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1、中原工学院机电学院机电系统综合实验（2016-2017学年 第 1 学期）专 业： 机械电子工程 题 目： 可伸缩伺服液压缸 姓 名： 程方园 学 号： 201300384109 班 级 机电131 指导教师： 周高峰 崔路军 完成日期： 2017 年 1 月 12 日机械电子工程系目 录设计任务书31.设计目的与意义42. 设计内容和要求42.1确定总体方案42.2设计内容52.3设计要求53.设计进度安排54.机电系统设计的分析、计算、选用与说明54.1机械设计54.1.1液压缸的结构设计54.1.2、液压缸的主要技术性能参数的计算64.1.4、液压缸主油缸的设计计算84.1.5、缸体的材
2、料和技术要求114.1.6、活塞杆径的计算与校核114.1.7、快速液压缸柱塞直径的计算134.1.8、缸盖的设计计算134.1.9、液压缸油口的直径计算144.1.10、导向套的设计计算15e内孔中的环形油槽和直油槽要浅而宽，保证润滑条件良好154.2液压回路设计164.3电路设计164.4控制设计175. 机电综合课程设计结论176.机电综合课程设计的收获、体会和建议177. 参考文献188.附录18设计任务书题 目可伸缩伺服液压缸的设计与控制设计内容1） 理解可伸缩伺服液压缸的功能和工作原理，确定其功能参数；2） 明确可伸缩伺服液压缸的具体结构和控制方式，并给出相关参数；3） 分析和计算
3、可伸缩伺服液压缸机械结构，并确定控制的具体实现。4） 绘制可伸缩伺服液压缸机械图纸和电气电子线路图；5） 撰写技术说明书。时间进度1）17周：机械设计2）18周：液压回路设计，电路设计3）19周：控制电路设计主要参考书籍和资料1冯清秀，邓星钟等著.机电传动控制M.武汉：华中科技大学出版社，2011.2刘德全著.Proteus8电子线路设计与仿真M.北京：清华大学出版社，2014.3成大先编.机械设计手册（第5版）M.北京：化学工业出版社，2008.4董玉红徐莉萍编.机械控制工程基础（第2版）M.北京：机械工业出版社，2013.5秦曾煌著.电工技术（第7版）M.北京：高等教育出版社，2009.6
4、王成元，夏加宽等著.现代电机控制技术（第2版）M.北京：机械工业2014.7濮良贵，陈国定著.机械设计（第9版）M.北京：高等教育出版社，2015.8刘娜李波等著.AutoCadMechanical机械设计入门到精通（第3版）M.北京：机械工业出版社，2015.任务分工备 注 可伸缩伺服液压缸设计与控制1.设计目的与意义油缸是液压传动系统中实现往复运动和小于360回摆运动的液压执行元件。具有结构简单，工作可靠，制造容易以及使用维护方便、低速稳定性好等优点。因此，广泛应用于工业生产各部门。其主要应用有：工程机械中挖掘机和装载机的铲装机构和提升机构， 起重机械中汽车起重机的伸缩臂和支腿机构，矿山机
5、械中的液压支架及采煤机的滚筒调高装置，建筑机械中的打桩机，冶金机械中的压力机，汽车工业中自卸式汽车和高空作业车，智能机械中的模拟驾驶舱、机器人、火箭的发射装置等。它们所用的都是直线往复运动油缸，即推力油缸。所以进一步研究和改进液压缸的设计制造，提高液压缸的工作寿命及其性能，对于更好的利用液压传动具有十分重要的意义。 通过学生自己独立地完成指定的课程设计任务，提高理论联系实际、分析问题和解决问题的能力，学会查阅参考书和工具书的方法，提高编写技术文件的能力，进一步加强设计计算和制图等基本技能的训练，为毕业后成为一名出色的机械工程师打好基础。2. 设计内容和要求1）理解可伸缩伺服液压缸的功能和工作原
6、理，确定其功能参数；2）明确可伸缩伺服液压缸的具体结构和控制方式，并给出相关参数；3）分析和计算可伸缩伺服液压缸机械结构，并确定控制的具体实现。4）绘制可伸缩伺服液压缸机械图纸和电气电子线路图；5）撰写技术说明书2.1确定总体方案 当下各种液压缸规格品种比较少，主要是因各种机械对液压缸的要求差别太大。比如对液压缸的内径、活塞杆直径、液压缸的行程和连接方式等要求不一样。由于本次液压设计主要是实现立式快速的原则，故选双作用单活塞杆立式快速液压缸的设计。采用焊接连接。 2.2设计内容可伸缩伺服液压缸设计与控制液压缸的公称压力为30Mpa液压缸快进速度为0.2m/s液压缸的行程为300mm液压缸回程力
7、为175KN,2.3设计要求1）理解可伸缩伺服液压缸的功能和工作原理，确定其功能参数；2）明确可伸缩伺服液压缸的具体结构和控制方式，并给出相关参数；3）分析和计算可伸缩伺服液压缸机械结构，并确定控制的具体实现。4）绘制可伸缩伺服液压缸机械图纸和电气电子线路图；5）撰写技术说明书3.设计进度安排1）17周：机械设计2）18周：液压回路设计，电路设计3）19周：控制电路设计4.机电系统设计的分析、计算、选用与说明4.1机械设计4.1.1液压缸的结构设计1、缸体与缸的连接 缸体与缸的连接形式较多，有拉杆连接、法兰连接、内半环连接、焊接连接、。在此选用焊接连接。3、活塞与活塞杆的连接 活塞与活塞杆的连
8、接大多采用螺纹连接结构和卡键连接结构。螺纹连接结构形式简单实用，应用较为普遍；卡键连接机构适用于工作压力较大，工作机械振动较大的油缸。因此从多方面的因素考虑选择螺纹连接结构。 4、液压缸缸体的安全系数 对缸体来说，液压力、机械力和安全系数有关的因素都对缸体有影响。液压缸因压力过高丧失正常工作能力而破坏，往往是强度问题、刚度和定性问题三种形式给表现出来，其中最重要的还是强度问题。要保证缸体的强度，一定要考虑适当的安全系数。4.1.2、液压缸的主要技术性能参数的计算1、压力 所谓压力，是指作用在单位面积上的负载。从液压原理可知，压力等于负载力与活塞的有效工作面积之比。P=F/A(N/m)式中：F作
9、用在活塞上的负载力（N） A活塞的有效工作面积（m） 从上述可知，压力值的建立是因为负载力的存在而产生的，在同一个活塞的有效工作面积上，负载越大，所需的压力就越大，活塞产生的作用力就越大。如果活塞的有效工作面积一定，压力越大，活塞产生的作用力就越大。由此可知：1、根据负载力的大小，选择活塞面积合适的液压缸和压力适当的液压泵。2、根据液压泵的压力和负载力，设计和选用合适的液压缸。3、根据液压缸的压力和液压缸的活塞面积，确定负载的重量。在液压系统中，为了便于液压元件和管路的设计选用，往往将压力分级。见下表1.1所示：表1.1 压力分级 级别低压中压中高压高压超高压压力范围（Mpa）02.52.55
10、816163232 本次液压缸的设定公称压力为30Mpa，由表1.1可知，本此液压缸属于高压。2、流量所谓流量是指单位时间内液体流过管道某一截面的体积。对液压缸来说，等于液压缸容积与液体充满液压缸所需时间之比。即：q=V/t式中：V液压缸实际需要的液体体积（L） t液体压力充满液压缸缸所需的时间（min）3、运动速度 运动速度是指单位时间内液体流入液压缸推动活塞（或柱塞）移动的距离，运动速度可表示为：v=q/A式中：q流量（m3/s） A活塞活塞受力作用面积（m）设定快进速度为0.2m/s计算运动速度的意义在于：1、对于运动的速度为主要参数的液压缸，控制流量是十分重要。2、根据液压缸的速度，可
11、以选用流量合适的液压泵。3、根据液压缸的速度，可以确定液压缸的进、出油口的尺寸，注塞杆，活塞和活塞杆的直径。4、利用活塞杆前进和后退的不同速度，可实现液压缸的慢速攻进和快速退回。4、速比 速比是指液压缸活塞杆往复运动的速度之比，因为速度与活塞的有效工作面积有关，速比也是活塞两侧有效工作面积之比。式中：D液压缸直径（m） d活塞杆的直径（m） 计算速比主要是为了确定活塞杆的直径和决定是否设置缓冲装置。速比不宜过大或过小，以免产生过大的背压或造成活塞杆太细，稳定性不好。值可根据公称压力表值1.3选定表1.3公称压力与速比值公称压力（Mpa）1012.52020速比1.331.4625、推力和拉力
12、液压油作用在活塞上的液压力，对于双作用单活塞杆液压缸来说，活塞杆伸出时的推力为F：F=A1P106活塞杆缩回时的拉力为F：F=Ax10=（D-d）Px10式中： P工作压力（Mpa） D缸筒内径（m） d活塞杆直径（m）6、行程 液压缸的活塞行程S，在初步设计时，主要是按实际工作需要长度来考虑。但是，实际需要的工作行程并不一定是液压缸的稳定性所允许的行程，为了计算行程，应首先计算出活塞杆的最大允许计算长度。L=1.01dx10(cm)式中： d活塞杆直径（cm） P活塞杆纵向压缩负载（N） n末端条件系数，可查表求出，依题可知n=1/4 n安全系数，n6 根据液压缸的各种安装形式和欧拉公式所确
13、定的活塞杆计算长度及导出行程计算式。一般情况下，液压缸看纵向压缩负载是知道的，有上式即可大概求出液压缸的最大允许行程。设计液压缸的行程为300mm。4.1.3、液压缸的基本参数1、液压缸内径及活塞杆外径尺寸系列 液压缸内径系列（GB/T2348-1993）8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 （90） 100 （110） 125 （140） 160 （180） 200 220 （250） （280） 320 （360） 400 450 500括号内为优先选取尺寸 活塞杆外径尺寸 系列（GB/T2348-1993） 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360活塞杆连接
