【正文】 無錫職業(yè)技術學院 畢業(yè)論文 第 I 頁 共 41 頁 摘 要 本次設計主要是完成對液壓上料機原理的設計與液壓缸的設計。在設計過程中，主要完成上料機的液壓系統(tǒng)原理設計以及完成液壓缸的裝配圖和零件圖。 關鍵詞 ： 液壓原理 ， 液壓缸，工作壓力無錫職業(yè)技術學院 畢業(yè)論文 第 II 頁 共 41 頁 目錄 第一章 緒論 —————————————————————————— 1 畢業(yè)論文背景 ——————————————————————— 3 傳動介紹 ————————————————————————— 5 論文研究內(nèi)容 ——————————————————————— 6 第二章 上料機的液壓傳動系統(tǒng)原理設計 負載分析 ————————————————————————— 7 負載圖與速度圖 —————————————————————— 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)的性能驗算 ———————————————————— 16 第三章 液壓缸的設計 液壓缸的介紹 ——————————————————————— 18 液壓缸設計的細節(jié) ————————————————————— 20 液壓缸零件的技術要求 ——————————————————— 21 第四章 總結和致謝 參考文獻 ———————————————————— 23 無錫職業(yè)技術學院 畢業(yè)論文 第 3 頁 共 41 頁 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，來實現(xiàn)各種機械的傳動和自動控制的學科。液壓技術自 18 世紀末英國制成世界上第一臺水壓機算起，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)后液壓技術迅速轉向民用工業(yè)，在機床、工程機械、農(nóng)業(yè)機械、汽車等行業(yè)中逐步推廣。本世紀 60 年代以來，隨著原子能、空間技術、計算機技術的發(fā)展，液壓技術得到了很大的發(fā)展，并滲透到各個工業(yè)領域中去。當前液壓技術正向高壓、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)的計算機輔助設計（ CAD）、計算機輔助測試（ CAT）、計算機直接控制（ CDC）、計算機實時控制技術、機電一體化技術、計算機仿真和優(yōu)化設計技術、可靠性技術，以及污染 控制技術等方面也是當前液壓傳動及控制技術發(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，來實現(xiàn)各種機械的傳動和自動控制的科學。它是利用各種元件組成所需要的各種控制回路，再由若干回路有機組合成能完成一定控制功能的傳動系統(tǒng)來進行能量傳遞，轉換和控制。因此，要研究液壓傳動及其控制技術，就首先要了解組成系統(tǒng)的各類元件的結構，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，并在此基礎上進行液壓傳動控制系統(tǒng)的設計。 二、液壓系統(tǒng)的組成 1)能源裝置 — 把機械能轉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 — 把流體的壓力能轉換成機械能的裝置，一般指作直線運動的液壓缸，作回轉運動的液壓馬達等。 3）控制調節(jié)裝置 — 對液壓系統(tǒng)中流體的壓力，流量和流動方向進行控制和調節(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無錫職業(yè)技術學院 畢業(yè)論文 第 4 頁 共 41 頁 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 — 傳遞能量的流體，即液壓油。 三、液壓傳動的優(yōu)缺點 拖 動能力 從所能達到的最大功率看，液壓系統(tǒng)遠不如電力拖動系統(tǒng)，但液壓傳動最突出的優(yōu)點是出力大，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，這是因為電機元件，例如電動機由于受到磁性材料飽和作用的限制，單位質量的設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，這時僅受到機械強度和密封技術的限制。在典型情況下，發(fā)電機和電動機的功率 質量比僅為 165W/KG，而液壓泵和液壓馬達可達 165W/KG，是機電元件的 10 倍，在航空航天技術領域應用的液壓馬達可達 6600W/KG。作直線運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到7003000N/CM2，而直流直線式電動機為 30 N/CM2左右。 b)力 — 質量比 液壓缸的力 — 質量比一般為 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，響應速度快，具有優(yōu)良的動態(tài)品質。 控制方式性能 液壓傳動在組成控制系統(tǒng)時，與機械裝置相比，其主要優(yōu)點是操作方便，省力，系統(tǒng)結構空間的自由度大，易于實現(xiàn)自動化，且能 在很大的范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調速，傳動比可達 100： 1 至 2021： 1。如與電氣控制相配合，可較方便的實現(xiàn)復雜的程序動作和遠程控制。此外，流動傳動還具有傳遞運動均勻平穩(wěn)，反應速度快，沖擊小，能高速啟動，制動和換向；易于實現(xiàn)過載保護；流體控制元件標準化，系列化和通用化程度高，有利于縮短機器的設計，制造周期和降低制造成本。 當然液壓傳動也有一定的缺點，例如傳動介質易泄漏和可壓縮性會使傳動比不能嚴格保證；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。 無錫職業(yè)技術學院 畢業(yè)論文 第 5 頁 共 41 頁 四、壓傳動的應用及發(fā)展 在工業(yè)生產(chǎn)的各個部門應用液壓傳動技術的出發(fā)點是不盡相同的。例如，工程機械，礦山機械，壓力機械和航空工業(yè)中采用液壓傳動的主要原因是取結構簡單，體積小，重量輕，輸出力大；機床上采用液壓傳動是取其能在工作過程中方便的實現(xiàn)無級調速，易于實現(xiàn)頻繁的換向，易于實現(xiàn)自動化。 液壓傳動在各類機械中的應用如表 11 表 11 行業(yè)名稱 應用舉例 工程機械 挖掘機 裝載機 推土機 礦山機械 鑿開機 開掘機 提升機 液壓支架 建筑機械 打樁機 液壓千斤頂 平地機 冶金機械 軋鋼機 壓力機 步進加熱爐 鍛壓機械 壓力機 模鍛機 空氣錘 機械制造 組合機床 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所致，隨著工業(yè)的發(fā)展，液壓技術必將更加廣泛的應用于各個工業(yè)領域。 液壓技術自 18 世紀末英國制成世界上第一臺水壓機計算起，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)后液壓技術迅速轉向民用工業(yè)，在機床，工程機械，農(nóng)業(yè)機械，汽車等行業(yè)中逐步推廣。本世紀 60 年代以來，隨著原子能，空間技術，計算機技術的發(fā)展，液壓技術得到了很大的發(fā)展，并滲透到各個工業(yè)領域中去。當前液壓技術正向高壓，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)的計算機輔助設計（ CAD），計算機輔助測試（ CAT），計算機直接控制（ CDC），計算機實時控制技術，機電一體化技術，計算機仿真和優(yōu)化設計技術，可靠性技術，以及污染控制技術等方面也是當前液壓傳動及控制技術發(fā)展和研究的方向。 五、 系統(tǒng)的污染控制 工作介質的污染是液壓系統(tǒng)發(fā)生故障的主要原因。它嚴重影響液壓系統(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。 無錫職業(yè)技術學院 畢業(yè)論文 第 6 頁 共 41 頁 進入工作介質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和的，但油液在運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。當一個大顆粒進入泵或閥時，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，使閥不能完全關閉，當閥再次打開時，該顆?；蛭廴疚锟赡鼙粵_走，于是，出現(xiàn)一種討厭的間歇失效。導致液壓系統(tǒng)不能正常工作。 顆粒污染 物和油液氧化變質生成的粘性膠質堵塞過濾器，使液壓泵運轉困難，產(chǎn)生噪聲。水分和空氣的混入使工作介質的潤滑性能降低，并使它加速氧化變質，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致液壓系統(tǒng)不能工作。危害是非常嚴重的。 本文研究內(nèi)容 如下：無錫職業(yè)技術學院 畢業(yè)論文 第 7 頁 共 41 頁 第二章 一上料機的液壓傳統(tǒng)系統(tǒng)的設計。要求驅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 行導軌，其導軌面的夾角 90 度，滑臺與導軌的最大間隙為 2mm，起動加速和減速時間均為 ，液壓缸的機械效率（考慮密封阻力）為 . ㈠負載分析 1. 工作負載 ? ? NNFF GL 60 0010 0050 00 ???? 2. 摩擦負載 2sin ?Nf fFF ? 由于工件為垂直起升，所以垂直作用于導 軌的載荷可由其間隙和機構尺寸求得 F=120N，取 fs=， fd= 則有 靜摩擦負載 NNfsF 45s i n1 2 ??? ?????????? ? 動摩擦負載 NNfdF 45s i n1 2 ??? ?????????? ? 3. 慣性負載 加速 NNtvgGF a ?????? 減速 NNtvgGF a ??????? 制動 無錫職業(yè)技術學院 畢業(yè)論文 第 8 頁 共 41 頁 NNtvgGF a ?????? 反向加速 NNtvgGF a ?????? 反向制動 NFF aa ?? 根據(jù)以上 的計算，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)中應設置平衡回路。因此在對快速向下運動的負載分析時，就不考慮滑臺 2 的重量。則液壓缸各階段中的負載如表 93 所示（效率 ） 表 9— 3 液壓缸各階段中的負載 工況 計算公式 總負載 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 負載圖和速度圖的繪制 按照前面的負載分析結果及已知的速度要求 行程限制等，繪制出負載圖及速度圖如圖 94 所示。 F/N