机电液设计和综合实验设计.docx
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机电液设计和综合实验设计
《机电液设计和综合实验》
说明书
题目机电液设计和综合实验
学院机械工程学院
年级15专业机械电子工程
班级ZB09151学号学生姓名
指导教师管建峰张敬妹
提交日期2016年12月
《机电液设计》
说明书
题目机电液设计
学院机械工程学院
年级15专业机械电子工程
班级ZB09151学号ZB0915136
学生姓名何丽
指导教师管建峰张敬妹
提交日期2016年12月
第一章液压系统的设计方案
1.1前言
现代社会新能源的开发和使用是我们作为工程技术人员进行创新开发的方向，现在要求开发一套液压式波浪能发电系统，具体基本示意图见图1-1。
图1-1采能装置示意及基本参数
1.2已知条件
1.浮漂的体积V=0.4；
2.波浪的周期T=3s；
3.波浪的浪高H=0.8m；
4.液压马达的工作压力：
P=5-8MPa,设计工作压力P=5MPa。
1.3设计目的
本设计为近岸液压浮子式海上波浪能发电装置
1.4设计过程
1.方案的查询与确定
2.相关计算与校核
3.液压元器件的选型
4.液压系统设计和液压油缸的总体结构设计、液压油缸的主要零部件设计
1.5最终材料
1.系统设计和相关的计算说明书
2.油缸总装配图，包括液压缸缸体链接转动机构、缸头链接球轴承结构
3.零件图：
活塞，前后端盖，链接头、铰链零件等图纸
1.6拟定液压系统原理图
1.6.1液压结构示意图
根据动作要求和提供的元件，设计液压传动系统如图1-2所示。
图1-2液压系统原理示意图
在海上发电-
--------相关介绍
1.6.2液压原理图
根据拟定好的液压结构示意图，设计出液压原理图，如图1-3
图1-3液压原理图
1-液压缸2-单向阀3-压力传感器4-蓄能器5-压力表
6-二位二通电磁换向阀7-减压阀8-节流阀9-液压马达10-发电机
通过
----------相关原理介绍
第二章液压系统元件的选择
根据之前拟定的液压结构图和液压原理图，选择主要元器件。
本装置主要由液压马达、蓄能器、发电机、液压阀等元件组成，根据系统使用要求，选出所需的型号。
2.1液压马达的选择
2.1.1马达的工作压力的确定
考虑到正常工作中进油管路有一定的压力损失，所以马达的工作压力为:
（2-1）
式中：
——液压马达最大工作压力；
——执行元件最大工作压力；
——进油管路中的压力损失，本设计中
上式中计算所得的是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过渡阶段出现的动态压力往往超过静态压力。
-----------
2.1.2马达的流量确定
液压马达的最大流量应为：
（2-2）
式中：
qp——液压马达的最大流量；
——同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值。
——系统泄露系数，=1.2
-----计算公式--
2.1.3选择液压马达的规格
根据算得的和，选择-------
---
-具体参数如表2-1
表2-1马达铭牌参数
型号
额定压力（MPa）
转速
（r/min）
排量
（ml/r）
效率
（%）
2.2发电机的选择
本文设计的海洋波浪能发电装置通过第二级转换系统把波浪能转换成机械能，再通过第三级输出系统转换成电能。
--------
根据前文确定的发电机的额定转速，并且根据输出功率，选择发电机型号。
确定选择的发电机型号的铭牌参数如表2-1所示。
表2-1发电机铭牌参数
产品规格
额定功率（kw）
额定转速（r/min）
额定电压
（v）
起动力矩
（Nm）
效率
（%）
2.3蓄能器的选择
2.3.1蓄能器容积的计算
2.3.2蓄能器的选型
根据容积选择型号，参数如表所示
表2-2蓄能器铭牌参数
2.4其他
除主要液压元器件液压马达、蓄能器的选择外，为提高总效率，还需要确定并选择其他辅助元件，例如油管、液压油、液压阀等。
2.4.1油管
2.4.2液压阀
1.单向阀
2.二位二通电磁换向阀
3.调速阀
4.减压阀
2.4.3继电器
2.5汇总
液压所用元件汇总如下表2-8：
表2-8液压元件汇总表
序号
名称
型号
数量
1
2
第三章液压缸尺寸的确定
3.1液压参数的确定
3.2液压缸内径D和活塞杆直径d的确定
3.3液压缸壁厚和外径的计算
3.4液压缸工作行程的确定
液压缸工作行程长度，可根据执行机构实际工作的最大行程来确定，并参照下表中的尺寸系列来选取标准。
表3-3液压缸活塞行程参数系列（GB2349-80）
Ⅰ
25
50
80
100
125
160
200
250
320
400
500
630
800
1000
1250
1600
2000
2500
3200
4000
Ⅱ
40
63
80
110
140
180
220
280
360
450
550
700
800
1100
1400
1800
2200
2800
3900
Ⅲ
240
260
300
340
380
420
480
530
600
630
750
850
950
1050
1200
1300
1500
1700
1900
2100
2400
2600
3000
800
由表3-3取行程L=160mm
3.5液压缸缸盖厚度的确定
液压缸有孔时的近似计算公式为：
由于缸盖上要进出油口，所以按经验取:
t=mm
3.6最小导向长度的确定
图3-2为液压缸导向长度示意图。
图3-2液压缸的导向长度
当活塞杆全部外伸时，-------
3.7缸体长度的确定
第四章液压缸的结构设计及校核
4.1缸体与缸盖的连接形式
缸体端部与缸盖的连结形式与工作压力、缸体材料以及工作条件有关。
下表4-1为液压缸缸体与缸盖的连接形式。
表4-1液压缸缸体与缸盖的连接形式
连接方式
结构形式图例
优缺点
法兰连接
优点：
1、结构简单，成本低
2、容易加工，便于安装
3、强度较大，能承受高压
缺点：
1、径向尺寸较大
2、重量比螺纹连接的大
3、工艺长度比较复杂些
螺纹连接
优点：
1、外形尺寸较小
2、重量较轻
缺点：
1、端部结构复杂，工艺要求高
2、装拆时需要用专用工具
外半径连接
优点：
1、结构简单
2、加工装配方便
缺点：
1、外形尺寸大
2、缸筒开槽，削弱了强度
连接方式
结构形式图例
优缺点
内半径连接
优点：
1、外形尺寸较小
2、结构紧凑，重量较轻
缺点：
1、端部进入缸体内较长
2、缸筒开槽，削弱了强度
考虑到加工成本以及连接可靠性，选择法兰螺栓连接，此种方法连接强度较大，能承受高压。
法兰与缸体无缝钢管采用了螺纹连接，这样加工既方便，成本又低，连接又可靠。
螺栓连接校核
选取的螺栓为
缸体与缸盖采用螺栓连接时螺纹处的拉压力为：
（4-1）
螺纹处的切应力为：
（4-2）
合应力为：
（4-3）
式中：
K--------螺纹拧紧系数（Pa）静载时取K=1.25~1.5，动载时取K=2.5~4；
-------
------
其螺纹连接满足要求。
4.2活塞与活塞杆的连接形式
考虑到成本、加工工艺、工作条件等因素，从表4-2所示连接形式中选择活塞杆与活塞的连接结构。
表4-2活塞杆与活塞的连接结构
连接形式
结构形式图例
特点
整体式结构
结构简单，适用于缸径较小的液压缸
螺纹连接
结构简单。
在振动的工作条件小容易松动，必须用锁紧装置。
半环连接
结构简单，装拆方便，不易松动，但会出现轴向间隙。
推销连接
结构可靠，用推销连接，销孔必须配铰，销钉连接后必须锁紧，多用于负载较小的场合。
本液压缸设计选择螺纹连接，此连接结构的特点为：
结构简单，在振动的工作条件下容易松动，必须用锁紧装置，应用较多，如组合机床与工程机械上的液压缸。
1）活塞杆强度校核
活塞杆在稳定工况下，如果只受轴向拉力或推力，可近似按直杆承受拉压载荷的简单强度计算公式进行校核计算：
（4-4）
式中：
--------活塞杆压力（Pa）
-------A1--------活塞杆面积（m2）
2）活塞杆与活塞螺纹连接时的螺纹校核
活塞杆与活塞连接螺纹的强度按第四强度理论校核
（4-5）
（4-6）
（4-7）
式中：
--------拉压力（Pa）
--------剪应力（Pa）
--------合成应力（Pa）
K--------螺纹连接摩擦系数，一般取K=0.7
得出:
故满足要求。
4.3导向套的结构
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。
导向套的结构可以做成端盖整体式直接导向，也可做成端盖分开的导向套结构，后者导向套磨损后便于直接更换，所以应用比较普遍。
导向套的位置可安装在密封圈的内侧，也可以装在外侧。
设计中采用了导向套导向，密封装置为O型密封圈。
选取的螺钉为
缸体与缸盖采用螺栓连接时螺纹处的拉压力为：
（4-8）
螺纹处的切应力为：
（4-9）
合应力为：
（4-10）
式中：
4.4密封件的选用
液压缸工作中要达到零泄漏、摩擦小和耐磨损的要求。
在设计时，正确的选择密封件、导向套和防尘圈的结构型式和材料是很重要的。
从现代的密封技术来
分析，液压缸的活塞和活塞杆及其它们的密封、导向和防尘等应作为一个综合的密封系统来考虑，只有具有可靠的密封系统，才能使液压缸有良好的工作状态和理想的使用寿命。
1.活塞与导向套之间的密封防尘：
根据《新编液压工程手册》1440页，选用A防尘圈直径范围为6~390，工作温度-30~+110℃，进给速度≤1，Vc=0.8m/s符合要求。
材料为丁腈橡胶在外表面上具有梳子形截面的密封表面，保证了它在沟槽中可靠的定位。
根据GB10708.1-89，选择Y形橡胶密封圈，密封槽尺寸为宽6.3mm，深2.9mm。
2.缸筒与缸盖之间的密封：
采用O形密封圈，带挡圈的沟槽；根据GB3452.1-92选择O形密封圈。
O形密封圈的优点主要有：
①结构小巧，装拆方便。
②价格低廉，体积小。
③既可用于动密封，也可用于静密封。
④动摩擦阻力较小。
⑤使用单件O形圈，可对两个方向起密封作用。
3.活塞与缸筒之间的密封：
中间采用O形密封圈，两边采用带挡圈的沟槽的唇形密封圈。
4.其他地方的密封装置：
根据GB3452.1-92，根据需要密封的部件尺寸，选择合适的O形密封圈。
4.5液压缸的安装连接结构
根据安装位置和工作要求的不同可有螺栓安装、脚架安装、法兰安装、轴销和耳环安装等如下表4-3所示
表4-3液压缸安装方式
序号
安装形式
安装简图
注
1
长螺栓安装
2
径向脚架
3
底面脚架
倾翻力矩比较
序号2较小
序号4较大
4
前后脚架
5
头部外法兰
安装螺钉受拉力比较
序号6、7较小
序号5较大
6
头部内法兰
7
尾部外法兰
8
头部轴销
液压缸在平面内摆动
活塞受弯曲作用比较
9
尾部轴销
序号8较小
序号9较大
序号10介于之间
10
中部轴销
11
尾部耳环
同序号9
12
尾部球头
液压缸可在一定的范围内摆动
根据题目要求液压缸安装连接结构采用：
序号10中部轴销。
4.6液压缸进出油口的设计
液压缸的进出油口，可布置在缸体或前后端盖上。
对于活塞杆固定的液压缸，进出油口可设在活塞杆端部。
其连接形式有螺纹、方形法兰和矩形法兰等。
油口直径d的计算公式为
（4-11）
式中：
d-------油口直径（mm）
Q------（mm）
u------（m/s）
由前面计算得:
Q=
当压力P=（2.5~10）MPa时，u=（3~5）m/s,取3m/s
参看下表3-4选取液压缸油口的尺寸为：
d=m
表4-4单杆液压杆油口安装尺寸
缸体内径D
进出油口
缸体内径D
进出油口
25
M141.5
80
M272
32
M141.5
100
M272
40
M181.5
125
M272
50
M221.5
160
M322
63
M221.5
200
M422
4.7液压缸用耳环安装结构
根据使用部位不同，耳环可分为杆用耳环和钢体用耳环两种。
杆用耳环安装在活塞杆的外端，通常用螺纹连接。
缸体用耳环一般是固定在缸体的后部，也有固定在缸体的中部。
如表4-5。
表4-5耳环结构
耳环类型
耳环简图
耳环类型
耳环简图
单耳环
（不带轴套）
单耳环
（带轴套）
球铰耳环
双耳环
根据题目要求液压缸用耳环安装结构选用：
球铰耳环
4.8液压缸主要零件
液压缸主要零件有缸体、活塞、活塞杆、缸盖、导向套，其材料和参数见下表4-6。
表4-6液压缸主要零件的材料
零件名称
简图
材料
材料参数
缸体
无缝钢管
活塞
灰铸铁（HT200）
活塞杆
45钢
缸盖
45钢
导向套
耐磨铸铁
第五章心得体会
第六章参考文献
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