HSG焊接式連接液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【說(shuō)明書+CAD】

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液壓油缸也是基于以密閉容器中的靜壓力傳遞力和功率這一原理實(shí)現(xiàn)工作目的的。目前以其可實(shí)現(xiàn)大范圍的無(wú)級(jí)調(diào)速、體積小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、慣性小，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、過(guò)載保護(hù)以及良好的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化特點(diǎn)廣泛應(yīng)用工程領(lǐng)域。當(dāng)前正繼續(xù)向著以下幾個(gè)方面發(fā)展： （1）節(jié)能 近年來(lái)，由于世界能源的緊缺，各國(guó)都把液壓傳動(dòng)的節(jié)能問(wèn)題作為液壓技術(shù)發(fā)展的重要課題。20世紀(jì)70年代后期，德、美等國(guó)相繼研制成功負(fù)載敏感泵及低功率電磁鐵等。最近美國(guó)威克斯公司又研制成功用于功率匹配系統(tǒng)的CMX閥。 （2）與微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合 20世紀(jì)80年代以來(lái)，逐步完善和普及的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和集成傳感技術(shù)為液壓技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合創(chuàng)造了條件。隨著微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了各種數(shù)字閥和數(shù)字泵，并出現(xiàn)了把單片機(jī)直接裝在液壓組件上的具有位置或力反饋的閉環(huán)控制液壓元件及裝置。 （3）運(yùn)行的可靠性 由于有限元法在液壓元件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，可靠性實(shí)驗(yàn)、研究工作的廣泛開展以及新材料、新工藝的發(fā)展等，使液壓元件的壽命得到提高。由于對(duì)飛機(jī)、船舶、冶金等一些重要液壓系統(tǒng)采用多裕度設(shè)計(jì)，并在系統(tǒng)中設(shè)置旁路凈化回路及具有初級(jí)智能的自動(dòng)故障檢測(cè)儀表等，加強(qiáng)了油液的污染度控制。上述領(lǐng)域內(nèi)的一些重要成果，使液壓系統(tǒng)的可靠性逐年提高。 （4）高度的集成化 把疊加閥、集成塊、插裝閥以及各種控制閥集成于液壓泵及液壓執(zhí)行元件上形成組合元件，有些還把單片機(jī)等集成在其控制機(jī)構(gòu)上，達(dá)到了集機(jī)、電、液于一體的高度集成化。 （5）高壓、低躁聲、提高密封性能等 高壓、高轉(zhuǎn)速、低噪聲組件的研究，高效濾材的研究，環(huán)保型工作介質(zhì)及其相應(yīng)高壓液壓組件的研究等也是值得注意的動(dòng)向。 2．課題研究的目的、意義及工作設(shè)想 合理、正確的設(shè)計(jì)液壓油缸是設(shè)計(jì)和制造液壓設(shè)備的基礎(chǔ)和保證，同時(shí)，也是很好的對(duì)整個(gè)學(xué)習(xí)期間專業(yè)知識(shí)的總結(jié)，提高對(duì)專業(yè)知識(shí)的綜合利用能力為在實(shí)際的工作崗位上打下堅(jiān)實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)。 3．液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) 一、優(yōu)點(diǎn) 　　(1)傳動(dòng)平穩(wěn) 在液壓傳動(dòng)裝置中，由于油液的壓縮量非常小，在通常壓力下可以認(rèn)為不可壓縮，依靠油液的連續(xù)流動(dòng)進(jìn)行傳動(dòng)。油液有吸振能力，在油路中還可以設(shè)置液壓緩沖裝置，故不像機(jī)械機(jī)構(gòu)因加工和裝配誤差會(huì)引起振動(dòng)扣撞擊，使傳動(dòng)十分平穩(wěn)，便于實(shí)現(xiàn)頻繁的換向；因此它廣泛地應(yīng)用在要求傳動(dòng)平穩(wěn)的機(jī)械上，例如磨床幾乎全都采用了液壓傳動(dòng)。 　　(2)質(zhì)量輕體積小 液壓傳動(dòng)與機(jī)械、電力等傳動(dòng)方式相比，在輸出同樣功率的條件下，體積和質(zhì)量可以減少很多，因此慣性小、動(dòng)作靈敏；這對(duì)液壓仿形、液壓自動(dòng)控制和要求減輕質(zhì)量的機(jī)器來(lái)說(shuō)，是特別重要的。例如我國(guó)生產(chǎn)的1m3挖掘機(jī)在采用液壓傳動(dòng)后，比采用機(jī)械傳動(dòng)時(shí)的質(zhì)量減輕了1t。 　　(3)承載能力大 液壓傳動(dòng)易于獲得很大的力和轉(zhuǎn)矩，因此廣泛用于壓制機(jī)、隧道掘進(jìn)機(jī)、萬(wàn)噸輪船操舵機(jī)和萬(wàn)噸水壓機(jī)等。 　　(4)容易實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速 在液壓傳動(dòng)中，調(diào)節(jié)液體的流量就可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)凋速，并且凋速范圍很大，可達(dá)2000：1，很容易獲得極低的速度。 　　(5)易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù) 液壓系統(tǒng)中采取了很多安全保護(hù)措施，能夠自動(dòng)防止過(guò)載，避免發(fā)生事故。 　　(6)液壓元件能夠自動(dòng)潤(rùn)滑 由于采用液壓油作為工作介質(zhì)，使液壓傳動(dòng)裝置能自動(dòng)潤(rùn)滑，因此元件的使用壽命較長(zhǎng)。 　　(7)容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動(dòng)作 采用液壓傳動(dòng)能獲得各種復(fù)雜的機(jī)械動(dòng)作，如仿形車床的液壓仿形刀架、數(shù)控銑床的液壓工作臺(tái)，可加工出不規(guī)則形狀的零件． 　　(8)簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu) 采用液壓傳動(dòng)可大大地簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)，從而減少了機(jī)械零部件數(shù)目。 　　(9)便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化 液壓系統(tǒng)中，液體的壓力、流量和方向是非常容易控制的，再加上電氣裝置的配合，很容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的自動(dòng)工作循環(huán)。目前，液壓傳動(dòng)在組合機(jī)床和自動(dòng)線上應(yīng)用得很普遍。 　　(10)便于實(shí)現(xiàn)“三化” 液壓元件易于實(shí)現(xiàn)系列比、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化．也易于設(shè)計(jì)和組織專業(yè)性大批量生產(chǎn)，從而可提高生產(chǎn)率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本。 　　二、缺點(diǎn) 　　(1)液壓元件制造精度要求高 由于元件的技術(shù)要求高和裝配比較困難，使用維護(hù)比較嚴(yán)格。 　　(2)實(shí)現(xiàn)定比傳動(dòng)困難 液壓傳動(dòng)是以液壓油為工作介質(zhì)，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面間不可避免的要有泄漏，同時(shí)油液也不是絕對(duì)不可壓縮的。因此不宜應(yīng)用在在傳動(dòng)比要求嚴(yán)格的場(chǎng)合，例如螺紋和齒輪加工機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)。 　　(3)油液受溫度的影響 由于油的粘度隨溫度的改變而改變，故不宜在高溫或低溫的環(huán)境下工作。 　(4)不適宜遠(yuǎn)距離輸送動(dòng)力 由于采用油管傳輸壓力油，壓力損失較大，故不宜遠(yuǎn)距離輸送動(dòng)力。 　　(5)油液中混入空氣易影響工作性能 油液中混入空氣后，容易引起爬行、振動(dòng)和噪聲，使系統(tǒng)的工作性能受到影響。 　　(6)油液容易污染 油液污染后，會(huì)影響系統(tǒng)工作的可靠性。 　　(7)發(fā)生故障不易檢查和排除。 二．畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容及任務(wù) 1．設(shè)計(jì)思想 基于以密閉容器中的靜壓力傳遞力和功率這一原理，結(jié)合實(shí)際工作中的工況條件和要求，在完成了工況分析、負(fù)載計(jì)算以及選定工作壓力的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)。液壓傳動(dòng)是利用帕斯卡原理，即在密閉容積內(nèi)，施加在靜止液體邊界上的壓力，在液體內(nèi)可以向所有方向等值地傳遞到液體各點(diǎn)。 液壓傳動(dòng)的基本原理：液壓系統(tǒng)利用液壓泵將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能，通過(guò)液體壓力能的變化來(lái)傳遞能量，經(jīng)過(guò)各種控制閥和管路的傳遞，借助于液壓執(zhí)行元件(缸或馬達(dá))把液體壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，從而驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。其中的液體稱為工作介質(zhì)，一般為礦物油，它的作用和機(jī)械傳動(dòng)中的皮帶、鏈條和齒輪等傳動(dòng)元件相類似。 在液壓傳動(dòng)中，液壓油缸就是一個(gè)最簡(jiǎn)單而又比較完整的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，分析它的工作過(guò)程，可以清楚的了解液壓傳動(dòng)的基本原理。 2．設(shè)計(jì)方案 （1）整理有關(guān)方面的資料，根據(jù)使用要求確定結(jié)構(gòu)形式和安裝方式。 （2）根據(jù)負(fù)載情況、運(yùn)動(dòng)速度、最大行程和工作壓力等要求計(jì)算出主要結(jié)構(gòu)尺寸。 1.結(jié)構(gòu)尺寸的確定原則 液壓缸已有系列標(biāo)準(zhǔn)可供選用，但有時(shí)還需自行設(shè)計(jì)一些非標(biāo)準(zhǔn)液壓缸。液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸與主機(jī)的工作機(jī)構(gòu)有直接關(guān)系，其設(shè)計(jì)是在完成了工況分析、負(fù)載計(jì)算以及選定了工作壓力的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。 2.缸筒內(nèi)徑的確定 對(duì)于活塞桿液壓缸，計(jì)算缸筒內(nèi)徑D時(shí)，通常有兩種計(jì)算方法，一種是根據(jù)液壓缸需要生產(chǎn)的推力F和系統(tǒng)選定的工作壓力p來(lái)計(jì)算（設(shè)回油壓力為零），計(jì)算式為 （4—14） 另一種方法是根據(jù)運(yùn)動(dòng)速度v和輸入流量q來(lái)確定剛通內(nèi)徑D，計(jì)算式為 （4—15） 式中 、—液壓缸的機(jī)械效率及容積效率。 按式（4—14）或（4—15）計(jì)算出缸筒內(nèi)徑D后，還要根據(jù)GB/T2348—1993加以圓整。一般設(shè)計(jì)缸筒內(nèi)徑采用前一種方法，后一種方法用來(lái)校核所設(shè)計(jì)缸筒內(nèi)徑能否滿足最低工作進(jìn)給的速度要求。 3.活塞桿直徑的確定 活塞桿直徑d的計(jì)算方法，通常是在缸筒內(nèi)徑D已確定，在滿足一定速度比的情況下，來(lái)確定活塞桿的直徑d，其計(jì)算式為 （4—16） 按式（4—16）計(jì)算出活塞桿的直徑d后，再按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整，然后按其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性進(jìn)行校核。 4.其他結(jié)構(gòu)尺寸按照使用情況確定 液壓缸行程L主要根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)要求而定。為了簡(jiǎn)化工藝、降低成本、增加產(chǎn)品通用性，應(yīng)盡量采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)系列值（參看GB/T2349—1980）。 當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支撐面中點(diǎn)到導(dǎo)向滑動(dòng)面中點(diǎn)的距離H稱為液壓缸的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度，對(duì)于一般液壓缸，其最小導(dǎo)向長(zhǎng)度由下式確定，即 （4—17） 式中L—液壓缸的最大行程； D—缸筒內(nèi)徑。 活塞的寬度B一般取0.6D~1D；端蓋滑動(dòng)支撐面長(zhǎng)度l1根據(jù)內(nèi)徑確定，即 當(dāng)D>80mm時(shí)，取l1=（0.6~1）D 當(dāng)D<80mm時(shí)，取l1=（0.6~1）d 為保證最小導(dǎo)向長(zhǎng)度，過(guò)分加大B及l(fā)1都是不可取的，必要時(shí)可以在活塞與導(dǎo)向滑動(dòng)面之間裝隔環(huán)，隔環(huán)寬度C由下式確定，即 （4—18） （3）對(duì)部分零件進(jìn)行強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性驗(yàn)算并進(jìn)行緩沖計(jì)算 1.缸筒壁厚強(qiáng)度計(jì)算及校核 液壓缸直徑D確定后，其壁厚由強(qiáng)度條件來(lái)確定，壁厚強(qiáng)度計(jì)算有兩種情況。 1）按薄壁筒公式計(jì)算 對(duì)于低壓系統(tǒng)或當(dāng)缸徑D與壁厚δ的比值D/δ≥12.5時(shí)，一般按薄壁圓筒計(jì)算，即 （4—19） 式中py—試驗(yàn)壓力。當(dāng)工作壓力p≤16MPa時(shí)，py=1.5p；當(dāng)壓力p＞16MPa時(shí)，py=1.25p； [σ]—缸筒材料的許用應(yīng)力，[σ]= σb/n，σb為缸筒材料的抗拉強(qiáng)度，n為安全系數(shù)，一般取n=5. 2）按后壁圓筒公式計(jì)算 對(duì)于中高壓系統(tǒng)或當(dāng)缸徑D與壁厚δ的比值D/δ＜3.2時(shí)，一般按后壁筒計(jì)算。若缸筒由塑性材料制造，缸筒壁厚應(yīng)按第四強(qiáng)度理論計(jì)算，即 （4—20） 若缸筒由脆性材料制造，缸筒壁厚應(yīng)按第二強(qiáng)度理論計(jì)算，即 （4—21） 2.活塞桿強(qiáng)度及穩(wěn)定性校核 活塞桿全部伸出時(shí)，活塞桿頂端至液壓缸支撐點(diǎn)之間的距離稱為計(jì)算長(zhǎng)度l，其值與液壓缸的安裝形式有關(guān)。根據(jù)計(jì)算長(zhǎng)度l與活塞桿直徑d的不同比值，應(yīng)對(duì)活塞桿進(jìn)行不同項(xiàng)目的校核。 當(dāng)計(jì)算長(zhǎng)度與活塞桿直徑d之比l/d＜10時(shí)，屬于短行程液壓缸，主要校核其拉壓強(qiáng)度。 當(dāng)活塞桿受壓時(shí)，若計(jì)算長(zhǎng)度與活塞桿直徑d之比l/d＞10，容易出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，發(fā)生縱向彎曲破壞，這時(shí)必須進(jìn)行活塞桿的穩(wěn)定性校核?；钊麠U所能承受的符合應(yīng)滿足以下條件，即 （4—22） 式中—安全系數(shù)，一般取=2~4，沖擊載荷較大時(shí)還可取大一些； —液壓缸活塞桿產(chǎn)生縱向彎曲喪失穩(wěn)定時(shí)的臨界負(fù)荷。 當(dāng)細(xì)長(zhǎng)比l/K≥m時(shí)，臨界負(fù)荷用歐拉公式計(jì)算，即 （4—23） 式中K—活塞桿截面的回轉(zhuǎn)半徑，； J—活塞桿截面的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； A—活塞桿截面積； m—柔性系數(shù)； n—末端系數(shù)； E—活塞桿材料的彈性模量。 當(dāng)細(xì)長(zhǎng)比l/K＜m時(shí)，臨界負(fù)荷用戈登—蘭金公式計(jì)算，即 （4—24） 式中—材料強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)值，按表4-2選??； a—實(shí)驗(yàn)常數(shù)。 此外還應(yīng)對(duì)螺紋聯(lián)接強(qiáng)度、卡環(huán)聯(lián)接強(qiáng)度、焊接聯(lián)接強(qiáng)度和液壓缸的制動(dòng)和緩沖裝置進(jìn)行計(jì)算，使所設(shè)計(jì)的液壓缸滿足使用要求。 （4）結(jié)合注意事項(xiàng)完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)中與計(jì)算中應(yīng)注意的問(wèn)題 1）液壓缸結(jié)構(gòu)形式的選擇關(guān)系到液壓缸的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能設(shè)計(jì)，因此必須根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，對(duì)不同形式的液壓缸進(jìn)行充分分析和對(duì)比，然后參考同類設(shè)備使用情況來(lái)確定。 2）在保證實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的前提下，應(yīng)使液壓缸外形尺寸盡可能小。 3）應(yīng)盡量使活塞桿在受拉狀態(tài)下承受最大負(fù)載，但一般情況活塞桿多在受壓狀態(tài)下工作。因此，為避免產(chǎn)生縱向彎曲，應(yīng)保證液壓缸在受壓狀態(tài)下具有良好的穩(wěn)定性。 4）具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要按照推薦的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行，盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件，結(jié)構(gòu)盡可能簡(jiǎn)單，且便于加工、裝配和維修。 5）不一定所有液壓缸都要設(shè)置緩沖和排氣裝置，應(yīng)根據(jù)具體情況和要求而定，有時(shí)可在系統(tǒng)中考慮。 6）確定液壓缸安裝固定形式時(shí)，必須考慮到缸筒和活塞桿受熱后會(huì)伸長(zhǎng)的問(wèn)題。因此，定位銷只能打在液壓缸一端的兩側(cè)；雙桿活塞缸的活塞桿與運(yùn)動(dòng)部件不能采用剛性連接。 （5）整理設(shè)計(jì)說(shuō)明書，繪制有關(guān)圖紙，整理有關(guān)設(shè)計(jì)資料、材料。 3．課題研究擬采用的方法和手段 采用單活塞桿式液壓缸的設(shè)計(jì)形式，以液壓傳動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)為指導(dǎo)，結(jié)合力學(xué)分析、計(jì)算、校核方法，繪圖以CAD完成。 1.主要零部件強(qiáng)度校核 2.缸筒壁厚強(qiáng)度計(jì)算及校核 3.活塞桿強(qiáng)度及穩(wěn)定性校核及緩沖計(jì)算 設(shè)計(jì)主要尺寸圖紙 （1）液壓缸裝配圖一張----------------0號(hào)圖紙 （2）活塞桿零件圖一張----------------1號(hào)圖紙 （3）液壓缸缸筒零件圖一張------------1號(hào)圖紙 （4）液壓缸緩沖裝置組件圖一張--------2號(hào)圖紙 （5）液壓缸支承盤零件圖一張----------2號(hào)圖紙 （6）液壓缸活塞組件圖一張------------2號(hào)圖紙 （7）液壓缸導(dǎo)向套零件圖一張----------2號(hào)圖紙 4．預(yù)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的最終目標(biāo)及達(dá)到的水平 實(shí)現(xiàn)有關(guān)液壓油缸的高品質(zhì)設(shè)計(jì)，要求其使用性能的提高，參數(shù)明確合理，應(yīng)用專業(yè)知識(shí)系統(tǒng)，并能提高對(duì)液壓油缸的認(rèn)識(shí)。 三．畢業(yè)設(shè)計(jì)工作計(jì)劃及進(jìn)度安排 第1周 明確設(shè)計(jì)任務(wù)，根據(jù)課題要求查閱資料，借參考書； 第2周 寫開題報(bào)告,查閱相關(guān)外文資料； 第3周 選擇并確定外文翻譯內(nèi)容，進(jìn)行外文翻譯； 第4周 完成開題報(bào)告；完成外文翻譯； 第5周 上交開題報(bào)告、外文翻譯，進(jìn)行總體方案及總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 第6周 熟悉零件結(jié)構(gòu)，熟悉繪圖軟件的使用； 第7周 熟悉零件結(jié)構(gòu)； 第8周 熟悉繪圖軟件的使用； 第9周 上交開題報(bào)告，外文翻譯； 第10周 進(jìn)行整體方案及總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 第11周 進(jìn)行整體方案及總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算； 第12周 校合尺寸，開始準(zhǔn)備畫圖； 第13周 整體修改整理圖紙； 第14周 撰寫設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書； 第15周 修改整理設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書； 第16周 修改、整理、排版、打印、裝訂； 第17周 教師評(píng)閱，準(zhǔn)備答辯。 四．參考文獻(xiàn) [1] 王章忠.機(jī)械工程材料. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001 [2] 吳宗澤.機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè). 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002 [3] 李益民.機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè). 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005 [4] 陳立德.機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì).北京.高等教育出版社,2006 [5] 戴亞春.機(jī)械制造工藝實(shí)習(xí)指導(dǎo)書. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007 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