液压千斤顶的设计毕业设计论文 推荐Word格式.docx
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平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）评语
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学生姓名：
彭飞飞专业机电一体化年级2010
毕业设计（论文）题目：
液压千斤顶的设计
评阅人：
指导教师：
高立廷（签字）年月日
成绩：
系（科）主任：
（签字）年月日
毕业设计（论文）及答辩评语：
摘要
液压传动相对于机械传动来说是一门崭新的传动形式，是实现现代化传动与控制的关键技术之一，世界各国对液压工业的发展都给予很大重视。
液压传动是研究以有压流体为传动介质，来实现各种机械的传动和自动控制的学科，它是依靠液体在密封容积变化中的压力能实现运动和动力传递的。
千斤顶是一种用钢性顶举件作为工作装置，通过顶部托座或底部托爪在行程内顶升重物的轻小起重设备。
它有机械式和液压式两种。
液压式千斤顶结构紧凑，工作平稳，有自锁作用，故使用广泛并采用了最优质的材料铸造，保证了千斤顶的质量和使用寿命。
本次对液压千斤顶进行设计可以了解液压千斤顶的原理以及应用。
通过查阅大量文献，观察掌握其运动，工作原理，用autCAD制图软件对液压千斤顶结构示意图尺寸要求和画法，以及各个零件图设计和计算的工作原理和工作时的工作情况。
并通过液压千斤顶的工作原理解液压传动的优缺点，直观观察液压千斤顶内部工作原理和用到实际情况。
通过对千斤顶各部件进行设计、绘制不但熟悉了千斤顶内液压传动原理还使得我对一些绘图软件的操作更加熟练。
同时也在以前书本学习的基础上对液压传动加深了理解。
关键词：
液压千斤顶,结构图，工作原理，优缺点，设计
第一章绪论
1.1单片机
1.1.1液压技术的发展
自1795年英国制成世界上第一台水压机算起，液压传动技术已有二三百年的历史。
直到20世纪30年代它才较普遍地用于起重机、机床及工程机械。
特别是20世纪60年代以后，随着原子能科学、空间科学、计算机技术的发展，液压技术也得到很大的发展渗透到国民经济的各个领域之中，液压技术得到了普遍应用。
同时新型液压元件的应用，液压系统的计算机辅助设计、计算机仿真和优化、微机控制等也取得了显著成果。
我国液压工业起步晚，开始于20世纪50年代。
自1964年开始从国外引进液压元件生产技术，同时自行设计液压产品以来，我国的液压元件生产已形成规模，并在各种机械设备上得到了广泛的应用，同时大力研发国产液压元件新产品，加强产品可靠性和新技术应用的研究，积极采用国际标准和执行新的国家标准，合理调整产品结构，对一些性能差的不符合国家标准的液压元件采取逐步淘汰的措施。
当前液压技术正向迅速、高压、大功率、高效、低噪声、经久耐用、高度集成化的方向发展，被广泛应用于机械、建筑、冶金、化工以及航空航天等领域。
如今，随着微电子和计算机技术的发展，机、电、液技术的紧密结合，使液压技术的发展和应用又进入了一个崭新的阶段。
1.1.2液压技术的应用范围
我国的液压技术最初应用于机床和锻压设备上，后来又用于拖拉机等工程机械中。
现在，我国的液压元件随着从国外引进一些液压元件、生产技术以及进行自行设计，现已形成了系列，并在各种机械设备上得到了广泛的使用。
总之，液压技术愈来愈加广泛，在各个工业部门发挥着重要作用，尤其是计算机的应用促使液压技术得到更迅速的发展和更广泛的应用。
如表1.1
行业
应用举例
汽车工业
汽车生产流水线、汽车自动变速箱、液压助力转向器
轻工业
注塑机、打包机、造纸机
工程机械
液压汽车起重机
矿山机械
采掘机械、液压钻机
冶金、机制工业
液压机、液压磨床、数控机床
军事工业
舰艇、坦克等装备上的炮塔转位瞄准器
农业
联合收割机、农机的悬挂装置
表1.1液压技术在各行业的应用
1.2千斤顶的介绍
1.2.1千斤顶的内容
由于起重高度低，重量小，操作费力。
一般只用于厂矿、交通运输等部门作为车辆修理及其它起重、支撑等机械维修工作，在修桥过程中不适用。
其缺点是起重高度有限，起升速度慢，效率低，操作不当时支点易滑脱，存在不安全因素。
1.2.2千斤顶的发展
早在20世纪40年代,卧式千斤顶就已经开始在国外的汽车维修部门使用,但由于当时设计和使用上的原因,其尺寸较大,承载量较低。
后来随着社会需求量的增大以及千斤顶本身技术的发展,在90年代初国外绝大部分用户已以卧式千斤顶替代了立式千斤顶。
在90年后期国外研制出了充气千斤顶和便携式液压千斤顶等新型千斤顶。
我国千斤顶产业发展进步较晚，建国以来到改革开放前，我国千斤顶的需求主要是以工业和国防尖端使用为主。
改革开放后，国民经济的快速发展，人民生活水平的显著提高，拉动了千斤顶的需求。
我国在这领域起步虽晚，但发展迅速，经过多年的发展也获得了许多曙目的成就。
我国浙江省海盐县有“千斤顶之乡”的美誉。
在千斤顶和同步系统方面形成规模化生产，年生产能力达800万台以上，销量位居世界前列。
第二章液压千斤顶的概述
2.1液压系统的组成
液压系统主要由：
动力元件（油泵）、执行元件（油缸或液压马达）、控制元件（各种阀）、辅助元件和工作介质等五部分组成。
如下表2.1
表2.1液压系统各元件的介绍
原件
名称
原件介绍
动力
元件
它的作用是把液体利用原动机的机械能转换成液压力能，是液压传动中的动力部分。
执行
它是将液体的液压能转换成机械能。
其中，油缸做直线运动，马达做旋转运动。
控制
包括压力阀、流量阀和方向阀等，它们的作用是根据需要无级调节液压动机的速度，并对液压系统中工作液体的压力、流量和流向进行调节控制。
辅助
除上述三部分以外的其它元件，包括压力表、滤油器、蓄能装置、冷却器、管件及邮箱等
工作
介质
工作介质是指各类液压传动中的液压油或乳化液，它经过油泵和液动机实现能量转换。
2.2液压千斤顶的特点
2.2.1优点
1）液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小。
2）采用油液为工作介质，元件相对运动表面间能自行润滑，磨损小，使用寿命长。
3）可在大范围内实现无级调速。
借助阀或变量泵、变量马达，在给定范围内平稳的自动调节牵引速度，可以实现无级调速，调速范围可达1∶2000（一般为1:
100），并可在液压装置运行的过程中进行调速。
4）由于液压千斤顶的液压传动是油管连接，在空间布置上彼此不受严格限制，这是比机械传动优越的地方。
5）传递运动均匀平稳，负载变化时速度较稳定。
正因为此特点，金属切削机床中的磨床传动现在几乎都采用液压传动。
6）容易实现过载保护——借助于设置溢流阀等，同时液压件能自行润滑，因此使用寿命长。
7）操纵控制简便，自动化程度高——借助于各种控制阀，特别是采用液压控制和电气控制结合使用时，能很容易地实现复杂的自动工作循环，而且可以实现遥控。
8）液压元件实现了标准化、系列化和通用化，便于设计、制造和推广使用。
2.2.2特点
1）对液压元件制造精度要求高，工艺复杂，成本较高。
2）液压元件密封设计、制造或使用不当时，容易引起油液外漏，造成环境污染。
3）液压能源的获得不像电能那样方便，也不像气源那样容易储存。
4）液压元件维修较复杂，且需有较高的技术水平。
5）使用液压传动对维护的要求高，对油液的清洁度也有特殊要求，要求系统必须采用精细过滤器。
6）液压传动在能量转化过程中，特别是在节流调速的系统中，其压力大，流量损失大，因此系统效率较低。
7）液压传动对油温变化较敏感，这会影响它的工作稳定性，因此液压传动不宜在很高或很低的温度下工作，一般工作温度在-15℃～60℃范围内较合适。
8）液体的体积弹性模数会随温度和混入油中的空气含量而发生变化，以至于明显影响系统的动态控制性能。
因此，要严格防止空气侵入。
2.3液压千斤顶的原理
液压千斤顶所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理，就是说，液体各处的压强是一致的，这样，在平衡的系统中，比较小的活塞上面施加的压力比较小，而大的活塞上施加的压力也比较大，这样能够保持液体的静止。
所以通过液体的传递，可以得到不同端上的不同的压力，这样就可以达到一个变换的目的。
我们所常见到的液压千斤顶就是利用了这个原理来达到力的传递。
图2.1液压千斤顶的工作原理图
1-杠杆手柄2-小油缸3-小活塞4-放油阀5-吸油管6-管道
7-单向阀8-大活塞9-大油缸10-管道11-截止阀12-油箱
图2.1是液压千斤顶的工作原理图。
提起杠杆手柄1使小活塞向上移动，小活塞3下端油腔容积增大，形成局部真空，这时放油阀4打开，通过吸油管5从油箱12中吸油，如图2.2；
用力压下杠杆手柄1使小活塞3下移，小油缸2下腔压力升高（机械能转换成压力能），放油阀4关闭，单向阀7打开，下腔的油液经管道6输入大油缸9的下腔，推动大活塞8向上移动（压力能转换成机械能），顶起重物，如图2.3。
再次提起杠杆手柄1吸油时，单向阀7自动关闭，使油液不能倒流，从而保证了重物不会自行下落。
不断地往复扳动手柄，就能不断地把油液压入举升缸下腔，使重物逐渐地升起。
如果打开截止阀11，举升缸下腔的油液通过管道10、截止阀11流回油箱，重物就向下移动。
这就是液压千斤顶的工作原理。
图2.2吸油过程图2.3压油过程
第三章液压千斤顶的结构设计
3.1千斤顶的结构设计分析
3.1.1结构设计的意义
液压系统的设计，是在掌握液压基础知识，液压元件的工作原理、结构和基本回路的基础上进行的。
此外，还必须了解常用的液压元件、液压附件的产品性能、品牌优劣，甚至液压元件的加工设备和管理情况，以便制造出稳定可靠的液压设备。
结构设计就是将抽象的工作原理具体化为某类构件或零部件的过程。
在此过程中要兼顾各种技术、经济和社会要求，并且应设计出尽可能多的可能性方案，从中优选或归纳出经济合理的方案。
3.1.2千斤顶的结构示意图
图3.1液压千斤顶的机构示意图
3.2底座分析
由于顶升系统可能会在比较恶劣的条件下使用，而且在装载和卸载重物时，可能会因操作不当而对千斤顶底座造成较大冲击，导致整个系统遭到破坏。
所以底座采用具有较高强度和韧性
3.3液压缸的分析
3.3.1液压缸的介绍
液压缸能将液压能转换为机械能，用来驱动工作机构作直线运动或摆动运动。
液压缸作为执行元件是液压系统的主要零件，它与底座、底盖、油口、导向套等零件构成密封的容器，用于容纳压力油液，同时还是活塞的运动轨道。
所以设计油缸时，应该正确的确定各部分的尺寸，保证液压缸有足够的输出力、运动速度和有效行程，同时还必须具有一定的强度，能足以承受液压力、负载力和意外的冲击力；
缸筒的内表面应具有合适的公差等级、表面粗糙度和形位公差等级，以保证液压缸的密封性、运动平稳性和耐用性。
3.3.2液压缸力的分析
（1）额定压力Pn:
也称为公称压力，是液压缸能用以长期工作的最高压力。
油液作用在活塞单位面积上的法向力图3.2。
单位为Pa，其值为:
Pn=G/A=5×
104÷
（3.14×
0.2×
0.2）=3.98×
105Pa（3-1）
图3.2液压缸的计算简图
-活塞杆承受的总负载；
A-活塞的工作面积
式（3-1）表明，液压缸的工作压力是由于负载的存在而产生的，负载越大，液压缸的压力也越大。
表3.1为国家标准规定的液压缸公称压力系列。
表3.1液压缸公称压力（MPa）
0.4
0.63
1
2.5
4
6.3
10
16
20
25
31.5
（2）工作压力P：
由于活塞的重力大约在g=10N左右，要远比物体的重力小，所以可以忽略不计。
所以
=（g+G）/A=5.001×
0.2）
=3.98168×
105Pa
≈Pn=3.98×
105Pa（3-2）
（3）最高允许压力
：
也称试验压力，是液压缸在瞬间能承受的极限压力。
通常为
≤1.5Pn=1.5×
3.98×
=5.97×
≈0.6MPa（3-3）
（4）液压缸的输出力和输入力
液压缸的理论输出力
输出力等于油液的压力和工作腔有效面积的乘积，即
=AG=5×
104N（3-4）
由于液压缸为单活塞杆形式，因此两腔的有效面积不同。
所以在相同压力条件下液压缸往复运动的输出力也不同。
由于液压缸内部存在密封圈阻力回油阻力等，故液压缸的的实际输出力小于理论作用力。
液压缸的理论输入力：
F入=F出×
A1÷
A2=5×
104×
（0.022÷
0.22）=5×
102N（3-5）
式中:
A1表示小液压缸的横截面积,0.02（m）表示小液压缸的半径,
A2表示大液压缸的横截面积,0.2（m）表示大液压缸的半径。
（5）液压缸的功率
输出功率P0
液压缸的输出为机械能。
单位W，其值为:
=5×
104×
0.03=1500W（3-6）
式中：
F为作用在活塞杆上的外负载；
v为活塞平均运动速度。
输入功率
液压缸的输入为液压能。
单位为W，它等于压力和流量的乘积，
即q=nSA1=10×
0.3×
3.14×
（0.02）2=3.768×
10-3L/min（3-7）
105×
3.768×
10-3=1500.3W（3-8）
p为大液压缸的工作压力；
q为大液压缸的输入流量。
由于液压缸内存在能量损失（摩擦和泄露等），因此，输出功率小于输入功率。
3.3.3小液压缸的分析
如表3.2是小液压缸的参数。
（1）小液压缸的输出力等于大液压缸的输入力,即：
F=500N（3-9）
（2）小液压缸的流速为：
V=（A大/A小）×
V大=100×
0.03=3m/min（3-10）
（3）小液压缸的流量为：
q=nSA1=10×
10-3L/min（3-11）
表3.2小液压缸的参数
半径（
）
壁厚（
类型
2
单作用活塞式
3.4活塞杆导向套的设计
3.4.1活塞杆的设计
活塞杆是液压缸传递力的重要零件，它承受拉力，压力，弯力，曲力和振动冲击等多种作用力，所以必须有足够的强度和刚度。
工程实际中经常遇到承受轴向拉伸或压缩的构件。
承受轴向拉伸或压缩的杆件称为拉压杆。
实际拉压杆的形状，加载和连接方式各不相同，但都可简化成图5.7所示的计算简图，它们的共同特点是作用于杆件上的外力的合力作用线与杆件轴线重合，杆件的主要变形是沿轴线方向的伸长或缩短。
千斤顶的活塞杆即为简单的拉压杆，图3.3即为水平放置的活塞杆，有《机械设计制造基础》（陈立德主编）查得其许用拉应力为[σ]=80MPa
图3.3拉压杆计算简图
（1）设计截面：
选择拉压杆的半径为r=4
则其许用应力为：
σmax=F/A=500/（3.14×
0.004×
0.004）
=9.95MPa（3-12）
（2）教核强度：
σmax=9.95MPa＜[σ]=80MPa（3-13）
由此可见,满足其强度。
（3）确定许用载荷：
Fmax≤A×
[σ]=（3.14×
0.004）×
80×
106
=4×
103N（3-14）
3.4.2导向套的设计
导向套装在缸筒和支撑套的内侧，被限制在缸筒和支撑套的卡槽之内，但不固定死。
用以对活塞杆进行导向，内装有密封装置以保证缸筒的密封。
上方装有防尘圈，以防止活塞杆在后退时把杂质、灰尘及水分带到密封装置处，损坏密封装置。
导向套采用非耐磨材料时，内圈可设导向环，用以作活塞杆的导向。
图3.4活塞杆导向套受力图
如图3.4所示，垂直安放千斤顶，无负载导向装置，
受偏心轴向载荷9800N,L=0.1m时
M0=F1LNmFd=K1M0/LGN
可得M0=9800×
0.1=9800Nm（3-12）
Fd=K1M0/LG（N）
可得Fd=1.5×
9800/0.057
=2.5×
105N（3-13）
式中Fd——-导向套承受的载荷，N
M0——外力作用于活塞上的力矩，N.m
F1——作用于活塞上的偏心载荷，N
L——载荷作用的偏心矩，m
LG——活塞至导向套间距，m
D、d——分别为活塞及活塞杆外径，m
3.5液压控制阀的分析
3.5.1方向控制阀
可以改变液压系统中油液流动方向的控制阀，它分为单向阀和换向阀两类。
单向阀有普通单向阀和液控单向阀两种。
（1）普通单向阀
普通单向阀简称单向阀，它的作用是使用油液只能沿一个方向流动，不许反向倒流。
图3.5所示为直通式单向阀的结构及图形符号。
压力油从p1流入时，克服弹簧3作用在阀芯2上的力，使阀芯2向右移动，打开阀口，油液从p1口流向p2口。
当压力油从p2口流人时，液压力和弹簧力将阀芯压紧在阀座上，使阀口关闭，液流不能通过。
（a）结构图（b）图形符号
图3.5单向阀
1-阀体2-阀芯3-弹簧
单向阀的弹簧主要用来克服阀芯的摩擦阻力和惯性力，使阀芯可靠复位，为了减小压力损失，弹簧钢度较小，一般单向阀的开启为0.03MPa～0.05MPa（如换上刚度较大的弹簧，使阀的开启压力达到0.2MPa～0.6MPa，便可当背压阀使用）。
（2）换向阀
换向阀是具有两种以上流动形式和两个以上油口的方向控制阀。
是实现液压油流的沟通、切断和换向，以及压力卸载和顺序动作控制的阀门。
改变不同管路间的通、断关系、根据阀芯在阀体中的工作位置数分两位、三位等；
根据所控制的通道数分两通、三通、四通、五通等；
如二位二通、三位三通，三位五通等根据阀芯驱动方式分手动、机动、电磁、液动等。
又称克里斯阀，阀门的一种，具有多向可调的通道，可适时改变流体流向。
工作时借着阀外的驱动传动机构转动驱动轴，带动摇拐臂，启动阀板，使工作流体时而从左入口通向阀的下部出口，时而从右入口变换通向下部出口，实现了周期变换流向的目的。
这种变换阀在石油、化工、矿山和冶金等行业中有着广泛的应用，在合成氨造气系统中最为常用。
此外，换向阀还可作成阀瓣式的结构，多用于较小流量的场合。
工作时只需转动手轮通过阀瓣来变换工作流体的流向。
在石油、化工、矿山和冶金等行业中，如图3.6为六通换向阀，是重要的流体换向装置。
图3.6六通换向阀
1-上阀盖2-手柄3-阀杆4-凸轮
5-密封组件6-阀盖7-阀体
六通换向阀主要由阀体、密封组件、凸轮、阀杆、手柄和阀盖等零部件组成（图1）。
阀门由手柄驱动，通过手柄带动阀杆与凸轮旋转，凸轮具有定位驱动与锁定密封组件的开启与关闭功能。
手柄逆时针旋转，两组密封组件分别在凸轮的作用下关闭下端的两个通道，上端的两个通道分别与管道装置的进口相通。
反之，上端的两个通道关闭，下端两个通道与管道装置的进口相通，实现了不停车换向。
3.5.2流量控制阀
流量控制阀是通过改变阀口流通面积来调节阀口流量，从而控制执行元件运动速度的液压控制阀。
分为节流阀、调速阀、分流阀、集流阀和分流集流阀。
（1）节流阀
节流阀是通过改变节流截面或节流长度以控制流体流量的阀门。
在调定节流口面积后，能使载荷压力变化不大和运动均匀性要求不高的执行元件的运动速度基本上保持稳定。
如图3.7为节流阀示意图
图3.7节流阀示意图
1-流量调整手轮2-推杆3-4-滑轴
5-进口6-出口7-弹簧
特点：
a构造较简单，便于制造和维修，成本低。
b调节精度不高，不能作调节使用。
c密封面易冲蚀，不能作切断介质用。
d密封性较差。
由于节流阀的流量不仅取决于节流口面积的大小，还与节流口前后的压差有关，阀的刚度小，故只适用于执行元件负载变化很小且速度稳定性要求不高的场合。
对于执行元件负载变化大及对速度稳定性要求高的节流调速系统，必须对节流阀进行压力补偿来保持节流阀前后压差不变，从而达到流量稳定。
（2）调速阀
调速阀是进行了压力补偿的节流阀，它由定差减压阀和节流阀串联而成，如图3.8。
在载荷压力变化时能保持节流阀的进出口压差为定值。
这样，在节流口面积调定以后，不论载荷压力如何变化，调速阀都能保持通过节流阀的流量不变，从而使执行元件的运动速度稳定。
适用于负载变化较大，速度平稳性要求较高的小功率场合。
图3.8调速阀原理示意图
（3）分流阀
不论载荷大小，能使同一油源的两个执行元件得到相等流量的为等量分流阀或同步阀；
得到按比例分配流量的为比例分流阀。
分流阀的作用是使液压系统中由同一个油源向两个以上执行元件供应相同的流量（等量分流），或按一定比例向两个执行元件供应流量（比例分流），以实现两个执行元件的速度保持同步或定比关系
（4）集流阀
集流阀的作用与分流阀相反，是从两个执行元件收集等流量或按比例的回油量，以实现其间的速度同步或定比关系。
分流集流阀则兼有分流阀和集流阀的功能。
（5）分流集流阀
分流集流阀又称同步阀，它同时具有分流阀和集流阀两者的功能，能保证执行元件进油、回油时均能同步。
3.5.3压力控制阀
在液压系统中用来控制油液压力或利用压力控制其他元件动作的阀类称为压力控制阀。
它可分为溢流阀、减压阀、顺序阀等。
（1）溢流阀
能控制液压系统在达到调定压力时保持恒定状态。
溢流阀一般有两种结构：
直动型溢流阀和先导式溢流阀。
图3.9直动型溢流阀图3.10先导式溢流阀
在液压设备中的主要作用：
定压溢流作用：
在定量泵节流调节
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