毕业论文定稿-车载雷达天线升降机构液压系统设计

I毕业设计（论文）系 别 ：专 业 ：学 生 姓 名 ： 学 号：设 计 (论 文 )题 目 ： 车载雷达天线升降机构液压系统设计起 迄 日 期 : 设 计 (论 文 )地 点 :指 导 教 师 :专 业 教 研 室 负 责 人 :2012 年 月 日原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763摘 要本液压系统以传递动力为主，保证足够的动力是其基本要求。另外，还要考虑系统的稳定性、可靠性、可维护性、安全性及效率。其中稳定是指系统工作时的运动平稳性及系统性能的稳定性(如环境温度对油液的影响等因素)。可靠性是指系统不因意外的原因而无法工作(如油管破裂、无电等情况)。可维护性是指系统尽可能简单，元件尽可能选标准件，结构上尽可能使维护方便安全性是指不因液压系统的故障导致天线架的倒塌或其它事故(如下降时失控，天线由于重力加速下落)效率是指液压系统的各种能量损失尽可能的小。上述要求中，除满足系统的动力要求外，最重要的是保证系统的安全性和可靠性。关键词：液压系统，车载，雷达天线，升降机构IIIAbstractThe hydraulic system to transfer power, ensure adequate power is its basic requirement. In addition, consider the system stability, reliability, maintainability, safety and efficiency. The stabilizing means when the system works steady motion and system performance stability (such as environmental temperature on the influence of oil etc). Reliability refers to the system is not due to accident reason to work ( such as tubing rupture without electricity, etc. ). Maintainability is referred to the system as simple as possible, element is chosen as far as possible standard parts, structure as much as possible so that the maintenance is convenient. Security is not due to the fault of the hydraulic system causes the antenna frame collapse or other accidents (such as the drop out of control, antenna due to gravity acceleration whereabouts ) . Efficiency refers to the hydraulic system of the various energy loss as small as possible. The above requirements, in addition to meet the power requirements, the most important thing is to ensure the safety and reliability of the system.Keywords: hydraulic system, vehicle, radar antenna, lifting mechanism详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763目 录摘 要 IIAbstract.III目 录 IV第 1 章 绪论.11.1 课题研究背景 .11.2 雷达车的特点 11.3 国内外机动雷达现状分析 21.4 设计的目的及任务 3第 2 章 系统总体方案设计.42.1 天线升降装置对液压系统的要求 42.2 总体技术方案设计 42.3 系统主要技术参数的确定 72.4 举升机构液压系统及工作原理的设计 82.5 设计特点分析 10第 3 章 液压系统设计计算.113.1 主液压缸的设计 113.2 副液压缸的设计 143.3 活塞的设计 153.4 导向套的设计与计算 163.5 端盖和缸底的设计与计算 173.6 缸体长度的确定 183.7 缓冲装置的设计 183.8 排气装置 193.9 密封件的选用 203.10 防尘圈 213.11 液压缸的安装连接结构 22第 4 章 液压缸主要零件的材料和技术要求.23详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 13041397634.1 缸体 234.2 活塞 244.3 活塞杆 254.4 缸盖 264.5 导向套 27第 5 章 液压泵的参数计算.28第 6 章 电动机的选择.28第 7 章 液压元件的选择.297.1 液压阀及过滤器的选择 297.2 油管的选择 317.3 油箱容积的确定 31第 8 章 验算液压系统性能.318.1 压力损失的验算及泵压力的调整 318.2 液压系统的发热和温升验算 33总结.35参考文献.36致谢.37详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 13041397631第 1 章 绪论1.1 课题研究背景雷达总的来说有固定式和移动式两种。早先为了适应战争的需要，雷达要实现阵地的转移，人们对最初的机动性雷达只是理解为机械动力牵引移动型雷达，根据地面雷达的不同。在几小时到几十小时内能完成拆收或进入工作状态的雷达称为机动性雷达。这种机动型地面雷达在二战期间起了一定的作用。随着国际形势的动荡、局部地战争的不断爆发，现代化武器装备的不断更新，现代战争已经进入了电子战、信息战时代，传统的机动型雷达已经不能满足现代战争的需要，各国为了提高自己的防卫、跟踪、识别和反击能力，高机动的地面雷达应运而生。1.2 雷达车的特点现代高技术战争对雷达车的越野作战与战场生存能力提出了越来越高的要求，以达到战时的快速组网及补充战损的目的，高度的机动能力已经成为现代军事雷达的必备素质。因此，对于雷达车的设计师来说，在考虑整机的机电性能指标、可靠性、可维护性、可保障性、安全性、可操作性、经济性及加工工艺性等因素的同时，还需要从结构上对其机动性做出精心的构思。总的来说，雷达车的高机动性须保证雷达车具有这样一种能力，即组成雷达的诸多功能环节能够共同形成一种良好的应变能力，在保证性能可靠的前提下，使其在遭到敌方打击之前，能够方便、快速地撤收，并且转移到新的阵地上重新进入正常的工作状态，以达到保护自己、克敌制胜的目的。所以在结构总体的设计上须重点考虑下列问题。运输行驶能力主要包括以下几点：1） 越野能力，战时雷达整机将面临复杂多变的恶劣的地理环境，如泥土路、泥泞路等，此时仍然要求雷达能够以一定的速度可靠地行驶，雷达载车的性能对整机的行驶能力有直接影响，因此，载车的越野能力是选型时首先要考虑的问题，其基本车型必须满足军用越野汽车机动性要求的各项规定。一般来说，机动型雷达车选型的原则是优先选用国产列装的越野载重基型车辆。2）通过能力，即雷达整机各运输单元外形尺寸在公路、铁路运输时须符合国家有详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763关的运输界限要求。 （1） 公路运输：应满足公路运输限界。（2） 铁路运输：应满足铁路装载荃本限界。（3） 雷达总重不超过小型桥梁的承重能力。3） 雷达天线升降机构，其升降机构按照传动形式的不同，可分为机电式和液压式。机电式升降机构技术较为成熟，是一种传统的结构形式。但是机电式升降机构的控制及传动结构均较为复杂，同时单位驱动负载的重量交大，在要求架设高度较高、负载较大时尤其如此。而液压式传动系统与机电式传动系统相比，在输出同样的功率条件下，体积和质量可以减小很多，同时承载能力大，可以完成较大重量雷达天线的高架。并且采用液压传动还可以大大简化机械的结构，从而减少机械零部件的数目，也便于实现自动控制和无级变速。另外，随着科学技术的不断发展，液压元器件的生产工艺逐步实现机械化和自动化，制造成本不断下降，制造精度越来越高，因此液压式传动系统已逐渐在雷达天线的升降机构中被采用。中、大型雷达天线的举升机构不同于普通的升降机。普通的升降机负载通常都很小，中、大型雷达天线的举升机构的负载较大，特别是机构常常需要在较大的风载的条件下甚至需要在天线上覆盖有冰层的时候正常工作。在举升高度较高时，风载所引起的倾覆力矩直接威胁着设备的安全和工作的可靠性，此外风向的不同引起的动力特性在机构的升降过程中又存在较大的差异。因此中、大型雷达天线的举升机构存在一定的特殊性。塔架式雷达天线升降机构的研究和设计正是本着上述的要求而拟定的。1.3 国内外机动雷达现状分析冷战时期，由于两大军事集团的长期的对峙，西方国家十分重视激动雷达尤其是高机动雷达的发展与研制。现在随着国际形势的动荡，局部战争的不断爆发，现代武器装备的不断更新，现代战争已进入了电子战，信息站时代，传统的机动型雷达已经不能满足现代战争的需要。各国为了提高自己的防卫，跟踪，识别和反击能力，高机动地面雷达应运而生。大批各种型号的机动雷达装备部队，并且将高机动雷达部署在战略要地，以提高雷达网的弹性和整个防空系统的稳定性，下面是近三四十年来西方各国装备的集中主要的高机动雷达。详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763表 1.1 各国装备的高机动雷达型号 工作波段 测距 架设时间 用途 技术体制美国 AN/TPS-61 2.9-3.1GHZ 140Km 3 分钟 对空搜索 两坐标雷达美国 LAADS L 波段 60Km 7 分钟 低空警戒 两坐标雷达英国 Gainfanen S 波段 140Km 1 分钟 低空警戒 两坐标雷达德国 TRMS S 波段 200Km 3 分钟 防空预警 三坐标雷达日本 NPN-510 S 波段 135Km 3 分钟 放空预警 三坐标雷达不难看出目前世界各国都把防空雷达网建设中如何发展机动作战力量研和研制高机动雷达当作一件大事来抓，这就是高技术局部战争的必然趋势。独联体国家的 70000部防空雷达中大部分是车载式机动雷达，且有相当数量为高机动雷达，英国和法国的雷达站几乎不采用固定式，而采用可运输单元，一旦需要，机动雷达可在较短时间内转移到新的阵地展开工作；日本的机动雷达站与固定雷达站之比，近年来由原来的1：14 升到 1：2.5，而且其雷达天线可以折叠运输，雷达具有较好的探测性能、抗干扰能力和自动化入网的能力。我国的周边一些国家和地区也十分重视雷达的机动和隐蔽。台湾则大力发展机动雷达，其固定雷达天线除外，其余部分均可以进入坑道。军事力量最强的美国也是非常重视雷达机动性的国家，他们的舰载、机载和卫星侦察雷达可以实现全球范围内的机动。并且其雷达情报网抗摧毁能力已达到完善的程度。1.4 设计的目的及任务在车载雷达中，天线的快速、可靠地机动架设和撤收是其基本要求之一，雷达天线升降机构按传动系统的不同，可以分为机电式和电液式。机电式升降机构技术在国内外都很成熟。但是机电式的升降机构的控制及传动结构较为复杂，同时单位驱动载荷的重量较大，而电液系统与之相比就有一定的优点。现代高技术对雷达的越野作战与战场生存能力提出了越来越高的要求,以达到战时快速组网及补充战损的目的，高度的机动能力已经成为现代军事雷达的必备素质。因此，对于雷达设计师来说，在考虑整机电性能指标、可靠性、可维护性、可保障性、安全性、可操作性、经济性及加工工艺性等因素的同时，还须从结构上对其机动性作出精心构思。该选题以车载雷达天线升降机构系统为设计对象。以车载雷达天线升降机构系统为设计对象，紧密结合机械设计制造及自动化专业的相关基础技术和专业技术，对于锻炼学生综合应用液压传详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763动、机械制造工程、机械设计、机械CAD等基本专业知识解决工程实际问题的能力以及独立工作的能力具有积极的促进作用。第 2 章 系统总体方案设计2.1 天线升降装置对液压系统的要求在天线升降装置中液压系统主要完成的功能是天线高架举升和举升到位后的位置锁定。作为一种野外作业的军品，举升的又是口径大、透空率较小的天线，因此雷达天线液压升降装置与一般液压升降机相比有相似之处也有它的侧重点。相似之处：为防止升降过程中机构的卡死及控制天线阵面扭曲值在允许范匍内须保证：两个驱动液压缸的同步；天线阵面降落过程的负值负载平衡；环境适应性、可靠性、安全性、维修性等。侧重点：(1)为满足雷达的机动性要求，天线举升必须在3min内完成，既要提高升降的平均速度又要避免到位时形成较大冲击，对天馈系统造成不良影响。(2)风向的不同引起的动力特性在机构的升降过程中存在较大的差异。如从运输状态转为工作状态，液压缸活塞杆伸出产生推力。当车头来风时，液压缸所受正负载增加，系统压力将增大，反之车尾来风则压力减小且有可能形成负值负载。从工作状态转为运输状态，液压缸活塞杆收缩产生拉力，当车尾来风时，液压缸所受正负载最大，反之则减小。变负载将导致系统工作不稳定，在临界位时特别不安全。(3)当雷达天线举升高度较高且风速较大时，风载荷引起的颠覆力矩直接威胁着设备的安全和工作的可靠性，此外天线处于工作位置时对天线转台的水平度要求在5以内，因此对举升机构的刚度及锁紧装置的定位精度和定位可靠性都提出了严格的要求。(4)要有冗余系统作为备份。2.2 总体技术方案设计车载车载天线升降装置的结构形式主要有曲臂式、垂直升降式和平行四连杆式(或其变形结构)。对于举升高度较高的中大型雷达天线多采用平行四连杆式，本方案拟将6 m4 m口径的大型雷达天线举升到离地7 m，经综合考虑，选用平行四连杆机构。该机构主要由底座，主、辅举升连杆，天线转台，液压驱动系统自动锁定机构(图中未画出)等组成，结构示意见下图。详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763图2.1 平行四连杆举升机构结构示意图（a）运输状态 （b）工作状态1雷达车 2电子方舱 3底座 4举升液压缸 5主举升连杆6辅举升连杆 7天线转台 8天线底座是整个举升机构的支承基础，固定在雷达车底盘上，2根同等规格的主连杆与底座和天线回转台铰接，另外2根等长的连杆作为辅助支撑与主连杆一起构成平行四连杆机构，整个平行四连杆机构由2个同步液压缸驱动，每个液压缸分别通过铰点与l主连杆铰接，平行四连杆机构在液压缸的驱动下，带动天线回转台始终以水平状态运动。举升到位后，由液压系统的锁紧装置锁定举升机构以保障雷达的稳定工作。对于平行四连杆结构，举升高度与落位运输时的长度是一致的，由于车身装载空间有限，举升系统必须与雷达其他部分一体化设计，才能在满足举升高度的前提下，既优化空间尺寸、确保运输状态的通过能力，又保证各部件比例协调，外形美观。为满足通过性要求，对雷达车总体尺寸要求：整车长度11 500 mm；整车宽度2 500 mm；详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763整车高度3 300 mm。已知条件：举升高度7 000 mm；天线长度6 000 mm；天线宽度4 000 mm。天线转台尺寸1 000 mm x 1 000 mm1 000mm；载车底盘距地面高度1 100 mm；驾驶室及电子方舱所占长度4 160 mm。经计算取底座长度方向尺寸为950 mm，主辅连杆的长度为3 920 mm。由于天线口径大，在运输时需用机电控制方式进行折叠以保证高度及宽度方向的通过性要求，在此不做详述。液压系统中负载一定的情况下，液压缸铰点位置的确定，对缸结构设计及系统中的相关器件均存在较大的影响。液压缸能产生有效推力的大小与液压缸的支点位置、初始状态、液压缸与举升机构的相对位置有关旧J。经优化，取主举升连杆与底座铰点、液压缸与载车底盘铰点之间的水平距离为400 mm；竖直距离为630 mm；主举升连杆与底座铰点、主举升连杆与液压缸铰点之问的长度为2 250 mm。天线快速，可靠地机动架设和撤收是车载雷达的基本要求之一。按传动系统的不同，雷达天线升降机构可分为机电式和液压式。与机电式相比，在输出同样功率的条件下，液压式的体积和质量小，承载能力大，可以完成较大重量雷达天线的架设，还可大大简化机械结构，减少机械零部件的数目，也便于实现自动控制。随着科技的发展，液压式传动系统已逐渐在雷达天线升降机构中被采用。本设计采用一种翻转式液压举升机构及其液压系统，可实现对较大型天线的高架，并且在天线的举升过程中，天线的姿态不变，架撤收过程平稳、可靠、快速。图 2.1 雷达实现架设的方案详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763该举升机构的机械部分由天线座，主液压缸和副缸等组成，如图 2.1-（a）所示，天线首先由副缸从图（a）位置扶正至图（b）所示位置，同时主缸通过同步结构与支承杆保持平行运动至垂直位置，再由主缸将天线举升到一定的高度。回收时靠重力回落，然后再由副缸回收到车座上。举升过程中的特点是负载在不断变化，且在举升过程中的某一时刻出现超越负载，风载荷的影响是影响系统稳定工作的不可忽视的因素，在风力较大时尤其如此。2.3 系统主要技术参数的确定设计指标为：总举升高度810 m，举升时间小于3 min，8级风下正常工作，无电时能完成应急撤收。根据结构，主油缸设计为套缸，行程为3000mm，运行速度为26ms；副油缸的总运行距离为600 mm，副油缸运行速度为10 mms；液压系统工作在低速条件下系统工作总重力负载4000kg，最大风载荷2000kg,主油缸工作压力为51 MPa，副油缸的推力为153 MPa系统工作在中、高压方式。且副油缸的工作压力远远大于主油缸的工作压力。主油缸所需流量为33 Lmin，副油缸所需流量为11 Lmin本液压系统以传递动力为主，保证足够的动力是其基本要求。另外，还要考虑系统的稳定性、可靠性、可维护性、安全性及效率。其中稳定是指系统工作时的运动平稳性及系统性能的稳定性(如环境温度对油液的影响等因素)。可靠性是指系统不因意外的原因而无法工作(如油管破裂、无电等情况)。可维护性是指系统尽可能简单，元件尽可能选标准件，结构上尽可能使维护方便安全性是指不因液压系统的故障导致天线架的倒塌或其它事故(如下降时失控，天线由于重力加速下落)效率是指液压系统的各种能量损失尽可能的小。上述要求中，除满足系统的动力要求外，最重要的是保证系统的安全性和可靠性。表 2.1 车载雷达天线升降机构液压系统的主要技术参数项目 参数 单位系统工作总重力负载 4000最大风载荷 2000kg总行程 3.0 m 主缸 工作压力 5.1 Mpa详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763流量 33 L/min总行程 0.6 m工作压力 15.3 Mpa副缸流量 11 L/min2.4 举升机构液压系统及工作原理的设计根据设计要求和工作需要，设计举升液压回路图如下：1- 油箱 2- 齿轮泵 3- 过滤器 4、9、17- 电磁换向阀 5、6、15- 单向阀 7、16- 调速阀 8- 溢流阀 10、18- 手动换向阀 11- 安全阀 12- 单向调速阀 13、20、21- 防爆阀 14- 举升天线套缸 19- 平衡阀 22、23- 副缸 24- 手动泵 25、26- 压力继电器图 2.2 车载雷达天线升降机构液压系统原理图液压泵组:由定量齿轮泵 2、手动泵 24、单向阀 5 组成。定量齿轮泵在有电时向液压缸供油,手动泵在无电时向液压缸供油,单向阀隔断两泵,防止手动泵供油时液压油流详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763向齿轮泵。液压缸组:由举升天线的单作用套缸 14、扶正天线的副缸 22、副缸 23、防爆阀13、20 和 21 组成。主升缸采用单作用式柱塞套缸,缸径较大,能提供很大的举升力,靠自重回落和满足举升高度的要求,副缸采用双作用缸,完成天线的扶正和回收,防爆阀用于防止天线在举升或回落时油管意外破裂而发生事故。举升控制阀组:由单向阀 6、调速阀 7、溢流阀 8、三位四通电磁换向阀 9、二位四通手动换向阀 10、安全阀 11、单向调速阀 12 组成。扶正控制阀组:由单向阀 15、调速阀 16、三位四通电磁换向阀 17、二位四通手动换阀 18、平衡阀 19、单向调速阀 12 组成。结合系统的电磁铁动作顺序表 2.2 对系统的工作过程说明如下：表 2.2 电磁铁动作顺序表信号来源 电磁铁 YA动作点动 自动 4 9（左） 9（右） 17（左） 17（右）1 起动 SB1 +2 扶正 SB2KP1 +3 举升 SB3 +KP24 回落 SB4 +5 回收 SB5 +(1) 起动:齿轮泵起动,二位二通电磁换向阀 4 接通,系统卸载起动。(2) 扶正:二位二通电磁换向阀 4 断电,三位四通电磁换向阀 17 左位接通,压力油通过平衡阀的单向阀进入副缸的下腔,到达预定的位置后,油压上升,压力继电器 KP1 发出信号,三位四通电磁换向阀 17 回中位,二位二通电磁换向阀 4 再次接通,系统卸载运行。(3) 举升:二位二通电磁换向阀 4 断电,三位四通电磁换向阀 9 左位接通,压力油通过单向调速阀进入主缸的下腔,到达位置后,油压上升,压力继电器 KP2 发出信号,换向阀回中位;单向调速阀用于控制上升速度。详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763(4) 回落:三位四通电磁换向阀 9 右位接通,主缸下腔油经阀 12、换向阀 9 右位,由单向阀 6、调速阀 7 及过滤器 3 回油箱;阀 11 用于换向阀 9、单向阀 6、调速阀 7 及过滤器 3 等故障时应急回收时使用。(5) 回收:齿轮泵起动,二位二通电磁换向阀 4 接通,系统卸载起动。当三位四通电磁换向阀 17 右位接通时,二位二通电磁换向阀 4 断电,副缸上腔进油,下腔油经过平衡阀 19 ,三位四通电磁换向阀 17 右位,单向阀 15、调速阀 16 及过滤器 3 回油箱。到达预定的位置后,油压升高,压力继电器 KP1 发出信号,液压泵停机,三位四通电磁换向阀 17 回中位。2.5 设计特点分析由上可知，该系统有以下特点：(1)手动系统与电动系统可使液压系统工作在有电和无电两种条件下，提高了设备的应急能力和可靠性；主油缸回路与副油缸回路采用串联方式，可避免误动作；(2)背压阀6、调速阀7、单向调速阀12组成的调速回路，控制主升油缸回落时的速度，防止天线因重力回落时的超速，并使速度平稳平衡阀19、调速阀16、背压阀15使副油缸在扶正和回收时，平衡变化的负载和克服负值负载，并使速度平稳由于主升油缸油路的工作状态与副主升油缸油路的工作状态相差较大，采用了分别控制的调速背压阀；(3)系统采用叠加阀使得系统结构紧凑，动作平稳、泄露少，使用安全可靠、维修容易，也便于改进换向阀采用截止式换向阀，密封性好，几乎无泄露，天线可停留在任意位置稳定工作采用安全阀，可防止举升时由于过载引起的事故。详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763第 3 章 液压系统设计计算基本参数是车载雷达天线的基本技术数据，是根据雷达的用途及结构类型来确定的，它反映了车载雷达工作能力及特点，也基本上上确定了雷达的轮廓尺寸及本体总质量等。3.1 主液压缸的设计由于按照设计标准总举升高度 810 m，举升时间小于 3 min，8 级风下正常工作，无电时能完成应急撤收，故在此按照最大举升高度来设计。由于主液压缸的行程为 3m.主液压缸采用单作用柱塞式套缸，缸径较大，能提供很大载荷作用下的举升力，同时能够满足靠重力回落和撤收的要求。并且工作过程为快进工进快退三个过程的工作循环。液压缸的机械效率 95.0m工进时候的负载是最大的，1.工作压力 P=5.1Mpa2.液压缸内径的计算D= 10-3 PF4= 10-395.018=0.101.5m=101.5mm查液压传动与控制手册经过标准化处理 D=100mm。表 4.1 液压缸内径系列 mm8 10 12 16 20 25 32 40 50 6380 100 125 160 200 250 320 400 5003.液压缸缸体厚度计算缸体是液压缸中最重要的零件，当液压缸的工作压力较高和缸体内经较大时，必须进行强度校核。缸体的常用材料为 20、25、35、45 号钢的无缝钢管。在这几种材料中 45 号钢的性能最为优良，所以这里选用 45 号钢作为缸体的材料。详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 13041397632DPy式中， 实验压力，MPa。当液压缸额定压力 Pn 5.1MPa 时，Py=1.5Pn，当Py Pn 16MPa 时，Py=1.25Pn。 缸筒材料许用应力，N/mm 。 = ， 为材料的抗拉强度。2nb注：1.额定压力 Pn额定压力又称公称压力即系统压力，Pn=5.1MPa2.最高允许压力 PmaxPmax 1.5Pn=1.25 5.1=6.375MPa液压缸缸筒材料采用 45 钢，则抗拉强度： b=600MPa安全系数 n 按液压传动与控制手册P243 表 210，取 n=5。则许用应力 = =120MPab 2DPy= 10375.6=2.66mm,满足 。所以液压缸厚度取 5mm。10D10则液压缸缸体外径为 110mm。4.液压缸长度的确定液压缸长度 L 根据工作部件的行程长度确定。从制造上考虑，一般液压缸的长度L 不会大于液压缸直径的 20 到 30 倍。此次设计取 30 倍。L=30D=30100=3000mm5. 活塞杆直径的设计查液压传动与控制手册根据杆径比 d/D，一般的选取原则是：当活塞杆受拉时，一般选取 d/D=0.3-0.5，当活塞杆受压时，一般选取 d/D=0.5-0.7。本设计我选择详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763d/D=0.7，即 d=0.7D=0.7100=70mm。表 4.2 活塞杆直径系列4 5 6 8 10 12 14 16 18 2022 25 28 32 36 40 45 50 56 6370 80 90 100 110 125 140 160 180 200220 250 280 320 360 400故取 d=70mm。2.活塞杆强度计算：56mm （4-4）mF150.18374d6式中 许用应力； （Q235 钢的抗拉强度为 375- MPa84nb500MPa，取 400MPa，为位安全系数取 5，即活塞杆的强度适中）3活塞杆的结构设计活塞杆的外端头部与负载的拖动电机机构相连接，为了避免活塞杆在工作生产中偏心负载力，适应液压缸的安装要求，提高其作用效率，应根据负载的具体情况，选择适当的活塞杆端部结构。4.活塞杆的密封与防尘活塞杆的密封形式有 Y 形密封圈、U 形夹织物密封圈、O 形密封圈、V 形密封圈等6。采用薄钢片组合防尘圈时，防尘圈与活塞杆的配合可按 H9/f9 选取。薄钢片厚度为0.5mm。为方便设计和维护，本方案选择 O 型密封圈。液压缸工作行程长度可以根据执行机构实际工作的最大行程确定，并参照表 4-4选取标准值。液压缸活塞行程参数优先次序按表 4-4 中的 a、b、c 选用。表 4-4（a）液压缸行程系列（GB 2349-80） 625 50 80 100 125 160 200 250 320 400500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3200 4000表 4-4（b） 液压缸行程系列（GB 2349-80） 640 63 90 110 140 180220 280 360 450 550 700 900 1100 1400 1800详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 13041397632200 2800 3600表 4-4（c） 液压缸形成系列（GB 2349-80） 6240 260 300 340 380 420 480 530 600 650750 850 950 1050 1200 1300 1500 1700 1900 21002400 2600 3000 3400 38003.2 副液压缸的设计4.工作压力 P=15.3Mpa5.液压缸内径的计算D= 10-3 PF4= 10-395.0318=0.586m=56.6mm查液压传动与控制手册经过标准化处理 D=63mm。表 4.1 液压缸内径系列 mm8 10 12 16 20 25 32 40 50 6380 100 125 160 200 250 320 400 5006.液压缸缸体厚度计算缸体是液压缸中最重要的零件，当液压缸的工作压力较高和缸体内经较大时，必须进行强度校核。缸体的常用材料为 20、25、35、45 号钢的无缝钢管。在这几种材料中 45 号钢的性能最为优良，所以这里选用 45 号钢作为缸体的材料。2DPy式中， 实验压力，MPa。当液压缸额定压力 Pn 5.1MPa 时，Py=1.5Pn，当Py Pn 16MPa 时，Py=1.25Pn。 缸筒材料许用应力，N/mm 。 = ， 为材料的抗拉强度。2nb注：1.额定压力 Pn详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763额定压力又称公称压力即系统压力，Pn=15.1MPa2.最高允许压力 PmaxPmax 1.5Pn=1.25 15.3=19.125MPa液压缸缸筒材料采用 45 钢，则抗拉强度： b=600MPa安全系数 n 按液压传动与控制手册P243 表 210，取 n=5。则许用应力 = =120MPab 2DPy= 10375.6=2.66mm,满足 。所以液压缸厚度取 5mm。10D10则液压缸缸体外径为 73mm。4.液压缸长度的确定液压缸长度 L 根据工作部件的行程长度确定。从制造上考虑，一般液压缸的长度 L 不会大于液压缸直径的 20 到 30 倍。3.3 活塞的设计由于活塞在液压力的作用下沿缸筒往复滑动，因此，它与缸筒的配合应适当，既不能过紧，也不能间隙过大。配合过紧，不仅使最低启动压力增大，降低机械效率，而且容易损坏缸筒和活塞的配合表面；间隙过大，会引起液压缸内部泄露，降低容积效率，使液压缸达不到要求的设计性能。活塞与缸体的密封形式分为：间隙密封（用于低压系统中的液压缸活塞的密封） 、活塞环密封（适用于温度变化范围大、要求摩擦力小、寿命长的活塞密封） 、密封圈密封三大类。其中密封圈密封又包括 O 形密封圈（密封性能好，摩擦因数小，安装空间小） 、Y 形密封圈（用在 20Mpa 压力下、往复运动速度较高的液压缸密封） 、 形密封xY圈（耐高压，耐磨性好，低温性能好，逐渐取代 Y 形密封圈） 、V 形密封圈（可用于50Mpa 压力下，耐久性好，但摩擦阻力大） 。综合以上因素，考虑选用 O 型密封圈。详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 13041397633.4 导向套的设计与计算1.最小导向长度 H 的确定当活塞杆全部伸出时，从活塞支承面中点到到导向套滑动面中点的距离称为最小导向长度 1。如果导向长度过短，将使液压缸因间隙引起的初始挠度增大，影响液压缸工作性能和稳定性。因此，在设计时必须保证液压缸有一定的最小导向长度。根据经验,当液压缸最大行程为 L,缸筒直径为 D 时,最小导向长度为:（4-20LH5）一般导向套滑动面的长度 A，在缸径小于 80mm 时取 A=(0.61.0)D，当缸径大于80mm 时取 A=(0.61.0)d.。活塞宽度 B 取 B=(0.61.0)D。若导向长度 H 不够时,可在活塞杆上增加一个导向套 K(见图 4-1)来增加 H 值。隔套 K 的宽度 。)21BAC（图 4-1 液压缸最小导向长度 1因此:最小导向长度 ，取 H=9cm；7cm2104(20DLH）导向套滑动面长度 A= c8.6.58活塞宽度 B= 7m9.隔套 K 的宽度 3c.1)2.74(19)21BAC（2.导向套的结构导向套有普通导向套、易拆导向套、球面导向套和静压导向套等，可按工作情况详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763适当选择。1）普通导向套 这种导向套安装在支承座或端盖上，油槽内的压力油起润滑作用和张开密封圈唇边而起密封作用 6。2）易拆导向套 这种导向套用螺钉或螺纹固定在端盖上。当导向套和密封圈磨损而需要更换时，不必拆卸端盖和活塞杆就能进行，维修十分方便。它适用于工作条件恶劣，需经常更换导向套和密封圈而又不允许拆卸液压缸的情况下。3）球面导向套 这种导向套的外球面与端盖接触，当活塞杆受一偏心负载而引起方向倾斜时，导向套可以自动调位，使导向套轴线始终与运动方向一致，不产生“憋劲“现象。这样，不仅保证了活塞杆的顺利工作，而且导向套的内孔磨损也比较均匀。4）静压导向套 活塞杆往复运动频率高、速度快、振动大的液压缸，可以采用静压导向套。由于活塞杆与导向套之间有压力油膜，它们之间不存在直接接触，而是在压力油中浮动，所以摩擦因数小、无磨损、刚性好、能吸收振动、同轴度高，但制造复杂，要有专用的静压系统。3.5 端盖和缸底的设计与计算在单活塞液压缸中，有活塞杆通过的端盖叫端盖，无活塞杆通过的缸盖叫缸头或缸底。端盖、缸底与缸筒构成密封的压力容腔，它不仅要有足够的强度以承受液压力，而且必须具有一定的连接强度。端盖上有活塞杆导向孔（或装导向套的孔）及防尘圈、密封圈槽，还有连接螺钉孔，受力情况比较复杂，设计的不好容易损坏。1.端盖的设计计算端盖厚 h 为： )-3p(1cpdD式中 D1螺钉孔分布直径，cm；P液压力， ；2kgf/m密封环形端面平均直径，cm；cpd材料的许用应力， 。2f/c2.缸底的设计缸底分平底缸，椭圆缸底，半球形缸底。详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 13041397633.端盖的结构端盖在结构上除要解决与缸体的连接与密封外，还必须考虑活塞杆的导向，密封和防尘等问题 6。缸体端部的连接形式有以下几种：A焊接 特点是结构简单，尺寸小，质量小，使用广泛。缸体焊接后可能变形，且内缸不易加工。主要用于柱塞式液压缸。B螺纹连接（外螺纹、内螺纹） 特点是径向尺寸小，质量较小，使用广泛。缸体外径需加工，且应与内径同轴；装卸徐专用工具；安装时应防止密封圈扭曲。C法兰连接 特点是结构较简单，易加工、易装卸，使用广泛。径向尺寸较大，质量比螺纹连接的大。非焊接式法兰的端部应燉粗。D拉杆连接 特点是结构通用性好。缸体加工容易，装卸方便，使用较广。外形尺寸大，质量大。用于载荷较大的双作用缸。E半球连接，它又分为外半环和内半环两种。外半环连接的特点是质量比拉杆连接小，缸体外径需加工。半环槽消弱了缸体，为此缸体壁厚应加厚。内半环连接的特点是结构紧凑，质量小。安装时端部进入缸体较深，密封圈有可能被进油口边缘擦伤。F钢丝连接 特点是结构简单，尺寸小，质量小。3.6 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。缸体外形长度还需要考虑到两端端盖的厚度 1。一般液压缸缸体长度不应大于缸体内经的 2030 倍。取系数为 5,则液压缸缸体长度：L=5*10cm=50cm。3.7 缓冲装置的设计液压缸的活塞杆（或柱塞杆）具有一定的质量，在液压力的驱动下运动时具有很大的动量。在它们的行程终端，当杆头进入液压缸的端盖和缸底部分时，会引起机械碰撞，产生很大的冲击和噪声。采用缓冲装置，就是为了避免这种机械撞击，但冲击压力仍然存在，大约是额定工作压力的两倍，这就必然会严重影响液压缸和整个液压系统的强度及正常工作。缓冲装置可以防止和减少液压缸活塞及活塞杆等运动部件在运动时对缸底或端盖的冲击，在它们的行程终端能实现速度的递减，直至为零。当液压缸中活塞活塞运动速度在 6m/min 以下时，一般不设缓冲装置，而运动速度详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763在 12m/min 以上时，不需设置缓冲装置。在该组合机床液压系统中，动力滑台的最大速度为 4m/min,因此没有必要设计缓冲装置。3.8 排气装置如果排气装置设置不当或者没有设置排气装置，压力油进入液压缸后，缸内仍会存在空气 6。由于空气具有压缩性和滞后扩张性,会造成液压缸和整个液压系统在工作中的颤振和爬行,影响液压缸的正常工作。比如液压导轨磨床在加工过程中，这不仅会影响被加工表面的光洁程度和精度，而且会损坏砂轮和磨头等机构。为了避免这种现象的发生，除了防止空气进入液压系统外，还必须在液压缸上设置排气装置。配气装置的位置要合理，由于空气比压力油轻，总是向上浮动，因此水平安装的液压缸，其位置应设在缸体两腔端部的上方；垂直安装的液压缸，应设在端盖的上方。一般有整体排气塞和组合排气塞两种。整体排气塞如图 4-2（a）所示。表 4-5 排气阀（塞）尺寸 6阀座 阀杆 孔d c 12dD 1l23l1Ls4dl52L3d4M16 6 11 6 19.2 9 3 2 31 17 10 8.5 3 48 46 23M20x2 8 14 7 25.4 11 4 3 39 22 13 11 4 59 48 28图 4-2 (a) 整体排气孔 图 4-2（b） 组合排气孔详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763图 4-2（c） 整体排气阀零件结构尺寸由于螺纹与缸筒或端面连接，靠头部锥面起密封作用。排气时，拧松螺纹，缸内空气从锥面空隙中挤出来并经过斜孔排除缸外。这种排气装置简单、方便，但螺纹与锥面密封处同轴度要求较高，否则拧紧排气塞后不能密封，造成外泄漏。组合排气塞如图 4-2（b）所示，一般由络螺塞和锥阀组成。螺塞拧松后，锥阀在压力的推动下脱离密封面排出空气。排气装置的零件图及尺寸图见 4-2（c）以及表 4-2（d） 。图 4-2（d） 组合排气阀零件结构尺寸3.9 密封件的选用1.对密封件的要求液压缸工作中要求达到零泄漏、摩擦小和耐磨损的要求。在设计时，正确地选择密封件、导向套（支承环）和防尘圈的结构形式和材料是很重要的。从现在密封技术来分析，液压缸的活塞和活塞杆及密封、导向套和防尘等应作为一个综合的密封系统来考虑，具有可靠的密封系统，才能式液压缸具有良好的工作状态和理想的使用寿命。详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763在液压元件中，对液压缸的密封要求是比较高的，特别是一些特殊材料液压缸，如摆动液压缸等。液压缸中不仅有静密封，更多的部位是动密封，而且工作压力高，这就要求密封件的密封性能要好，耐磨损，对温度适应范围大，要求弹性好，永久变形小，有适当的机械强度，摩擦阻力小，容易制造和装卸，能随压力的升高而提高密封能力和利于自动补偿磨损。密封件一般以断面形状分类。有 O 形、U 形、V 形、J 形、L 形和 Y 形等。除 O 形外，其他都属于唇形密封件。2.O 形密封圈的选用液压缸的静密封部位主要是活塞内孔与活塞杆、支承座外圆与缸筒内孔、缸盖与缸体端面等处 6。这些部位虽然是静密封，但因工作由液压力大，稍有意外，就会引起过量的内漏和外漏。静密封部位使用的密封件基本上都是 O 形密封圈。O 形密封圈虽小，确实一种精密的橡胶制品，在复杂使用条件下，具有较好的尺寸稳定性和保持自身的性能。在设计选用时，根据使用条件选择适宜的材料和尺寸，并采取合理的安装维护措施，才能达到较满意的密封效果。安装 O 形圈的沟槽有多种形式，如矩形、三角形、V 形、燕尾形、半圆形、斜底形等，可根据不同使用条件选择，不能一概而论。使用最多的沟槽是矩形，其加工简便，但容易引起密封圈咬边、扭转等现象。3.动密封部位密封圈的选用液压缸动密封部位主要有活塞与缸筒内孔的密封、活塞杆与支承座（导向套）的密封等。形密封圈是我国液压缸行业使用极其广泛的往复运动密封圈。它是一种轴、孔xY互不通用的密封圈。一般，使用压力低于 16MPa 时，可不用挡圈而单独使用。当超过16MPa 并用于活塞动密封装置时，应使用挡圈，以防止间隙“挤出” 。3.10 防尘圈防尘圈设置与活塞杆或柱塞密封外侧，用于防止外界尘埃、沙粒等异物侵入液压缸，从而可以防止液压油被污染导致元件磨损。1.防尘圈详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763A 型防尘圈 是一种单唇无骨架橡胶密封圈，适于在 A 型密封结构形式内安装，起防尘作用。B 型防尘密封圈 是一种单唇带骨架橡胶密封圈，适于在 B 型密封结构形式内安装，起防尘作用。C 型防尘圈 是一种双唇密封橡胶圈，适于在 C 型结构形式内安装，起防尘和辅助密封的作用。2.防尘罩防尘罩采用橡胶或尼龙、帆布等材料制作。在高温工作时，可用氯丁橡胶，可在130以下工作。如果温度再高时，可用耐火石棉材料。当选用防尘伸缩套时，要注意在高频率动作时的耐久性，同时注意在高速运动时伸缩套透气孔是否能及时导入足够的空气。但是，安装伸缩套给液压缸的装配调整会带来一些困难。3.11 液压缸的安装连接结构液压缸的安装连接结构包括液压缸的安装结构、液压缸近处有口的连接等。1.液压缸的安装形式液压缸的安装形式很多，但大致可以分为以下两类。1）轴线固定类 这类安装形式的液压缸在工作时，轴线位置固定不变。机床上的液压缸绝大多数是采用这种安装形式。A 通用拉杆式。在两端缸盖上钻出通孔，用双头螺钉将缸和安装座连接拉紧。一般短行程、压力低的液压缸。B 法兰式。用液压缸上的法兰将其固定在机器上。C 支座式。将液压缸头尾两端的凸缘与支座固定在一起。支座可置于液压缸左右的径向、切向，也可置于轴向底部的前后端。2）周线摆动类 液压缸在往复运动时，由于机构的相互作用使其轴线产生摆动，达到调整位置和方向的要求。安装这类液压缸，安装形式也只能采用使其能摆动的铰接方式。工程机械、农用机械、翻斗汽车和船舶甲板机械等所用的液压缸多用这类安装形式。A 耳轴式。将固定在液压缸上的铰轴安装在机械的轴座内，使液压缸轴线能在某个平面内自由摆动。B 耳环式。将液压缸的耳环与机械上的耳环用销轴连接在一起，使液压缸能在某详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763个平面内自由摆动。耳环在液压缸的尾部，可以是单耳环，也可以是双耳环，还可以做成带关节轴承的单耳环或双耳环。C 球头式。将液压缸尾部的球头与机械上的球座连接在一起，使液压缸能在一定的空间锥角范围内任意摆动。2.液压缸油口设计油口孔是压力油进入液压缸的直接通道，虽然只是一个孔，但不能轻视其作用 6。如果孔小了，不仅造成进油时流量供不应求，影响液压缸的活塞运动速度，而且会造成回油时受阻，形成背压，影响活塞的退回速度，减少液压缸的负载能力。对液压缸往复速度要求较严的设计，一定要计算孔径的大小。液压缸的进出油口，可以布置在缸筒和前后端盖上。对于活塞杆固定的液压缸，进出油口可以设在活塞杆端部。如果液压缸无专用排气装置，进出油口应设在液压缸的最高处，以便空气能首先从液压缸排出。液压缸进出油口的链接形式有螺纹、方形法兰和矩形法兰等。第 4 章 液压缸主要零件的材料和技术要求4.1 缸体1.缸体的材料液压缸缸体的常用材料为 20 钢、35 钢、45 钢的无缝钢管 6。因 20 钢的力学性能略低，且不能调质，应用较少。当缸筒与缸底、缸头、管接头或耳轴等件焊接时，则应采用焊接性能较好的 35 钢，粗加工后调质。一般情况下均采用 45 钢，并调质到241285HB。缸体的毛坯也可采用锻钢、铸钢或铸铁件。铸钢一般采用 ZG25、ZG35、ZG45 等。铸铁可采用 HT200HT350 之间的几个牌号或球墨铸铁 QT500-05、QY600-02 等。特殊情况下，可采用铝合金等材料。2.主要表面粗糙度液压缸内圆柱表面粗糙度为 。m4.02aR3.技术要求（参见图 4-3）