四柱液压机课程设计.doc

液压与气压传动课程设计说明书设计题目： 四拄液压机 专 业： 机械设计制造及自动化 班 级： 14机械卓越 姓 名： xxx 学 号： 140111xx 指导教师： 徐建方 常州工学院机械与车辆工程学院2016年6月13日前言本设计为四柱式液压机，四柱液压机的主机主要由上梁、导柱、工作台、移动横梁、主缸、顶出缸等组成。其中主缸可完成快速下行、慢速加压、保压延时、释压换向、快速返回、原位停止的动作；顶出缸可实现向上顶出、停留、向下退回、原位停止的动作。本设计主机最大工作负载为7000000N。通过对液压缸工况分析确定液压缸负载的变化，拟定液压系统图和电磁铁动作顺序。并设计主液压缸，计算主液压缸的尺寸和流量，主缸的速度换接与安全行程限制通过行程开关来控制。根据技术要求及设计计算选择液压泵、GE系列电磁阀等液压元件。通过液压系统压力损失和温升的验算，液压系统的设计可以满足液压机顺序循环的动作要求，设计的四柱液压机能够实现塑性材料的锻压、冲压、冷挤、校直、弯曲等成型加工工艺。本液压系统选用PLC控制系统，通过泵和油缸及各种液压阀实现能量的转换，调节和输送，完成各种工艺动作的循环。液压机采用集中式布置，液压系统油源与控制调节装置置于主机之外。该液压机结构紧凑，动作灵敏可靠，速度快，能耗小，噪音低，压力和行程可在规定的范围内任意调节，操作简单。目录第一章 概论1第一节 液压机的工作原理及其组成1第二节 发展趋势3第三节 液压传动的优缺点及应用4第二章 液压系统的合成6第一节 液压传动工作原理6第二节 搭建部分回路9第三节 其他考虑10第三章 液压缸结构设计及液压系统工况分析11第一节 液压缸基本结构设计11第二节 载荷的组成和计算11第三节 确定主液压缸的、顶出液压缸结构尺寸12第四节 液压缸动作时的流量14第五节 缸的设计计算14第四章 液压元件的选择及性能验算26第一节 液压元件的选择26第二节 液压系统性能验算31第五章 立柱结构设计35第一节 立柱设计计算35第二节 连结形式36第三节 立柱的螺母及预紧38第四节 立柱的导向装置39第五节 限程套40第六章 横梁参数的确定41第一节 上横梁结构设计41第二节 活动横梁结构设计41第三节 下横梁结构设计42第四节 各横梁参数的确定42第七章 液压元件的设计43第一节 管道及管接头43第二节 液压控制阀的选择44结论46参考文献474第一章 概论第一节 液压机的工作原理及其组成一概述液压机（又名：油压机）利用帕斯卡定律制成的利用液体压强传动的机械，种类很多。当然，用途也根据需要是多种多样的。如按传递压强的液体种类来分，有油压机和水压机两大类。水压机机产生的总压力较大，常用于锻造和冲压。锻造水压机又分为模锻水压机和自由锻水压机两种。模锻水压机要用模具，而自由锻水压机不用模具。我国制造的第一台万吨水压机就是自由锻造水压机。液压机是一种以液体为工作介质，用来传递能量以实现各种工艺的机器。液压机被广泛应用于机械工业的许多领域。例如在锻压领域，液压机被广泛应用于自由锻造、模锻、冲压、挤压、剪切、拉拔成型及超塑性等许多工艺中；在机械工业的其他领域，液压机被应用于粉末制品，塑料制品、磨料制品、金刚石成型、校正压桩、压砖、橡胶注塑成型等十分广泛的不同工作领域。机器具有独立的动力机构和电气系统，采用按钮集中控制，可实现调整、手动及半自动三种工作方式：机器的工作压力、压制速度，空载快下行和减速的行程和范围，均可根据工艺需要进行调整，并能完成顶出工艺，可带顶出工艺、拉伸工艺三种工艺方式，每种工艺又为定压，定程两种工艺动作供选择，定压成型工艺在压制后具有顶出延时及自动回程。液压机一般是由本体、动力系统、液压控制系统三部分组成。本体一般是由机架、液压缸部件、运动部分及其导向装置以及其他辅助装置组成。工艺要求使影响液压机本体结构形式的最主要因素。由于在不同液压机上完成的工艺是多种多样的，因此液压机的本体结构形式也是不同的。根据机架形式，液压机可以分为立式和卧式；根据机架的组成形式，液压机可分为梁柱式、单柱式、框架式、钢丝缠绕预应力牌坊式等。其中三梁四柱式是最为常见的类型，如图1-1所示。其机身是由工作台、滑块、上横梁、立柱、锁母和调节螺母等组成。其执行元件的结构简单，结构上易于实现很大的工作压力、较大的工作空间，因此适应性强，便于压制大型工件或较长、较高的工件；由于执行元件结构简单，所以布置灵活，可以根据工艺要求来多方位布置；活动横梁的总行程和速度都可在一定范围内、相当大程度上调节，适应工艺过程对化快速度的不同要求；通过不同阀的组合实现工艺过程的不同顺序；安全性能好，不易超载，有利于保护模具；工作平稳。撞击、振动、噪声较小，对工人及厂房有很大好处。(1)高速化，高效化，低能耗。提高液压机的工作效率，降低生产成本。(2)机电液一体化。充分合理利用机械和电子方面的先进技术促进整个液压系统的完善。(3)自动化、智能化。微电子技术的高速发展为液压机的自动化和智能化提供了充分的条件。自动化不仅仅体现的在加工，应能够实现对系统的自动诊断和调整，具有故障预处理的功能。(4)液压元件集成化，标准化。集成的液压系统减少了管路连接，有效地防止泄漏和污染。标准化的元件为机器的维修带来方便。二、液压传动的基本原理液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行元件(液压缸或马达)把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作机构，实现直线往复运动和回转运动。其中的液体称为工作介质，一般为矿物油，它的作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似。在液压传动中，液压油缸就是一个最简单而又比较完整的液压传动系统，分析它的工作过程，可以清楚的了解液压传动的基本原理。四柱液压机由主机及控制机构两大部分组成。液压机主机部分包括液压缸、 横梁、立柱及充液装置等。动力机构由油箱、高压泵、控制系统、电动机、压力 阀、方向阀等组成。四柱液压机的液压传动系统由动力机构、控制机构、执行机构、辅助机构和工作介质组成。 动力机构通常采用油泵作为动力机构，一般为积式油泵。为了满足执行机构运动速度的要求， 选用一个油泵或多个油泵。低压（油压小于2.5MP）用齿轮泵；中压（油压小于6.3MP）用叶片泵；高压（油压小于32.0MP)用柱塞泵。各种可塑性材料的压力加工和成形，如不锈钢板钢板的挤压、弯曲、拉伸及金属零件的冷压成形，同时亦可用于粉末制品、砂轮、胶木、树脂热固性制品的压制。三、液压系统的组成液压系统主要由：动力元件（油泵）、执行元件（油缸或液压马达）、控制元件（各种阀）、辅助元件和工作介质等五部分组成。(1）、动力元件（油泵）它的作用是把液体利用原动机的机械能转换成液压力能；是液压传动中的动力部分。(2)、执行元件（油缸、液压马达）它是将液体的液压能转换成机械能。其中，油缸做直线运动，马达做旋转运动。(3)、控制元件包括压力阀、流量阀和方向阀等。它们的作用是根据需要无级调节液动机的速度，并对液压系统中工作液体的压力、流量和流向进行调节控制。(4)、辅助元件除上述三部分以外的其它元件，包括压力表、滤油器、蓄能装置、冷却器、管件各种管接头(扩口式、焊接式、卡套式）、高压球阀、快换接头、软管总成、测压接头、管夹等及油箱等，它们同样十分重要。(5)、工作介质工作介质是指各类液压传动中的液压油或乳化液，它经过油泵和液动机实现能量转换。第二节 发展趋势随着应用了电子技术、计算及技术、信息技术、自动控制技术及新工艺、新材料的发展和应用，液压传动技术也在不断创新。自19世纪问世以来发展很快，已经广泛应用于国民经济的各个部门，种类繁多，发展迅速，成为机床行业的一个重要组成部分。但由于我国液压起步晚，液压机只有50年的发展历史，80年代以后我国液压机开始进入高速发展阶段。目前我国已建立了自己的液压机设计和制造行业。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体现在新的方向。随着比例伺服技术的发展，液压机的停位精度、速度控制精度越来越高，液压机趋向高精度发展。高速化、高效化、低能耗提高了液压机的工作效率，降低生产成本；自动化、智能化，微电子技术的高速发展为液压机的自动化和智能化提供了充分的条件。自动化不仅仅体现的在加工，应能够实现对系统的自动诊断和调整，具有故障预处理的功能；液压元件集成化，标准化，集成的液压系统减少了管路连接，有效地防止泄漏和污染。标准化的元件为机器的维修带来方便。在国际上来看，由于技术发展趋于成熟，国内外机型无较大差距，主要差别在于加工工艺和安装方面。良好的工艺使机器在过滤、冷却及防止冲击和振动方面，有较明显改善。在油路结构设计方面，国内外液压机都趋向于集成化、封闭式设计，插装阀、叠加阀和复合化元件及系统在液压系统中得到较广泛的应用。特别是集成块可以进行专业化的生产，其质量好、性能可靠而且设计的周期也比较短。第三节 液压传动的优缺点及应用一、液压传动的优缺点液压传动所以能得到广泛应用，这是由于它具有以下主要优点：（1）液压传动与机械、电力等传动方式比较，在输出同样功率的条件下体积小、重量轻、结构紧凑。油马达的外形尺寸约为同功率电机的12，重量约为电机的1020，1m3的全液压挖掘机整机重25t、零件总数为750多件，而机械式1m3的挖掘机的机重是41t，零件总数达1500多件。（2）传递运动平衡。由于工作液体弹性大，油液本身有吸振能力，不象机械传动因加工和装配误差会引起过大的振动和撞击。（3）易于获得很大的力或力矩。例如一个内径为30cm的油缸，油液压力为20MPa，活塞上便可产生1.4MN推力。液压传动这个突出的优点，使它广泛应用于工程机械，成为实现省力的最有效的手段。（4）液压传动系统的运动零件均在油内工作，可以自行润滑，故零件工作寿命长。（5）能在很大范围内实现无级调速。如车辆在不同情况下要求不同的行驶速度，可以通过调节液体的流量达到改变速度的要示。（6）与机械传动相比易于布局和操纵。（7）液压元件易于实现系列化、标准化、通用化，便于设计、制造和推广。液压传动也存在以下缺点：（1）液压传动采用液体为介质，在相对运动表面有间隙存在，就不可避免的要有泄漏，影响了工作效率。为了防止漏油，配合件的制造精度要求较高。（2）由于油的粘度随温度而变化，因此油温变化时，会影响传动机构的工作性能。同时在低温或高温条件下采用液压传动有较大的困难。（3）空气渗入液压系统后容易引起系统的工作不良，如发生振动、爬动、噪音等。（4）液压系统发生故障不易检查和排除，这给使用和维修带来不便。（5）为了防止漏油，以及为了满足某些性能上的要求，液压元件制造精度要求较高。总的来说，液压传动的优点是主要的，就其缺点而言，随着生产和科学技术的发展，正在逐步加以解决，因此液压传动在现代化的生产中有着广阔的发展前途。二、液压传动的应用液压传动有许多突出的优点，因此它的应用非常广泛，如一般工业用的塑料加工机械、压力机械、机床等；行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等；钢铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整装置等；土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等；发电厂涡轮机调速装置、核发电厂等等；船舶用的甲板起重机械（绞车）、船头门、舱壁阀、船尾推进器等；特殊技术用的巨型天线控制装置、测量浮标、升降旋转舞台等；军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等。 该液压机适用于可塑性材料的压制工艺。如粉末制品成型、塑料制品成型、冷（热）挤压金属成型、薄板拉伸以及横压、弯压、翻透、校正等工艺。四柱液压机具有独立的动力机构和电器系统，采用按钮集中控制，可实现调整、手动及半自动三种操作方式。第二章 液压系统的合成第一节 液压传动工作原理一、根据绪论所述，拟定四柱液压机液压系统原理图如图2-1所示1-叶片泵 2-轴向柱塞泵 3-单向阀 4，8-先导式溢流阀 5-高位油箱10，13，16-二位两通电磁换向阀 6,9-直动式溢流阀7,17，20-顺序阀11-不可调节流阀 12,18-可调节流阀 14,25-三位四通电液动换向阀15,21,23-液控单向阀 19-二位三通电磁换向阀 22-上液压缸24-下液压缸图2-1四柱液压机液压系统原理图二、系统工作原理（1）快速下行。3Y，5Y通电，电液动换向阀14的左位工作，经阀15进入缸22上腔，液控单向阀21打开，接通下腔与油箱的油路，上液压缸活塞依靠重力快速下行。液控单向阀23由于负压被打开，给主缸22上腔充液。回路：P1314左位1522上腔22下腔2114左位25中位T（2）慢速加压。当主缸活塞下降接触工件后负载压力升高，压力继电器1发讯，使1Y通电，5Y断电，这时液压泵输出的压力油只能经节流阀12进入系统，同时切断主缸下腔经液控单向阀21的快速回油路。压力升高，使顺序阀（卸荷阀）7打开，液压泵1卸荷。液控单向阀23由于上腔压力升高而自动关闭。活塞慢速下行。回路：P1214左位1522上腔22下腔2014左位25中位T（3）保压延时。主缸22上腔压力达到调定值时，压力继电器2发讯，1Y，3Y断电，同时使时间继电器动作，控制保压时间。利用单向锥形阀座的密封性实现保压。14中位工作，泵卸荷。（4）快速返回。保压结束，时间继电器动作，2Y，4Y通电，由于上腔没有泄压，上腔油液经两位两通电磁换向阀16将顺序阀17打开，进入下强的油液经顺序阀17和节流阀18回油箱，调节节流阀18使下腔压力能顶开液控单向阀15的卸荷阀芯，但不足以使活塞回程，上腔泄压。当上腔压力降低到低于顺序阀17的调定压力，顺序阀17关闭，切断低压循环。泵压力上升，顶开液控单向阀15，活塞快速返回。液控单向阀23被打开，上腔部分油液回高位油箱。回路：P1314右位2122下腔22上腔1514右位25中位T（5）原位停止。当主缸活塞上升至挡块撞上行程开关，2Y，4Y断电，这时，主缸停止不动，泵卸荷。三、下液压缸的工作情况分析（1）向上顶出。6Y通电，电液动换向阀25右位工作。（2）向下退回。6Y断电，7Y通电，电液动换向阀25左位工作。（3）浮动状态。下液压缸24的无杆腔保持一定的压力，电液动换向阀25中位，24活塞能随主缸22一同下行对薄板进行拉伸。8Y通电，溢流阀9调节24无杆腔浮动压力。四、四柱液压机液压系统电磁铁动作顺序表第二节 搭建部分回路图2-2 搭建的回路考虑所有条件，将上缸回路简化，以实现基本功能为前提搭建回路。总回路由基本的调速回路，平衡回路与换向回路组成。另外，结合电路实现机械半自动化控制。快速下降，遇行程开关一，实现慢速下降，遇行程开关二，原位停止（模仿系统的保压），快速返程时，由电路控制自动切断调速回路，活塞快速回程。电路图根据所拥有材料搭建，压力继电器控制困难，故改用行程开关控制。时间继电器没有，也没有想到可以替代的，只能手动控制向上回程。图2-3 系统电路图第三节 其他考虑液压辅助元件有滤油器、蓄能器、管件、密封件、油箱和热交换器等。液压辅助元件和液压元件一样，都是液压系统中不可缺少的组成部分。它们对系统的性能、效率、温升、噪声和寿命的影响不亚于液压元件本身。由于此次项目没有涉及这方面，但有许多需要我们注意的，例如，液压油中往往含有杂质，会造成液压元件相对运动表面的磨损、滑阀卡滞、节流孔口堵塞，在系统中安装一定精度的滤油器，是保证液压系统正常工作的必要手段；管道应尽量短，最好横平竖直，拐弯少。为避免管道皱折，减少压力损失，管道装配的弯曲半径要足够大，管道悬伸较长时要适当设置管夹；液压系统的工作温度一般希望保持在3050C的范围之内，最高不超过65C，最低不低于15C等等。第三章 液压缸结构设计及液压系统工况分析第一节 液压缸基本结构设计液压缸是液压系统的执行元件，它是一种把液体的压力能转换为机械能，以实现直线往复运动的能量转换装置。由于液压缸结构简单，工作可靠，在锻压设备中应用广泛。一、液压缸的类型液压缸选用单作用活塞液压缸，单作用活塞缸的活塞、活塞杆和导向套上都装有密封圈，因而液压缸被分隔为两个互不相通的油管，当活塞腔通入高压油而活塞杆腔回油时，可实现工作进程，当从反方向进油和回油是，可实现回程。二、缸口部分结构缸口部分采用了Y形密封圈、导向套、O形防尘圈和锁紧装置等组成，用来密封和引导活塞杆。由于在设计中缸孔和活塞杆直径的差值不同，故缸口部分的结构也有所不同。三、缸底结构缸底结构常应用有平底、圆底形式的整体和可拆结构形式。在本设计中采用平底结构。平底结构具有易加工、轴向长度短、结构简单等优点。所以目前整体结构中大多采用平底结构。四、缓冲装置缓冲装置的工作原理是利用活塞或缸筒在其走向终端时在活塞和缸盖之间封住一部分油液，强迫它从小孔或油缝中挤出，以产生很大的阻力，使工作部件受到制动，逐渐减慢运动速度，达到避免活塞和端盖相撞击的目的。在液压缸中常见的装置是节流口可调式，节流口变化式两种。本设计中所设计的液压缸缓冲装置是节流阀调节。第二节 载荷的组成和计算四柱液压机的工作过程如下：实现“快进减速加压工作行程保压延时卸压回程回程停止”的工作行程，其参数:压制力为700000N ，行程为350mm，快进速度35mm/s,压制速度6mm/s，回程速度25mm/s一.主要参数确定液压系统最高工作压力p=25MpaV快=35mm/s，V工=6mm/s,令启动时间不超过0.2s选取工作压力F=25000N(按负载20000-30000N计算得)选取p=20-25Mpa 取p1=25Mpa70吨液压机设计要求（1）液压系统最高压力P=32Mpa 一般选用P=2025Mpa（2）主液压缸适用于冲压的压制力与回程力之比值为5-10% 塑料制品的压制力与回程力之比为2%（3）顶出缸公称顶出力取主缸公称吨位的五分之一（4）顶出缸回程力为主液压缸公称吨位的十五分之一1主缸公称压力F1 700kN2主缸回程力F2 140KN 3顶出缸公称压力F3 97kN4顶出缸回程力F4 33KN 5滑块距工作台最大距离 1800mm6滑块行程 1200mm7顶出行程 350mm8工作压力 25MPa9滑块速度 空程速度V1 35mm/s 挤压速度V2 6mm/s 回程V3 25mm/s10顶出速度 顶出V4 40mm/s 回程V5 60mm/s 第三节 确定主液压缸的、顶出液压缸结构尺寸一、液压缸主要参数的确定1.主液压缸（1）主缸的内径(活塞直径):公称力F=700000N=7105KN，液体最大工作压力P=26MPa=26106pa。求得活塞面积： S活塞=0.027m2所以 S活塞= D=0.18493242m即主缸内径D=0.18493242m=184.93242mm。查表取 D=180mm(2) 主液压缸活塞杆的直径d：d=0.15997856m所以 d取160mm（3）主液压缸有效面积：(其中A1是有杆腔面积，A2是无杆腔面积) A1= A3= A2= A1- A3=254-201=53cm（4）主液压缸实际压制力和回程力： R压制=PA=261060.0254=0.6604106N=660KN 主缸实际回程压力：P2实=(5)顶出缸直径：D2=按标准取整得D2=70mm（6）顶出缸活塞杆直径d2=0.0564m=56mm按标准取整得d2=60顶出缸面积: A顶1= A顶3= A顶2= A顶1- A顶3=38-28=10cm2（7）顶出缸实际顶出力： P3实=（8）顶出缸实际回程力：P4实=第四节 液压缸动作时的流量液压缸的流量通过工作速度和液压缸的内径来确定。液压缸的空程速度为V1=35mms/，工作速度为V2=6mm/s，回程速度为V3=25mm/s.pQ=V空程：Q1=V1=350.0254=0.889m3/s工作：Q2=V2=6=0.1524m3/s回程：Q3=V3=25=0.1325 m3/s针对不同零件的具体加工要求，系统的流量可以通过控制元件调速阀来调节。第五节 缸的设计计算一、缸筒的结构和材料一般情况下，缸筒和缸盖的结构形式和使用材料有关。在此液压缸筒用45号无缝钢管。可保证结构通用性好，缸体加工容易，装卸方便，能充分满足设计要求。缸筒所选材料性能如表3-2。 表3-1 缸筒所选材料二、对缸筒的要求a.内表面与活塞密封件及导向套的摩擦力作用下，能长期工作而磨损少，尺寸公差等级和形位公差等级足以活塞密封件的密封性。b.有足够的强度，能长期承受最高工作压力，而不至产生永久变形以及能承受活塞侧向力和安装的反作用力而不至产生弯曲。缸筒内壁厚度:当3.2D16时，用使用公式:= =0.028m取 =0.02m -试验压力（MPa），工作压力p16MPa时，=1.5p;工作压力p16MPa时，=1.25p;D -液压缸内径（m）;-缸体材料的许用应力（MPa）: -缸体材料的抗拉强度（MPa） -安全系数，n=3.5-5.一般取n=5. -强度系数，一般取1。 -计入壁厚公差及腐蚀的附加厚度，通常圆整到标准厚度值。缸体内最大工作压力为25 MPa.当时,材料使用不够经济,应改用高屈服强度的材料.（3）缸筒的强度校验在前一节中已经确定了缸筒的内径，为220mm，根据液压缸标准参数拟选缸厚度为20mm，则外径：=D+2 ，现在校验它的强度。额定压力必须要小于一个值，这样缸筒才是符合强度要求的，即： 0.35 式中： -液压缸额定压力(MPa)-液压缸外径(m) 2-液压缸内径(m) -材料的极限应力(MPa) 所以： 0.3535535.3因为给定的为25，所以缸筒工作安全。（4）液压缸缸底厚度计算缸筒底部为平面时: 取 式中： -筒底厚度（m）-液压缸内径（m）-试验压力（MPa）-缸底材料的许用应力（MPa）（5）液压缸固定螺栓直径校核 (3-10)式中： Z-固定螺栓数，取Z=8(均布) ；F-液压缸负载；k-螺纹拧紧系数k=（1.12-1.5），这里取1.3；- /(1.22.5), 为材料的屈服极限由于Z取得较小的值时，螺栓的直径将会变大，从而加大安装空间，可能会发生安装是干涉的情况；如果Z值取得太大，则势必加大调整时的难度，经过综合考虑，这里取Z=8。所以：=23.1mm选取标准值为24mm。根据实际情况，选取普通圆柱螺栓。由机械设计指导查的该螺栓的规格为24。（6）缸筒制造加工要求a.缸筒端面的垂直度公差值可按照7级精度选取0.06mm。b.缸筒内径的圆度公差值可按9、10、11级精度选取0.046mm，圆柱度公差值应该按照8级精度选取0.02mm。c.热处理调质，硬度为HB241285.缸体内表面镀铬，厚度为30-40微米,镀后研磨或者抛光。缸筒的零件图如3-1图所示：图3-1 缸筒三、活塞的设计由于活塞在液体压力的作用下沿缸筒往复滑动，因此，它与缸筒的配合应适当，既不能过紧，也不能有间隙过大。配合过紧，不仅使最低启动压力增大，降低机械效率，而且容易损坏缸筒和活塞的滑动配合表面；间隙过大，会引起液压缸内部泄露，降低容积效率，使液压缸达不到要求的设计性能。（1）活塞材料查书液压工程手册，可知：无导向环活塞：用高强度铸铁HT200300或球墨铸铁。有导向环活塞：用优质碳素钢20号、35号及45号。本设计采用有导向环的活塞，因此选用35号钢。（2）活塞结构型式根据密封装置型式来选用活塞结构型式。通常分为整体活塞和组合活塞两类。整体活塞在活塞四周上开沟槽，安置密封圈，结构简单，但给活塞的加工带来困难，密封圈安装时也容易拉伤和扭曲。组合式活塞结构多样，主要受密封型式决定。组合式活塞大多可以多次拆装，密封件使用寿命长。依据以上知识,本设计采用组合式活塞。（3）活塞的尺寸确定活塞的外径应略小于缸筒的内径，活塞与缸筒之间是用密封圈来连接的。其内孔的大小是根据与之相配合的活塞杆的直径来确定的。根据密封圈的大小来确定槽的深度和宽度。根据设计和安装要求，本设计活塞外径取为220mm,宽度B=0.6D取得140mm。（4）活塞的密封密封、形式与活塞的结构有关，可根据液压缸的不同作用和不同工作压力来选择,一般有密封圈密封、活塞环密封、间隙密封。这里采用O形加挡圈密封。密封圈的选定根据液压工程手册GB3452.3-88选定。（5）活塞的技术要求a.外径的圆柱度公差值，按10级精度选取，公差值为0.04mmb.端面对内孔轴线的垂直度公差值，应该按照7级精度选取,公差值0.04mm。图3-2 活塞四、活塞杆的设计(1) 活塞杆的材料活塞杆的材料为45号钢，采用实心结构。其两个端部均采用螺纹连接。活塞杆所选材料如表3-3所示。表3-3 活塞杆所选材料型号MPaMPa%45MnB10308359(2) 活塞杆尺寸的确定活塞杆的总长要根据油缸的行程来确定，本课题的工作台行程为600，综合其技术要求，选取活塞杆的总长为800mm。由于LA+B+L-1/2BL100+140+30+600-70=800mmA-导向套滑动面长度；B-活塞宽度；L-液压缸的最大行程；数值在后面3.3.6导向环设计中具体计算。(3) 活塞杆的技术要求 a 安装活塞的轴肩端面与活塞杆的轴线的垂直度公差不大于0.04mm/100mm。b 活塞杆的外圆粗糙度Ra值一般为0.10.3。c 活塞杆在导向套中滑动，采用H8/h7配合。d 安装活塞的轴颈与外圆的同轴度公差不大于0.01mm。e 活塞杆的热处理：粗加工后调质到硬度为229-285HB，必要时，再经高频淬火，硬度达到HRC45-55。f 为了提高耐磨性和防锈性，活塞杆表面需镀铬处理，并进行抛光或磨削加工。g 活塞杆内端的卡环槽、螺纹和缓冲柱塞也要保证与轴线的同心，特别是缓冲柱塞，最好与活塞杆做成一体。（4）活塞杆直径d的校核： 取d=0.18m, 满足要求。式中： F-活塞杆上的作用力；-活塞杆材料的许用应力，=/1.4。(5) 活塞与活塞杆的连接活塞与活塞杆连接有多种型式，所有型式均需有锁紧措施，以防止工作时由于往复运动而松开,它分为卡环型，轴套型，螺母型等几种型式。本设计采用螺母型连接；如图3-3所示：图3-3 活塞杆五、导向环的设计导向环安装在活塞外圆的沟槽内或活塞杆导向套内圆的沟槽内，以保持活塞与缸筒或活塞杆与其导向套同轴度，并用以承受活塞或活塞杆的侧向力。(1) 导向环的型式导向环有嵌入型和浮动型嵌入型导向环：在活塞外圆加工出燕尾型截面沟槽，用QAL9-4或紫铜制的铜带，表面加工成略带拱形，用木槌铆入沟槽内，最后加工导向环外圆。导向环圆周切出一个45度斜口。浮动型导向环：用高强度塑料等制的带，装在活塞外圆的矩形截面沟槽内，侧向保持有间隙，导向环可在沟槽内移动，并有一个45度斜开口。也可在沟槽底用粘合剂固定导向环。本设计采用浮动型导向环。(2) 导向环的尺寸采用不同的材料，导向环的尺寸也不同。聚四氟乙烯（也有掺青铜粉）导向环：根据活塞外圆直径或导向套内圆直径，导向环厚度可为1.52.5mm,宽度可为5.625mm。纤维增强酚醛树脂掺石墨导向环，厚度可为35mm，宽度可为2.525mm。基于此，本设计采用聚四氟乙烯导向环，其厚度为2.5mm，宽度为10mm。六、导向套的设计导向套是用以对活塞杆进行导向，内装有密封装置以保证密封效果，导向套的典型结构形式是采用了轴套式。（1）导向套的材料导向套要求磨损系数小，因此，采用了青铜。（2）导向套长度的确定导向套长度过短，将使缸因配合间隙引起的初始挠度增大。影响液压缸的工作性能和稳定性，因此，设计必须保证缸有一定的最小导向长度，一般缸的最小导向长度应满足：H 式中：L-为液压缸的最大行程，L=600mm；D-为液压缸筒内径，D=160mm；H-为导向套最小导向长度；所以：H H30+80=110mm根据设计要求的需要，选择导向套的长度为110mm。活塞宽度B=0.6D=96mm.取B=100mm。导向套滑动面的长度A,在根据液压缸内径D而定；当D80mm时，取。A=0.6d=108mm.取100mm。(3) 导向套的密封导向套与活塞杆之间的密封采用O形橡胶密封圈，根据GB/T3452.1-1992查阅，选取，密封环内径180mm，线径7mm。选自机械设计手册第2卷表10.1-40通用型O型密封圈尺寸系列与公差。并且采用防尘圈以防止活塞在后退时把杂质、灰尘及水份带到密封装置处.尺寸685。(4) 导向套的加工技术要求a、导向套外圆与端盖的配合为H8/f7。b、内孔与活塞杆外圆的配合为H8/h7。c、外圆与内孔的同轴度公差不大于0.03mm。d、内孔中的环形油槽和直油槽要浅而宽，以保证良好的润滑。导向套的零件图如图3-4所示：图3-4 导向套七、缸盖的设计(1) 缸盖的材料和结构缸盖分为左缸盖和右缸盖，其中一个油口位于左缸盖之上。缸盖的材料选择45钢。(2) 缸盖的尺寸的确定缸盖与缸筒内壁的接触面为其定位基准。为了保证缸盖与缸筒两者轴线的同轴度，其装配面要经过磨削加工。缸盖的尺寸是由导向套、缸筒、活塞杆及固定装置的尺寸来确定。其法兰的尺寸由安装条件确定。其中直径d1与缸径相同220mm,基本尺寸D3取与密封圈外径相同200mm。(3) 缸盖的技术要求a、导向孔的表面粗糙度应为Ra=1.25m。b、与缸筒内径配合的直径采用h9，与活塞杆上的缓冲柱塞的配合的直径采用H9。偏差值为0.115mm。这三个尺寸的圆度和圆柱度误差不大于各自直径公差的一半，三个直径的同轴度误差按7级选取0.03mm。c、与缸筒接触的端面和与活塞接触的端面对轴线的垂直度误差在直径100mm上不大于0.04mm，按7级精度选取。前后端盖如图3-5、图3-6所示：图3-5 前端盖图3-6 后端盖第四章 液压元件的选择及性能验算第一节 液压元件的选择根据系统要求和设计方案，选择合适的液压元件，对液压系统有很大的决定作用，所以对液压元件一定要有合理的选择。一、液压泵的选择液压泵是系统的能源装置，它给系统提供压力油，在液压系统中起心脏作用。由工况分析可清楚的看出：系统工作循环主要由相对于快进、快退行程的低压大流量和相应于工进行程的高压小流量两个阶段所组成，其最大流量和最小流量之比很大，其相应的时间比有很小。这表明，系统在一个工作循环中的绝大多数时间内处于高压小流量工作。从提高系统效率出发，由于额定压力（25Mpa）较大，所以这里选用柱塞泵供油。它和调速阀组成的容积节流联合调速回路，一方面可以保证运动的平稳性及速度的稳定，另一方面可实现流量适应，减小系统功率的损失和系统发热。因此液压泵选用径向柱塞泵。a、确定液压泵的最大工作压力:式中： P1-液压缸的最大工作压力25Mpa； -从液压泵出口到液压缸的入口之间总的管路损失。可以按实验数据选取，管路简单，流速不大的取=（0.20.5）Mpa；管路复杂，进口有调速阀的取=（0.51.5）Mpa；由工况分析一节可知，液压缸的最大工作压力出现在工进阶段，=25Mpa。由于工进阶段液压缸输入流量很小，进油路中元件较少，故泵至缸间的进油路压力损失选取=0.4Mpa，所以，25+0.4=2