服液壓缸增加摩擦； 不產(chǎn)生爬行； 不粘著滯澀； 不磨損活塞桿。 防塵圈的選擇不當，會引起摩擦力的增加，將保護活塞桿表面起潤滑作用 的粘附性油膜層刮下來，造成粘附性滲漏

16、，這種滲漏在原理上是允許的。 防塵圈的作用：以防止活塞桿內縮時把雜質、灰塵及水分帶到密封裝置區(qū)，損 傷密封裝置。 綜上所述，經(jīng)查表13-28 (《液壓傳動與控制手冊》)，選用丁型無骨架防塵 圈，尺寸為45mm 七：液壓缸材料的選用 1、 缸筒 缸筒材料：常用20、35和45號鋼的無縫鋼管。由于缸筒要與法蘭焊接在 一起，故選用45號鋼的無縫鋼管。 缸筒和缸蓋的連接方式：法蘭連接；特點是結構較簡單、易加工、易裝卸， 使用廣泛，外形尺寸大，重量大。缸蓋的材料為 HT200,液壓缸內圓柱表面粗 糙度為 Ra0.2-0.4umo (1)內徑用H8的配合； (2)內徑圓度、圓柱度不大于直

17、徑公差之半； (3)內表面母線直線度在45.0mm長度上，不大于0.03mm; (4)缸體端面對軸線的垂直度在直徑上每 100mm上不大于0.04mm; (5)缸體和端蓋采用螺紋連接，用內六角螺栓。 2、 活塞 活塞的結構形式應根據(jù)密封裝置的形式來選擇，密封形式根據(jù)工件條件而 3、 活塞桿 (1)活塞桿的外端結構 活塞桿外端與負重連接，其結構形式根據(jù)工作要求而定。 (2)活塞桿的內端結構 活塞桿的內端與活塞連接。所有形式均需有鎖緊措施，以防止工作時由于 往復運動而松開?；钊麠U與活塞之間還需安裝密封，采用緩沖套的螺紋連接。 4、 活塞桿導向套 活塞桿導向套裝在液壓缸的有桿

18、腔一側的端蓋內，用來對活塞桿導向，其 內側裝有密封裝置，保證缸筒有桿腔的密封性。外側裝有防塵圈，防止活塞桿 內縮時把雜質、灰塵和水分帶進密封裝置區(qū)，損傷密封裝置。 5、 緩沖裝置 當工作機構質量較大，運動速度較高時，液壓缸有較大的動量。為了減少 液壓缸在行程終端由于大的動量造成的液壓沖擊和噪音，必須采用緩沖裝置。 當停止位置不要求十分準確時，可在回路中設置減速閥和制動閥，也可以在缸 的末端設置緩沖裝置。 八：液壓泵的選擇 差動進給： F 叩打 1500 0.3 106 0.0014 0.0016 = 1.2MPa Pb =Pj P =1.2 0.3 =1.5MPa

19、 q= A1 -A2 =5 0.0016 = 0.008m3 0.00013m3 P = pj*q=1 10 0.00013 =0.13KW 工進1： 0.003 _ _5 - =12 105Pa F PbA2 1500 1.5 106 0.0014 Pb =P2 =0.5MPa = 0.003 0.8 = 0.0024 m3 0.00004m3 P=H *q=12 105 0.00004 = 48W =0.048KW 工進2: q2 =A12V0.003 1.2 -0.0036m3 -3.6 L：； =0.00006 2 min min _ _ 5 P =Pj

20、*q =12 10 0.00006 = 0.072KW 快退： F PbA A2 1500 0.003 0.5 10 0.0014 = 1.2MPa Pb =5MPa =5 0.0014 =0.007m min =0.000117 P -Pj *q -1.2 106 0.000117-0.1404KW 液壓泵的參數(shù)計算： 取進油路總壓力損失為E，P =0.8MPa _ _ _ 5 _ 5 _ 二 Pp =R +3=12父10 +0.8MP =12.8^10 R 因此泵的額定壓力可取 Pr -1.25 12.8 105 =16 105Pa 快進時泵的流量為： q

21、vp _k?q =1.1 8=8.8Lmin 工進1時泵的流量為： qvp -k ,例=1.1 2.4 =2.64Lmin 工進2時泵的流量為： qvp-k*q2=1.1 3.6= 3.96 Lmin 根據(jù)上面計算的壓力和流量，查產(chǎn)品樣本，選用YBN - A* M型的限壓式變量葉片泵，排量為15mLr，該泵的壓力調節(jié)范圍為（1.4 ~ 3.5 MPa ,額定轉速1500*. 九：電機的選擇 q =vn v =15 10, 1200 0.9 m min = 16.2Lmin 根據(jù)以上計算，知道快進時功率最大，故按快進時估算電機功率。 差動快進時，壓力油經(jīng)三位四

22、通閥，二位二通閥 1和二位二通閥2進入液壓缸 大腔，大腔壓力P1 =Pj =0.96MPa，由已知條件知.P = 0.3MPa,于是泵的出口壓力為 Pp1 =1.6MPa.總效率 =0.5。 _ Pp1q1 1 = 6 _ _3 1.6 10 16.2 10 0.5 60 = 864W =0.864KW 查手冊，選用Y90S-4型電動機，具額定功率為1.1KW,額定轉速為1400r/min 課程設計小結 兩周的機電液綜合設計與實驗終于結束了，雖然很忙碌很疲勞，但感覺 收獲還是蠻大的。 為了使液壓缸各個結構設計的精確，我查閱了許多手冊和參考書，為我 以后的畢業(yè)設計打下了

23、牢固的基礎。我?guī)缀趺刻斓膶Ｗ⒑托羷?，喚回了我?液壓與氣壓傳動的重新認識，對液壓缸結構的深刻理解，還有一種對設計制 圖工作的熱情和認真態(tài)度，我的細心再次發(fā)揮了優(yōu)勢，我不敢說我的這份設 計圖一定會得優(yōu)秀，但看著圖紙上的每一個細節(jié)，我覺得沒有枉費這兩周來 的心血。同時也讓我覺得大學里學到了很多知識，我的大學生活沒有浪費。 參考文獻 1 .楊培元、朱福元。《液壓系統(tǒng)設計簡明手冊》 北京，機械工業(yè)出版社 1994 2 .何存興?！兑簤涸?北京，機械工業(yè)出版社1982 3 .雷天覺。《新編液壓工程手冊》 北京，北京理工大學出版社 2005 4 .李壽剛?！兑簤?傳動》 北京，北京理工大學出版社1981 5 .張利平編著液壓氣動技術速查手冊 北京：化學工業(yè)出版社。2006 6 .許福玲、陳堯明主編 液壓與氣壓傳動 北京：機械工業(yè)出版社。2007