液压缸课程设计Word文件下载.docx

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夹紧油缸工作压力P=1MPa;

夹紧时间T=0.02min;

夹紧行程L=0.02m,油缸径与活塞杆直径比d/D=0.75;

回油腔背压P2=0.5Mpa;

油路压力损失∑ΔP=0.3Mpa;

Qmin=0.2L/min。

（具体参数根据需要单独布置）

1.2.3设计容

（1）液压缸径D，活塞杆直径d的确定及绘制液压缸总图和活塞零件图

（2）液压泵及匹配的电动机选择

（3）液压元件的选择

（4）按规定机械动作要求，设计液压传动系统原理图，设计电器控制系统

（5）液压传动装置的安装及电气控制系统的连接

（6）调试

第2章液压传动系统的设计及元件选型

2.1结构初型

根据设计原始依据和设计任务书，查阅有关参考资料设计或选择油缸的结构初型（画图附于说明书中）。

液压缸的安装形式很多，但大致可分为两类：

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。

机床上的液压缸大多是采用这种安装形式。

（1）通用拉杆式

在两端缸盖上钻出通孔，用双头螺杆将缸和安装座连接拉紧。

一般用于短行程、压力低的液压缸。

（2）法兰式

用液压缸上的法兰将其固定在机器上。

法兰设置在活塞杆端的缸头上，外侧面与机械安装面贴紧，这叫头部外法兰式。

由于液压缸工作时反作用力的作用，安装螺栓承受液压力的拉伸作用，因而安装螺栓的直径较大，并且要求强度计算。

法兰设置在活塞杆端的缸头上，侧面与机械安装面贴紧，这叫头部法兰式。

液压缸工作时，安装螺栓受力不大，主要靠安装支承面承受，所以法兰直径较小，结构较紧凑。

这种安装形式在固定安装形式中应用得最多。

法兰设置在缸的底部，与机械安装面用螺栓紧固，这叫尾部法兰式。

这种安装形式使液压缸悬伸，安装长度较大，稳定性差。

（3）支座式

将液压缸头尾两端的凸缘与支座紧固在一起。

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。

径向安装时，安装面与活塞杆轴线在同一平面上，液压缸工作时，安装螺栓只承受剪切力；

切向和轴向安装时，活塞的轴线与支座底面有一定的距离，安装螺栓既受剪切力，又承受因存在倾翻力矩而产生的弯曲力。

切向安装时倾翻力矩比轴向安装时要小一些。

对于支座安装形式，GS3766—83的2.2.2条规定：

“支座式液压缸如不采用键或销承受剪切力时，则底脚固定螺栓必须经受全部剪切力而不致引起危险”。

2）轴线摆动类

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、农业机械、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。

（1）耳轴式

将固定在液压缸上的铰轴安装在机械的轴座，使液压缸轴线能在某个平面自由摆动。

耳轴设置在液压缸头部的叫头部耳轴式。

这种安装形式的液压缸，摆动幅度较小，但稳定性较好。

耳轴设置在液压缸尾部的尾部耳轴式。

这种安装形式的液压缸，摆动幅度较大，但稳定性较差。

耳轴设置在液压缸中部的叫中间耳轴式，其摆动幅度和稳定性一般。

（2）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，使液压缸能在某个平面自由摆动。

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。

（3）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围任意摆动。

这种安装形式自由度大，但稳定性差。

船舶起货吊杆液压缸多用这种形式。

应该指出，轴线摆动安装的液压缸往往工作时都是倾斜的，随着活塞杆的逐渐伸出，轴线与水平面的夹角也逐渐变化，其工作出力随着夹角的变化而变化，因此，计算液压缸的有效工作出力时，一定要以夹角处于最小时能推动的负载为依据。

2.2局部结构初选

根据设计条件，查阅资料确定油缸各零件的结构、材料及联接方式。

2.2．1缸筒的结构设计

缸筒的两端分别与缸盖相连，构成密闭的压力腔，因而它的结构形式往往和缸盖及缸底密切相关。

设计缸筒的结构时，也应该一起加以考虑。

缸筒是液压缸的主体，其余零件装配其上，它的结构形式对加工和装配有很大影响，因此其结构必须尽量便于装配、拆卸和维修。

缸筒与缸盖、缸底的连接形式很多，不少于60多种，把他们按连接方法分类，大致有以下几种。

（1）法兰连接

缸筒端部设计有法兰，用螺栓将其与端盖连接起来。

法兰连接结构简单，加工和装拆都很方便，只是外形尺寸和重量都较大。

法兰与缸筒为整体式（见图2.1-a）的多为铸件和铸件缸筒，加工余量较大，浪费材料；

焊接法兰式（见图2.1-b）多为钢质缸筒，将无缝钢管制成的缸筒与法兰焊接在一起，其焊缝要进行强度计算。

法兰连接是液压缸中使用最普遍的结构形式。

图2.1缸筒与端盖（或缸底）的连接形式

（2）螺钉连接

将缸盖用螺钉固定在缸筒端部（见图2.1-c）。

这种连接方式简单，但因缸筒壁薄，需要数量较多的螺钉才能承受液压力。

这种方式多用于柱塞液压缸和低压液压缸。

（3）外螺纹连接

这种方式装拆方便，但需要专用工具。

它使缸筒端部结构复杂化，螺纹要与缸筒的径同心。

螺纹对缸筒壁厚尺寸要求不大，很适合无缝钢管做缸筒的液压缸。

密封槽一般都设置在缸筒端面或端盖上，以免削弱缸筒强度。

为了防止螺纹因冲击震动而松动，往往增加锁紧螺母或紧定螺钉，如图2.1-d所示。

（4）螺纹连接

在缸筒端部加工出螺纹和退刀槽，虽然会削弱缸筒强度，而且螺纹与缸筒要求同心，但其结构紧凑，外形美观，不易损坏。

连接螺纹可以设计在端盖上，也可以用螺纹压圈紧固，如图2.1-e所示。

（5）外卡键连接

这种连接的强度好，结构紧凑，重量轻，装拆容易，但缸筒端部要切出卡键槽，使强度有所降低。

外卡键一般由两个半环卡键组成，固定卡键可以用卡键帽，如图2.1-f所示。

（6）卡键连接

这种连接方式的优缺点同外卡键差不多，但装拆不便。

为了便于装拆，卡键一般由三瓣组成，第三瓣的剖切口平面必须与轴线平行，否则是装不进去的。

装配卡键时，端盖外端面不能高出卡键槽，装好卡键后，端盖才能装到位，如图2.1-g所示。

卡键与卡键槽的配合精度要适当，间隙过大，缸筒卡键槽处会因受到冲击而产生剪切破坏。

（7）弹性卡圈式

弹性卡圈有孔用弹性卡圈和钢丝弹性卡圈两种，如图2.1-h和图2.1-i所示。

由于它们都是标准件，因此使用方便，装拆容易。

但因厚度较薄，只能用于中低压缸筒上。

（8）焊接式

如图2.1-j所示，将端盖直接焊在缸筒上，强度高，制造简单，但容易引起焊接变形，维修时需破坏端盖才行。

（9）销钉式

如图2.1-k所示，将端盖装入缸筒后，相配钻铰，装上销钉。

这种连接方式简单方便，但销钉承受的剪切力较大，要校核强度和销钉数量。

（10）拉杆式

如图1-l所示，起结构简单，工艺性好，通用性大，但端盖的体积和重量较大，拉杆受力后会拉伸变长，影响密封效果，只适用于中低压液压缸。

除了缸筒与缸盖和缸底的结构形式外，安装液压缸时，如结构允许，进出油口位置必须在最上面。

液压缸必须装成使其能自动放气或装有方便的放气口。

缸筒上的进出油口和排气阀的阀座，一般都焊接在缸筒的最上面，以利于安装和空气的排除。

2.2.2缸筒的材料

缸筒常用20、35、45号无缝钢管，当缸筒上需要焊接缸底、耳轴或管接头时，多采用35号钢管。

在承受的负载很大时，如液压支架中的立柱等，常用低合金无缝钢管，如27SiMn和30CrMnSi等。

2.2.3缸底

缸底的材料常用35号或45号钢。

缸筒采用无缝钢管时，缸底与缸筒多采用焊接结构，它的特点是结构紧凑，加工简单，工作可靠，但容易产生焊接变形。

通常缸底上口与缸筒孔间采用过渡配合，以限制焊接后的变形。

除焊接结构外，缸底与缸筒可采用螺纹连接、半环连接和法兰连接等多种连接方式。

要根据具体设计要求灵活选择。

2.2.4缸盖

缸口部分一般由密封圈、导向套、防尘圈和锁紧装置等组成，用作活塞杆的导向和密封等。

缸孔和活塞杆直径不同，缸口部分的结构也有所不同，缸盖与缸筒的典型连接结构有，外螺纹连接，它的外径小，质量轻，但结构工艺性较差；

半环连接，卡环常由三个半环组成，其结构简单而且紧凑，拆装也较方便，但缸壁上的环槽削弱了缸筒的强度；

法兰连接，特点是结构简单而且紧凑，拆装和加工容易。

缺点是外形和质量都比较大；

钢丝连接，这种连接方式的结构最简单、紧凑，已逐渐被推广使用。

值得注意的是缸盖与缸筒的连接很少采用焊接结构。

缸盖材料一般用35、45号钢锻件。

当缸盖兼作导向套时，应采用铸铁并在其工作表面堆焊青铜，黄铜或其它耐磨材料，导向套也可单独制成后压入缸盖孔。

2.2.5缸体与外部的连接结构

油缸依与机器的设置与固定方式可分为两大类：

a、刚性固定：

采用底座或法兰连接

b、铰接固定：

采用耳环或铰轴

油缸的安装一般是通过两端的耳环或中部铰轴与工作机构连接。

缸底耳环通常做成整体或焊接。

活塞杆耳环可做成整体或采用焊接或螺纹连接。

铰轴可根据工作机构的要求焊接在缸体的头部、尾部或任意中间位置，其中以头部铰轴对活塞杆的弯曲作用最小。

耳环与铰轴的材料可采用45号钢或ZG35铸钢。

2.2.6活塞

活塞材料通常用钢或铸铁，也有用铝合金制成的，它的结构上主要考虑的问题是：

活塞与缸筒的滑动和密封，活塞与活塞杆之间的连接与密封。

2.2.7活塞杆

活塞杆是油缸的主要传力零件，必须有足够的强度和刚性。

活塞杆有空心和实心两种结构。

空心活塞杆的一端留有透气孔，使焊接和热处理时能排出热气。

实心活塞杆的材料多用35、45号钢，空心活塞杆一般用35、45号无缝钢管。

有特殊用途的油缸（如液压支架）应按照使用条件来选定材料、结构和尺寸。

活塞杆头部与工作机械的连接，根据不同的要求，选择符合要求的结构型式。

2.2.8缓冲装置

一般的油缸可以不考虑缓冲要求。

当活塞的运动速度很高和运动部分质量很大时，就有很大的惯性力。

如果活塞在行程终端与缸底（或缸盖）产生机械碰撞，会出现冲击和噪声，甚至导致油缸、管路以及阀类元件的破坏，为了防止或缓和这种冲击，可以在液压回路中设置减速阀和制动阀，使活塞减速制动，也可在液压缸部设置缓冲装置。

2.2.9排气装置

液压系统在安装过程中或长时间停止工作之后会渗入空气，油中也会混入空气，由于气体具有较大的可压缩性，将使油缸工作中产生振动、颤抖和爬行，并伴随有噪声和发热等系列不正常现象。

因此在设计油缸结构时，要保证能及时排除积聚在缸的气体。

一般利用空气比重较油轻的特点，在油缸腔的最高部位设置进出油口或专门的排气装置如排气螺钉、排气阀等，使积聚于缸的气体排出缸外。

图2.2排气装置的形式

排气装置的形式和结构见图2，一般有整体排气塞和组合排气塞两种。

整体排气塞（图2.2c、e）由螺纹与缸筒或端盖连接，靠头部锥面起密封作用。

排气时，拧松螺纹，缸空气从锥面空隙中挤出并经斜孔排出缸外。

这种排气装置简单方便，但螺纹与锥面密封处同心度要求较高，否则拧紧排气塞后不能密封，会造成外泄漏。

组合排气塞一般由螺塞和锥阀组成。

螺塞拧松后，锥阀在压力的推动下脱离密封面而排出空气。

锥阀可以采用图a所示的锥面密封，也可以采用图2.2b所示的锥面密封，还可以采用图2.2g所示的钢珠密封。

后两种排气密封形式对高压缸比较适用。

2.2.10耳环和铰轴

耳环和铰轴是液压缸的安装连接零件，见图2.3，