【正文】 動化專業(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 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)向長度的確定 萬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)到缸蓋滑動支承面中點(diǎn)距離為 H，稱為最小導(dǎo)向長度。 具體如圖 。 圖 最小導(dǎo)向長度 對一般的液壓缸，最小導(dǎo)向長度 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《液壓工程手冊》 [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《 液壓氣動速查手冊》 [3]表 ： B=75mm。 7）缸體長度的確定 缸體內(nèi)部長度 ： 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《液壓工程手冊》 [16]表 64取缸體長度為 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》 [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 單 ； (2) 加工裝配方便 。 缺點(diǎn)： (1) 外型尺寸大 ； (2) 缸筒開槽，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 丁樹模《液壓傳動》 [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)簡單，在振動的工作條件下容易松動，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，使用壽命的長短，以及影響到液壓設(shè)備上檔次和上水平以及參與國際競爭的關(guān)鍵所在，這也是國內(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與尺寸，有聚脂，也有外包金屬骨架，因此，使用范圍與針對對像更加廣泛。 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，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)的密封對被密封的某一工作介質(zhì)表現(xiàn)較好的密封性能，而對另一介質(zhì)卻表現(xiàn)極差，這就是密封材料與液壓油的相容性。 下圖為幾種常見的密封裝置： 圖 幾種常見密封裝置 小結(jié) 本章是對萬能外圓磨床主油缸的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)前，通過網(wǎng)絡(luò)搜索 ，找到不少的液壓缸資料，從而對液壓缸有了全面性的了解。緊接著，由設(shè) 計(jì)手冊，對液壓缸零件分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過程，也注意將所設(shè)計(jì)了與實(shí)際應(yīng)用的相比較，進(jìn)而對設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，使理論與實(shí)際相符。 萬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)常見故障分析及處理 液壓缸常見故障分析及處理 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；若無排氣裝置，可開動液壓系統(tǒng)以最