全液壓貨車轉向架翻轉機液壓系統設計

全液壓貨車轉向架翻轉機液壓系統設計,液壓,貨車,轉向架,轉機,系統,設計 太原理工大學2015屆本科生畢業(yè)設計（論文） 本科畢業(yè)設計（論文） 題目 全液壓貨車轉向架翻轉機液壓系統設計 學生姓名 學　號 教學院系 機電工程學院 專業(yè)年級 機械工程及其自動化2011級 指導教師 職　稱 單　　位 機電工程學院 輔導教師 職 稱 單　　位 機電工程學院 完成日期 2015 年 06 月 摘 要 當今社會，機械工業(yè)是一個國家的支柱產業(yè)，機械工業(yè)的發(fā)展每分每秒都在影響著國家經濟的發(fā)展，人類社會文明的進步與機械制造的發(fā)展密不可分。在全球經濟發(fā)展的大環(huán)境下，中國各個行業(yè)被其他國家的先進技術影響的同時，越來越多的外國企業(yè)和品牌傳播到中國已經成為現實。在新的市場需求的推動下，對全液壓貨車轉向架翻轉機液壓系統進行改良和優(yōu)化是當務之急。有大型全液壓貨車轉向架翻轉機液壓系統生產設備企業(yè)對設備的安全指標的有著一定生產的嚴格要求。對于那些做設備生產的企業(yè)來說，設備肯定會有存在的問題，這是他們需要考慮的，從而減少噪聲污染引起的振動或不當操作設備的現象等。國內全液壓貨車轉向架翻轉機液壓系統設備的研發(fā)及制造要與全球號召的高效經濟、安全穩(wěn)定主題保持一致。全液壓貨車轉向架翻轉機液壓系統的發(fā)展與人類社會的進步和科學技術的水平密切相關。 本次設計是關于全液壓貨車轉向架翻轉機液壓系統結構的設計，通過對傳統的全液壓貨車轉向架翻轉機液壓系統結構進行了改進和優(yōu)化，使得此種類型的全液壓貨車轉向架翻轉機液壓系統結構的使用范圍更廣泛，更加靈活，而且對以后我們要設計的東西有很大的幫助。 關鍵詞：全液壓貨車轉向架翻轉機液壓系統；結構；范圍；參考 1 Abstract For a lot of special places, like the risk is very big, or we are difficult to reach, such as disarm bombs, unknown corresponding domains such as detection, probing deep of more dangerous situation usually need to implement the robot. It’s a main part of robot for micro pedipulator, walking robots and more than six feet, compared to the Eight Legged Robot, because of strong bearing capacity, good stability, which the meritss is simple construction, So, a large number of researchers around the world, start generally attach importance. This paper mainly to the four bar mechanism as the main execution elements to design of micro walking the whole scheme of the four bar mechanism. Its principle is diagonal synchronization, leg activity by the structure of the crank rocker, front leg movements around the same, it detailed performance curve characteristics of the connecting rod, when the curve trajectory diagonal straight line segment, the robot is stationary, the motion trajectory when the diagonal curve is slanting line do the walking motion, robot. The miniature walking robot is mainly driven by DC servo motor, so as to drive the leg action driven synchronous belt wheel by a crank and rocker mechanism. so the design of a special press be imperative. Graduation project this time is a tube axial compressive loading machine. This paper introduces the theoretical calculation to design sleeve pressing machine structure, working principle and main parts of the strength check and the advantages of the sleeve, pressing machine is efficient. Key word: pneumatic manipulator； cylinder； pneumatic loop； Fout degrees of freedom. 1 目 錄 摘要 I Abstract II 第一章 緒論 1 1.1 課題的來源與研究的目的和意義 1 1.2 液壓傳動技術的發(fā)展概況 2 1.3 本課題研究的內容 3 第二章 全液壓貨車轉向架翻轉機液壓系統結構的設計 4 2.1 全液壓貨車轉向架翻轉機液壓系統的總體方案圖 7 2.2 全液壓貨車轉向架翻轉機液壓系統的工作原理 10 3.1全液壓貨車轉向架翻轉機液壓系統液壓缸的設計及計算 11 3.1.1 液壓缸的負載力分析和計算 11 3.1.2 缸筒設計與計算 12 3.2翻轉液壓缸的設計及計算 14 3.2.1 液壓缸的負載力分析和計算 17 3.2.2缸筒設計與計算 18 3.3起升液壓缸的設計及計算 20 3.3.1液壓缸的負載力分析和計算 22 第四章 主要零部件的強度校核 26 4.1 軸承強度的校核計算 27 4.2 液壓缸的校核計算 29 第五章 設計總結 32 結論 33 致謝 34 參考文獻 35 1 第一章 緒論 1.1課題的來源與研究的目的和意義 由于機械工程的知識總量已經遠遠超越個人掌握所有，一些專業(yè)知識是必不可少的。不過把每個專業(yè)學科直接分成兩個不同的學科，會讓人看待事物時容易只集中在一個層次，每個學科間必須有一定的交流，做科學研究的，不能只局限于自己的鄰域，要多與別的學科的專家進行溝通，將不同鄰域的知識融會貫通，減小各個學科間的隔閡，技術需要通過不斷適應各種外界情況，這樣才能得到提高。封閉的專業(yè)知識的太狹隘，考慮的問題太特殊，在工作中協調困難，不利于自我提高。因此，自上世紀第二十年代末，出現了一體化的趨勢?，F在的社會，大家都很關注書本上的理論基礎，注重拓寬自己的知識面，將專業(yè)合并為一塊或者分解為幾個小塊。機械工程是重要的，在生產過程中不僅僅提高了生產效率和人們的生產積極性，還能提高經濟收益，機械工程對于人們的生活至關重要。在未來，可持續(xù)發(fā)展的目標將左右機械工程的發(fā)展，開發(fā)節(jié)能的新產品，盡量減少能源消耗，減少人為對壞境的破壞，不僅僅是我國的政策，也是全世界發(fā)展的方向。機器能完成人的手和腳，耳朵和眼睛等等器官完全不能直接完成的任務。現代機械工程機械和機械設備創(chuàng)造出更多、更精美的越來越復雜，很多幻想成為過去的現實。但在未來幾年還將繼續(xù)創(chuàng)造出不可思議的奇跡。人類智慧的增長并沒有減少手的效果，而是要求我們的手工制造變得更加精細，鍛煉我們的手工能力。又一方面實踐促進人腦智力。 大腦和手之間的人工智能和機械工程的近似關系。在過去，我們必須用手來操控不同種類的機械，我們僅僅靠人的智力和腦力很難做到非常精細的計算和龐大的工作量，在智能化時代的今天，機器能更多的幫助我們解決我們無法靠人自身解決的問題。相互促進，機械工程將更多的與信息化智能化聯系在一起，將在更高層次的新一輪發(fā)展的開始使機械工程。。封閉的專業(yè)知識的專家太狹隘，考慮的問題太特殊，實行起來也是困難重重。因此，自上世紀第二十年代末，出現了一體化的趨勢。綜合職業(yè)分化和發(fā)展知識循環(huán)過程的合成，是合理和必要的。從不同的專業(yè)和專業(yè)知識的專家，也有綜合的知識了解不夠，看看其他學科和項目作為一個整體，從而形成一種相互強烈的集體工作。 1.2液壓傳動技術的發(fā)展概況 液壓技術，從１７９５年英國制造出世界上第一臺水壓機誕生算起，已經有２００多年的歷史了，然而在工業(yè)上的真正推廣使用卻是２０世紀中葉的事情了。第二次世界大戰(zhàn)期間，在一些武器裝備上用上了功率大、反應快、動作準的液壓傳動和控制裝置，大大的提高了武器裝備的性能。同時，也加速了液壓技術本身的發(fā)展。戰(zhàn)后，液壓技術迅速由軍事轉入民用，在機械制造、工程機械、鍛壓機械、冶金機械、汽車、船舶等行業(yè)中得到了廣泛的應用和發(fā)展。２０世紀６０年代以后，原子能技術、空間技術、電子技術等的迅速發(fā)展，再次將液壓技術向前推進，使其在各個工業(yè)領域得到了更加廣泛的應用。 現代液壓技術與微電子技術、計算機技術、傳感技術的緊密結合已經形成并發(fā)展成為一種包括傳動、控制、檢測在內的自動化技術。當前，液壓技術在實現高壓、高速、大功率、經久耐用、高度集成化等各項要求方面都取得了重大的進展，在完善發(fā)展比例控制和伺服控制、開發(fā)數字控制技術上也有許多新成果。同時，液壓元件和液壓系統的計算機輔助設計(CAD)和測試(CAT)、微機控制、機電一體化、液電一體化、可靠性、污染控制、能耗控制、小型微型化等方面也是液壓技術發(fā)展和研究的方向。繼續(xù)擴大應用服務領域，采用更先進的設計和制造技術，將使液壓技術發(fā)展成為內涵更加豐富完整的綜合自動化技術。 目前，液壓技術已廣泛應用于各個工業(yè)領域的技術裝備上，例如機械制造、工程、建筑、礦山、冶金、船舶等機械，上至航空、航天工業(yè)，下至地礦、海洋開發(fā)工程，幾乎無處不見液壓技術的蹤跡。液壓技術的應用領域大致上可以歸納為以下幾個主要方面： （1）各種舉升、搬運作業(yè)。尤其在行走機械和較大驅動功率的場合，液壓傳動已經成為一種主要方式。如起重機、起錨機等。 （2）各種需要作用力大的推、擠、挖掘等作業(yè)裝置。例如，各種液壓機、塑料注射成型機等。 （3）高響應、高精度的控制。飛機和導彈的姿態(tài)控制等裝置。 （4）多種工作程序組合的自動操作與控制。如組合機床、機械加工自動線。 （5）特殊工作場合。例如地下水下、防爆等。 1.3 本課題研究的內容 本論文主要研究運用SolidWorks對全液壓貨車轉向架翻轉機液壓系統進行設計。在設計過程中，了解SolidWorks的各種功能。 SolidWorks公司成立于1993年，由PTC公司的技術副總裁與CV公司的副總裁發(fā)起，總部位于馬薩諸州的康克爾郡（Concord,Massachusetts）內。當初的目標是希望在每一個工程師的桌面上提供一套具有生產力的實體模型設計系統。從1995年推出第一套SolidWorks三維機械設計軟件至今已經擁有位于全球的辦事處，并經由300家經銷商在全球140個國家進行銷售與分銷該產品。1997年，Solidworks被法國達索（Dassault Systemes）公司收購，作為達索中端主流市場的主打品牌。SolidWorks軟件是世界上第一個基于Windows開發(fā)的三維CAD系統。由于技術創(chuàng)新符合CAD技術的發(fā)展潮流和趨勢，SolidWorks公司于兩年間成為CAD/CAM產業(yè)中獲利最高的公司。良好的財務狀況和用戶支持使得SolidWorks每年都有數十乃至數百項的技術創(chuàng)新，公司也獲得了很多榮譽。該系統在1995-1999年獲得全球微機平臺CAD系統評比第一名。從1995年至今，已經累計獲得十七項國際大獎。其中僅從1999年起，美國權威的CAD專業(yè)雜志CADENCE連續(xù)4年授予SolidWorks最佳編輯獎，以表彰SolidWorks的創(chuàng)新、活力和簡明。至此，SolidWorks所遵循的易用、穩(wěn)定和創(chuàng)新三大原則得到了全面的落實和證明，使用它，設計師大大縮短了設計時間，產品快速、高效地投向了市場。 由于SolidWorks出色的技術和市場表現，不僅成為CAD行業(yè)的一顆耀眼的明星，也成為華爾街青睞的對象。終于在1997年由法國達索公司以三億一千萬美元的高額市值將SolidWorks全資并購。公司原來的風險投資商和股東，以一千三百萬美元的風險投資，獲得了高額的回報，創(chuàng)造了CAD行業(yè)的世界紀錄。并購后的SolidWorks以原來的品牌和管理技術隊伍繼續(xù)獨立運作，成為CAD行業(yè)一家高素質的專業(yè)化公司。SolidWorks三維機械設計軟件也成為達索企業(yè)中最具競爭力的CAD產品。 由于使用了Windows OLE技術、直觀式設計技術、先進的parasolid內核（由劍橋提供）以及良好的與第三方軟件的集成技術。SolidWorks成為全球裝機量最大、最好用的軟件。資料顯示，目前全球發(fā)放的SolidWorks軟件使用許可約28萬，涉及航空航天、機車、食品、機械、國防、交通、模具、電子通訊、醫(yī)療器械、娛樂工業(yè)、日用品/消費品、離散制造等分布于全球100多個國家的約3萬1千家企業(yè)。在教育市場上，每年來自全球4，300所教育機構的近145，000名學生通過SolidWorks的培訓課程。 據世界上著名的人才招聘網站檢索，與其它3D CAD軟件相比，SolidWorks相關的招聘廣告比其它軟件的總合還要多，這一事實說明了越來越多的工程師和設計者使用SolidWorks三維軟件，越來越多的企業(yè)需要SolidWorks人才。Solidworks軟件功能強大，易于操作，界面人性化，技術創(chuàng)新，組件繁多是SolidWorks的五大特點。使得SolidWorks三維軟件成為目前全球領先的三維CAD解決方案。SolidWorks在設計時能夠為用戶提供不同的設計方案，通過方案的篩選，工程師能從中選擇合適的方案，從而在設計過程中降低設計的錯誤以及提高產品質量。在目前市場上所見到的三維CAD解決方案中，SolidWorks是設計過程比較簡便又通俗易懂的軟件之一。它不僅提供如此人性化的系統，同時對每個工程師和設計者，乃至整個機械行業(yè)提供了良好的發(fā)展基礎。SolidWorks軟件是世界上第一個基于Windows開發(fā)的三維CAD系統，由于技術創(chuàng)新符合CAD技術的發(fā)展潮流和趨勢，SolidWorks公司于兩年間成為CAD/CAM產業(yè)中獲利最高的公司。良好的財務狀況和用戶支持使得SolidWorks每年都有數十乃至數百項的技術創(chuàng)新，公司也獲得了很多榮譽。該系統在1995-1999年獲得全球微機平臺CAD系統評比第一名；從1995年至今，已經累計獲得十七項國際大獎，其中僅從1999年起，美國權威的CAD專業(yè)雜志CADENCE連續(xù)4年授予SolidWorks最佳編輯獎，以表彰SolidWorks的創(chuàng)新、活力和簡明。至此，SolidWorks所遵循的易用、穩(wěn)定和創(chuàng)新三大原則得到了全面的落實和證明，使用它，設計師大大縮短了設計時間，產品快速、高效地投向了市場。由于SolidWorks出色的技術和市場表現，不僅成為CAD行業(yè)的一顆耀眼的明星，也成為華爾街青睞的對象。終于在1997年由法國達索公司以三億一千萬美元的高額市值將SolidWorks全資并購。公司原來的風險投資商和股東，以一千三百萬美元的風險投資，獲得了高額的回報，創(chuàng)造了CAD行業(yè)的世界紀錄。并購后的SolidWorks以原來的品牌和管理技術隊伍繼續(xù)獨立運作，成為CAD行業(yè)一家高素質的專業(yè)化公司，SolidWorks三維機械設計軟件也成為達索企業(yè)中最具競爭力的CAD產品。 由于使用了Windows OLE技術、直觀式設計技術、先進的parasolid內（由劍橋提供）以及良好的與第三方軟件的集成技術，SolidWorks成為全球裝機量最大、最好用的軟件。資料顯示，目前全球發(fā)放的SolidWorks軟件使用許可約28萬，涉及航空航天、機車、食品、機械、國防、交通、模具、電子通訊、醫(yī)療器械、娛樂工業(yè)、日用品/消費品、離散制造等分布于全球100多個國家的約3萬1千家企業(yè)。在教育市場上，每年來自全球4，300所教育機構的近145，000名學生通過SolidWorks的培訓課程。 據世界上著名的人才網站檢索，與其它3D CAD系統相比，與SolidWorks相關的招聘廣告比其它軟件的總和還要多，這比較客觀地說明了越來越多的工程師使用SolidWorks，越來越多的企業(yè)雇傭SolidWorks人才。據統計，全世界用戶每年使用SolidWorks的時間已達5500萬小時。在美國，包括麻省理工學院（MIT）、斯坦福大學等在內的著名大學已經把SolidWorks列為制造專業(yè)的必修課，國內的一些大學（教育機構）如哈爾濱工業(yè)大學、清華大學、浙江工業(yè)大學、浙江大學、華中科技大學、北京航空航天大學、大連理工大學、北京理工大學、武漢理工大學等也在應用SolidWorks進行教學。Solidworks軟件功能強大，組件繁多。 Solidworks有功能強大、易學易用和技術創(chuàng)新三大特點，這使得SolidWorks 成為領先的、主流的三維CAD解決方案。SolidWorks 能夠提供不同的設計方案、減少設計過程中的錯誤以及提高產品質量。SolidWorks 不僅提供如此強大的功能，而且對每個工程師和設計者來說，操作簡單方便、易學易用。 SolidWorks在現今社會階段逐漸廣泛應用，并且SolidWorks公司對中國市場重點開發(fā)，日后SolidWorks應用將會更加完善，更加普遍。通過前文對SolidWorks的深入了解后，往后會對SolidWorks進行個別應用的分析，如建模，裝配，工程圖，力學分析等。 第二章 全液壓貨車轉向架翻轉機液壓系統結構的設計 2.1 全液壓貨車轉向架翻轉機液壓系統的總體方案圖 該機主要用于貨車搖枕側架的翻轉，便于檢查工件下部各處，并可對其進行修理。本次的全液壓貨車轉向架翻轉機液壓系統的方案圖如下： 2.2 全液壓貨車轉向架翻轉機液壓系統的工作原理 全液壓貨車轉向架翻轉機液壓系統的工作原理及過程如下： 翻轉機工作時，臺車到位，需要檢修的搖枕側架在臺車上處于水平位置，翻轉機的左右搖臂起升，使手臂正對搖枕側架彈簧的空間，然后手臂伸出到搖枕側架的位置，左右搖臂上升，使手臂稍上抬靠近搖枕側架，然后手部液壓缸夾緊，左右搖臂起升至終點，保險桿自鎖，翻轉搖枕側架，最后就可以對其進行檢修。 第三章 各傳動部分的設計計算 3.1全液壓貨車轉向架翻轉機液壓系統液壓缸的設計及計算 3.1.1 液壓缸的負載力分析和計算 本課題任務要求設備的主要系統性能參數為：鋁合金板材的橫截面積為400鋁合金板材的強度極限為12，型材長度≤1000￡ （1）工作載荷FR 查資料我們知道作用在活塞桿上的擠壓力，彈力，拉力是比較多出現工作載荷的，在這里我們可得 鋁合金板材所受的最大外力為： 式中σ0s----強度極限， ； A-----截面面積， 。 由上式得液壓缸所受工作載荷約為48 （2）單活塞桿雙作用缸液壓缸作伸出運動時，其阻力F所需提供的液壓力可表示為 h h h h h h m 式中 FL -----作用在活塞上的工作阻力， ； Fa -----液壓缸起動（或制動）時的慣性力，； Ff -----運動部件處的摩擦阻力， ； FG-----運動部件的自重（含活塞和活塞桿自重）， ； Fμm-----液壓缸活塞及活塞桿處的密封摩擦阻力， ；通常以液壓缸的機械效率來反映，一般取機械效率 μm=0.95h=； FP2 m -----回油管的背壓阻力，。 由資料可得液壓缸的工作阻力并不是恒定的值，隨著外界條件的改變它的工作阻力也會發(fā)生變化。因為此處液壓缸只是作拉伸板材變形作用，故其運動速度較小，慣性力和摩擦阻力都較小，得 F≤50KN 液壓缸綜合結構參數及安全系數的選擇 在設計液壓缸的時候我們先要確定活塞外徑D和活塞桿直徑d，活塞外徑和活塞桿直徑的確定需要找到液壓缸的負載情況，進行受力分析；在確定了受力情況時，選擇合適的供液流量，我們就可以大致的確定活塞外徑和活塞桿直徑了。除D和d外，液壓缸的結構參數尚有活塞行程S、導向距離H和油口直徑d等。液壓缸的行程應根據工作需要設定，為簡化制造工藝和節(jié)約制造成本，應采用標準化行程尺寸系列參數。為減小活塞桿伸出時與缸體軸線的偏斜，液壓缸應有合理的導向長度。 3.1.2 缸筒設計與計算 缸筒與缸蓋的連接方式 端蓋分為前端蓋和后端蓋。前端蓋將活塞桿（柱塞）腔封閉，并起著為活塞桿導向、密封和防塵之作用。后端蓋即缸底一端封閉，通常起著將液壓缸與其他機件的作用。 缸筒與端蓋常見的連接方式有8種：拉桿式、法蘭式、焊接式、內螺紋式、外螺紋式、內卡環(huán)式、外卡環(huán)式和鋼絲擋圈式，其中焊接式只適應缸筒與后端蓋的連接。 對缸筒的要求 缸筒是液壓缸的主要零件，有時還是液壓缸的直接做功部件（活塞桿或柱塞固定時）；它與端蓋、活塞（柱塞）構成密封容腔，用以容納壓力油液、驅動負載而做功，因而對其有強度、剛度、密封等方面的要求。 缸筒的材料選擇 缸筒的毛坯普遍采用退火的冷拔或熱軋的無縫鋼管，市場上已有內孔經過珩磨或內孔經過精加工的半成品，只需要按所要求的長度切割無縫鋼管，材料有20、35、45號鋼和27SiMn合金鋼。因20號鋼的力學性能略低，且不能調質應用較少。當缸筒與缸底，缸頭，管接頭或耳軸等件焊接時，則應用焊接性能較好的35號鋼，粗加工后調質。一般情況下均采用45號鋼，并應調質到241~285HB。 缸筒的計算 查表缸徑D取80mm 行程80mm 在初步確定缸筒內徑D后，下一步的工作是確定液壓缸的壁厚。當液壓缸為薄壁液壓缸（ ）,d 可按下式計算： 式中 Pmax----液壓缸最高（或設計或額定）工作壓力， ； D -----液壓缸筒內徑（活塞外徑）， -----缸筒材料的許用應力， 。 對于脆性材料，許用應可表示為 式中σb -----材料的抗拉強度或斷裂強度； nb -----安全系數，通常可取n=5， = ]因為= 所以== 查表取壁厚為7.5mmds′===?′ 通過上述計算，可得液壓缸缸筒外徑D1 為95 mm 缸筒壁厚的驗算 計算求得缸筒壁厚值后，還應進行以下4個方面的驗算，以保證液壓缸安全可靠的工作。 （1） 液壓缸的額定工作壓力平Pn 應低于一定的極限值，以保證工作安全，即(( = 式中 D1,D-----液壓缸外徑和內徑，m 或cm ； σs s -----缸筒材料的屈服強度， 。 == （2） 為了避免缸筒工作時發(fā)生塑性變形，液壓缸的額定工作壓力應與塑性變形壓力有一定的比例關系： 符合條件 缸筒的徑向變形量 值應該在允許范圍內，而不能超過密封件允許的范圍： ===0.46mm 為確保液壓缸安全的使用，缸筒的爆裂壓力應大于耐壓試驗壓力 = 缸筒壁厚符合條件 3.2 翻轉液壓缸的設計及計算 3.2.1 液壓缸的負載力分析和計算 本課題任務要求設備的主要系統性能參數為：鋁合金板材的橫截面積為400鋁合金板材的強度極限為12 （1）工作載荷FR 常見的工作載荷為活塞桿上所受的擠壓力，彈力，拉力等，在這里我們可得 鋁合金板材所受的最大外力為： 式中σ0s----強度極限， ； A-----截面面積， 。 由上式得液壓缸所受工作載荷約為48 （2）單活塞桿雙作用缸液壓缸作伸出運動時，其阻力F所需提供的液壓力可表示為 h h h h h h m 式中 FL -----作用在活塞上的工作阻力， ； Fa -----液壓缸起動（或制動）時的慣性力，； Ff -----運動部件處的摩擦阻力， ； FG-----運動部件的自重（含活塞和活塞桿自重）， ； Fμm-----液壓缸活塞及活塞桿處的密封摩擦阻力， ；通常以液壓缸的機械效率來反映，一般取機械效率 μm=0.95h=； FP2 m -----回油管的背壓阻力，。 在上述諸阻力中，在不同條件下是不同的，因此液壓缸的工作阻力往往是變化的。因為此處液壓缸只是作拉伸板材變形作用，故其運動速度較小，慣性力和摩擦阻力都較小，得 F≤50KN 液壓缸綜合結構參數及安全系數的選擇 活塞外徑D和活塞桿直徑d是液壓缸的基本結構參數，D與d的選擇與液壓缸的負載和速度要求相關；選擇出適當的工作壓力和供液流量滿足負載和速度要求后，D和d可初步確定下來。除D和d外，液壓缸的結構參數尚有活塞行程S、導向距離H和油口直徑d等。液壓缸的行程應根據工作需要設定，為簡化制造工藝和節(jié)約制造成本，應采用標準化行程尺寸系列參數。為減小活塞桿伸出時與缸體軸線的偏斜，液壓缸應有合理的導向長度。 3.2.2缸筒設計與計算 缸筒與缸蓋的連接方式 端蓋分為前端蓋和后端蓋。前端蓋將活塞桿（柱塞）腔封閉，并起著為活塞桿導向、密封和防塵之作用。后端蓋即缸底一端封閉，通常起著將液壓缸與其他機件的作用。 缸筒與端蓋常見的連接方式有8種：拉桿式、法蘭式、焊接式、內螺紋式、外螺紋式、內卡環(huán)式、外卡環(huán)式和鋼絲擋圈式，其中焊接式只適應缸筒與后端蓋的連接。 對缸筒的要求 缸筒是液壓缸的主要零件，有時還是液壓缸的直接做功部件（活塞桿或柱塞固定時）；它與端蓋、活塞（柱塞）構成密封容腔，用以容納壓力油液、驅動負載而做功，因而對其有強度、剛度、密封等方面的要求。 缸筒的材料選擇 缸筒的毛坯普遍采用退火的冷拔或熱軋的無縫鋼管，市場上已有內孔經過珩磨或內孔經過精加工的半成品，只需要按所要求的長度切割無縫鋼管，材料有20、35、45號鋼和27SiMn合金鋼。因20號鋼的力學性能略低，且不能調質應用較少。當缸筒與缸底，缸頭，管接頭或耳軸等件焊接時，則應用焊接性能較好的35號鋼，粗加工后調質。一般情況下均采用45號鋼，并應調質到241~285HB。 缸筒的計算 查表缸徑D取50mm 行程80mm 在初步確定缸筒內徑D后，下一步的工作是確定液壓缸的壁厚。當液壓缸為薄壁液壓缸（ ）,d 可按下式計算： 式中 Pmax----液壓缸最高（或設計或額定）工作壓力， ； D -----液壓缸筒內徑（活塞外徑）， -----缸筒材料的許用應力， 。 對于脆性材料，許用應可表示為 式中σb -----材料的抗拉強度或斷裂強度； nb -----安全系數，通?？扇=5， = ] 因為 所以 查表取壁厚為5s′===?′ 通過上述計算，可得液壓缸缸筒外徑D1 為60 缸筒壁厚的驗算 計算求得缸筒壁厚值后，還應進行以下4個方面的驗算，以保證液壓缸安全可靠的工作。 （1） 液壓缸的額定工作壓力平Pn 應低于一定的極限值，以保證工作安全，即(( = ) s-￡ 式中 D1,D-----液壓缸外徑和內徑，m 或cm ； σs s -----缸筒材料的屈服強度， 。 =92.4 （2） 為了避免缸筒工作時發(fā)生塑性變形，液壓缸的額定工作壓力應與塑性變形壓力有一定的比例關系： 符合條件 缸筒的徑向變形量 值應該在允許范圍內，而不能超過密封件允許的范圍： ===0.12m 為確保液壓缸安全的使用，缸筒的爆裂壓力應大于耐壓試驗壓力 = 缸筒壁厚符合條件 3.3起升液壓缸的設計及計算 3.3.1液壓缸的負載力分析和計算 本課題任務要求設備的主要系統性能參數為：鋁合金板材的橫截面積為400鋁合金板材的強度極限為12 型材長度≤1000￡ （1）工作載荷FR 常見的工作載荷為活塞桿上所受的擠壓力，彈力，拉力等，在這里我們可得 鋁合金板材所受的最大外力為： 式中σ0s----強度極限， ； A-----截面面積， 。 由上式得液壓缸所受工作載荷約為48 （2）單活塞桿雙作用缸液壓缸作伸出運動時，其阻力F所需提供的液壓力可表示為 h h h h h h m 式中 FL -----作用在活塞上的工作阻力， ； Fa -----液壓缸起動（或制動）時的慣性力，； Ff -----運動部件處的摩擦阻力， ； FG-----運動部件的自重（含活塞和活塞桿自重）， ； Fμm-----液壓缸活塞及活塞桿處的密封摩擦阻力， ；通常以液壓缸的機械效率來反映，一般取機械效率 μm=0.95h=； FP2 m -----回油管的背壓阻力，。 在上述諸阻力中，在不同條件下是不同的，因此液壓缸的工作阻力往往是變化的。因為此處液壓缸只是作拉伸板材變形作用，故其運動速度較小，慣性力和摩擦阻力都較小，得 F≤50KN 液壓缸綜合結構參數及安全系數的選擇 活塞外徑D和活塞桿直徑d是液壓缸的基本結構參數，D與d的選擇與液壓缸的負載和速度要求相關；選擇出適當的工作壓力和供液流量滿足負載和速度要求后，D和d可初步確定下來。除D和d外，液壓缸的結構參數尚有活塞行程S、導向距離H和油口直徑d等。液壓缸的行程應根據工作需要設定，為簡化制造工藝和節(jié)約制造成本，應采用標準化行程尺寸系列參數。為減小活塞桿伸出時與缸體軸線的偏斜，液壓缸應有合理的導向長度。 缸筒設計與計算 缸筒與缸蓋的連接方式 端蓋分為前端蓋和后端蓋。前端蓋將活塞桿（柱塞）腔封閉，并起著為活塞桿導向、密封和防塵之作用。后端蓋即缸底一端封閉，通常起著將液壓缸與其他機件的作用。 缸筒與端蓋常見的連接方式有8種：拉桿式、法蘭式、焊接式、內螺紋式、外螺紋式、內卡環(huán)式、外卡環(huán)式和鋼絲擋圈式，其中焊接式只適應缸筒與后端蓋的連接。 對缸筒的要求 缸筒是液壓缸的主要零件，有時還是液壓缸的直接做功部件（活塞桿或柱塞固定時）；它與端蓋、活塞（柱塞）構成密封容腔，用以容納壓力油液、驅動負載而做功，因而對其有強度、剛度、密封等方面的要求。 缸筒的材料選擇 缸筒的毛坯普遍采用退火的冷拔或熱軋的無縫鋼管，市場上已有內孔經過珩磨或內孔經過精加工的半成品，只需要按所要求的長度切割無縫鋼管，材料有20、35、45號鋼和27SiMn合金鋼。因20號鋼的力學性能略低，且不能調質應用較少。當缸筒與缸底，缸頭，管接頭或耳軸等件焊接時，則應用焊接性能較好的35號鋼，粗加工后調質。一般情況下均采用45號鋼，并應調質到241~285HB。 缸筒的計算 查表缸徑D取63mm 行程800mm 在初步確定缸筒內徑D后，下一步的工作是確定液壓缸的壁厚。當液壓缸為薄壁液壓缸（ ）,d 可按下式計算： 式中 Pmax----液壓缸最高（或設計或額定）工作壓力， ； D -----液壓缸筒內徑（活塞外徑）， -----缸筒材料的許用應力， 。 對于脆性材料，許用應可表示為 式中σb -----材料的抗拉強度或斷裂強度； nb -----安全系數，通?？扇=5， = ] 因為 所以== 查表取壁厚為5s′===?′ 通過上述計算，可得液壓缸缸筒外徑D1 為73 缸筒壁厚的驗算 計算求得缸筒壁厚值后，還應進行以下4個方面的驗算，以保證液壓缸安全可靠的工作。 （1） 液壓缸的額定工作壓力平Pn 應低于一定的極限值，以保證工作安全，即(( = ) s-￡ 式中 D1,D-----液壓缸外徑和內徑，m 或cm ； σs s -----缸筒材料的屈服強度， 。 =71.9 （2） 為了避免缸筒工作時發(fā)生塑性變形，液壓缸的額定工作壓力應與塑性變形壓力有一定的比例關系： 符合條件 缸筒的徑向變形量 值應該在允許范圍內，而不能超過密封件允許的范圍： ===0.4m 為確保液壓缸安全的使用，缸筒的爆裂壓力應大于耐壓試驗壓力 == 缸筒壁厚符合條件 第4章 主要零部件的強度校核 4.1 軸承強度的校核計算 軸承的選用在以上的說明中已經給出，選用的是帶緊定套的滾子軸承，型號為22218CK/W33+H318，其基本參數為主要是額定載荷： C=240000N， =322000N，e=0.23,Y=2.5,，假定軸承的壽命為3年，每天工作10小時，一年工作300天，所以軸承的基本額定動載荷可按一下公式進行計算： C= 其中：C—基本額定動載荷計算值，N； P—當量動載荷，按式計算，為軸承所受徑向載荷， 軸向動載荷，X為徑向動載荷系數，Y為軸向動載荷系數； —壽命因數，按表7-2-8選??； —速度因數，按表7-2-9選?。? —力矩載荷因數，力矩較小時=1.5,力矩較大時=2; —沖擊載荷因數,按表7-2-10選取; —溫度系數,按表7-2-11選取; —軸承尺寸及性能表中所列基本額定動載荷; 由表查得=1.19,=0.366,=1.5,=1.2（中等沖擊）,=;1.0； 因為軸向載荷=0，即，所以當量動載荷 即，， ,所以此軸承選的合適,能滿足要求。 4.2 液壓缸的校核計算 由設計任務可以知道，要驅動的負載大小為300Kg，考慮到液壓缸未加載時實際所能輸出的力，受液壓缸活塞和缸筒之間的摩擦、活塞桿與前液壓缸之間的摩擦力的影響，并考慮到機械爪的質量。在研究液壓缸性能和確定液壓缸缸徑時，常用到負載率 β：液壓缸的實際負載F/液壓缸的理論負載×100％ 阻性負載 慣性負載的運動速度v ＜100mm/S 100~500 mm/S ＞500 mm/S β=0.8 ≤0.65 ≤0.5 ≤0.3 現在將移動速度控制——3m/min。 運動速度 ，取，所以實際液壓缸的負載大小為： ; ; 缸徑的直徑計算： 由液壓缸缸徑選型公式F=PXS可知（液壓壓取值0.6Mpa) =39.9mm ，考慮到液壓缸推出和拉回的力的作用系數不同，在此工況下，根據經驗公式，取k值為3，所以液壓缸缸徑為D=39.9X3=119.7，圓整為D=120mm。根據標準液壓缸選型樣本，選擇缸徑D=125MM，根據系統工況，液壓缸行程取600mm滿足要求。 液壓缸缸徑尺寸系列 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 320 400 500 630 活塞桿直徑的確定 由d=0.3D ，根據經驗數值，估取活塞桿直徑 d=40mm 活塞桿直徑系列 mm 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 400 缸筒長度的確定 缸筒長度S=L+B+30 L為活塞行程；B為活塞厚度 活塞厚度B=(0.6~1.0)D= 0.7×125=87.5mm 由于液壓缸的行程L=600mm ,所以S=L+B+30=717.5mm 導向套滑動面長度A: 一般導向套滑動面長度A，在D<80mm時，可取A=(0.6~1.0)D；在D>80mm 時, 可取A=(0.6~1.0)d。 所以A=36mm 最小導向長度H： 根據經驗，當液壓缸的最大行程為L，缸筒直徑為D，最小導向長度為： H≥L/20+D/2 代入數據 即最小導向長度H≥800/20+110/2 =95 mm 活塞桿的長度l=L+B+A+80=600+87.5+36+95=818.5mm 液壓缸筒的壁厚的確定 由《機械設計手冊》可查液壓缸筒的壁厚δ可根據薄避筒計算公式進行計算：δ =P×D/2 σ 式中 δ—缸筒壁厚（m）； D—缸筒內徑（m）； P—缸筒承受的最大工作壓力（MPa）； σ —缸筒材料的許用應力 （MPa） 實際缸筒壁厚的取值：對于一般用途液壓缸約取計算值的7倍；重型液壓缸約取計算值的20倍，再圓整到標準管材尺碼。 參考《液壓與液壓壓傳動》缸筒壁厚強度計算及校核 σ =σb/n ,我們的缸體的材料選擇45鋼，σb=600 MPa， σ =600/5 =120 MPa n為安全系數 一般取 n=5； σb 缸筒材料的抗拉強度(Pa) P—缸筒承受的最大工作壓力（MPa）。當工作壓力p≤16 MPa時，P=1.5p；當工作壓力p＞16 MPa時，P=1.25p 由此可知工作壓力6.3MPa小于16 MPa，P=1.5p=1.5×6.3=9.45MPa δ=P×D/2σ = 9.45×125/2×120 =4.9mm 參照下表 液壓缸筒的壁厚圓整取δ = 8 mm 材料 液壓缸直徑 50 80 100 125 160 200 250 320 壁厚 鑄鐵HT15-33 7 8 10 10 12 14 16 16 A3、45 5 7 8 8 9 9 11 12 鋁合金ZL3 8~12 12~14 14~17 液壓缸進排液壓口直徑d0: 液壓缸進排液壓口直徑 mm 液壓缸內徑 進排液壓口直徑 40 8 50 63 10 80 100 125 15 140 160 180 20 所以取液壓缸排液壓口直徑為15 mm 活塞桿的校核 由于所選活塞桿的長度L>10d，所以不但要校核強度校核，還要進行穩(wěn)定性校核。綜合考慮活塞桿的材料選擇45鋼。 參考《機械設計手冊單行本》 由《液壓液壓動技術手冊》 穩(wěn)定性校核： 由公式 FP0 ≤ FK/nK 式中 FP0— 活塞桿承受的最大軸向壓力（N）； FP0=5000N FK — 縱向彎曲極限力（N）； nK — 穩(wěn)定性安全系數，一般取1.5~4。綜合考慮選取2 K—活塞桿橫截面回轉半徑，對于實心桿K=d/4 代入數據 K =36/4=9mm 由于細長桿比L/K ≥ 85 m 即 FK = m EJπ2/ 實心圓桿： J = π/64 式中 L— 液壓缸的安裝長度 ； m— 末端系數；選擇固定—自由 m = 1/4 E— 材料彈性模量，鋼材 E = 2.1 × Pa ； J— 活塞桿橫截面慣性矩（）； d— 活塞桿的直徑（m） L— 液壓缸的安裝長度為活塞桿的長度為1008mm 代入數據得 FK = 1.34× 105 N 因為 FK/nK= 6.69 × 104 > FP0 所以活塞桿的穩(wěn)定性滿足條件； 強度校核： 由公式 d ≥ Fp0/π σ σ =σb/n ，n為安全系數 一般取 n=5； σb 缸筒材料的抗拉強度(Pa) 45鋼的抗拉強度，σb=600 MPa ， σ =σb/n = 600/5 = 120 MPa ； 則 Fp0/π×σ =13.3mm ＜ d ，所以強度滿足要求； 綜上所述：活塞桿的穩(wěn)定性和強度滿足要求。 第五章 設計總結 通過本次設計，再次提升了利用三維軟件的水平，并吸收了大量的經驗，總結出以下幾點。關于圖紙的繪制方面，當零件的尺寸已經給出，不考慮圖紙尺寸不合適的，基于三維零件圖，裝配時必須考慮的大小是合適的，因為AutoCAD繪圖效果不好，也會引起的尺寸誤差，甚至出現欠定義大小，因此，必須通過在這個時候對零件進行測量，進行修改，直到符合要求。該工具是方便的輸入數據映射，通過選擇部分的類型，標準件，可以生成，但有時需要在工具集使用部分可能找不到，所以在這個時候隨機應變，其他部分而不是通過修改或滿足要求增加組件的使用。三維地圖應該是靈活的，解決問題的方法總比問題多，當一個方法不能正常映射，試試另一種方法，它不僅可以完成零件的生產，而且還可以開發(fā)映射一個更好的主意，并打破了新思想的規(guī)則。 學習使用一些可以節(jié)省時間的命令，如鏡像，陣列，能省則省。在裝配過沉重，曾給了我一個很大的障礙，是要花很多時間去找出為什么。在一個活躍的子組件，雖然活動范圍會產生干擾，可以設置該復合物的活動范圍，如先進的范圍內，和角度范圍，即使在這個范圍內不影響母配體，不能設置。因為一旦設定的范圍內，在父組件將被視為完全定義的組件模型，它將沖突分總成，將無法完成裝配?？吹貓D是最重要的任務是理解零件圖，圖表工具，沒有工具是沒有法律的零件圖，所以不要急著寫，想通過零件的結構，并認為通過線圖，這是重中之重，映射。部分建模，一般應的特點進行深入分析，找出零件是由幾個特點，擺脫所有的形狀特點，它們之間的連接相對位置、表面，然后按主次特征造型的關系，按一定的順序。一個復雜的部分，有許多簡單的功能，通過切除或重疊相交。所以部分建模，序列特征是很重要的，雖然不同的建模過程可以構造出相同的實體部分，但其建模過程和實體結構的穩(wěn)定性有直接的影響，實體模型可以修改應用程序，可理解性和實體模型。特別是在二維圖紙，我們只能看到元器件的布局，并用虛線給說的內部特征，除了部分的相貫線，這條線的各個特征在路口出現。在選型過程中零件，必須選擇第一個草圖平面，這是非常重要的，決定了后續(xù)的模型飛機的命令，使用簡單的說，一個圓柱形圍成一個圈，然后繪制，也可以作為一個長方體旋轉，雖然他們的結果都是一樣的，但草圖平面和命令的使用。如果我們想要一個軸，那么我們應該選擇第二個方法以及。 由于該零件的設計不規(guī)則零件，用于為拉伸和旋轉命令，許多零部件都是對稱的，所以為了節(jié)省時間，提高效率，通常用于指揮鏡特性。 一個完整的工程圖紙應該包含以下4個方面。 一組視圖：一組視圖（包括視圖，剖面，斷面，局部視圖）是正確的，完整的，對各部分的結構和形狀表達清楚。 尺寸：尺寸的確定和零件的形狀各部分的位置 技術要求：表明部分的一些要求必須在制造和檢驗完成，如表面粗糙度，尺寸公差，形位公差，材料和熱處理的方法和指標。 標題欄：注明產品名稱，材料，數量，拉伸比和拉伸，等。 單擊[新建]圖標以顯示新的文件系統，繪圖軟件文件對話框中，單擊“選項”對話框中的組件，你可以進入裝配工作模式，進行以后的設計工作。 結 論 在最近的一段時間的畢業(yè)設計，使我們充分把握的設計方法和步驟，不僅復習所學的知識，而且還獲得新的經驗與啟示，在各種軟件的使用找到的資料或圖紙設計，會遇到不清楚的地方，蔣老師和身邊的同學都能給予我及時的指導，確保我的設計進度。我所設計的是全液壓貨車轉向架翻轉機液壓系統結構設計，通過初期的定稿，查資料和開始正式做畢業(yè)設計，讓我系統地了解到了大學4年所學知識的重要性，從而讓我更加深刻地體會到做一門學問不易，需要不斷鉆研，不斷進取才可要做的好?？傊?，本設計完成了老師和同學的幫助下，在大學研究的最后，感謝幫助過我的老師和同學，是大家的幫助才使我的論文得以通過。 參考文獻 [1]張福學編著.全液壓貨車轉向架翻轉機液壓系統的應用.北京：電子工業(yè)出版社，2000。 [2]何發(fā)昌著，邵遠編著.全液壓貨車轉向架翻轉機液壓系統的原理及應用.北京：高等教育出版社，1996。 [3]宋學義著. 全液壓貨車轉向架翻轉機液壓系統速查手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，1995.3。 [4]陳奎生著. 液壓與液壓壓傳動. 武漢：武漢理工大學出版社，2008.5。 [5]SMC（中國）有限公司. 全液壓貨車轉向架翻轉機液壓系統實用技術. 北京：機械工業(yè)出版社，2003.10 [6]徐文燦著.全液壓貨車轉向架翻轉機液壓系統系統設計. 北京：機械工業(yè)出版社，1995。 [7]曾孔庚.全液壓貨車轉向架翻轉機液壓系統的發(fā)展趨勢. 機器人技術與應用論壇。 [8]壽慶豐 機械設計1999年第3期，第3卷。 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Dynamic Control of a Manipulator with Passive Joints in Operational Space. 致 謝 直到今天，論文總算完成了，我的心里感到特別高興和激動，在這里，我打心里向我的導師和同學們表示衷心的感謝！因為有了老師的諄諄教導，才讓我學到了很多知識和做人的道理，由衷地感謝我親愛的老師，您