自卸汽車舉升機(jī)構(gòu)的機(jī)械及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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. 摘要 自卸汽車是利用發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)液壓舉升機(jī)構(gòu)，將貨箱傾斜一定角度從而達(dá)到自動(dòng)卸貨的目的，并依靠貨箱自重使其復(fù)位。因此，液壓舉升機(jī)構(gòu)是自卸汽車的重要工作系統(tǒng)之一，其結(jié)構(gòu)形式、性能好壞直接影響自卸汽車的使用性能和安全性能。本論文首先對(duì)自卸式汽車進(jìn)行了說(shuō)明，同時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)需要對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的闡述，并設(shè)計(jì)液壓舉升機(jī)構(gòu)及液壓系統(tǒng)。液壓缸是一種配置靈活、設(shè)計(jì)制造比較容易而應(yīng)用廣泛的液壓執(zhí)行元件。盡管液壓缸有系列化標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品和專用系列產(chǎn)品,但由于用戶對(duì)液壓機(jī)械的功能要求千差萬(wàn)別,因而非標(biāo)準(zhǔn)液壓元件的設(shè)計(jì)是不可避免的。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容集中于自卸汽車液壓缸的機(jī)械結(jié)構(gòu)和液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，介紹了自卸汽車的整個(gè)工作原理以及舉升機(jī)構(gòu)的工作原理，按照設(shè)計(jì)的一般原則和步驟對(duì)液壓缸的機(jī)械結(jié)構(gòu)和液壓系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算，并對(duì)其附屬部件也進(jìn)行了合適的選擇。最終得到一整套符合要求的汽車自卸系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞：自卸汽車，液壓缸機(jī)械設(shè)計(jì)，液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 目錄 1 緒論……………………………………………………………………………………1 1.1 自卸汽車的作用…………………………………………………………………1 1.2 自卸汽車的分類…………………………………………………………………1 1.3 常見(jiàn)自卸汽車分類舉例…………………………………………………………2 1.4 自卸汽車的舉升機(jī)構(gòu)……………………………………………………………3 1.5 自卸汽車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)……………………………………………………………3 1.6 小結(jié)………………………………………………………………………………4 2 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………5 2.1 液壓概述…………………………………………………………………………5 2.1.1 液壓技術(shù)的發(fā)展……………………………………………………………5 2.1.2 液壓傳動(dòng)……………………………………………………………………5 2.2 自卸汽車液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)…………………………………………………………6 2.2.1 液壓缸概述…………………………………………………………………6 2.2.2 液壓系統(tǒng)原理圖……………………………………………………………7 2.2.3 液壓系統(tǒng)圖…………………………………………………………………8 2.3 小結(jié)…………………………………………………………………………9 3 液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………………………………………10 3.1 液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)、原則和步驟……………………………………11 3.1.1 設(shè)計(jì)依據(jù)………………………………………………………………11 3.1.2 設(shè)計(jì)的一般原則………………………………………………………12 3.1.3 設(shè)計(jì)的一般步驟………………………………………………………12 3.2 液壓缸基本結(jié)構(gòu)參數(shù)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) …………………………………………13 3.2.1 液壓缸的液壓力分析和額定壓力的選擇……………………………14 3.2.2 液壓缸內(nèi)徑和外徑………………………………………………16 3.2.3 活塞桿外徑（桿徑）………………………………………………17 3.2.4 液壓缸基本參數(shù)的校核………………………………………………18 3.3 液壓缸綜合結(jié)構(gòu)參數(shù)及安全系數(shù)的選擇 …………………………………19 3.3.1 液壓缸綜合結(jié)構(gòu)參數(shù)…………………………………………………19 3.3.2 安全系數(shù)的選擇………………………………………………………19 3.4 液壓缸底座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………………21 3.5 缸體設(shè)計(jì)與計(jì)算……………………………………………………………22 3.5.1 缸筒設(shè)計(jì)………………………………………………………………23 3.5.2 缸頭和油口設(shè)計(jì)………………………………………………………26 3.6 活塞組件設(shè)計(jì)………………………………………………………………28 3.6.1 活塞桿設(shè)計(jì)……………………………………………………………28 3.6.2 活塞設(shè)計(jì)………………………………………………………………30 3.6.3 活塞與活塞桿的連接結(jié)構(gòu)……………………………………………31 3.7 缸蓋設(shè)計(jì)……………………………………………………………………32 3.7.1缸蓋材料和技術(shù)要求…………………………………………………32 3.7.2 缸蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………………33 3.8 焊接強(qiáng)度及螺紋連接計(jì)算…………………………………………………34 3.8.1焊接強(qiáng)度計(jì)算…………………………………………………………32 3.8.2缸蓋螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算………………………………………………35 2.9 小結(jié)…………………………………………………………………………35 4 液壓原件選擇……………………………………………………………………36 4.1 液壓泵的確定………………………………………………………………36 4.2 閥類元件的確定……………………………………………………………37 4.2.1 選擇閥類元件應(yīng)注意的問(wèn)題…………………………………………37 4.2.2 閥類元件的選擇………………………………………………………38 4.3 油箱的選擇…………………………………………………………………39 4.4 濾油器的選擇………………………………………………………………39 4.5 管路的選擇…………………………………………………………………39 4.6 小結(jié)…………………………………………………………………………40 設(shè)計(jì)小結(jié)……………………………………………………………………………41 致 謝 辭………………………………………………………………………………42 參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………44 . 1 緒論 1.1 自卸汽車的作用 自卸車的出現(xiàn)是隨著時(shí)代的發(fā)展，搬運(yùn)工作已經(jīng)不是人力可以解決的情況下，使用高科技而開(kāi)發(fā)的搬運(yùn)器械。 自卸汽車又稱翻斗車(tipper，dump car)，它是依靠發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)液壓舉升機(jī)構(gòu)，將貨箱傾斜一定角度從而達(dá)到自動(dòng)卸貨的目的，并依靠貨箱自重使其復(fù)位的一種重要專用汽車。其最大優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了卸貨的機(jī)械化，從而提高卸貨效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約勞動(dòng)力。因此，幾十年來(lái)它在國(guó)內(nèi)外獲得迅速發(fā)展與普及，至今其保有量大約占專用汽車的25％，并日趨完善，成為系列化多品種的產(chǎn)品。 自卸汽車主要運(yùn)輸散裝并可散堆的貨物（如砂、石、土、垃圾、建材、煤、礦石、糧食和農(nóng)產(chǎn)品等），還可以運(yùn)輸成件的貨物；自卸汽車主要服務(wù)于建材場(chǎng)、礦山、工地等，一般是和裝載車、挖掘機(jī)進(jìn)行，挖、搬、卸三位一體的一條龍服務(wù)。在進(jìn)行大型工程的時(shí)候，都需要使用到自卸車。自卸車也需要定時(shí)定期的進(jìn)行維護(hù)，以免在作業(yè)過(guò)程中出現(xiàn)意外。 自卸車在每次作業(yè)前，要進(jìn)行一次簡(jiǎn)單的檢查，確保各個(gè)部件正常使用，首先要檢查車子的性能是否出現(xiàn)故障，檢查車子的車身是否出現(xiàn)不正常，車子檢查后就可以正常的進(jìn)行作業(yè)了。做好是一周進(jìn)行一次全身檢查，對(duì)車子的內(nèi)部和外部進(jìn)行一次檢查，一個(gè)月進(jìn)行一次維護(hù)，對(duì)車子的部件、性能進(jìn)行專業(yè)的測(cè)試，需要更換的部件需要及時(shí)更換。這樣不僅可以保證車子正常的工作，也可以延長(zhǎng)車子的使用年限。 自卸車是大型的器械，價(jià)格也是相當(dāng)昂貴的，所以要經(jīng)常的維護(hù)，確保車子的質(zhì)量問(wèn)題，避免意外的發(fā)生 。 1.2 自卸汽車的分類 自卸汽車的分類較多，一般按下述方法分類： 1） 按用途分類：公路運(yùn)輸?shù)钠胀ㄗ孕盾?；非公路運(yùn)輸?shù)闹匦妥孕盾?；專用自卸汽車? 公路運(yùn)輸?shù)钠胀ㄗ孕盾嚰摧p、中、重型（裝載質(zhì)量在2—20t）的普通自卸車，主要承擔(dān)沙石、泥土、煤炭等松散貨物運(yùn)輸，通常是與裝載機(jī)配套使用。 非公路運(yùn)輸?shù)闹匦停ㄑb載質(zhì)量在20t以上）的自卸汽車，即礦用自卸車。礦用自卸汽車是在礦山或大型工地使用的大噸位的自卸車；主要承擔(dān)大型礦山、水利工地等運(yùn)輸任務(wù)，通常是與挖掘機(jī)配套使用。它的長(zhǎng)、寬、高以及軸荷等不受公路法規(guī)的限制，但它只能在礦山、工地上使用。 專用自卸汽車是指具有專用車廂，以滿足所裝運(yùn)貨物的特性或特殊要求的自卸汽車；而一般用途的自卸汽車均為普通自卸車。某些自卸汽車是針對(duì)專門用途設(shè)計(jì)的，故稱專用自卸車，如擺臂式自動(dòng)裝卸車、自裝卸垃圾汽車等。 2） 按裝載質(zhì)量級(jí)別分類：輕型自卸車；中型自卸車；重型自卸車。 按我國(guó)規(guī)定，最大總質(zhì)量1.8t以上，6t及6t以下的為輕型自卸汽車；最大總質(zhì)量6t以上，14t及14t以下的為中型自卸汽車；最大總質(zhì)量大于14t的為重型自卸汽車。 3） 按傳動(dòng)類型分類：機(jī)械傳動(dòng)；液力機(jī)械傳動(dòng)；電傳動(dòng)。 中型以下自卸汽車多為機(jī)械傳動(dòng)，重型汽車為了改善其使用性能往往采用液力機(jī)械傳動(dòng)，而礦用超重型自卸汽車往往采用電力傳動(dòng)。 4） 按卸貨方式分類：后傾式；側(cè)傾式；三面傾卸式；底卸式；貨箱升高后傾式等。 后傾式自卸車的車廂向后翻傾卸貨。這類自卸汽車應(yīng)用廣泛。 側(cè)傾式自卸汽車的車廂向左或向右翻傾卸貨。這種自卸汽車適用于道路狹窄、卸貨方向交換困難的地方。其結(jié)構(gòu)較后傾式自卸汽車復(fù)雜，造價(jià)高，運(yùn)載量少，生產(chǎn)效率低，使用較少。也有單側(cè)傾斜的自卸汽車，其車廂只能向某一側(cè)翻傾。這種自卸汽車駛?cè)胴泩?chǎng)的方向和卸貨的位置均受到限制，因此很少采用。 三面傾卸式自卸汽車的車廂可以向左右兩側(cè)和向后三個(gè)方向翻傾卸貨。這種自卸汽車雖有三個(gè)方向卸貨的優(yōu)點(diǎn)，但其結(jié)構(gòu)較后傾式自卸汽車更復(fù)雜，整備質(zhì)量增大，裝載質(zhì)量減少，造價(jià)高，汽車運(yùn)輸發(fā)達(dá)國(guó)家使用量逐漸減少。 底卸式用于少數(shù)特殊場(chǎng)合。 貨箱升高后傾式適用于貨物堆集、變換貨位和往高處卸貨的場(chǎng)合。 5） 按傾卸機(jī)構(gòu)分類：直推式自卸車；杠桿舉升式自卸車。 直推式又可細(xì)分為單缸式、雙缸式、多級(jí)式等。杠桿式又可細(xì)分為杠桿前置式、杠桿后置式、杠桿中置式等。 6） 按車廂結(jié)構(gòu)分類：按欄板結(jié)構(gòu)分一面開(kāi)啟式、三面開(kāi)啟式、與無(wú)后欄板式(簸箕式)；按底板橫斷面形狀分矩形式、船底式、弧底式。 1.3 常見(jiàn)自卸汽車的分類舉例 常見(jiàn)自卸汽車的分類舉例如下： 1）東風(fēng)雙橋密封自卸車。是東風(fēng)雙橋自卸加裝密封蓋后的延伸車型。密封蓋展翼式開(kāi)閉，在駕駛室內(nèi)電動(dòng)液壓控制，操作簡(jiǎn)單方便，密封嚴(yán)格，是運(yùn)輸?shù)V產(chǎn)、沙石、垃圾等物料的首選車型。 2）東風(fēng)3055自卸車。平頭帶臥駕駛室，廣西玉林135馬力柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，3t級(jí)前橋，8t級(jí)后橋。此車是應(yīng)市場(chǎng)需求2006年研發(fā)上市的新車型，媲美東風(fēng)五噸車的承載配置，實(shí)惠的價(jià)格及運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，造就極高的性價(jià)比，是中小城鎮(zhèn)建設(shè)主力軍。 3）東風(fēng)五噸自卸車。尖頭單排駕駛室，玉柴143馬力歐二排放發(fā)動(dòng)機(jī)，直通加厚大梁，8t級(jí)后橋，為東風(fēng)五噸這種老款車型注入了新的活力。 4）東風(fēng)工程車。平頭帶臥駕駛室，康明斯160馬力環(huán)保柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，加強(qiáng)大梁，9t級(jí)后橋，中噸位自卸車的代表車型之一。 5）東風(fēng)雙橋自卸車。平頭帶臥的駕駛室，康明斯210/230馬力的環(huán)保發(fā)動(dòng)機(jī)，雙10t級(jí)貫通后橋，中置前推液壓頂，此車是最暢銷的中大噸位自卸車。 1.4 自卸汽車的舉升機(jī)構(gòu) 1) 直推式傾斜機(jī)構(gòu)（液壓舉升缸直接作用于車廂底架上） 2） 連桿式傾斜機(jī)構(gòu)（液壓舉升缸通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)作用于車廂底架上能以較小的液壓缸行程實(shí)現(xiàn)車廂的傾翻） 圖1-1 液壓舉升缸直接作用于車廂底架上 圖1-2 液壓舉升缸通過(guò)連桿機(jī)構(gòu) 作用于車廂底架上 1.5 自卸汽車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 普通自卸車一般是在載貨汽車二類底盤(當(dāng)載貨汽車拆除貨廂后便稱為二類底盤)的基礎(chǔ)上，經(jīng)變型設(shè)計(jì)而成。通常由底盤、動(dòng)力傳動(dòng)裝置、液壓傾卸機(jī)構(gòu)、副車架以及專用貨箱等主要部分組成。總質(zhì)量小于19t的普通自卸車，一般采用FR42式二類底盤，即發(fā)動(dòng)機(jī)前置后軸驅(qū)動(dòng)的布置形式?？傎|(zhì)量超過(guò)19t的自卸車多采用64或62的驅(qū)動(dòng)形式。 　　舉升機(jī)構(gòu)的動(dòng)力傳動(dòng)裝置一般從變速器總成的頂部或側(cè)面安裝取力器輸出動(dòng)力。取力器直接帶動(dòng)油泵或通過(guò)傳動(dòng)軸帶動(dòng)油泵，從而產(chǎn)生液壓驅(qū)動(dòng)力。 1.6 小結(jié) 在進(jìn)入自卸汽車液壓缸結(jié)構(gòu)及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)正題前，了解一下與之密切相關(guān)的自卸汽車的作用、分類、結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)對(duì)以后的設(shè)計(jì)是有益的。自卸汽車的介紹為液壓缸及液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。 . 2 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.1 液壓概述 2.1.1 液壓技術(shù)的發(fā)展 液壓技術(shù)源于古老的水力學(xué)，它的發(fā)展是與流體力學(xué)的研究成果、工程材料、液壓介質(zhì)等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展緊密聯(lián)系的。液壓技術(shù)的迅速發(fā)展是在世紀(jì)中葉前后。目前已成為比較成熟的基礎(chǔ)學(xué)科。 隨著近50年來(lái)的科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，液壓技術(shù)已成為包括傳動(dòng)、控制和檢測(cè)在內(nèi)，對(duì)現(xiàn)代機(jī)械裝備的技術(shù)進(jìn)步有重要影響的基礎(chǔ)技術(shù)和基礎(chǔ)學(xué)科；隨著近20年來(lái)的電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的迅速發(fā)展，液壓技術(shù)不僅是一種傳動(dòng)方式，更多地是作為一種控制手段，作為連接微電子技術(shù)和大功率控制對(duì)象之間的橋梁，成為現(xiàn)代控制工程中重要的、不可缺少的環(huán)節(jié)和手段。因而采用液壓傳動(dòng)的程度已成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)化水平的重要標(biāo)志，世界上各先進(jìn)國(guó)家都對(duì)液壓技術(shù)的發(fā)展給予了高度重視。 當(dāng)前液壓技術(shù)向高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、高可靠性、高集成化方向發(fā)展并取得重大進(jìn)展，同時(shí)在完善比例控制、伺服控制、數(shù)字控制和機(jī)電一體化方向也取得了許多重大成果。新材料和新介質(zhì)方向的研究也為液壓技術(shù)的發(fā)展和完善提供了新的動(dòng)力。 2.1.2 液壓傳動(dòng) 1）液壓傳動(dòng)概述 傳動(dòng)的含義是能量（動(dòng)力）形式的轉(zhuǎn)換、傳遞和控制。液壓傳動(dòng)是以密閉在管路中的受壓液體（主要形式為液壓油）為工作介質(zhì)，進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換、傳遞、分配和控制的技術(shù)，稱之液壓傳動(dòng)或液壓技術(shù)。在這種傳動(dòng)方式中，由于能量形式的轉(zhuǎn)換和動(dòng)力傳遞是依靠密閉管中受壓液體容積變化完成的，又稱之容積式液壓傳動(dòng)或靜壓傳動(dòng)。 2）液壓系統(tǒng)的組成部分及作用 由若干液壓元件和管路組成以完成一定動(dòng)作的整體稱液壓系統(tǒng)。如果液壓系統(tǒng)中含有伺服控制元件（如伺服閥和伺服變量泵）則稱液壓伺服（控制）系統(tǒng)。如果不使用或明確說(shuō)明使用了伺服控制元件，則稱液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)功能不一、形式各異，無(wú)論是簡(jiǎn)單的液壓千斤頂，還是其他的復(fù)雜的液壓系統(tǒng)，都包括如下部分（見(jiàn)圖2-1）。 圖2-1 液壓系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換及構(gòu)成元件示意圖 （1） 動(dòng)力元件 動(dòng)力元件又稱液壓泵，其作用是利用密封的容積變化，將原動(dòng)機(jī)(如內(nèi)燃機(jī)，電動(dòng)機(jī))的輸入機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ饕后w的壓力能（即液壓能），是液壓系統(tǒng)的能源(動(dòng)力)裝置。 （2） 執(zhí)行元件 將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置稱為執(zhí)行元件。它是與液壓泵作用相反的能量轉(zhuǎn)換裝置，是液壓缸和液壓馬達(dá)的總稱。前者是將液壓能轉(zhuǎn)成往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行元件，它輸出力和速度;后者是將液壓能轉(zhuǎn)換成連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行元件，它輸出扭矩和轉(zhuǎn)速。擺動(dòng)液壓馬達(dá)（習(xí)慣稱擺動(dòng)液壓缸）不可連續(xù)回轉(zhuǎn)，只能往復(fù)擺動(dòng)（擺動(dòng)角小于）。 （3） 控制元件 液壓系統(tǒng)中控制液體壓力、流量和流動(dòng)方向的元件，總稱為控制元件，通常稱為液壓控制閥，簡(jiǎn)稱液壓閥，控制閥或閥。 （4） 輔助元件 輔助元件包括油箱、管道、管接頭、濾油器、蓄能器、加熱器、冷卻器等。它們雖然稱為輔助元件，但在液壓系統(tǒng)中是必不可少的。它們的功能是多方面的，各不相同。 （5） 工作介質(zhì) 液壓系統(tǒng)中工作介質(zhì)為液體，通常是液壓油，它是能量的載體，也是液壓傳動(dòng)系統(tǒng)最本質(zhì)的組成部分。液壓系統(tǒng)沒(méi)有工作介質(zhì)也就不能構(gòu)成液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，其重要性不言而喻。 2.2 自卸汽車液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.2.1 液壓缸概述 自卸汽車是依靠發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)液壓舉升機(jī)構(gòu)，將貨箱傾斜一定角度從而達(dá)到自動(dòng)卸貨的目的，并依靠貨箱自重使其復(fù)位的一種重要專用汽車。根據(jù)自卸汽車的這一特點(diǎn)，自卸汽車的液壓缸可以設(shè)計(jì)成單活塞桿單作用式的。 前端蓋為法蘭的焊接型液壓缸如圖2-1所示，這也是工程機(jī)械上常用的液壓缸，可以作為自卸汽車液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的參考圖。圖2-2的液壓缸額定工作較高，可達(dá)25MPa。 1—缸底；2—缸筒；3—活塞；4、5、6、10—密封圈；7—活塞 桿；8—導(dǎo)向套；9—前端蓋（法蘭）；11—活塞鉸連組件。 圖2-2 焊接型液壓缸 2.2.2液壓系統(tǒng)原理圖 1）液壓缸控制回路 液壓回路能量轉(zhuǎn)換圖 2）液壓回路選擇（圖2-3） 調(diào)速回路：系統(tǒng)分析采用節(jié)流調(diào)速，循環(huán)形式為開(kāi)式。 方向控制回路 ：本設(shè)計(jì)采用手控三位三通換向閥對(duì)油路進(jìn)行方向控制。 節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，通常由定量泵供油，用溢流閥調(diào)節(jié)所需的壓力，并保持恒定 。 油泵輸出的油液在換向閥內(nèi)部卸荷，本設(shè)計(jì)用三位三通換向閥的中位進(jìn)行卸荷。 （a）換向閥換向回路圖 （b）溢流閥限壓回路 （c）換向閥中位置卸荷 圖2-3 液壓回路 2.2.3 液壓系統(tǒng)圖 利用液壓缸實(shí)現(xiàn)車廂的舉升、中停、下降過(guò)程三過(guò)程液壓系統(tǒng)圖如下各圖所示。各構(gòu)件的名稱為：1-單活塞桿液壓缸，2-節(jié)流閥，3-手動(dòng)換向閥，4-油箱， 5-溢流閥，6-液壓泵，7-單向閥，8-過(guò)濾器 1）舉升時(shí)（圖2-4） 換向閥3處于舉升位置，油泵將高壓油通過(guò)單向閥7進(jìn)入油缸下腔，推動(dòng)活塞上升通過(guò)三角臂機(jī)構(gòu)使車廂后翻，直到活塞上的限位閥打開(kāi)，油泵輸出的壓力油流回油箱，停止舉升，溢流閥可用來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)最大壓力。 2）中停時(shí)（圖2-5） 換向閥處于中停位置，油泵輸出的油液在換向閥內(nèi)部卸荷，無(wú)壓力，油缸內(nèi)油液無(wú)壓力，不能舉升油缸，同時(shí)油缸內(nèi)油液已封閉，所以自卸車處于中停，車廂靜止?fàn)顟B(tài)。 3）下降時(shí)（圖2-6） 換向閥處于下降位置，油缸下腔油路與油箱相通，車廂在自重下，活塞下移。油缸下腔油液經(jīng)節(jié)流閥2留回油箱，下降速度可用節(jié)流閥調(diào)節(jié)，這個(gè)過(guò)程中可以讓油泵停止轉(zhuǎn)動(dòng)。 圖2-4 舉升時(shí)自卸汽車舉升機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)圖 圖2-5 中停時(shí)自卸汽車舉升機(jī)構(gòu)液壓系 統(tǒng)圖 圖2-6 下降時(shí)自卸汽車舉升機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)圖 2.3 小結(jié) 本章確定了自卸汽車液壓系統(tǒng)，對(duì)液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也有重要的作用，是本次設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵就是確定各個(gè)回路，從而實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的功能。在該液壓系統(tǒng)中通過(guò)手動(dòng)換向閥實(shí)現(xiàn)液壓缸的三個(gè)工作位置，使自卸汽車順利完成工作任務(wù)。 . . 3 液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1 液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)、原則和步驟 3.1.1 設(shè)計(jì)的依據(jù) 液壓缸與機(jī)器及機(jī)器上的機(jī)構(gòu)直接相聯(lián)系，對(duì)于不同的機(jī)構(gòu)，液壓缸的具體用途和工作性能也不同，因此設(shè)計(jì)之前，要進(jìn)行全面地分析和研究，收集必要的原始資料并加以整理作為設(shè)計(jì)的依據(jù)。 1) 了解和掌握液壓缸在機(jī)器上的用途和工作要求 滿足機(jī)構(gòu)的動(dòng)作要求和用途是設(shè)計(jì)液壓缸的主要目的。比如，液壓翻斗自卸汽車的液壓缸的作用是將翻斗（車廂）舉升成傾斜狀態(tài)，使所載的物料自動(dòng)卸掉，其回程可在翻斗（車廂）的重力作用下而完成。這種情況下的液壓缸可設(shè)計(jì)成單（活塞）桿單作用液壓缸，也可設(shè)計(jì)成柱塞缸。再如汽車起重機(jī)的吊臂液壓缸，為適應(yīng)不同的起吊高度要求和工作場(chǎng)地的轉(zhuǎn)換，其吊臂液壓缸必須采用伸縮式多級(jí)液壓缸，具體結(jié)構(gòu)形式可以是單作用的柱塞式多級(jí)液壓缸，或活塞式多縮液壓缸，或末級(jí)活塞式的多級(jí)液壓缸。 2) 了解液壓缸工作環(huán)境條件 工作環(huán)境條件不同，液壓缸的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)參數(shù)也不盡相同。比如用于采煤工作面液壓支架上的立（支）柱缸，工作條件惡劣，粉塵大，支護(hù)（工作）壓力變化大（負(fù)載變化大），要求立（支）柱缸絕對(duì)安全可靠，不允許有泄漏。針對(duì)這種工作條件，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮防塵措施；缸體和柱塞的強(qiáng)度和穩(wěn)定性要絕對(duì)可靠，安全系數(shù)就要取大些，密封性能要好。象精密外（內(nèi)）圓磨床用的液壓缸，工作環(huán)境比較清潔，負(fù)載穩(wěn)定并且較小，結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)參數(shù)就應(yīng)當(dāng)適應(yīng)它的工作條件。 3) 了解外部負(fù)載情況 主要指外部負(fù)載的質(zhì)量、幾何形狀、空間體積大小、運(yùn)動(dòng)軌跡、摩擦阻力及連接部位的連接形式等。例如液壓翻斗自卸汽車，液壓缸的外負(fù)載是翻斗（車廂）和所裝的貨物，翻斗（車廂）上升傾斜時(shí)，液壓缸的軸線發(fā)生擺動(dòng)，這就要求活塞桿頭部與翻斗（車廂）的連接采用耳環(huán)式或銷軸式，液壓缸底座與車身的安裝形式也要采用耳環(huán)式或耳軸式。 4) 了解液壓缸運(yùn)動(dòng)形態(tài)及安裝約束條件 包括了解液壓缸的最大行程、運(yùn)動(dòng)速度或時(shí)間、安裝空間所允許的外形尺寸及液壓缸的運(yùn)動(dòng)形式，例如液壓缸軸線固定或擺動(dòng)，作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)或往復(fù)擺動(dòng)，連續(xù)運(yùn)動(dòng)還是間歇周期運(yùn)動(dòng)，缸體運(yùn)動(dòng)或活塞桿運(yùn)動(dòng)。以作用力為主要要求的液壓缸與以運(yùn)動(dòng)速度或時(shí)間為主要要求的液壓缸，設(shè)計(jì)考慮的出發(fā)點(diǎn)也是不同的。 5) 了解液壓系統(tǒng)的情況 液壓缸的設(shè)計(jì)是液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一部分。設(shè)計(jì)已知液壓系統(tǒng)的液壓缸，應(yīng)了解液壓泵的工作壓力和流量大小，管路的通徑和布置情況，各種液壓閥的安裝和控制情況等。 6) 了解有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)定和其它參考資料。借鑒已有的液壓缸的設(shè)計(jì)是十分必要的。 3.1.2 設(shè)計(jì)的一般原則 液壓缸設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意如下問(wèn)題。 1) 保證液壓缸的輸出力推力、拉力(或轉(zhuǎn)矩)、行程和往返運(yùn)動(dòng)速度滿足要求。液壓缸的工作壓力（輸出力的折算值）以液壓泵的額定工作壓力的為宜。 2) 保證液壓缸的每個(gè)零件有足夠的強(qiáng)度、剛度和耐用性（壽命）。 3) 在保證上述兩個(gè)條件的前提下，盡量減小液壓缸的外形尺寸和重(質(zhì))量。一般說(shuō)來(lái)，在外負(fù)載一定的條件下，提高液壓缸的額定工作壓力可減小液壓缸的外形尺寸。 4) 在保證液壓缸性能的前提下，盡量減少零件數(shù)量，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。 5) 盡量避免液壓缸承受橫（側(cè)）向負(fù)載和偏心負(fù)載，活塞桿工作時(shí)最好受拉力，以免產(chǎn)生縱向彎曲而引發(fā)穩(wěn)定問(wèn)題。 6) 液壓缸的安裝形式、活塞桿頭部與外負(fù)載的連接形式要合理，盡量減小活塞桿伸出后的有效安裝長(zhǎng)度，避免產(chǎn)生“憋勁”現(xiàn)象，增加液壓缸的穩(wěn)定性。 7) 密封部位的設(shè)計(jì)和密封件的選用要合理，保證性能可靠、泄漏量少、摩擦力小、壽命長(zhǎng)、更換方便。密封部位的設(shè)計(jì)是保證液壓缸性能的重要一環(huán)，對(duì)所選用的密封件，應(yīng)使其壓縮量和壓縮率在合理范圍內(nèi)。 8) 根據(jù)液壓缸的工作條件和具體情況設(shè)置適當(dāng)?shù)呐艢?、緩沖和防塵措施。在工作條件惡劣的情況下應(yīng)考慮活塞桿的防護(hù)措施。 9) 各種零件的結(jié)構(gòu)形式和尺寸設(shè)計(jì)，應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)形式和規(guī)范系列尺寸，盡量選用標(biāo)準(zhǔn)件。 10) 液壓缸應(yīng)做到成本低、制造容易、維修方便。 3.1.3 設(shè)計(jì)的一般步驟 不同類型、用途和結(jié)構(gòu)的液壓缸，設(shè)計(jì)內(nèi)容是不同的。由于液壓缸各參數(shù)之間往往具有內(nèi)在聯(lián)系，所以液壓缸的設(shè)計(jì)沒(méi)有硬性規(guī)定或統(tǒng)一的格式。一般情況下，應(yīng)根據(jù)已確定的工作條件和掌握的設(shè)計(jì)資料，靈活地選擇設(shè)計(jì)程序和步驟，反復(fù)推敲和計(jì)算，直到獲得滿意的設(shè)計(jì)結(jié)果。一般設(shè)計(jì)工作可參考下列步驟進(jìn)行。 1） 根據(jù)設(shè)計(jì)依據(jù)和負(fù)載機(jī)構(gòu)的動(dòng)作要求，初步確定設(shè)計(jì)方案：缸體結(jié)構(gòu)形式、安裝方式、連接方式等。 2） 在以輸出力為主的液壓缸設(shè)計(jì)中，根據(jù)負(fù)載和選定的額定（工作）壓力，確定缸筒內(nèi)徑（即活塞外徑）和活塞桿直徑。比較方便的方法是根據(jù)液壓計(jì)算的相關(guān)圖表或液壓缸性能參數(shù)表，由選定的額定（工作）壓力或負(fù)載確定和。和應(yīng)符合系列尺寸之規(guī)定，兩者是液壓缸設(shè)計(jì)的基本參數(shù)。 3） 選擇缸筒材料，計(jì)算缸筒厚度或外徑。缸筒外徑要符合系列尺寸之規(guī)定。缸筒通常選擇冷撥或熱軋無(wú)縫鋼管，以節(jié)省加工費(fèi)用，特殊要求時(shí)選用鍛件或鑄件。有焊接要求時(shí)，選用焊接性能較好的號(hào)鋼或。無(wú)焊接要求時(shí)通?？蛇x用號(hào)鋼，有特殊要求的，可選用合金鋼。 4） 選擇缸底和缸蓋的結(jié)構(gòu)形式，計(jì)算缸底厚度、缸筒與缸蓋的連接強(qiáng)度；確定具體安裝型式及結(jié)構(gòu)尺寸；確定缸筒上油口的位置、尺寸和連接形式。 5） 活塞組件設(shè)計(jì)，包括活塞的寬度、密封和支承形式、與活塞桿的連接方式；活塞桿與負(fù)載的連接形式和尺寸；根據(jù)負(fù)載校核活塞桿的強(qiáng)度。根據(jù)行程、活塞寬度等確定活塞的長(zhǎng)度。對(duì)于活塞桿直徑與液壓缸行程之比小于，即≥時(shí)，應(yīng)進(jìn)行活塞桿縱向彎曲強(qiáng)度校核及液壓缸穩(wěn)定性校核。僅承受拉負(fù)載的液壓缸可不作上述校核。 6） 必要時(shí)設(shè)計(jì)緩沖和排氣裝置。當(dāng)液壓運(yùn)動(dòng)速度較高或運(yùn)動(dòng)部質(zhì)量較大時(shí)，為防止活塞在行程末端與缸蓋或缸底發(fā)生機(jī)械碰撞而引起沖擊或造成液壓缸及被驅(qū)動(dòng)件的損壞，必須設(shè)計(jì)緩沖裝置。液壓缸速度時(shí)不需要設(shè)計(jì)緩沖裝量。 7） 審定全部設(shè)計(jì)資料及其他技術(shù)文件，對(duì)圖紙進(jìn)行修改和補(bǔ)充。 8） 繪制液壓缸裝配圖和零件圖，編制技術(shù)文件。 當(dāng)根據(jù)選擇的液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑進(jìn)行結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和校核，液壓缸設(shè)計(jì)的步驟也可簡(jiǎn)單劃分為三個(gè)階段：基本性能參數(shù)的計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算和設(shè)計(jì)文件的編制。 3.2 液壓缸基本結(jié)構(gòu)參數(shù)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)有：液壓缸的液壓力、液壓缸的額定壓力、液壓缸的內(nèi)徑（活塞外徑），缸筒外徑、活塞桿直徑d等。這些結(jié)構(gòu)型式、尺寸參數(shù)的選擇或確定的依據(jù)是液壓缸的負(fù)載力和運(yùn)動(dòng)速度，這些基本參數(shù)是設(shè)計(jì)或選用液壓缸時(shí)必須知曉的。 在以輸出力為主要要求的液壓缸設(shè)計(jì)中，性能參數(shù)（或性能參數(shù)）計(jì)算的第一步是進(jìn)行負(fù)載分析，選擇適當(dāng)?shù)念~定（設(shè)計(jì)）壓力和相匹配的液壓缸內(nèi)徑，以滿足負(fù)載要求；根據(jù)活塞桿伸出速度要求選擇液壓泵的供液流量；根據(jù)速比要求確定活塞桿直徑；再根據(jù)選擇的液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d進(jìn)行結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和校核。 3.2.1 液壓缸的液壓力分析和額定壓力的選擇 1）液壓力分析 假定不計(jì)液壓缸回液腔壓力，液壓缸的液壓力有兩種形式，一是作用在活塞上的液壓力即推力；二是作用在活塞桿側(cè)環(huán)形面積上的液壓力即拉力。有些液壓缸主要做功力為推力，如自卸汽車的液壓缸，有些則是以拉力為主要做功力，如皮帶機(jī)液壓張緊裝置的張緊液壓缸。單活塞桿單作用液壓缸作伸出運(yùn)動(dòng)時(shí)的一般模型如圖3-1所示。 圖3-1 單活塞桿單作用液壓缸伸出運(yùn)動(dòng)模型 液壓力計(jì)算式如下： （3-1） 式中 ——作用在活塞上的液壓力（推力），； ——進(jìn)液腔壓力(產(chǎn)生推力時(shí)液壓缸無(wú)桿腔進(jìn)液），； ——活塞(無(wú)桿腔面積），,； ——有桿腔面積(活塞桿側(cè)環(huán)形面積），，； ——液壓缸內(nèi)徑（活塞外徑），； ——活塞桿直徑，； 由式（3-1）知，當(dāng)較大時(shí)，在負(fù)載相同的條件下，液壓缸所需的額定壓力較低；反之，則需要的額定壓力較高。一些在重載荷下工作的液壓機(jī)械，為減小液壓裝置的重量和體積，都趨向于采用高壓或超高壓，但過(guò)高的工作壓力就要對(duì)液壓缸強(qiáng)度、剛度、密封的可靠性及液壓泵的品質(zhì)提出更高的要求，反而提高了制造成本。國(guó)內(nèi)外對(duì)液壓缸的綜合經(jīng)濟(jì)性研究表明，以優(yōu)質(zhì)碳素鋼制造的液壓缸最佳工作壓力為。綜合經(jīng)濟(jì)性包括液壓缸重量與工作壓力的關(guān)系，液壓缸制造成本與工作壓力的關(guān)系。 由于液壓缸設(shè)計(jì)是液壓系統(tǒng)的一部分，液壓缸的綜合經(jīng)濟(jì)性并不能保證整機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。另外，在一定的外負(fù)荷條件下，工作壓力較低則液壓缸的直徑較大，工作時(shí)有較多的油液通過(guò)，易于精確地控制流量，以獲得平穩(wěn)的低速運(yùn)動(dòng)。 2） 額定壓力 也稱公稱壓力，是液壓缸能以長(zhǎng)期工作的壓力。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（等效）規(guī)定了液壓缸的公稱壓力系列，見(jiàn)表3-1所列。液壓缸的實(shí)際工作壓力決定于負(fù)載，一般以為宜。 選擇液壓缸的工作壓力可以采用類比的方法，參照其他同類機(jī)械設(shè)備的工作壓力，并按實(shí)際情況加以適當(dāng)調(diào)整，可參看表3-2和表3-3。 表3-1 液壓缸的公稱壓力(GB7938-1987) 1.0 1.6 2.5 4.0 6.3 10.0 16.0 25.0 31.5 40.0 表3-2 各類液壓設(shè)備常用的設(shè)計(jì)壓力 主機(jī)類型 設(shè)計(jì)壓力 機(jī) 床 精加機(jī)床如磨床） 0.8~2 半精加機(jī)床如組合機(jī)床） 3~5 龍門刨床 2~8 拉床 8~10 農(nóng)業(yè)機(jī)械、小型工程機(jī)械、工程機(jī)械輔助機(jī)構(gòu) 10~16 液壓機(jī)、大中型挖掘機(jī)、中型機(jī)械、起重運(yùn)輸機(jī)械 20~32 表3-3 根據(jù)負(fù)載選擇壓力 負(fù)載/KN <5 5~10 10~20 20~30 30~50 ≥50 設(shè)計(jì)壓力/MPa <0.8~1 1.5~2 2.5~3 3~4 4~5 ≥50 由已知推舉力為2t得， 同時(shí)由于自卸汽車屬于小型工程機(jī)械，故由表3-2知液壓缸的工作壓力在10~16MPa間選取。由表3-1查得液壓缸的公稱壓力。 3.2.2 液壓缸內(nèi)徑和外徑 1) 缸筒內(nèi)徑（缸徑） 對(duì)于推力負(fù)載的液壓缸，可根據(jù)下式計(jì)算缸筒內(nèi)徑并把它圓整到規(guī)定的系列尺寸： （3-2） （3-3） 式中 ——缸筒內(nèi)徑，； ——推力負(fù)載（取最大負(fù)載值），； ——供液壓力（回液壓力為大氣壓），； ——液壓缸總效率； ——機(jī)械效率（初算時(shí)可?。?； ——密封效率（活塞密封為彈性材料可取）； —— 回油效率（排油直接回油箱可?。? 將 ，，代入式 （3-2）得 （3-4） 將 ,， 代入式（3-4）得 由表3-4所列，缸筒內(nèi)徑即活塞直徑（名義尺寸相同，公差不同），國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2348-1993（等效于ISO3320-1987）規(guī)定了液壓缸內(nèi)徑（缸徑）尺寸系列。 表3-4 液壓缸內(nèi)徑系列GB/T2348-1993/mm 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 （90） 100 110 125 140 160 （180） 200 （220） 250 280 320 360 400 450 500 注釋 括號(hào)尺寸為非優(yōu)選系列 綜上可知缸筒內(nèi)徑。 2） 缸筒外徑 根據(jù)額定工作壓力及液壓缸內(nèi)徑選擇 所以， 3.2.3 活塞桿外徑（桿徑） 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2348-1993（等效于ISO3320-1987）規(guī)定了液壓缸活塞桿外徑（桿徑）尺寸系列，見(jiàn)表3-5所列。 表3-5 液壓缸活塞桿（桿徑）系列 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 60 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 由前面敘述可以看出，除額定壓力與活塞外徑外，液壓缸基本參數(shù)還有一個(gè)即活塞桿直徑。的取值總是與活塞外徑的取值相聯(lián)系。這種聯(lián)系可用液壓缸速度比來(lái)表示。液壓缸速比可用活塞（桿）退回速度（有桿）腔供液與活塞（桿）伸出速度（無(wú)桿）腔供液表示為 得， （3-5） 速比是在設(shè)計(jì)時(shí)要確定的參數(shù)之一。而的取值與工作壓力相關(guān)，一般來(lái)說(shuō)，工作壓力小時(shí)可取較小的值，工作壓力高時(shí)可取較大的值，可參照表3-6確定之。 表3-6 液壓缸速比與工作壓力的關(guān)系 工作壓力/ <10 12.5~20 >20 速比 1.33 1.46,2 2 由于，故取。 確定速度比的主要目的是為了計(jì)算活塞桿的直徑及考慮液壓缸是否要設(shè)計(jì)緩沖裝置。速度比不宜過(guò)大，過(guò)大時(shí)，雖然活塞桿直徑也較大，有利于穩(wěn)定性，但導(dǎo)致活塞桿側(cè)環(huán)形面積變小而引起壓力升高（拉力）時(shí)，同時(shí)也導(dǎo)致（回液）時(shí)速度升高，容易產(chǎn)生較大的背壓或引起壓力沖擊（無(wú)緩沖裝置）時(shí)。反之，速度比過(guò)小時(shí)，則導(dǎo)致活塞桿較細(xì)，對(duì)穩(wěn)定性不利。液壓缸速度比的取值應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（等效于之規(guī)定）；根據(jù)式（3-5）和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)之規(guī)定計(jì)算的活塞桿直徑與液壓缸內(nèi)徑的關(guān)系如表3-7所列；在設(shè)計(jì)時(shí)，表3-7中的計(jì)算值應(yīng)圓整到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（等效于規(guī)定）的活塞桿直徑尺寸系列值。 表3-7 根據(jù)速度比計(jì)算的與的關(guān)系 速度比值 1.06 1.12 1.25 1.33 1.46 1.61 2 2.5 活塞桿直徑d 0.24D 0.36D 0.45D 0.5D 0.56D 0.62D 0.7D 0.77D 由 查上表得，，最后查國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 定出。 活塞桿有實(shí)心式（整體式）和空心式（分體焊接式）兩種情況，一般情況下應(yīng)采用實(shí)心式。空心式常用于特殊要求的情況下（如伺服液壓缸中的活塞桿內(nèi)必須裝有傳感器）。為節(jié)約材料，有些文獻(xiàn)是推薦或時(shí)采用空心結(jié)構(gòu)，但會(huì)造成生產(chǎn)成本的增加。所以，該活塞桿做成實(shí)心式的。 3.2.4 液壓缸基本參數(shù)的校核 1) 缸筒厚度強(qiáng)度校核 由于，得 當(dāng) 時(shí)， 校核公式： （3-6） 式中 ——缸筒厚度，； ——最大工作壓力，； ——液壓缸內(nèi)徑，； ——缸體材料許用應(yīng)力，， ——安全系數(shù)，一般； ——缸體材料抗拉強(qiáng)度，。 綜合考慮選擇缸筒材料為，故 將，，代入式（3-6）得 所以，滿足條件 2）活塞桿直徑強(qiáng)度校核 校核公式如下： (3-7) 式中 ——活塞桿直徑，； ——外負(fù)載力，； ——活塞桿材料許用應(yīng)力，，； ——安全系數(shù)，一般； ——活塞桿材料抗拉強(qiáng)度，。 綜合考慮選擇活塞桿材料為35號(hào)鋼，故 將，代入式（3-7）得 所以，滿足條件 3.3 液壓缸綜合結(jié)構(gòu)參數(shù)及安全系數(shù)的選擇 3.3.1 液壓缸綜合結(jié)構(gòu)參數(shù) 活塞外徑和活塞桿直徑是液壓缸的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)，除和外，液壓缸的結(jié)構(gòu)參數(shù)尚有活塞行程、缸體長(zhǎng)度、活塞寬度B、活塞桿長(zhǎng)度及活塞桿頭部及尾部的結(jié)構(gòu)型式及尺寸、導(dǎo)向距離、油口直徑及接口螺紋（或法蘭）尺寸。液壓缸的行程應(yīng)根據(jù)工作需要設(shè)定，為簡(jiǎn)化制造工藝和節(jié)約制造成本，應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)化行程尺寸系列參數(shù)。為減小活塞桿伸出時(shí)與缸體軸線的偏斜，液壓缸應(yīng)有合理的導(dǎo)向長(zhǎng)度。 3.3.2 安全系數(shù)的選擇 液壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)確定下來(lái)之后（最終定下來(lái)至少要反復(fù)一次）便可進(jìn)行結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)：零件的形狀、尺寸和加工要求、材料、連接方式并進(jìn)行強(qiáng)度校核，為做到設(shè)計(jì)合理化，這時(shí)涉及到安全系數(shù)的選擇。 安全系數(shù)的選擇并沒(méi)有硬性規(guī)定，但必須在保證安全的條件下，盡量選擇較小的數(shù)值。安全系數(shù)過(guò)大，不僅造成不必要的浪費(fèi)，提高了成本，而且導(dǎo)致所設(shè)計(jì)的液壓缸外形尺寸大，重量也較大，常常不能適應(yīng)工作要求。但安全系數(shù)也不能取得太低，以免發(fā)生事故。 影響液壓缸安全性因素多，可大致歸為五個(gè)方面： (1) 液壓沖擊。高壓或高速液壓缸急劇換向、液壓缸進(jìn)入緩沖行程瞬間、液壓缸運(yùn)行中突然制動(dòng)（或油路突然阻切斷），都會(huì)產(chǎn)生液壓沖擊。假設(shè)靜負(fù)荷時(shí)液壓沖擊因素所決定的安全系數(shù)為，那么有輕度液壓沖擊時(shí)安全系數(shù)取,較強(qiáng)液壓沖擊取安全系數(shù)，特強(qiáng)液壓沖擊安全系數(shù)可取。 (2) 機(jī)械沖擊。液壓缸承受強(qiáng)的沖擊載荷(如鍛壓機(jī)或活塞—活塞桿承受較大的慣性力負(fù)載)運(yùn)動(dòng)到行程末端時(shí)（無(wú)緩沖裝置），容易發(fā)生機(jī)械沖擊。輕度的機(jī)械沖擊安全系數(shù)可取，沖擊較大時(shí)安全系數(shù)可取。 (3) 材料。液壓缸零件的材料是決定液壓缸安全系數(shù)的重要因素之一。脆性材料(如鑄鐵)承受沖擊的能力差，安全系數(shù)要取大一些，一般可取。塑料材料承受沖擊的能力優(yōu)于脆性材料，在斷裂之前要經(jīng)過(guò)塑性變形，安全系數(shù)可取低些，一般為。如果采用鍛造或冷擠壓的材料，安全系數(shù)可取更小些。液壓缸常用材料的安全系數(shù)及許用應(yīng)力可參看表3-8所列。 表3-8 液壓缸常用材料的安全系數(shù)和許用應(yīng)力 機(jī)械 類型 材料 缸筒 缸底平底） 活塞桿 n 許用應(yīng)力 n 許用應(yīng)力 n 許用應(yīng)力 工程 機(jī)械 碳鋼20 碳鋼45 鑄鋼35 2．5～4 105～168 120 140 90～110 2～3 195～203 注 釋 1. 此表根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料整理，僅供參考；2. 缸蓋的安全系數(shù)可參考缸底；3. 連接和緊固件安全系數(shù)為1.5～2.5。 (4) 其他因素。如液壓缸的工作溫度較低時(shí)，材料性質(zhì)變脆，在高溫下零件容易發(fā)生蠕變；液壓缸尺寸較大時(shí)，安全系數(shù)可小些，小型零件的安全系數(shù)要取大些；液壓缸承受偏心或橫向負(fù)載時(shí)安全系數(shù)要取大些等。 (5) 不可預(yù)見(jiàn)的因素。除前面所列的影響液壓缸安全的因素外，液壓缸的破壞因素尚有許多不可預(yù)見(jiàn)的因素。由不可預(yù)見(jiàn)的因素決定的安全系數(shù)一般可取。上述的諸多因素也不一定對(duì)每一個(gè)零件都產(chǎn)生影響，這需要對(duì)每一個(gè)零件的工作情況作具體分析，但液壓缸的關(guān)鍵零件及連接部位的安全系數(shù)要取大些。液壓缸的綜合安全系數(shù)可按下式計(jì)算 式中 ——材料因素決定的安全系數(shù)（最重要）； ——機(jī)械沖擊因素決定的安全系數(shù)； ——液壓沖擊因素決定的安全系數(shù)； ——不可預(yù)見(jiàn)的因素決定的安全系數(shù)； ——其它因素決定的安全系數(shù) 3.4 液壓缸底座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖3-2所示的液壓缸底座是為底部鉸支安裝的液壓缸而設(shè)計(jì)的，相應(yīng)的尺寸見(jiàn)表3-9所列。它與缸筒為焊接連接，材料為焊接性能較好的。  技術(shù)要求： （1）正火處理；（2）鑄件不得有裂紋、氣孔、夾渣等缺陷； （3）鑄造圓角R=3~5；（4）未注明倒角245。 圖3-2 液壓缸底座 3.5 缸體設(shè)計(jì)與計(jì)算 液壓缸的設(shè)計(jì)相對(duì)較簡(jiǎn)單，但并不是輕而易舉的，而是一件細(xì)致的工作。如果白手起家設(shè)計(jì)一臺(tái)液壓缸，那也是相當(dāng)耗時(shí)和費(fèi)力的。尤其對(duì)第一次從事液壓元件設(shè)計(jì)的新手來(lái)說(shuō)，最大的困難并不是理論計(jì)算，而是零件圖的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)：結(jié)構(gòu)形狀的構(gòu)思、配合精度等級(jí)的選擇、形位公差的確定、工藝要求和技術(shù)要求等。 液壓缸設(shè)計(jì)是一個(gè)交叉設(shè)計(jì)過(guò)程，不是一次設(shè)計(jì)可以完成的，只有經(jīng)過(guò)多次反復(fù)才能最終確定下來(lái)。 對(duì)單活塞桿液壓缸來(lái)說(shuō)，缸體通常由缸底（底蓋）、缸筒、缸頭（與前端蓋的連接部位）組成。缸體的結(jié)構(gòu)要根據(jù)安裝或工作要求確定。對(duì)于缸體軸線擺動(dòng)的液壓缸，可采用兩端鉸支安裝或中間耳軸支承安裝型式。兩端鉸支安裝或中間耳軸支承（鉸支）安裝的液壓缸，缸底通常為平底，與缸筒焊接連接。缸頭結(jié)構(gòu)形式有多種，不主張使用卡環(huán)式或螺紋式，建議使用法蘭式，以利于液壓缸的密封。對(duì)端部法蘭型液壓缸，缸頭采用焊接法蘭比較方便，特殊需要時(shí)，可將頭部墩粗，加工螺紋孔以安裝法蘭的前端蓋。對(duì)于耳軸安裝方式，一般應(yīng)將耳軸設(shè)置 在液壓缸頭部位置，以利于液壓缸的穩(wěn)定。圖3-3為工程機(jī)械中常用的焊接式法蘭缸體，它與圖3-2所示的底座焊接在一起，則構(gòu)成了液壓缸完整的缸體組件。缸筒與頭部法蘭座材料為，油口為35號(hào)鋼。缸筒、頭部法蘭座、油口結(jié)構(gòu)及相應(yīng)尺寸見(jiàn)零件圖所示。有關(guān)配合精度等級(jí)可參照類似零件選擇之。 序號(hào) 名稱 件數(shù) 材料 1 缸筒 1 2 油口 1 35 3 法蘭座 1 圖3-3 法蘭式缸體 3.5.1 缸筒設(shè)計(jì) 1）缸筒與缸蓋的連接形式 缸體的結(jié)構(gòu)型式即缸筒與端蓋的連接方式，它與液壓缸的用途、工作壓力、使用環(huán)境及安裝要求等因素有關(guān)。 端蓋分為前端蓋和后端蓋。前端蓋將活塞桿（柱塞）腔封閉，并起著為活塞桿導(dǎo)向、密封和防塵之作用。后端蓋即缸底將缸筒內(nèi)腔一端封閉，并通常起著將液壓缸與其他機(jī)件連接的作用。 缸筒與端蓋常見(jiàn)的連接方式有八種：拉桿式、法蘭式、焊接式、內(nèi)螺紋和外螺紋式、內(nèi)卡環(huán)和外卡環(huán)式和鋼絲擋圈式，其中焊接式只適應(yīng)缸筒與后端蓋的連接。 對(duì)于固定機(jī)械，若尺寸與質(zhì)量沒(méi)有特殊要求時(shí)，建議采用法蘭式連接，該連接方式結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、易加工、易裝卸、使用廣泛，如圖3-3所示。故該液壓缸缸 筒與缸蓋采用焊接法蘭式連接。 圖3-4 缸筒與缸蓋法蘭式連接 2） 對(duì)缸筒的要求 缸筒是液壓缸的主要零件，它與端蓋、活塞構(gòu)成密封容腔，用以容納壓力油液、驅(qū)動(dòng)負(fù)載而做功，因而對(duì)其有強(qiáng)度、剛度、密封等方面的要求。 (1) 要有足夠的強(qiáng)度，在長(zhǎng)期承受額定工作壓力和短期動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)壓力下而不致產(chǎn)生永久變形。 (2) 要有足夠的剛度，能承受活塞側(cè)向力和安裝時(shí)的反作用力而不致產(chǎn)生彎曲。 (3) 密封的可靠性。缸筒內(nèi)表面與活塞密封組件、支承環(huán)處的尺寸公差等級(jí)、形位公差精度設(shè)計(jì)要合理，既要保證可靠的密封要求，又要減小磨損。 (4) 需要焊接的缸筒要有良好的可焊性，以便在焊接法蘭或缸底或接頭后不致于產(chǎn)生裂紋或過(guò)大的變形。 以上要求靠缸筒材料的適當(dāng)選擇和設(shè)計(jì)制造時(shí)的合理工藝要求來(lái)保證。 3) 缸筒的材料選擇 (1) 缸筒的毛坯普遍采用退火的冷拔或熱軋的無(wú)縫鋼管，市場(chǎng)上已有內(nèi)孔經(jīng)過(guò)珩磨或內(nèi)孔經(jīng)過(guò)精加工的半成品，只需按所要求的長(zhǎng)度切割無(wú)縫鋼管，材料有、、號(hào)鋼和合金鋼。 （2） 對(duì)于工作溫度低于的液壓缸缸筒，必須用或號(hào)鋼，且要作調(diào)質(zhì)處理。 (3) 與缸蓋或法蘭焊接的缸筒，使用號(hào)鋼，機(jī)械預(yù)加工后再調(diào)質(zhì)。不與其他零件焊接的缸筒，使用調(diào)質(zhì)的號(hào)鋼。 （4） 缸壁較厚的缸筒，采用鑄鐵或鍛件，或用厚鋼板卷成筒形，焊接后退火，焊縫需用光射線或磁力探傷檢查。常用的材料有碳素鋼：、、號(hào)等；普通低合金結(jié)構(gòu)鋼如、等；合金結(jié)構(gòu)鋼如、、35CrMo-ALA等；不銹鋼如等；鋁合金：、、等；鑄鋼如ZG230-450、ZG310-500等；防銹鋁合金如、等。 4) 缸筒加工的技術(shù)要求 缸筒的技術(shù)要求高，工藝過(guò)程復(fù)雜，是液壓缸中最難加工的零件。缸筒的技術(shù)要求要合理，過(guò)高時(shí)將會(huì)導(dǎo)致制造成本的大幅提高，過(guò)低時(shí)又將影響液壓缸的工作性能和使用壽命。一般來(lái)說(shuō)可分為如下幾個(gè)方面： (1) 缸筒內(nèi)徑公差等級(jí)和表面粗糙度 缸筒與活塞一般采用基孔制的間隙配合?；钊捎孟鹉z、塑料、皮革材質(zhì)密封件時(shí)，缸筒內(nèi)孔可采用，公差等級(jí)，與活塞組成、、、、、、、等不同的間隙配合。缸筒內(nèi)孔粗糙度為。采用活塞環(huán)密封時(shí)，缸筒內(nèi)孔公差等級(jí)一般要取，與活塞組成、、、等不同的間隙配合，內(nèi)孔表面粗糙度為。 采用間隙密封時(shí)，缸筒內(nèi)孔公差等級(jí)一般取，與活塞組成的間隙配合，表面粗糙度為。 以上配合應(yīng)盡量不采用對(duì)的配合，因?yàn)樗锌赡艹霈F(xiàn)配合過(guò)緊的現(xiàn)象。 (2) 缸筒的形位公差(圖3-5) 缸筒內(nèi)徑的圓度、錐度、圓柱度不大于內(nèi)徑公差之半；缸筒軸線的直線度誤差不大于，缸筒端面對(duì)軸線的圓跳動(dòng)不大于。 (a) 缸筒加工要求； (b) 安裝部位要求。 圖3-5 缸筒的加工和安裝部位要求 (3) 安裝部位的技術(shù)要求（圖3-5） 缸筒端面和端蓋接合面對(duì)缸筒軸線的垂直度誤差不大于；安裝缸蓋的螺紋應(yīng)采用級(jí)精度的公制螺紋；采用耳環(huán)（軸）安裝時(shí)，耳環(huán)（軸）軸線對(duì)缸筒軸線的位置誤差不大于，垂直度誤差不大于；采用銷軸安裝時(shí)，位置誤差不大于，垂直度誤差不大于。 (4) 其他技術(shù)要求（圖3-5） 缸筒內(nèi)徑端部倒角，或倒以上的圓角，表面粗糙度不低于，以免裝配時(shí)損傷密封件。 缸筒端部需要焊接時(shí)，缸筒內(nèi)部工作表面到焊縫的距離不得小于。 熱處理調(diào)質(zhì)硬度。 為防腐蝕和提高壽命，缸筒內(nèi)孔鍍鉻厚度，然后進(jìn)行研磨式拋光。 需要在缸筒上焊接法蘭、油口、排氣閥座時(shí)，都必須在半精加工之前進(jìn)行，以免精加工后焊接而引起內(nèi)孔變形。缸筒外表面涂油漆。 5） 缸筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(見(jiàn)零件圖) 技術(shù)要求：除φ及其⊥面外，其余焊后加工 圖3-6 缸筒 3.5.3 缸頭和油口設(shè)計(jì) 1） 油口設(shè)計(jì) 液壓缸進(jìn)出油口如圖3-7所示，油口的設(shè)計(jì)涉及的問(wèn)題有：油口尺寸、位置尺寸、與外界的連接方式。油口的對(duì)外連接方式多為普通的細(xì)牙螺紋，液壓缸油口連接螺紋應(yīng)符合GB/T2878-1993之規(guī)定，見(jiàn)表3-9所示。該液壓缸油口油口通常開(kāi)設(shè)在缸筒上，其結(jié)構(gòu)及尺寸見(jiàn)零件圖所示。 （a）進(jìn)油口 （b）出油口 圖3-7 油口 表3-9 液壓缸油口連接螺紋GB/T2878-1993）/mm 　M50.8 　M81 　M101 M121.5 M141.5 M161.5 M181.5 M201.5 M221.5 M272 　M332 M422 　M502 　M602 　 油口多采用螺紋連接，推薦使用快速管接頭，安裝拆卸方便。油口開(kāi)設(shè)在缸筒上時(shí)，要加焊凸臺(tái)，增加螺紋長(zhǎng)度；管接頭處要注意加密封圈。 2） 缸筒頭部設(shè)計(jì) 缸筒頭部即缸筒與前端蓋的連接處結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖3-7所示；其機(jī)構(gòu)尺寸見(jiàn)零件圖。 技術(shù)要求：（1）采用鑄鋼件時(shí)需正火處理；（2）鑄件不得有裂紋、氣孔、夾渣等缺陷；（3）φ2及⊥面焊后加工。 圖3-8 法蘭座 3.6 活塞組件設(shè)計(jì) 除非有特殊要求或說(shuō)明，一般通常默認(rèn)活塞組件是液壓缸的直接做功元件。活塞組件的主體是活塞與活塞桿。除此之外，還有活塞支承環(huán)和密封件、活塞與活塞桿的密封件、活塞桿與活塞的連接件及活塞桿頭部連接件、活塞桿的導(dǎo)向環(huán)與密封件及防塵圈（三者都在液壓缸的端蓋中）。 3.6.1 活塞桿設(shè)計(jì) 1）活塞桿的材料和技術(shù)要求