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压力机液压缸设计

毕业设计（论文）

压力机液压缸设计

姓名

系部

专业

班级

学号

指导老师

2012年05月

摘要（或设计总说明）

压力机是压缩成型和压注成型的主要设备，适用于可塑性材料的压制工艺。

如冲压、弯曲、翻边、薄板拉伸等。

也可以从事校正、压装、砂轮成型、冷挤金属零件成型、塑料制品及粉末制品的压制成型。

本文根据小型压力机的用途﹑特点和要求，利用液压传动的基本原理，经过必要的计算来确定液压缸的参数，然后按照这些参数来选用液缸零部件的规格尺寸和进行系统的结构设计、密封设计、和导向设计，并用CAXA电子图版绘出相关图纸。

小型压力机的液压系统呈长方形布置，外形新颖美观，动力系统采用液压系统，结构简单、紧凑、动作灵敏可靠。

该机并设有手动开关，可实现半自动工艺动作的循环。

关键词：

液压系统；参数；规格；结构设计；CAXA电子图版

前言

液压机是制品成型生产中应用最广的设备之一，自19世纪问世以来发展很快，液压机在工作中的广泛适应性，使其在国民经济各部门获得了广泛的应用。

由于液压机的液压系统和整机结构方面，已经比较成熟，目前国内外液压机的发展不仅体现在控制系统方面，也主要表现在高速化、高效化、低能耗；机电液一体化，以充分合理利用机械和电子的先进技术促进整个液压系统的完善；自动化、智能化，实现对系统的自动诊断和调整，具有故障预处理功能；液压元件集成化、标准化，以有效防止泄露和污染等四个方面。

目前，我国的液压件已从低压到高压形成系列，并生产出许多新型元件，如插装式锥阀、电液比例阀、电液伺服阀、电液数字控制阀等。

我国机械工业在认真消化、推广国外引进的先进液压技术的同时，大力研制、开发国产液压件新产品，加强产品质量可靠性和新技术应用的研究，积极采用国际标准，合理调整产品结构，对一些性能差而且不符合国家标准的液压件产品，采用逐步淘汰的措施。

由此可见，随着科学技术的迅速发展，液压技术将获得进一步发展，在各种机械设备上的应用将更加广泛。

本设计是针对小型压力机的液压缸。

一、液压缸设计概要

1.设计题目及目的

设计题目：

压力机液压缸设计

设计目的：

本课程设计的目的主要有以下几点：

1）综合运用液压传动课程及其他有关先修课程的理论知识和生产实习知识，进行液压传动设计实践，使理论知识和生产实践紧密结合起来，从而使这些知识得到进一步地巩固，加深、提高和扩展。

2）在设计实践中学习和掌握通用液压元件，尤其是各类标准元件的选用原则和回路的组合方式，培养设计技能，提高学生分析和嫁接生产实际问题的能力，为今后的设计工作打下良好的基础。

3）通过设计，学生应在计算、绘图、运用和熟悉设计资料（包括设计手册，产品样本，标准和规范等）以及进行估算方面得到实际训练。

2.小型压力机基本结构

小型压力机床身属于四立柱床身。

床身由上横梁、下横梁和四根立柱组成。

压力机的各个部件都安装在床身上，其中液压缸安装在上横梁上，下横梁为工作台，工作台面上开有开有V型槽，用来安装工件。

液压缸由轴承带动可在上横梁上左右移动，工作台用销轴固定在立柱上，可上下移动。

工作缸采用活塞式双作用缸，当压力油进入工作缸上腔，活塞带动横梁向下运动，其速度慢，压力大，当压力油进入工作缸下腔，活塞向上运动，其速度较快，压力较小，符合一般的慢速压制、快速回程的工艺要求。

液压机的动力部分是高压泵，将机械能转变为液压能，向液压机的工作缸和顶出缸提供高压液体。

图1小型压力机

3.液压缸的主要零部件

液压缸主要零件有：

缸体、活塞杆、活塞、活塞杆导向套、封装置等固定装置、导向装置等。

图2液压缸分解图

二、压力机液压缸设计

1.设计内容及所给参数

A、设计内容

（1）液压缸主要尺寸的确定及结构设计；

（2）液压缸密封的设计；

（3）液压缸导向的设计；

B、设计参数

液压缸系统供油P=6.3Mpa；

液压缸最大推力Fmax=5KN；

缸的最大行程L=100mm；

2.液压缸主要尺寸的确定及结构设计

A、液压缸工作压力的确定

液压缸的工作压力主要根据液压设备的类型来确定，对于不同用途的液压设备，由于工作条件不同，通常采用的压力范围也不同。

根据负载F=5KN，表1可知液压缸的工作压力为1.5~2Mpa,从而确定液压缸的工作压力P=2.5Mpa。

表1按载荷选择压力

载荷/KN

<5

5-10

10-20

20-30

30-50

>50

工作压力/MPa

<0.8-1

1.5-2

2.5-3

3-4

4-5

5

B、液压缸缸筒内径D的计算

根据已知条件，工作最大负载F=1500N，工作压力P=1.6MPa可得液压缸内径D和活塞杆直径d的确定：

已知:

F=1500N,

=1.6MPa，

=

=39.5mm

查表得：

D=40

，d=32mm

则

故必须进行最小稳定速度的验算，要保证液压缸工作面积A必须大于保证最小稳定速度的最小有效面积

又：

式中：

—流量阀的最小稳定流量，由设计要求给出。

—液压缸的最小速度，由设计要求给出。

故查表取D=63

当D=63

的时

，保证了

>

C、液压缸活塞杆直径d的确定

由已知条件可查机械设计手册第4卷表23.6—33（GB/T2348-1993），取d=45mm。

查金属材料标准手册表2知，45钢的屈服强度

按强度条件校核：

所以符合要求。

D、液压缸壁厚的计算

液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。

液压缸的壁厚一般指缸筒结构中最薄处的厚度。

从材料力学可知，承受内压力的圆筒，其内应力分布材料规律因壁厚的不同而各异。

一般计算时可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。

本设计按照薄壁圆筒设计，其壁厚按薄壁圆筒公式计算为：

（该设计采用无缝钢管）

[

]=100～110

（无缝钢管），取[

]=100

加工过程中的变形，安装变形等引起液压缸工作过程中卡死或漏油。

所以用经验法选取壁厚：

δ=8mm由计算的公式所得的液压缸的壁厚厚度很小，使缸体的刚度不够。

E、缸体外径尺寸的计算

缸体外径

查机械手册表23.6-59：

外径

取76mm

F、液压缸工作行程的确定

由于在液压缸工作时要完成如下动作

快进150

┏━━━━→┓工进50

┃┗┓工进50

┃快退┗━━━━→┓

┗━━━━━━━←━━━━━━━━━━┛

即可根据执行机构实际工作的最大长度确定。

由上述动作可知工作行程为250mm。

G、缸盖厚度的确定

一般液压缸多为平底缸盖，其有效厚度按强度要求可用下式进行近似计算：

式中：

D—缸盖止口内径（mm）

T—缸盖有效厚度（mm）

T≥4.74mm

H、最小导向长度的确定

当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到缸盖滑动支承面中点距离为H，称为最小导向长度。

如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度增大，影响液压缸的稳定性，因此在设计时必须保证有一定的最小导向长度。

对一般的液压缸，最小导向长度H应满足：

式中：

L—液压缸的最大行程（mm）

D—液压缸内径（mm）

取H=65mm

I、活塞宽度B的确定

活塞的宽度B一般取B=（0.6-1.0）D

即B=（0.6-1.0）×63=（37.8-63）mm

取B=60mm

J、缸体长度的确定

液压缸缸体内部的长度应等于活塞的行程与活塞宽度的和。

缸体外部尺寸还要考虑到两端端盖的厚度，一般液压缸缸体的长度不应大于缸体内径D的20-30倍。

即：

缸体内部长度250+55=305mm

缸体长度≤（20-30）D=（1260-1890）mm

即取缸体长度为510mm

K、液压缸进、出油口尺寸的确定

液压缸的进、出油口可布置在端盖或缸筒上，进、出油口处的流速不大于5m/s，油口的连接形式为螺纹连接或法兰连接。

自（GB/T2878-93）及16MPa小型系列的单杆液压缸油口安装尺寸（ISO8138-1986）确定:

进出油口的尺寸为M16x1.5。

连接方式为螺纹连接。

3：

液压缸的密封设计

液压缸要求低摩擦，无外漏，无爬行，无滞涩，高响应，长寿命，要满足伺服系统静态精度，动态品质的要求，所以它的密封与支承导向的设计极为重要，不能简单的延用普通液压缸的密封和支承导向。

因此设计密封时应考虑的因素：

1）用于微速运动（3-5mm/s）的场合时，不得有爬行，粘着滞涩现象。

2）工作在高频振动的场合的，密封摩擦力应该很小且为恒值。

要低摩擦，长寿命。

3）对于高速输出的伺服液压缸，要确保局部过热不会引起密封失效，密封件要耐高温，要有良好的耐磨性。

4）工作在高温、热辐射场合的伺服液压缸，其密封件的材料要有长期耐高温的特性。

5）工作介质为磷酸酯或抗燃油的，不能用矿物油的密封风材料，要考虑他们的相容性。

6）伺服液压缸的密封设计不能单独进行，要和支承导向设计统一进行统筹安排。

A静密封的设计

静密封的设计要确保固定密封处在正常工作压力的1.5倍工作压力下均无外泄露。

静密封通常选用O形橡胶密封圈。

根据GB3452.1-92标准，查通用O形密封圈系列（代号G）的内径、截面及公差。

由液压缸装配草图确定：

选用63×3.55GGB3452.1一个

36×2.65GGB3452.1一个

B动密封的设计

动密封的设计直接关系着伺服液压缸性能的优劣，其设计必须结合支承导向的设计统筹进行。

活塞与缸筒之间用Y型密封圈。

根据《液压传动与控制手册》表13-23，查得用226编号的O型密封圈,其尺寸为50.39×3.53.

活塞杆与端盖之间用Y型密封圈,它使双作用元件具有良好的性能,抗挤压性好,尺寸稳定,摩擦力小,耐磨、耐腐蚀性强.

4、支承导向的设计

伺服液压缸的支承导向装置就是为了防止活塞与缸筒、活塞活塞杆与端盖之间的直接接触，相互摩擦，产生磨损，从而达到降低摩擦，减少磨损，延长寿命，起到导向和支承侧向力的作用。

导向环的特点:

1）避免了金属之间的接触；

2）具有高的径向交荷承触力；

3）能补偿边界力；

4）具有强耐磨性和高寿命；

5）摩擦力小；

6）能抑制机械振动；

7）有良好的防尘效果,不允许外界异物嵌入；

8）保护密封件不受过分挤压；

9）导向时即使无润滑也没有液动力方面的问题；

10）结构简单,安装方便；

11）维修费用小。

导向环的作用：

导向环安装在活塞外圈的沟槽内或活塞杆导向套内圆的沟槽内，以保证活塞与缸筒或活塞杆与其导向套的同轴度，并用以承受活塞或活塞杆的侧向力，用来对活塞杆导向。

根据<新编液压工程手册（下册）>表24.7-13查得选用GST5908-0630的导向环。

导向套的选用为其导向长度A=（0.6-1.0）D=（37.8-63）mm，

取A=40mm

三、结论

历时十几周的毕业设计在紧张有序中即将结束，回忆这个过程这段经历，感觉收益颇多。

当我初涉设计时，主、客观问题层出不穷，按着设计计划，设计思路有序地进行，围绕小型压力机液压缸设计该题目,为了使液压缸各个结构设计的精确，我查阅了许多手册和参考书，并请教了多位工作中的师傅。

这次设计让我了解许多液压与气压传动的知识，并且对液压缸结构有了深刻理解，还有一种对设计制图工作的热情和认真态度，同时也让我觉得大学里学到了很多知识，我的大学生活没有浪费。

参考文献

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机械工业出版社2009

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机械工业出版社1997

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化学工业出版社2009

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机械工业出版社

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