機(jī)械設(shè)計(jì)液壓缸設(shè)計(jì)

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1、浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）、學(xué)位論文 版權(quán)使用授權(quán)書 本人 楊益峰 學(xué)號(hào) 106015086 聲明所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）、學(xué)位論文《 激振器用液壓缸設(shè)計(jì) 》，是在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，與我一同工作的人員對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。 本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）、學(xué)位論文作者愿意遵守浙江科技學(xué)院 關(guān)于保留、使用學(xué)位論文的管理辦法及規(guī)定，允許畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）、學(xué)位論文被查閱。本人授權(quán) 浙江科技學(xué)院 可以將畢業(yè)設(shè)計(jì)（

2、論文）、學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫在校園網(wǎng)內(nèi)傳播，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）、學(xué)位論文。 （保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)書） 論文作者簽名： 導(dǎo)師簽名： 簽字日期： 年 月 日 簽字日期： 年 月 日 激振器用液壓缸設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名：楊益峰 指導(dǎo)教師：楊禮康 浙江科技學(xué)院機(jī)械與汽車工程學(xué)院 摘 要

3、 減振器是車輛懸掛系統(tǒng)中主要的阻尼元件，它能緩和車輛的振動(dòng)，提高乘坐舒適性，降低車體給各部分的動(dòng)應(yīng)力，提高整車壽命和安全性。減振器性能的優(yōu)劣直接影響到車輛的性能。因此，設(shè)計(jì)生產(chǎn)高質(zhì)量的減振器是提高車輛技術(shù)性能的重要內(nèi)容。然而，設(shè)計(jì)生產(chǎn)高質(zhì)量的減振器需要性能完善、先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)與測(cè)試設(shè)備做保證。液壓激振試驗(yàn)臺(tái)就是其中最重要的一種。 本論文以最新試驗(yàn)臺(tái)技術(shù)及先進(jìn)液壓技術(shù)為基礎(chǔ)，著眼于液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，根據(jù)車輛減振器實(shí)驗(yàn)裝置的要求，應(yīng)用液壓傳動(dòng)及相關(guān)理論，針對(duì)液壓激振裝置中液壓系統(tǒng)的特點(diǎn)

4、，計(jì)算并選擇其必須的關(guān)鍵部件，同時(shí)設(shè)計(jì)相應(yīng)的液壓缸結(jié)構(gòu)，最終設(shè)計(jì)出可實(shí)現(xiàn)正弦、隨機(jī)振動(dòng)等試驗(yàn)和符合相關(guān)技術(shù)要求的較為可靠的液壓缸系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞： 液壓激振器 液壓缸 設(shè)計(jì) i Vehicle shock absorber test equipment hydraulic cylinder design Student: Yifeng Yang Advisor: Dr.Ling-Kang Yang School of Mechanical and Automotive Engineering

5、 Zhejiang University of Science and Technology Abstract Shock is the main vehicle suspension damping components, it can ease the vehicle vibration and improve comfort and reduce the body to various parts of dynamic stress, increase vehicle life and safety. Damper merits of a direct impact on

6、 vehicle performance. Therefore, the design and production of high quality shock absorber is to improve the technical performance of the important vehicles. However, the design and production of high-quality performance shock absorbers need to complete and modern equipment to do experiments and test

7、ing guarantee. Hydraulic vibration test stand is one of the most important one. In this thesis, the latest technology and advanced hydraulic test bench technology, focusing on the structural design of hydraulic cylinder, shock absorber test unit according to the vehicle requirements and the applica

8、tion of the theory of hydraulic transmission, hydraulic vibration device for the hydraulic characteristics of the system, calculate and select the necessary key components, while the corresponding hydraulic cylinder design the structure of the final design can be realized sine, random vibration test

9、 and meet the relevant technical requirements of the more reliable hydraulic cylinder system. Keywords：Hydraulic Vibrator Hydraulic cylinder Design ii 目 錄 中文摘要 i 英文摘要 ii 目錄 iii 第一章 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 研究目的與系統(tǒng)描述 1 1.3 電液式激振器 2 1.4 電液式激振器的優(yōu)點(diǎn) 3 第二章 試驗(yàn)臺(tái)方案設(shè)計(jì) 4

10、 2.1 激振形式的選擇 4 2.2 試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試原理 5 2.3 試驗(yàn)臺(tái)方案設(shè)計(jì) 5 2.4 試驗(yàn)臺(tái)主機(jī)結(jié)構(gòu) 6 2.5 液壓缸的種類選擇 7 第三章 液壓缸的主要部件設(shè)計(jì) 10 3.1 工作壓力的確定 10 3.2 缸筒設(shè)計(jì) 10 3.3 活塞設(shè)計(jì) 14 3.4 活塞桿設(shè)計(jì) 15 第四章 液壓油缸其他部件設(shè)計(jì) 19 4.1 法蘭設(shè)計(jì) 19 4.2 力變送器接頭設(shè)計(jì) 20 4.3 導(dǎo)向座設(shè)計(jì) 20 4.4 位移傳感器座設(shè)計(jì) 22 4.5 透蓋設(shè)計(jì) 22 iii第五章 總結(jié) 24 致謝

11、25 參考文獻(xiàn) 26 iv 第一章 緒論 1.1 研究背景 當(dāng)今社會(huì)，汽車已成為人們生活生產(chǎn)中不可或缺的重要組成部分。近幾年，在我國(guó)汽車工業(yè)也迎來了井噴式的快速發(fā)展期。根據(jù)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)有關(guān)資料，以今年4月份為例：全國(guó)乘用車市場(chǎng)繼續(xù)保持較好的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，銷售環(huán)比雖有所回落，但同比仍高速增長(zhǎng)；前四個(gè)月，乘用車銷售達(dá)到463萬輛，已超2009年上半年的銷量，同比增長(zhǎng)64%。 4月，乘用車共銷售111.09萬輛，環(huán)比下降12.18%，同比增長(zhǎng)33.

12、21%?；拘统擞密嚕ㄞI車）銷售75.98萬輛，同比增長(zhǎng)27.88%；多功能乘用車（MPV）銷售3.85萬輛，環(huán)比增長(zhǎng)0.69%，同比增長(zhǎng)97.85%；運(yùn)動(dòng)型多用途乘用車（SUV）銷售10.40萬輛，與上月持平，同比增長(zhǎng)1.1倍；交叉型乘用車銷售20.86萬輛，同比增長(zhǎng)21.55%。1-4月，乘用車銷售463.48萬輛，同比增長(zhǎng)63.64%。由這組數(shù)據(jù)可知汽車工業(yè)的重要性。 減振器是車輛懸掛系統(tǒng)中主要的阻尼元件，它能緩和車輛的振動(dòng)，提高乘坐舒適性，降低車體給各部分的動(dòng)應(yīng)力，提高整車壽命和安全性。減振器性能的優(yōu)劣直接影響到車輛的性能。因此，設(shè)計(jì)生產(chǎn)高質(zhì)量的減振器是提高車輛技術(shù)性能的重要內(nèi)容。然

13、而，設(shè)計(jì)生產(chǎn)高質(zhì)量的減振器需要性能完善、先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)與測(cè)試設(shè)備做保證。液壓激振試驗(yàn)臺(tái)就是其中最重要的一種。 在上世紀(jì)八十年代，使用較多的機(jī)械式試驗(yàn)臺(tái)是J85試驗(yàn)臺(tái)，它通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)減振器做近似的簡(jiǎn)諧振動(dòng)。通過彈性扭桿測(cè)力和振幅，并依靠人工處理數(shù)據(jù)。由于它只能夠得到一定振動(dòng)速度下的示功圖，并且效率低，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性差，只能夠垂向減振器試驗(yàn)，不能夠完成橫向以及抗蛇行減振器檢測(cè)，現(xiàn)在基本上已經(jīng)淘汰不用。取而代之就是液壓式激振試驗(yàn)臺(tái)。 1.2 研究目的與系統(tǒng)描述 1 為了適應(yīng)當(dāng)前汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，汽車用新技術(shù)層出不窮，但是，新技術(shù)總是會(huì)存在一些缺陷和不足，出于安全等因素的考慮，一項(xiàng)新

14、技術(shù)的真正投入使用，需要經(jīng)過各種評(píng)測(cè)與實(shí)驗(yàn)。而減振器關(guān)系到汽車的舒適、安全性能，不斷出現(xiàn)技術(shù)更新，這就要求減振器的檢測(cè)——激振試驗(yàn)臺(tái)不斷技術(shù)革新，采用其他更為先進(jìn)的激振測(cè)試技術(shù)，設(shè)計(jì)試驗(yàn)裝置，測(cè)試新型產(chǎn)品的性能，檢驗(yàn)以及修正設(shè)計(jì)結(jié)果。液壓缸作為激振器的核心部件，顯得尤為重要。本論文就以此為背景進(jìn)行激振器用液壓缸的設(shè)計(jì)。 2 常用的激振器有電動(dòng)式、電磁式和電液式等幾種，此外還有用于小型、薄壁結(jié)構(gòu)的壓電激振器、高頻激振的磁致伸縮激振器和高聲強(qiáng)激振器等。電液激振臺(tái)一般由作動(dòng)器、伺服閥、液壓源、作動(dòng)器控制裝置和油源控制及測(cè)量?jī)x表等五部分組成。作動(dòng)器由液壓缸、臺(tái)面和位移傳感器等組成；伺服閥是將微小電

15、信號(hào)轉(zhuǎn)換為大功率液壓作動(dòng)的核心部件；液壓源通常由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、液壓泵、溢流閥、過濾器、蓄能器及其它液壓閥等組成，向作動(dòng)器提供流體動(dòng)力；控制裝置根據(jù)臺(tái)面位移傳感器的反饋信號(hào)及信號(hào)源計(jì)算對(duì)伺服閥的控制電流。 1.3 電液式激振器 在激振大型設(shè)備時(shí)，為得到較大的響應(yīng)，此時(shí)則需要很大的激振力，這時(shí)可采用電液式激振器。其結(jié)構(gòu)原理如圖1-1所示。 1-頂桿 2-伺服閥 3-活塞 圖1-1 電液式激振器 信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)經(jīng)過放大后，經(jīng)由電動(dòng)激振器，操縱閥和功率閥所組成的電液伺服閥2，控制油路使活塞3作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并以頂桿1去激勵(lì)被激對(duì)象?；钊瞬枯斎胍欢ㄓ蛪旱挠停纬伸o壓力p，對(duì)被激

16、對(duì)象施加預(yù)載荷。用力傳感器測(cè)量交變激勵(lì)力p1和靜壓力p。 電液式激振器激振力大，行程亦大，單位力的體積小。但由于油液的可壓縮性和調(diào)整流動(dòng)壓力油的摩擦，使電液式激 振器的高頻特性變差，一般只適用于較低的頻率范圍，通常為零點(diǎn)幾赫茲到數(shù)百赫茲，其波形也比電動(dòng)式激振器差。此外，它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求也高，并需一套液壓系統(tǒng)，成本較高。 1.4 電液式激振器的優(yōu)點(diǎn) 與電動(dòng)式激振、電液激振和電磁激振相比，液壓激振不但可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)頻和調(diào)幅，而且使傳動(dòng)系統(tǒng)大大簡(jiǎn)化，操作簡(jiǎn)便、省力且成本也較低。 目前工業(yè)生產(chǎn)中使用的液壓激振器一般是由振動(dòng)液壓缸、液控?fù)Q向閥和彈性元件等組成，通常采用液壓系統(tǒng)

17、保證振動(dòng)頻率穩(wěn)定且使之可調(diào)。激振器液壓缸為雙出桿差動(dòng)液壓缸，活塞桿的一端連結(jié)在彈性元件上，另一端則作為輸出振動(dòng)元件。而激波式液壓激振器是基于激波原理而研制的新型液壓元件，它由殼體、激波器、液壓缸及其拖動(dòng)裝置組成，采用激波器控制雙作用液壓缸產(chǎn)生振動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)振幅、頻率無級(jí)可調(diào)。因此，調(diào)整這種激振器的輸出振幅和振動(dòng)頻率，即可滿足多種工作點(diǎn)的振動(dòng)機(jī)械的要求，做到一機(jī)多能。另外，激波式液壓激振器輸出響應(yīng)速度快，在帶負(fù)載起動(dòng)和停止時(shí)，不存在振動(dòng)頻率越過共振區(qū)的問題，使機(jī)器能平穩(wěn)起動(dòng)和停車。采用激波器控制差動(dòng)液壓缸活塞的位移(振幅)是通過激波器以全流量供液狀態(tài)下產(chǎn)生的，因此，節(jié)流損失極少，工作效率高。

18、 3 第二章 試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)方案 2.1 激振形式的選擇 激振試驗(yàn)臺(tái)發(fā)展到現(xiàn)在，激振器大致可以分為以下幾類： 表2-1激振臺(tái)種類及性能特點(diǎn) 類型 主要原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 主要性能特點(diǎn) 機(jī)械式 利用凸輪、曲柄連桿、偏心質(zhì)量等方式推動(dòng)臺(tái)面；或改變支撐臺(tái)面彈簧剛度使工作臺(tái)面在不同頻率下共振 適用于正弦振動(dòng)試驗(yàn)，價(jià)格低廉，工作可靠，但缺少甚低頻，波形失真大 電動(dòng)式 由恒定磁場(chǎng)和僅次于磁場(chǎng)中能有一定交變電流的線圈相互作用產(chǎn)生交變激振力 激振力大，波形好，但缺少甚低頻，價(jià)格高，有漏磁 電磁式 由電磁鐵和磁性材料相作用產(chǎn)生激振力 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，但缺少甚低頻，

19、波形差，激振力不易控制，可用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸類激振，振動(dòng)試驗(yàn)中較少使用 壓電式 由壓電元件的壓電效應(yīng)產(chǎn)生激振動(dòng)力 可達(dá)高工作頻率，同樣缺少甚低頻，且激振力小 磁致伸縮式 由磁致伸縮效應(yīng)產(chǎn)生激振力 用于超聲波激振 電液式 使用電流伺服閥作為電控信號(hào)產(chǎn)生周期性正弦振動(dòng)或隨機(jī)振動(dòng) 有甚低頻，適用于正弦、隨機(jī)等振動(dòng)，激振力大 各激振臺(tái)的主要性能特點(diǎn)如表2-1所示，常用的工作頻率范圍如表2-2所示。 表2-2不同激振臺(tái)常用的工作頻率范圍 類型 可能的工作頻率范圍 機(jī)械式 1~300Hz 電動(dòng)式 5~10，0

20、00Hz 電磁式 20~2000Hz 壓電式 20~50，000Hz 磁致伸縮式 4 可達(dá)幾十千赫茲 電液式 甚低頻~500Hz 從表2-1和表2-2中可以看出僅電液式有甚低頻，推力大，并且可以產(chǎn)生各種形式的激振力。實(shí)際上，電液激振臺(tái)在振動(dòng)試驗(yàn)設(shè)備中占有重要的地位。電液激振臺(tái)可獲得大位移量的振動(dòng)，低頻時(shí)最大振幅可達(dá)2.5m；頻率可以很低，接近零頻，激振力最大可達(dá)107N；并且臺(tái)面無磁場(chǎng)干擾（很適于基于磁流變技術(shù)的懸掛系統(tǒng)）；特別適于大負(fù)荷、大激振力、頻寬適中的場(chǎng)合，尤其是適于車輛懸掛系統(tǒng)真實(shí)工況的模擬，所以本次畢業(yè)設(shè)計(jì)以電液式激振器為主題，進(jìn)行液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算。 電液

21、激振臺(tái)一般由作動(dòng)器、伺服閥、液壓源、作動(dòng)器控制裝置和油源控制及測(cè)量?jī)x表等五部分組成。作動(dòng)器由液壓缸、臺(tái)面和位移傳感器等組成；伺服閥是將微小電信號(hào)轉(zhuǎn)換為大功率液壓作動(dòng)的核心部件；液壓源通常由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、液壓泵、溢流閥、過濾器、蓄能器及其它液壓閥等組成，向作動(dòng)器提供流體動(dòng)力；控制裝置根據(jù)臺(tái)面位移傳感器的反饋信號(hào)及信號(hào)源計(jì)算對(duì)伺服閥的控制電流。 2.2 試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試原理 試驗(yàn)臺(tái)主要用于減振器特性(示功特性、速度特性等)的試驗(yàn)。為此需要模擬減振器的實(shí)車工況，為減振器試驗(yàn)提供各種激振。如筒諧波、方波、三角渡、隨機(jī)路面譜等。試驗(yàn)臺(tái)采用如下測(cè)控方案：采用微機(jī)作為主測(cè)控機(jī)，通過數(shù)據(jù)采集卡對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)控。

22、試驗(yàn)臺(tái)動(dòng)作指令由主測(cè)控機(jī)發(fā)出，通過D/A接口進(jìn)入伺服控制器進(jìn)行信號(hào)放大和PID調(diào)節(jié)，然后輸出電流信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電液伺服閥；電液伺服閥根據(jù)信號(hào)，使液壓缸按要求的方向和速度運(yùn)動(dòng)；液壓缸在運(yùn)動(dòng)的同時(shí)帶動(dòng)減振器運(yùn)動(dòng)，并分別通過位移傳感器測(cè)量位移、力傳感器測(cè)量阻尼力。檢測(cè)的位移信號(hào)和力信號(hào)通過適當(dāng)調(diào)理分別進(jìn)入數(shù)據(jù)采集卡的兩路A／D中，然后計(jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù)處理得到要求的減振器特性曲線。本測(cè)控方案采用位置反饋控制，因此位移信號(hào)還同時(shí)送到伺服控制器中。 2.3 試驗(yàn)臺(tái)方案設(shè)計(jì) 5 本試驗(yàn)臺(tái)采用伺服閥控制液壓缸往復(fù)運(yùn)動(dòng)，直接形成激振波形。試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)原理如圖2-1所示。 圖2-1 測(cè)試系統(tǒng)原理圖

23、 2.4 試驗(yàn)臺(tái)主機(jī)結(jié)構(gòu) 試驗(yàn)臺(tái)主機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2-2所示： 圖2-2 減振器測(cè)試臺(tái)示意圖 1 — 底架 2 — 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 3 — 夾緊塊 4 — 上活動(dòng)臺(tái) 5 — 立柱 6 — 上固定臺(tái) 7 — 調(diào)節(jié)絲桿 8 — 力傳感器（YZ101C/2T） 9 — 減振器 10 — 下活動(dòng)臺(tái) 11 — 下固定臺(tái) 6 12 — 伺服缸 13 — 位移傳感器（IC-F-300-E-M） 2.5 液壓缸的種類選擇 表2-3 常見液壓缸類型及種類 分類 名稱 圖形 說明 活 塞 式 液 壓 缸 單

24、 桿 單作用 活塞單向作用，依靠彈簧使 活塞復(fù)位 雙作用 活塞雙向作用，左、右移動(dòng)速度不等，差動(dòng)連接時(shí)，可提高運(yùn)動(dòng)速度 雙桿 + 活塞左、右運(yùn)動(dòng)速度相等 柱 塞 式 液 壓 缸 單柱塞 柱塞單向作用，依靠外力使柱塞運(yùn)動(dòng) 雙柱塞 雙柱塞雙向作用 擺 動(dòng) 式 液 壓 缸 單葉片 7 輸出轉(zhuǎn)軸擺動(dòng)角度小于 分類 名稱 圖形 說明 擺 動(dòng) 式 液 壓 缸 雙葉片 輸出轉(zhuǎn)軸擺

25、動(dòng)角度小于 其 他 液 壓 缸 增力液壓缸 當(dāng)液壓缸直徑受到限制而長(zhǎng)度不受限制時(shí)，可獲得大的推力 增壓液壓缸 由兩種不同直徑的液壓缸組成，可提高B腔中的液壓力 伸縮式液壓缸 由兩層或多層液壓組成組成，可增加活塞行程 多位液壓缸 活塞A有三個(gè)確定的位置 齒條液壓缸 活塞齒條帶動(dòng)小齒輪，使它產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 8 根據(jù)主要內(nèi)容與基本要求： 1 最大激振力 23kN 2 激振頻率范圍0.1~18Hz 3 行程范圍 +/-100mm 4 最大速度 1m/s 5 可實(shí)現(xiàn)正弦、隨機(jī)

26、振動(dòng)等試驗(yàn) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，因?yàn)樾谐谭秶?/-100mm，而柱塞式液壓缸是一種單作用式液壓缸，靠液壓力只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，柱塞回程要靠其它外力或柱塞的自重，無法滿足設(shè)計(jì)要求，其余幾種同樣無法滿足設(shè)計(jì)要求或結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，故選定用液壓缸為活塞式液壓缸。而活塞式液壓缸分為單桿與雙桿，設(shè)計(jì)要求滿足正弦、隨機(jī)振動(dòng)，故選擇單桿雙作用活塞式液壓缸.如圖2-3所示 圖2-3 液壓缸示意圖 9 第三章 液壓缸的主要部件設(shè)計(jì) 液壓缸的主要尺寸參數(shù)包括液壓缸的內(nèi)徑d、外徑D、壁厚、缸的長(zhǎng)度L、活塞桿直徑。主要根據(jù)液壓缸的負(fù)載、活塞運(yùn)動(dòng)速度和行程等因素來確定上述幾項(xiàng)參數(shù)。 3.1 液壓缸

27、工作壓力的確定 液壓缸要承受的負(fù)載包括有效工作負(fù)載、摩擦阻力和慣性力等。液壓缸的工作壓力按負(fù)載確定。對(duì)于不同用途的液壓設(shè)備，由于工作條件不同，采用的壓力范圍也不同。設(shè)計(jì)時(shí)，液壓缸的工作壓力可按負(fù)載大小及液壓設(shè)備類型參考表3-1、表3-2來確定。 表3-1 各類液壓設(shè)備常用的工作壓力(單位：MPa) 設(shè)備類型 一般機(jī)床 一般冶金設(shè)備 農(nóng)業(yè)機(jī)械、小型工程機(jī)械 液壓機(jī)、重型機(jī)械、軋機(jī)壓下、起重運(yùn)輸機(jī)械 工作壓力(MPa) 1～6.3 6.3～16 10～16 20～32 表3-2公稱壓力和內(nèi)徑參考表 初定液壓缸工作壓力為25Mpa。 3.2 缸筒

28、設(shè)計(jì) 液壓缸行程L選為250mm，因設(shè)計(jì)要求是200mm。若負(fù)載特性較明確，則按最大功率傳輸條件（pL≤2/3ps），可確定活塞最小理論有效面積為0.9210-3m2，則活塞桿直徑為42mm，考慮到功率損失，并依據(jù)液壓手冊(cè)選缸內(nèi)徑為D=63mm，活塞桿直徑=50mm，則實(shí)際最大有效面積為Ap=1.30m2?；钊畲笏俣葹?m/s。 則確定液壓缸行程為300mm，設(shè)計(jì)該液壓缸為等速等行程的雙活塞桿液壓缸，缸筒內(nèi)徑D=63mm，活塞桿直徑=50mm，最大激振力23KN，額定壓力P=25Mpa，屬于高壓油缸。 缸筒結(jié)構(gòu)、材料選擇及性能要求 10 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，該液壓缸的激振頻率范圍為0.1

29、~18HZ，需要承受較大的沖擊負(fù)荷，屬于中型缸。故缸筒結(jié)構(gòu)選用法蘭連接。 一般要求材料有足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性，對(duì)焊接的缸筒還要求有良好的焊接性能。根據(jù)液壓缸的參數(shù)、用途選用35號(hào)鋼，機(jī)械預(yù)加工后再調(diào)質(zhì)處理。 要求：1有足夠的強(qiáng)度，能長(zhǎng)期承受最高工作壓力及長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)試驗(yàn)壓力而不致產(chǎn)生永久變形。2內(nèi)表面在活塞密封件及導(dǎo)向環(huán)的摩擦力作用下，能長(zhǎng)期工作而磨損少，尺寸公差等級(jí)和形位公差等級(jí)足以保證活塞密封件的密封性。3缸筒還要求有良好的可焊性，以便在焊接上法蘭或管接頭后不至于產(chǎn)生裂紋或過大的變形。 液壓缸壁厚的確定 當(dāng)液壓缸壁厚大于缸徑D的倍時(shí)即>時(shí),按壁厚公式計(jì)算

30、 (3-1) 當(dāng)液壓缸壁厚小于缸徑D的倍時(shí),按薄壁筒公式計(jì)算 (3-2) 式中——液壓缸最大工作壓力（MPa） []——許用應(yīng)力（MPa），[]=，其中，為材料強(qiáng)度極限，為安全系數(shù)，通常限=3.5～5。 ——缸筒壁厚（mm）,35號(hào)鋼的強(qiáng)度極限=540MPa，對(duì)于液壓激振器而言，屬于高壓工況，故取=5，對(duì)應(yīng)的[]==108MPa。 由于課題所設(shè)計(jì)的是雙活塞桿液壓缸，故最大壓力為系統(tǒng)壓力=25MPa，應(yīng)用公式（6.10），可算得壁厚約為8.5mm，綜合考慮后取壁厚=1

31、0mm。缸筒外徑=83mm 驗(yàn)算： 對(duì)最終采用的缸筒壁厚應(yīng)進(jìn)行以下的驗(yàn)算 額定壓力PN應(yīng)低于一定極限值，以保證工作安全 ( MPa ) (3-3) 11 或 ( MPa ) (3-4) 同時(shí)額定壓力也應(yīng)與完全塑性變形壓力有一定的比例范圍，以避免塑性變形的發(fā)生，即 ( MPa ) (3-5) 此外，尚需驗(yàn)算缸筒徑向變形△D應(yīng)處在允許范圍內(nèi) ( m ) (3-6) 變形量△D不應(yīng)超過密封圈允許范圍 最后，

32、還應(yīng)驗(yàn)算缸筒的爆裂壓力PE ( MPa ) (3-7) 也可用費(fèi)帕爾(FAUPEL)公式 ( MPa ) (3-8) 計(jì)算的PE值應(yīng)遠(yuǎn)超過耐壓試驗(yàn)壓力Pr，即PE＞＞Pr — 缸筒材料屈服點(diǎn)，MPa PrL — 缸筒發(fā)生完全塑性變形的壓力，MPa，PrL≤ Pr — 缸筒耐壓試驗(yàn)壓力，MPa E — 缸筒材料彈性模量，MPa v — 缸筒材料泊松比，鋼材v=0.3 額定壓力 PN=25MPa≤=82.4MPa 完全塑性變形壓力 =2.3320lg1.317=88MPa 12 P

33、N≤( 10.35~0.42 )PrL≤0.3588=30.8MPa 此外缸筒徑向變形 取試驗(yàn)壓力為Pr=25MPa =0.0369mm 爆裂壓力 PE==2.3540lg1.317=148.5 Mpa＞＞Pr 驗(yàn)算可知該缸筒壁厚滿足強(qiáng)度要求 缸筒連接方式及強(qiáng)度計(jì)算 根據(jù)強(qiáng)度及各連接方式的優(yōu)缺點(diǎn)，綜合考慮初定選用法蘭連接方式，以螺栓絞合。 螺栓的強(qiáng)度計(jì)算如下： 螺紋處的拉應(yīng)力 ( MPa ) (3-9) 螺紋處的切應(yīng)力 ( MPa ) (3-10) 合成應(yīng)力

34、 (3-11) F — 缸筒端部承受的最大推力，N d1 — 螺紋底徑，m K — 擰緊螺紋的系數(shù)，不變載荷取K=1.25~1.5，變載荷取K=2.5~4 K1 — 螺紋連接的摩擦因數(shù)，K1=0.07~0.2，平均取K1=0.12 z — 螺栓的數(shù)量 參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，為了保證設(shè)計(jì)要求，上下兩端的法蘭與導(dǎo)向座之間采用8個(gè)M20的螺栓相連 13 螺紋處的拉應(yīng)力 =27.47 MPa 螺紋處的切應(yīng)力 MPa 合成應(yīng)力 MPaMPa 經(jīng)驗(yàn)算，采用法蘭連接并用螺栓絞合滿足強(qiáng)度要求。故確定液壓缸缸筒與缸蓋采用法蘭連接。 3.3 活塞設(shè)計(jì)

35、圖3-1 活塞 液壓壓力的大小與活塞的有效工作面積有關(guān)，活塞直徑應(yīng)與缸筒內(nèi)徑一致。設(shè)計(jì)活塞時(shí)，主要任務(wù)就是確定活塞的結(jié)構(gòu)型式。 活塞結(jié)構(gòu)型式 考慮激振器液壓缸的性能特性，采用整體活塞結(jié)構(gòu)型式。其結(jié)構(gòu)形式如圖3-1所示。 活塞與活塞桿連接型式 活塞與活塞桿連接有多種型式，為了滿足工作穩(wěn)定的設(shè)計(jì)要求，防止工作時(shí)由于往復(fù)運(yùn)動(dòng)而密封不良活塞與活塞桿采用同軸一體化加工的型式。 14 活塞密封結(jié)構(gòu) 活塞的密封型式與活塞的結(jié)構(gòu)有關(guān)，根據(jù)液壓缸的作用和工作壓力來選擇?？紤]到25MPa的工作壓力與1m/s的伸縮速度，選用特康T40T型格來圈和特開T47斯來圈。 活塞材料 有導(dǎo)向環(huán)的活塞選

36、用優(yōu)質(zhì)碳素鋼35，調(diào)制處理 217~255HBS。 活塞尺寸及加工公差 活塞寬度為活塞外景的0.6倍，取37mm?；钊鈴降呐浜喜捎胒6，表面粗糙度為0.4。保留密封圈的尺寸，活塞外徑取62.5mm，軸向尺寸為37mm。在活塞上開3個(gè)T形槽用來放置導(dǎo)向環(huán)和密封圈，槽內(nèi)的加工粗糙度為3.2。 3.4 活塞桿設(shè)計(jì) 圖3-2活塞桿 活塞桿結(jié)構(gòu) 桿體采用實(shí)心桿，桿內(nèi)端與活塞同軸一體化加工，而缸工作時(shí)軸線固定不動(dòng)故桿外端采用大螺栓頭（帶肩外螺紋）如圖3-2所示?；钊麠U螺紋直徑與螺距取M362，螺紋長(zhǎng)度L=51mm。 活塞桿的材料和技術(shù)要求 活塞桿要在導(dǎo)向套中滑動(dòng)，采用H7f6配

37、合。安裝活塞的軸頸與外圓的同軸度公差不大于0.01mm，可保證活塞桿外圓與活塞外圓的同軸度，避免活塞與缸筒、活塞桿與導(dǎo)向環(huán)的卡滯現(xiàn)象。安裝活塞的軸肩端面與活塞桿軸線的垂直度公差不大于0.04mm/100mm，以保證活塞安裝時(shí)不產(chǎn)生歪斜。 活塞桿的外圓粗糙度取為0.4，活塞桿內(nèi)端的卡環(huán)槽、螺紋和緩沖柱塞也要保證與軸線的同心?；钊麠U材料選用45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理：217~255HBS，各處加工倒角為45 活塞桿直徑計(jì)算 15 活塞桿是液壓缸傳遞力的重要零件，它承受拉力、壓力、彎曲力和振動(dòng)沖擊等多種作用力，為保證足夠的強(qiáng)度和剛度，并根據(jù)有關(guān)計(jì)算，活塞直徑為50mm。 活塞桿強(qiáng)度計(jì)算 活塞

38、桿在穩(wěn)定工況下，如果只受軸向推力或拉力，可以近似地用直桿承受拉壓載荷的簡(jiǎn)單強(qiáng)度計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算： ( MPa ) (3-12) 如果液壓缸工作時(shí)，活塞桿所承受的彎曲力矩不可忽略時(shí)（如偏心載荷等），則可按下式計(jì)算活塞桿的應(yīng)力： (3-13) 活塞桿一般均有螺紋、退刀槽等，這些部位往往是活塞桿上的危險(xiǎn)截面，也要進(jìn)行計(jì)算。危險(xiǎn)截面處的合成應(yīng)力應(yīng)滿足： ( MPa ) (3-14) 對(duì)于活塞桿上有卡環(huán)槽的斷面，除計(jì)算拉應(yīng)力外，還要計(jì)算校核卡環(huán)對(duì)槽壁的擠

39、壓應(yīng)力 (3-15) F — 活塞桿的作用力，N d — 活塞桿直徑，m — 材料的許用應(yīng)力，無縫鋼管=100~110MPa，中碳鋼（調(diào)質(zhì)）=400MPa Ad — 活塞桿斷面積，m2 W — 活塞桿斷面模數(shù)，m3 M — 活塞桿所承受的彎曲力矩，Nm，如果活塞桿僅受軸向偏心載荷F時(shí)，則M=FYmax，其中Ymax為F作用線至活塞桿軸心線最大擾度處的垂直距離 F2 — 活塞桿的拉力，N d2 — 危險(xiǎn)截面的直徑，m d1 — 卡環(huán)槽處外圓直徑，m 16 d3 — 卡環(huán)槽處內(nèi)圓直徑，m

40、 c — 卡環(huán)擠壓面倒角，m — 材料的許用擠壓應(yīng)力，MPa，一般取100MPa 穩(wěn)定工況下，活塞桿的應(yīng)力 =11.68MPa≤=400MPa 危險(xiǎn)截面處的合成應(yīng)力 =46MPa≤ 活塞桿彎曲穩(wěn)定性驗(yàn)算 當(dāng)液壓缸支承長(zhǎng)度LB≥( 10~15 )d時(shí)，需驗(yàn)算活塞桿彎曲穩(wěn)定性。 當(dāng)受力F1完全在軸線上，主要是按下式計(jì)算： F1≤Fk/nk Fk ( N ) 其中 E1==1.80105MPa 圓的截面： I==0.049d4 ( m4 ) Fk — 活塞桿彎曲失穩(wěn)臨界壓縮力，N nk — 安全系數(shù)，通常取nk3.5~6 K — 液壓缸安裝及導(dǎo)向系數(shù) E1 —

41、 實(shí)際彈性模量，MPa a — 材料組織缺陷系數(shù)，鋼材一般取a1/12 b — 活塞桿截面不均勻系數(shù)，一般取b1/13 21 E — 材料彈性模量，鋼材E=2.10105，MPa I — 活塞桿橫截面慣性矩，m4 17 Fk=2625KN F1=25KN≤Fk/nk=2625KN 經(jīng)計(jì)算，活塞桿滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。 確定活塞的行程為+/-100mm，活塞桿的長(zhǎng)度取910mm，左端頭采用M363 與外端固定。為了安裝位移傳感器，需要在活塞桿又端開一個(gè)直徑為16mm深度為305mm直孔，孔內(nèi)加工粗糙度為12.5。而為了固定位移傳感器墊片，又需要在活塞桿又端取4個(gè)M3的螺紋孔，螺紋

42、和孔的深度分別為10mm和13mm。 18 第四章 液壓油缸其他部件設(shè)計(jì) 4.1 法蘭設(shè)計(jì) 為了液壓保證液壓缸有良好的密封性，需設(shè)計(jì)上、下法蘭與導(dǎo)向座相連起密封作用。 ( 1 ) 缸體上法蘭 圖4-1 缸體上法蘭 缸體上法蘭的結(jié)構(gòu)形式如圖4-1，材料選用45號(hào)鋼。徑向最大直徑取270mm，公差取f9，與導(dǎo)向座接觸面得表面粗糙度為1.6，其余為6.3。為了保證有足夠的連接強(qiáng)度和密封性，在上法蘭上取用8個(gè)M20的螺紋孔，其兩螺紋孔中心的徑向最大距離為236mm，而與試驗(yàn)臺(tái)相固定處采用6個(gè)M20的螺紋孔。為了有更好的密封作用還需開一個(gè)環(huán)形的槽來放置密封圈，其寬度

43、為4mm，深度為1.97mm，直徑為95mm。 ( 2 ) 缸體下法蘭 19 圖4-2缸體下法蘭 同樣的原理，缸體下法蘭的結(jié)構(gòu)形式如圖4-2，材料選用45號(hào)鋼。徑向最大直徑取173mm，與導(dǎo)向座接觸面得表面粗糙度為1.6，其余為6.3。為了保證有足夠的連接強(qiáng)度和密封性，在下法蘭上取用8個(gè)M20的螺紋孔，其兩螺紋孔中心的徑向最大距離為137mm，螺孔處的加工倒角為45。為了有更好的密封作用還需開一個(gè)環(huán)形的槽來放置密封圈，其寬度為3.8mm，深度為1.97mm，直徑為95mm。 4.2 力變送器接頭設(shè)計(jì) 圖4-3 力變送器接頭 為了時(shí)時(shí)檢測(cè)液壓缸內(nèi)的油壓壓力

44、保證活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的平穩(wěn)性，需要設(shè)計(jì)一個(gè)接頭來與壓力變送器連接，如圖4-3。 接頭的直徑取36mm，內(nèi)開一個(gè)深度為11mm的M201.5的螺紋孔，并在內(nèi)部開一個(gè)寬度為2.5mm內(nèi)半圓直徑為0.7mm的槽來放置密封墊。與缸體相連處開一個(gè)直徑為5mm的孔，使得液壓油通過。 力變送器接頭的粗糙度主要取6.3，其余為12.5。材料為35號(hào)鋼。 4.3 上、下導(dǎo)向座設(shè)計(jì) 20 活塞桿導(dǎo)向座裝在液壓缸的上下兩側(cè)端，用以對(duì)活塞桿進(jìn)行導(dǎo)向，內(nèi)裝有密封裝置以保證缸筒有桿腔的密封。外側(cè)裝有防塵圈，以防止活塞桿在后退時(shí)把雜質(zhì)、灰塵及水分帶到密封裝置處，損壞密封裝置。激振器液壓缸導(dǎo)向座分為上導(dǎo)向座和下

45、導(dǎo)向座。 ( 1 ) 上導(dǎo)向座 圖4-4上導(dǎo)向座 上導(dǎo)向座采用圖4-4的結(jié)構(gòu)形式。上導(dǎo)向座的材料采用摩擦因數(shù)小、耐磨性好的45號(hào)鋼，熱處理為調(diào)質(zhì)HB229-269。連接處的法蘭直徑為175mm并在法蘭上取8個(gè)直徑為22mm的孔，其兩孔中心線之間的距離為137mm。上導(dǎo)向座的軸向長(zhǎng)度取93.5mm，為了與活塞桿相連，導(dǎo)向座兩端的直徑分別取63mm和90mm。法蘭的垂直度公差為0.04，兩側(cè)端的圓柱度公差取0.025。 ( 2 ) 下導(dǎo)向座 圖4-5下導(dǎo)向座 21 采用同樣的原理，下導(dǎo)向座采用圖4-5的結(jié)構(gòu)形式。下導(dǎo)向座的材料采用摩擦因數(shù)小、耐磨性好的45號(hào)鋼，

46、熱處理為調(diào)質(zhì)HB229-269。連接處的法蘭直徑為173mm并在法蘭上取8個(gè)直徑為22mm的孔，其兩孔中心線之間的距離為137mm。下導(dǎo)向座的軸向長(zhǎng)度取93.5mm，為了與活塞桿相連，導(dǎo)向座兩端的直徑分別取63mm和90mm。法蘭的垂直度公差為0.04，兩側(cè)端的圓柱度公差取0.025。并距在中心38mm處有M5螺紋孔，用于和位移傳感器連接。 4.4 位移傳感器座設(shè)計(jì) 圖4-6 位移傳感器座 為了保證高頻液壓缸工作的穩(wěn)定性，采用伺服閥控制液壓缸往復(fù)運(yùn)動(dòng)，直接形成激振波形。為了給伺服系統(tǒng)提供信號(hào)采用位移傳感器。如圖4-6。考慮到與下導(dǎo)向座和活塞桿的連接，位移傳感器座的內(nèi)徑取55mm

47、，外徑取63mm，底端法蘭為90mm并在法蘭上取6個(gè)直徑為5.5的螺紋孔來與下導(dǎo)向座連接。為了保證活塞桿+/-100mm的行程取傳感器座的軸向長(zhǎng)度為277.5mm，并在位移傳感器座的上端開一個(gè)M201.5的螺紋孔來安裝位移傳感器且其圓柱度公差為0.025。 4.5 透蓋設(shè)計(jì) 22 圖4-7 透蓋 為了固定位移傳感器墊片，需要設(shè)計(jì)一個(gè)透蓋，如圖4-7?？紤]活塞桿和位移傳感器的尺寸，透蓋直徑為38mm，中間取一個(gè)直徑15mm的孔來插位移傳感器；為了與位移傳感器墊片和活塞桿后端相固定，在透蓋上取4個(gè)直徑為4mm的孔來安插螺栓，其中兩個(gè)孔中心線之間的最大距離為30mm；透蓋的厚度取5mm，表

48、面加工粗糙度為6.3，材料選用Q235A。 23 第六章 總結(jié) 畢業(yè)設(shè)計(jì)即將完成了，這是我們大學(xué)四年最后一次任務(wù)。完成了之后我們即將走上社會(huì)開始真正的生活。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)從選擇課題，設(shè)計(jì)方案，到最后完成整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)，共歷時(shí)六個(gè)月，這六個(gè)月中，碰到了很多問題，收獲很多，感觸也很深。 首先，這次設(shè)計(jì)給我一次將之前所學(xué)的知識(shí)融會(huì)貫通的機(jī)會(huì)。學(xué)了四年的專業(yè)或者非專業(yè)知識(shí)，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中得到了淋漓盡致的發(fā)揮。這次設(shè)計(jì)我選擇的課題是激振器用液壓缸的設(shè)計(jì)，對(duì)于這個(gè)激振器液壓缸，從原來的一知半解，到后來的了然于胸，我查閱了很多相關(guān)資料，把原來所學(xué)與新了解到的知識(shí)結(jié)合到一起。 然后，實(shí)際動(dòng)手

49、能力在大學(xué)期間得到了最后的鍛煉。動(dòng)手繪圖能力有所提高。由于平時(shí)畫圖機(jī)會(huì)太少，對(duì)于讀圖能力及cad軟件的應(yīng)用能力有所欠缺，對(duì)于規(guī)范化還是沒有很強(qiáng)的概念，但對(duì)于機(jī)械類畢業(yè)的學(xué)生，繪圖又是必不可少的。而此次畢業(yè)設(shè)計(jì)正好提供一個(gè)畫圖的平臺(tái)。要完成激振器液壓缸的零件圖及總裝圖，不是一個(gè)小工程，但經(jīng)過我的努力與精心，最終順利完成相關(guān)圖紙的繪制，同時(shí)提高了讀圖和畫圖的能力，也加深了對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)化的感悟。 最后，建立起獨(dú)立完成任務(wù)的信心。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)和以前的課程設(shè)計(jì)等不同，每個(gè)人的題目不同，也就意味著不能依賴和別人共同完成。要想完成的好，只能靠自己努力，以前的懶散作風(fēng)一掃而空，當(dāng)然向老師同學(xué)請(qǐng)教與討論是必要的，

50、但更多的是靠自己獨(dú)立思考，獨(dú)立解決問題。 設(shè)計(jì)任務(wù)結(jié)束了，大學(xué)生活也即將成為過去，對(duì)于過去，我會(huì)好好珍藏，要把握的是現(xiàn)在和將來！ 24 致謝 時(shí)間如白駒過隙，四年的大學(xué)學(xué)習(xí)生活即將結(jié)束，這也意味著我的學(xué)生生涯走到了終點(diǎn)，開始走上新的生活，心中不由得感慨萬千。大學(xué)四年的學(xué)習(xí)，不僅使我學(xué)到了實(shí)用的專業(yè)知識(shí)和認(rèn)真的學(xué)習(xí)態(tài)度，還學(xué)會(huì)了做人的原則。在大學(xué)里遇到了許多人。 首先要衷心地感謝我的導(dǎo)師——楊禮康老師，感謝他在我畢業(yè)設(shè)計(jì)期間給了我很好的建議和幫助。在本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中楊老師的悉心指導(dǎo)，多次詢問設(shè)計(jì)進(jìn)程，并為我指明進(jìn)展方向，幫助我開拓思路。在他循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路

51、啟迪下，希望我大學(xué)的最后一次任務(wù)能夠完滿完成。 也要感謝機(jī)械學(xué)院的各位老師和同學(xué)，感謝你們陪我走過大學(xué)的四年寶貴時(shí)光，感謝學(xué)校對(duì)我的培養(yǎng)。 最后，我要感謝我的父母。感謝他們?cè)谏钌?、學(xué)習(xí)上給予的極大支持、鼓勵(lì)，使我順利、圓滿地完成學(xué)業(yè)。 25 參考文獻(xiàn) [1]王維銳，潘雙夏，王 芳，楊禮康．磁流變液減振器模擬工況實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制策略研究．浙江大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2005， 39，12：1915-1919 [2]方重，曹文清．大型模擬地震振動(dòng)臺(tái)液壓液壓部件參數(shù)的計(jì)算．世界地震工程．2002，18(9)，3:：85-88 [3]尚增溫．分裂導(dǎo)線傲風(fēng)振動(dòng)試驗(yàn)用液壓振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)研究．

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