【正文】 無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文畢業(yè)設(shè)計(jì) 液壓上料機(jī)原理設(shè)設(shè)計(jì)與液壓缸的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 所系與專業(yè) 機(jī)電工程系機(jī)電一體化 班級 機(jī)電20701所在學(xué)期 20072010學(xué)年第6學(xué)期 學(xué)號 2010070112 2010 年04 月 16 日第 24 頁 共 37 頁摘 要本次設(shè)計(jì)主要是完成對液壓上料機(jī)原理的設(shè)計(jì)與液壓缸的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中，主要完成上料機(jī)的液壓系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)以及完成液壓缸的裝配圖和零件圖。關(guān)鍵詞：液壓原理，液壓缸，工作壓力目錄第一章 緒論—————————————————————————— 1———————————————————————3—————————————————————————5———————————————————————6第二章 上料機(jī)的液壓傳動系統(tǒng)原理設(shè)計(jì) 負(fù)載分析—————————————————————————7 負(fù)載圖與速度圖——————————————————————8 液壓缸的主要參數(shù)確定———————————————————9 液壓系統(tǒng)圖擬定——————————————————————11 液壓元件的選用——————————————————————12 液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算————————————————————16第三章 液壓缸的設(shè)計(jì) 液壓缸的介紹———————————————————————18 液壓缸設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)—————————————————————20 液壓缸零件的技術(shù)要求———————————————————21第四章 總結(jié)和致謝 參考文獻(xiàn)————————————————————23第一章 緒 論 論文的背景液壓與氣壓傳動是研究以有壓流體（壓力油或壓縮空氣）為能源介質(zhì)，來實(shí)現(xiàn)各種機(jī)械的傳動和自動控制的學(xué)科。液壓技術(shù)自18世紀(jì)末英國制成世界上第一臺水壓機(jī)算起，已有300年的歷史了，但其真正的發(fā)展只是在第二次世界大戰(zhàn)后50余年的時間內(nèi)，戰(zhàn)后液壓技術(shù)迅速轉(zhuǎn)向民用工業(yè)，在機(jī)床、工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車等行業(yè)中逐步推廣。本世紀(jì)60年代以來，隨著原子能、空間技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，液壓技術(shù)得到了很大的發(fā)展，并滲透到各個工業(yè)領(lǐng)域中去。當(dāng)前液壓技術(shù)正向高壓、高速、大功率、高效、低噪聲、經(jīng)久耐用、高度集成化的方向發(fā)展。同時，新型液壓元件和液壓系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助測試（CAT）、計(jì)算機(jī)直接控制（CDC）、計(jì)算機(jī)實(shí)時控制技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真和優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)、可靠性技術(shù)，以及污染控制技術(shù)等方面也是當(dāng)前液壓傳動及控制技術(shù)發(fā)展和研究的方向。 液壓傳動介紹一、液壓傳動的研究對象液壓傳動是研究以有壓流體為能源介質(zhì)，來實(shí)現(xiàn)各種機(jī)械的傳動和自動控制的科學(xué)。它是利用各種元件組成所需要的各種控制回路，再由若干回路有機(jī)組合成能完成一定控制功能的傳動系統(tǒng)來進(jìn)行能量傳遞，轉(zhuǎn)換和控制。因此，要研究液壓傳動及其控制技術(shù)，就首先要了解組成系統(tǒng)的各類元件的結(jié)構(gòu)，工作原理，工作性能以及由這些元件所組成的各種控制回路的性能和特點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行液壓傳動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。二、液壓系統(tǒng)的組成1)能源裝置—把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成流體的壓力能的裝置，一般最常見的是液壓泵。2)執(zhí)行裝置—把流體的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置，一般指作直線運(yùn)動的液壓缸，作回轉(zhuǎn)運(yùn)動的液壓馬達(dá)等。3）控制調(diào)節(jié)裝置—對液壓系統(tǒng)中流體的壓力，流量和流動方向進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)的裝置。例如溢流閥，節(jié)流閥，換向閥等。這些元件的不同組合組成了能完成不同功能的液壓系統(tǒng)。4）助裝置—指除以上三種外的其他裝置，如油箱、過濾器，分水濾氣器、油霧器、蓄能器等。它們對保證液壓系統(tǒng)可靠和穩(wěn)定地工作有重大作用。5） 動介質(zhì)—傳遞能量的流體，即液壓油。三、液壓傳動的優(yōu)缺點(diǎn) 拖動能力從所能達(dá)到的最大功率看，液壓系統(tǒng)遠(yuǎn)不如電力拖動系統(tǒng)，但液壓傳動最突出的優(yōu)點(diǎn)是出力大，重量輕，慣性小以及輸出剛度大，可用以下的指示來表示：a)功率—質(zhì)量比大 這意味著同樣功率的控制系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)體積小，重量輕，這是因?yàn)殡姍C(jī)元件，例如電動機(jī)由于受到磁性材料飽和作用的限制，單位質(zhì)量的設(shè)備所能輸出功率比較小，液壓系統(tǒng)可以通過提高系統(tǒng)的壓力提高輸出功率，這時僅受到機(jī)械強(qiáng)度和密封技術(shù)的限制。在典型情況下，發(fā)電機(jī)和電動機(jī)的功率質(zhì)量比僅為165W/KG，而液壓泵和液壓馬達(dá)可達(dá)165W/KG，是機(jī)電元件的10倍，在航空航天技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用的液壓馬達(dá)可達(dá)6600W/KG。作直線運(yùn)動的動力裝置將更加懸殊，從單位面積出力來看液壓缸的出力一般可達(dá)到7003000N/CM2，而直流直線式電動機(jī)為30 N/CM2左右。b)力—質(zhì)量比 液壓缸的力—質(zhì)量比一般為13000N/KG，而直流直線式電1020倍，這意味著液壓系統(tǒng)能夠產(chǎn)生大的加速度，也就是說時間常數(shù)小，響應(yīng)速度快，具有優(yōu)良的動態(tài)品質(zhì)。 控制方式性能液壓傳動在組成控制系統(tǒng)時，與機(jī)械裝置相比，其主要優(yōu)點(diǎn)是操作方便，省力，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)空間的自由度大，易于實(shí)現(xiàn)自動化，且能在很大的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，傳動比可達(dá)100：1至2000：1。如與電氣控制相配合，可較方便的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的程序動作和遠(yuǎn)程控制。此外，流動傳動還具有傳遞運(yùn)動均勻平穩(wěn)，反應(yīng)速度快，沖擊小，能高速啟動，制動和換向；易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)；流體控制元件標(biāo)準(zhǔn)化，系列化和通用化程度高，有利于縮短機(jī)器的設(shè)計(jì)，制造周期和降低制造成本。當(dāng)然液壓傳動也有一定的缺點(diǎn)，例如傳動介質(zhì)易泄漏和可壓縮性會使傳動比不能嚴(yán)格保證；由于能量傳遞過程中壓力損失和泄漏的存在使傳動效率低；流體裝置不能在高溫下工作；流體控制元件制造精度高以及系統(tǒng)工作過程中發(fā)生故障不易診斷等。四、壓傳動的應(yīng)用及發(fā)展在工業(yè)生產(chǎn)的各個部門應(yīng)用液壓傳動技術(shù)的出發(fā)點(diǎn)是不盡相同的。例如，工程機(jī)械，礦山機(jī)械，壓力機(jī)械和航空工業(yè)中采用液壓傳動的主要原因是取結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，輸出力大；機(jī)床上采用液壓傳動是取其能在工作過程中方便的實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，易于實(shí)現(xiàn)頻繁的換向，易于實(shí)現(xiàn)自動化。液壓傳動在各類機(jī)械中的應(yīng)用如表11表11 行業(yè)名稱應(yīng)用舉例工程機(jī)械挖掘機(jī) 裝載機(jī) 推土機(jī)礦山機(jī)械鑿開機(jī) 開掘機(jī) 提升機(jī) 液壓支架建筑機(jī)械打樁機(jī) 液壓千斤頂 平地機(jī)冶金機(jī)械軋鋼機(jī) 壓力機(jī) 步進(jìn)加熱爐鍛壓機(jī)械壓力機(jī) 模鍛機(jī) 空氣錘機(jī)械制造組合機(jī)床 沖床 自動線 氣動扳手液壓傳動發(fā)展到目前的水平主要是由于液壓傳動本身的特點(diǎn)所致，隨著工業(yè)的發(fā)展，液壓技術(shù)必將更加廣泛的應(yīng)用于各個工業(yè)領(lǐng)域。液壓技術(shù)自18世紀(jì)末英國制成世界上第一臺水壓機(jī)計(jì)算起，已有300年的歷史了，但是真正的發(fā)展只是在第二次世界大戰(zhàn)后50余年的時間內(nèi)，戰(zhàn)后液壓技術(shù)迅速轉(zhuǎn)向民用工業(yè)，在機(jī)床，工程機(jī)械，農(nóng)業(yè)機(jī)械，汽車等行業(yè)中逐步推廣。本世紀(jì)60年代以來，隨著原子能，空間技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，液壓技術(shù)得到了很大的發(fā)展，并滲透到各個工業(yè)領(lǐng)域中去。當(dāng)前液壓技術(shù)正向高壓，高速，大功率，高效，低噪音，經(jīng)久耐用，高度集成化的方向發(fā)展。同時，新型液壓元件和液壓系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD），計(jì)算機(jī)輔助測試（CAT），計(jì)算機(jī)直接控制（CDC），計(jì)算機(jī)實(shí)時控制技術(shù)，機(jī)電一體化技術(shù)，計(jì)算機(jī)仿真和優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，可靠性技術(shù)，以及污染控制技術(shù)等方面也是當(dāng)前液壓傳動及控制技術(shù)發(fā)展和研究的方向。五、 系統(tǒng)的污染控制工作介質(zhì)的污染是液壓系統(tǒng)發(fā)生故障的主要原因。它嚴(yán)重影響液壓系統(tǒng)的可靠性及液壓元件的壽命，因此工作介質(zhì)的正確使用，管理以及污染控制是提高液壓系統(tǒng)的可靠性及延長液壓元件使用壽命的重要手段。 進(jìn)入工作介質(zhì)的固體物有四個主要根源，它們是：已被污染的新油，殘留污染，侵染和內(nèi)部生成污染。了解每一個根據(jù)，都是液壓系統(tǒng)的污染控制措施和過濾器設(shè)置的主要考慮因素。a) 已被污染的新油—雖然液壓油和潤滑油是在比較清潔的條件下精煉和調(diào)和的，但油液在運(yùn)輸和儲存過程中受到管道，油桶和儲油罐的污染。其污染物為灰塵，沙土，銹垢，水分和其它液體等。b) 殘留污染—液壓系統(tǒng)和液壓元件在裝配和沖洗中的殘留物。如毛刺，切屑，型砂，涂料，橡膠。焊星和棉紗纖維等。c)侵入污染—液壓系統(tǒng)運(yùn)行過程中，由于油管密封不完善以及元件密封裝置損壞由系統(tǒng)外部侵入的污染物。如灰塵，沙土，切屑以及水分等。 d)生成污染—液壓系統(tǒng)運(yùn)行中系統(tǒng)本身所生成的污染物。其中既有元件磨損剝離，被沖刷和腐蝕的金屬顆?；蛳鹉z末，又有油液老化產(chǎn)生的污染物等。這一類污染物最具有危險性。 引起的危害液壓系統(tǒng)的故障有75%以上是由工作介質(zhì)污染所引起的。污染物顆粒具有各種形狀和尺寸并由各種材料組成，大多數(shù)是磨粒性的。它們與元件表面相互作用時，產(chǎn)生磨粒磨損和表面疲勞。從元件表面犁削和切削出碎片，加速元件磨損，使內(nèi)泄漏增加，降低泵，閥等元件的效率和精度，這些變化一開始很難察覺，尤其對泵來說，最終會引起失效。這種失效是不能恢復(fù)的退化失效。最容易引起磨損的顆粒是處于間隙尺寸的顆粒。當(dāng)一個大顆粒進(jìn)入泵或閥時，可能使泵或閥卡死，或者堵塞閥的控制節(jié)流孔，引起突發(fā)失效。細(xì)小顆粒淤積也能引起突法失效。有時，顆?；蛭廴疚锓赖K閥的歸位，使閥不能完全關(guān)閉，當(dāng)閥再次打開時，該顆粒或污染物可能被沖走，于是，出現(xiàn)一種討厭的間歇失效。導(dǎo)致液壓系統(tǒng)不能正常工作。顆粒污染物和油液氧化變質(zhì)生成的粘性膠質(zhì)堵塞過濾器，使液壓泵運(yùn)轉(zhuǎn)困難，產(chǎn)生噪聲。水分和空氣的混入使工作介質(zhì)的潤滑性能降低，并使它加速氧化變質(zhì)，產(chǎn)生氣蝕，使液壓元件加速腐蝕，液壓系統(tǒng)出現(xiàn)振動和爬行等現(xiàn)象。這些故障輕則影響液壓系統(tǒng)的性能和使用壽命，重則損壞元件使元件失導(dǎo)致液壓系統(tǒng)不能工作。危害是非常嚴(yán)重的。 本文研究內(nèi)容如下：第二章一上料機(jī)的液壓傳統(tǒng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。要求驅(qū)動它的液壓傳動系統(tǒng)完成快速上升——慢速上升——停留——快速下降的工作循環(huán)。其垂直上升工件1的重力為5000N，滑臺2的重量為1000N，快速上升行程350MM，速度要求大于45mm/s；慢速上升行程為100mm，其最小速度為8mm/s；快速下降行程為450mm，速度要求大于等于55mm/s，滑臺采用V行導(dǎo)軌，其導(dǎo)軌面的夾角90度，滑臺與導(dǎo)軌的最大間隙為2mm，液壓缸的機(jī)械效率（考慮密封阻力）.㈠負(fù)載分析1. 工作負(fù)載 2. 摩擦負(fù)載 由于工件為垂直起升，所以垂直作用于導(dǎo)軌的載荷可由其間隙和機(jī)構(gòu)尺寸求得F=120N，取fs=，fd=靜摩擦負(fù)載動摩擦負(fù)載3. 慣性負(fù)載加速 減速制動反向加速反向制動根據(jù)以上的計(jì)算，考慮到液壓缸垂直安放，其重量較大，為防止因自重而自行下滑，系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)置平衡回路。因此在對快速向下運(yùn)動的負(fù)載分析時，就不考慮滑臺2的重量。則液壓缸各階段中的負(fù)載如表93所示（） 表9—3 液壓缸各階段中的負(fù)載工況計(jì)算公式總負(fù)載缸推力啟動F=Ffs+FL加速F=FL+Ffd+Fa1快上F=Ffd+FL減速F=Ffd+FLFa2慢上F=FL+Ffd制動F=Ffd+FLfa3反向加速F=Ffd+Fa4快上F=Ffd制動F=FfdFa5 負(fù)載圖和速度圖的繪制 按照前面的負(fù)載分析結(jié)果及已知的速度要求 行程限制等，繪制出負(fù)載圖及速度圖如圖94所示。 F/N 0 350 450s/mm 45 8 0 350 450 s/mm 55 圖9—4 液壓缸的負(fù)載圖及速度圖* 液壓缸主要參數(shù)的確定1 初選液壓缸的工作壓力 根據(jù)分析此設(shè)備的負(fù)載不大，按類型屬機(jī)床類。 2 計(jì)算液壓缸的尺寸 按標(biāo)準(zhǔn)取：D=63mm 根據(jù)快上和快下的速度比值來確定活塞桿的直徑：按標(biāo)準(zhǔn)取d=25mm。 則液壓缸的有效作用面積為： 無桿腔面積 有桿腔面積3活塞桿穩(wěn)定性校核因?yàn)榛钊麠U總行程為450mm，而活塞桿直徑為25mm，l/d=450/25=18,需進(jìn)行穩(wěn)定性校核，由材料力學(xué)中的有關(guān)公式，根據(jù)該液壓缸一端支承一端鉸接取末端系數(shù) ，活塞桿材料用普通碳鋼則：材料強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)值 ， 系數(shù) ，柔性系數(shù)， ，因?yàn)? ，所以有其臨界載荷 取其安全系數(shù)時 所以，滿足穩(wěn)定性條件。4. 求液壓缸的最大流量5. 繪制工況圖 工作循環(huán)中各個工作階段的液壓缸壓力 流量和功率如表94所示。工況壓力