毕业论文定稿-2.0MN张力矫直机固定夹头系统设计

原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763摘 要矫直作为一种精整技术，始终是工业发展不可或缺的一个分支。矫直技术水平的高低不仅影响着一个企业某种产品的质量和其成本，而且标志着一个国家的工业发展水平。矫直技术水平的高低不仅影响着一个企业某种产品的质量和成本，而且标志着一个国家的工业水平，直接关系到工业产品的竞争力。2.0MN 张力矫直机由活动夹头与固定夹头两大部分组成，工作时固定夹头不动，活动夹头在主拉伸油缸的作用下移动，夹装在活动夹头和固定夹头的夹紧装置上的型材随着活动夹头移动而被拉伸矫直。本课题首先调查了张力矫直机的现况，针对张力矫直机提出满足要求的固定夹头设计方案，接着对张力夹头进行了力学和运动学分析，在此分析基础上对夹紧油缸、挂钩油缸、夹头体、挂钩、液压系统等进行了详细设计。关键词：张力矫直机，固定夹头，油缸，液压系统原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763AbstractThe graduation project is designed for horizontal boring machine s hydraulic system , in addition to meeting the requirements in the host action and performance requirements , but also must comply with the small size, light weight, low cost, high efficiency, simple structure, reliable operation , use and easy maintenance and some accepted universal design principles. The design of the hydraulic system is mainly based on known conditions , to determine the design of the hydraulic work program , hydraulic flow, pressure and hydraulic pumps and other related components.The design is mainly their learned knowledge combined with auxiliary materials applied to the design , to consolidate and deepen the knowledge already learned to master the general steps and methods of hydraulic system design calculations to determine the correct and reasonable actuators, hydraulic components selection criteria can skilled use of basic hydraulic circuit , consisting of a hydraulic system to meet the basic performance requirements .As a highly efficient machine tools, combination tools in large numbers , the production of a large number of machining a wide range of applications. The design will be horizontal boring machine hydraulic system design as an example, the hydraulic system design methods and design steps, including conditions of the hydraulic system analysis to determine the main parameters , select the hydraulic system schematic formulation, hydraulic components , system performance checking and so on.Keywords: Horizontal boring machine , Hydraulic system, Operating conditions , Cylinder原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763目 录摘 要 1Abstract.2第一章 绪论 41.1 选题的背景 .41.2 选题的目的与意义 .51.3 国内外矫直机发展现状 .61.3.1 国内矫直机发展现状 .61.3.2 国外矫直机发展现状 .7第二章 总体设计 72.1 张力矫直原理分析 72.2 张力矫直机固定夹头设计要求 82.3 张力矫直机固定夹头方案设计 82.4 主要参数的确定 92.4.1 系统压力的选择 92.4.2 夹紧缸负载及行程确定 .92.4.3 挂钩缸负载及行程确定 12第三章 主要部件的设计 123.1 夹紧液压缸的设计 .123.1.1 主要零件确定及其技术要求 .123.1.2 主要尺寸的确定 .133.1.3 结构的设计 .193.2 挂钩液压缸的设计 253.2.1 主要零件确定及其技术要求 .253.2.2 主要尺寸的确定 .263.2.3 结构的设计 .303.3 夹头体的设计 313.4 夹头滑块的设计 313.5 挂钩的设计 32原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 13041397633.6 固定夹头装配设计 32第四章 液压系统设计 334.1 液压系统方案设计 .334.1.1 压力控制回路 .334.1.2 供油回路 344.1.3 调速回路 354.1.4 夹紧回路 354.1.5 挂钩回路 364.1.6 液压系统原理图的拟定 364.2 液压系统设计计算和元件选型 .374.2.1 液压泵的选择 .374.2.2 液压阀的选型 394.2.3 液压辅助元件的选择 .404.3 液压系统的验算 414.3.1 压力损失的验算 414.3.2 发热温升的验算 .43结 论 45致谢 46参考文献 47附一：英文文献翻译 48附二：引文文献翻译原文 52原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763第一章 绪论1.1 选题的背景矫直作为一种精整技术，始终是工业发展不可或缺的一个分支。尤其近年来，随着社会的发展，人们对产品质量和精度的要求普遍提高，矫直技术发展迅猛，应用也越来越广泛。如今，工业发展方向是高、精、尖，对各种材料的质量提出了更高的要求。因此矫直作为一种精整技术已越来越得到工程技术人员的重视；矫直设备则已经从过去的冶金行业的辅助设备发展为包括冶金和一些高技术领域不可缺少的加工设备。但随着冶金行业的不断发展，矫直机械也己经从过去的冶金行业发展到其他一些高技术领域，如仪器仪表制造业、汽车、船舶和飞机制造业，石油化工业、建筑材料业、机械装备制造业以及精密加工制造业等领域。由此可以看出矫直技术水平的高低不仅影响着一个企业某种产品的质量和其成本，而且标志着一个国家的工业发展水平。矫直技术水平的高低不仅影响着一个企业某种产品的质量和成本，而且标志着一个国家的工业水平，直接关系到工业产品的竞争力。 1弹塑性力学是固体力学的一个重要分支，是研究弹性和弹塑性物体变形规律的一门学科，比8材料力学及结构力学研究范围更广泛,研究方法更精确，是分析和解决许多工程技术问题的基础和依据，矫直理论就是在弹塑性理论的基础上发展起来的，它属于金属加工学科的一个分支。另外材料力学、2机械设计手册、3 理论力学等这类文献在研究课题也起到了关键性作用，在设计过程中机械设计手册是不可缺少的工具之一，它可以是设计规范化。由于本课题主要研究机械和液压两方面，所以还需参考6液压与气压传动来设计液压部分。除此之外，当然还得查询或翻阅国外的一些对设计游泳的资料。矫直技术属于金属加工学科的一个分支，已经广泛应用于日用金属加工业，仪器仪表制造业，汽车、船舶和飞机制造业，石油化工业，冶金工业，建筑材料业，机械装备制造业，以及精密加工制造业。矫直技术在广度和深度方面的巨大发展迫切要求矫直理论能进一步解决一些疑难问题，推动开发新技术和研制新设备。尤其在党的十六大之后，要求用信息化带动工业化，矫直技术也要跟上时代。首先要在矫直机设计、制造、矫直过程分析、矫直参数设定及矫直质量预测等方面搞好软件开发；其次要进行数字化矫直设备的研制，使矫直技术走上现代化的道路，不断丰富金属矫直学的内容。 矫直技术多用于金属条材加工的后道工序，在很大程度上决定着产成品的质量水平。矫直技术同其他金属加工技术一样在 20 世纪取得了长足的进展，相应的矫直理论也取得了很大的进步。不过理论滞后于实践的现象比较明显。例原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763如矫直辊负转矩的破坏作用在 20 世纪下半叶才得以解决，但其破坏作用的机理直到 20 世纪 80 年代末才被阐明。另外，就矫直理论的总体来看，仍然处于粗糙阶段，首先就是其基本参数的确定还要依靠许多经验算法和经验数据，如辊数、辊距、辊径、压弯量及矫直速度等；其次是许多技术现象如螺旋弯废品、矫直缩尺、矫直噪声、斜辊矫直特性、斜辊辊形特性、拉弯变形匹配特性等都缺乏理论阐述；再次是理论的概括性不够，一套公式不仅不能包括各种断面型材，甚至不能包括同类断面而尺寸和材质不同的工件，如弯距和矫直曲率等都缺少通用表达式。1.2 选题的目的与意义矫直技术水平的高低不仅影响着一个企业某种产品的质量和其成本，而且标志着一个国家的工业发展水平。矫直技术水平的高低不仅影响着一个企业某种产品的质量和成本，而且标志着一个国家的工业水平，直接关系到工业产品的竞争力。在讲求质量、效益的今天，矫直技术在工业领域的重要性更加突出。我们知道，金属条材在加工和运输过程中，常因受外力、温度等变化发生弯曲，扭曲变形，为了解决这种弊端，矫直技术应运而生。矫直技术就多用于金属条材加工的后部工序，在很大程度上决定着产品或成品的质量水平，矫直技术同其他金属加工技术一样在 20 世纪取得了长足的进展，相应的矫直理论也取得了很大的进步，虽然还有一些理论滞后于实践的情况，不过，如今的矫直理论已经进入到了解析化和系统化的时代，并为数字化和信息化敞开了大门，随着计算机技术的发展和普及，矫直理论和矫直技术还有很大的发展空间。1.3 国内外矫直机发展现状1.3.1 国内矫直机发展现状我国的矫直技术研究起步较晚，建国以后，随着经济建设的需要才有了对矫直技术的研究。那时，矫直机主要靠进口。从 70 年代开始，许多学者对辊形设计做了理论和试验研究。在 1980 年，中国金属压力加工学会在衡阳专门召开了“辊形专题会议 ” 。通过这次学术交流会，产生了等曲率反弯辊形计算法。到了 80 年代，国内对矫直技术的研究已有了相当的成果。在转毂矫直技术方面，创造了中国首创的双向旋转矫直法。在 80 年代末，东北大学的崔甫教授研制了矫直 F200 复合转毂式高精度棒材矫直机，并首先提出了双交错辊系的新方法。从 90 年代后，我国在赶超世界先进水平方面迈出了一大步。我国在反弯辊形七斜辊矫直机、多斜辊薄壁转毂式矫直机、双向反弯辊形 2 辊矫直机、复合转毂式矫直机、液压矫直自动切料机和平行不等辊距矫直机等方面有了很原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763大突破，各种矫直机的矫直质量均有突破。近年来，我国在赶超世界先进水平方面取得了很大进步，在矫直机械的研制和矫直理论的研究上都取得了很多成绩，很多学者开始利用有限元分析和解析的方法来研究矫直理论本身，从不同角度建立了矫直状态下的数学模型，压弯量及工件残余应力等都成为了人们的研究对象。在过程控制方面，正由人工控制逐渐向计算机控制，由单机控制向全线计算机控制发展，在矫直机结构设计方面，正在向精密化、大型化发展，老设备将逐渐被淘汰或改造。现在矫直技术的研究发展方向是开发研制高效节能、高精度和高度自动化的环保型矫直设备。既要求有高质量，又要有高矫直速度，在产品上能满足大规模生产的需求，而且还必须降低工作噪声，操作上实现完全自动化。现在国内西安重型机械研究所和太原重型集团等企事业部门在矫直机的研究和生产上代表了国内的领先的水平，在棒材、型材和板材矫直机的研制上都取得了一定的成绩。但是，在取得成绩的同时，国内矫直技术的研究和使用还有很多工作要做，如型材矫直机压上式结构的研究、提高矫直精度、矫直速度和控制水平等等。本文对一些具有代表性的观点进行了梳理和综述，在此基础上进行了简短的评述。1.3.2 国外矫直机发展现状在 20 世纪 3040 年代，国外技术发达国家的型材矫直机和板材矫直机也迅速的发展起来，相应的理论研究也取得了一定的成果。到了 20 世纪 7080年代，国外许多发达国家的技术力量己相当雄厚，矫直技术得到了不断地改进、发展和扩充。英国的布朗克斯(BRONX)、德国的凯瑟琳(Kieserling)、德马克(Demag)以及日本的一些品牌成为了矫直机领域的代表。此时的矫直概念则由原来狭义的弯曲矫直扩展为包括解决弯曲、控制断面形状和尺寸精度的矫直，提出了平动矫直技术、行星矫直技术、全长矫直技术、程序控制矫直技术、变辊距矫直技术以及双向旋转矫直技术等。近几年国外关于矫直技术和矫直机的研究主要集中在提高矫直精度，提高控制水平及改善环境方面。同时为提高矫直精度和控制水平，开展了对变形机理、改进工艺和参数优化等方面的理论研究，取得了一些具有实用价值的成果。而且国外学者对矫直过程的计算机实时控制研究比较多，如 Dvide E.Hardt 等对扭转变形矫直过程的实时控制的研究，以及Juen A.Robert 对圆盘锯片娇直过程实现自动控制的研究等等。原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763第二章 总体设计2.1 张力矫直原理分析钢丝生产过程中常用矫直的方法来消除钢丝的残余应力。矫直分为回转式矫直和辊式矫直两种。实际应用中,根据对产品的不同要求而采用不同的矫直方式,如矫直回火预应力钢丝采用回转式矫直;而弹簧钢丝、制绳钢丝等采用辊式矫直。辊式矫直的过程和基本原理是使经成品拉拔后的带有某一原始曲率的钢丝通过安装在一个平面内(称为标准矫直) 或两个互为垂直平面内 (称为完全矫直) 的两排相互交错排列的滑轮即辊轮,钢丝呈波形或弯曲形通过矫直器,经受反复弯曲变形,曲率由大变小,使得钢丝内部的残余应力逐渐消除,最终达到平直而实现矫直的目的,如图 2 所示。钢丝通过矫直辊轮时, 处于弹塑性变形状态,钢丝横截面上的应力分布如图 3 所示。钢丝被矫直的条件是反弯后弹回到平直,即弹性变形的反弯曲率应等于弹回曲率。图 2-1 矫直基本原理示意图图 2-2 弹塑性变形应力图2.2 张力矫直机固定夹头设计要求根据张力矫直机原理，设计固定夹头部分的机械、液压控制系统，实现预期动作。主要设计参数及设计要求如下：原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763A. 钳口可夹持圆料直径为 50-150mm;B. 最大矫直拉力 2.0MN；C. 夹紧行程时间 t：4 秒；D. 钢-钢摩擦系数 ：0.1；E. 系统性能可靠，结构简单，维修、维护方便。2.3 张力矫直机固定夹头方案设计矫直机由活动夹头与固定夹头两大部分组成，工作时固定夹头不动，活动夹头在主拉伸液压缸的作用下移动，夹装在活动夹头和固定夹头的夹紧装置上的型材随着活动夹头移动而被拉伸矫直。图 2-3 张力矫直机固定夹头方案矫直机固定夹头的钳口加紧、松开机挂钩抬起、下落由液压系统实现，其示意图所示，挂钩的抬起、落下由挂钩液压缸 5 的伸缩带动挂钩转动来实现。钳口的加紧、松开通过两个夹紧油缸 3 同步推动上下钳口平移来实现。从以上方案研究可以看出矫直机的设计关键在于设计固定夹头部分的机械及液压控制系统。其中机械部分的设计包括导轨、钳口滑块、轮子、挂钩等的设计；液压控制部分的设计包括液压缸的设计及主要零件的校核、泵及驱动电机的选择。2.4 主要参数的确定2.4.1 系统压力的选择执行元件的工作压力可以根据负载循环图中的最大负载来选取，也可以根据主机的类型了确定（见表 3-1 和表 3-2） 。表 3-1 按负载选择执行元件的工作压力负载/ KN 50工作压力/MPa 0.8 1 1.5 2 2.5 3 3 4 4 5 5表 3-2 各种机械常用的系统工作压力原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763机 床设备类型 磨床 组合机床龙门刨床 拉床农业机械或中型工程机械液压机、重型机械等工作压力 0.82.0 35 28 810 1016 2032参考表 3-1 和表 3-2 按照负载大小或按照液压系统应用场合来选择工作压力的方法，初选系统压力 。MPap162.4.2 夹紧缸负载及行程确定（1）夹紧缸负载确定滑块受力情况如下图所示，设斜面夹角为 ，油缸提供的推力为 F 推 ，所加紧的棒料对滑块的压力为 FN，所加紧的棒料与滑块间的摩擦力为 Ff，斜面给滑块提供的支持力为 FN，滑块与斜面之间的摩擦力为 Ff。从上述方案可以看出，夹头所夹持的棒料所受的张力完全由上下两个滑块与棒料之间的摩擦力 Ff 提供。即： MNFfff 0.1222maxax张张张另外，由于钢-钢之间摩擦系数： ，则有：1.0FFNfNf 10max图 2-4 滑块受力分析原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763对滑块列力的平衡方程，则有： 0sinsco cosinfNN fFiFyx推推其中： Nf联立上述方程可知： 66 10cos2sin9.sicosin1.0.co1i ）（）（推 F油缸内径： ppFD610cos2sin9.4）（推（2）夹紧缸行程确定已知该张力矫直机固定夹头钳口可夹持圆料直径为 50-150mm；为保证圆料的装夹方便，钳口最大开口应比所夹持的圆料最大直径稍大，因此取钳口最大开口 160mm；而为保证钳口对圆料的夹持应有一定的夹持余量，因此钳口最小开口应比所夹持的圆料最小直径稍小，该处取 40mm。即，本设计应保证钳口开口大小为 40-160mm，也就是说单侧钳口滑块行程 S0 为：mS641020）（图 2-5 滑块与油缸行程关系有图 2-3 可知，滑块行程 S0 与油缸行程 S 满足下述关系：sin0综上（1） （2）可知，夹紧油缸负载、内径、行程均是关于钳口斜面倾角的方程，因此钳口斜面倾角 的选定非常重要，下表是 选定不同值时油缸负载 F原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763推 、油缸内径 D、油缸行程 S 对应的值。1 组 2 组 3 组 4 组 5 组 6 组 7 组 8 组 9 组 10 组() 12 12.5 13 14 15 16 17 18 19 20F 推（MN） 0.10 0.19 0.28 0.45 0.63 0.81 0.98 1.16 1.33 1.51D(mm) 90.11 123.01 148.81 190.17 223.99 253.30 279.53 303.45 325.58 346.26S(mm) 288.58 277.21 266.72 248.01 231.82 217.68 205.22 194.16 184.29 175.43由上表可以看出，随着 的增加，油缸负载 F 推 、油缸内径 D 均较大幅度的增大，而油缸行程 S 则有较小幅度的减小。其中油缸内径 D 决定油缸的纵向尺寸，油缸行程决定油缸的横向尺寸这两个因素也决定了油缸的成本，综合考虑固定夹头结构紧凑性和经济性选定上表第二组数据，即： mSDMNF21.7039.5推2.4.3 挂钩缸负载及行程确定挂钩油缸的负载及行程的确定与上述类似，此处不一一复述，关于挂钩缸的详细计算第三章将详细说明。原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763第三章 主要部件的设计3.1 夹紧液压缸的设计液压缸是液压传动系统中的执行元件，用来实现工作机构直线往复运动或小于 360摆动运动的能量转换装置。活塞缸结构简单、工作可靠，因此在液压系统中得到了广泛的使用。在完成了液压系统的设计后，还必须对主要参数进行计算与校核，确定液压缸的材料，并对液压缸各部分的结构进行了设计。3.1.1 主要零件确定及其技术要求（1）缸体液压缸缸体的常用材料一般为 20、35、45 号无缝钢管，铸铁可采用HT200HT350 间的几个牌号或球墨铸铁。由于球墨铸铁具有较高的抗拉强度和弯曲疲劳强度，也具有良好的塑性和韧性，其屈服度比钢高。因此，球墨铸铁制造承受静载荷的构件比铸钢节省材料，重量也轻。所以本设计的液压缸采用 Q235。铸件需进行正火消除内应力处理。1）缸体的内径因为须与活塞配合，防止漏油，所以要尽量减少表面粗糙度，可采用 H8、H9 配合。当活塞采用橡胶密封圈时，Ra 为 0.10.4m，当活塞用活塞环密封时，Ra 为 0.20.4m，且均需研磨。 2）缸体内径 的圆度公差值可按 9、10、11 级精度选取，圆柱度公差应按D8 级精度选取。3）缸体端面的垂直度公差可按 7 级精度选取。4）缸体与缸头采用螺纹连接时，螺纹应用 6 级精度的米制螺纹。5）当缸体带有耳环或轴销时，孔径 或轴径 的中心线对缸体内孔轴线垂Dd直公差值按 9 级精度选取。此液压缸体的外径需要与机架配合，应进行加工，且与中心线同轴度的要求。装卸时需把吊环螺栓吊起。所以缸体端部选用螺纹连接，螺纹连接径向尺寸小，质量轻，使用广泛。装卸需用专用工具，安装时应防止密封圈扭曲。（2）缸盖本液压缸采用在缸盖中压入导向套，缸盖选用 HT200 铸铁，导向套选用铸铁 HT200，以使导向套更加耐用。（3）活塞液压缸活塞常用的材料为耐磨铸铁，灰铸铁，钢及铝合金等。本设计液压缸活塞材料选用 45 号钢，需要经过调质处理。原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 13041397631）活塞外径 D 对内孔 d 的径向跳动公差值，按 7、8 级精度选取。2）端面 T 对内径 d 轴线的垂直度公差值，应按 7 级精度选取。3）外径 D 的圆柱度公差值，按 9、10、11 级精度选取。4）活塞与缸体的密封结构由前可以选用 O 型密封圈。3.1.2 主要尺寸的确定液压缸工作压力主要根据液压设备的类型来确定，对不同用途的液压设备，由于工作条件不同，通常采用的压力范围也不同。所以设计时，可用类比法来确定。（1）液压缸内径 D 和活塞杆直径 d 的确定前述 2.4.2 节已初步算得活塞直径 D=123.01mm。表 3-4 液压缸内径尺寸系列 (GB2348-1980) (mm)8 10 12 16 20 25 3240 50 63 80 （90） 100 （110）125 （140） 160 （180） 200 （220） 250320 400 500 630注：括号内数值为非优先选用值根据表 3-4，将液压缸内径圆整为标准系列直径 D=125mm活塞杆直径可以由 值算出， 的取值参照下表： d/Dd/表 3-3 液压缸内径 D 与活塞杆直径 d 的关系按机床类型选取 d/D 按液压缸工作压力选取工作压力 d/D机床类别 d/D 工作压力 p/(MPa) d/D磨床、研磨机床 0.20.3 2 0.20.3插床、拉床、刨床 0.5 25 0.50.58钻、镗、车、铣床 0.7 57 0.620.70 7 0.7因此，活塞杆直径： mDd5.87.0以便采用标准的密封元件，活塞杆直径按照下表圆整到相近的标准直径，即取活塞杆直径： 9表 3-5 活塞杆直径系列 (GB2348-1980) (mm)原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 13041397634 5 6 8 10 12 14 16 182 22 25 28 32 36 40 45 5056 63 70 80 90 100 110 125 140160 180 200 220 250 280 320 360 400综上述：缸筒内径 D=125mm，活塞杆外径 d=90mm。（2）液压缸壁厚和外径的计算液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。液压缸的壁厚一般指液压缸中最薄处的厚度。从材料力学可以知道，承受内压力的圆筒，其内应力分别规律因为壁厚的不同而各异。一般计算时可以分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。液压缸的内径 D 与其壁厚 的比值 D/ 10 的圆筒称为薄壁圆筒。起重运输机械和工程机械的液压缸，一般采用无缝钢管，大多属于薄壁圆筒结构，其壁厚按薄壁圆筒壁厚公式计算 2ypD式中 液压缸壁厚（m） 。D液压缸内径（m） 。试验压力，一般取最大工作压力的（1.251.5）倍（MPa ） 。yp额定压力 16Mpa,取 =1.25， =20MPa。nypn缸筒材料的许用应力。 = ，其中 为材料抗拉刚度，bnbn 为安全系数，一般取 n = 5。 的值为：锻钢： = 110120 MPa；铸钢： bb b= 100110 MPa；无缝钢管： = 110110 MPa；高强度铸铁： = 60MPa；b灰铸铁： = 25MPa。b在中低压液压系统中，按上式计算所得液压缸的壁厚往往很小，使得液压缸的刚度往往不够，如在切削加工过程中的变形、安装变形等引起液压缸工作过程卡死或者漏油。因此一般不作计算，按经验选取，必要时按上式公式进行校核。对于 D/ 10 时，应该按材料力学中的厚壁圆筒公式进行壁厚的计算。对于脆性材料以及塑性材料原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 0.4123ypD式中的符号意思与前面相同。液压缸壁厚算出后，即可以求出缸体的外径 为1 +1D2式中 值应该按无缝钢管标准，或者按有关标准圆整为标准值。在设计中，取试验压力为最大工作压力的 1.25 倍，即 = 1.2516MPa yp=20MPa。而缸筒材料许用应力取为 = 100 MPa。b应用公式 得，2ypDm5.120下面确定缸体的外径，缸体的外径 + = 125+212.5mm = 1D150mm。在液压传动设计手册中查得选取标准值 = 155mm。在根据内径 D1和外径 重新计算壁厚， = = mm = 15mm。1D1252（3）液压缸工作行程的确定液压缸工作行程长度，可以根据执行元件机构实际工作的最大行程来确定，并且参照表 4-1 中的系列尺寸来选取标准值。表 4-1 液压缸活塞行程参数系列 （mm）25 50 80 100 125 160 200 250320 400 500 630 800 1000 1250 16002000 2500 3200 400040 63 90 110 140 180 220 280360 450 550 700 900 1100 1400 18002200 2800 3900240 260 300 340 380 420 480 530600 650 750 850 950 1050 1200 13001500 1700 1900 2100 2400 2600 3000 3800注：液压缸活塞行程参数依、次序优先选用。由上述 2.4.2 节已算得油缸最大工作行程为 277.21mm,参考上表系列，取液压缸工作行程为 280mm。原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763（4）缸盖厚度的确定一般液压缸多为平底缸盖，其有效的厚度 t 按强度要求可以用下面两式进行进似计算。无孔时： 20.43yptD有孔时： 20.ytd式中 缸盖有效厚度（m） 。t缸盖止口内径（m） 。2D缸盖孔的直径（m） 。0d在此次设计中，利用上式计算可取 t=40mm（5）最小导向长度的确定当活塞杆全部外伸时，从活塞支撑面中点到缸盖滑动支撑面的距离 H 称为最小导向长度（图 3-2） 。如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度（间隙引起的挠度）增大，从而影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一定得最小导向长度。对于一般的液压缸，最小导向长度 H 应满足以下要求20LD式中 液压缸的最大行程。L液压缸的内径。D为了保证最小导向长度 H，如果过分增大 和 B 都是不适宜的，必要时可1l以在缸盖和活塞之间增加一个隔套 K 来增加 H 的值。隔套的长度 C 由需要的最小导向长度 H 决定，即12ClB在此设计中，液压缸的最大行程为 280mm，液压缸的内径为 125mm，所以应用公式 的 =0LD20Lm5.76218活塞的宽度 B 一般取得 B =（0.61.0）D；缸盖滑动支撑面的长度 ，根据1l液压缸内径 D 而定。当 D80mm 时，取 ；1(0.6) l原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763当 D80mm 时，取 。1(0.6) dl活塞的宽度 B = （0.61.0）D=75125mm，取 100mm（6）缸体长度的确定液压缸缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体外形长度还要考虑到两端端盖的厚度。一般液压缸缸体长度不应该大于内径的 2030 倍。缸体长度 L =280+100mm=380mm。（7）固定螺栓得直径 sd液压缸固定螺栓直径 按照下式计算s 5.2skFdZ式中 F液压缸最大负载。Z固定螺栓个数。k螺纹拧紧系数，k = 1.12 1.5。根据上式求得= = 10.3mm5.2skFdZ.13286740（8）液压缸强度校核1）缸筒壁厚校核：。ypDD(0)2当 时 ， 壁 厚 应 满 足。y0.4(1) 13p当 时 ， 壁 厚 应 满 足前面已经通过计算得：D = 125mm, = 15mm。则有 10，所以D8.3为厚壁缸。= 15mm = = 11.12mmy0.4p123250.4513可见缸筒壁厚满足强度要求。2）活塞杆稳定性的验算：活塞杆受轴向压缩负载时，它所承受的轴向力 F 不能超过使它稳定工作所允许的临界负载 ，以免发生纵向弯曲，从而破坏液压缸的正常工作。 的值kF kF原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763与活塞杆材料性质、截面的形状、直径和长度以及液压缸的安装方式等因素有关。活塞杆的稳定性的校核依照下式（稳定条件）进行式中 安全系数，一般取 =2 4。knkn当活塞杆的细长比 时klr12=kF2EJl当活塞杆的细长比 时，且 = 20 120 时，则klr1212= kF2kfAlr式中 安装长度，其值与安装方式有关。l活塞杆截面最小回转半径， = 。kr krJA柔性系数。1由液压缸支承方式决定的末端系数。2E活塞杆材料的弹性模量，对刚取 E = 。122.06/NmJ活塞杆横截面惯性矩，A 为活塞杆横截面积。f由材料强度决定的实验值。根据验算，液压缸满足稳定性要求。3.1.3 结构的设计液压缸主要尺寸确定以后，就进行各部分的结构设计。主要包括：液压缸缸体与缸盖的连接结构、活塞杆与活塞的连接结构、活塞杆导向部分的结构、密封装置、缓冲装置、排气装置、以及液压缸的安装连接结构等。由于工作条件的不同，结构形式也各不相同。设计时根据具体情况进行选择。（1）缸体与缸盖的连接形式缸体与缸盖常见连接方式有法兰连接式、半环连接式 、螺纹连接式 、拉杆连接式 、焊接式连接等。原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763图 3-1 常见的缸筒和缸盖结构图 3-1 所示为常见的缸盖和缸筒连接形式。图 3-1a 为法兰式连接结构，这种连接结构简单、成本低廉，容易加工，便于装卸，强度较大，能够承受高压。但是外形尺寸较大，常用于铸铁制的缸筒上。图 3-1b 为半环式连接结构，这种连接分为外半环连接和内半环连接两者形式。它们的缸筒壁部由于开了环形槽而削弱了强度，为此有时要增加壁厚。它容易加工和装卸、重量较轻，半环连接是一种应用较为普遍的连接结构，常用于无缝钢管和锻钢制的缸筒上。图 3-1c、f 为螺纹连接形式，这种连接分为外螺纹连接和内螺纹连接两者形式。它的缸筒端部结构复杂，外径加工必须要求同时保证内外径同心，装卸要使用专用工具，它的外形尺寸和重量都比较小，结构紧凑，常常用于无缝钢管和锻钢制的缸筒上。图 3-1d 为拉杆式连接形式，这种连接结构简单，工艺性好、通用性强、易于装拆，但是端盖的体积和重量都非常大，拉杆在受力后容易拉伸变长，从而影响密封效果，仅适用于长度不大的中低压缸。图 3-1d 为焊接式连接，这种连接形式强度高，制造简单，但是焊接时容易引起缸筒的变形。缸体端部与缸盖的连接形式与工作压力、缸体材料以及工作条件有关。通过综合考虑，在此设计中，缸体端部与缸盖采取法兰连接的形式。（2）活塞杆与活塞的连接结构活塞和活塞杆的结构形式有很多，常见的有一体式、锥销式连接外、还有螺纹式连接和半环式连接等多种形式，如图 4-2 所示。半环式连接结构复杂，装卸不便，但是工作可靠。原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763图 3-2 活塞杆与活塞的结构此外，活塞和活塞杆也有制成整体式结构的，但是它只能适应于尺寸较小的场合。活塞一般用耐磨铸铁制造，活塞杆则不论是空心的还是实心的，大多用钢料制造。经过综合考虑，在此设计中，活塞杆与活塞的连接采取螺纹连接的形式，如图 3-3 所示。图 3-3 活塞杆与活塞的连接形式这种连接方式结构简单，便于拆卸，成本低廉，但是在震动的过程中容易松动，所以加了防松装置，应用范围较广。（3）活塞杆导向部分的结构活塞杆导向部分的结构，包括活塞杆与端盖、导向套的结构，以及密封、防尘和锁紧装置等。导向套的结果可以做成端盖整体式直接导向，也可以做成与端盖分开的导向套导向结构。后者导向套磨损后便于更换，所以应用比较普遍。导向套的位置可以安装于密封圈的内侧，也可以安装于密封圈的外侧。机床和工程机械中一般采用装在内测的结构，有利于导向套的润滑；而压油机常采用装在外测的结构，在高压下工作时，使得密封圈由足够的油压将唇边张开，以提高系统的密封性能。原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763活塞杆处的密封形式由 O 型、V 型、Y 型和 型密封圈。为了清除活塞杆x处外漏部分粘附的灰尘，保证油液清洁以及减少磨损，在端盖外侧增加防尘圈。此设计经过综合考虑，采取端盖直接导向。（4）密封装置液压缸中常见的密封装置有间隙密封，摩擦环密封，密封圈密封等。间隙密封依靠运动件间的微笑间隙来防止泄露。为了提高这种装置的密封能力，常在活塞的表面制造出几条微小的环形槽，用以增大油液通过间隙时的阻力。它结构简单，摩擦阻力小，可以耐高温，但是泄露大，加工要求高，磨损后无法恢复原有能力，只有在尺寸小、压力较低、相对运动速度较高的缸筒和活塞间使用。摩擦环密封依靠活塞上的摩擦环（尼龙或者其他高分子材料制成）在“O”形圈弹力作用下贴紧缸壁而防止泄露。这种材料密封效果好，摩擦阻力较小并且稳定，可以耐高温，磨损后有自动补偿能力，但是加工要求高，装拆不方便，适用于缸筒和活塞之间的密封。油缸主要采用密封圈密封，密封圈有 O 形、V 形、Y 形及组合式等数种，其材料为耐油橡胶、尼龙、聚氨脂等。它利用橡胶或者塑料的弹性使各种截面的环形圈贴紧在静、动配合面之间来防止泄露。它结构简单，制造方便，磨损后有自动补偿能力，性能可靠，在缸筒和活塞之间、活塞和活塞杆之间、缸筒和缸盖之间都能使用。1）O 形密封圈（如图 3-4）O 形密封圈的截面为圆形，主要用于静密封。与唇形密封圈相比，运动阻力较大，作运动密封时容易产生扭转，故一般不单独用于油缸运动密封。图 3-4 O 形密封圈2）V 形密封圈（如图 3-5）V 形圈的截面为 V 形，如图所示，V 形密封装置是由压环、V 形圈和支承环组成。当工作压力高于 10MPa 时，可增加 V 形圈的数量，提高密封效果。安装时，V 形圈的开口应面向压力高的一侧。原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763图 3-5 V 形密封圈3）Y 形密封圈（如图 3-6）Y 形密封圈的截面为 Y 形，属唇形密封圈(Lip Seal)。它是一种摩擦阻力小、寿命较长的密封圈，应用普遍。Y 形圈主要用于往复运动的密封。根据截面长宽比例的不同，Y 形圈可分为宽断面和窄断面两种形式，图所示为宽断面 Y 形密封圈。图 3-6 Y 形密封圈对于活塞杆外伸部分来说，由于它很容易把脏物带入液压缸，使油液受到污染，使密封件磨损，因此常需要在活塞杆密封处增添防尘圈，并且放在向着活塞杆外伸的一段。（5）缓冲装置液压缸带动质量较大的部件作快速往复运动时，由于运动部件具有很大的动能，因此当活塞运动到液压缸终端时，会与端盖碰撞，而产生冲击和噪声。这种机械冲击不仅引起液压缸的有关部分的损坏，而且会引起其它相关机械的损伤。为了防止这种危害，保证安全，应采取缓冲措施，对液压缸运动速度进行控制。 当活塞移至端部，缓冲柱塞开始插入缸端的缓冲孔时，活塞与缸端之间形成封闭空间，该腔中受困挤的剩余油液只能从节流小孔或缓冲柱塞与孔槽之间的节流环缝中挤出，从而造成背压迫使运动柱塞降速制动，实现缓冲。 液压缸中常用的缓冲装置有节流口可调式（如图 3-7）和节流口变化式（如图 3-8）两种。原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763图 3-7 节流口可调式缓冲装置图 3-8 节流口变化式缓冲装置在此设计中，为了适当的减轻加工难度，决定采取如图 4-8 所示的缓冲装置。这种缓冲装置可以调节。（6）排气装置排气装置在液压缸中是十分必要的，这是因为油液中混入的空气或者液压缸长期不使用，外界侵入的空气都积聚在液压缸内的最高部位处，影响液压缸运动平稳性，低速时引起爬行现象、启动时造成冲击、换向时降低精度等。液压缸中的排气装置通常有两种形式：一种是在缸盖的最高部位处开排气孔，用长管道接向远处排气；另外一种是在液压缸缸盖最高部位安装排气塞。两种排气装置都是在液压缸排气时打开（让它全行程往复移动多次） ，排气完毕后关闭。图 3-9 常见排气装置（7）液压缸的安装结构原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763液压缸的安装连接结构包括液压缸的安装结构、液压缸的进、出油口的连接等。1）液压缸的安装形式液压缸的安装形式根据安装位置和工作要求得不同可以有长螺栓安装、脚架安装、法兰安装、轴销和耳环安装等。2）液压缸进、出油口形式以及大小的确定液压缸进、出油口，可以布置在端盖或者缸体上。对于活塞杆固定的液压缸，液压缸进、出油口可以设在活塞杆的端部。如果液压缸没有专用得排气装置，液压缸进、出油口应该设在液压缸的最高处，以便空气能首先从液压缸排出。液压缸进、出油口得形式一般选用螺孔或者法兰连接。现列出压力小于16MPa 小型系列单杆液压缸螺孔连接油口得安装尺寸，见表 3-2。表 3-2 单杆液压杆油口安装尺寸（ISO8138） (mm)缸体内径 D 进、出油口 缸体内径 D 进、出油口25 M141.5 80 M271.532 M141.5 100 M271.540 M181.5 125 M271.550 M221.5 160 M331.563 M221.5 200 M421.5夹紧油缸如下图示：图 3-10 夹紧油缸3.2 挂钩液压缸的设计3.2.1 主要零件确定及其技术要求（1）缸体液压缸缸体的常用材料一般为 20、35、45 号无缝钢管，铸铁可采用HT200HT350 间的几个牌号或球墨铸铁。由于球墨铸铁具有较高的抗拉强度和弯曲疲劳强度，也具有良好的塑性和韧性，其屈服度比钢高。因此，球墨铸原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763铁制造承受静载荷的构件比铸钢节省材料，重量也轻。所以本设计的液压缸采用 Q235。铸件需进行正火消除内应力处理。1）缸体的内径因为须与活塞配合，防止漏油，所以要尽量减少表面粗糙度，可采用 H8、H9 配合。当活塞采用橡胶密封圈时，Ra 为 0.10.4m，当活塞用活塞环密封时，Ra 为 0.20.4m，且均需研磨。 2）缸体内径 的圆度公差值可按 9、10、11 级精度选取，圆柱度公差应按D8 级精度选取。3）缸体端面的垂直度公差可按 7 级精度选取。4）缸体与缸头采用螺纹连接时，螺纹应用 6 级精度的米制螺纹。5）当缸体带有耳环或轴销时，孔径 或轴径 的中心线对缸体内孔轴线垂Dd直公差值按 9 级精度选取。此液压缸体的外径需要与机架配合，应进行加工，且与中心线同轴度的要求。装卸时需把吊环螺栓吊起。所以缸体端部选用螺纹连接，螺纹连接径向尺寸小，质量轻，使用广泛。装卸需用专用工具，安装时应防止密封圈扭曲。（2）缸盖本液压缸采用在缸盖中压入导向套，缸盖选用 HT200 铸铁，导向套选用铸铁 HT200，以使导向套更加耐用。（3）活塞液压缸活塞常用的材料为耐磨铸铁，灰铸铁，钢及铝合金等。本设计液压缸活塞材料选用 45 号钢，需要经过调质处理。1）活塞外径 D 对内孔 d 的径向跳动公差值，按 7、8 级精度选取。2）端面 T 对内径 d 轴线的垂直度公差值，应按 7 级精度选取。3）外径 D 的圆柱度公差值，按 9、10、11 级精度选取。4）活塞与缸体的密封结构由前可以选用 O 型密封圈。3.2.2 主要尺寸的确定（1）液压缸内径 D 和活塞杆直径 d 的确定挂钩油缸的工作过程为，通过油缸收缩抬起挂钩，挂钩是依靠挂钩自身的重力和较小的油缸推力推动挂钩。整个过程油缸负载较小，因此只需要选用较小缸径的油缸，该处选用油缸内径 D=50mm。表 3-4 液压缸内径尺寸系列 (GB2348-1980) (mm)8 10 12 16 20 25 3240 50 63 80 （90） 100 （110）125 （140） 160 （180） 200 （220） 250原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763320 400 500 630注：括号内数值为非优先选用值根据表 3-4，将液压缸内径圆整为标准系列直径 D=125mm活塞杆直径可以由 值算出， 的取值参照下表： d/Dd/表 3-3 液压缸内径 D 与活塞杆直径 d 的关系按机床类型选取 d/D 按液压缸工作压力选取工作压力 d/D机床类别 d/D 工作压力 p/(MPa) d/D磨床、研磨机床 0.20.3 2 0.20.3插床、拉床、刨床 0.5 25 0.50.58钻、镗、车、铣床 0.7 57 0.620.70 7 0.7因此，活塞杆直径： mDd357.0以便采用标准的密封元件，活塞杆直径按照下表圆整到相近的标准直径，即取活塞杆直径： md36表 3-5 活塞杆直径系列 (GB2348-1980) (mm)4 5 6 8 10 12 14 16 182 22 25 28 32 36 40 45 5056 63 70 80 90 100 110 125 140160 180 200 220 250 280 320 360 400综上述：缸筒内径 D=50mm，活塞杆外径 d=36mm。（2）液压缸壁厚和外径的计算液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。液压缸的壁厚一般指液压缸中最薄处的厚度。从材料力学可以知道，承受内压力的圆筒，其内应力分别规律因为壁厚的不同而各异。一般计算时可以分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。液压缸的内径 D 与其壁厚 的比值 D/ 10 的圆筒称为薄壁圆筒。起重运输机械和工程机械的液压缸，一般采用无缝钢管，大多属于薄壁圆筒结构，其壁厚按薄壁圆筒壁厚公式计算原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 2ypD式中 液压缸壁厚（m） 。D液压缸内径（m） 。试验压力，一般取最大工作压力的（1.251.5）倍（MPa ） 。yp额定压力 16Mpa,取 =1.25， =20MPa。nypn缸筒材料的许用应力。 = ，其中 为材料抗拉刚度，bnbn 为安全系数，一般取 n =1。 的值为：锻钢： = 110120 MPa；铸钢： bb b= 100110 MPa；无缝钢管： = 110110 MPa；高强度铸铁： = 60MPa；b灰铸铁： = 25MPa。b在中低压液压系统中，按上式计算所得液压缸的壁厚往往很小，使得液压缸的刚度往往不够，如在切削加工过程中的变形、安装变形等引起液压缸工作过程卡死或者漏油。因此一般不作计算，按经验选取，必要时按上式公式进行校核。对于 D/ 10 时，应该按材料力学中的厚壁圆筒公式进行壁厚的计算。对于脆性材料以及塑性材料 0.4123ypD式中的符号意思与前面相同。液压缸壁厚算出后，即可以求出缸体的外径 为1 +1D2式中 值应该按无缝钢管标准，或者按有关标准圆整为标准值。1D在设计中，取试验压力为最大工作压力的 1.25 倍，即 = 1.2516MPa yp=20MPa。而缸筒材料许用应力取为 = 100 MPa。b应用公式 得，2ypm5102下面确定缸体的外径，缸体的外径 + =50+25mm = 60mm。在液D2原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763压传动设计手册中查得选取标准值 =65mm。在根据内径 D 和外径 重新计1D1算壁厚， = = 。12Dm5.706（3）液压缸工作行程的确定液压缸工作行程长度，可以根据执行元件机构实际工作的最大行程来确定，并且参照表 4-1 中的系列尺寸来选取标准值。表 4-1 液压缸活塞行程参数系列 （mm）25 50 80 100 125 16