基于PROE液压千斤顶设计.doc
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1、 摘 要本文从基于PROE液压千斤顶设计结构与工作原理的分析,按要求对参数进行选择,按参数进行设计、教核,四个方面,层层推进,步步为营,逐步阐述基于PROE液压千斤顶设计设计的全过程。尤其在手柄,顶杆,液压缸,焊接夹具设计中,运用已掌握的液压结构原理知识、机械设计与制造理论及计算公式、机械加工工艺,确定了整个液压系统各个零件的几何尺寸,确保了基于PROE液压千斤顶设计的质量和强度。该基于PROE液压千斤顶设计额定起重量为5 T,极限为6 T,当超过5.5 T时自动泄荷,保证千斤顶不会因为超负荷而损坏。该基于PROE液压千斤顶设计系统简单,实用性强,成本低,使用维护方便,抗拉性能强,运行稳定可靠
2、。手柄的灵活设计及低强度运行,更增加了千斤顶使用的普便性。关键词:液压千斤顶,ProeAbstract In this paper, based on hydraulic jacks PROE design structure and working principle of the analysis, the parameters required to select, according to the parameters of design, teaching core, four, layers forward, every step, and gradually elaborate
3、design based on hydraulic jacks PROE design process . Especially in the handle, plunger, hydraulic cylinder, welding fixture design, the use of the available knowledge of the principle of hydraulic structures, mechanical design and manufacturing theory and formulas, machining process, the entire hyd
4、raulic system to determine the geometry of each part to ensure that the PROE hydraulic jack designed based on the quality and strength. The design is based PROE hydraulic jacks rated lifting capacity of 5 T, the limit is 6 T, when more than 5.5 T automatic unloading to ensure that the jack will not
5、overload and damage. The design of systems based on hydraulic jacks PROE simple, practical, low cost, easy maintenance, tensile properties, stable and reliable. The flexible design of the handle and low-intensity running, but also increased the use of the general will of the jack. Keywords: hydrauli
6、c jacks, Proe目录摘 要IIIAbstractIV第一章 绪论11.1液压技术的发展及应用11.2千斤顶的分类及用途2第二章 基于PROE液压千斤顶设计工作原理分析 42.1基于PROE液压千斤顶设计的作用52.2基于PROE液压千斤顶设计主要构件分析5第三章 液压缸的设计63.1 液压缸的主要形式及选材63.2(液压缸主要参数的计算)液压缸的压力63.3液压缸的输出力与输出力73.4 液压缸的输出速度73.5 液压缸的功率83.6小液压缸的主要参数计算8第四章 液压控制阀104.1 方向控制阀104.2普通单向阀104.3背压阀10第五章 拉压杆和弯曲杆的设计125.1 弯曲杆(
7、手柄)的设计125.2求得支座反力125.3梁的剪应力FS及弯矩M125.4确定危险截面135.5活塞杆(拉压杆)的设计15第六章 液压油的选用和工艺规程设计166.2液压油的选用166.2热处理166.3制订工艺路线17第七章 焊接夹具设计197.1设计理由197.2焊接夹具的设计原理197.3 确定夹具结构方案19(1)确定夹具结构19结 论24参考文献25致 谢26第一章 绪论1.1液压技术的发展及应用自18世纪末英国制成世界上第一台水压机算起,液压传动技术已有二三百年的历史。直到20世纪30年代它才较普遍地用于起重机、机床及工程机械。在第二次世界大战期间,由于战争需要,出现了由响应迅速
8、、精度高的液压控制机构所装备的各种军事武器。第二次世界大战结束后,液压技术迅速转向民用工业,液压技术不断应用于各种自动机及自动生产线。本世纪60年代以后,液压技术随着原子能、空间技术、计算机技术的发展而迅速发展。因此,液压传动真正的发展也只是近三四十年的事。当前液压技术正向迅速、高压、大功率、高效、低噪声、经久耐用、高度集成化的方向发展。同时,新型液压元件和液压系统的计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助测试(CAT)、计算机直接控制(CDC)、机电一体化技术、可靠性技术等方面也是当前液压传动及控制技术发展和研究的方向。我国的液压技术最初应用于机床和锻压设备上,后来又用于拖拉机和工程机械。现在,
9、我国的液压元件随着从国外引进一些液压元件、生产技术以及进行自行设计,现已形成了系列,并在各种机械设备上得到了广泛的使用。液压传动之所以能得到广泛的应用,是由于它具有以下的主要优点:(1)由于液压传动是油管连接,所以借助油管的连接可以方便灵活地布置传动机构,这是比机械传动优越的地方。例如,在井下抽取石油的泵可采用液压传动来驱动,以克服长驱动轴效率低的缺点。由于液压缸的推力很大,又加之极易布置,在挖掘机等重型工程机械上,已基本取代了老式的机械传动,不仅操作方便,而且外形美观大方。(2)液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小。例如,相同功率液压马达的体积为电动机的12%13%。液压泵和液压马达单位功
10、率的重量指标,目前是发电机和电动机的十分之一,液压泵和液压马达可小至0.0025 N/W(牛/瓦),发电机和电动机则约为0.03 N/W。(3)可在大范围内实现无级调速。借助阀或变量泵、变量马达,可以实现无级调速,调速范围可达12000,并可在液压装置运行的过程中进行调速。(4)传递运动均匀平稳,负载变化时速度较稳定。正因为此特点,金属切削机床中的磨床传动现在几乎都采用液压传动。(5)液压装置易于实现过载保护借助于设置溢流阀等,同时液压件能自行润滑,因此使用寿命长。(6)液压传动容易实现自动化借助于各种控制阀,特别是采用液压控制和电气控制结合使用时,能很容易地实现复杂的自动工作循环,而且可以实
11、现遥控。(7)液压元件已实现了标准化、系列化和通用化,便于设计、制造和推广使用。液压传动的缺点是:(1)液压系统中的漏油等因素,影响运动的平稳性和正确性,使得液压传动不能保证严格的传动比。(2)液压传动对油温的变化比较敏感,温度变化时,液体粘性变化,引起运动特性的变化,使得工作的稳定性受到影响,所以它不宜在温度变化很大的环境条件下工作。(3)为了减少泄漏,以及为了满足某些性能上的要求,液压元件的配合件制造精度要求较高,加工工艺较复杂。(4)液压传动要求有单独的能源,不像电源那样使用方便。(5)液压系统发生故障不易检查和排除。总之,液压传动的优点是主要的,随着设计制造和使用水平的不断提高,有些缺
12、点正在逐步加以克服。液压传动有着广泛的发展前景。1.2千斤顶的分类及用途千斤顶是一种起重高度小(小于1)的最简单的起重设备,它主要用于厂矿、交通运输等部门作为车辆修理及其它起重、支撑等工作。其结构轻巧坚固、灵活可靠,一人即可携带和操作。千斤顶是用刚性顶举件作为工作装置,通过顶部托座或底部托爪在小行程内顶升重物的,轻小起重设备它有机械式和液压式两种。机械式千斤顶又有齿条式与螺旋式两种,由于起重量小,操作费力,一般只用于机械维修工作,在修桥过程中不适用。液压式千斤顶结构紧凑,工作平稳,有自锁作用,故使用广泛。其缺点是起重高度有限,起升速度慢。基于PROE液压千斤顶设计分为通用和专用两类。专用基于P
13、ROE液压千斤顶设计使专用的张拉机具,在制作预应力混凝土构件时,对预应力钢筋施加张力。专用基于PROE液压千斤顶设计多为双作用式。常用的有穿心式和锥锚式两种。穿心式千斤顶适用于张拉钢筋束或钢丝束,它主要由张拉缸、顶压缸、顶压活塞及弹簧等部分组成。它的特点是:沿拉伸轴心有一穿心孔道,钢筋(或钢丝)穿入后由尾部的工具锚固。近年来随着科技的飞速发展,同时带动自动控制系统日新月异更新,液压技术的应用正在不断地走向深入。 第二章 基于PROE液压千斤顶设计工作原理分析 图2.1 基于PROE液压千斤顶设计工作原理图1.杠杆手柄 2.小油缸 3.小活塞 4.单向阀 5.吸油管 6.管道7.单向阀 8.大活
14、塞 9.大油缸 10.管道 11.截止阀 12.油箱图2.1是基于PROE液压千斤顶设计的工作原理图。大油缸9和大活塞8组成举升液压缸。杠杆手柄1、小油缸2、小活塞3、单向阀4和7组成手动液压泵。如提起手柄使小活塞向上移动,小活塞下端油腔容积增大,形成局部真空,这时单向阀4打开,通过吸油管5从油箱12中吸油;用力压下手柄,小活塞下移,小活塞下腔压力升高,单向阀4关闭,单向阀7打开,下腔的油液经管道6输入举升油缸9的下腔,迫使大活塞8向上移动,顶起重物。再次提起手柄吸油时,单向阀7自动关闭,使油液不能倒流,从而保证了重物不会自行下落。不断地往复扳动手柄,就能不断地把油液压入液压缸下腔,使重物逐渐
15、地升起。如果打开截止阀11,液压缸下腔的油液通过管道10、截止阀11流回油箱,重物就向下移动。这就是基于PROE液压千斤顶设计的工作原理。通过对上面基于PROE液压千斤顶设计工作过程的分析,可以初步了解到液压传动的基本工作原理。液压传动是利用有压力的油液作为传递动力的工作介质。压下杠杆时,小油缸2输出压力油,是将机械能转换成油液的压力能,压力油经过管道6及单向阀7,推动大活塞8举起重物,是将油液的压力能又转换成机械能。大活塞8举升的速度取决于单位时间内流入大油缸9中油容积的多少。由此可见,液压传动是一个不同能量的转换过程。2.1基于PROE液压千斤顶设计的作用本基于PROE液压千斤顶设计是杭州
16、万海五金经营部销售的QYL5D油压千斤。为三一重工股份有限公司配套加工的外协件,它用在飞机的起落架以及吊车,挖掘机、装载机、推土机、压路机、铲运机的支撑架的机构中,主要是起到支撑作用。因此,该零件的质量及精度在使用中是非常重要的,必须制作出合理的工艺规程以确保零件的质量。2.2基于PROE液压千斤顶设计主要构件分析该系统是一个组焊件,技术条件要求为:组焊后加工,热处理调质达到HB240HB280。表面粗糙度最高达到Ra2.3 m,最低达到Ra12.5 m,尺寸公差较小,另外有一处位置公差要求,这就需要经过粗加工、半精加工、精加工过程。本零件用于大批量生产。本系统主要运用了:杠杆原理,帕斯卡原理
17、,单向阀单向导通原理等。第三章 液压缸的设计3.1 液压缸的主要形式及选材液压缸能将液压能转换为机械能,用来驱动工作机构作直线运动或摆动运动。它是液压执行元件。液压缸由于结构简单,工作可靠,除单个使用外,还可几个组合或与杠杆、连杠、齿轮齿条、棘轮棘爪、凸轮等其他机构配合,实现多种机械运动,因此应用十分广泛。液压缸有多种类型。按结构特点可分为活塞式、柱塞式和组合式三大类;按作用方式又可分为单作用式和双作用式两种。由于液压缸要承受较大压强,故液压缸采用:45号钢活塞式单作用液压缸。3.2(液压缸主要参数的计算)液压缸的压力(1)额定压力Pn: 也称为公称压力,是液压缸能用以长期工作的最高压力。油液
18、作用在活塞单位面积上的法向力图3.1。单位为Pa,其值为:Pn=G/A=5104 (3.140.20.2)=3.98105 Pa 图3.1 液压缸的计算简图式中:为活塞杆承受的总负载;A为活塞的工作面积。上式表明,液压缸的工作压力是由于负载的存在而产生的,负载越大,液压缸的压力也越大。表3.1为国家标准规定的液压缸公称压力系列。表3.1 液压缸公称压力(MPa)0.40.6312.546.31016202531.5(2)工作压力P:由于活塞的重力大约在g=10 N左右,要远比物体的重力小,所以可以忽略不计。所以 =(g+G)/A=5.001104 (3.140.20.2)=3.98168105
19、 PaPn = 3.98105 Pa(3)最高允许压力:也称试验压力,是液压缸在瞬间能承受的极限压力。通常为 1.5Pn =1.53.98105 Pa=5.97105 Pa0.6 MPa3.3液压缸的输出力与输出力(1)液压缸的理论输出力F 出等于油液的压力和工作腔有效面积的乘积,即=AG=5104 N由于液压缸为单活塞杆形式,因此两腔的有效面积不同。所以在相同压力条件下液压缸往复运动的输出力也不同。由于液压缸内部存在密封圈阻力回油阻力等,故液压缸的的实际输出力小于理论作用力。(2)液压缸的理论输入力:F入 =F 出A1A2=5104 (0.0220.22)=5102 N式中:A1表示小液压缸
20、的横截面积,0.02(m) 表示小液压缸的半径 ,A2表示大液压缸的横截面积,0.2(m) 表示大液压缸的半径。3.4 液压缸的输出速度(1)大液压缸的输出速度= nSA1/A2=100.30.01=0.03 m/minq=nSA1=100.33.14(0.02)2=3.76810-3 L/min 式中:V为液压缸的输出速度;q为输入液压缸工作腔的流量;A2为大液压缸工作腔的有效面积;A1表示小液压缸的横截面积;n =10表示小液压缸每分钟回程10次;S=0.3 m表示小液压缸工作行程为300 (2) 速比 式中:V1为活塞前进速度;V2为活塞退回速度;A1为活塞无杆腔有效面积;A2为活塞有杆
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