車載式輪椅升降裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計-畢業(yè)設(shè)計說明書

1、 學(xué)號： 畢業(yè)設(shè)計（論文）（2022屆）題 目 車載式輪椅升降裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計 學(xué) 生 系 部 機(jī)械與材料工程系 專業(yè)班級 機(jī)制185 校內(nèi)指導(dǎo)教師 專業(yè)技術(shù)職務(wù) 校外指導(dǎo)老師 專業(yè)技術(shù)職務(wù) 無 二二二年三月畢業(yè)設(shè)計車載式輪椅升降裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計摘要：目前全世界的殘疾人總數(shù)已超過六億，其中乘坐輪椅的人數(shù)超過百分之三十，他們外出時上下、車障礙使他們最大的困難。本課題設(shè)計的是一種新型車載輪椅自動升降機(jī)，實現(xiàn)了自動載卸乘客的功能。本文確定了車載輪椅升降裝置的總體方案，并對其整體運(yùn)動方式進(jìn)行了設(shè)計；對其升降結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計與分析，完成了液壓系統(tǒng)的設(shè)計，并對其主要零部件進(jìn)行選擇、計算及校核。本課題有望解決下肢殘

2、疾人上下車問題，具有明顯的經(jīng)濟(jì)和社會效益。關(guān)鍵詞：車載式；輪椅升降機(jī)構(gòu)；液壓系統(tǒng)Structural design of vehicle mounted wheelchair lifting deviceAbstract：At present, the total number of disabled people in the world has exceeded 600 million, of which more than 30% are in wheelchairs. When they go out, getting on and off and obstacles in the c

3、ar make them the greatest difficulty. This subject designs a new type of vehicle wheelchair automatic elevator, which realizes the function of automatically loading and unloading passengers. In this paper, the overall scheme of vehicle wheelchair lifting device is determined, and its overall motion

4、mode is designed; The lifting structure is designed and analyzed, the design of the hydraulic system is completed, and the main parts are selected, calculated and checked. This topic is expected to solve the problem of getting on and off the vehicle for the disabled with lower limbs, and has obvious

5、 individual economic and social benefits.Key words: Vehicle mounted； Wheelchair lifting mechanism； Hydraulic systemII車載式輪椅升降裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計Structural design of vehicle mounted wheelchair lifting device1 緒論11.1 課題的背景、目的和意義11.2 研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢11.3 本課題的研究內(nèi)容22 車載輪椅升降機(jī)機(jī)構(gòu)方案分析32.1 方案一32.2方案二32.3 方案三32.4方案四42.5 方案選擇確定43

6、車載輪椅升降機(jī)機(jī)構(gòu)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計63.1 汽車尾部參考數(shù)63.2 尾板尺寸設(shè)計63.3 設(shè)計尺寸83.4 機(jī)構(gòu)運(yùn)動解析83.5 受力分析113.6 液壓系統(tǒng)原理圖144 液壓系統(tǒng)設(shè)計計算分析154.1 舉升液壓缸的設(shè)計分析154.2 關(guān)門液壓缸的設(shè)計分析174.3 活塞的設(shè)計194.4 導(dǎo)向套的設(shè)計、計算分析194.5 端蓋和缸底的設(shè)計與計算分析204.6 缸體長度的確定分析214.7 緩沖裝置的設(shè)計分析214.8 排氣裝置的分析214.9 密封件的確定選擇224.10 防塵圈的選擇234.11 液壓缸的安裝及連接結(jié)構(gòu)的介紹分析235 液壓泵的參數(shù)設(shè)計選用256 電動機(jī)的確定267 各個液壓元件

7、的選擇277.1 液壓閥及過濾器的選擇277.2 油管的確定選擇287.3 油箱體積的確定288 分析液壓系統(tǒng)性能分析298.1 壓力損失的驗算以及泵壓力的調(diào)整分析298.2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱情況分析驗算分析319 結(jié)論32參 考 文 獻(xiàn)33致  謝341 緒論1.1 課題的背景、目的和意義根據(jù)當(dāng)前數(shù)據(jù)統(tǒng)計，世界人口數(shù)中殘疾人的數(shù)量高達(dá)幾億人，這其中下肢殘疾人數(shù)占到殘疾人總?cè)藬?shù)的30%以上1，同時，中國大約有8500萬殘疾人。大約占中國總?cè)藬?shù)的6.21%。除此之外，隨著我國工業(yè)化以及城鎮(zhèn)化進(jìn)程速度的加快，由于交通事故以及生產(chǎn)安全事故等因素所造成的下肢殘疾的數(shù)量仍在劇增，據(jù)有關(guān)

8、統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，我國的殘疾人數(shù)大約每年以七十萬到八十萬的速度在增長，其中有相當(dāng)一部分人群是下肢殘疾，他們主要依靠輔助工具或者借助他人的幫助才能外出。另一方面，隨著我國老齡化程度的不斷加快，據(jù)不完全數(shù)據(jù)顯示我國60周歲及以上人數(shù)已達(dá)到2.億以上，約占總?cè)丝跀?shù)的15%，65周歲及以上人口約有13161萬人，占總?cè)丝跀?shù)的9.7%,已經(jīng)遠(yuǎn)超過了國際上老齡化社會定義比值。隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，主要以下肢殘疾人和行動不便的老年人為代表的下肢障礙人群等相關(guān)的一系列社會問題也日益顯示出來2。其中主要的問題之一就是 下肢殘疾人和老年人的出行問題。不管是下肢殘疾人還是老年人，行動不便的人都使其生活范圍和空間受到了很大

9、的范圍限制，從而很大程度上降低了他們的生活品質(zhì)3。隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展和殘疾人事業(yè)的進(jìn)步，越來越多的下肢障礙者人群希望走出家門，參與到社會生活中去，所以他們在出行方面的需求與日俱增。然而盡管目前已經(jīng)有智能輪椅和輔助腿等代步工具4，但在遠(yuǎn)距離出行和速度方面仍存在著很多不足之處。對于現(xiàn)代社會來說，汽車成為了城市交通最主要的交通工具之一，既縮短了出行 時間又大大提高了人類的生活水平。相比于普通人，下肢殘障人群對汽車有著更大的需求，而上下車障礙是他們最大的困難。本課題設(shè)計的是一種新型車載輪椅自動升降機(jī)，實現(xiàn)了自動載，卸乘客的功能。使用該升降機(jī)構(gòu)，將在很大程度上解決了殘疾人生活環(huán)境中的出行障礙的問題。

10、解決了下肢殘疾人上下車時的障礙問題。這樣不僅是節(jié)約了時間成本，而且還節(jié)省了人力消耗，從而減輕勞動強(qiáng)度。1.2 研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢隨著科技的發(fā)展，殘疾人駕駛汽車已不再是夢想，但隨之出現(xiàn)下肢殘疾人和腿腳不方便的老年人的上下車問題。由于下肢障礙使得該類人群上下車比較困難，很多人都是用手撐著或者靠其他人幫助從輪椅上移動到汽車座椅上。為了解決下肢障礙人士乘坐輪椅上下車問題，國內(nèi)外專家和公司現(xiàn)已研制出適合該類人群的車載輪椅升降裝置。目前生產(chǎn)的車載輪椅升降機(jī)企業(yè)主要有瑞典ZEPRO公司，廣東省達(dá)機(jī)械制造有限公司，深圳是凱卓立液壓設(shè)備有限公司等。目前還有為方便輪椅上下車，斜波式電動折疊導(dǎo)板裝置，輪椅可以通過斜

11、波進(jìn)出車廂。輪椅進(jìn)入車廂以后，協(xié)板可以依靠電機(jī)驅(qū)動把斜板收縮起來。還有更高級的就是巴西研制出專用殘疾人升降裝置，可以使殘疾人士上下車容易的輪椅升降機(jī)。該裝置依靠遙控器進(jìn)行操作，能夠?qū)崿F(xiàn)乘坐輪椅的人獨(dú)立的上下車，同時兩邊還有安全護(hù)欄，對殘疾人起到了保護(hù)作用5。目前，我國殘疾人的總體數(shù)量比較多，但由于該類人群的心理特征、自身條件以及公共環(huán)境中無障礙設(shè)施的制約，導(dǎo)致該人群外出的人數(shù)比較少。目前市場上為下肢障礙人士提供的乘車服務(wù)和上下車機(jī)構(gòu)較為簡單、安全措施比較差、工作可靠性比較低，穩(wěn)定性不怎么好，無法滿足下肢障礙人群的問題。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，汽車已經(jīng)成為很大部分人生活中不可

12、缺少的一種交通工具。行走不便的下肢障礙人群為了提高生活水平以及擴(kuò)大活動范圍則更需要汽車。再加上我國已進(jìn)入老齡化社會，要解決下肢殘障人士及老年人的出行難題，有需要設(shè)計出一種能夠充分適應(yīng)下肢障者和老年人自身條件的車載式輪椅升降機(jī)構(gòu)的裝置。1.3 本課題的研究內(nèi)容包括車載輪椅升降機(jī)機(jī)械的設(shè)計和功能原理的機(jī)械設(shè)計和篩選方案。從動力源，驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動模式，執(zhí)行機(jī)構(gòu)，整個系統(tǒng)的總體規(guī)劃，解決機(jī)構(gòu)系統(tǒng)建模，動態(tài)綜合分析，系統(tǒng)控制等問題。為了人上下車的安全，尾板在升降過程中保持平穩(wěn)。機(jī)制橫梁伸縮缸，同時考慮到隔室結(jié)構(gòu)，燃料箱應(yīng)安裝在底盤下面。1）乘坐輪椅人群獨(dú)立上下車的問題。根據(jù)任務(wù)要求，用了四桿機(jī)構(gòu)，則需要對

13、四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析，從而得出能夠完成輪椅托板的升降。2）輪椅上下車裝置設(shè)計中緊湊和所需性能的協(xié)調(diào)問題。根據(jù)任務(wù)要求，查閱了資料采用了機(jī)、電、液一體化的集成系統(tǒng)，可以互相協(xié)調(diào)互不影響，而且能完成所需的目標(biāo)任務(wù)。3）裝置的安全措施。查閱相關(guān)資料，設(shè)計了夾緊液壓缸，根據(jù)計算得參數(shù)，選擇合理的相關(guān)元件。2 車載輪椅升降機(jī)機(jī)構(gòu)方案分析2.1 方案一采用齒輪齒條機(jī)構(gòu)圖2.1 齒輪齒條機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：升降的距離可精確控制，而且運(yùn)行平穩(wěn)；缺點(diǎn)：該機(jī)構(gòu)升降距離有限，否則會影響行車等問題（整個機(jī)構(gòu)要安裝于汽車車廂下面的底盤上）。2.2方案二采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)圖2.2 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較為簡單，運(yùn)行平穩(wěn)，沒有沖擊；缺點(diǎn)

14、：與導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)一樣，安裝于車廂底部后，但是不利行車，因此也不可用。2.3 方案三采用導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)圖2.3 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)件比較少，結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，易于實現(xiàn)；缺點(diǎn)：整個機(jī)構(gòu)要安裝于汽車車廂下面的底盤上，該垂直升降式導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)安裝后不利行車，所以不可用。2.4方案四 采用平行四邊形機(jī)構(gòu)圖2.4 平行四邊形機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行平穩(wěn)，可安裝于車廂底部，不影響車輛的行車問題；缺點(diǎn)：構(gòu)件比較多，安裝時一些車輛可能需對尾部進(jìn)行改裝。2.5 方案選擇確定考慮到車廂的具體結(jié)構(gòu)和使用要求，機(jī)構(gòu)的固定架應(yīng)該固定在汽車車廂下面的底盤上面，而且，升降機(jī)構(gòu)上升到極限位置時應(yīng)該與地面有一些距離以便于行車，尾板在升降時，還

15、應(yīng)保持平穩(wěn)，以保正人的安全問題。通過比較上面各個機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)比較,現(xiàn)在確定尾板采用平行四邊形機(jī)構(gòu)，考慮到尾板的收縮問題，對機(jī)構(gòu)進(jìn)行了適當(dāng)?shù)男薷模薷暮蠼Y(jié)構(gòu)簡圖如圖2-5所示。圖2.5 尾板機(jī)構(gòu)簡圖機(jī)構(gòu)采用了伸縮式液壓缸，這其中，與上部連桿形成轉(zhuǎn)動副的油壓缸是用于升降的功能，另外一個油壓缸用于尾板的伸縮。連桿與關(guān)門缸形成平行四邊形機(jī)構(gòu)，保證尾板的水平；液壓缸的伸縮運(yùn)動轉(zhuǎn)化為連桿的擺動運(yùn)動后，尾板升降比較平穩(wěn)；該機(jī)構(gòu)在垂直方向的結(jié)構(gòu)較為緊湊，在升降至上限位置時，機(jī)構(gòu)的下端與地面有一段的距離，因此不影響正常行車的問題。所以該機(jī)構(gòu)滿足設(shè)計要求。3 車載輪椅升降機(jī)機(jī)構(gòu)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1 汽車尾部參考數(shù)表

16、3.1技術(shù)參數(shù)列表車型CQ1113T6F23G461駕駛室最高點(diǎn)距車架上翼面距離（mm）2056汽車底盤長（mm）8208駕駛室后圍距前軸（mm）508軸距（mm）4600外氣管距前軸距離（mm）752車架有效長度（mm）5578車架上平面離地高度（滿載）（mm）1007車架外寬（mm）1150底盤整備質(zhì)量（kg）4080推薦貨物重心（mm）890底盤軸荷前軸/后軸（kg）1680/2400車輛前懸/車架后懸（mm）1548/1800底盤最大承載質(zhì)量（kg）7320汽車底盤高（mm）3060廠定最大設(shè)計總質(zhì)量（kg）114003.2 尾板尺寸設(shè)計尾板的開始及結(jié)束的位置如圖3.2所示。由車體尺寸

17、知，尾板升降高度是420mm，取L1315mm，L2171mm，A、E兩點(diǎn)高度的差是H3103mm，尾板的外觀厚度為H0100mm。圖3.1 連桿尺寸及安裝位置由圖3.1可知，尾板在升降過程中，傳動角先變大后變小，因此其最小值在開始或結(jié)束的位置處獲得。根據(jù)設(shè)計的要求需使傳動角要大于等于40°，當(dāng)尾板在最高的位置的地方，H2（L1+L2）cotmin=300(mm) （3.1）當(dāng)尾板在起始位置的地方，tan=tan38°=0.62 （3.2）由式子3.1、3.2得到475H2715，因此取H2600mm.則桿AC的長度lAC=600/cos45°=848(mm)。當(dāng)

18、尾板位在起始位置，傳動角arctanarctan=65°40° （3.3）當(dāng)尾板位在結(jié)束的位置時，由L1+L2H2知傳動角45°40°，因此滿足設(shè)計要求。3.3 設(shè)計尺寸當(dāng)取lAG=2lAC/3=566mm，那么舉升缸1的長度（即活塞桿合攏時長度）最小值是L1=543.0(mm) （3.4）舉升缸1的行程為x1=137(mm) （3.5）關(guān)門缸2的本體長度為L2848（mm） （3.6）關(guān)門缸2的行程為x2=141(mm) （3.7）由于液壓缸的本體長度、行程及市場常見規(guī)格所以取缸體直徑為800mm，活塞桿直徑是30mm。3.4 機(jī)構(gòu)運(yùn)動解析位移分析因為

19、尾板機(jī)構(gòu)具有對稱性，所以只對一邊來進(jìn)行分析。而且將升降連桿平移至與合攏連桿同一平面并不改變其位移、速度、加速度的特性，為方便起見，將機(jī)構(gòu)的簡圖改畫為如圖3.2所示。圖3.2 尾板機(jī)構(gòu)簡圖以O(shè)為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立如上圖所示坐標(biāo)系，則各點(diǎn)的坐標(biāo)系為A(0,340)，B(0,240)，E(0,190)，C2(600,940)，D2(600,840)，則點(diǎn)C、D、G的位移的方程如下方所示：升降過程中(73.57°135°)，C: （3.8）D: （3.9） G： （3.10）收縮過程中，只有D點(diǎn)位置不斷的變化，其位移的方程如下方所示： (090°) （3.11）由于，所以 （

20、3.12）為了保證尾板在升降過程中處于水平的狀態(tài)。速度分析：各點(diǎn)的位移方程求導(dǎo)得各點(diǎn)相應(yīng)速度方程如下：升降的過程中(73.57°135°)，C: （3.13）D: （3.14）G： （3.15）收縮過程中， (090°) （3.16）圖中描述了點(diǎn)C1、D1在運(yùn)動過程中沿y軸方向的速度變化情況。從圖中看出，升降過程中，點(diǎn)C1、D1在垂直方向的速度保持不變，大約為80100mm/s，并且是緩慢勻加速運(yùn)動，與實際應(yīng)用較為合理。加速度分析如下對各速度方程求導(dǎo)得相應(yīng)加速度方程如下：升降過程中(73.57°135°)，C: （3.17）D: （3.18）G

21、： （3.19）收縮過程中， (090°) （3.20）通過對以上相關(guān)各點(diǎn)的位移、速度和加速度的分析，可得出以下的結(jié)論：（1）尾板在升降過程中始終保持水平。（2）豎直方向加速度比較小而且近乎不變，水平方向的加速度開始時比較小，當(dāng)尾板接近極限的位置時加速度比較大，但是加速時間短，所以對速度影響較小，所以，從整體上看，尾板運(yùn)行比較穩(wěn)定。（3）尾板收縮的速度適中，即收縮比較的平穩(wěn)。所以，機(jī)構(gòu)在運(yùn)動方向滿足設(shè)計要求。由圖3.3可知，整個起重尾板機(jī)構(gòu)所受外力只有載荷F2000N、重力W和三個鉸鏈A、B、E處的支座反力。對于液壓伸縮缸，只需根據(jù)活塞桿受力情況來確定其型號參數(shù)，因此，只需對關(guān)門缸活

22、塞桿和舉升缸活塞桿進(jìn)行受力分析，而不用求解B、E兩個鉸鏈處的支座反力。圖3.3 動力分析機(jī)構(gòu)簡圖3.5 受力分析尾板受力圖如下圖所示：圖3.4尾板的受力分析受力方程式：（尾板重力=1930N）（3.21）升降缸活塞桿EG受力圖分析如下圖3.5所示：圖3.5 舉升缸活塞桿的受力分析受力的方程式：（關(guān)門缸活塞桿重力=20N） （3.22）升降的連桿由桿AC、AC、FF組成，桿FF起到連接、支撐的作用，為第二重要要構(gòu)件，所以不需做受力分析，而AC、AC兩桿具有一定的對稱性，受力情況基本相同，所以取桿AC進(jìn)行受力分析，其等效受力圖如圖3.6所示：圖3.6 舉升連桿受力分析受力方程式：（連桿重力=170

23、N）（3.23）根據(jù)兩個關(guān)門缸具有對稱性可知，活塞桿受力分析情況一樣，所以取活塞桿BD進(jìn)行分析，其受力圖如圖3.7所示：圖3.7 關(guān)門缸活塞桿受力分析受力方程式：（關(guān)門缸活塞桿重力=26N） （3.24）根據(jù)以上分析情況可以得出，升降缸活塞桿在舉升物品到極限位置時受力最大為47476.2N；關(guān)門缸活塞桿也在物品到達(dá)極限位置時受力情況最大是32350.3N；升降連桿也在物品到達(dá)極限位置時受力最大為53350.8N。所以三桿的橫截面積一樣，均為， （3.25）最大拉伸應(yīng)力為：， (3.26)雖然一些構(gòu)件所承受的應(yīng)力比較大，但是仍在常用的鋼材的許用應(yīng)力范圍之內(nèi)。所以，各個連桿的受力合理，滿足設(shè)計要求

24、。3.6 液壓系統(tǒng)原理圖圖3.8 液壓系統(tǒng)原理圖 1.油箱 2.液面計 3.空氣濾清器 4.油濾 5.液壓泵 6.電機(jī) 7.組合閥 8.兩位三通換向閥 9.關(guān)門油缸 10.升降油缸 關(guān)門油缸：進(jìn)油路：油箱液壓泵組合閥兩位三通電磁換向閥關(guān)門油缸；回油路：關(guān)門油缸油箱升降油缸：進(jìn)油路：油箱液壓泵組合閥兩位三通電磁換向閥升降油缸回油路：升降油缸油箱4 液壓系統(tǒng)設(shè)計計算分析基本參數(shù)是車載式輪椅升降機(jī)裝置的基本技術(shù)數(shù)據(jù)，根據(jù)尾門的用途和結(jié)構(gòu)型式確定。它反映了尾門的工作能力和特點(diǎn)，從根本上決定了尾門的外形尺寸和車身的總質(zhì)量。4.1 舉升液壓缸的設(shè)計分析由于主液壓缸采用單作用柱塞式套缸，缸徑較大，能提供很大

25、載荷作用下的舉升力，同時能夠滿足靠重力回落和撤收的要求。并且工作過程為快進(jìn)工進(jìn)快退三個過程的工作循環(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)時受力最大，為47476.2N；關(guān)門缸活塞桿也在貨物到達(dá)最高點(diǎn)時受力最大，為32350.3N；工進(jìn)時候的負(fù)載是最大的，1. 工作壓力P=5.1Mpa2. 液壓缸內(nèi)徑的計算D=×10-3 =0.101.5m =101.5mm (4.1)查液壓傳動與控制手冊經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化處理D=100mm。表4.1 液壓缸內(nèi)徑系列 mm8101216202532405063801001251602002503204005003. 液壓缸缸體厚度計算

26、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，必須進(jìn)行強(qiáng)度校核。缸體的常用材料為20、25、35、45號鋼的無縫鋼管。在這幾種材料中45號鋼的性能最為優(yōu)良，所以這里選用45號鋼作為缸體的材料。 (4.2)式中，實驗壓力，MPa。當(dāng)液壓缸額定壓力Pn5.1MPa時，Py=1.5Pn，當(dāng)Pn16MPa時，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額定壓力又稱公稱壓力即系統(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

27、數(shù)n按液壓傳動與控制手冊P243表210，取n=5。則許用應(yīng)力=120MPa = =2.66mm (4.2),滿足。所以液壓缸厚度取5mm。則液壓缸缸體外徑為110mm。4.液壓缸長度的確定液壓缸長度L根據(jù)工作部件的行程長度確定。5. 活塞桿直徑的設(shè)計根據(jù)液壓傳動與控制手冊根據(jù)桿徑比d/D，一般的選取原則是：當(dāng)活塞桿受拉時，一般選取d/D=0.3-0.5，當(dāng)活塞桿受壓時，一般選取d/D=0.5-0.7。本設(shè)計我選擇d/D=0.7，即d=0.7D=0.7×100=70mm。表4.2 活塞桿直徑系列456810121416182022252832364045505663708090100

28、110125140160180200220250280320360400故取d=70mm。2.活塞桿強(qiáng)度計算： <56mm （4.3）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 活塞桿的外端頭部與負(fù)載的拖動電機(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)。4.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，防塵圈與活塞桿的配合可按H9/f9

29、選取。薄鋼片厚度為0.5mm。為方便設(shè)計和維護(hù)，本方案選擇O型密封圈。 液壓缸工作行程長度可以根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實際工作的最大行程確定，并參照表4.3選取標(biāo)準(zhǔn)值。液壓缸活塞行程參數(shù)優(yōu)先次序按表4.3中的a、b、c選用。表4.3（a）液壓缸行程系列（GB 2349-80）2550801001251602002503204005006308001000125016002000250032004000表4.3（b） 液壓缸行程系列（GB 2349-80） 40 6390110140180220280360450550700900110014001800220028003600表4.3（c） 液壓缸形成系列

30、（GB 2349-80）2402603003403804204805306006507508509501050120013001500170019002100240026003000340038004.2 關(guān)門液壓缸的設(shè)計分析工作壓力P=5.1Mpa由上節(jié)得到關(guān)門缸活塞桿也在貨物到達(dá)最高點(diǎn)時受力最大，為32350.3N；液壓缸內(nèi)徑的計算 D=×10-3 =0.586m=56.6mm (4.4)查液壓傳動與控制手冊經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化處理D=63mm。表4.4 液壓缸內(nèi)徑系列 mm8101216202532405063801001251602002503204005004. 液壓缸缸體厚度計算

31、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，必須進(jìn)行強(qiáng)度校核。缸體的常用材料為20、25、35、45號鋼的無縫鋼管。在這幾種材料中45號鋼的性能最為優(yōu)良，所以這里選用45號鋼作為缸體的材料。 （4.5）式中，實驗壓力，MPa。當(dāng)液壓缸額定壓力Pn5.1MPa時，Py=1.5Pn，當(dāng)Pn16MPa時，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額定壓力又稱公稱壓力即系統(tǒng)壓力，Pn=15.1MPa2.最高允許壓力PmaxPmax1.5Pn=1.2515.3=19.125MPa液壓缸缸筒材料采用45鋼，則抗拉強(qiáng)度：b=600MPa

32、安全系數(shù)n按液壓傳動與控制手冊P243表210，取n=5。則許用應(yīng)力=120MPa = =2.66mm （4.6）,滿足。所以液壓缸厚度取5mm。則液壓缸缸體外徑為73mm。4.液壓缸長度的確定液壓缸長度L根據(jù)工作部件的行程長度確定。從制造上考慮，一般液壓缸的長度L不會大于液壓缸直徑的20到30倍。4.3 活塞的設(shè)計活塞在液壓作用力下，沿缸筒來回滑動，所以，與氣缸配合應(yīng)適當(dāng)，不能太緊也不能縫隙太大。配合的太緊，不僅會啟動壓力變大，會使機(jī)械的工作效率降低，而且會損壞缸筒和活塞相配的表面；間隙過大，那么會引發(fā)液壓缸內(nèi)部泄露，降低效率，使液壓缸滿足不了要求的設(shè)計性能?；钊c缸體的密封形式分為：間隙密

33、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、壽命長的活塞密封）、密封圈密封三大類。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，安裝空間小）、Y形密封圈（用在20Mpa壓力下、往復(fù)運(yùn)動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。4.4 導(dǎo)向套的設(shè)計、計算分析1.最小導(dǎo)向長度H的確定 當(dāng)活塞桿全部伸出時，從活塞支承面中點(diǎn)到到導(dǎo)向套滑動面中點(diǎn)的距離稱為最小導(dǎo)向長度1。如果導(dǎo)向長度過短，將使液壓缸因間隙引起的初

34、始撓度增大，影響液壓缸工作性能和穩(wěn)定性。因此，在設(shè)計時必須保證液壓缸有一定的最小導(dǎo)向長度。根據(jù)經(jīng)驗,當(dāng)液壓缸最大行程為L,缸筒直徑為D時,最小導(dǎo)向長度為: （4.7）一般導(dǎo)向套滑動面的長度A，在缸徑小于80mm時取A=(0.61.0)D，當(dāng)缸徑大于80mm時取A=(0.61.0)d.。活塞寬度B取B=(0.61.0)D。若導(dǎo)向長度H不夠時,可在活塞桿上增加一個導(dǎo)向套K(見圖4.1)來增加H值。隔套K的寬度。因此:最小導(dǎo)向長度，取H=9cm；導(dǎo)向套滑動面長度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

35、套 這種導(dǎo)向套安裝在支承座或端蓋上，油槽內(nèi)的壓力油起潤滑作用和張開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，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，導(dǎo)向套可以自動調(diào)位，使導(dǎo)向套軸線始終與運(yùn)動方向一致，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)動頻率高、速度快、振動大的液壓缸，可以采用靜壓

36、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，所以摩擦因數(shù)小、無磨損、剛性好、能吸收振動、同軸度高，但制造復(fù)雜，要有專用的靜壓系統(tǒng)。4.5 端蓋和缸底的設(shè)計與計算分析 在單活塞液壓缸中，活塞桿通過的端蓋稱為端蓋，沒有活塞桿的缸蓋稱為缸蓋或缸底。端蓋、缸底和缸體形成密封壓力腔，不僅要有足夠的強(qiáng)度承受液壓，還要有一定的連接強(qiáng)度。端蓋設(shè)有活塞桿導(dǎo)向孔（或?qū)蛱装惭b孔）、防塵圈、密封圈槽和連接螺釘孔。應(yīng)力狀態(tài)比較復(fù)雜，設(shè)計不好，容易損壞。1.端蓋的設(shè)計計算端蓋厚h為： （4.8）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

37、許用應(yīng)力，。2.缸底的設(shè)計 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，密封和防塵等問題12。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；裝卸徐專用工具；安裝時應(yīng)防止密封圈扭曲。 C法蘭連接 特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較簡單，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

38、。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)簡單，尺寸小，質(zhì)量小。4.6 缸體長度的確定分析 液壓缸缸體內(nèi)部長度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長度還需要考慮到兩端端蓋的厚度7。一般液壓缸缸體長度不應(yīng)大于缸體內(nèi)經(jīng)的2030倍。取系數(shù)為5,則液壓缸缸體長度：L=5*10cm=50cm。4.7 緩沖裝置的設(shè)計分析

39、 液壓缸活塞桿（或活塞桿）在液壓驅(qū)動下運(yùn)動時，具有一定的質(zhì)量和較大的動量。行程結(jié)束時，桿端進(jìn)入液壓缸缸蓋端和缸底，造成機(jī)械碰撞，產(chǎn)生較大沖擊和噪聲。減振器用于避免此類機(jī)械沖擊，但沖擊壓力仍然存在，約為額定工作壓力的兩倍，這將嚴(yán)重影響液壓缸和整個液壓系統(tǒng)的強(qiáng)度和正常工作。緩沖裝置可防止和減少液壓缸活塞、活塞桿等運(yùn)動部件在運(yùn)動過程中對缸底或端蓋的沖擊，并在行程結(jié)束時將速度降至零。 當(dāng)液壓缸中活塞活塞運(yùn)動速度在6m/min以下時，一般不設(shè)緩沖裝置，而運(yùn)動速度在12m/min以上時，不需設(shè)置緩沖裝置。在該組合機(jī)床液壓系統(tǒng)中，動力滑臺的最大速度為4m/min,因此沒有必要設(shè)計緩沖裝置。4.8 排氣裝置的

40、分析 如果排氣裝置未正確調(diào)整或排氣裝置未調(diào)整，則壓力油進(jìn)入液壓缸后，氣缸中仍有空氣12。由于空氣的壓縮性和延遲膨脹性，會引起液壓缸和整個液壓系統(tǒng)的顫振和蠕變，影響液壓缸的正常工作。例如，在液壓磨床的加工過程中，不僅會影響加工表面的平整度和精度，還會損壞砂輪、磨頭等機(jī)構(gòu)。為防止這種情況發(fā)生，除了防止空氣進(jìn)入液壓系統(tǒng)外，還必須在液壓缸上安裝排氣裝置?？諝夥峙溲b置的位置應(yīng)合理。由于空氣比壓力油輕，而且總是向上漂浮，因此水平安裝的液壓缸必須位于缸體兩個空腔的末端上方；垂直安裝的液壓缸應(yīng)位于端蓋上方。一般有整體排氣塞和組合排氣塞兩個種類。整體排氣塞。表4.5 排氣閥（塞）尺寸d閥座閥桿孔cDM16611

41、619.29323117108.53484623M20x2814725.41143392213114594828 由于螺紋與氣缸壁或端面連接，所以氣缸蓋的端部用錐面密封。排氣時，螺紋打開，氣缸中的空氣從空間流入錐面并通過錐孔。排氣裝置結(jié)構(gòu)簡單，但螺紋與錐形接頭之間的同軸度應(yīng)較高，否則擰緊后排氣塞無法密封，導(dǎo)致漏氣。組合式排氣塞如下圖4.3所示，通常由螺旋塞和錐形閥組成。旋塞釋放時，錐形閥脫離密封面，在壓力下排出氣體。排氣系統(tǒng)零件的圖紙和尺寸以及表4.4。4.9 密封件的確定選擇1.對密封件的要求液壓缸在工作中的要求滿足沒有泄露，低摩擦、耐磨磨損要求。在設(shè)計中，正確的選擇密封件、導(dǎo)套（支撐環(huán)）和

42、防塵環(huán)的結(jié)構(gòu)形式和材料是非常重要的。在分析現(xiàn)有密封技術(shù)的基礎(chǔ)上，將液壓缸的活塞、活塞桿、密封墊、導(dǎo)套和防塵罩作為一個整體密封系統(tǒng)。液壓缸只有采用可靠的密封系統(tǒng)，才能達(dá)到良好的工作狀態(tài)和理想的使用壽命。在液壓元件中，對液壓的密封要求較高，特別是對一些特殊材料的液壓缸，如回轉(zhuǎn)液壓缸。液壓缸不僅有靜密封，而且有更多的零件是動密封，工作壓力高，要求密封性能好，耐磨性好，溫度適應(yīng)范圍大，彈性好，永久變形小，機(jī)械強(qiáng)度合適，摩擦阻力低，易于制造和裝卸，可以隨著壓力的增加提高密封能力，有利于自動磨損補(bǔ)償。密封件一般是按照斷面形狀分類。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

43、.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9。這些部位雖然是靜密封，但因工作由液壓力大，稍有意外，就會引起過量的內(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)計選用時，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，其加工簡便，但容易引起密封圈咬邊、扭轉(zhuǎn)

44、等現(xiàn)象。3.動密封部位密封圈的選用 液壓缸動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。 形密封圈是我國液壓缸行業(yè)使用極其廣泛的往復(fù)運(yùn)動密封圈。它是一種軸、孔互不通用的密封圈。一般，使用壓力低于16MPa時，可不用擋圈而單獨(dú)使用。當(dāng)超過16MPa并用于活塞動密封裝置時，應(yīng)使用擋圈，以防止間隙“擠出”。4.10 防塵圈的選擇活塞桿或活塞密封件外側(cè)設(shè)有防塵圈，防止外部灰塵、沙子等異物進(jìn)入液壓缸，防止液壓油被污染，造成部件磨損。1.防塵圈A型防塵圈 是一種單唇無骨架橡膠密封圈，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

45、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，可用氯丁橡膠，可在130以下工作。如果溫度再高時，可用耐火石棉材料。當(dāng)選用防塵伸縮套時，要注意在高頻率動作時的耐久性，同時注意在高速運(yùn)動時伸縮套透氣孔是否能及時導(dǎo)入足夠的空氣。但是，安裝伸縮套給液壓缸的裝配調(diào)整會帶來一些困難。4.11 液壓缸的安裝及連接結(jié)構(gòu)的介紹分析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 液壓缸的安裝形式有很多種，但是大致可以分成以下兩類。 1）軸線固定

46、類 這類安裝形式的液壓缸在工作時，軸線位置固定不變。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）周線擺動類 當(dāng)液壓缸來回移動時，由于機(jī)構(gòu)的相互作用，其軸將擺動以滿足位置和方向的調(diào)整要求。這種液壓缸只能通過轉(zhuǎn)動它的鉸鏈安裝。工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、自卸車和船舶甲板機(jī)械中使用的液壓缸主要用于此類安裝。 A 耳軸式。將固定在液壓缸上的鉸軸安裝

47、在機(jī)械的軸座內(nèi)，使液壓缸軸線能在某個平面內(nèi)自由擺動。 B 耳環(huán)式。將液壓缸的耳環(huán)與機(jī)械上的耳環(huán)用銷軸連接在一起，使液壓缸能在某個平面內(nèi)自由擺動。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。2.液壓缸油口設(shè)計 油口孔是壓力油進(jìn)入液壓缸的直接通道，雖然只是一個孔，但不能輕視其作用10。如果孔小了，不僅造成進(jìn)油時流量供不應(yīng)求，影響液壓缸的活塞運(yùn)動速度，而且會造成回油時受阻，形成背壓，影響活塞的退回速度，減少液壓缸的負(fù)載能力。對液壓缸往復(fù)速度要求較嚴(yán)的設(shè)計，一

48、定要計算孔徑的大小。液壓缸的入口和出口可以配置在氣缸和前端蓋上。在帶有固定活塞桿的油壓氣缸中，可以在活塞桿的端部設(shè)置油的入口和出口，如果液壓缸沒有專門用的排氣裝置，在油壓汽缸的最上部設(shè)置油壓入口和出口，以便于空氣從液壓缸中排出來。油壓氣缸入口和出口的連接形勢有螺紋，方形法蘭和矩形法蘭等等。5 液壓泵的參數(shù)設(shè)計選用查表可以知道，在工進(jìn)階段液壓缸壓力最大，假如取進(jìn)油路總壓力損失為，壓力繼電器可靠動作需要壓力差為，那么液壓泵最高工作的壓力可按公式得出： （5.1）泵的額定壓力可取1.2546.3Pa=58Pa。 （5.2）由表可知，工進(jìn)時所需要流量最小是0.24L/min，假設(shè)溢流閥得流量為2.5L

49、/min，那么小流量泵的流量應(yīng)為，在快進(jìn)快退時液壓缸所需要的最大流量是20.1L/min，那么泵的總流量為；那么大流量泵的流量。按照上面計算的壓力和流量，查產(chǎn)品樣手冊，所以選用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。6 電動機(jī)的確定系統(tǒng)為雙泵供油系統(tǒng)，差動快進(jìn)和快退時兩個泵同時向系統(tǒng)供油；工進(jìn)時，小泵向系統(tǒng)供油，大泵卸載9。小泵流量:大泵流量:下面分別計算三個階段所需要的電動機(jī)功率P。1.差動快進(jìn)差動快進(jìn)時，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

50、力損失。于是計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）。電動機(jī)的功率： 2.工進(jìn)考慮到調(diào)速閥所需最小壓力差。壓力繼電器可靠動作需要壓力差。因此工進(jìn)時小泵的出口壓力為：。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）。電動機(jī)功率: 3.快退類似差動快進(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）。電動機(jī)功率為： 綜合比較，快退時所需功率最大。據(jù)此查樣本選用Y132M-1異步電動機(jī),電動機(jī)功率為3KW,額定轉(zhuǎn)速750r/min。7 各個液壓元件的選擇7.1 液壓閥及過濾器的選擇根據(jù)液壓閥在系統(tǒng)中的最高工作壓力與通過該閥的最大流量，可選出這些元件的型號及規(guī)格10。本例所有閥的額定壓力都為，額定流量根據(jù)各閥通過的流量，確定為10L/min，25L/min和63L/min三種規(guī)格，所有元件的規(guī)格型號列于表5-1中，過濾器按液壓泵額定流量的兩倍選取吸油用線隙式過濾器。表7.1 液壓元件明細(xì)表序號元件名稱最大通過流