【正文】 動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 ?? v D? （ 32） 式中 ： ?d — 液壓缸油口直徑 ； D— 液壓缸內(nèi)徑，為 125mm； v— 液壓缸最大輸出速度，為 55mm/s； ?v — 油口液流速度，取為 110mm/s。 將所得數(shù)據(jù)代入式 32得： 55d 0 .1 3 1 2 5 1 1 .4 9 m m110? ? ? ?。 3）缸底厚度計(jì)算 平形缸底，當(dāng)缸底無(wú)油孔時(shí) ： ? ??? ? （ 33） 式中 ： h— 缸底厚度 ； D— 液壓缸內(nèi)徑，為 125mm； ?P — 試驗(yàn)壓力，為 210MPa； ??? — 缸底材料的許用應(yīng)力，由《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 》 [6]表 76采用 45鋼，則為 600MPa。 將取得數(shù)據(jù)代入式 33得： 210h 0 .4 3 3 1 2 5 3 0 .0 2 m m600? ? ? ? 4）缸蓋厚度的計(jì)算 一般液壓缸多為平底缸蓋，則其有效厚度 ： ? ??? ? （ 34） 式中 ： D— 缸蓋止口內(nèi)徑，為 125mm； ?P — 試驗(yàn)壓力 ； ??? — 缸蓋材料的許用應(yīng)力，材料為 45號(hào) 鋼，為 600MPa。 將取得數(shù)據(jù)代入式 34得： 120t 0 .4 3 3 1 2 5 2 4 .2 1 m m600? ? ? ?。 5）最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定 萬(wàn)能外圓磨床液壓系統(tǒng)及主油缸的設(shè)計(jì) 22 當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支承 面中點(diǎn)到缸蓋滑動(dòng)支承面中點(diǎn)距離為 H，稱為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。 具體如圖 。 圖 最小導(dǎo)向長(zhǎng)度 對(duì)一般的液壓缸，最小導(dǎo)向長(zhǎng)度 H應(yīng)滿足： 2 5 0 1 2 5 7 5 m m2 0 2 2 0 2LDH ? ? ? ? ? 式中 ： L— 液壓缸的最大行程 ； D— 液壓缸內(nèi)徑 。 6）活塞寬度 B的確定 由雷天覺(jué)《液壓工程手冊(cè)》 [16]表 65知 ： ? ? ? ? ? ?0 .6 ~ 1 .0 0 .6 ~ 1 .0 1 2 5 7 5 ~ 1 2 5 m mBD? ? ? ? 則由張利平《 液壓氣動(dòng)速查手冊(cè)》 [3]表 ： B=75mm。 7）缸體長(zhǎng)度的確定 缸體內(nèi)部長(zhǎng)度 ： 1 250 75 325 m mL L B? ? ? ? ? 式中 ： L— 活塞的行程 ； B— 活塞寬度 。 缸體長(zhǎng)度 ： ? ? ? ? ? ?2 20 ~ 30 20 ~ 30 12 5 25 00 ~ 37 50 m mLD? ? ? ? 式中 ： D— 缸體內(nèi)徑 。 則 雷天覺(jué)《液壓工程手冊(cè)》 [16]表 64取缸體長(zhǎng)度為 726mm。 8）液壓缸進(jìn)、出油口尺寸的確定 液壓 缸的進(jìn)、出油口可布置在端蓋或缸筒上，進(jìn)、出油口出的流速不大于 5m/s，油口的連接方式為螺紋連接或法蘭連接。 其結(jié)構(gòu)如下圖： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 圖 油缸進(jìn)出油口尺寸圖 則由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 [10]表 ： 進(jìn)、出油口的尺寸為 ?M ，連接方式為螺紋連接。 9）缸體與缸蓋的連接形式 缸體與缸蓋的連接形式與工作壓力、缸體材料以及工作條件有關(guān)。 本次設(shè)計(jì)中采用外半環(huán)連接，如下圖所示： 缸體與缸蓋外半環(huán)連接方式的優(yōu)點(diǎn)： (1) 結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn) 單 ； (2) 加工裝配方便 。 缺點(diǎn)： (1) 外型尺寸大 ； (2) 缸筒開(kāi)槽，削弱了強(qiáng)度，需增加缸筒壁厚 10)活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu) 參閱 丁樹(shù)?！兑簤簜鲃?dòng)》 [12]， 采用組合式結(jié)構(gòu)中的螺紋連接。如下圖所示 圖 缸體與缸蓋的連接方式 圖 活塞桿與活塞螺紋連接方式 萬(wàn)能外圓磨床液壓系統(tǒng)及主油缸的設(shè)計(jì) 24 特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在振動(dòng)的工作條件下容易松動(dòng)，必須用鎖緊裝置。 此種連接方式 應(yīng)用較多，如組合機(jī)床與工程機(jī)械上的液壓缸。 11）缸筒法蘭連接螺栓計(jì)算 缸筒與端部用法蘭連接時(shí)，螺栓的強(qiáng)度計(jì)算如下： 螺紋處的拉應(yīng)力： 214KFdZ? ?? （ 35） 螺紋處的剪應(yīng)力： 10? ? （ 36） 式中： F— 缸筒端部承受的最大推力； 0d — 螺紋外徑，因螺栓為 M36，則為 36mm； 1d — 螺紋底徑 ，因螺栓為 M36，則為 ； K— 擰緊螺紋的系數(shù)，因?yàn)樽冚d荷，可取為 3； 1K — 螺紋內(nèi)摩擦系數(shù)，一般取為 ； ??? — 螺紋材料的許用應(yīng)力，而 ? ? ssn?? ? 其中 ： s? — 螺栓材料的屈服強(qiáng)度，因?yàn)?45 號(hào)鋼，則為 600Mpa， sn — 安全系數(shù)，取為 ； Z— 螺栓數(shù)量，為 8個(gè)。 將上述所得數(shù)據(jù)代入式 3式 36得： 524 3 2 . 3 9 1 0 9 9 . 6 03 3 . 8 5 5 8 M p a? ?? ? ?????； 530 . 1 2 3 2 . 3 9 1 0 3 6 4 9 . 8 90 . 2 3 3 . 8 5 5 8 M p a? ? ? ? ?????。 合成應(yīng)力： 2 2 2 33 9 9 .6 0 3 4 9 .8 9 1 2 9 .4 8n M p a? ? ?? ? ? ? ? ? 而 600 4001 .5n Mpa? ??，滿足強(qiáng)度要求。 12）拉桿螺紋強(qiáng)度校核 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 拉桿處螺紋 M48， 0 48d mm? ， 1 mm? ，螺母 D=； F=23940N； K取為 3； 1K 取為 ； Z=1。 將所選得數(shù)據(jù)代入式 3式 36得： 螺紋拉應(yīng)力 ： 2214 4 3 2 3 9 4 0 4 3 . 5 34 5 . 8 3 5KF M p adZ? ?? ??? ? ?? 螺紋剪應(yīng)力 ： 10331 0 . 1 2 3 2 3 9 4 0 4 8 2 1 . 4 80 . 2 0 . 2 4 5 . 8 3 5K K F d M p adZ? ? ? ?? ? ?? 合成應(yīng)力： 2 2 2 33 4 3 .5 3 3 2 1 .4 8 5 6 .5 9n M p a? ? ?? ? ? ? ? ? 而 200n Mpa? ? ，故滿足強(qiáng)度要求。 13）緩沖裝置的設(shè)計(jì) 當(dāng)活塞快速運(yùn)動(dòng)到缸蓋時(shí)，增大排油阻力，使液壓缸的排油腔產(chǎn)生足夠的緩沖壓力，使缸蓋減速，從而避免與缸蓋相撞。裝置如下圖： 圖 液壓缸緩沖裝置圖 液壓缸的密封設(shè)計(jì) 密封 是防止工作介 質(zhì)的泄漏（內(nèi)泄和外泄）和防止外界異物（如空氣、灰塵和水等）進(jìn)入液壓元件和液壓系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)。 雖然 密封件 是液壓設(shè)備中的輔件，但密封與密封裝置的好壞是直接影響到液壓系統(tǒng)能否正常工作的關(guān)鍵之一。密封件的好壞在一定程度上已制約著液壓元件和液壓系統(tǒng)性能和可靠性能的提高，使用壽命的長(zhǎng)短，以及影響到液壓設(shè)備上檔次和上水平以及參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵所在，這也是國(guó)內(nèi)外液壓原件質(zhì)量差異的主要因素之一。往往個(gè)別密封件的失效所造成的損失可能是密封件本身價(jià)值的千萬(wàn)倍。 1）防塵密封 安裝在液壓缸端蓋的內(nèi)側(cè)，主密封唇暴露在空氣中，密 封介質(zhì)為所附著的塵土、萬(wàn)能外圓磨床液壓系統(tǒng)及主油缸的設(shè)計(jì) 26 灰砂、雨水及冰霜等污物，防止外部灰塵、雨水進(jìn)入密封機(jī)構(gòu)內(nèi)部，影響液壓油的粘度和劃傷內(nèi)部密封件密封唇的作用。 防塵密封圈分為多種類型號(hào)與尺寸，有聚脂，也有外包金屬骨架，因此，使用范圍與針對(duì)對(duì)像更加廣泛。 優(yōu)點(diǎn)：耐磨性特好、抗擠出、耐沖擊、壓縮變形小、適應(yīng)范圍廣、易于安裝。 在這里選用普通形防塵圈，普通形防塵圈呈舌形結(jié)構(gòu)，其支撐部的剛性較好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆方便。使用材料一般為丁晴橡膠或聚氨脂橡膠。 2）活塞桿密封 安裝在液壓缸端蓋內(nèi)側(cè)防塵密封里面，作用是防止液壓油外漏，主要承壓原 件之一，單向承壓，承受壓力較大，直接與液壓油接觸。要求靜止?fàn)顟B(tài)下保壓性能好，運(yùn)動(dòng)中承壓要高，密封性能要好，摩擦因數(shù)小，抗擠出能力強(qiáng)等。 活塞桿密封的截面形式與材質(zhì)較多，根據(jù)不同的工作環(huán)境選擇不同的截面形式與材質(zhì)。 常用的為材料為聚氨酯的 V 型密封圈。 下圖為常見(jiàn)的密封裝置： 圖 各種密封裝置圖 3） 導(dǎo)向帶與支撐環(huán) 支撐環(huán) 安裝在液壓缸端蓋內(nèi)側(cè)，主要作用是支撐活塞桿，防止活塞桿不垂直受力給桿密封帶來(lái)的承壓不均勻造成的密封效果差和使用壽命短等作用。 導(dǎo)向 帶 安裝在活塞上，主要作用是引導(dǎo)活塞做直線運(yùn)動(dòng)，防止活塞因受力不均造成的走偏導(dǎo)致內(nèi)漏和減少密封件使用壽命等現(xiàn)象。 導(dǎo)向帶和支撐環(huán)的使用壽命直接影響到活塞密封和活塞桿密封的使用效果與壽命，所以對(duì)導(dǎo)向帶和支撐環(huán)的也較高，比如摩擦系數(shù)小，硬度高，使用壽命長(zhǎng)等。 導(dǎo)向帶和支撐環(huán)的形式有很多種，也有與與主密封組合使用的（ OTH/K09）。 4）靜密封 安裝在端蓋外圓與液壓缸內(nèi)壁接觸位置的是端蓋靜密封圈；安裝在活塞與活塞桿之間的是活塞靜密封圈。 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 它們都是液壓缸內(nèi)的靜密封圈，端蓋靜密封是防止液壓油從端蓋 和缸筒間的間隙漏出，單面承壓，要求在防擠出能力強(qiáng)，密封效果好等；活塞靜密封是雙向承壓，防止液壓油從活塞和活塞桿之間漏出，要求防擠出能力強(qiáng)，密封效果好等。 常見(jiàn)的靜密封圈為 O 型密封圈加擋圈。 圖 O 形圈示意圖 5）旋轉(zhuǎn)密封 安裝在液壓泵與液壓馬達(dá)軸上，防止工作介質(zhì)沿軸泄漏到殼體之外和外部塵埃反響侵入機(jī)體內(nèi)部。一般的油封承受壓力的能力較差，一般為 ，氟橡膠耐壓油封承壓能力為 ， OTHELLO（奧賽羅）中高壓油封最高承壓為 40MPa。 6）密封用材質(zhì)及其性能 密 封材料 主要使用橡膠和合成樹(shù)脂，由于各種材質(zhì)性能特點(diǎn)不同，其用途也就有所不同。所選用時(shí)需根據(jù)不同的使用要求和不同的使用條件做出合適的選擇。 某一材質(zhì)的密封對(duì)被密封的某一工作介質(zhì)表現(xiàn)較好的密封性能，而對(duì)另一介質(zhì)卻表現(xiàn)極差，這就是密封材料與液壓油的相容性。 下圖為幾種常見(jiàn)的密封裝置： 圖 幾種常見(jiàn)密封裝置 小結(jié) 本章是對(duì)萬(wàn)能外圓磨床主油缸的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)前，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)搜索 ，找到不少的液壓缸資料，從而對(duì)液壓缸有了全面性的了解。緊接著，由設(shè) 計(jì)手冊(cè)，對(duì)液壓缸零件分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過(guò)程，也注意將所設(shè)計(jì)了與實(shí)際應(yīng)用的相比較，進(jìn)而對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，使理論與實(shí)際相符。 萬(wàn)能外圓磨床液壓系統(tǒng)及主油缸的設(shè)計(jì) 28 4 液壓系統(tǒng)常見(jiàn)故障分析及處理 液壓缸常見(jiàn)故障分析及處理 液壓缸是把液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的執(zhí)行元件。液壓缸常見(jiàn)故障有：液壓缸爬行、液壓外泄漏、液壓缸機(jī)械別勁、液壓缸進(jìn)氣、液壓缸沖擊等。 （ 1）缸或管道內(nèi)存有空氣，處理方法：設(shè)置排氣裝置；若無(wú)排氣裝置，可開(kāi)動(dòng)液壓系統(tǒng)以最