液壓缸課程設計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　第1章 課題分析1</p><p><b>　　1．1實驗目的1</b></p><p><b>　　1．2實驗任務1</b></p><p>　　第2章液壓傳動系統(tǒng)的設計及元件選型2</p>

2、<p><b>　　2.1結構初型2</b></p><p>　　2.2局部結構初選3</p><p>　　2.3 選用液壓元件9</p><p>　　2.4計算和選擇液壓元件10</p><p>　　第3章 液壓缸的設計計算13</p><p>　　3.1 液壓缸主要零件

3、的材料13</p><p>　　3.2 液壓缸的內徑D和活塞桿直徑d的計算13</p><p>　　3.3 液壓缸壁厚的計算14</p><p>　　3.4活塞桿的校核15</p><p>　　3.5 缸蓋固定螺栓的校核15</p><p>　　3.6 缸體與缸蓋采用螺紋連接時的校核15</p>

4、<p>　　3.7 活塞與活塞桿采用螺紋連接時的校核16</p><p>　　第4章 電氣控制系統(tǒng)的安裝與調試18</p><p>　　4.1 液壓傳動系統(tǒng)回路設計18</p><p>　　4.2電氣控制系統(tǒng)設計18</p><p><b>　　課程設計總結24</b></p>&l

5、t;p><b>　　參考文獻25</b></p><p><b>　　第1章 課題分析</b></p><p><b>　　1．1實驗目的</b></p><p>　　熟悉、了解一個液壓回路的設計過程</p><p>　　掌握常見典型液壓回路的設計、安裝及調試</

6、p><p>　　掌握繼電器控制電路的設計；PLC控制程序的設計、安裝及調試</p><p>　　培養(yǎng)學生綜合運用機械、液壓、電氣等知識及設計、安裝調試等綜合技能</p><p><b>　　1．2實驗任務</b></p><p>　　1.2.1機械動作要求</p><p><b>　　圖1.

7、1</b></p><p><b>　　1.2.2設計參數</b></p><p>　　工作時最大負載F=1800N;液壓缸工作壓力為P1=1.7M;快進、快退速度V快=5m/min;I工進速度V1=0.8m/min;II工進速度V2=0.6m/min;夾緊油缸工作壓力P=1MPa;夾緊時間T=0.02min;夾緊行程L=0.02m,油缸內徑與活塞桿直徑比

8、d/D=0.75;回油腔背壓P2=0.5Mpa;油路壓力損失∑ΔP=0.3Mpa;Qmin=0.2L/min。（具體參數根據需要單獨布置）</p><p><b>　　1.2.3設計內容</b></p><p>　　（1）液壓缸內徑D，活塞桿直徑d的確定及繪制液壓缸總圖和活塞零件圖</p><p>　?。?）液壓泵及匹配的電動機選擇</p

9、><p>　?。?）液壓元件的選擇</p><p>　　（4）按規(guī)定機械動作要求，設計液壓傳動系統(tǒng)原理圖，設計電器控制系統(tǒng)</p><p>　?。?）液壓傳動裝置的安裝及電氣控制系統(tǒng)的連接</p><p><b>　?。?）調試</b></p><p>　　第2章液壓傳動系統(tǒng)的設計及元件選型</

10、p><p><b>　　2.1結構初型</b></p><p>　　根據設計原始依據和設計任務書，查閱有關參考資料設計或選擇油缸的結構初型（畫圖附于說明書中）。</p><p>　　液壓缸的安裝形式很多，但大致可分為兩類：</p><p><b>　　1）軸線固定類</b></p><

11、;p>　　這類安裝形式的液壓缸在工作時，軸線位置固定不變。機床上的液壓缸大多是采用這種安裝形式。</p><p>　?。?）通用拉桿式 </p><p>　　在兩端缸蓋上鉆出通孔，用雙頭螺桿將缸和安裝座連接拉緊。一般用于短行程、壓力低的液壓缸。</p><p><b>　?。?）法蘭式 </b></p><p>

12、　　用液壓缸上的法蘭將其固定在機器上。法蘭設置在活塞桿端的缸頭上，外側面與機械安裝面貼緊，這叫頭部外法蘭式。由于液壓缸工作時反作用力的作用，安裝螺栓承受液壓力的拉伸作用，因而安裝螺栓的直徑較大，并且要求強度計算。</p><p>　　法蘭設置在活塞桿端的缸頭上，內側面與機械安裝面貼緊，這叫頭部內法蘭式。液壓缸工作時，安裝螺栓受力不大，主要靠安裝支承面承受，所以法蘭直徑較小，結構較緊湊。這種安裝形式在固定安裝形式中

13、應用得最多。</p><p>　　法蘭設置在缸的底部，與機械安裝面用螺栓緊固，這叫尾部法蘭式。這種安裝形式使液壓缸懸伸，安裝長度較大，穩(wěn)定性差。</p><p><b>　?。?）支座式 </b></p><p>　　將液壓缸頭尾兩端的凸緣與支座緊固在一起。支座可置于液壓缸左右的徑向、切向，也可置于軸向底部的前后端。徑向安裝時，安裝面與活塞桿

14、軸線在同一平面上，液壓缸工作時，安裝螺栓只承受剪切力；切向和軸向安裝時，活塞的軸線與支座底面有一定的距離，安裝螺栓既受剪切力，又承受因存在傾翻力矩而產生的彎曲力。切向安裝時傾翻力矩比軸向安裝時要小一些。</p><p>　　對于支座安裝形式，GS3766—83的2.2.2條規(guī)定：“支座式液壓缸如不采用鍵或銷承受剪切力時，則底腳固定螺栓必須經受全部剪切力而不致引起危險”。</p><p>&

15、lt;b>　　2）軸線擺動類</b></p><p>　　液壓缸在往復運動時，由于機構的相互作用使其軸線產生擺動，達到調整位置和方向的要求。安裝這類液壓缸，安裝形式也只能采用使其能擺動的鉸接方式。工程機械、農業(yè)機械、翻斗汽車和船舶甲板機械等所用的液壓缸多用這類安裝形式。</p><p><b>　　（1）耳軸式 </b></p>&l

16、t;p>　　將固定在液壓缸上的鉸軸安裝在機械的軸座內，使液壓缸軸線能在某個平面內自由擺動。</p><p>　　耳軸設置在液壓缸頭部的叫頭部耳軸式。這種安裝形式的液壓缸，擺動幅度較小，但穩(wěn)定性較好。</p><p>　　耳軸設置在液壓缸尾部的尾部耳軸式。這種安裝形式的液壓缸，擺動幅度較大，但穩(wěn)定性較差。</p><p>　　耳軸設置在液壓缸中部的叫中間耳軸式，

17、其擺動幅度和穩(wěn)定性一般。</p><p>　?。?）耳環(huán)式 </p><p>　　將液壓缸的耳環(huán)與機械上的耳環(huán)用銷軸連接在一起，使液壓缸能在某個平面內自由擺動。耳環(huán)在液壓缸的尾部，可以是單耳環(huán)，也可以是雙耳環(huán)，還可以做成帶關節(jié)軸承的單耳環(huán)或雙耳環(huán)。</p><p><b>　?。?） 球頭式 </b></p><p&

18、gt;　　將液壓缸尾部的球頭與機械上的球座連接在一起，使液壓缸能在一定的空間錐角范圍內任意擺動。這種安裝形式自由度大，但穩(wěn)定性差。船舶起貨吊桿液壓缸多用這種形式。</p><p>　　應該指出，軸線擺動安裝的液壓缸往往工作時都是傾斜的，隨著活塞桿的逐漸伸出，軸線與水平面的夾角也逐漸變化，其工作出力隨著夾角的變化而變化，因此，計算液壓缸的有效工作出力時，一定要以夾角處于最小時能推動的負載為依據。</p>

19、<p><b>　　2.2局部結構初選</b></p><p>　　根據設計條件，查閱資料確定油缸各零件的結構、材料及聯(lián)接方式。</p><p>　　2.2．1缸筒的結構設計</p><p>　　缸筒的兩端分別與缸蓋相連，構成密閉的壓力腔，因而它的結構形式往往和缸蓋及缸底密切相關。設計缸筒的結構時，也應該一起加以考慮。</p

20、><p>　　缸筒是液壓缸的主體，其余零件裝配其上，它的結構形式對加工和裝配有很大影響，因此其結構必須盡量便于裝配、拆卸和維修。</p><p>　　缸筒與缸蓋、缸底的連接形式很多，不少于60多種，把他們按連接方法分類，大致有以下幾種。</p><p><b>　　法蘭連接 </b></p><p>　　缸筒端部設計有法蘭

21、，用螺栓將其與端蓋連接起來。法蘭連接結構簡單，加工和裝拆都很方便，只是外形尺寸和重量都較大。法蘭與缸筒為整體式（見圖2.1-a）的多為鑄件和鑄件缸筒，加工余量較大，浪費材料；焊接法蘭式（見圖2.1-b）多為鋼質缸筒，將無縫鋼管制成的缸筒與法蘭焊接在一起，其焊縫要進行強度計算。法蘭連接是液壓缸中使用最普遍的結構形式。</p><p>　　圖2.1 缸筒與端蓋（或缸底）的連接形式</p><p&

22、gt;<b>　　螺釘連接 </b></p><p>　　將缸蓋用螺釘固定在缸筒端部（見圖2.1-c）。這種連接方式簡單，但因缸筒壁薄，需要數量較多的螺釘才能承受液壓力。這種方式多用于柱塞液壓缸和低壓液壓缸。</p><p><b>　　外螺紋連接 </b></p><p>　　這種方式裝拆方便，但需要專用工具。它使缸

23、筒端部結構復雜化，螺紋要與缸筒的內徑同心。螺紋對缸筒壁厚尺寸要求不大，很適合無縫鋼管做缸筒的液壓缸。密封槽一般都設置在缸筒端面或端蓋上，以免削弱缸筒強度。為了防止螺紋因沖擊震動而松動，往往增加鎖緊螺母或緊定螺釘，如圖2.1-d所示。</p><p>　?。?）內螺紋連接 </p><p>　　在缸筒端部加工出內螺紋和退刀槽，雖然會削弱缸筒強度，而且螺紋與缸筒要求同心，但其結構緊湊，外形美

24、觀，不易損壞。連接螺紋可以設計在端蓋上，也可以用螺紋壓圈緊固，如圖2.1-e所示。</p><p><b>　　（5）外卡鍵連接</b></p><p>　　這種連接的強度好，結構緊湊，重量輕，裝拆容易，但缸筒端部要切出卡鍵槽，使強度有所降低。外卡鍵一般由兩個半環(huán)卡鍵組成，固定卡鍵可以用卡鍵帽，如圖2.1-f所示。</p><p><b&

25、gt;　?。?）內卡鍵連接</b></p><p>　　這種連接方式的優(yōu)缺點同外卡鍵差不多，但裝拆不便。為了便于裝拆，卡鍵一般由三瓣組成，第三瓣的剖切口平面必須與軸線平行，否則是裝不進去的。裝配卡鍵時，端蓋外端面不能高出卡鍵槽，裝好卡鍵后，端蓋才能裝到位，如圖2.1-g所示。卡鍵與卡鍵槽的配合精度要適當，間隙過大，缸筒卡鍵槽處會因受到沖擊而產生剪切破壞。</p><p><

26、;b>　　彈性卡圈式 </b></p><p>　　彈性卡圈有孔用彈性卡圈和鋼絲彈性卡圈兩種，如圖2.1-h和圖2.1-i所示。由于它們都是標準件，因此使用方便，裝拆容易。但因厚度較薄，只能用于中低壓缸筒上。</p><p><b>　?。?）焊接式</b></p><p>　　如圖2.1-j所示，將端蓋直接焊在缸筒上，強度高

27、，制造簡單，但容易引起焊接變形，維修時需破壞端蓋才行。</p><p><b>　　（9）銷釘式</b></p><p>　　如圖2.1-k所示，將端蓋裝入缸筒后，相配鉆鉸，裝上銷釘。這種連接方式簡單方便，但銷釘承受的剪切力較大，要校核強度和銷釘數量。</p><p><b>　?。?0）拉桿式</b></p>

28、<p>　　如圖1-l所示，起結構簡單，工藝性好，通用性大，但端蓋的體積和重量較大，拉桿受力后會拉伸變長，影響密封效果，只適用于中低壓液壓缸。</p><p>　　除了缸筒與缸蓋和缸底的結構形式外，安裝液壓缸時，如結構允許，進出油口位置必須在最上面。液壓缸必須裝成使其能自動放氣或裝有方便的放氣口。缸筒上的進出油口和排氣閥的閥座，一般都焊接在缸筒的最上面，以利于安裝和空氣的排除。</p>

29、<p>　　2.2.2缸筒的材料</p><p>　　缸筒常用20、35、45號無縫鋼管，當缸筒上需要焊接缸底、耳軸或管接頭時，多采用35號鋼管。在承受的負載很大時，如液壓支架中的立柱等，常用低合金無縫鋼管，如27SiMn和30CrMnSi等。</p><p><b>　　2.2.3缸底</b></p><p>　　缸底的材料常用3

30、5號或45號鋼。缸筒采用無縫鋼管時，缸底與缸筒多采用焊接結構，它的特點是結構緊湊，加工簡單，工作可靠，但容易產生焊接變形。通常缸底上口與缸筒內孔間采用過渡配合，以限制焊接后的變形。除焊接結構外，缸底與缸筒可采用螺紋連接、半環(huán)連接和法蘭連接等多種連接方式。要根據具體設計要求靈活選擇。</p><p><b>　　2.2.4缸蓋</b></p><p>　　缸口部分一般由

31、密封圈、導向套、防塵圈和鎖緊裝置等組成，用作活塞桿的導向和密封等。缸孔和活塞桿直徑不同，缸口部分的結構也有所不同，缸蓋與缸筒的典型連接結構有，外螺紋連接，它的外徑小，質量輕，但結構工藝性較差；內半環(huán)連接，內卡環(huán)常由三個半環(huán)組成，其結構簡單而且緊湊，拆裝也較方便，但缸壁上的環(huán)槽削弱了缸筒的強度；法蘭連接，特點是結構簡單而且緊湊，拆裝和加工容易。缺點是外形和質量都比較大；鋼絲連接，這種連接方式的結構最簡單、緊湊，已逐漸被推廣使用。值得注意的

32、是缸蓋與缸筒的連接很少采用焊接結構。</p><p>　　缸蓋材料一般用35、45號鋼鍛件。當缸蓋兼作導向套時，應采用鑄鐵并在其工作表面堆焊青銅，黃銅或其它耐磨材料，導向套也可單獨制成后壓入缸蓋內孔。</p><p>　　2.2.5缸體與外部的連接結構</p><p>　　油缸依與機器的設置與固定方式可分為兩大類：</p><p>　　a、剛

33、性固定：采用底座或法蘭連接</p><p>　　b、鉸接固定：采用耳環(huán)或鉸軸</p><p>　　油缸的安裝一般是通過兩端的耳環(huán)或中部鉸軸與工作機構連接。缸底耳環(huán)通常做成整體或焊接。活塞桿耳環(huán)可做成整體或采用焊接或螺紋連接。鉸軸可根據工作機構的要求焊接在缸體的頭部、尾部或任意中間位置，其中以頭部鉸軸對活塞桿的彎曲作用最小。耳環(huán)與鉸軸的材料可采用45號鋼或ZG35鑄鋼。</p>

34、<p><b>　　2.2.6活塞</b></p><p>　　活塞材料通常用鋼或鑄鐵，也有用鋁合金制成的，它的結構上主要考慮的問題是：活塞與缸筒的滑動和密封，活塞與活塞桿之間的連接與密封。</p><p><b>　　2.2.7活塞桿</b></p><p>　　活塞桿是油缸的主要傳力零件，必須有足夠的強度和

35、剛性?；钊麠U有空心和實心兩種結構?？招幕钊麠U的一端留有透氣孔，使焊接和熱處理時能排出熱氣。實心活塞桿的材料多用35、45號鋼，空心活塞桿一般用35、45號無縫鋼管。有特殊用途的油缸（如液壓支架）應按照使用條件來選定材料、結構和尺寸?；钊麠U頭部與工作機械的連接，根據不同的要求，選擇符合要求的結構型式。</p><p><b>　　2.2.8緩沖裝置</b></p><p&g

36、t;　　一般的油缸可以不考慮緩沖要求。當活塞的運動速度很高和運動部分質量很大時，就有很大的慣性力。如果活塞在行程終端與缸底（或缸蓋）產生機械碰撞，會出現沖擊和噪聲，甚至導致油缸、管路以及閥類元件的破壞，為了防止或緩和這種沖擊，可以在液壓回路中設置減速閥和制動閥，使活塞減速制動，也可在液壓缸內部設置緩沖裝置。</p><p><b>　　2.2.9排氣裝置</b></p><

37、;p>　　液壓系統(tǒng)在安裝過程中或長時間停止工作之后會滲入空氣，油中也會混入空氣，由于氣體具有較大的可壓縮性，將使油缸工作中產生振動、顫抖和爬行，并伴隨有噪聲和發(fā)熱等系列不正常現象。因此在設計油缸結構時，要保證能及時排除積聚在缸內的氣體。</p><p>　　一般利用空氣比重較油輕的特點，在油缸內腔的最高部位設置進出油口或專門的排氣裝置如排氣螺釘、排氣閥等，使積聚于缸內的氣體排出缸外。</p>

38、<p>　　圖2.2 排氣裝置的形式</p><p>　　排氣裝置的形式和結構見圖2，一般有整體排氣塞和組合排氣塞兩種。整體排氣塞（圖2.2c、e）由螺紋與缸筒或端蓋連接，靠頭部錐面起密封作用。排氣時，擰松螺紋，缸內空氣從錐面空隙中擠出并經斜孔排出缸外。這種排氣裝置簡單方便，但螺紋與錐面密封處同心度要求較高，否則擰緊排氣塞后不能密封，會造成外泄漏。組合排氣塞一般由螺塞和錐閥組成。螺塞擰松后，錐閥在壓力

39、的推動下脫離密封面而排出空氣。錐閥可以采用圖a所示的錐面密封，也可以采用圖2.2 b所示的錐面密封，還可以采用圖2.2 g所示的鋼珠密封。后兩種排氣密封形式對高壓缸比較適用。</p><p>　　2.2.10耳環(huán)和鉸軸</p><p>　　耳環(huán)和鉸軸是液壓缸的安裝連接零件，見圖2.3，液壓缸的全部出力和負載重力 全靠耳環(huán)或鉸軸承載或傳遞，所以要保證其有足夠的強度。</p>&

40、lt;p>　　圖2.3 耳環(huán)和鉸軸的形式</p><p>　　a）不帶襯套單耳環(huán) b）帶襯套單耳環(huán) c）球鉸形單耳環(huán) d）、e）、f）鉸軸</p><p>　　一般情況下，不帶襯套的單耳環(huán)尺寸，，；帶襯套的單耳環(huán)尺寸，其余同不帶襯套的；球鉸型單耳環(huán)尺寸，，，鉸軸尺寸。</p><p><b>　　2.2.11油口</b></

41、p><p>　　油口有油口孔和油口連接螺紋。油口孔是壓力油進出的直接通道，如果孔小了，不僅造成進油時流量供不應求，影響液壓缸的活塞運動速度，而且會造成回油時受阻，形成背壓，影響活塞的退回速度，減少液壓缸的負載能力。</p><p>　　油口孔大多數屬于薄壁孔（孔的長度與直徑之比的孔）。通過薄壁空的流量按下式計算</p><p>　　式中 ——流量系數，接頭處大孔與小孔

42、之比大于7時為0.6—0.62，小于7時為0.7—0.8。</p><p><b>　　——油孔的截面積</b></p><p><b>　　——液體的密度</b></p><p><b>　　——油孔前腔壓力</b></p><p><b>　　——油孔后腔壓力&l

43、t;/b></p><p>　　從式中可見，、是常量，對流量影響最大的因素是油孔的面積。根據此式，可以求出孔的直徑大小，以滿足流量的需要，從而保證液壓缸的正常工作運動速度。</p><p>　　2.2.12密封件的選用</p><p>　?。?）對密封件的要求</p><p>　　在液壓元件中，液壓缸的密封要求是比較高的，特別是一些特殊

44、液壓缸，如擺動液壓缸等。液壓缸不僅有靜密封，更多的部位是動密封，而且工作壓力高，這就要求密封件的密封性能要好，耐磨損，對溫度的適應范圍大，要求彈性好，永久變形小，有適當的機械強度，摩擦阻力小，容易制造和裝拆，能隨壓力的升高而提高密封能力和利于自動補償磨損。密封件一般以斷面形狀分類，有O形、Y形、U形、V形和Yx形等。除O形外，其他都屬于唇形密封件。</p><p>　?。?）O形密封圈的選用</p>

45、<p>　　液壓缸的靜密封部位主要有活塞內孔與活塞桿、支撐座外圓與缸筒內孔、端蓋與缸體端面等處。靜密封部位使用的密封件基本上都是O形密封圈。</p><p>　?。?）動密封部位密封圈的選用</p><p>　　由于O型密封圈用于往復運動存在起動阻力大的缺點，所以用于往復運動的密封件一般不用O形圈，而使用唇形密封圈或金屬密封圈。</p><p>　　液壓

46、缸動密封部位主要有活塞與缸筒內孔的密封、活塞桿與支撐座（或導向套）的密封等。</p><p>　　活塞環(huán)是具有彈性的金屬密封圈，摩擦阻力小，耐高溫，使用壽命長，但密封性能差，內泄漏量大，而且工藝復雜，造價高。對內泄漏量要求不嚴而要求耐高溫的液壓缸，使用這種密封圈較合適。</p><p>　　V形圈的密封效果一般，密封壓力通過壓圈可以調節(jié)，但摩擦阻力大，溫升嚴重。因其是成組使用，模具多，也不

47、經濟。對于運動速度不高、出力大的大直徑液壓缸，用這種密封圈較好。</p><p>　　U形圈雖是唇形密封圈，但安裝時需用支撐環(huán)壓住，否則就容易卷唇，而且只能在工作壓力低于10MPa時使用，對壓力高的液壓缸不適用。</p><p>　　比較而言，能保證密封效果，摩擦阻力小，安裝方便，制造簡單經濟的密封圈就屬Yx型密封圈了。它屬于不等高雙唇自封壓緊式密封圈 ，分軸用和孔用兩種。</p&g

48、t;<p>　　2.3 選用液壓元件</p><p><b>　　如下表2-1 </b></p><p><b>　　表2-1</b></p><p>　　根據動作要求和提供的元件，設計液壓傳動系統(tǒng)，其工作情況由表2-2所示</p><p>　　油路中用到的上述提供的元器件有：二位二通

49、電磁換向閥、調速閥、先導式溢流閥、三位四通電磁換向閥。</p><p><b>　　表2-2</b></p><p>　　2.4計算和選擇液壓元件</p><p>　　2.4.1確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率</p><p>　　(1) 計算液壓泵的最大工作壓力</p><p>　　液壓缸在工進時工

50、作壓力最大，最大工作壓力為p1=1.7MPa，如在調速閥進口節(jié)流調速回路中，選取進油路上的總壓力損失∑?p=0.3Mpa，則小流量泵的最高工作壓力估算為:</p><p><b>　　（2.1）</b></p><p>　　2.4.2 計算液壓泵的流量</p><p>　　油源向液壓缸輸入的最大流量為：</p><p>

51、<b>　　所以泵的流量 ：</b></p><p><b>　　qv≥q</b></p><p><b>　　工進時的流量為:</b></p><p>　　qg </p><p>　　2.4.3 確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率</p><

52、p>　　據以上壓力和流量數值查閱產品樣本，并考慮液壓泵存在容積損失，最后確定選取CB-D外齒合齒輪泵。泵的排量為50mL/r，當液壓泵的轉速np=940r/min時，其理論流量為47L/min，若取液壓泵容積效率ηv=0.9，則液壓泵的實際輸出流量為:</p><p>　　由于液壓缸在快進時輸入功率最大，若取液壓泵總效率ηp=0.8，這時液壓泵的驅動電動機功率為</p><p>&l

53、t;b>　　（2.2）</b></p><p>　　根據此數值查閱產品樣本，選用規(guī)格相近的Y132S-6型電動機，其額定功率為3.0KW，額定轉速為960r/min。</p><p>　　2.4.4確定其它元件及輔件</p><p>　　（1）確定閥類元件及輔件</p><p>　　根據系統(tǒng)的最高工作壓力和通過各閥類元件及輔

54、件的實際流量，閱產品樣本，選出的閥類元件和輔件規(guī)格如表2-3所列。</p><p><b>　　表2-3</b></p><p>　　(2) 確定油管內徑</p><p>　　表2-4允許流速推薦值</p><p><b>　　表2-4</b></p><p><b&g

55、t;　　油管內徑為：</b></p><p><b>　?。?.3）</b></p><p>　　根據內徑尺寸系列，選取內徑為20mm的軟管</p><p>　　第3章 液壓缸的設計計算</p><p>　　3.1 液壓缸主要零件的材料</p><p>　　(1)缸體 無縫鋼管 4

56、5鋼</p><p>　　無縫鋼管作缸體毛坯加工余量小，工藝性能好，生產準備周期短，適于大批量生產，標準液壓缸大部分都采用無縫鋼管，一般常用調質的45號鋼。</p><p>　　(2)活塞 鑄鐵HT200</p><p>　　活塞常用材料灰鑄鐵，耐磨鑄鐵、35及40鋼和鋁合金等。缸徑較小的整體式活塞用35、45鋼，其他多用灰鑄鐵。</p><p

57、>　　(3)活塞桿 45鋼</p><p>　　活塞桿常使用35、45鋼等材料。對于沖擊震動很大的活塞桿，也可以使用55鋼。一般實心的活塞桿用35、45鋼。</p><p>　　(4)前缸蓋 45鋼</p><p>　　缸蓋常用35、45鋼的鍛件或鑄造毛坯，也可以使用鑄鐵材料。</p><p>　　(5)后缸蓋 45鋼</p

58、><p>　　缸蓋常用35、45鋼的鍛件或鑄造毛坯，也可以使用灰鑄鐵材料。起導向作用時則用鑄鐵</p><p>　　3.2 液壓缸的內徑D和活塞桿直徑d的計算</p><p>　　Px1A1=P2xA2+F (3.1)</p><p>　　式中：P1------液壓缸工作壓力（Mpa）<

59、/p><p>　　P2---------回油腔背壓(Mpa)</p><p>　　A1--------無桿腔面積(mm^2)</p><p>　　A2--------有桿腔面積(mm^2)</p><p>　　F----------最大負載（N）</p><p><b>　?。?.2）</b><

60、/p><p><b>　?。?.3）</b></p><p>　　式中：D----------液壓缸的內徑</p><p>　　d-----------活塞桿的直徑</p><p>　　所給的設計參數為：最大負載F=1800N;工作壓力為P1=1.7M; d/D=0.75;回油腔背壓P2=0.5Mpa 。依據式(3.1) 、

61、（3.2）、（3.3）可計算出</p><p>　　內徑D和活塞桿直徑d.</p><p><b>　　計算結果為：</b></p><p><b>　　D=40.36</b></p><p>　　圓整為D=40mm，經過校驗，強度條件不滿足，故選擇D=63mm進行設計。</p>&l

62、t;p>　　根據GB/T2348-1993,液壓缸內徑尺寸系列和液壓缸活塞桿外徑尺寸對D和d進行圓整，取D=63 d=50.</p><p>　　3.3 液壓缸壁厚的計算 </p><p>　　q ≥ PyD /2[σ] (3.4)</p><p>　　式中：q----------液壓缸缸筒厚度（

63、mm）</p><p>　　Py------------實驗壓力（Mpa）,工作壓力P≤16Mpa時，Py=1.5P；工作壓力P≥16Mpa時，Py=1.25P</p><p>　　[σ]--------缸體材料的許用應力（Mpa）</p><p><b>　　[σ]= σ/n</b></p><p>　　σ------

64、--缸體材料的抗拉強度（Mpa）</p><p>　　n--------安全系數，n=3.5～5，一般n取5</p><p>　　選用45剛，其抗拉強度為500～550Mpa，根據式1.4求得：</p><p>　　q ≥ 0.708mm</p><p>　　根據鋼管外徑尺寸系列，選取其外徑為121mm，其厚度也就為10.5mm>0.7

65、08mm,滿足要求。</p><p><b>　　3.4活塞桿的校核</b></p><p><b>　　(3.5)</b></p><p>　　[σ]= σ/1.4=357Mpa</p><p>　　式中：F-------- 最大負載（N） </p><p>　　據

66、式1.5計算得d≥6.809mm</p><p>　　上述計算得d=50mm>6.809mm,所以滿足要求。</p><p>　　3.5 缸蓋固定螺栓的校核</p><p><b>　　(3.6)</b></p><p>　　式中：F-------液壓缸負載</p><p>　　K-----

67、--螺紋擰緊系數，K=1.12~1.5</p><p>　　Z-------固定螺栓個數</p><p>　　[σ]----螺栓許用應力，[σ]= σ3/(1.22~2.5), σ3為材料的屈服點為355Mpa</p><p>　　其中負載為1800N，擰緊系數取1.5，螺栓個數取6個，根據式3.6計算得：</p><p>　　d3≥4.77

68、mm,選取M8的螺栓。</p><p>　　3.6 缸體與缸蓋采用螺紋連接時的校核</p><p>　　缸體螺紋處的拉應力：</p><p><b>　　(3.7)</b></p><p><b>　　螺紋處的切應力為:</b></p><p><b>　?。?.8

69、）</b></p><p><b>　　(3.9)</b></p><p>　　式中：σ-------螺紋處的拉應力（pa）</p><p>　　K-------螺紋擰緊系數，靜載荷時，取K=1.25~1.5；動載荷時，取K=2.5～4,(取K=3)</p><p>　　K1-------螺紋內摩擦系數，（取

70、K1=0.12）</p><p>　　d0-------螺紋外徑m （d0=121mm）</p><p>　　d1-------螺紋內徑m (d1=120mm)</p><p>　　D-------液壓缸內徑m (D=100mm)</p><p>　　τ -------螺紋外的切應力pa</p><p>　　[σ]

71、----螺紋材料的許用應力pa</p><p><b>　　[σ]=σs/n</b></p><p>　　σs-------螺紋材料的屈服點pa （σs=355Mpa）</p><p>　　n-------安全系數 （n=2）</p><p>　　σn-----合成應力（pa）</p><p>　

72、　F-------缸體螺紋處所受到的拉力（N）</p><p>　　將各參數帶入式1.7、1.8、1.9得：</p><p>　　σ =15.63Mpa τ =5.39Mpa σn =18.2Mpa [σ]=175Mpa</p><p>　　所以σn =18.2Mpa< [σ]=175Mpa,其螺紋聯(lián)接符合要求。 </p><p&

73、gt;　　3.7 活塞與活塞桿采用螺紋連接時的校核</p><p>　　螺紋連接：結構簡單，在振動的工作條件下容易松動，必須用鎖緊裝置。應用用較多，如組合機床與工程機械上的液壓缸。</p><p>　　活塞桿危險截面處的拉應力：</p><p><b>　　（3.10）</b></p><p><b>　　切應

74、力為：</b></p><p>　　（3.11） </p><p><b>　　合應力為：</b></p><p>　　≤ [σ] （3.12）</p><p>　　式中：F1-------液壓缸輸出壓力</p><p>　　式中：d-------

75、活塞桿直徑；</p><p>　　[σ]----活塞桿材料的許用應力 ； Mpa </p><p>　　將各參數帶入式2.0、2.1、2.2得：</p><p>　　σ=3.19Mpa τ=1.51Mpa σn=4.13Mpa</p><p>　　所以

76、σn=4.13Mpa≤[σ]=175Mpa,其螺紋聯(lián)接滿足要求。</p><p>　　第4章 電氣控制系統(tǒng)的安裝與調試</p><p>　　4.1 液壓傳動系統(tǒng)回路設計</p><p>　　圖4.1 液壓傳動系統(tǒng)油路圖</p><p>　　4.2電氣控制系統(tǒng)設計</p><p>　　4.2.1電氣控制系統(tǒng)流程圖如圖4.

77、2所示</p><p>　　圖4.2 電氣控制系統(tǒng)流程圖</p><p>　　4.2.2 PLC I/O分配表及接線原理圖如下</p><p>　　表4.1 I/O分配表</p><p>　　圖4.3 PLC接線原理圖</p><p>　　4.2.3 PLC電氣控制系統(tǒng)梯形圖</p><p&

78、gt;<b>　　課程設計總結</b></p><p>　　經過這兩周的機電液綜合實驗課程設計，基本掌握了液壓回路的設計過程，掌握常見典型液壓回路的設計、安裝及調試； PLC控制程序的設計、安裝及調試；培養(yǎng)了我們綜合運用機械、液壓、電氣等知識及設計、安裝調試等綜合技能。設計過程主要包括3大部分：液壓傳動系統(tǒng)的設計計算及元件選型、液壓缸的設計計算以及電氣控制系統(tǒng)的安裝及調試。 </p&g

79、t;<p>　　在對液壓缸的設計過程中其中有些細節(jié)問題需要特別注意，比如像缸蓋與缸體采用的聯(lián)接方式是否滿足要求；設計的缸體本身雖滿足參數上的要求，但還得考慮加工是否簡單；繪制液壓缸的裝配圖時，要注意哪些是標準件，不能隨便想當然地畫上去。設計液壓系統(tǒng)控制電路時，要注意的很多。在做實驗前一定要先設計好電氣控制油路圖、得失電表、電器控制系統(tǒng)的設計，在做實驗前先分工明確，哪些同學接電路圖哪些同學接油路圖，一些細節(jié)問題需要注意比如：

80、機械設計的首要理念是以最少的元器件來達到要滿足的動作要求，盡量簡單易懂，不要太繁瑣。考慮一定要周全，假如液壓缸在運動中途停了怎么辦，此時就需要設計一個強退開關，細節(jié)問題要注意，一定要把可能出現的情況都考慮在內。</p><p>　　同時，接線要特別細心，一個同學在旁讀電路、一個同學負責接、一個同學在旁檢查，一條支路一條支路的接，不要看到哪個就接哪個，容易亂。接好后要特別注意先檢查一遍，不僅是檢查電路圖還要檢查油路

81、圖，看用了哪些行程開關、哪些電磁換向閥不要接錯了，接了幾個常開開關或常閉開關，基本線路接的是否正常，檢查下來沒問題才能通電調試。油路連接中最重要的細節(jié)是分清哪個是進油口哪個是出油口，特別是接調速閥的時候。</p><p>　　最難忘的是做實驗調試是我們第一次接的油路圖和電路圖都正確了但就是不能完成相應的動作，大家反復檢查了幾遍還是找不出問題最后請老師幫忙檢查。最后老師讓我們把傳感器換了一個位置才使得液壓缸完成規(guī)定

82、的動作回路。感謝老師花了那么長的時間幫我們檢查，張老師還說只有這樣你們才會體會到成功的快樂，雖然花了很長時間身上也弄得很臟但我們從中體會到了成功的快樂。感謝老師的諄諄教導，有了你們的親切關懷和悉心指導，我才能順利完成課程設計任務。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]李仁. 電氣控制. 北京：機械工業(yè)出版社，1987.</p&

83、gt;<p>　　[2]楊培元 朱福元. 液壓系統(tǒng)設計簡明手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，1998.</p><p>　　[3]雷天覺. 新編液壓工程手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，1998.</p><p>　　[4]張利平. 液壓與氣壓傳動設計手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，1997.</p><p>　　[5]楊爾莊. 二十一世紀液壓技術現狀及發(fā)展趨勢

84、[J]. 液壓與氣動,1, 6:1.</p><p>　　[6]成大先.機械設計手冊液壓壓傳動單行本. 北京：化學工業(yè)出版社.2010.</p><p>　　[7]許福玲，陳堯明.液壓與氣壓傳動.北京：機械工業(yè)出版社.2007.</p><p>　　[8]肖興明.機電控制及自動化. 徐州：中國礦業(yè)大學出版社.2003.</p><p>　　[