毕业论文定稿-卧式镗床液压系统设计

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 要本次毕业设计是针对卧式镗床的液压系统进行设计，除了满足主机在动作和性能方面规定的要求外，还必须符合体积小、重量轻、成本低、效率高、结构简单、工作可靠、使用和维修方便等一些公认的普遍设计原则。液压系统的设计主要是根据已知的条件，来确定液压工作方案、液压流量、压力和液压泵及其它相关元件的设计。此次设计主要是将自己所学的知识结合辅助材料运用到设计中，巩固和深化已学知识，掌握液压系统设计计算的一般步骤和方法，正确合理的确定执行机构，选用标准液压元件，能熟练的运用液压基本回路，组成满足基本性能要求的液压系统。作为一种高效率的专用机床，组合机床在大批、大量机械加工生产中应用广泛。本次设计将以卧式镗床的液压系统设计为例，介绍液压系统的设计方法和设计步骤，其中包括液压系统的工况分析、主要参数确定、液压系统原理图的拟定、液压元件的选择、系统性能验算等。关键词：卧式镗床，液压系统，工况，油缸原版文档，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 51.1 镗床的概述 .51.2 液压系统概述 .51.3 选题背景 .61.4 课题研究现状 .61.4.1 国外研究现状 .61.4.2 国内研究现状 .7第二章 卧式镗床工况分析 82.1 工作参数选定 .82.2 系统工况分析 .82.2.1 运动分析 82.2.2 负载分析 9第三章 液压系统总体设计 113.1 确定主要参数 .113.1.1 液压缸的工作压力的确定 .113.1.2 液压缸内径 D 和活塞杆直径 d 的确定 .123.1.3 液压缸工况图的绘制 133.2 液压系统方案选型与分析 .153.2.1 方案分析 .153.2.2 方案确定 .163.3 液压回路选择 .163.3.1 调速方式的选择 .163.3.2 调速与速度换接回路 .163.3.3 换向回路 .183.3.4 组成液压系统原理图 .18第四章 液压缸的设计 204.1 液压缸的主要零件确定及其技术要求 204.1.1 缸体 204.1.2 缸盖 204.1.3 活塞 204.2 液压缸主要尺寸的确定 .214.2.1 液压缸壁厚和外径的计算 214.2.2 液压缸工作行程的确定 22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 13041397634.2.3 缸盖厚度的确定 234.2.4 最小导向长度的确定 234.2.5 缸体长度的确定 244.2.6 固定螺栓得直径 .24sd4.2.7 液压缸强度校核 244.3 液压缸的结构设计 264.3.1 缸体与缸盖的连接形式 264.3.2 活塞杆与活塞的连接结构 274.3.3 活塞杆导向部分的结构 274.3.4 密封装置 284.3.5 缓冲装置 294.3.6 排气装置 304.3.7 液压缸的安装结构 31第五章 液压元件的计算和选择 325.1 确定液压泵和电机的规格 .325.2 油箱的设计 325.2.1 液压油箱有效容积的确定 .325.2.2 液压油箱的外形尺寸 .325.2.3 液压油箱的结构设计 .335.2.4 油箱的制造工艺 .335.2.5 油箱各零件的作用 .335.3 阀类元件和辅助元件的选择 .355.4 其它元件的选择 .355.4.1 过滤器的选择 .355.4.2 压力表及压力表开关的选择 365.4.3 液位计的选择 375.4.4 油管的选择 .37第六章 液压系统的验算 386.1 压力损失的验算 386.2 发热温升的验算 .40结 论 42致谢 43参考文献 44附录：英文文献翻译 45英文文献翻译原文 50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 镗床的概述主要用镗刀对工件已有的预制孔进行镗削的机床。通常，镗刀旋转为主运动，镗刀或工件的移动为进给运动。它主要用于加工高精度孔或一次定位完成多个孔的精加工，此外还可以从事与孔精加工有关的其他加工面的加工。使用不同的刀具和附件还可进行钻削、铣削、切它的加工精度和表面质量要高于钻床。镗床是大型箱体零件加工的主要设备。螺纹及加工外圆和端面等。由于制造武器的需要，在 15 世纪就已经出现了水力驱动的炮筒镗床。1769年 J.瓦特取得实用蒸汽机专利后，汽缸的加工精度就成了蒸汽机的关键问题。1774 年英国人 J.威尔金森发明炮筒镗床，次年用于为瓦特蒸汽机加工汽缸体。1776 年他又制造了一台较为精确的汽缸镗床。1880 年前后，在德国开始生产带前后立柱和工作台的卧式镗床。为适应特大、特重工件的加工，20 世纪 30 年代发展了落地镗床。随着铣削工作量的增加，50 年代出现了落地镗铣床。20 世纪初，由于钟表仪器制造业的发展，需要加工孔距误差较小的设备，在瑞士出现了坐标镗床。为了提高镗床的定位精度，已广泛采用光学读数头或数字显示装置。有些镗床还采用数字控制系统实现坐标定位和加工过程自动化。 镗床分为卧式镗床、落地镗铣床、金刚镗床和坐标镗床等类型(见彩图)。卧式镗床：应用最多、性能最广的一种镗床，适用于单件小批生产和修理车间。落地镗床和落地镗铣床：特点是工件固定在落地平台上，适宜于加工尺寸和重量较大的工件,用于重型机械制造厂。金刚镗床:使用金刚石或硬质合金刀具，以很小的进给量和很高的切削速度镗削精度较高、表面粗糙度较小的孔，主要用于大批量生产中。坐标镗床：具有精密的坐标定位装置，适于加工形状、尺寸和孔距精度要求都很高的孔，还可用以进行划线、坐标测量和刻度等工作，用于工具车间和中小批量生产中。其他类型的镗床还有立式转塔镗铣床、深孔镗床和汽车、拖拉机修理用镗床等。1.2 液压系统概述一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件（附件）和液压油。 动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。 执行元件(如液压缸和液压马达)的作用是将液体的压力能转换为机械能，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驱动负载作直线往复运动或回转运动。 控制元件(即各种液压阀) 在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。根据控制功能的不同，液压阀可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为益流阀(安全阀)、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。 辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、快换接头、高压球阀、胶管总成、测压接头、压力表、油位油温计等。 液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类。液压系统由信号控制和液压动力两部分组成，信号控制部分用于驱动液压动力部分中的控制阀动作。 1.3 选题背景随着我国经济的快速发展，机械制造业的壮大，在国民经济中占重要地位的制造业领域得以健康快速的发展。制造装备的改进，使得作为制造工业重要设备的各类机加工艺装备也有了许多新的变化，尤其是孔加工，其在今天的液压系统的地位越来越重要。近几年，液压传动由于应用了计算机技术、信息技术、自动控制技术、新材料等后取得了新发展，使液压系统和元件正向高压、高速、高精度、高效率的方向发展，在完善比例控制、伺服控制、数字控制等技术上取得新的成就。液压系统的发展方向是：创制新型技能、微型元件、高度的组合化、集成化和模块化和微电子结合，走向智能化。总之，液压工业在国民经济中的作用是很大的，它常常用来衡量一个国家工业水平的重要标志之一。与世界主要的工业国家相比，我国的液压工业还有相当差距，标准化、优质化的工作有待于继续做好，智能化的工作刚刚起步，为此必须急起直追，才能迎头赶上。1.4 课题研究现状1.4.1 国外研究现状液压技术自 18 世纪末英国制成世界上第一台水压机算起，已有 300 多年的历史了，但其真正的发展只在第二次世界大战后 60 多年的时间内，战后液压技术迅速向民用工业转移，在机床、工程机械、农业机械、汽车等行业中逐步推原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763广。20 世纪 60 年代以来，随着原子能技术、空间技术、计算机技术的发展，液压技术得到了河大的发展，并渗透到各个行业领域中去。当前液压技术正向高压、高速、大功率、高效、低噪音、高可靠性、搞度集成化的法相发展。同时，新型液压元件和液压系统的计算机辅助设计，计算机辅助测试、计算机直接控制、计算机实时控制技术、机电一体化技术、计算机仿真和优化设计技术、可靠性技术，以及污染控制技术等方面也是当前液压传动及控制技术发展和研究的方向。1.4.2 国内研究现状我国液压工业的真正发展是在六十年代开始起步的，而液压控制技术的发展则更晚一些，目前，液压控制技术已成为一种极为广泛的基础技术，尽管我国国民经济各领域也获得了极为广泛的应用，单液压及控制技术长期落后于国外的现状还是严重制约了我国主体水平的提高和工业自动化的实现。因而迅速提高我国液压技术和控制技术的数字化，具有极为重要的经济意义和现实意义。近年来，我国液压气动密封行业坚持技术进步，加快新产品开发，涌现出一批各具特色的高新技术产品。如北京机床所的直动式电液伺服阀、杭州精工液压机电公司的低噪声比例溢流阀、宁波华业公司的电液比例流量阀，均为机电一体化的高新技术产品。为应对我国加入 WTO 后的新形势，我国液压行业各企业加速科技创新，不断提升产品市场竞争力，一批优质产品成功地位国家重点工程和重点主机配套，取得较好的经济效应和社会效应。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 卧式镗床工况分析2.1 工作参数选定选定卧式镗床的要求参数如下：要求循环：快进工进快退停止；切削推力：25000N；行程：快进行程 400mm，工进行程 50mm；运行速度：V 快进=V 快退=6m/min 、V 工进=0.05-0.10m/min；运动部件重 G=9800N；摩擦系数：静摩擦系数 fs=0.2，动摩擦系数 fa=0.1；液压缸机械效率： ；9.0快速起动时间不大于 0.2s。2.2 系统工况分析2.2.1 运动分析根据设计要求，该铣床的工作循环为：“快进工进快退停止”的自动工作循环，且各工部速度如下：快进、快退速度为：V 快进=V 快退=6m/min工进速度为：V 工进=0.05-0.10m/min绘制运动部件的速度循环图如图 2-1 所示。图 2-1 速度循环图原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 13041397632.2.2 负载分析液压缸所受外载荷 F 包括三种类型，分别为工作负载、摩擦阻力负载、惯性负载即：F = Fw+ Ff+ Fa1）工作负载 Fw对于金属切削机床来说，即为沿活塞运动方向的切削力，在本设计中工进工作负载即为切削推力故：Fw=25000N2）导轨摩擦阻力负载 Ff启动时为静摩擦力，启动后为动摩擦力，对于平行导轨 Ff 可以由下式求的：Ff = f ( G + FRn )G 运动部件重力 9800N；FRn 垂直于导轨的工作负载，此设计中为零；f导轨摩擦系数，取静摩擦系数为 0.2，动摩擦系数为 0.1。求得Ffs = 0.29800N = 1960NFfa = 0.19800N = 980N上式中 Ffs 为静摩擦力，Ffa 为动摩擦力。3）运动部件速度变化时的惯性负载 FaFa = Ggvt式中 g重力加速度；加速或减速时间，本设计中要求不大于 0.2s，取 =0.1s；t t 时间内的速度变化量。vt故：Fa = N =1000N980.61根据上述计算结果，列出各工作阶段所受的外负载（见表 2-1） ，并画出如图 2-2 所示的负载循环图。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表 2-1 工作循环各阶段的外负载序 工作循环 外负载 F(N)1 启动、加速 F = Ffs + Fa 29602 快进 F = Ffa 9803 工进 F = Fw+ Ffa 259804 快退启动加速 F = Ffs + Fa 29605 快退 F = Ffa 980图 2-2 负载循环图原版文档，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 液压系统总体设计3.1 确定主要参数3.1.1 液压缸的工作压力的确定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 ）取背压为 。MPap6.02表 3-3 执行元件背压的估计值系 统 类 型 背压 p1 （ MPa）简单的系统和一般轻载的节流调速系统 0.20.5回油路带调速阀的调速系统 0.50.8回油路带背压阀 0.51.5中、低压系统08MPa采用带补液压泵的闭式回路 0.81.5中高压系统 816MPa 同上比中低压系高50%100%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高压系统 1632MPa 如锻压机等 出算可忽略3.1.2 液压缸内径 D 和活塞杆直径 d 的确定为了节省能源宜选用较小流量的油源。利用单活塞缸差动连接满足快进速度的要求，且往复快速运动速度相等，这样就给液压缸内径 D 和活塞杆直径 d规定了 的关系。由此求得液压缸无杆腔面积为:d2 24-211 109.62.039.58mNpFAm ）（）（D7.16.16441md5.827.2活塞杆直径可以由 值算出，由计算所得的 D 与 d 的值分别按表 3-4 和/表 3-5 圆整到相近的标准直径，以便采用标准的密封元件。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由 GB/T2348-1980 查得标准值为 D=125mm， d=90mm。由此计算出液压缸的实际有效面积为: 2221 7.145cmA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 13041397632222 1.594014- cmdDA）（）（ 对选定后的液压缸内径 D，必须进行稳定速度的验算。要保证液压缸节流腔的有效工作面积 A，必须大于保证最小稳定速度的最小有效工作面积 ，minA即A min= iniqv式中 流量阀的最小稳定流量，一般从选定流量阀的产品样本中minq查得。液压缸的最低速度，由设计要求给定。inv如果液压缸节流腔的有效工作面积 A 不大于计算所得的最小有效工作面积，则说明液压缸不能保证最小稳定速度，此时必须增大液压缸的内径，以minA满足速度稳定的要求。按最低工进速度验算液压缸的最小稳定速度，由式（3-4）可得A = cm2 =10cm2minqv30.51式中 qmin 是由产品样品查得 GE 系列调速阀 AQF3-E10B 的最小稳定流量为 0.05L/min。调速阀安装在进油路上，故液压缸节流腔有效工作面积应该选取液压缸无杆腔的实际面积，即A = A1 = 122.7cm2可见上述不等式满足，液压缸能够达到所需低速。3.1.3 液压缸工况图的绘制油缸各工况的压力、流量、功率的计算如下：（1）计算各工作阶段液压缸所需的流量 min/2.3861.5972-121 LvAq）（）（快 进 0.0）（工 进 in/36.5932Lv快 退原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763（2）计算各工作阶段液压缸压力快速进给时液压缸做差动连接。由于管路中有压力损失，取此项损失为P= P2- P1=0.5MPa，同时假定快退时回油压力损失为 0.5MPa。MPaApFpm 63.01.597120.8421 ）（快 进 m .20.04621 工 进 MPaApFpm .11.59.72.84621 快 退 （3）计算各工作阶段系统输入功率 KWqpP43.052.126.8.快 退快 退快 退 工 进工 进工 进 快 进快 进快 进根据以上数据，可以计算出液压缸在一个工作循环各阶段的压力、流量和功率，如表 3-6 所示，并根据此绘制出其工况图如图 3-1 所示。表 3-6 液压缸在不同阶段所需压力、流量和功率工作阶段系统负载/NmF/回油腔压力 /MPa2p工作腔压力 /MPa1p输入流量 q/L/min 输入功率 P/W快速前进 1089 1.036 0.636 38.2 240工作进给 28867 0.6 2.64 1.22 32快速退回 1089 0.5 1.22 35.5 430注：取液压缸机械效率 9.0m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 液压缸的工况图3.2 液压系统方案选型与分析3.2.1 方案分析(1)以速度变换为主的液压系统1）能实现工作部件的自动工作循环，生产率高；2）快进与工进时，其速度与负载相差较大；3）要求进给速度平稳、刚性好，有较大的调速范围；4）进给行程终点的重复位置精度高，有严格的顺序动作。（2）以换向精度为主的液压系统1）要求运动平稳姓高，有较低的稳定速度；2）启动与制动迅速平稳、无冲击，有较高的换向频率（最高可达 150次/min ） ；3)换向精度高，换向前停留时间可调。（3）以压力变换为主的液压系统1）系统压力要经常变换调节，且能产生很大的推力；2）空程时速度大，加压时推力大，功率利用合理；3）系统多采用高低压泵组合或恒功率变量泵供油，以满足空程与压制原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763时，其速度与压力的变化。（4）多个执行元件配合工作的液压系统1）在各执行元件动作频繁换接，压力急剧变化下，系统足够可靠，避免误动作；2）能实现严格的顺序动作，完成工作部件规定的工作循环；3）满足各执行元件对速度，压力及换向精度的要求。3.2.2 方案确定卧式镗床的主要部件是动力滑台。动力滑台其中的液压滑台是利用液压缸将泵站所提供的液压能转变成滑台运动所需的机械能。它的液压系统的特点是驱动功率一般属于中小功率，速度变化范围大，附在变化也大。为了保证加工元件的表面质量，要求液压系统的速度稳定性要好，所以选择以速度变换为主的液压系统作为卧式镗床的液压系统。根据工况分析，所设计镗床对调速范围、低速稳定性有一定要求，因此速度控制是该机床要解决的主要问题。速度的换接、稳定性和调节是该机床液压系统设计的核心。3.3 液压回路选择3.3.1 调速方式的选择由于机床液压系统调速是关键问题，因此首选调速回路。有工况图可知：所设计的机床液压系统功率小，为了防止孔被钻通时负载突然消失而产生的钻头前冲，液压缸回油腔应有一定的背压，故可采用回油路调速阀调速回路。3.3.2 调速与速度换接回路这台机床的液压滑台工作进给速度低，传递功率也较小，很适宜选用节流调速方式，由于钻孔时切削力变化小，而且是正负载，同时为了保证切削过程速度稳定，采用调速阀进口节流调速，为了增加液压缸运行的稳定性，在回油路设置背压阀，分析液压缸的 V-L 曲线可知，滑台由快进转工进时，速度变化较大，选用行程阀换接速度，以减小压力冲击。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 调速与速度换接回路从工况图上可以清楚地看到：整个工作循环过程中，液压缸要求交替提供快行程的低压大流量和慢行程的高压小流量油液。最大流量与最小流量之比约为 24。而快进、快退所需时间为： svLt 5.81064031 工进时间为： svLt 01605.2则有： 8.05612t因此该液压系统运行过程中 88%的时间处于小流量工进状态，从降低成本的角度出发，不宜选用双联泵，只需用单个定量泵就可以。现确定定量泵方案如图 3-3 所示。图 3-3 泵供油油源原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 13041397633.3.3 换向回路此镗床快进时采用液压缸差动连接方式，使其快速往返运动，即快进、快退速度基本相等。滑台在由停止转快进，工进完毕转快退等换向中，速度变化较大，为了保证换向平稳，采用有电液换向阀的换向回路，由于液压缸采用了差动连接，电液换向阀宜采用三位四通阀，为了保证机床调整时可停在任意位置上，现采用中位机能 O 型。快进时，液压缸的油路差动连接，进油路与回油路串通，且又不允许经背压阀流回油箱。转为工进后进油路与回油路则要隔开，回油则经背压阀流回油箱，故须在换向阀处、在进、回路连通的油路上增加一单向阀，在背压阀后增加一液控顺序阀，其控制油与进入换向阀的压力油连通，于是快进时液压缸的回油被液控顺序阀切断（快进空行程为低压，此阀打不开） ，只有经单向阀与进油汇合，转工进后（行程阀断路） ，由于调速阀的作用，系统压力升高，液控顺序阀打开，液压缸的回油可经背压阀回油箱，与此同时，单向阀将回油路切断，确保液压系统形成高压，以便液压缸正常工作。绘出该部分回路图。为了控制轴向加工尺寸，提高换向位置精度，采用行程开关做终点转换控制。图 3-4 换向回路3.3.4 组成液压系统原理图根据上面选定的基本回路，在综合考虑设计要求，便可组成完整的液压系统原理图，如图 3-5 所示。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 镗床液压系统图原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763第四章 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。4.1 液压缸的主要零件确定及其技术要求4.1.1 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。4.1.2 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。4.1.3 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。4.2 液压缸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。液压缸的工作压力 MPa，缸筒内径 D=125mm，活塞杆外径3Pd=90mm。4.2.1 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 =1.5 MPa。nypn1.534.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 1.5 倍，即 = 1.53MPa yp=4.5MPa。而缸筒材料许用应力取为 = 100 MPa。b应用公式 得， 2yp4.512.06/m下面确定缸体的外径，缸体的外径 + = 125+214.06mm = 1D153.12mm。在液压传动设计手册中查得选取标准值 = 155mm。在根据内径1D 和外径 重新计算壁厚， = = mm = 15mm。112524.2.2 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 3900 240 260 300 340 380 420 480 530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 1304139763600 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。由已知条件知道最大工作行程为 450mm,参考上表系列，取液压缸工作行程为 450mm。4.2.3 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=40mm4.2.4 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20LDH式中 液压缸的最大行程。液压缸的内径。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 450mm，液压缸的内径为 125mm，所原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763以应用公式 的 = mm =85mm。20LDH20L4512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当 D80mm 时，取 。d活塞的宽度 B = （0.61.0）d =5490mm ，取 70mm4.2.5 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 = 400+100mm=500mm。4.2.6 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.132867404.2.7 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，D8.3所以为厚壁缸。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= 15mm = = 11.12mm，y0.4pD123250.4513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 kFn式中 安全系数，一般取 =2 4。knk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。4.3 液压缸的结构设计原版文档，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。4.3.1 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。图 4-1 常见的缸筒和缸盖结构图 4-1 所示为常见的缸盖和缸筒连接形式。图 4-1a 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 4-1b 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 4-1c、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 4-1d 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 4-1d 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。4.3.2 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。图 4-2 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 4-3 所示。图 4-3 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。4.3.3 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。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。4.3.4 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 4-4）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 4-4 O 形密封圈原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763（2）V 形密封圈（如图 4-5）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。图 4-5 V 形密封圈（3）Y 形密封圈（如图 4-6）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 4-6 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。4.3.5 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 4-7）和节流口变化式（如原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763图 4-8）两种。图 4-7 节流口可调式缓冲装置图 4-8 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。4.3.6 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 4-9 常见排气装置