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1、毕业设计摘 要 本文主要介绍了液压启闭机液压缸毕业设计。液压缸设计包括了系统工作压力的确定、液压活塞直径的确定和活塞杆直径的确定、液压缸壁厚和外径计算、缸盖厚度的确定、缸体长度的确定以及活塞杆稳定性的验算。本文结合传统设计和计算机辅助工程技术，先依据经验公式计算，确定了液压缸安装方案，设计了液压缸活塞及活塞杆参数，校核了匹配连接螺栓，销轴等；完成了液压缸的设计计算。然后利用AutoCAD，Pro/Engineer辅助设计平台，完成液压缸所有零件的二维及三维建模。通过分析的数据校核了先前的设计，同时进一步优化设计和系列化设计提供了依据。关键词：液压缸 AutoCAD Pro/Engineer A
2、bstractThis paper mainly introduces the hydraulic hoister hydraulic cylinder graduation design. The hydraulic cylinder design including the system work pressure determination, the determination of hydraulic piston diameter and determination of the diameter of piston rod and hydraulic cylinder wall t
3、hickness and outer diameter of the cylinder head thickness calculation, sure, the length of cylinder block and piston rod stability of determined checked. Combining with the traditional design and computer aided engineering technology, first on the basis of experience formula hydraulic cylinders, de
4、termine the installation, and designs the hydraulic cylinder piston and piston rod parameters, checked matching connecting bolts and pin shaft, etc.; Completed the design of hydraulic cylinder is calculated. Then use AutoCAD, Pro/e aided design platform, complete all parts of hydraulic cylinder is t
5、wo-dimensional and three-dimensional modeling. Through the analysis of data checked the previous design, and further optimization design and serialized design to provide the basis.Keywords: hydraulic cylinder AutoCAD Pro/Engineer目 录摘 要ABSTRACT目 录引 言11 设计说明32 设计条件33 油缸内经机活塞杆直径确定43.1 油压确定4 3. 2 计算油缸内经
6、D53.2.2 强度要求53.2.3 长细比要求54 工作油压计算65 缸体壁厚计算及强度计算65.1 壁厚计算65. 2 强度计算76 缸体与法兰联接螺栓强度计算8 6. 1 接应力计算.8 6. 2 螺纹牙强度计算.9 6. 3 拧紧力矩计算.97 活塞杆与活塞连接螺母强度计算10 7. 1 螺纹牙强度计算.10 7. 2 螺纹接触表面承压应力计算.118 活塞杆吊头及吊轴计算129 机架强度计算15结 束 语18参 考 文 献19致 谢20附录2120 引 言制造业的历史可追溯到几百万年前的旧石器时代。猿进化成人的一个重要的标志就是工具的。社会的制造。可见，工具的制造对人类的影响是极其巨
7、大的。从某种程度上说，工具的先进水平决定着生产力的高低发展与变革，是伴随着劳动工具的发展与变革。制造业是任何一个发达国家的基础工业，是一个国家综合国力的重要体现。而在制造业中，液压系统又是制造业的基础，得到了各个国家的高度重视。尤其在今天以知识为驱动的全球化经济浪潮中，由于激烈的市场竞争，夹具工业的内涵、深度和广度都发生着深刻的变化，各种新的液压系统、制造加工方法不断出现，推动着我们的社会不断的向前发展。液压系统是现代工业的基础。它的技术水平在很大程度上决定了产品的质量和市场的竞争力。随着我国加入“WTO”步伐的日益加快。“入世”将对我国夹具工业产生重大而深远的影响，经济全球化的趋势日益明显，
8、同时世界众多知名公司不断进行结构调整，国内市场的国际性进一步显现，该行业的将经受更大的冲击，竞争也会更加剧烈。在如此严峻的行业背景下，我国的技术人员经过不断的改革和创新使得我国的模具水平有了较大的提高，大型、复杂、精密、高效和长寿命的液压又上了新台阶。液压是每个机制制造方面目前普遍用的，它可以大批量生产，节省人力物资，效率相对高，操作方便，结构合理，它的成本低廉，适合广大人群所承受的能力。毕业设计的意义：毕业设计是学生从学习向工作过度的综合锻炼，也是一次提高和再学习的机会。毕业设计从准备到设计结束几乎要花去一个学期的时间，最后要形成一整套的文档资料。毕业设计也是对学生最后的综合考核，因此，扎实
9、认真高质量的完成毕业设计任务，具有重要意义！1.通过毕业设计的准备工作，进一步提高我们独立调研能力以及专业业务素质。并通过文献查阅、现场收集资料等工作。锻炼解决液压系统的问题的能力。2.能巩固深化扩充我们的专业知识，并通过毕业设计中对涉及到的问题的分析研究，提出我们自己的见解和观点。3.通过毕业设计，树立良好的工作思想和细致、严谨、科学的工作态度，为一个未来的工程师奠定基础！这次设计使我能综合运用机械制造工艺学中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践经验知识，独立的分析和解决工艺问题，初步具备了设计一个中等复杂程度零件（输出轴）的工艺规程的能力和运用夹具设计的基本原理和方法，拟订液压设计方案，
10、完成液压结构设计的能力，为未来从事的工作打下良好的基础。由于能力所限，经验不足，设计中还有许多不足之处，希望各位老师多加指教。1、设计说明本计算书为施工设计阶段对启闭机进行的有关设计计算，按照三峡二期工程启闭机设备招标文件的要求，本设计主要遵照以下设计规范、标准、文件及设计手册： SL41 水利水电工程启闭机设计规范 DL/T5019 水利水电工程启闭机制造、安装及验收规范 GB3811 起重机设计规范 GB3766液压系统通用技术条件 GB7935液压元件通用技术条件 长江三峡水利枢纽永久船闸、大坝和电站厂房二期工程启闭机设备采购招标文件, 1995.5 机械设计手册, 化学工业出版社(第三
11、版） 机械设计手册, 机械工业出版社(九八年版）液压工程手册, 机械工业出版社水电站机电设计手册金属结构，水利电力出版社2、设计条件额定启门力250kN启门油压15.6MPa启门速度 1.43 m/min闭门速度 1.43 m/min工作行程4100 mm最大行程4300mm启门时间3 min闭门时间3min油缸内径200mm活塞杆直径140mm标准号材料牌号热处理状态截面尺寸 力学性能指标s（MPa）b（MPa）5（%）（%）JB/T6397-9245正火+回火10030558077017-10025027556075015-JB/T6397-9240Cr调质100(540)73515451
12、00300(490)68514453、油缸内径及活塞杆直径的确定3.1油压确定：系统油压按21MPa控制，油缸最大工作油压按比18MPa控制。3.2计算油缸内径D：油缸油压最大P=180kg/cm2=18MPa液压缸有效载荷F=250KN考虑油缸的最大工作油压: 注： F为启门工作力 P工为工作压力 A为油缸面积查机械设计手册（第三版）表19-6-3暂取 D=16cm=160mm 暂按活塞杆d=D/2注： 取速度比=1.33 d=79.69mm则d=16cm/2=80mm则 18mpa设油缸缸筒内径为D，活塞杆直径为d，先确定活塞杆直径d。活塞杆直径d须满足下列要求：3.2.1强度要求 设活塞
13、杆最小截面处直径为d0，则上式为： 活塞杆材料为40Cr，热处理方法为调质，其许用应力为： =0.4=0.44400=1760 kgf/cm2 式中 F=250kN=25000kgf代入上式，得： 3.2.2长细比要求 根据水利水电工程启闭机设计规范H.6.4.1 b0.4则L0=L1 注： L1为活塞杆展开全长 I1,I2分别为活塞杆和油缸缸体断面的惯性矩mm4 （规范SL41规定）（注：活塞杆受压时220，受拉时250，这里此时受拉）代入L1=10700mm，得： 取整查机械设计手册（第三版）表19-6-3得 d=140mm活塞杆实际长细比为： 4、工作油压计算 启门油压： 18mpa分析
14、得油缸缸径小了，查表19-6-3（同上）取D=200mm时计算得： P0=15.6mpa18mpa5、缸体壁厚计算及强度验算 计算方法参考机械设计手册化工版第三版第4卷。5.1壁厚计算 缸体由缸筒与两端法兰焊接而成，缸筒采用两段德国曼内斯曼公司制造的标准热轧无缝钢管对接焊接，材料牌号为ST65，热处理方式为正火+高温回火，其机械性能如下： b6000kgf/cm2；s3550kgf/cm2；s=17%； k200kJ/m2；40%；HB=172223 许用应力为： 式中n为安全系数，取n=5 按中等壁厚考虑，则壁厚应满足： 式中： pmax最大工作压力，pmax=156kgf/cm2D缸体内径
15、，D=200mm 代入上式，得： 考虑外径公差余量及腐蚀余量，壁厚圆整为：=20mm 因而外径为： D1=D+2=200+220=240mm缸体实际最大环向应力为： 5.2强度验算对=40mm作如下三方面的验算： 额定工作压力应满足下式要求，以保证工作安全：或式中： D1缸筒外径，D1=240mm D缸筒内径，D=200mm s=3550kgf/cm2即：或 满足要求 为避免塑性变形的发生，额定工作压力还应满足： pn（0.350.42）prL 式中：prL缸筒发生完全塑性变形时的压力 pn0.35prL=226.3 kgf/cm2满足要求 验算缸体的爆裂压力： 满足要求6、缸体与法兰联接螺栓
16、强度计算 计算方法参考机械设计手册机工版（98年版）。螺栓规格为：M202；数量：12个 材料：3Cr13(不锈钢)，其机械性能如下： b7350kgf/cm2, 0.25400kgf/cm2 每个螺栓所受的轴向荷载为： 6.1拉应力计算 按控制预紧力考虑，安全系数n=1.21.5，取n=1.5，则许用拉应力为： 每个螺栓所受的总拉力为： 式中： ko预紧系数，ko=1.22.0，取ko=1.35 kc刚性系数，kc =0.20.3，取kc =0.25拉应力为： （注：d1为螺纹内径，查表得d1=1.7835mm）满足要求6.2螺纹牙强度计算 许用剪应力为： 许用弯应力为： 剪切应力计算 其中
17、，载荷不均系数，因d/t=42/3=14，取 d1螺纹内径，查表得 b螺纹牙根部宽度，对普通螺纹： z旋合圈数，取z=10 满足要求 弯曲应力计算 其中，h螺纹牙的工作高度，对普通螺纹： 、b、z同上。 满足要求6.3拧紧力矩计算 式中： k拧紧力矩系数，查表知无润滑一般加工表面k=0.180.21, 取k=0.2 k0预紧系数，k0=1.35 F0预紧力，F0= k0Fzd 螺栓公称直径，d=20mm=0.020m7、活塞杆与活塞联接螺母强度计算 计算方法参考水利水电工程启闭机设计规范（SL41）附录G。螺母规格为：M804 材料：45#钢，调质，其曲服强度为： s3600kgf/cm27.
18、1螺纹牙强度计算 许用弯应力为： 许用剪应力为： 剪切应力计算 其中，D内螺纹大径， b螺纹牙根部宽度，对普通螺纹： z旋合圈数，取z=10 =286kgf/cm2 满足要求 弯曲应力计算 其中，h螺纹牙的工作高度，对普通螺纹： D、b、z同上。 满足要求7.2螺纹接触表面承压应力计算 式中：D1螺纹小径，查表得D1=75.670mm H螺母高度，H/t为螺纹工作牙数，超过10牙以10牙计 满足要求 8、活塞杆吊头及吊轴计算8.1吊轴计算 吊轴直径：90mm（dz=9cm） 材料及热处理方法：40Cr，调质许用应力：=3200 kgf/cm2，=2150 kgf/cm2轴的受力方式见下左图：
19、图中c=120mm (轴承与轴的接触段长度) l=160mm r=c/l=120/160=0.75 最大弯矩： 抗弯截面模量： W=dz 3/32 =3.1493/32 =71.53 cm3 最大弯应力为： max= Mmax/W =62500/71.53 =873.76 kgf/cm2 最大剪力为： Qmax=F/2=25000/2=12500 kgf 抗剪面积为： A=d2/4 =3.1492/4 cm2 =63.6cm2 最大剪应力为： max= Qmax/A =12500/63.6 =196.54 kgf/cm2 合成应力为： 吊轴安全 计算方法参见起重机设计规范。 吊头材料选用45钢
20、，调质处理，其屈服强度为： s3500kgf/cm2吊头外形示意图见下左： d=200mm r=300mm h1=r-d/2=50mm h2=r/2=150mm =120mm 水平截面AA 根据水电水利工程启闭机设计规范G.2.2.1查表G6得a=1.3 =1867.13kgf/cm2 /1.7=3500/1.7=2060kgf/cm2 垂直截面BB 轴孔d的内侧拉应力(切向)最大，按厚壁筒公式计算： 吊头安全。9、机架强度计算把机架看作简支梁，其受力情况如下图所示：机架受到的总作用力为： 机架单边工字梁上所受最大力为： 最大弯矩： =15t100/4 =375000kfgcm机架为焊接工字梁
21、结构，截面尺寸如下： H=420mm, B=180mm, =20mm, t=10mm, h=H-2=360mm, b=B-t=170mm抗弯截面模量： 最大弯应力： 机架钢板材料为16Mn，=1400kgf/cm2，=900kgf/cm2 max最大剪力: 抗剪面积: A=BH-bh=1842-1736=144cm2最大剪应力: 合成应力为: 机架安全。 结 束 语通过本次毕业设计，本人基本学会了综合运用前面所学的理论 知识和生产实践知识去分析和解决机械设计问题，掌握了一般机械设计方法和设计步骤，培养了严肃、认真、实事求是的科学工作态度和决不能弄虚作假的工作作风。在这个设计过程中，使我对液压系
22、统有了更加全面的认识和理解。液压缸设计包括了系统工作压力的确定、液压活塞直径的确定和活塞杆直径的确定、液压缸壁厚和外径计算、缸盖厚度的确定、缸体长度的确定以及活塞杆稳定性的验算。本文结合传统设计和计算机辅对以上软件要一一熟悉和练习，同时提高对软件的学习。 总之，导师的帮助只是起引导作用，自己动手才会彻底解决问题。参 考 文 献 1 袁承训.液压与气压传动（第二版）.北京:机械工业出版社,2000.72 廖念钊.互换性与测量技术基础.北京:中国计量出版社,1995.53 李澄.机械制图（第二版）.北京:高等教育出版社,2003.84 雷天觉.液压工程手册.北京:机械工业出版社,1990.45 林建亚、何存兴.液压元件.北京:机械工业出版社,1988.116 中国机械工业教育协会.机械设计基础.北京:机械工业出版社,2001.67 周健.AutoCAD 2007中文版应用教程.北京:机械工业出版社,2008.28 童秉枢.现代CAD技术.北京:清华大学出版社,2000.79 张定华.工程力学（少学时）.北京:高等教育出版社,2000.6 致 谢
