畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-機(jī)械式太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（全套圖紙）.doc

湖南文理學(xué)院芙蓉學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)課 題：機(jī)械式太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)專(zhuān) 題：專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械制造及自動(dòng)化學(xué) 生 姓 名： 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 指 導(dǎo) 教 師： 完 成 時(shí) 間： 摘 要本文介紹了機(jī)械式太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)國(guó)內(nèi)形勢(shì)和發(fā)展趨勢(shì)，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)的主線(xiàn)出發(fā)， 本液壓系統(tǒng)以傳遞動(dòng)力為主，保證足夠的動(dòng)力是其基本要求。另外，還要考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、可維護(hù)性、安全性及效率。其中穩(wěn)定是指系統(tǒng)工作時(shí)的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性及系統(tǒng)性能的穩(wěn)定性(如環(huán)境溫度對(duì)油液的影響等因素)?？煽啃允侵赶到y(tǒng)不因意外的原因而無(wú)法工作(如油管破裂、無(wú)電等情況)?？删S護(hù)性是指系統(tǒng)盡可能簡(jiǎn)單，元件盡可能選標(biāo)準(zhǔn)件，結(jié)構(gòu)上盡可能使維護(hù)方便安全性是指不因液壓系統(tǒng)的故障導(dǎo)致后車(chē)廂蓋的其它事故效率是指液壓系統(tǒng)的各種能量損失盡可能的小。上述要求中，除滿(mǎn)足系統(tǒng)的動(dòng)力要求外，最重要的是保證系統(tǒng)的安全性和可靠性。關(guān)鍵詞：液壓系統(tǒng)，升降機(jī)構(gòu)全套圖紙， 錄摘 要II目 錄III第1章 緒論11.1課題研究的目的11.2 研究現(xiàn)狀11.3 本課題的研究?jī)?nèi)容2第2章 機(jī)械式太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤方案分析3第3章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算63.1液壓原理圖63.2 舉升液壓缸的設(shè)計(jì)63.3 活塞的設(shè)計(jì)93.4 導(dǎo)向套的設(shè)計(jì)與計(jì)算103.5 端蓋和缸底的設(shè)計(jì)與計(jì)算113.6 缸體長(zhǎng)度的確定123.7 緩沖裝置的設(shè)計(jì)123.8 排氣裝置133.9 密封件的選用143.10 防塵圈153.11 液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu)16第4章 液壓泵的參數(shù)計(jì)算17第5章 電動(dòng)機(jī)的選擇18第6章 液壓元件的選擇196.1 液壓閥及過(guò)濾器的選擇196.2 油管的選擇206.3 油箱容積的確定21第7章 驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能217.1 壓力損失的驗(yàn)算及泵壓力的調(diào)整217.2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱和溫升驗(yàn)算24總結(jié)25參考文獻(xiàn)26致謝27第1章 緒論1.1課題研究的目的設(shè)計(jì)機(jī)械式太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤液壓控制系統(tǒng)。由于太陽(yáng)的位置時(shí)刻發(fā)生變化，如果想在太陽(yáng)能電池板上得到最大功率輸出，必須使太陽(yáng)能電池板及時(shí)地追蹤太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)軌跡，才能保證太陽(yáng)光始終垂直照射太陽(yáng)能電池板。當(dāng)太陽(yáng)光線(xiàn)發(fā)生偏移時(shí)，控制部分發(fā)出信號(hào)驅(qū)動(dòng)液壓缸帶動(dòng)太陽(yáng)能板跟隨光線(xiàn)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)液壓控制系統(tǒng)的自動(dòng)軌跡跟蹤,完成拋物槽與太陽(yáng)最大效率的對(duì)焦。液壓控制系統(tǒng)能夠精確地控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度和方向,達(dá)到了預(yù)定的要求。1.2 研究現(xiàn)狀液壓控制技術(shù)與其他控制技術(shù)相比，具有功率重量比大、響應(yīng)速度快、布局靈活方便、調(diào)速范圍大、工作平穩(wěn)和易于操縱控制并實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)等許多優(yōu)勢(shì)，因而成為各類(lèi)機(jī)械實(shí)現(xiàn)控制的重要手段，在各類(lèi)機(jī)床、生產(chǎn)線(xiàn)、重型機(jī)械、起重機(jī)械、建材建筑機(jī)械、汽車(chē)、航空航天、船舶和武器裝備等領(lǐng)域，都得到了廣泛應(yīng)用。4為了更充分的利用太陽(yáng)能、提高太陽(yáng)能利用率，研究設(shè)計(jì)機(jī)械式太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤液壓控制系統(tǒng)，對(duì)解決當(dāng)前能源短缺、踐行保護(hù)環(huán)境、實(shí)施可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。發(fā)展動(dòng)態(tài)：液壓傳動(dòng)作為動(dòng)力傳動(dòng)與控制技術(shù)的重要組成部分，是現(xiàn)代機(jī)械工程的基本要素和工程控制的關(guān)鍵技術(shù)之一。由于液壓傳動(dòng)具有功率密度高 易于實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)速度剛性大便于冷卻散熱動(dòng)作實(shí)現(xiàn)容易等突出優(yōu)點(diǎn)因而在工程機(jī)械中得到了廣泛的應(yīng)用據(jù)統(tǒng)計(jì)目前95%以上的工程機(jī)械采用了液壓技術(shù)工程機(jī)械液壓在整個(gè)液壓工業(yè)銷(xiāo)售中占40%以上?，F(xiàn)在采用液壓技術(shù)的程度已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)水平的重要指標(biāo)。5液壓技術(shù)是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化傳動(dòng)與控制的關(guān)鍵技術(shù)之一，世界各國(guó)對(duì)液壓工業(yè)的發(fā)展都給予很大重視。同時(shí)，液壓氣動(dòng)技術(shù)也是機(jī)械設(shè)備中發(fā)展速度最快的技術(shù)之一，特別是近年來(lái)，隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展，與微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，液壓與氣壓傳動(dòng)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段。6在短短40年時(shí)間內(nèi)我國(guó)的液壓傳動(dòng)控制技術(shù)已熟練應(yīng)用各行各業(yè)，所以液壓技術(shù)在我國(guó)工業(yè)中起著舉足輕重的作用。隨著人類(lèi)社會(huì)的進(jìn)步，全球經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，能源消費(fèi)日益劇增，使全球能源供應(yīng)越來(lái)越緊張。人們不得不考慮新能源的開(kāi)發(fā)和利用，太陽(yáng)能作為一種新型能源具有儲(chǔ)量無(wú)限、普遍存在、利用清潔、使用經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，逐步成為各國(guó)爭(zhēng)相研究發(fā)展的重點(diǎn)對(duì)象。7機(jī)械式太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤液壓控制系統(tǒng)在市場(chǎng)和環(huán)境需要的同時(shí)面臨的是對(duì)液壓怎樣才能很好的提供動(dòng)力的思考也更深層次的推動(dòng)著其液壓系統(tǒng)和行走系統(tǒng)的深入研究。1.3 本課題的研究?jī)?nèi)容本畢業(yè)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)主要是對(duì)液壓控制系統(tǒng)組成和元件設(shè)置進(jìn)行相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)及元件的規(guī)格選取，以及控制系統(tǒng)的動(dòng)力數(shù)據(jù)計(jì)算與分析。此設(shè)計(jì)將極大的緩解現(xiàn)有不可再生能源缺少的危機(jī)。第2章 機(jī)械式太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤方案分析目前廣泛應(yīng)用的傳動(dòng)方式主要由機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)。如圖1-1是一種液壓式太陽(yáng)能光伏發(fā)電自動(dòng)跟蹤系統(tǒng): 圖1-1兩個(gè)液壓缸固定在水平轉(zhuǎn)動(dòng)云臺(tái)上分布在支持主桿兩邊，液壓缸是相連接的一缸升起一缸下降，帶動(dòng)支撐曲柄擺動(dòng)，支撐曲柄與采光板用球副相連，液壓缸運(yùn)動(dòng)從而帶動(dòng)采光板豎直維度的旋轉(zhuǎn)。當(dāng)太陽(yáng)光線(xiàn)發(fā)生偏移時(shí)，控制部分發(fā)出信號(hào)驅(qū)動(dòng)液壓缸帶曲柄滑塊上下移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能板豎直方向轉(zhuǎn)動(dòng)，再輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)水平轉(zhuǎn)動(dòng).7圖1-2是一種電氣式傳動(dòng)系統(tǒng) 圖1-2它主要由底座、立軸、橫軸、兩臺(tái)旋轉(zhuǎn)電機(jī)、傳動(dòng)齒輪等組成。其中旋轉(zhuǎn)電機(jī)1驅(qū)動(dòng)橫軸, 支撐太陽(yáng)能電池板繞橫軸運(yùn)動(dòng),跟蹤高度角運(yùn)。旋轉(zhuǎn)電機(jī)2 驅(qū)動(dòng)水平軸, 以跟蹤方位角變化。9液壓系統(tǒng)與上述其它傳動(dòng)比較后的優(yōu)點(diǎn)：液壓傳動(dòng)易于獲得較大的力或力矩。與機(jī)械傳動(dòng)相比易于布局和操縱，液壓傳動(dòng)部件由管道相連，故安裝在位置上有很大的自由度，各個(gè)部件都可以安裝在我希望的位置上。在相同功率條件下，液壓傳動(dòng)裝置體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。液壓元件之間可采用管道連接、或采用集成式連接，其布局、安裝有很大的靈活性，可以構(gòu)成用其它傳動(dòng)方式難以組成的復(fù)雜系統(tǒng)。在液壓傳動(dòng)中可以方便地使用液壓閥來(lái)控制系統(tǒng)的壓力，從而防止過(guò)載，避免事故的發(fā)生，而且可以通過(guò)安裝在系統(tǒng)中的壓力計(jì)來(lái)了解各處的工作情況和壓力大小，而在機(jī)械傳動(dòng)中各處的負(fù)載大小就不易觀測(cè)。易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化。各種液壓系統(tǒng)都是液壓元件組成，因此對(duì)液 壓元件實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，可以大大提高生產(chǎn)效率，降低成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。從可實(shí)施性和性?xún)r(jià)比角度考慮，液壓控制系統(tǒng)是最佳選擇。為了更好接收太陽(yáng)能，需要的追蹤范圍為周向和俯仰兩個(gè)自由度。在現(xiàn)有的跟蹤平臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置中，可控制軸的數(shù)量從一軸到五軸不等，都可以實(shí)現(xiàn)跟蹤效果。8如圖1-3是一種單軸太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤器液壓傳動(dòng)系統(tǒng) 圖1-3 太陽(yáng)的相對(duì)位置訊號(hào)由跟蹤器平板2 兩側(cè)遮光板l 下方南北向安置的溫度傳感器(黑管) 3 所接受。黑管3 內(nèi)充有低沸點(diǎn)的液體工質(zhì), 在常溫下, 部分液體汽化形成飽和蒸汽, 同時(shí)產(chǎn)生一定的飽和蒸汽壓,通過(guò)膠管5 , 驅(qū)動(dòng)雙桿雙作用液壓缸運(yùn)動(dòng), 達(dá)到自動(dòng)跟蹤的目的。10雖然可控制軸的數(shù)量越多，追蹤的效果和范圍也越好。但設(shè)計(jì)越復(fù)雜，故選擇單軸。 跟蹤系統(tǒng)方案定為：?jiǎn)屋S液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。第3章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算3.1液壓原理圖根據(jù)課題要求，擬定液壓原理圖如下： 1.油箱 2.液面計(jì) 3.空氣濾清器 3.油濾 5.泵 6.電機(jī) 6.組合閥 7.換向閥 9. 舉升油缸 3.2 舉升液壓缸的設(shè)計(jì)假設(shè)主液壓缸的行程為1m.主液壓缸采用單作用柱塞式套缸，缸徑較大，能提供很大載荷作用下的舉升力，同時(shí)能夠滿(mǎn)足靠重力回落和撤收的要求。并且工作過(guò)程為快進(jìn)工進(jìn)快退三個(gè)過(guò)程的工作循環(huán)。液壓缸的機(jī)械效率由上節(jié)得到 舉升缸活塞桿在舉升貨物至最高點(diǎn)時(shí)受力最大，為47476.2N；關(guān)門(mén)缸活塞桿也在貨物到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)受力最大，為32350.3N；工進(jìn)時(shí)候的負(fù)載是最大的，1. 工作壓力P=5.1Mpa2. 液壓缸內(nèi)徑的計(jì)算 D=10-3 =0.101.5m =101.5mm查液壓傳動(dòng)與控制手冊(cè)經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化處理D=100mm。 表3.1 液壓缸內(nèi)徑系列 mm8101216202532405063801001251602002503204005003. 液壓缸缸體厚度計(jì)算 缸體是液壓缸中最重要的零件，當(dāng)液壓缸的工作壓力較高和缸體內(nèi)經(jīng)較大時(shí)，必須進(jìn)行強(qiáng)度校核。缸體的常用材料為20、25、35、45號(hào)鋼的無(wú)縫鋼管。在這幾種材料中45號(hào)鋼的性能最為優(yōu)良，所以這里選用45號(hào)鋼作為缸體的材料。式中，實(shí)驗(yàn)壓力，MPa。當(dāng)液壓缸額定壓力Pn5.1MPa時(shí)，Py=1.5Pn，當(dāng)Pn16MPa時(shí)，Py=1.25Pn。缸筒材料許用應(yīng)力，N/mm。=，為材料的抗拉強(qiáng)度。注：1.額定壓力Pn額定壓力又稱(chēng)公稱(chēng)壓力即系統(tǒng)壓力，Pn=5.1MPa2.最高允許壓力PmaxPmax1.5Pn=1.255.1=6.375MPa液壓缸缸筒材料采用45鋼，則抗拉強(qiáng)度：b=600MPa安全系數(shù)n按液壓傳動(dòng)與控制手冊(cè)P243表210，取n=5。則許用應(yīng)力=120MPa = =2.66mm,滿(mǎn)足。所以液壓缸厚度取5mm。則液壓缸缸體外徑為110mm。3.液壓缸長(zhǎng)度的確定液壓缸長(zhǎng)度L根據(jù)工作部件的行程長(zhǎng)度確定。5. 活塞桿直徑的設(shè)計(jì)查液壓傳動(dòng)與控制手冊(cè)根據(jù)桿徑比d/D，一般的選取原則是：當(dāng)活塞桿受拉時(shí)，一般選取d/D=0.3-0.5，當(dāng)活塞桿受壓時(shí)，一般選取d/D=0.5-0.7。本設(shè)計(jì)我選擇d/D=0.7，即d=0.7D=0.7100=70mm。表3.2 活塞桿直徑系列456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360400故取d=70mm。2.活塞桿強(qiáng)度計(jì)算： 56mm （4-4）式中 許用應(yīng)力；（Q235鋼的抗拉強(qiáng)度為375-500MPa，取400MPa，為位安全系數(shù)取5，即活塞桿的強(qiáng)度適中）3活塞桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 活塞桿的外端頭部與負(fù)載的拖動(dòng)電機(jī)機(jī)構(gòu)相連接，為了避免活塞桿在工作生產(chǎn)中偏心負(fù)載力，適應(yīng)液壓缸的安裝要求，提高其作用效率，應(yīng)根據(jù)負(fù)載的具體情況，選擇適當(dāng)?shù)幕钊麠U端部結(jié)構(gòu)。3.活塞桿的密封與防塵活塞桿的密封形式有Y形密封圈、U形夾織物密封圈、O形密封圈、V形密封圈等6。采用薄鋼片組合防塵圈時(shí)，防塵圈與活塞桿的配合可按H9/f9選取。薄鋼片厚度為0.5mm。為方便設(shè)計(jì)和維護(hù)，本方案選擇O型密封圈。 液壓缸工作行程長(zhǎng)度可以根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際工作的最大行程確定，并參照表4-4選取標(biāo)準(zhǔn)值。液壓缸活塞行程參數(shù)優(yōu)先次序按表4-4中的a、b、c選用。表4-4（a）液壓缸行程系列（GB 2349-80）62550801001251602002503204005006308001000125016002000250032004000表4-4（b） 液壓缸行程系列（GB 2349-80）6 40 6390110140180220280360450550700900110014001800220028003600表4-4（c） 液壓缸形成系列（GB 2349-80）62402603003403804204805306006507508509501050120013001500170019002100240026003000340038003.3 活塞的設(shè)計(jì)由于活塞在液壓力的作用下沿缸筒往復(fù)滑動(dòng)，因此，它與缸筒的配合應(yīng)適當(dāng)，既不能過(guò)緊，也不能間隙過(guò)大。配合過(guò)緊，不僅使最低啟動(dòng)壓力增大，降低機(jī)械效率，而且容易損壞缸筒和活塞的配合表面；間隙過(guò)大，會(huì)引起液壓缸內(nèi)部泄露，降低容積效率，使液壓缸達(dá)不到要求的設(shè)計(jì)性能?；钊c缸體的密封形式分為：間隙密封（用于低壓系統(tǒng)中的液壓缸活塞的密封）、活塞環(huán)密封（適用于溫度變化范圍大、要求摩擦力小、壽命長(zhǎng)的活塞密封）、密封圈密封三大類(lèi)。其中密封圈密封又包括O形密封圈（密封性能好，摩擦因數(shù)小，安裝空間?。?、Y形密封圈（用在20Mpa壓力下、往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度較高的液壓缸密封）、形密封圈（耐高壓，耐磨性好，低溫性能好，逐漸取代Y形密封圈）、V形密封圈（可用于50Mpa壓力下，耐久性好，但摩擦阻力大）。綜合以上因素，考慮選用O型密封圈。3.4 導(dǎo)向套的設(shè)計(jì)與計(jì)算1.最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H的確定 當(dāng)活塞桿全部伸出時(shí)，從活塞支承面中點(diǎn)到到導(dǎo)向套滑動(dòng)面中點(diǎn)的距離稱(chēng)為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度1。如果導(dǎo)向長(zhǎng)度過(guò)短，將使液壓缸因間隙引起的初始撓度增大，影響液壓缸工作性能和穩(wěn)定性。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)必須保證液壓缸有一定的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),當(dāng)液壓缸最大行程為L(zhǎng),缸筒直徑為D時(shí),最小導(dǎo)向長(zhǎng)度為: （4-5）一般導(dǎo)向套滑動(dòng)面的長(zhǎng)度A，在缸徑小于80mm時(shí)取A=(0.61.0)D，當(dāng)缸徑大于80mm時(shí)取A=(0.61.0)d.?；钊麑挾菳取B=(0.61.0)D。若導(dǎo)向長(zhǎng)度H不夠時(shí),可在活塞桿上增加一個(gè)導(dǎo)向套K(見(jiàn)圖4-1)來(lái)增加H值。隔套K的寬度。圖4-1 液壓缸最小導(dǎo)向長(zhǎng)度1因此:最小導(dǎo)向長(zhǎng)度，取H=9cm；導(dǎo)向套滑動(dòng)面長(zhǎng)度A=活塞寬度B=隔套K的寬度2.導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu) 導(dǎo)向套有普通導(dǎo)向套、易拆導(dǎo)向套、球面導(dǎo)向套和靜壓導(dǎo)向套等，可按工作情況適當(dāng)選擇。 1）普通導(dǎo)向套 這種導(dǎo)向套安裝在支承座或端蓋上，油槽內(nèi)的壓力油起潤(rùn)滑作用和張開(kāi)密封圈唇邊而起密封作用6。 2）易拆導(dǎo)向套 這種導(dǎo)向套用螺釘或螺紋固定在端蓋上。當(dāng)導(dǎo)向套和密封圈磨損而需要更換時(shí)，不必拆卸端蓋和活塞桿就能進(jìn)行，維修十分方便。它適用于工作條件惡劣，需經(jīng)常更換導(dǎo)向套和密封圈而又不允許拆卸液壓缸的情況下。 3）球面導(dǎo)向套 這種導(dǎo)向套的外球面與端蓋接觸，當(dāng)活塞桿受一偏心負(fù)載而引起方向傾斜時(shí)，導(dǎo)向套可以自動(dòng)調(diào)位，使導(dǎo)向套軸線(xiàn)始終與運(yùn)動(dòng)方向一致，不產(chǎn)生“憋勁“現(xiàn)象。這樣，不僅保證了活塞桿的順利工作，而且導(dǎo)向套的內(nèi)孔磨損也比較均勻。 4）靜壓導(dǎo)向套 活塞桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)頻率高、速度快、振動(dòng)大的液壓缸，可以采用靜壓導(dǎo)向套。由于活塞桿與導(dǎo)向套之間有壓力油膜，它們之間不存在直接接觸，而是在壓力油中浮動(dòng)，所以摩擦因數(shù)小、無(wú)磨損、剛性好、能吸收振動(dòng)、同軸度高，但制造復(fù)雜，要有專(zhuān)用的靜壓系統(tǒng)。3.5 端蓋和缸底的設(shè)計(jì)與計(jì)算 在單活塞液壓缸中，有活塞桿通過(guò)的端蓋叫端蓋，無(wú)活塞桿通過(guò)的缸蓋叫缸頭或缸底。端蓋、缸底與缸筒構(gòu)成密封的壓力容腔，它不僅要有足夠的強(qiáng)度以承受液壓力，而且必須具有一定的連接強(qiáng)度。端蓋上有活塞桿導(dǎo)向孔（或裝導(dǎo)向套的孔）及防塵圈、密封圈槽，還有連接螺釘孔，受力情況比較復(fù)雜，設(shè)計(jì)的不好容易損壞。1.端蓋的設(shè)計(jì)計(jì)算端蓋厚h為：式中 D1螺釘孔分布直徑，cm； P液壓力，； 密封環(huán)形端面平均直徑，cm； 材料的許用應(yīng)力，。2.缸底的設(shè)計(jì) 缸底分平底缸，橢圓缸底，半球形缸底。3.端蓋的結(jié)構(gòu) 端蓋在結(jié)構(gòu)上除要解決與缸體的連接與密封外，還必須考慮活塞桿的導(dǎo)向，密封和防塵等問(wèn)題6。缸體端部的連接形式有以下幾種： A焊接 特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，質(zhì)量小，使用廣泛。缸體焊接后可能變形，且內(nèi)缸不易加工。主要用于柱塞式液壓缸。 B螺紋連接（外螺紋、內(nèi)螺紋） 特點(diǎn)是徑向尺寸小，質(zhì)量較小，使用廣泛。缸體外徑需加工，且應(yīng)與內(nèi)徑同軸；裝卸徐專(zhuān)用工具；安裝時(shí)應(yīng)防止密封圈扭曲。 C法蘭連接 特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，易加工、易裝卸，使用廣泛。徑向尺寸較大，質(zhì)量比螺紋連接的大。非焊接式法蘭的端部應(yīng)燉粗。 D拉桿連接 特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)通用性好。缸體加工容易，裝卸方便，使用較廣。外形尺寸大，質(zhì)量大。用于載荷較大的雙作用缸。 E半球連接，它又分為外半環(huán)和內(nèi)半環(huán)兩種。外半環(huán)連接的特點(diǎn)是質(zhì)量比拉桿連接小，缸體外徑需加工。半環(huán)槽消弱了缸體，為此缸體壁厚應(yīng)加厚。內(nèi)半環(huán)連接的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量小。安裝時(shí)端部進(jìn)入缸體較深，密封圈有可能被進(jìn)油口邊緣擦傷。F鋼絲連接 特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，質(zhì)量小。3.6 缸體長(zhǎng)度的確定 液壓缸缸體內(nèi)部長(zhǎng)度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長(zhǎng)度還需要考慮到兩端端蓋的厚度1。一般液壓缸缸體長(zhǎng)度不應(yīng)大于缸體內(nèi)經(jīng)的2030倍。取系數(shù)為5,則液壓缸缸體長(zhǎng)度：L=5*10cm=50cm。3.7 緩沖裝置的設(shè)計(jì) 液壓缸的活塞桿（或柱塞桿）具有一定的質(zhì)量，在液壓力的驅(qū)動(dòng)下運(yùn)動(dòng)時(shí)具有很大的動(dòng)量。在它們的行程終端，當(dāng)桿頭進(jìn)入液壓缸的端蓋和缸底部分時(shí)，會(huì)引起機(jī)械碰撞，產(chǎn)生很大的沖擊和噪聲。采用緩沖裝置，就是為了避免這種機(jī)械撞擊，但沖擊壓力仍然存在，大約是額定工作壓力的兩倍，這就必然會(huì)嚴(yán)重影響液壓缸和整個(gè)液壓系統(tǒng)的強(qiáng)度及正常工作。緩沖裝置可以防止和減少液壓缸活塞及活塞桿等運(yùn)動(dòng)部件在運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)缸底或端蓋的沖擊，在它們的行程終端能實(shí)現(xiàn)速度的遞減，直至為零。 當(dāng)液壓缸中活塞活塞運(yùn)動(dòng)速度在6m/min以下時(shí)，一般不設(shè)緩沖裝置，而運(yùn)動(dòng)速度在12m/min以上時(shí)，不需設(shè)置緩沖裝置。在該組合機(jī)床液壓系統(tǒng)中，動(dòng)力滑臺(tái)的最大速度為4m/min,因此沒(méi)有必要設(shè)計(jì)緩沖裝置。3.8 排氣裝置 如果排氣裝置設(shè)置不當(dāng)或者沒(méi)有設(shè)置排氣裝置，壓力油進(jìn)入液壓缸后，缸內(nèi)仍會(huì)存在空氣6。由于空氣具有壓縮性和滯后擴(kuò)張性,會(huì)造成液壓缸和整個(gè)液壓系統(tǒng)在工作中的顫振和爬行,影響液壓缸的正常工作。比如液壓導(dǎo)軌磨床在加工過(guò)程中，這不僅會(huì)影響被加工表面的光潔程度和精度，而且會(huì)損壞砂輪和磨頭等機(jī)構(gòu)。為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，除了防止空氣進(jìn)入液壓系統(tǒng)外，還必須在液壓缸上設(shè)置排氣裝置。配氣裝置的位置要合理，由于空氣比壓力油輕，總是向上浮動(dòng)，因此水平安裝的液壓缸，其位置應(yīng)設(shè)在缸體兩腔端部的上方；垂直安裝的液壓缸，應(yīng)設(shè)在端蓋的上方。一般有整體排氣塞和組合排氣塞兩種。整體排氣塞如圖4-2（a）所示。表4-5 排氣閥（塞）尺寸6d閥座閥桿孔cDM16611619.29323117107.53484623M20x2814725.41143392213114594828 圖4-2 (a) 整體排氣孔 圖4-2（b） 組合排氣孔 圖4-2（c） 整體排氣閥零件結(jié)構(gòu)尺寸由于螺紋與缸筒或端面連接，靠頭部錐面起密封作用。排氣時(shí)，擰松螺紋，缸內(nèi)空氣從錐面空隙中擠出來(lái)并經(jīng)過(guò)斜孔排除缸外。這種排氣裝置簡(jiǎn)單、方便，但螺紋與錐面密封處同軸度要求較高，否則擰緊排氣塞后不能密封，造成外泄漏。組合排氣塞如圖4-2（b）所示，一般由絡(luò)螺塞和錐閥組成。螺塞擰松后，錐閥在壓力的推動(dòng)下脫離密封面排出空氣。排氣裝置的零件圖及尺寸圖見(jiàn)4-2（c）以及表4-2（d）。圖4-2（d） 組合排氣閥零件結(jié)構(gòu)尺寸3.9 密封件的選用1.對(duì)密封件的要求 液壓缸工作中要求達(dá)到零泄漏、摩擦小和耐磨損的要求。在設(shè)計(jì)時(shí)，正確地選擇密封件、導(dǎo)向套（支承環(huán)）和防塵圈的結(jié)構(gòu)形式和材料是很重要的。從現(xiàn)在密封技術(shù)來(lái)分析，液壓缸的活塞和活塞桿及密封、導(dǎo)向套和防塵等應(yīng)作為一個(gè)綜合的密封系統(tǒng)來(lái)考慮，具有可靠的密封系統(tǒng)，才能式液壓缸具有良好的工作狀態(tài)和理想的使用壽命。 在液壓元件中，對(duì)液壓缸的密封要求是比較高的，特別是一些特殊材料液壓缸，如擺動(dòng)液壓缸等。液壓缸中不僅有靜密封，更多的部位是動(dòng)密封，而且工作壓力高，這就要求密封件的密封性能要好，耐磨損，對(duì)溫度適應(yīng)范圍大，要求彈性好，永久變形小，有適當(dāng)?shù)臋C(jī)械強(qiáng)度，摩擦阻力小，容易制造和裝卸，能隨壓力的升高而提高密封能力和利于自動(dòng)補(bǔ)償磨損。 密封件一般以斷面形狀分類(lèi)。有O形、U形、V形、J形、L形和Y形等。除O形外，其他都屬于唇形密封件。2.O形密封圈的選用 液壓缸的靜密封部位主要是活塞內(nèi)孔與活塞桿、支承座外圓與缸筒內(nèi)孔、缸蓋與缸體端面等處6。這些部位雖然是靜密封，但因工作由液壓力大，稍有意外，就會(huì)引起過(guò)量的內(nèi)漏和外漏。靜密封部位使用的密封件基本上都是O形密封圈。O形密封圈雖小，確實(shí)一種精密的橡膠制品，在復(fù)雜使用條件下，具有較好的尺寸穩(wěn)定性和保持自身的性能。在設(shè)計(jì)選用時(shí)，根據(jù)使用條件選擇適宜的材料和尺寸，并采取合理的安裝維護(hù)措施，才能達(dá)到較滿(mǎn)意的密封效果。 安裝O形圈的溝槽有多種形式，如矩形、三角形、V形、燕尾形、半圓形、斜底形等，可根據(jù)不同使用條件選擇，不能一概而論。使用最多的溝槽是矩形，其加工簡(jiǎn)便，但容易引起密封圈咬邊、扭轉(zhuǎn)等現(xiàn)象。3.動(dòng)密封部位密封圈的選用 液壓缸動(dòng)密封部位主要有活塞與缸筒內(nèi)孔的密封、活塞桿與支承座（導(dǎo)向套）的密封等。 形密封圈是我國(guó)液壓缸行業(yè)使用極其廣泛的往復(fù)運(yùn)動(dòng)密封圈。它是一種軸、孔互不通用的密封圈。一般，使用壓力低于16MPa時(shí)，可不用擋圈而單獨(dú)使用。當(dāng)超過(guò)16MPa并用于活塞動(dòng)密封裝置時(shí)，應(yīng)使用擋圈，以防止間隙“擠出”。3.10 防塵圈防塵圈設(shè)置與活塞桿或柱塞密封外側(cè)，用于防止外界塵埃、沙粒等異物侵入液壓缸，從而可以防止液壓油被污染導(dǎo)致元件磨損。1.防塵圈A型防塵圈 是一種單唇無(wú)骨架橡膠密封圈，適于在A型密封結(jié)構(gòu)形式內(nèi)安裝，起防塵作用。B型防塵密封圈 是一種單唇帶骨架橡膠密封圈，適于在B型密封結(jié)構(gòu)形式內(nèi)安裝，起防塵作用。C型防塵圈 是一種雙唇密封橡膠圈，適于在C型結(jié)構(gòu)形式內(nèi)安裝，起防塵和輔助密封的作用。2.防塵罩 防塵罩采用橡膠或尼龍、帆布等材料制作。在高溫工作時(shí)，可用氯丁橡膠，可在130以下工作。如果溫度再高時(shí)，可用耐火石棉材料。當(dāng)選用防塵伸縮套時(shí)，要注意在高頻率動(dòng)作時(shí)的耐久性，同時(shí)注意在高速運(yùn)動(dòng)時(shí)伸縮套透氣孔是否能及時(shí)導(dǎo)入足夠的空氣。但是，安裝伸縮套給液壓缸的裝配調(diào)整會(huì)帶來(lái)一些困難。3.11 液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu)液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu)包括液壓缸的安裝結(jié)構(gòu)、液壓缸近處有口的連接等。1.液壓缸的安裝形式 液壓缸的安裝形式很多，但大致可以分為以下兩類(lèi)。 1）軸線(xiàn)固定類(lèi) 這類(lèi)安裝形式的液壓缸在工作時(shí)，軸線(xiàn)位置固定不變。機(jī)床上的液壓缸絕大多數(shù)是采用這種安裝形式。 A 通用拉桿式。在兩端缸蓋上鉆出通孔，用雙頭螺釘將缸和安裝座連接拉緊。一般短行程、壓力低的液壓缸。 B 法蘭式。用液壓缸上的法蘭將其固定在機(jī)器上。 C 支座式。將液壓缸頭尾兩端的凸緣與支座固定在一起。支座可置于液壓缸左右的徑向、切向，也可置于軸向底部的前后端。 2）周線(xiàn)擺動(dòng)類(lèi) 液壓缸在往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于機(jī)構(gòu)的相互作用使其軸線(xiàn)產(chǎn)生擺動(dòng)，達(dá)到調(diào)整位置和方向的要求。安裝這類(lèi)液壓缸，安裝形式也只能采用使其能擺動(dòng)的鉸接方式。工程機(jī)械、農(nóng)用機(jī)械、翻斗汽車(chē)和船舶甲板機(jī)械等所用的液壓缸多用這類(lèi)安裝形式。 A 耳軸式。將固定在液壓缸上的鉸軸安裝在機(jī)械的軸座內(nèi)，使液壓缸軸線(xiàn)能在某個(gè)平面內(nèi)自由擺動(dòng)。 B 耳環(huán)式。將液壓缸的耳環(huán)與機(jī)械上的耳環(huán)用銷(xiāo)軸連接在一起，使液壓缸能在某個(gè)平面內(nèi)自由擺動(dòng)。耳環(huán)在液壓缸的尾部，可以是單耳環(huán)，也可以是雙耳環(huán)，還可以做成帶關(guān)節(jié)軸承的單耳環(huán)或雙耳環(huán)。 C 球頭式。將液壓缸尾部的球頭與機(jī)械上的球座連接在一起，使液壓缸能在一定的空間錐角范圍內(nèi)任意擺動(dòng)。2.液壓缸油口設(shè)計(jì) 油口孔是壓力油進(jìn)入液壓缸的直接通道，雖然只是一個(gè)孔，但不能輕視其作用6。如果孔小了，不僅造成進(jìn)油時(shí)流量供不應(yīng)求，影響液壓缸的活塞運(yùn)動(dòng)速度，而且會(huì)造成回油時(shí)受阻，形成背壓，影響活塞的退回速度，減少液壓缸的負(fù)載能力。對(duì)液壓缸往復(fù)速度要求較嚴(yán)的設(shè)計(jì)，一定要計(jì)算孔徑的大小。液壓缸的進(jìn)出油口，可以布置在缸筒和前后端蓋上。對(duì)于活塞桿固定的液壓缸，進(jìn)出油口可以設(shè)在活塞桿端部。如果液壓缸無(wú)專(zhuān)用排氣裝置，進(jìn)出油口應(yīng)設(shè)在液壓缸的最高處，以便空氣能首先從液壓缸排出。液壓缸進(jìn)出油口的鏈接形式有螺紋、方形法蘭和矩形法蘭等。第4章 液壓泵的參數(shù)計(jì)算工進(jìn)階段液壓缸壓力最大，若取進(jìn)油路總壓力損失，壓力繼電器可靠動(dòng)作需要壓力差為，則液壓泵 最高工作壓力可按式算出： 因此泵的額定壓力可取1.2546.3Pa=58Pa。由表4-6可知，工進(jìn)時(shí)所需要流量最小是0.24L/min，設(shè)溢流閥最小溢流量為2.5L/min，則小流量泵的流量應(yīng)為，快進(jìn)快退時(shí)液壓缸所需的最大流量是20.1L/min，則泵的總流量為；即大流量泵的流量。根據(jù)上面計(jì)算的壓力和流量，查產(chǎn)品樣本，選用YB-A26B型的雙聯(lián)葉片泵，該泵額定壓力為7MPa，額定轉(zhuǎn)速1000r/min。第5章 電動(dòng)機(jī)的選擇流量:下面分別計(jì)算三個(gè)階段所需要的電動(dòng)機(jī)功率P。1.差動(dòng)快進(jìn)差動(dòng)快進(jìn)時(shí)，大泵3的出口壓力油經(jīng)單向閥6后與小泵4匯合，然后經(jīng)三位五通閥15進(jìn)入液壓缸大腔，大腔的壓力，查樣本可知，小泵的出口壓力損失，大泵出口到小泵出口的壓力損失。于是計(jì)算可得小泵的出口壓力（總效率=0.5），大泵出口壓力（總效率=0.5）。電動(dòng)機(jī)功率： 2.工進(jìn)考慮到調(diào)速閥所需最小壓力差。壓力繼電器可靠動(dòng)作需要壓力差。因此工進(jìn)時(shí)小泵的出口壓力為：。而大泵的卸載壓力取。（小泵的總效率=0.565，大泵的總效率=0.3）。電動(dòng)機(jī)功率: 3.快退類(lèi)似差動(dòng)快進(jìn)分析知：小泵的出口壓力（總效率=0.5）；大泵出口壓力（總效率=0.51）。電動(dòng)機(jī)功率為： 綜合比較，快退時(shí)所需功率最大。據(jù)此查樣本選用Y132M-1異步電動(dòng)機(jī),電動(dòng)機(jī)功率為3KW,額定轉(zhuǎn)速750r/min。第6章 液壓元件的選擇6.1 液壓閥及過(guò)濾器的選擇根據(jù)液壓閥在系統(tǒng)中的最高工作壓力與通過(guò)該閥的最大流量，可選出這些元件的型號(hào)及規(guī)格1。本例所有閥的額定壓力都為，額定流量根據(jù)各閥通過(guò)的流量，確定為10L/min，25L/min和63L/min三種規(guī)格，所有元件的規(guī)格型號(hào)列于表5-1中，過(guò)濾器按液壓泵額定流量的兩倍選取吸油用線(xiàn)隙式過(guò)濾器。表7-1 液壓元件明細(xì)表序號(hào)元件名稱(chēng)最大通過(guò)流量型號(hào)1泵22.5YB-A26B2單向閥12I-25B3三位五通電磁閥3235-63BY4二位二通電磁閥3222-63BH5調(diào)速閥0.32Q-10B6壓力繼電器D-63B7單向閥16I-25B8液控順序閥0.16XY-25B9背壓閥0.16B-10B10液控順序閥（卸載用）16XY-25B11單向閥12I-25B12溢流閥4Y-10B13過(guò)濾器45XU-B32*10014壓力表開(kāi)關(guān)K-6B15減壓閥20J-63B16單向閥20I-63B18單向順序閥XI-63B6.2 油管的選擇根據(jù)選定的液壓閥的連接油口尺寸確定管道尺寸。液壓缸的進(jìn)、出油管按輸入、排出的最大流量來(lái)計(jì)算。由于本系統(tǒng)液壓缸差動(dòng)連接快進(jìn)快退時(shí)，油管內(nèi)