简易插床液压系统课程设计

液压与气压传动简易插床液压系统课程设计指导老师： 院 系：机械工程学院班 级： 姓 名： 学 号： 目 录一.液压传动设计1. 设计目的32. 设计要求43. 液压系统工况及设计要求，液压系统草图5二.液压缸设计1.液压缸简介32.液压缸设计应注意的问题4三.液压缸的主要尺寸参数确定1.液压缸工作压力的确定52.活塞式液压缸内径及活塞杆直径确定 53.液压缸的推力和流量计算54.活塞杆直径验算 65.液压缸长度及壁厚的确定66.液压缸外径的计算 77.液压缸底和缸盖的计算88.液压缸进出油口尺寸的确定99.液压缸参数的综合10四.液压缸结构设计1.液压缸体与缸盖的连接结构 112.缸筒与缸盖的密封12五. 总 结 18液压传动设计 一、设计目的 液压传动课程设计是在学习完液压传动课程之后进行的一个重要的教学环节，它是在教师指导下由学生独立完成的。学生通过课程设计对所学内容能够灵活掌握，融会贯通，并获得综合运用所学知识进行液压系统设计的基本能力。通过课程设计，学生应达到以下目的：1. 巩固和深化已学的液压传动的理论知识，掌握液压系统设计计算的一般方法和步骤；2. 锻炼机械制图、结构设计和工程运算的能力；3. 熟练液压缸的结构设计以及液压元件的选择方法；4. 学会使用有关国家标准、液压手册及产品样本等有关技术资料。二、设计内容及要求 设计内容：题5：设计一简易插床液压系统，该插床刀架上下往复运动为液压缸驱动，工件装在工作台上手动进给。主要参数为：最大切削力4000N；插头重量为600N；刀架上下往复运动速度为13m/min，液压缸最大行程为300mm。 设计要求：设计1号图12张；说明书12页以上（图纸：油缸，油箱，阀块、原理图等）指导老师：韦建军本组组员： 三、液压系统工况及设计要求，绘制液压系统草图。工况分析：插床主要有工作台、床身、手动夹紧，插刀等组成，加工对象为待加工的齿轮，能实现加工齿轮内孔键槽的功能。工作循环如下：工件夹紧到工作台 插刀启动 快进 停止插刀启动快退 ，至此循环工作，直至加工出要求的齿轮内孔键槽。采用无级调速在液压泵出油口安排调速阀，节流阀放在回油路上实现回油背压换向阀使用三位四通。 原理图：液压缸设计一.液压缸设计1. 液压缸简介：液压缸是工程机械实现机构运动的动力源。它将液压能转变为机构所需的机械能，大多数是以直线运动形式获得力和位移的。液压缸若按用途和结构形式来分类，其种类繁多。若按压力等级来区分，工程机械上常用的仅为两大类：即中低压液压缸和高压液压缸。液压缸的压力等级大小由密封机构和液压缸本身的材质、壁厚及加工工艺等决定，这些已在设计制造时确定。对用户来说最关注的是液压缸的工作状况，即有无内外泄漏现象，能否达到最大容积效率及工作寿命等等。实际应用中液压缸失效形式往往表现为内泄漏和外泄漏，而这些与液压缸中的密封件及其装配工艺等有关。2. 液压缸设计应注意的问题液压缸的设计和使用正确与否，直接影响到它的性能和易否发生故障。在这方面，经常碰到的是液压缸安装不当、活塞杆承受偏载、液压缸或活塞下垂以及活塞杆的压杆失稳等问题。所以，在设计液压缸时，必需注意以下几点：（1） 尽量使液压缸的活塞杆在受拉状态下承受最大负载，或在受压状态下具有良好的稳定性。（2） 考虑液压缸行程终了处的制动问题和液压缸的排气问题。缸内如无缓冲装置和排气装置，系统中需有相应的措施，但是并非所有的液压缸都要考虑这些问题。（3） 正确确定液压缸的安装、固定方式。如承受弯曲的活塞杆不能用螺纹连接，要用止口连接。液压缸不能在两端用键或销定位。只能在一端定位，为的是不致阻碍它在受热时的膨胀。如冲击载荷使活塞杆压缩。定位件须设置在活塞杆端，如为拉伸则设置在缸盖端。（4） 液压缸各部分的结构需根据推荐的结构形式和设计标准进行设计，尽可能做到结构简单、紧凑，加工、装配和维修方便。（5） 在保证能满足运动行程和负载力的条件下，应尽可能地缩小液压缸的轮廓尺寸。（6） 要保证密封可靠，防尘良好。液压缸可靠的密封是其正常工作的重要因素。如泄漏严重，不仅降低液压缸的工作效率，甚至会使其不能正常工作（如满足不了负载力和运动速度的要求等）。良好的防尘措施，有助于提高液压缸的工作寿命。 总之，液压缸的设计内容不是一成不变的，根据具体的情况有些设计内容可不做或少做，也可增大一些新的内容。设计步骤可能要经过多次反复修改，才能得到正确、合理的设计结果。在设计液压缸时，正确选择液压缸的类型是所有设计计算的前提。在选择液压缸的类型时，要从机械设备的动作特点、行程长短、运动性能等要求出发，同时还要考虑到主机的结构特征给液压缸提供的安装空间和具体位置。 如：机器的往返直线运动直接采用液压缸来实现是最简单又方便的。对于要求往返运动速度一致的场合，可采用双活塞杆式液压缸；若有快速返回的要求，则宜用单活塞杆式液压缸，并可考虑用差动连接。行程较长时，可采用柱塞缸，以减少加工的困难；行程较长但负载不大时，也可采用一些传动装置来扩大行程。往复摆动运动既可用摆动式液压缸，也可用直线式液压缸加连杆机构或齿轮齿条机构来实现。二液压缸的主要尺寸参数确定1.液压缸工作压力的确定（1）工作负载的计算 机械总负载F:空载启动加速阶段: 快进： F= (忽略惯性力 ,和摩擦力 ) 制动减速： F=（-) 工作负载：=4000N 密封阻力：=5%=200N 重力负载：=600N 比较以上各种情况，最大总负载在快进阶段，故最大总压力为： （由课本可知=0.900.97，取0.94） =(-)/=(4000-600)/0.94=3617N （2）液压缸工作压力的确定 按工作负载选定工作压力（表3-1） 表3-1 按工作负载选定工作压力液压缸工作负载（N）50000液压缸工作压力（MPa）0.811.522.53344557由液压传动课程设计指导书结构设计参考资料表3-1可以初定系统工作压力为0.81MPa，为使液压缸体积紧凑,可以取系统压力为初选= 1Mpa2. 液压缸几何参数的确定（1）内外径计算 由 且 得 d =0.0677mD=d=0.0957m(差动连接，当快进、快退相等时D=d，）按表34，表37取进给液压缸系列化标准尺寸为D=100mm ,d=70mm。缸体内径算出后，应按表3-4标准的液压缸内径系列规定值圆整。表3-4 液压缸内径系列（JB2183-77）1620253240505563708090100110125140160180200220250320400500630表3-7 活塞直径系列（JB-77）410121416182022252832354045505563708090100110125140160180200220250280320360400450500当速比选定时，活塞杆与液压缸内径有3-8所示的关系，可供选用 表 3-8 活塞杆与液压缸内径的关系缸体内径D（mm） 活塞杆直径d（mm）缸体内径D（mm）活塞杆直径d（mm） 速比速比21.461.331.251.1521.461.331.251.1540282220181412590706055455035282522181401008070605063453532282215010585756555805545403528160110908070559060504540321801251009080631007055504535200140110100907011080605550403液压缸的推力和流量计算（1）液压缸的推力计算当液压缸的基本参确定后即可用下式算出实际工作推力： P=PA(N)式中，P液压缸的工作压力（Pa）； A活塞有效工作面积； 可求出P=1884.96N（2）液压缸的流量计算液压缸基本尺寸确定后，即可用下式来计算其所需的工作流量： Q=Av式中，v液压缸（活塞缸）工作速度； A-液压缸有效工作面积。A1= =5026.5mmA2= =3769.9mm无杆腔：Q1 =A1v=有杆腔：Q2 =A2v=本设计中v=10m/min。 4.活塞杆直径验算按强度条件验算活塞杆的直径，（1） 活塞杆直径校核。当活塞杆长度L 10d时，按下式进行验算：d=mm式中，P活塞杆推力（N）； L活塞杆长度（m）； 活塞杆材料的许用应力；=n材料屈服极限（Pa）；N安全系数，n1.4P=1884.96N，=600Mpa，n=2，可解得：d=6.0mm40 mm ，故满足要求。5.液压缸长度及壁厚的确定（1）液压缸的长度一般由工作行程长度来确定，但还要注意制造工艺性和经济性，一般应取l(2030)，l为液压缸的长度，缸体内径。=100mm,现取l=600mm（2）缸体壁厚的计算钢筒使用20号钢，参考文献【4】得20号钢的抗拉强度为410Mp。（a）薄壁液压缸（D1/10） 一般，低压系统用的液压缸都是薄壁缸，缸壁可用下式计算： =9.146（mm）式中，缸壁厚度（m） 试验压力（Pa）当额定压力16Mpa时，=150%；在本设计中查表得= =1MPaD液压缸内径（m）缸体材料的许用应力（Pa），=n；材料的抗拉强度N安全系数，一般可取n=5 。在本设计中，查液压设计手册得45号钢=600MPa,代人上式可求得=9.146mm。为了在设计和选材中方便，我们可以按表3-13工程机械用标准液压缸外径（JB1068-67）选取=10mm。6.液压缸外径的计算 =D+2=100+210=120（mm） 液压缸外径按标准JB1068-67系列选取参考表3-13可得=121mm实际壁厚为=（121-100）/2=10.5mm 表3-13 工程机械用标准液压缸外径（JB1068-67）液压缸内径D4050638090100110125140160180200液压缸外径20号钢工作压力（Mpa）165060769510812113314616819421924545号钢20506076951081211331461681942192452550608310210812113315216819421924531.55463.5831021141271407.液压缸底和缸盖的计算液压缸底和液压盖，在中低压系统中一般是根据结构需要进行设计，不进行强度计算的，但在高压系统中一般都要进行强度计算，其计算方法如下：（1） 缸底厚度计算选用平面缸底，采用无油孔的缸底当缸底有油孔时（=30mm)h=0.433=1.81（cm） 其中，=D=100mm,式中，p缸内最大工作压力（pa）解得：h=18.1mm，取h=19mm。（2） 缸盖厚度计算本液压缸的盖采用整体法兰缸盖 h=式中，螺钉孔分布圆直径（cm）法兰根部直径（cm）许用应力（Pa）P液压缸受力，(p=1Mpa(两底面两圆柱面）由前面计算可知：，D1 =92mm,可取D=100mm, =82Mpa.代入上式可解得：h=64.4mm取整：h=65mm。（3） 缸体连接强度计算 采用螺栓连接方式，其强度计算如下：拉应力：=2505pa；式中： P液压缸最大推力；螺纹内径； Z螺纹数目，取为6； K拧紧螺纹系数，一般取K=1.251.5，现取1.3 由上面计算可知；P=1MpaN, =22mm，代入上式可得出=410MPa。合成应力：=许用应力：=/n=410/1.2=3416Mpa螺栓材料屈服极限；n安全系数，一般取n=1.22.5螺栓用8.8号钢，=640Mpa；n取2因为所以满足要求。8.液压缸进出油口尺寸的确定查表3-16，选取进出油口直径为20mm。9.液压缸参数的综合。 缸筒（20钢）活塞（45钢）进出油口连接速比内径外径直径公称直径接头连接螺纹1100mm121mm70mm20mmM272三.液压缸结构设计1. 液压缸体与缸盖的连接结构 （查表3-17，选取法兰连接。）（1） 最小导向长度的确定。当活塞刚外伸时，从活塞支撑中点到缸盖滑动轴承支撑面中点的距离H称为最小导向长度。 取H=66mm 活塞宽度B: B=(0.61.0)D=40mm 活塞杆长度L1=(0.61.0) L =650mm (四) 缸体长度L0=600mm当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到导向套滑动面中点的距离称为最小导向长度。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，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一最小导向长度。2. 缸筒与缸盖的密封 为保证缸筒与缸盖之间的静密封性能，除选择合理的静配合间隙、合适的O型圈外，最好在O型圈的受挤压侧装配尼龙背村，这样可提高密封圈的承受能力，增加法兰螺栓或缸盖钉的预紧力，防止工作因振动产生松动，导致静密封件损坏。（1） 活塞杆与缸盖导向套内孔的密封力查表3-20，采用端盖直接导向（C）。 活塞杆与缸盖导向套的间隙达不到原设计要求。因长期使用，导向部分磨损失圆、拉伤、间隙增大或间隙油膜密封破坏等是造成活塞杆漏油的主要因素。在此状态下，即使换上新的密封件，仍会产生液压油从活塞杆处外泄露的症状。 装配的所有密封件其材质均符合标准。Y形、V形、U形、Yx形密封件其外观质量不的有凹凸、杂质、气泡、划伤和毛刺飞边等缺陷，防尘圈装入活塞杆时不得啃伤，否则应更换新件。 活塞杆表面镀鉻层不得有脱落或严重凹凸不平处，活塞杆弯曲变形量应符合设计要求：即活塞杆表面直线度为1000mm内小于0.3mm，可用仪器测量检查。施工现场检查时，可用未装密封件的缸盖导向套涂液压油装入活塞杆上，然后全行程往复滑动和转动，手感无间隙为合适。（2） 缸盖与活塞杆装配装配前应用汽油或清洗油（严禁用柴油或煤油）清洗所有装配件，并将缸盖内外环槽的残留物用绸布或无毛的棉布擦干净后，方可装入密封件，并应在密封件和导向套的接触表面上涂液压油（严禁干装配）。缸盖装入活塞杆时最好采用工装从水平方向或垂直方向进行装配，在保证二者同心后，才用硬木棒打入。有条件时也可加工一导向锥套，然后用螺母旋入或用硬木打入，这样既保护了油封表面，又保证缸盖顺利装入缸筒内。 （3） 活塞密封件装配查表3-18，采用螺纹连接。查表3-19，采用O型密封。装配前必须检查导向环的背衬是否磨损，偌磨损应更换，这样导向环可保证活塞与缸筒内孔间有正常间隙。导向环也称磨损环，常有锡青铜、聚四氟乙烯、尼龙1010、MC尼龙及聚甲醛等具有耐油、耐磨、耐热且摩擦系数小的材料制成。非金属材料导向环的切口宽度随导向部分直径的增大而增加，一定要留有膨胀量，以防止在高温工作时出现严重拉缸现象，导致缸筒报废。活塞内孔与活塞杆头部的配合间隙一般较小，偌间隙过大时，应更换或选配活塞进行装配。活塞头部的卡键连接处应能转动灵活，无轴向间隙。采用螺纹连接的要有足够的预紧力矩，并用开口销、锁簧或径向紧固螺钉锁住，但开口销及紧固螺钉外伸部分不应过长，以免与缸底作缓冲作用的内孔部分产生碰撞而导致使用过程中出现拉缸或活塞头脱落等严重故障。（4） 缸筒与活塞杆总成装配装配好的活塞、活塞杆、缸盖及密封件组成一个整体总成后，如何使活塞头部能正确，安全无损地装入清洗干净的缸筒内是保证液压缸工作不内泄的重要环节。不同的活塞结构和缸盖连接方式，其装配工艺不同。 法兰连接的缸筒。当缸筒内孔端部倒角处无啃碰伤，活塞表面已上液压油，并且缸筒内孔与活塞同心时，即可以装入活塞组件。缸盖静密封处切口的背衬应涂润滑脂或工业凡士林，并保证背衬不弹出脱位，要规定力矩并均匀对称地紧固缸盖连接螺栓。 内卡键连接的缸盖。装配时必须将缸筒内表面卡键填平，为保证缸筒内圆表面不卡阻，活塞密封件不损害，常用两种方法： 工厂内作业或有条件的情况下，应加工3块卡环，用其填平卡键槽，待活塞及缸盖导向套装入缸筒内后，再将3快卡环取出，然后装入卡键。需待缸盖导向套复位后再装上定位挡圈、卡环等件。 在施工现场或无加工条件的情况下，可剪切一条石棉（用橡皮板吧！录者注）板条（与卡键等宽），用其填平卡键槽，其余同上述方法。此方法快和方便，且能保证装配质量。 内螺纹连接的缸盖。由于缸筒端面内孔的内螺纹易对密封件造成损坏，故装配时必须加工一薄壁开口导向套，用其固定于活塞头部，使活塞能顺利装入缸筒内，既保护了密封件，也提高了装配质量。液压缸如下图： 总 结这次液压的课程设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。是我们第一次较全面的运用液压综合知识。通过这次设计，使得我们对液压基础知识有了一个较为系统全面的认识，加深了对所学知识的理解和运用，讲原来比较抽象的内容实体化，初步培养了我们理论结合实际的设计思想，训练了综合运用相关课程的理论。结合生产实际分析和解决工程问题的能力，巩固、加深和扩展了有关液压系统设计方面的知识。通过制定设计方案，合理选择各液压零件类型，正确计算零件的工作能力，以及针对课程设计中出现的内容查阅资料，大大扩展了我们的知识面，培养了我们在本学科方面的兴趣和实际动手能力，对将来我们在工作方面有很大的帮助。本次课程设计是我们所学知识运用的一次尝试，是我们在液压知识学习方面的一次有意义的实践。在本次课程设计中，我独立完成了自己的设计任务，通过这次设计，弄懂了一些书本中难以理解的内容，加深了对以前所学知识的巩固。在设计中，通过老是的指导，使自己在设计思想、设计方法和设计技能等方面都得到了一次良好的训练。参考文献1左建民，液压与气压传动，机械工业出版社， 20032.液压气压技术速查手册.张利平.化学工业出版社，20073.液压传动设计指导书4.赵丽萍、孙德勤，机械工程材料，北京航空航天大学出版社，201114