液压千斤顶的设计

举业设计（诈文）液压千斤顶的设计Hydraulic Jacks Des i gn系别：专业名称：学生姓名：学号：指导教师姓名、职称：完成日期年 月 日液压千斤顶的设计摘要我们利用帕斯卡原理可以研究液压传动的装置或者设备。其原理主要是根据两端的 压力差，让其进行能量的转化。如液体的压力能与机器的机械能相互转，两种能彼此相 互转化。而本次论文所设计的液压千斤顶是利用液压传动原理。同时也是利用液压传动 的典型产品。液压千斤顶具备体积小，其拥有不复杂的结构，安装牢固，重量小，易携带， 易装卸，易维修，传送力大,可单独一人操作完成，等许多优点，由此，我们可以在许多的工 程建设中看到他的身影。尤其广泛用于汽车维修和家用小汽车换卸轮胎的过程中作为主 要理想工具。我们在实践生产中经常会遇到一些仅靠人工操作是很困难的事情，如调货，找正， 装夹等工艺过程，我们需要液压千斤顶的帮助。，还比如说家用小轿车换轮胎，以及汽车 维修厂等地方，都需要用到千斤顶来帮助我们。我们的生活中常常或不实就要使用千斤顶。 在国家工业的各个部门中均得会看到他的身影。由此，使用这么广泛，它的质量和技术 的保证和提高，甚至创新改革，都会大大促进工业的良好发展。这次的毕业设计是液压千斤顶的设计，对此过程中熟识、理解、掌握液压千斤顶的 工作原理，放眼与它的应用。査阅相关资和文献，对液压千斤顶的结构，进行逐一的设 计计算。更为细致的了解千斤顶的工作过程，对日后的创新设计有很大意义。关键词：液压；千斤顶：设计Hydraulic Jacks DesignAbstractWe can study the use of PascaT s principle of hydraulic transmission apparatus, or device Its principle is based on the pressure difference across, let it be the transformation of energy. IF the pressure of the liquid with the machine mechanical energy transfer to each other the two can be transformed into each other The design of this thesis is the use of a hydraulic jack hydraulic transmission principle But also the use of typical products of hydraulic transmission. Hydraulic jacks with small, which has no complicated structure, installation firm, low weight, easy to carry, easy handling, easy maintenance, transmit force, a single person can be done, and many other advantages, so that we can in many Construction saw his shadow. In particular, widely used in automotive repair and family car tire change during unloading ideal as the main tool.In practice, we often encounter production manual alone is very difficult, such as transfer of goods, alignment, clamping and other processes, we need the help of hydraulic jacks Also home car to change a tire, for example, and car repair workshop and other places, need to use the jack to help us. Our lives are often necessary to use jacks or untrue In various sectors of industry in both countries will have to see his shadow Thus, the use of such a wide range, its quality and technical assurance and improve, and even innovation and reform, will greatly promote the sound development of the industry.The graduation project is the design of hydraulic jacks, which are familiar with the process, to understand and master the hydraulic jack works, look with its application. Buyers relevant information and documents, to the structure of hydraulic jacks, one by one in the design calculations A more detailed understanding of the work process jacks, on the future of the innovative design of great significanceKeywords: Hydraulic; Jack; Design目录1绪论11.1液压传动的发展概况11.2液压系统的组成21.4液压传动的主要应用31.5液压千斤顶的设计方案32液压千斤顶的工作原理42.1液压千斤顶的的工作原理42.2液压千斤顶的特点43液压传动系统的设计基本参数的计算63.1确定液压系统的主参数63.2负载分析计算63. 2.1液压缸的负载分析计算64大液压缸的设计94. 1液压缸的内径尺寸和活塞杆直径的尺寸的确定.94.1.1液压缸的内径尺寸的计算.94. 1. 2活塞杆直径的稳定性的校核94.3大液压缸的壁厚114.4大液压缸的外径124.5大液压缸的其余参数尺寸134. 5. 1最小导向长度的确定134. 5. 2液压缸的推力和流量计算134. 5. 3液压缸无杆腔有效面积144. 5.4 活塞的长度的确定144.6大活塞杆的强度校核145小液压缸的设计155. 1小液压缸的的缸内径直径155.2小液压缸的的活塞杆直径165.3活塞杆的稳定性验算165. 4小液压缸的行程的选择与确定175.5小液压缸的壁厚的确定185.6小液压缸的外径D；195.7 最小导向长度的确定195. 8小液压缸的推力和流量计算195. 8. 1单杆活塞式小液压缸外伸时的推力196液压缸及其连接件的材料的选择216. 1缸筒和缸盖的连接方式216. 2活塞与活塞杆之间的连接结构216.3活塞与液压缸缸体的密封方式216.4液压千斤顶的主要零部件的选择216. 4. 1缸筒216. 4.2缸盖216. 4.3活塞217油箱的选择和设计237. 1油箱的有效容积的确定237.2油箱的结构设计247. 2. 1油箱体247. 2. 2油缸的壁厚校验247.3油箱的材料的选择258液压千斤顶的底座部分的设计26& 1液压千斤顶的底座部分的问题26& 2液压缸油缸和油管路的计算26& 2. 1油缸厚度的计算268. 2. 2油管路的设计269液压控制阀的选择279.1液压控制方向阀的分类279. 1. 1 普通单向阀279. 1. 2 阀的选取2710手柄的设计2810.1手柄的设计与计算2810. 1. 1支座反力的求解2810. 1.2梁的剪切力乙及其弯矩M 2911液压油的选择3111.1液压油的选择标准3111.2液压千斤顶的换油和加油3112液压千斤顶常见的故障与维修3213液压技术的未来预期发展方向33总结34致谢3536参考文献1绪论流体传动是以流体为工作介质进行能量转换、传递和控制的传动。它包括液压传动、 液力传动和气压传动。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 业等各方而。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。1.1液压传动的发展概况对于工业设备的传动方式来说，几乎大多数都采用机械传动的方式，但当17世纪中 后期一位伟大的科学家帕斯卡研究并提出自己对静压力传动的理论。从那以后，出现了 一门新兴学科液压传动，并且将液压传动应用于工业设备生产之中。自从帕斯卡的学术研究理论问世以来，最初于18世纪后期在工业革命的发源地英国 开始算起，距今也只有二三百年的历史而已。但在过去的近百年里由于生产工具和技术 的不发达，致使液压传动无法广泛应用于各项领域，只是在垠初理论提出后的几十年里, 用于一台水压机而已。但从那次的应用之后，就算正式开启液压传动这门新的学科。随 着第一次工业革命和第二次工业革命的开始，加速了整个社会的进程，同时也快速提高 了生产力，人们的生活发生了巨大变化，工业生产也随之发生翻天覆地的大革新、大加 速。在此科学技术的迅速发展，对于工业设备而言，传统的机械传动已经不能满足生产 的需要，由此在这样的情况下，液压传动得以迅速发展和广泛应用。特别是在第二次世 界大战及其战后，到美苏冷战。在此期间，参战的国家对军事的要求很高，在这样的大 环境下，液压传动技术得到了很好的发展和广阔应用的平台。对于液压传动技术而言， 在二战中成功应用于大炮和坦克的制造之中，之后又应用于机械加工设备，如车床、磨 床等加工设备。直到本世纪中叶才使得一些通用机械加工床得以应用此项技术。在二战 期间，由于采用了液压传动技术，使各项装备和兵器都朝向采用大功率，反应迅速，准 确性极高，载重量很大。二战后，液压技术得到广泛的推广和使用，从军用的军工产品 到民用的日常产品，都不乏看到应用液压技术的身影。在此之后，对此液压技术制定了 各种标准和元器件的使用朝向标准化、通用化、系列化的趋势发展，从而广泛应用于机 械制造，工程类的机械产品，农业类的机械产品，纺织类的机械产品以及汽车等多方面 领域。而近几十年，随着第三次工业革命的迅速发展，在过程中出现了一些新兴技术和 学科，如计算机科学、航空航天原子能微型电子以及控制类、材料类。由于它们的迅速 发展和崛起，迫使液压技术再次迅速发展，朝向自动化等方向的发展，主要与各项技术 相结合形成新型设备和技术。如近二十几年里，数控技术的各种机械加工设备的迅速发 展，也离不开液压技术。而且此项技术已经牢牢于我国的工业相结合并得以广泛应用。随着世界经济全球化，液压技术的各类标准也走向国际化和标准化。由此，液压技术依 然成为一个国家工业是否发达的重要指标之一。我国的液压技术的应用发展比较晚，在20世纪50年代以后，我国才开始使用液压技 术的，它经历了从仿制他国的产品，到自主研发出相关的产品，到产业的创新改革发展 等过程。我国的液压和气动技术也历经了创业奠基体系建立，成长壮大，引进提高，研 发创新等发展阶段。起初采用此项技术在少量的加工设备上，后来就广泛应用于工程机 械和工程上。目前，我国已与多国合作，如美国、日本、以及西欧等国家，同时我国开 自主研发了相关设备，用于工业和日常生产和军事之中。但是我国研发的诸多产品中其 可靠性、品种、性能以及一些核心技术还与发达国家还仍有一定的距离，到目前为止， 仍不满足工业进程的需要。目前我们还需要提高液压元器件的制造精度，进一步提高其 稳定性、安全性、可靠性、实用性以及互换性，最好能具备高度集成化、模块化、智能 化、甚至是网络化的元器件和系统，以适应我国快速发展和国民经济发展的要求。1.2液压系统的组成(1) 液压泵(动力元件)：通过它将原动力转换为本系统的液压能，供应本液压系统 正常工作的动力，液压系统的核心部件是液压泵。对于本此设计而言，我们这里没有传 统意义的液压泵，而是将手摇泵作为本液压系统的动力元件。(2) 执行元件：是将能量进行转换的装置，对于本次设计，指的是大小液压缸。(3) 控制元件：各种控制阀，对于本次设计而言，是指单向阀和卸荷阀，对千斤顶中 的油液的方向和压力进行控制和调节。(4) 辅助元件：对于本次设计而言，是指管道、管接头、油箱、油管等为辅助件。1.3液压传动系统的主要特点1液压传动与机械传动，电气传动相比有以下主要优点：(1) 在同等条件下，使用的液压执行元件的体积小，结构简洁易于拆装和卸载。(2) 可根据适应不同的工作情况，随意最组装液压元器件，满足工作要求。(3) 采用液压传动可使工件和元器件都稳定的工作。可以自身完成快进、制动、转向 等操作。(4) 使用时没有复杂的操作过程，调速范围广泛。(5) 般工作介质首选矿物油，可以使液压系统或元器件的使用寿命延长。(6) 容易实现直线运动。(7) 能够完成自动化，而且当有过载现象时，也可以对液压系统元件进行保护。(8) 标准化、系列化、通用化的元件，对于设计和工业制造，极大方便了使用。2液压传动系统的主要缺点：(1) 传动比无法按照要求保证，这是由于液压油的可压缩性和泄漏造成：(2) 温度的变化将直接影响工作性能的影响，因此在高温或低温得情况下不宜采用此 系统作为工作原理。(3) 低工作效率。由于工作介质为矿物汕，一旦泄露会引起污染，甚至诱发火灾的可 能性。(4) 制造精度要求很高，因此成本很高。总之，液压传动的优点是承载载荷能力强，工作平稳，缺点是漏油，速度较慢。1.4液压传动的主要应用液压传动至今发展也不过百余年，传入我国也不足几十年，从起初的小部分的应用， 到现在的工程机械的首选，它已成为很重要的传动系统的组成部分。但是，流体传动具 备独特的特点和技术，成为现代机械工程，建筑等行业的宠儿，特别是近三十年来。在 各个行业展靈头角，广泛应用。在我国，早已把这项技术用于国防军事工业。在工程建设中也广泛使用，如挖掘机、 装载机、推土机、混凝土泵车和吊车。这些机械采用流体技术后体型尺寸减少，重量减 轻，产品性能提高，操作简便灵巧，提高了作业的效率和质量，尤其是提高了可靠性， 寿命和操作安全性。1.5液压千斤顶的设计方案本次设计的内容是液压千斤顶的设计。液压千斤顶按工作形式分为立式液压千斤顶 和卧式液压千斤顶。我们这次的设计选用立式液压千斤顶。我们的目标是将设计的千斤 顶能够承载三吨。为了能够达到支撑起这个载荷，我们应该分别设计大小液压缸、活塞 杆以及活塞等部件，以及选择合适的液压油作为选择本此设计的液压千斤顶的工作介质。 除此以外，还要有手柄和液体方向控制阀的选用，大小液压缸的材料及其活塞杆的活塞 等之间的密封的选择。2液压千斤顶的工作原理2.1液压千斤顶的的工作原理12nr图21液压F斤顶工作廉理图由图21液压千斤顶工作原理图可知，其组成部分分为:由大活塞8和大油缸9组 成的提升工件的装置。而杠杆手柄1、小油缸2、小活塞3、单向阀4和7构成对系统提 供动力和改变流向的手摇泵。工作过程：（1）假如用手握住杠杆手柄1,作用一个力，使小活塞杆迅速向上移动，此时，小活 塞3下端油腔容积突然增大，形成局部真空，由于压力不相等的缘故，使得单向阀4打 开，导通了油路，通过吸油管5从汕箱12中吸汕：同样用力压下手柄，小活塞3下移， 小活塞下腔体积骤减，压力极具升高，根据两端压力不等，迫使单向阀4迅速关闭，油 路5封闭，不再向油箱吸油了。此时的单向阀7打开，下腔的油液经管道6输入油缸9 的下腔，迫使大活塞8向上移动，顶起重物。完成一次举升过程。（2）再次提起手柄吸油时，由于两端的压力的缘故，迫使单向阀7自动关闭，使油 液不能倒流，从而保連了重物不会自行下落，这就是保压的过程。我们不断地往复这个 过程，就能不断地把油液压入大液压缸的下腔，使重物逐渐地升起。（3）如果打开截止阀11,大液压缸的下腔的汕液通过管道10、截止阀11流回油箱, 重物就向下移动，此过程为卸荷过程。这就是液压千斤顶的工作原理。2.2液压千斤顶的特点液压千斤顶指的是利用密封在油缸中的液体作为工作介质，将其液压能通过执行和 控制元件转换为机械能，从而将重物牢牢地顶起的千斤顶。它的特点是结构极其简单，体积很小，重量很轻，支撑托举的力气很大，便于维修, 与此同时它的部分零部件有很高的制造要求。它的不足在于速度慢和极易漏油，一旦有 泄漏现象的出现，会引起举升汽车的力不断下降，由此降低保险系数，使得使用功能得以 受限。传统的液压千斤顶是由手柄、活塞、油缸、密封圈、底座和液压油等构成。它的 原理是利用了密闭容器中静止液体的压力以同样大小各个方向传递的特性，也就是帕斯 卡原理。优点：输出推力大。缺点：效率低。3液压传动系统的设计基本参数的计算3.1确定液压系统的主参数液压系统的设计主要有两个指标参数，其一的指标参数是压力，其二则是流屋参数。 当我们设计液压系统和液压元件的选择时，主要参考的依据是压力和流量这俩个指标参 数。然而指标参数压力的大小的选取确定主要取决于外负载，而流量指标参数则取决于 液压系统中的液压执行元件的尺寸结构和运动速度。3.2负载分析计算3. 2.1液压缸的负载分析计算本次设计为液压千斤顶的设计，其主要的液压元件为液压缸。工作负载，导轨的摩 擦力和由于速度变化而产生的惯性力构成了作用在活塞杆上的外部负载。（1）1作负载心常见的工作负载有作用于活塞杆轴线上的切削力、挤压力，甚至有剪切力等力的作 用。其作用方向与活塞运动方向相同时为负负载或称为超越负载，与活塞运动方向相反 为正负载。由公式（3-1）可得：（3-1）由上述公式（3-1）可知：臨工作负载（N）；M负载的质量（KG）,本次设计中M =3000畑；g重力加速度（N/亦）,本次取g = lON/m2（2）导轨摩擦负载仔对于平导轨，由公式（3-2）可得：Ff = pMG（3-2）其中：G运动部件所受的重力（N）：M负载的质量（KG）,本次设计中M =3000畑；“一摩擦因数，见表3-1 ,本次使用/= 0.2*3-1僚擦因数导轨类型导轨材料运动状态原擦因数启动时0. 150. 20滑动$轨铸铁对铸铁低速(v 0.16/77/5 )铸铁对滚珠(柱0. 0050. 02滚动导轨淬火钢导轨对滚柱0. 0030. 006静压导轨铸铁0.005(3)惯性载荷巧 由公式(3-3)得:口AvFa=m /(3-3)其中：Av速度变化量(/n-s-1)假设杆上升的速度为0.5加/min；A/起动或制动的时间(s) 般机械& = 0.10.5s,选取的原则为轻载低速的运动部件取小值，而重载高速的运动部件则取大值。行走机械一般取= 0.51.5zm/52& 。（4）由以上的三种载荷之和为液压缸的外载荷F将数值分别代入（3-1）、（3-2）、（3-3）,则为：F =加 g = 3000 x 10 = 30000NFf = pmg = 0.2 x 3000x10 = 6000ATFa = 3OOOx-5= 250.V A/60x0.1由此可得：F外射5 = Fg + F广 Fa= 30000 + 6000 + 250 = 36250N = 36.25KN根据工程实际的需要，我们为确保千斤顶可以稳定安全的完成撑起所需的重量。我 们要对此有一个安全系数，对于本次设计我们取安全系数=匚38,由此可得F = F外彌=1.38 x 3625 = 50.05KNO3. 2.2初选系统工作压力压力的选择要根据负载的大小和设备型号等因素来定，有时候还需要考虑执行元件 的安装空间经济条件等限制。在负载一定的情况下，工作压力选的低，执行元件的结构 尺寸加大：压力选的太高元件的成本加大，特殊情况下可能造成元件的选择采购方而的 困扰。一般来说，对于不同场合所使用的液压系统来说，选择可参考如下的表（3-2）进 行选择。表32负拔与工作压力 /KN50 压力/MPa5根据计算，得出工作负载F的值，查表可知工作负载F的值，在大于50000,由此得 出，我们选择工作压力为lOHPa的作为整个液压系统的压力。104大液压缸的设计4.1液压缸的内径尺寸和活塞杆直径的尺寸的确定4.1.1液压缸的内径尺寸的计算由公式(4-1)得：V 叩(4-1)其中：Dx为液压缸的内径(mm)：F为工作负载(N)：P为工作压力(MPa) o由此，给公式(4-1)代入数值，可得：国匡亟酉= 62.6斶V 7iP V3.14xI0xl06根挥表4-1可知： 将液压缸的内径圆整为标准系列直径D = 63mm o表41液压缸内径尺寸系列(GB2348-80)(mm)810121620253240506380100125160200250320400500630而大液压缸的活塞杆的直径/的确定，可根据经验公式可得:根据D严63mm,计算可知:x 63 = 2 mm由表4-2可知，活塞杆直径系列可选d、=20mm1O表4-2活塞杆直径系列（GB2348-80）（価）4568101214161820222528323610455056637080901001101251401601802002202502803203601004.1.2活塞杆直径的稳定性的校核由于轴向压缩载荷作用在液压缸上，按强度条件，验算活塞杆直径。当活塞杆长度+ 10,要进行校核稳定性或者纵向弯曲强度。 由活塞杆计算柔度公式（4-3）可知：(4-3)其中:5长度系数，其取值取决于压杆两端支撑情况，对于本此设计而言，杆是有一 端固定，一段自由时，我们取长度系数值为2：A大活塞杆的总长度（mm）,取值为1 = 303mm. 人一活塞杆的截而半径，对于圆形截面为,4 ,其中/ =20mm。把上述数值带给公式（4-3）可得：a= 2x303 = 121 2A 5所以，由此可知2TMPa,属于大柔度杆。其中査表4-3表47 直线公式的系数a.b及其柔度卩和入材料/MPaa/MPah/MPa&力3钢25钢(“,=3736 = 240)3041.121005735钢(=4716 = 306)4612. 5681006045钢55钢 (碍=600 6=353)5783. 74410060铸铁332.21.45480松木28.70. 1911040可得久p =1皿，&杆的临界载荷的计算，因为此杆属于大柔杆，由此可使用欧拉公式加以求解临界载荷。其公式（4-4）为：P =卑（4-4）其中：?压杆的临界载荷（KN）；E材料的弹性模量（GPa），对于本此设计我们选择45号钢，其E = 200GPa；I截面的惯性矩（亦），可由/ =计算，将4=20可得：64心型二逊型= 7.9xl（TW6464其中，0 = 2 , A = 303 e将数值代入公式（4-4）,经计算可知:= 13O.5KNtI _x200x109x7,9x1Q-9feZT (2x0.303/于是我们按压缩强度来计算:% =乩=50050 x 仗 x= 159,3MPa 0.5fr 1= 0.5 x 353MPa = 116.5MPa4满足强度要求。由此可以选择取 =20mm4.2液压缸的行程的选择与确定液压缸的行程s的确定最主要的因素为按实际的工作机构的实际运动数值来确怎， 而液压缸的最大行程则受到外力的作用，使其稳左性有所被限制。为了方便选取和是设 计的需要，以及节省材料与降低成本，我们尽可能的使用国家标准进行选取用来确立液 压缸的行程。査表44o表4-4液压缸的活瘗行程系列（摘自GB/r2349-1980）/mm第一255080100125160200250320400系列5006308001000125016002000250032001000406390110140180第二220280360450550700900110014001800系列290028003600240260300340380420480530600650第三7508509501050120013001500170019002100系列240026003000340038004.3大液压缸的壁厚对于低压系统来说（P=10HPa）, 般按薄壁筒来作为液压缸缸筒厚度。根据公式（4一5）可知:P、D(45) 14其中：大液压缸的壁厚（nun）：D 一大液压缸的的内径（mm）:Py试验压力（MPa）:工作压力PW16MH/时， = 15卩；工作压力时， T25p：1t=0缸体材料的许用压力（MPa）,“；其中：如一缸体材料的抗拉强度（MPa） , SPoOMPa：n作为安全系数，n般取35,通常我们取尸5。注：如果代入数值计算后所得数值，较为小时，或者筒壁很薄时，可适当的增加。其厚度，以满足设计和使用要求。由于P,所以采用P PyDx/（2（cr）=15xl06 x 0.063xl20xl06）= 0.0039375? = 3.9375伽 将数值代入，求得其壁厚5 = 4加加。4.4大液压缸的外径Q由公式（4-6）可知：B=D+2（4-6）其中：D大液压缸的的外径：2大液压缸的内径:q一大液压缸的壁厚。由于，D = 63mm ,爲=4mm。则将其数值代入公式（4-6）中，得到=63 + 2x4 = 754.5大液压缸的其余参数尺寸4. 5.1最小导向长度的确定由公式（4-7）可得：(4-7)16其中：H为导向长度（mm）；L为液压缸的垠大行程（mm）：D为液压缸的内径（nun）, D = D由于一般情况下，当D 3Qmm时，导向面的长度4 = （0.61.0）办 活塞宽度B = （06 10）如果导向长度H不够时，可增加一个导向隔套K在活塞杆上，以满足B的数值。隔 套的宽度C = H-（A + B）O注：一般从制造角度上看，缸简的长度不应大于其内径的20倍。由 L= 189mm, D=63mm, d=20mm,代入公式（4-7）故此可得：20 2189 63+ 20 2=39mmB = (0.6 1.0)D = (37.8 63)加加.A = (0.6 1.0) = (37.8 63)加加 我们取活塞宽度4 40；4.5.2液压缸的推力和流最计算（1）单杆活塞式大液压缸外伸时的推力由公式（4-9）可得:片=4（4-8）其中：p为工作压力（MPa）；4 为活塞的作用面积（沪），4=丄，4。代入数据，得：片=10xl06xx（63xl0-3）2 =31156.65（2）单杆活塞式大液压缸的流量由此，根据下述公式（4一9）计算岀实际工作流屋。Q = AV（4_9）其中：Q为液压缸实际流量（厶/min）：A 液压缸的有效工作面2）V液压缸的工作速度，（加/min）,我们取7 = 0.5加/minO将数据代入公式（49）,求得为：Q = AV = X7TX 0.0632 X 0.5 = 0.0015578325 w3/min = 1.5578325 厶/min4.5.3液压缸无杆腔有效面积根据标准直径分别计算岀液压缸无杆腔有效面积勺|,由公式（4-10）得：A=-D.2 =丄 X 3.14x63? =3115.665沪44（4-10）4. 5.4活塞的长度的确定活塞杆的长度最后才能确定，它是根据缸体的长度，与导向的长度，以及密封装置 和端盖的长度之差，从而才能确定其长度。4.6大活塞杆的强度校核常常在工程中我们遇到的杆件不是承受拉伸或压缩。我们就把这些杆件成为拉压杆, 它们都是收到拉伸或者是压缩。根据实际情况，和计算方便的原则，我们可以把实际的 杆件简化成如下的杆件，对其进行力学分析，其分析过程如下：我们假设活塞杆放置的位置为水平状态，如下图所示，我们对其进行受力分析。 活塞杆的受力图4-1：图4-1活塞杆的受力图设计的截面面积，其中半径为尸=10加加，则其许用应力为(4-11)(4-11)22强度校核，由机械设计手册可查SIMOOM舉安全系数为K = 35,由此(4-12),(4-12)% = 159.39MP。 &= 200A/Pa因此，满足强度要求。确定许用载荷(4-13):(4-13)Jxcr= (34x0.01 x0.01)x200x!06= 62800N5小液压缸的设计5.1小液压缸的的缸内径直径根据经验需要我们假设D2=2Qmm ,由此我们可以反推其人对杆施加的作用力为F负我, 根据工程力学，画岀受力图(图5-1)可知，由平衡关系式可得：(51)(52) = p.S = 10xl06xlx).02)2=3140 其中：厶手摇杆的长度(假设取1000mm) (nun)：L2销钉到小液压活塞的距离(假设取70mm) (mm)：对小液压缸作用的总负载(N)：F2对小液压缸活塞作用的力(N)：P工作压力(lOMPa) (MPa):S小液压缸的作用面积(F) 将上述数据代入(51) ,(52) 可得：仏=219.8NL2(70mn)/Ll(lOOOmm)F图5-1受力图此负载包含摩擦力，惯性力，载荷作用力之和，故此：人力应该最大力应比此数值 要小，由此我们假设合理。通过査表51得到标准的尺寸。表51液压缸内径尺寸系列(GB2348-80)(mm)810121620253240506380100125160200250320 故此，通迟400杳表可得岀630O5.2小液压缸的的活塞杆直径d =根据经验式丄2可求岀小液压缸的的活塞杆直径如公式（5-3）。(5-3)=亍2 = 667”由此同样査表52可知：表52活塞杆直径系列（GB2348-80）（迪）456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360400可得：d2 = Smm o5.3活塞杆的稳定性验算由于轴向压缩载荷作用在液压缸上，按强度条件.验算活塞杆直径。当活塞杆长度 *10,要进行校核稳定性或者纵向弯曲强度。由活塞杆计算柔度公式（5-4）可知：入=処（5-4）-i2其中：（p2长度系数，其取值取决于压杆两端支撑情况，对于本此设计而言，杆是有 一端固定，一段狡支时，我们取长度系数值为07：12 小活塞杆的总长度（mm）,取值为/2 = 86/n/n ：/2 活塞杆的截面半径，对于圆形截面为，一才，其中“2=8。把上述数值带给公式（5-4）可得：i20.7x862=29.75其中査表5-3o表5-3直线公式的系数a.b及其柔度心和人材料/MPaa/MPah/MPaG&/3钢25钢 (碍=373 cr, = 240)3(M1.121005735钢(=471=306)4612.5681006045钢55钢 (碍=600 6=353)5783. 74410060铸铁332.21.45480松木28.70. 19no40所以，由此可知0/?2 =60MPa ,属于小柔度杆。由稳怎性条件公式（5-5）可知:(5-5)其中：P一一压杆的稳定临界压力（KN）：F一压杆的实际工作压力（KN）：kx安全性系数，一般我们取心=25于是我们按压缩强度来计算：Pcr =crxA2 =353x(x0.00*) = 1773KNF = ZL = im = 4.4325KN 由稳定公式（5-5）可得 此 4 满足强度要求。由此，可以选择取d = Smm5.4小液压缸的行程的选择与确定液压缸的行程s的确左最主要的因素为按实际的工作机构的实际运动数值来确怎， 而液压缸的最大行程则受到外力的作用，使其稳立性有所被限制。为了方便选取和是设 计的需要，以及节省材料与降低成本，我们尽可能的使用国家标准进行选取用来确左液 压缸的行程。査表54表5-4液压缸的活塞行程系列（摘自G5/72349-1980）/mm第一255080100125160200250320400系列5006308001000125016002000250032004000406390110140180第二220280360450550700900110014001800系列290028003600240260300340380420480530600650第三7508509501050120013001500170019002100系列240026003000340038005.5小液压缸的壁厚的确定对于低压系统来说（P=10【Pa）, 般按薄壁筒来作为液压缸缸筒厚度。根据公式（D可知：(56)其中：6 为小液压缸的壁厚（m）：2为小液压缸的的内径（m）:匕为试验压力（MPa）:工作压力P6MPa时，匕=15宀 工作压力时, Py=.25p91o-=feJ0为缸体材料的许用压力（MPa）,“ :乩为缸体材料的抗拉强度（MPa） , GB/T699-1999标准规定45钢抗拉强度为 &订=600MPan 为安全系数，n般取3.55,通常我们取n=5。注：如果代入数值计算后所得数值，较为小时，或者筒壁很薄时，可适当的增加其厚度， 以满足设计和使用要求。由于P,所以采用P PvD2/(20= 15xl06 x 0.0204-xl20xl06)=1.25?nw将数值代入，求得其壁厚= 2mm o5. 6小液压缸的外径D；根据公式（5-6）可得：D2 = D,+2J,（56）其中：D；为小液压缸的的外径（mm）：D,_为小液压缸的内径（nun）：6为小液压缸的壁厚（nun）。由于，D2 = 20mm , 82 = 2mm。则将其数值代入公式（56）中，得到D；=20 + 2x2 = 24加加，5. 7最小导向长度的确定由公式（57）可得：/+ 20 2 （57） 其中：H为导向长度：L为液压缸的最大行程；DD = D2为液压缸的内径。由于一般情况下，当）v 80加加时，导向而的长度A = （0.61.0）1）:当D80/nm时，导向面的长度4 = （0.61.0）厶活塞宽度B = （0.61.0）D如果导向长度片不够时，可增加一个导向隔套K在活塞杆上，以满足B的数值。隔套的宽度C = H-丄a + B）。2注：一般从制造角度上看，缸筒的长度不应大于其内径的20倍。由L=29mm, D=20nun, d=8mm：代入公式（5-7）故此可得：2520 229 2020+T5 = （0.6 l0）D = （12 20）A = （0.6 10） = （48 8） 我们取 B = 2mm A = 6mm。5.8小液压缸的推力和流量计算5. 8.1单杆活塞式小液压缸外伸时的推力根据公式（58）得：（5F2=P A28）其中：P为工作压力（MPa）:4一为活塞的作用面积（），4=丄/V 4。代入数据，得：F2 = p/l2=10xl06xx（20xl0-3）2=3140Ar266液压缸及其连接件的材料的选择6. 1缸筒和缸盖的连接方式连接形式：采用焊接，螺纹连接。6.2活塞与活塞杆之间的连接结构连接方式采用的螺纹连接。6.3活塞与液压缸缸体的密封方式采用的密封形式为o型密封圈。这种密封形式有如下的几个优势特点，简洁的结构，使用方便，方便安装，具有良 好的密封性能，与连接件之间有小系数的摩擦，占据微小空间，通用性好，试用范围好, 使用的寿命长，适用所有系统的工作压力。6.4液压千斤顶的主要零部件的选择6. 4.1缸筒材料：45号钢钢管。技术要求：(1) 内径配合精度:采用H8、H9级配合。(2) 缸体与缸盖的连接方式为焊接。(3) 缸筒的内表面应做镀钻处理，镀层的厚度为3050“，目的是为防止缸筒的腐蚀和提高使用寿命，在其后进行研磨或抛光以及取其毛刺，防止对精密零件造成损失。(4) 内表面粗糙度，根据所选的密封方式不同，其值选择不同数据。面粗糙度的选择可分为：0形橡胶密封圈密封在活塞上，心为0.10.4“；活塞用 活塞环密封Ra为0.20.4/z/h。6.4. 2缸盖材料：45号钢。技术要求：(1) 口和4与d的同轴度小于0. 03mmo(2) 导向孔的表面粗糙度为心1.25如 O6.4.3活塞材料：耐磨铸铁。技术要求：(1) 精加工后热处理，调质处理，其硬度值为HB217-255,有时也必要对其做髙温淬 火 45-50o(2) 表面直线度在500mm上不大于0. 03mm6. 4. 4活塞杆材料：45号钢技术要求：(1) 大小活塞杆的弘和必的圆度的公差值按9, 10,或11级精度来选择。(2) 大小活塞杆上的工作表面的粗糙度有时也也可在其表而镀珞，镀层厚度 为0.05mm,镀后抛光。(3) 大小活塞杆在导向套中滑动，一般采用H8/f7的配合关系。如果采用过盈配合时, 则会使得两者太紧了，从而大大增加两表面的摩擦力，如果采用间隙配合，则会使得两 者太松了，在两者配合表面容易引起卡滞现象和单边磨损。而两者的圆度和圆柱度公差 不应大于其直径公差的一半。而安装活塞的轴径与外圆的同轴度公差不大于0.01mm，原 因是为了保证活塞缸外圆与活塞外圆的同轴度，以避免活塞与缸筒、活塞杆与导向套的 卡滞现象。安装活塞的轴肩端面与活塞杆轴线的垂直度公差不大于0. OWlOOinm,以保 证活塞安装不产生歪斜。297油箱的选择和设计在液压传动中的油路系统中，不可避免的要使用的辅助件就是油缸。它的功能作用 是存储工作介质（一般指的是液压油），有效降带走液压系统中产生大量的热量，将油 液里的空气或其他气体分离出去，工作循环中产生的杂质物可以得到沉淀，还可以分离 水分和安装元件的功能。由此，对于设计的油箱而言，汕箱的容积则是我们非常关心的, 它决左的是我们液压系统的工作压力，其次是它的大小也决定着使用此液压系统的设备 的体积大小。7.1油箱的有效容积的确定由于我们设计的是液压千斤顶，并且是由手动驱动的（手动驱动的一些元器件构成 手摇泵），正是应为如此，该系统的运行速度不会很髙，产生的热量也不会很大，对此 原本的一些设计因素可以不考虑，因为影响太小了。本次汕箱的选用时我们只有油箱结 构的设计，而并非所有因素都考虑在内。（1）大液压缸的油箱的体积可由公式（71）得：1）其中：%液压缸得油箱体积（）：Q液压缸的流量（血）：1 时间（min）,可根据=牛求得。由公式（72）得：V(72)其中:行程取Si 98最大速度v = 0.5/n/min代入公式（7-2）,可得:198x1020.50.396 min将其代入公式（71）中，可得:% = 0 = 1.5578325 x 0.396 = 0.61690167x10刁（1）确左油箱环形面积的半径根据公式（7-3）可得：3)31其中:V储存液压油的体积（F）；h油缸的总高度（m）:D.一储油的直径（nun）：D缸体的外径（nun）。故此，将数据代入上述公式（7-3）,可得2 = 86.58。 由此可知：血=丄03-2）=7.79加2o其中：3油箱的环形截面半径（nun）。根据上式，我们可以取0 = 7.8加加。7.2油箱的结构设计7.2.1油箱体箱体结构是圆柱形，是由钢材质完成的。一般我们取钢板厚度4mm为设计厚度。对 于油箱种类而言，可分为两种：固定式和移动式这两种是市场中最广为使用的。对于各 自应用范围来说，我们可査相关资料得出结论。根据我们这次毕业设计的要求，我们采 用固定式的油箱。而这次我们也是用焊接的方式将汕箱和两个液压缸的外表面焊接在一 起，成为一个整体。7.2.2油缸的壁厚校验油缸的额定压力P应低于一定极限，可由公式（7-4）(7-4)P”w0.35式中：Pn额定工作压力；D沟外油缸外径，本次为94. 6mm：D渔内油缸内径，本次为86. 6mm；O S油缸材料屈服强度。油缸的材料为45号钢，查表可得0 s=360MPa： 由此可知上式可得右式=204. 097 MPa：液压缸最大工作载荷为F = 50.05KN o可由公式（7-5）得：S龙（尤外-尤内）(7-5)36其中：Wg为最大工作载荷，本次为50.05KN。代入数值，可得（7-5）= 43.98A/Pa4x500500.0946)2-(0.0866/由此我们可知：43.98A/Pa204.097MPa。经校验，油缸壁所受压力在许可范围之内。7.3油箱的材料的选择（1）油箱一般用铸适或者焊接来进行制造的。有利于减振降噪应采用铸造油箱。有铸造的油箱，内表面不涂漆，但要将型砂清除 干净，表而必须进行喷砂处理。为减轻重星和提高散热的效果，可采用铸铝来做成油箱, 其内表面也不涂漆，仅仅需要淸除的干净。油箱多数是由焊接来完成的。Q235A钢板是油箱的箱顶、箱壁、箱底的原材料。经过最终处理的油箱之后，不可再有其他的杆件的焊接，若要在其表面钻孔，也应 进行保护措施，方可钻孔。当我