螺纹式连接液压缸结构机械设计【含CAD图纸】
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本科生毕业设计(论文)开题报告论文题目: HSG螺纹式连接液压缸结构设计学 院: 专业班级: 学生姓名: 学 号: 导师姓名: 开题时间: 20* 年 4月 23日一课题的背景及意义液压传动元件以其功率大,安装布置简便,易于受控,操作方便舒适,故障率低,便于维护等优点,非常适于结构形态多变,工作条件恶劣的农业机械的应用。几十年来,液压技术不仅在农机,机床,工程机械,建筑机械,航天航空设备等得到越来越多的应用,而且形成了庞大的市场。全世界液压元件市场销售额已超过二百亿美元,我国液压行业产值已近80亿人民币。按其重要程度计算,在国外发达国家,农机用液压元件市场份额始终属于前5名,我国农机用液压元件需求量在四百万件以上,在国内各行业中,数量最多。进入二十一世纪,液压技术在农机上的应用,呈现出快速发展的势头。 国外发达国家在农业现代化装备上广泛应用电子,液压,新型材料等高技术,进一步提高了农机的操纵性、舒适性、方便性和智能化水平,保护农业生态环境,为精确农业提供新的装备。 我国在“十五”期间,将以实现水稻、玉米生产全过程机械化的田间作业机械、节水装备、农用配套动力和关键部件及农用运输等几个领域产品为发展的重点,进行共性关键技术攻关,包括拖拉机,联合收割机动力换档及静液压驱动技术,联合收割机电液自动化作业监测技术与控制技术。 我国到2005年,60%以上的重要农机产品达到国际80年代末期水平,新开发的品种70%以上达到国际90年代水平,拖拉机,联合收割机等重要产品平均无故障间隔时间接近国际80年代后期及90年代初期水平,到2015年,农机综合技术水平基本接近当时的国际水平,这样,液压技术在农机上的应用,得到了契机。 综上所述,在新世纪中,我国液压机械行业将有明显的进步, 液压技术在农机上的应用将显出强大的生命力,为提高农机产品的技术含量,缩小与国外的差距作出重要贡献。 液压传动技术不仅用于传统的机械操纵、助力装置,也用于机械的模拟加工、转速控制、发动机燃料进给控制,以及车辆动力转向、主动悬挂装和制动系统,同时,也扩展到航空航天和海洋作业等领域。而液压油缸是液压传动中将液体的压力能转换成机械能,实现往复直线运动或往复摆动的执行元件,被广泛应用于各种液压机械设备中。液压油缸的设计合理性、制造质量,直接影响整个液压机械设备的的使用状态,乃至整个生产系统的正常运行和生产的安全性。所以,液压油缸的合理化设计具有重要的现实意义。1课题的国内外研究动态、目前的水平及发展趋势液压油缸也是基于以密闭容器中的静压力传递力和功率这一原理实现工作目的的。目前以其可实现大范围的无级调速、体积小、质量轻、结构紧凑、惯性小,易于实现自动化、过载保护以及良好的标准化、系列化、通用化特点广泛应用工程领域。当前正继续向着以下几个方面发展:(1)节能近年来,由于世界能源的紧缺,各国都把液压传动的节能问题作为液压技术发展的重要课题。20世纪70年代后期,德、美等国相继研制成功负载敏感泵及低功率电磁铁等。最近美国威克斯公司又研制成功用于功率匹配系统的CMX阀。(2)与微电子、计算机技术结合20世纪80年代以来,逐步完善和普及的计算机控制技术和集成传感技术为液压技术与电子技术相结合创造了条件。随着微电子、计算机技术的发展,出现了各种数字阀和数字泵,并出现了把单片机直接装在液压组件上的具有位置或力反馈的闭环控制液压元件及装置。(3)运行的可靠性由于有限元法在液压元件设计中的应用,可靠性实验、研究工作的广泛开展以及新材料、新工艺的发展等,使液压元件的寿命得到提高。由于对飞机、船舶、冶金等一些重要液压系统采用多裕度设计,并在系统中设置旁路净化回路及具有初级智能的自动故障检测仪表等,加强了油液的污染度控制。上述领域内的一些重要成果,使液压系统的可靠性逐年提高。(4)高度的集成化把叠加阀、集成块、插装阀以及各种控制阀集成于液压泵及液压执行元件上形成组合元件,有些还把单片机等集成在其控制机构上,达到了集机、电、液于一体的高度集成化。(5)高压、低躁声、提高密封性能等高压、高转速、低噪声组件的研究,高效滤材的研究,环保型工作介质及其相应高压液压组件的研究等也是值得注意的动向。2课题研究的目的、意义及工作设想合理、正确的设计液压油缸是设计和制造液压设备的基础和保证,同时,也是很好的对整个学习期间专业知识的总结,提高对专业知识的综合利用能力为在实际的工作岗位上打下坚实的专业基础。3液压传动的优缺点一、优点(1)传动平稳 在液压传动装置中,由于油液的压缩量非常小,在通常压力下可以认为不可压缩,依靠油液的连续流动进行传动。油液有吸振能力,在油路中还可以设置液压缓冲装置,故不像机械机构因加工和装配误差会引起振动扣撞击,使传动十分平稳,便于实现频繁的换向;因此它广泛地应用在要求传动平稳的机械上,例如磨床几乎全都采用了液压传动。(2)质量轻体积小 液压传动与机械、电力等传动方式相比,在输出同样功率的条件下,体积和质量可以减少很多,因此惯性小、动作灵敏;这对液压仿形、液压自动控制和要求减轻质量的机器来说,是特别重要的。例如我国生产的1m3挖掘机在采用液压传动后,比采用机械传动时的质量减轻了1t。(3)承载能力大 液压传动易于获得很大的力和转矩,因此广泛用于压制机、隧道掘进机、万吨轮船操舵机和万吨水压机等。(4)容易实现无级调速 在液压传动中,调节液体的流量就可实现无级凋速,并且凋速范围很大,可达2000:1,很容易获得极低的速度。(5)易于实现过载保护 液压系统中采取了很多安全保护措施,能够自动防止过载,避免发生事故。(6)液压元件能够自动润滑 由于采用液压油作为工作介质,使液压传动装置能自动润滑,因此元件的使用寿命较长。(7)容易实现复杂的动作 采用液压传动能获得各种复杂的机械动作,如仿形车床的液压仿形刀架、数控铣床的液压工作台,可加工出不规则形状的零件(8)简化机构 采用液压传动可大大地简化机械结构,从而减少了机械零部件数目。(9)便于实现自动化 液压系统中,液体的压力、流量和方向是非常容易控制的,再加上电气装置的配合,很容易实现复杂的自动工作循环。目前,液压传动在组合机床和自动线上应用得很普遍。(10)便于实现“三化” 液压元件易于实现系列比、标准化和通用化也易于设计和组织专业性大批量生产,从而可提高生产率、提高产品质量、降低成本。二、缺点(1)液压元件制造精度要求高 由于元件的技术要求高和装配比较困难,使用维护比较严格。(2)实现定比传动困难 液压传动是以液压油为工作介质,在相对运动表面间不可避免的要有泄漏,同时油液也不是绝对不可压缩的。因此不宜应用在在传动比要求严格的场合,例如螺纹和齿轮加工机床的传动系统。(3)油液受温度的影响 由于油的粘度随温度的改变而改变,故不宜在高温或低温的环境下工作。 (4)不适宜远距离输送动力 由于采用油管传输压力油,压力损失较大,故不宜远距离输送动力。(5)油液中混入空气易影响工作性能 油液中混入空气后,容易引起爬行、振动和噪声,使系统的工作性能受到影响。(6)油液容易污染 油液污染后,会影响系统工作的可靠性。(7)发生故障不易检查和排除。二毕业设计的内容及任务1设计思想基于以密闭容器中的静压力传递力和功率这一原理,结合实际工作中的工况条件和要求,在完成了工况分析、负载计算以及选定工作压力的基础上进行设计。液压传动是利用帕斯卡原理,即在密闭容积内,施加在静止液体边界上的压力,在液体内可以向所有方向等值地传递到液体各点。液压传动的基本原理:液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能,通过液体压力能的变化来传递能量,经过各种控制阀和管路的传递,借助于液压执行元件(缸或马达)把液体压力能转换为机械能,从而驱动工作机构,实现直线往复运动和回转运动。其中的液体称为工作介质,一般为矿物油,它的作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似。在液压传动中,液压油缸就是一个最简单而又比较完整的液压传动系统,分析它的工作过程,可以清楚的了解液压传动的基本原理。2设计方案(1)整理有关方面的资料,根据使用要求确定结构形式和安装方式。(2)根据负载情况、运动速度、最大行程和工作压力等要求计算出主要结构尺寸。1.结构尺寸的确定原则液压缸已有系列标准可供选用,但有时还需自行设计一些非标准液压缸。液压缸的结构尺寸与主机的工作机构有直接关系,其设计是在完成了工况分析、负载计算以及选定了工作压力的基础上进行的。2.缸筒内径的确定对于活塞杆液压缸,计算缸筒内径D时,通常有两种计算方法,一种是根据液压缸需要生产的推力F和系统选定的工作压力p来计算(设回油压力为零),计算式为 (414)另一种方法是根据运动速度v和输入流量q来确定刚通内径D,计算式为 (415)式中 、液压缸的机械效率及容积效率。按式(414)或(415)计算出缸筒内径D后,还要根据GB/T23481993加以圆整。一般设计缸筒内径采用前一种方法,后一种方法用来校核所设计缸筒内径能否满足最低工作进给的速度要求。3.活塞杆直径的确定活塞杆直径d的计算方法,通常是在缸筒内径D已确定,在满足一定速度比的情况下,来确定活塞杆的直径d,其计算式为 (416) 按式(416)计算出活塞杆的直径d后,再按标准进行圆整,然后按其结构强度和稳定性进行校核。4.其他结构尺寸按照使用情况确定液压缸行程L主要根据执行机构的运动要求而定。为了简化工艺、降低成本、增加产品通用性,应尽量采用国家标准规定的标准系列值(参看GB/T23491980)。当活塞杆全部外伸时,从活塞支撑面中点到导向滑动面中点的距离H称为液压缸的最小导向长度,对于一般液压缸,其最小导向长度由下式确定,即 (417)式中L液压缸的最大行程;D缸筒内径。活塞的宽度B一般取0.6D1D;端盖滑动支撑面长度l1根据内径确定,即 当D80mm时,取l1=(0.61)D 当D80mm时,取l1=(0.61)d为保证最小导向长度,过分加大B及l1都是不可取的,必要时可以在活塞与导向滑动面之间装隔环,隔环宽度C由下式确定,即 (418)(3)对部分零件进行强度、刚度和稳定性验算并进行缓冲计算1.缸筒壁厚强度计算及校核液压缸直径D确定后,其壁厚由强度条件来确定,壁厚强度计算有两种情况。1)按薄壁筒公式计算对于低压系统或当缸径D与壁厚的比值D/12.5时,一般按薄壁圆筒计算,即 (419)式中py试验压力。当工作压力p16MPa时,py=1.5p;当压力p16MPa时,py=1.25p; 缸筒材料的许用应力,= b/n,b为缸筒材料的抗拉强度,n为安全系数,一般取n=5.2)按后壁圆筒公式计算对于中高压系统或当缸径D与壁厚的比值D/3.2时,一般按后壁筒计算。若缸筒由塑性材料制造,缸筒壁厚应按第四强度理论计算,即 (420)若缸筒由脆性材料制造,缸筒壁厚应按第二强度理论计算,即 (421) 2.活塞杆强度及稳定性校核活塞杆全部伸出时,活塞杆顶端至液压缸支撑点之间的距离称为计算长度l,其值与液压缸的安装形式有关。根据计算长度l与活塞杆直径d的不同比值,应对活塞杆进行不同项目的校核。当计算长度与活塞杆直径d之比l/d10时,属于短行程液压缸,主要校核其拉压强度。当活塞杆受压时,若计算长度与活塞杆直径d之比l/d10,容易出现不稳定状态,发生纵向弯曲破坏,这时必须进行活塞杆的稳定性校核。活塞杆所能承受的符合应满足以下条件,即 (422)式中安全系数,一般取=24,冲击载荷较大时还可取大一些; 液压缸活塞杆产生纵向弯曲丧失稳定时的临界负荷。 当细长比l/Km时,临界负荷用欧拉公式计算,即 (423)式中K活塞杆截面的回转半径,; J活塞杆截面的转动惯量; A活塞杆截面积; m柔性系数; n末端系数; E活塞杆材料的弹性模量。 当细长比l/Km时,临界负荷用戈登兰金公式计算,即 (424)式中材料强度实验值,按表4-2选取;a实验常数。此外还应对螺纹联接强度、卡环联接强度、焊接联接强度和液压缸的制动和缓冲装置进行计算,使所设计的液压缸满足使用要求。(4)结合注意事项完成结构设计。设计中与计算中应注意的问题1)液压缸结构形式的选择关系到液压缸的具体结构设计和性能设计,因此必须根据系统设计要求,对不同形式的液压缸进行充分分析和对比,然后参考同类设备使用情况来确定。2)在保证实现设计要求的前提下,应使液压缸外形尺寸尽可能小。3)应尽量使活塞杆在受拉状态下承受最大负载,但一般情况活塞杆多在受压状态下工作。因此,为避免产生纵向弯曲,应保证液压缸在受压状态下具有良好的稳定性。4)具体结构设计要按照推荐的结构形式进行,尽量采用标准件,结构尽可能简单,且便于加工、装配和维修。5)不一定所有液压缸都要设置缓冲和排气装置,应根据具体情况和要求而定,有时可在系统中考虑。6)确定液压缸安装固定形式时,必须考虑到缸筒和活塞杆受热后会伸长的问题。因此,定位销只能打在液压缸一端的两侧;双杆活塞缸的活塞杆与运动部件不能采用刚性连接。(5)整理设计说明书,绘制有关图纸,整理有关设计资料、材料。3课题研究拟采用的方法和手段采用单活塞杆式液压缸的设计形式,以液压传动的基础知识为指导,结合力学分析、计算、校核方法,绘图以CAD完成。1.主要零部件强度校核2.缸筒壁厚强度计算及校核3.活塞杆强度及稳定性校核及缓冲计算设计主要尺寸图纸(1)油缸装备图一张 - 0号图纸(2)活塞杆零件图一张- 1号图纸(3)活塞组件图一张 - 2号图纸(4)零件图一张 - 1号图纸(5)油缸缓冲装置组件图一张- 1号图纸(6)油缸密封压盖零件图一张-3号图1张(7)油缸放气阀组件图一张-3号图1张(8)油缸缓冲装置针形阀组件图一张-3号图1张4预计毕业设计课题的最终目标及达到的水平实现有关液压油缸的高品质设计,要求其使用性能的提高,参数明确合理,应用专业知识系统,并能提高对液压油缸的认识。三毕业设计工作计划及进度安排第1周明确设计任务,根据课题要求查阅资料,借参考书;第2周写开题报告,查阅相关外文资料;第3周选择并确定外文翻译内容,进行外文翻译;第4周资料整理完成开题报告第5周检查开题报告;并继续外文翻译;第6周检查外文翻译;第7周熟悉零件结构;第8周熟悉绘图软件的使用;第9周上交开题报告,外文翻译第10周进行整体方案及总体结构设计第11周进行整体方案及总体结构设计计算第12周校合尺寸,开始准备画图第13周整体修改整理图纸;第14周撰写设计计算说明书;第15周修改整理设计计算说明书;第16周修改、整理、排版、打印、装订;第17周教师评阅,准备答辩。四参考文献1 陈立德.机械制造装备设计.北京.高等教育出版社,2006 2 王先逵.机械制造工艺学.北京.机械工业出版社,2006 3 吴宗泽.机械设计师手册. 北京:机械工业出版社,2002 4 王章忠.机械工程材料. 北京:机械工业出版社,20015 李益民.机械制造工艺设计简明手册. 北京:机械工业出版社,20056 戴亚春.机械制造工艺实习指导书. 北京:化学工业出版社,20077 何庆.机械制造专业毕业设计指导. 北京:化学工业出版社,20088 黄如林等.金属加工工艺及工装设计. 北京:化学工业出版社,2006摘 要液压缸是液压系统中最广泛应用的一种液压执行元件。液压缸是将液压泵输出的压力能转换为机械能的执行元件,它主要是用来输出直线运动。液压传动和液力传动均是以液体作为工作介质来进行能量传递的传动方式。液压传动主要是利用液体的压力能来传递能量;而液力传动则主要是利用液体的动能来传递能量。由于液压传动有许多突出的优点,因此,它被广泛地应用于机械制造、工程建筑、石油化工、交通运输、军事器械、矿山冶金、轻工、农机、渔业、林业等各方面。同时,也被应用到航天航空、海洋开发、核能工程和地震预测等各个工程技术领域。本文对液压缸参数化设计方法进行深入系统的研究,建立液压缸CAD原型软件系统,主要研究成果如下: 1.系统分析液压缸工作原理的基础上,归纳了液压缸的工作形式及主要安装形式。在分析液压缸主要部件结构特点的基础上,建立了基于装配的面向对象液压缸产品设计模型; 2.研究面向制造的产品特征建模技术,基于产品建模方法和面向对象技术,建立了基于特征的液压缸产品模型。研究了适用于液压缸参数化设计的标准件库建模方法及数据库建模技术,并据此建立了液压缸参数化数据库模型及基于装配的液压缸参数化模型; 3.建立液压缸参数化CAD系统模型,基于商用CAD软件,开发了液压缸参数化CAD软件原型系统。关键词:液压缸;液压泵;液压传动;液力传动AbstractHydraulic cylinders are one of the hydraulic action components, which are widely used to transfer hydraulic power produced by pump to mechanical power with the manner of straight movement.Hydraulic transmission hydraulic transmission and are based on the liquid as energy transfer medium to the drive. Mainly the use of hydraulic fluid to transmit pressure to energy; and hydraulic transmission is mainly used to transfer the kinetic energy of liquid energy. As a result of hydraulic many prominent advantages, therefore, it is widely used in machine building, construction, petrochemical, transportation, military equipment, mine metallurgy, light industry, agricultural, fisheries, forestry and so on. At the same time, also be applied to aerospace, marine development, nuclear engineering and earthquake prediction in various fields of engineering and technology.In this paper, the parameters of the hydraulic cylinder design of the system to conduct in-depth research, the establishment of hydraulic cylinder CAD prototype software system, the main research results are as follows: 1. The working principle of hydraulic cylinder systems analysis on the basis of summed up the work of the form of hydraulic cylinder and the major form of installation. Analysis of hydraulic cylinders in the structural characteristics of the main components on the basis of the assembly based on object-oriented model of product design of hydraulic cylinder; 2. Research-oriented products feature modeling, product modeling based on object-oriented methods and technology, based on the characteristics of the hydraulic cylinder product model. Studied for parametric design of hydraulic cylinder of standard parts library and database modeling modeling techniques, and accordingly established a database of hydraulic cylinder model parameters and the hydraulic cylinder assembly based on the model parameters; 3. To establish fluid pressure cylinder of CAD system model parameters, based on the commercial CAD software, has developed a hydraulic cylinder Parametric CAD software prototype system.Key words:Hydraulic cylinder; hydraulic pump; hydraulic transmission; hydraulic transmission引 言液压传动元件以其功率大,安装布置简便,易于受控,操作方便舒适,故障率低,便于维护等优点,非常适于结构形态多变,工作条件恶劣的农业机械的应用。液压传动的基本原理:液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能,通过液体压力能的变化来传递能量,经过各种控制阀和管路的传递,借助于液压执行元件(缸或马达)把液体压力能转换为机械能,从而驱动工作机构,实现直线往复运动和回转运动。其中的液体称为工作介质,一般为矿物油,它的作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似。在液压传动中,液压油缸就是一个最简单而又比较完整的液压传动系统,分析它的工作过程,可以清楚的了解液压传动的基本原理。几十年来,液压技术不仅在农机,机床,工程机械,建筑机械,航天航空设备等得到越来越多的应用,而且形成了庞大的市场。全世界液压元件市场销售额已超过二百亿美元,我国液压行业产值已近80亿人民币而液压油缸是液压传动中将液体的压力能转换成机械能,实现往复直线运动或往复摆动的执行元件,被广泛应用于各种液压机械设备中。液压油缸的设计合理性、制造质量,直接影响整个液压机械设备的的使用状态,乃至整个生产系统的正常运行和生产的安全性。所以,液压油缸的合理化设计具有重要的现实意义。目 录摘 要IAbstractII引 言III目 录IV第1章 液压传动的概述11.1简介11.2应用领域11.3传动原理11.4主要组成11.4.1动力元件(油泵)11.4.2执行元件(油缸、液压马达)21.4.3控制元件21.4.4辅助元件21.4.5工作介质21.5表达符号21.6现状及其展望3第2章 液压缸的计算依据42.1液压缸的分类42.2 主要参数及常用计算公式62.2.1压力62.2.2主要尺寸及面积比62.2.3液压缸活塞的理论推理和拉力82.2.4效率92.2.5液压缸负载率102.2.6活塞瞬间线速度102.2.7活塞作用力F112.2.8活塞加速度a122.2.9活塞加(减)速时间ta(td)122.2.10活塞加(减)速行程Sa(Sd)122.2.11液压缸流量132.2.12液压缸功率P13第3章液压缸的典型结构143.1端盖与缸筒连接方式143.1.1拉杆型液压缸143.1.2螺纹盖型液压缸143.1.3法兰型液压缸143.1.4安装方式143.2专用液压缸典型结构163.2.1特殊结构液压缸163.2.2电液伺服液压缸173.2.3特殊工质液压缸183.2.4组合液压缸183.2.5多级液压缸18第4章 液压缸主要零部件设计204.1缸筒的设计计算204.1.1主要技术要求204.1.2缸筒结构204.1.4缸筒厚度计算234.1.5缸筒厚度验算244.1.6缸筒底部厚度计算244.1.8缸筒材料254.1.9缸筒内壁表面加工公差和粗糙度ISO4394264.2活塞件的设计计算264.2.1活塞结构型式264.2.2密封件沟槽尺寸,公差及粗糙度264.2.3材料264.2.4活塞尺寸及公差274.3活塞杆的设计计算274.3.1结构274.3.2活塞杆直径计算284.4导向环的设计计算314.4.1导向环主要优点314.4.2导向环的型式314.4.3导向环的尺寸不同324.5活塞杆导向套324.6中隔圈的设计计算(限位圈)334.7缓冲机构设计计算344.7.1一般技术要求344.7.2结构型式344.7.3缓冲计算364.7.4调整缓冲机构尺寸384.8辅件40第5章设计主要尺寸图纸44结 论45参考文献46致 谢47第一章 液压传动的概述1.1简介液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。液压传动称为流体传动,是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术,是工农业中广为应用的一门技术。如今,流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。1.2应用领域液压传动有许多突出的优点,因此它的应用非常广泛,如一般工业用的塑料加工机械、压力机械、机床等;行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等;钢铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整装置等;土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等;发电厂涡轮机调速装置、核发电厂等等;船舶用的甲板起重机械(绞车)、船头门、舱壁阀、船尾推进器等;特殊技术用的巨型天线控制装置、测量浮标、升降旋转舞台等;军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等。1.3传动原理液压传动的基本原理:液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能,通过液体压力能的变化来传递能量,经过各种控制阀和管路的传递,借助于液压执行元件(液压缸或马达)把液体压力能转换为机械能,从而驱动工作机构,实现直线往复运动和回转运动。其中的液体称为工作介质,一般为矿物油,它的作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似。在液压传动中,液压油缸就是一个最简单而又比较完整的液压传动系统,分析它的工作过程,可以清楚的了解液压传动的基本原理。1.4主要组成液压系统主要由:动力元件(油泵)、执行元件(油缸或液压马达)、控制元件(各种阀)、辅助元件和工作介质等五部分组成。 1.4.1动力元件(油泵) 它的作用是把液体利用原动机的机械能转换成液压力能;是液压传动中的动力部分。 1.4.2执行元件(油缸、液压马达) 它是将液体的液压能转换成机械能。其中,油缸做直线运动,马达做旋转运动。 1.4.3控制元件 包括压力阀、流量阀和方向阀等。它们的作用是根据需要无级调节液动机的速度,并对液压系统中工作液体的压力、流量和流向进行调节控制。 1.4.4辅助元件 除上述三部分以外的其它元件,包括压力表、滤油器、蓄能装置、冷却器、管件各种管接头(扩口式、焊接式、卡套式)、高压球阀、快换接头、软管总成、测压接头、管夹等及油箱等,它们同样十分重要。 1.4.5工作介质 工作介质是指各类液压传动中的液压油或乳化液,它经过油泵和液动机实现能量转换。1.5表达符号图1液压系统表达符号1油箱 7油管2过滤器 8油管3液压泵 9液压缸4流量控制阀 10工作台5溢流阀6换向阀1.6现状及其展望液压油缸也是基于以密闭容器中的静压力传递力和功率这一原理实现工作目的的。目前以其可实现大范围的无级调速、体积小、质量轻、结构紧凑、惯性小,易于实现自动化、过载保护以及良好的标准化、系列化、通用化特点广泛应用工程领域。当前正继续向着节能、与微电子、计算机技术结合、运行的可靠性、高度的集成化、高压、低噪声、提高密封性能等发展。第2章 液压缸的计算依据液压缸是将液压能转化成直线运动机械能的执行元件2.1液压缸的分类液压缸主要分单作用液压缸,双作用液压缸,缓冲式液压缸,多级液压缸,等,具体分类如表1表1.液压缸的分类类别名称图形符号说明 单 作 用 液 压 缸单作用活塞液压缸(无弹簧)活塞仅作单向外伸运动,其反向内缩运动由外力来完成单作用活塞液压缸(弹簧回程)活塞仅作单向运动,其反向运动由弹簧力来完成单作用伸缩液压缸(单作用多级液压缸)有多个单向依次外伸运动的活塞(柱塞),各活塞(柱塞)逐次运动时,其运动速度和推力均是变化的。其反向内缩运动由外力来完成单作用柱塞液压缸柱塞仅作单向外伸运动,其反向内缩运动由外力来完成。其工作行程比单作用活塞液压缸长类别名称图形符号说明 双 作 用 液 压 缸双作用无缓冲式液压缸活塞作双向运动,并产生推,拉力。活塞在行程终了时不减速不可调单向缓冲式液压缸活塞作双向运动,并产生推,拉力。活塞在一侧形成终了时减速制动,其减速值不可调。另一侧行程终了时不减速不可调双向缓冲式液压缸活塞作双向运动,并产生推,拉力,活塞在双侧行程终了时均减速制动,其减速值不可调可调单向缓冲式液压缸活塞作双向运动,并产生推,拉力。活塞在一侧形成终了时减速制动,其减速值可调。另一侧行程终了时不减速可调双向缓冲式液压缸活塞作双向运动,并产生推,拉力,活塞在双侧行程终了时均减速制动,其减速值可调双活塞杆液压缸活塞两端杆径相同,活塞作正,反运动时,其运动速度和推(拉)力均相等双作用伸缩液压缸(双作用多级液压缸)有多个双向依次运动的活塞,各活塞逐次运动时,其运动速度和推,拉力均是变化的以上列出的是常见的液压缸分类,未包括一些结构或用途特殊的液压缸。2.2 主要参数及常用计算公式 2.2.1压力1.额定压力Pn,也称公称压力,是液压缸能用以长期工作的压力。国家标准GB2346-80规定了液压缸的公称压力系列如表2 表2 液压缸公称压力(MPa)2.最高允许压力Pmax,也是动态试验压力,是液压缸在瞬间所能承受的极限压力。各国规范通常规定为:Pmax1.5Pn(MPa) (1-1-1)3耐压试验压力Pt,是液压缸在检查质量时需承受的压力试验,在此压力下不出现变形或破裂。各国规范多数规定为:Pt=1.5Pn(MPa) (1-1-2)军品规范为:Pt=(2-2.5) Pn (MPa) (1-1-3)2.2.2主要尺寸及面积比1、缸内径D国家标准GB2348-80(等效于ISO3320)规定了液压缸内径系列如表3 表3缸内径D(mm)2、活塞杆内径d国家标准GB2349-80规定了活塞杆直径的基本系列(见表4) 表4活塞杆直径d(mm) 3、活塞行程S国家标准GB2349-80规定了活塞行程S的基本系列(见表5) 表5活塞杆行程S4、面积比(即速度比) = (1-1-4)A1=/4 A2=/4()式中 A1活塞无杆侧有效面积() A2活塞有杆侧有效面积() 活塞杆伸出速度() 活塞杆退出速度() D活塞直径(m2) d活塞杆直径(m2)值系列案ISO7181规定,如表62.2.3液压缸活塞的理论推理和拉力以双作用单活塞液压缸为例,液压油作用在活塞上F1: (1-1-5)当活塞杆退回时的理论拉力F2: (1-1-6) 表6面积比当活塞杆差动前进时(即活塞的两侧同时进压力相同的液压油)的理论推力 (1-1-7)以上三式中 D活塞直径(即液压缸内径)(m) d活塞杆直径(m) Pi供油压力(MPa)2.2.4效率t1、 机械效率,由各运动件摩擦损失所造成。在额定压力下,通常可取0.9。2、容积效率,由各密封件泄露所造成,通常容积效率为: 图2 液压缸活塞受力示意图装弹性体密封圈时:1 装活塞环时: 0.98 3、作用力效率:由排出口背压所产生的反向作用力而造成。活塞外推时: (1-1-8)活塞向内拉时: (1-1-9) 式中 当活塞外推时,为进油压力;当活塞向内拉时,为排油压力(MPa); 当活塞杆外推时,为排油压力;当活塞环内拉时,为进油压力(MPa); 同前。 当排油直接回油箱时: 1.4、总效率 =2.2.5液压缸负载率 为实际使用推力(或拉力)与理论额定推力(或拉力)的比值:=实际使用推力(或拉力)/理论额定推力(或拉力) (1-1-11)这值是用以衡量液压缸在工作时的负载,通常采用0.50.7,但对有些用途也可取0.450.752.2.6活塞瞬间线速度活塞瞬间线速度 = (m/s) (1-1-12) 式中 液压缸瞬时体积流量() A活塞的有效作用面积当 =常数时,v=常数。但实际上,活塞在行程两端各有一个加速阶段或一个减速阶段,见图3图3 活塞线速度随时间的变化2活塞最高时线速度当流量保持不变时,活塞在行程的中间大部分保持恒速,在活塞杆外推时,活塞的最高线速度为Vmax为 (1-1-13)式中 杆外推时的体积流量 活塞杆内拉时 (1-1-14)式中 杆内拉时的体积流量 3活塞平均线速度 (1-1-15)式中 S活塞行程(m) T活塞在单一方向的全行程时间(s)活塞最高线速度与平均线速度可按下式计算 = () (1-1-16) 式中 活塞线速度系数 活塞最高线速度受活塞和活塞杆密封圈以及行程末端缓冲机构所能承受的动能所限制。过低的最大线速度可能造成爬行,不利于正常工作,故应大于0.10.2。2.2.7活塞作用力F液压缸在工作适,活塞的作用力F,必须克服各项阻力,F的大小为; F (N) (1-1-17)式中 外负载阻力(包括外摩擦阻力在内) (N); 回油阻力(N),当油流会邮箱时,可以近似取=0,如果回油存在背压,则当杆外推时,可按式(1.1.6),计算当杆内拉时,可按式(1-1-5)计算;当活塞差动前进时,在推力中已考虑了在内,故此不必计算; 密封圈摩擦阻力 (N); 活塞在启动,制动或换向时的惯性力(N), 在加速时,取+,在减速时,取-,在恒速时,取=0。密封圈摩擦阻力为活塞密封和活塞杆密封摩擦阻力之和,即 (N) (1-1-18)式中 密封圈摩擦系数,按不同润滑条件,可以取=0.050.2; 密封圈两侧压力差 (Mpa); 分别为活塞及活塞杆密封圈宽度 (m); 分别为活塞和活塞杆密封圈摩擦修正系数, “O”型密封圈;0.15 压紧型密封圈;0.2 唇型密封圈;0.252.2.8活塞加速度a活塞加速度或减速度a为 (1-1-19)式中 m为活塞及负载重量(kg) 为活塞及负载惯性力(N)活塞加速度a的符号为“+”,减速度为“-”。2.2.9活塞加(减)速时间ta(td)如图2作为活塞简化运动规律,则活塞的加速度和减速度时间分别为 (s) (1-1-20) (s) (1-1-21) 2.2.10活塞加(减)速行程Sa(Sd) 如仍以图2作为活塞简化运动规律,活塞的加速及减速行程分别为 (m) (1-1-22) (m) (1-1-23)装有缓冲装置的液压缸的活塞加速或减速行程与缓冲装置节流行程有关(见1-1-23)2.2.11液压缸流量当活塞杆外推时; (1-1-24)当活塞杆内拉时; (1-1-25)对于弹性物密封圈; 对于金属活塞坏;2.2.12液压缸功率P当活塞杆外推时; (w) (1-1-26)当活塞杆内拉时; (w) (1-1-27)以上各式中凡未加说明的代号,其意义和单位均与前相同。第3章液压缸的典型结构通用液压缸用途较广,适用用与机床,车辆,重型机械,自动控制等用途。已有国家标准和国际标准规定其安装尺寸。此类液压缸的结构可从端盖与缸筒的连接方式和安装方式叙述。3.1端盖与缸筒连接方式3.1.1拉杆型液压缸两端盖和缸筒用多根长拉杆来连接,通常两端盖均为正方形或长方形,用四根拉杆拉紧(图4) 图4拉杆式液压缸3.1.2螺纹盖型液压缸活塞杆侧的前端盖制有螺纹以旋入相应的缸筒螺纹内,后端盖则多数是焊接在缸桶后端这类液压缸暴露在外面的零件较少,外表光洁,外形尺寸较小,能承受一定的冲击负载和严酷的外界环境条件。但由于前端盖螺纹强度和预紧端盖的操作的限制,因此不能用与过大的缸内直径和太高的额定工作压力,通常用与内径d这类液压缸多用与车辆,船舶,矿业等室外作业机械上。3.1.3法兰型液压缸两端盖均有法兰,用多个螺钉分别与钢筒相应的法兰连接3.1.4安装方式 国际标准ISO60991985初步规定了51种安装方式,分为七类,并用字母和数字表示。字母为M,表示安装方式,后面为字母和数字。字母的定义如下:M安装 R螺栓端D双活塞杆 S第脚E前端或后端 T耳轴F法兰(可拆的) X双头螺栓或拉杆P圆柱销实用上多限于6-12种,如目前采用较广泛的三项国际标准分别规定7-12种安装方式(见表7)表7各类液压缸的安装方式代号国际标准液压缸类型工作压力安装方式代号安装方式数目ISO6020/1单活塞杆中型系列16MF1。MF2,MF3,MF4,MP3,MP4,MP5,MP6,MT1,MT2,MT311 ISO6020/2单活塞杆小型系列16ME5,ME6,MP1,MP3,MP5,MS2,MT1,MT2,MT4,MX1,MX2,MX312ISO6022单活塞杆25MF3,MF4,MP3,MP4,MP5,MP6,MT47表7中各种规定了7-12种安装方式代号所代表的意义如下:端盖类:ME5前端矩形端盖安装 ME6后端矩形端盖安装法兰类:MF1前端矩形法兰安装 MF2后端矩形法兰安装 MF3前端圆形法兰安装 MF4后端圆形法兰安装耳环类:MP1后端固定式双耳环安装 MP3后端固定式单耳环安装 MP4后端可拆式单耳环安装 MP5后端固定式球铰耳环安装 MP3后端可拆式球铰耳环安装底座类:MS2侧底座安装耳轴类:MT1前端整体式耳轴安装 MT2后
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