液压传动毕业课程设计报告.docx

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液压传动毕业课程设计报告

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摘要

将液压缸提供的液压能重新转换成机械能的装置称为执行元件。

执行元件是直接做功者，从能量转换的观点看，它与液压泵的作用是相反的。

根据能量转换的形式，执行元件可分为两类三种：

液压马达、液压缸、和摆动液压马达，后者也可称摆动液压缸。

液压马达是作连续旋转运动并输出转矩的液压执行元件；而液压缸是作往复直线运动并输出力的液压执行元件。

本说明书根据前人设计好的液压缸，设定一定的工作压力和载荷，根据液压缸的材料，用手工计算和软件编程的方法分别校核缸筒内径，壁厚，活塞杆的稳定性，抗爆能力等，并设计快进、工进、快退系统图，选择液压阀的型号，完成课程设计的教学要求。

关键字：

液压缸、执行元件、液压阀、稳定性校核

Abstract

Hydrauliccylinderwillbeabletoprovidethedevicecalledactuators.Workisadirectimplementationofcomponents,fromthepointofviewofenergyconversion;itistheroleoftheintheformofimplementationofthethreecomponentscanbedividedintotwocategories:

andtheoutputoftheandsoftwareprogrammingmethod,checkcylinderdiameterandthickness,thestabilityofthepistonrod,anti-explosionability,anddesignedforfastforward,theProgressive,fastforward,andothermovements,chooseoftheteachingrequirement.

keyword：

Hydrauliccylinderactuators=5时，活塞杆的极限应力为

故设计符合要求

2）、活塞杆的稳定性计算

3）、缸筒壁厚的验算

缸筒的材料为45#无缝钢管，外径152mm，内径125mm，壁厚13.5mm，其屈服强度为685MPa，调质处理HB220~280。

验算壁厚：

在屈服极限下的极限压力

故壁厚满足要求

3.3.2应用MATLAB软件校核计算

以校核材料屈服极限皆取1000MPa

1）、应用MATLAB软件编程校核液压缸的安全系数

程序如下：

clc

clear

b=13.5e-3;D=125e-3;pA=21*1.25e6;delta=1000e6;

bizhi=bD;

pmax=pA;

ifbizhi<=0.08,idelta=pmax*D（2*b）;

else

idelta=pmax*D（2*b）+3*pmax2;

end

n=deltaidelta

程序运行结果为

n=6.2149

安全系数n=6.2149>5,故设计是安全的。

2）、应用MATLAB软件编程校核液压缸壁厚

由公式可编写程序如下：

clc

clear

yl=1000e6;D=125e-3;D1=152e-3;pA=21*1.25;

pj=0.35*yl*（D1*D1-D*D）（D*D）1e6

ifpA

else

disp（'缸不安全使用，请重新设计'）

end

程序运行结果为

pj=167.5296

缸安全使用

3）、应用MATLAB软件编程校核液压缸是否满足塑性变形要求

程序如下：

clc

clear

yl=1000e6;D=125e-3;D1=152e-3;pA=21*1.25e6;

prL=2.3*yl*log10（D1D）;

bizhi=pAprL

ifbizhi>0.35orbizhi<0.42,disp（'该缸满足塑性变形要求！

'）

else

disp（'该缸不满足塑性变形要求，重新设计！

'）

end

程序运行结果为

bizhi=0.1344

该缸不满足塑性变形要求，重新设计！

4）、应用MATLAB软件编程计算液压缸的径向变形量

由公式ΔD=可编写程序如下：

clc

clear

D=125e-3;D1=152e-3;pn=21*1.25e6;E=2.06e11;v=0.3;

pr=1.5*pn;

disp（'一级缸缸筒径向变形量（mm）'）

deltDd=pr*D*1000*（（D1^2+D^2）（D1^2-D^2）+v）E

程序运行结果为

一级缸缸筒径向变形量（mm）deltDd=0.1309

5）、应用MATLAB软件编程计算液压缸的爆裂压力

由爆裂压力公式编写程序如下：

clc

clear

D=125e-3;D1=152e-3;pn=21*1.25e6;yl=1000e6;

pr=1.5*pn;

disp（'--缸筒爆破力--'）

pEd=2.3*yl*log10（D1D）

ifpEd>pr,disp（'爆裂压力满足要求'）

else

disp（'爆裂压力不满足要求，重新设计！

'）

end

程序运行结果为

--缸筒爆破力--

pEd=1.9535e+008

爆裂压力满足要求

3.3.3应用ANSYS有限元分析缸筒径向变形

1）、选择单元类型

MainMenu→Preprocessor→ElementType→AddEditDelete→Add→Solid→Brick8node45→OK→Close

2）定义材料参数

MainMenu→Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→Structural→Linear→Elastic→Isotropic→inputEX2.6E11PRXY0.3→OK

3）生成几何模型

MainMenu→Preprocessor→Modeling→Create→Volumes→Cylinder→HollowCylinder→InputRad-10.0625Rad-20.076Depth1.639→OK.适当旋转模型，如下图所示

4）划分网格

MainMenu→Preprocessor→Meshing→MeshTool→Mesh→Pickall→Close

5）模型施加约束和载荷

（1）将端面固定

MainMenu→Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→OnAreas→选择两个端面→OK→ALLDOF→OK

（2）在缸筒内部施加1.5*21MPa的压力

MainMenu→Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Pressure→OnAreas→选择缸筒的内壁→OK→InputVALUE1.5*21e6→OK

6）、分析计算

MainMenu→Solution→CurrentLS→OK

7）、结果显示

1）显示变形图

MainMenu→GeneralPostproc→PlotResults→DeformedShapes→Def+Undeformed→OK

2）显示应力图

MainMenu→GeneralPostproc→PlotResults→ContourPlot→NodalSolu→Stress→vonMisesstress

图5变形图

图6应力图

由分析的结果可知：

液压缸径向的最大变形量为0.0414mm，所受到的最大应力为36.5MPa

3.3.4应用ANSYS有限元分析缸筒轴向变形

1）、选择单元类型

MainMenu→Preprocessor→ElementType→AddEditDelete→Add→Solid→Brick8node45→OK→Close

2）、定义材料参数

MainMenu→Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→Structural→Linear→Elastic→Isotropic→inputEX2.6E11PRXY0.3→OK

3）、生成几何模型

MainMenu→Preprocessor→Modeling→Create→Volumes→Cylinder→HollowCylinder→InputRad-10.1495Rad-20.125Depth1.768→OK.适当旋转模型，如下图所示

4）、划分网格

MainMenu→Preprocessor→Meshing→MeshTool→Mesh→Pickall→Close

5）、模型施加约束和载荷

（1）将一个端面固定

MainMenu→Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→OnAreas→选择一个端面→OK→ALLDOF→OK

（2）在另一个端面施加1.5*21MPa的压力

MainMenu→Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Pressure→OnAreas→选择另一个端面→OK→InputVALUE1.5*21e6→OK

6）、分析计算

MainMenu→Solution→CurrentLS→OK

7）、结果显示

（1）显示变形图

MainMenu→GeneralPostproc→PlotResults→DeformedShapes→Def+Undeformed→OK

（2）显示应变图

MainMenu→GeneralPostproc→PlotResults→ContourPlot→NodalSolu→Stress→vonMisesstress

图7变形图

图8应力图

由分析的结果可知：

液压缸径向的最大变形量为0.198mm，所受到的最大应力为32.3MPa

4液压缸快进、工进、快退系统

4.1液压缸快进、工进、快退系统图

图9液压系统图

1-背压阀;2-顺序阀;3、6、11-单向阀;4-供进调速阀;5-压力继电器;7-液压缸;8-行程阀;9-先导阀;10-换向阀;12-液压泵

4.2液压缸系统循环图

（1）快速前进电磁铁1YA通电，换向阀10左位接入系统，顺序阀2因为系统压力不高仍处于关闭状态。

这时液压缸7做差动连接，变量泵12输出最大流量。

（2）工作进给在滑台前进到预定位置，挡块压下行程阀8时开始。

这时系统压力升高，顺序阀2打开；变量泵12自动减小其输出流量，以便于调速阀4的开口相适应。

（3）停留状态在滑台以工进速度行进到死挡块不再前进开始，并使系统压力进一步升高，压力继电器5景时间几点起按预定停留时间发出信号后终止。

（4）快退状态在时间继电器发出信号，电磁铁1YA断电，2YA通电开始

这时系统的压力下降，变量泵12流量又自动增大。

表1电磁铁状态表

动作名称

信号来源

电磁铁

工作状态

液压元件工作状态

1YA

2YA

顺序阀2

先导阀9

换向阀10

行程阀8

快进

启动按钮

+

-

关闭

左位

左位

右位

工进

挡板压下

行程阀8

+

-

打开

左位

停留

滑台靠

压在死挡块处

+

-

快退

时间继电器

发出信号

-

+

关闭

右位

右位

右位

元件的型号及规格

序号

元件名称

估计通过流量

额定流量

额定压力

额定压降

型号

规格

1

背压阀

0.3

63

21

--

YF3-E10B

3

单向阀

60

63

21

0.2

AXQF-E10B

4

调速阀

0.5

0.07-50

21

--

8

行程阀

60

63

21

<0.3

5

压力继电器

--

--

15

--

HED1kA10

6

单向阀

25

63

21

<0.2

AF3-Ea10B

7

液控顺序阀

22

63

21

<0.3

XF3-E10B

9

溢流阀

5.1

63

21

--

YF3-E10B

10

三位五通电液阀

50

80

21

<0.5

35DYF3Y-E10B

11

单向阀

22

63

21

<0.2

AF3-Ea10B

12

叶片泵

--

23

21

--

PV2R12-626

Vp=（6+26）mLr

参考文献

[1]宋志安等.机械结构有限元分析——ANSYS与ANSYSWorkbench工程应用[M],北京：

国防工业出版社，2010.6.

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北京：

国防工业出版社.

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中国矿业大学出版社，2007.

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北京：

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中国矿业大学出版社,2008.

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