【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 各種阻力，液壓缸必須產(chǎn)生一個(gè)足夠大的推力，這個(gè)推力是由液壓缸中的油液的壓力產(chǎn)生的。要克服阻力越大，缸中的油液壓力越高：反之，壓力就越低。輸入液壓缸的油液是由節(jié)流閥來(lái)調(diào)節(jié)的，液壓泵輸出地多余的油液須經(jīng)過(guò)溢流閥和回油管排回油箱，這只有在壓力支管的油液壓力對(duì)溢流閥鋼球的作用力等于或略大于溢流閥中彈簧的預(yù)緊力時(shí)，油液才能頂開(kāi)溢流閥中的鋼球流回油箱。所以，在圖式系統(tǒng)中液壓泵出口處的油液壓力是由溢流閥決定的，它和缸中的由液壓力不一樣大。 新疆大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 10 液壓傳動(dòng)的組成部分 液壓傳動(dòng)裝置主要由以下四 個(gè)部分組成： 1）能源裝置 把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成油液液壓能的裝置。最常見(jiàn)的形式是液壓泵，它給液壓系統(tǒng)提供壓力油。液壓泵是靠密封工作腔的容積變化進(jìn)行工作的，而它額輸出流量的大小是由密封的工作腔的容積大小決定的。 液壓泵按其在單位時(shí)間內(nèi)所輸出的油液體積可否調(diào)節(jié)而分為定量泵和變量泵兩類；按結(jié)構(gòu)形式可以分為齒輪式、葉片式和柱塞式三大類；本設(shè)計(jì)主要使用的是齒輪式有液壓泵。 2) 執(zhí)行裝置 把油液的液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置。它可以是作直線運(yùn)動(dòng)的液壓缸，也可以是作旋轉(zhuǎn)的液壓馬達(dá)。它是主機(jī)的工作部件克服負(fù)載及阻力而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)。 液壓馬達(dá)是產(chǎn)生連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行部件。從原理上說(shuō)，向容積式泵中輸入壓力油，使它的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，就成為液壓馬達(dá)。大部分容積式泵都可作液壓馬達(dá)使用，但在結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)上有一些的不同。 3）控制調(diào)節(jié)裝置 對(duì)液壓系統(tǒng)中的液壓力、流量或流動(dòng)方向進(jìn)行控制或調(diào)節(jié)的裝置。例如溢流閥、節(jié)流閥、換向閥、開(kāi)停閥。這些元件的不同組合形成了不同功能的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。 4）輔助裝置 上述三個(gè)部分以外的其他裝置，例 如油箱、過(guò)濾器、油管等。它們對(duì)保證系統(tǒng)正常工作也起重要作用。 機(jī)械工業(yè)各部門使用液壓傳動(dòng)的出發(fā)點(diǎn)是不盡相同的：有的是利用它在傳遞動(dòng)力上的長(zhǎng)處，如工程機(jī)械、壓力機(jī)械和航空工業(yè)采用液壓傳動(dòng)的原因是取其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、質(zhì)量小、輸出功率大；有的是利用它在操縱控制上的優(yōu)點(diǎn)，如機(jī)床上采用液壓傳動(dòng)是取其能在工作過(guò)程中實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速、易于實(shí)現(xiàn)頻繁的換向、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；等等。此外，不同精度要求的主機(jī)也會(huì)選用不同控制形式的液壓傳動(dòng)裝置。 表 2 液壓傳動(dòng)在各類機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用實(shí)例 行業(yè)名稱 應(yīng)用場(chǎng)所舉例 工程機(jī)械 挖掘機(jī)，裝載機(jī)，瀝青混凝土攤鋪機(jī) 起重機(jī)械 汽車吊，港口龍門吊，叉車 礦山機(jī)械 鑿巖機(jī)，開(kāi)掘機(jī)，開(kāi)采機(jī)，破碎機(jī) 建筑機(jī)械 壓樁機(jī)，液壓千斤頂，平地機(jī) 農(nóng)業(yè)機(jī)械 聯(lián)合收割機(jī)，拖拉機(jī)，農(nóng)具懸掛系統(tǒng) 冶金機(jī)械 高爐開(kāi)鐵口機(jī)，軋鋼機(jī)，壓力機(jī) 輕工機(jī)械 打包機(jī)，注射機(jī)，造紙機(jī)，橡膠硫化機(jī) 新疆大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 11 液壓系統(tǒng)圖的圖形符號(hào)及控制方式 圖 3 所示的液壓系統(tǒng)圖是一種半結(jié)構(gòu)式的工作原理圖，直觀性強(qiáng)，容易理解，但繪制起來(lái)比較的麻煩，系統(tǒng)中的元件數(shù)量多時(shí)更是如此。下圖 4 所示為同意液壓系統(tǒng)用液壓圖形符號(hào)繪制成的工作原理圖。使用這些圖形符號(hào)使液壓傳動(dòng)系統(tǒng)圖簡(jiǎn)單明了，便于繪制。 圖 液壓系統(tǒng)原理圖符號(hào)表示 所謂液壓 傳動(dòng)的“控制方式”由兩種不同的含義：一種是指對(duì)傳動(dòng)部分的操縱調(diào)節(jié)方式；另一種是指控制部分本身的結(jié)構(gòu)組成形式。 液壓傳動(dòng)的操縱調(diào)節(jié)方式可以概略地歸成手動(dòng)式、半自動(dòng)式和全自動(dòng)式三種。凡需要由人撥動(dòng)手柄或按下按鈕才能使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其動(dòng)作或狀態(tài)的，便是手動(dòng)式。凡是由人啟動(dòng)之后系統(tǒng)的全部動(dòng)作或狀態(tài)都能在機(jī)械的、電氣的、電子的或其它機(jī)構(gòu)操縱下順序的實(shí)現(xiàn)出來(lái)，并在全部工作完成 后自動(dòng)停車的，便是半自動(dòng)式。如果連啟動(dòng)這一步都不需人來(lái)操縱或參與，它便是全自動(dòng)式的。 液壓系統(tǒng)中控制部分的結(jié)構(gòu)組成形式有開(kāi)環(huán)式和閉環(huán)式兩種，它們的概念和定義與“控制理論”中的描述完全相同。在這里節(jié)流閥上的那個(gè)控制液壓缸進(jìn)油量的通口是事先調(diào)整好的，無(wú)法再工作過(guò)程中進(jìn)行更改。 再同等的體積下，液壓裝置比氣動(dòng)裝置產(chǎn)生更大的動(dòng)力。再同等的功率下，液壓裝置的體積和質(zhì)量小，即其功率密度大，結(jié)構(gòu)緊湊。液壓馬達(dá)的體積和質(zhì)量只有同等功率電動(dòng)機(jī)的12%左右。 液壓裝置工作比較平穩(wěn)。由于質(zhì)量和慣性小、反映快，液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)快速 氣動(dòng)、制動(dòng)和頻繁的換向。液壓裝置的換向頻率，在實(shí)現(xiàn)往復(fù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)可達(dá) 500次每分鐘，實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)時(shí)可達(dá) 1000次每分鐘。 新疆大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 12 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 圖 機(jī)構(gòu)尺寸 如圖 3所示的結(jié)構(gòu)是 上述的緊急制動(dòng)機(jī)構(gòu)在平路面時(shí)的平面圖，在圖中以大概表出中型貨車大梁和地面，車輪等的大概尺寸 。 為了方便校核 該機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度 條件及其計(jì)算方便其間 該 車的重量故看 作 m 重力加速度為 g。 圖 機(jī)構(gòu)的制動(dòng)葉片 葉片的尺寸按車輪的大小來(lái)確定，高度由 90176。對(duì)面的圓弧來(lái)確定 .該葉片應(yīng)做成空心的，這樣有利于該機(jī)構(gòu)的放下和收起。 新疆大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 13 方案的初步設(shè)定 方案 一 圖 方案一圖 在這機(jī)構(gòu)中： 1. 為產(chǎn)生壓力而安裝的液壓缸 ，把油液的油液壓力轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。它可以是做直線運(yùn)動(dòng)的液壓缸，也可以是作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的液壓馬達(dá)。 2．固定方塊的液壓缸 3. 滑塊 該方案在此機(jī)構(gòu)中的特點(diǎn)是； 由兩種液壓缸的作用下 該 機(jī)構(gòu)控制方便，可靠，該機(jī)構(gòu)工作時(shí)各部分的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定。 該 液壓裝置工作比較平穩(wěn)。由于質(zhì)量和慣性小、反映快，液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)快速氣動(dòng)、制動(dòng)和頻繁的換向。液壓裝置的換向頻率，在實(shí)現(xiàn)往復(fù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)可達(dá) 500次每分鐘，實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)時(shí)可達(dá) 1000次每分鐘。 缺點(diǎn)；該機(jī)構(gòu)工作時(shí)所受到?jīng)_擊極大 ， 因此該機(jī)構(gòu)所用的液壓缸的強(qiáng)度等力學(xué)性能不夠滿足要求。 液壓傳動(dòng)在工作工程中常有較多的能量損失（摩擦損失、泄漏損失），長(zhǎng)距離傳動(dòng)時(shí)更是如此。再 有 就是 該機(jī)構(gòu)發(fā)放和收縮 時(shí)非常的 不 方便。 液壓傳動(dòng)對(duì)油溫的變化比較敏感，它的運(yùn)動(dòng)速度和系統(tǒng)工作穩(wěn)定性很容易受到溫度的影響，因此，它不宜在很高或很低的溫 度條件下進(jìn)行工作。 新疆大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 14 方案二 圖 方案圖二 該 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)： 1．液壓缸 2．支撐桿 3．葉片 該方案中的優(yōu)缺點(diǎn)： 在這機(jī)構(gòu)中該機(jī)構(gòu)工作時(shí)所受到?jīng)_擊極大，因此該機(jī)構(gòu)所用的液壓缸的強(qiáng)度等力學(xué)性能不夠滿足要求，相關(guān)計(jì)算數(shù)據(jù)在 下文中進(jìn)行敘述 。在有該機(jī)構(gòu)發(fā)放和收縮不便。 該 液壓 機(jī)構(gòu) 能自動(dòng)防止過(guò)載，易于吸收沖擊力。液壓系統(tǒng)內(nèi)，全部運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)都在液壓油內(nèi)工作，能夠自行潤(rùn)滑，可以經(jīng)久耐用。 該 液壓元件易于實(shí)現(xiàn)通用化和標(biāo)準(zhǔn)化 。 再同等的體積下，液壓裝置比氣動(dòng)裝置產(chǎn)生更大的動(dòng)力。再同等的功率下，液壓裝置的體積和質(zhì)量小，即其功率密度大，結(jié)構(gòu)緊湊。液壓馬達(dá)的體積和質(zhì)量只有同等功率電動(dòng)機(jī)的 12%左右。 缺點(diǎn)：該機(jī)構(gòu)不夠穩(wěn)定， 為了減少泄漏，液壓元件在制造精度上的要求較高，因此它的造價(jià)較貴，而對(duì)油液的污染比較敏感。 新疆大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 15 方案三 圖 方案圖三 該機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)： 1．液壓缸 2．曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 3．葉片 該方案的設(shè)計(jì)合理實(shí)際要求；因?yàn)榘A服此制動(dòng)機(jī)構(gòu)工作時(shí)受到?jīng)_擊的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。 有關(guān)沖擊條件與原理在后續(xù)章節(jié)詳細(xì)分析。 該制動(dòng)系統(tǒng)中的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)不僅應(yīng)付所受沖擊而機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，各構(gòu)造桿件強(qiáng)度校核方便，控制可靠， 容易實(shí)現(xiàn)，因此選改方案且進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算。該液壓傳動(dòng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)故障時(shí)不易找的其中的原因。 液壓傳動(dòng)過(guò)程中常有較高的能量損失，長(zhǎng)距離傳動(dòng)時(shí)更是如此。 新疆大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 16 第三章 機(jī)構(gòu)尺度綜合 液壓缸的選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)要求所選的液壓缸，尺寸和有關(guān)信息如圖所示 圖 液壓缸及尺寸 液壓缸是液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，它是一種把液體的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能以實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的能量裝換裝置。液壓缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，在液壓系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。 液壓缸按其結(jié)構(gòu)形式，可以分為活塞式、柱塞缸兩類?；钊缀椭椎妮斎霝閴毫土髁?，輸出為推力和速度。 本文主要應(yīng)用的是活塞缸，并且是單桿活塞缸。它的進(jìn)、出油口德布置視其安裝方式而定，可以缸筒固定，也可以活塞桿固定，機(jī)構(gòu)的移動(dòng)范圍都是活塞（或缸筒）的有效行程的兩倍。 由于液壓缸兩腔的有效工作面積不等，因此它在兩個(gè)方向上的推力 F 和速度V 亦不等，其值為： 新疆大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 17 1 1 212221 1 2 2 2222 1 2 2 1 11 212 222( ) [ ( ) ]4( ) [ ( ) ]444()mmmmvVvVF p A p A p p D p dF p A p A p p D p dqqvADqqvA D d????????????? ? ? ? ?? ? ? ? ??????(4) 在液壓缸的活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度有一定的要求的情況下，活塞桿直徑 d 通常情況下根據(jù)液壓缸的速度比 21vvv?? 的 要求以及缸內(nèi)直徑 D 來(lái)確定。由下式，得 22111 ( ) vv dvD????(5) 1vvdD???? (6) 由此可知，速比 v? 越大，活塞直徑 d 越大。 單桿活塞缸在其左右兩腔都接通高壓油時(shí)稱為“差動(dòng)連接”，這時(shí)液壓缸稱作差動(dòng)缸。差動(dòng)連接時(shí)活塞（或缸筒）只能向一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，要使它反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，油路的接法必須和非差動(dòng)式連接相同。差動(dòng)連接時(shí)輸出的推力和速度為 23 1 1 2 1() 4mmF p A A p d???? ? ? 則有 1 3 2 33 212 4A v q A vqqvAA d?????? 考慮容積效率 v? 3 24 vqv d ??? 新疆大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 18 液壓泵的選擇 確定設(shè)計(jì)變量及目標(biāo)函數(shù) 本設(shè)計(jì)所研究 1齒輪泵的相關(guān)參數(shù)如下：齒輪材料， 20CrMnTi；工作壓力，13MPa；輸出流量， 40L／ min；轉(zhuǎn)速， 500r／ min；機(jī)械效率， 91 ；容積效率，91 ；設(shè)計(jì)壽命，一年 (300天 )；初始優(yōu)化參數(shù)， m=4， z=15， b=60mm ， d=30mm ， l=60． 5mm 。 齒輪泵是輸出一定壓力與流量的液壓能源裝置。外嚙合齒輪泵具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、工藝性好、成本低、自吸性能好、轉(zhuǎn)速范圍大、對(duì)油液污染不敏感等優(yōu)點(diǎn)，因而受到液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員和使用者的青睞。排量和流量的計(jì)算是齒輪泵設(shè)計(jì)、制造和使用中經(jīng)常遇到的問(wèn)題， 而現(xiàn)有的各種手冊(cè)、教材和其他資料中，其計(jì)算公式也有所差異，特別是變位齒輪泵的排量計(jì)算，參考資料也比較少，給設(shè)計(jì)者帶來(lái)困惑。 齒輪泵排量的定義是泵每轉(zhuǎn)一周，由其幾何尺寸計(jì)算而得到的排除液體的體積叫泵的排量Ⅲ。在不同的資料上有不同的解釋，主要有 2種說(shuō)法： 1)對(duì)于由一對(duì)齒數(shù)相等的齒輪組成的外嚙合齒輪泵，它的排量是兩個(gè) (齒數(shù)相同的 )齒輪所有齒槽有效容積的總和。 目前流行的齒輪泵排量計(jì)算公式都是這個(gè)基于這個(gè)原理。 (2)對(duì)于由一對(duì)齒數(shù)相等的齒輪組成的外嚙合齒輪泵，其主軸旋轉(zhuǎn)一周所排出的液體體積等于兩齒輪所有輪齒體積之和 。 圖 齒輪泵 本設(shè)計(jì)是以齒輪泵的體積最小為目標(biāo)，由于齒輪 與 軸 的 尺寸是決定齒輪泵體新疆大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 19 積的依據(jù)，因此可按它們的體積最小的原則來(lái)建立目標(biāo)函數(shù)。影響齒輪泵體積的因素主要是模數(shù) ，齒數(shù) ，中心距 a，分度圓直徑 D，齒寬 b，軸直徑 d，殼體內(nèi)軸的長(zhǎng)度 z，設(shè)計(jì)變量應(yīng)是獨(dú)立的參數(shù)，所以選取， b， z， d， d， l 作為設(shè)計(jì)變量，取設(shè)計(jì)變量為 x= [ 1 2 3 4 5, , , ,x x x x x ]=[b， z， d， d， l] 。因?yàn)樾枰獌?yōu)化的齒輪泵的主、從動(dòng)輪的參數(shù)大小相同，即傳動(dòng)比。根據(jù)齒輪泵幾何尺寸及齒輪泵結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算公式，并認(rèn)為殼體內(nèi)的軸長(zhǎng)等于齒寬，現(xiàn)只考慮一個(gè)齒輪及軸的體積，簡(jiǎn)化后的體積表達(dá)式為 ： 2 2 211()44V b D d d??? ? ? 依據(jù)上式化簡(jiǎn)后的目標(biāo)函數(shù)： 2 2 2 21 2 3 1 4 4 51( ) ( )4f x V x x x x x x x?? ? ? ? 圖 齒輪泵 CAD 圖 新疆大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 20 確定函數(shù)的約束條件 (1)根切約束 用 輕微根切設(shè)計(jì)，齒根強(qiáng)度 削 弱不大，變位系數(shù)應(yīng)滿足 21