毕业设计（论文）回转支承端面加工过翻转装置设计.doc

摘 要回转支承在现实工业中应用很广泛，回转支承套圈端面在加工过程中需要进行翻转，由于工件惯性大在翻转过程中会产生大的冲击，因此存在很大的安全隐患，所以需要设计翻转装置以实现工件的平稳翻转。根据工件结构特点设计专用翻转设备将会操作者带来了很大的方便，会大幅度地提高生产效率，同时也能确保生产安全。本课题拟针对风力发电、军工雷达、医疗机械等相关行业对回转支承加工精度要求高的特点，根据马鞍山方圆回转支承股份有限公司现有加工条件，开展回转支承端面加工翻转装置的设计工作。本文介绍了翻转装置的方案选择、翻转装置中的夹紧液压缸的设计、缸筒和活塞杆的校核、机架的校核、翻转液压缸的设计、翻转过程中用到的液压回路的设计等以及简单介绍三维软件Solidworks2011，并利用Solidworks2011建立各个模型，并进行了装配和虚拟样机仿真。仿真结构表明设计的翻转装置满足工作要求。关键词：回转支承 翻转装置 液压回路 三维建模 运动仿真AbstractSlewing ring in the real industry a wide range of slewing ring ferrule end face in the process need to flip the work piece inertia will have a big impact in the reversal process, there is a big security risk, so the need to design flip the device in order to achieve a smooth flip of the work piece. Work piece structural features flip device will be the operator has brought great convenience, which will greatly improve production efficiency, but also to ensure production safety.The topic is intend for the wind power generation ,military radar ,medical equipment and other related industries require high processing precision slewing ring ,slewing bearing end processing flip device according to the existing processing conditions of the Ma An Shan radius of the Slewing Ring Co, Ltd ,to carry out design work .The main contents include clamping hydraulic cylinder design, the overall design of the device of the flip, flip device cylinder and the piston rod of the check, the checking of the rack, flip the design of the hydraulic cylinder, flip is used in the hydraulic circuit design, and use Solidworks2011 flip three-dimensional model of the device parts, and assembly and virtual prototype simulation, simulation results show that the design of the flip device to meet the job requirements. Key words: Slewing ring Flip device Hydraulic circuit Three-dimensional modeling Motion Simulation 目录摘 要IAbstractII目录I1 绪 论11.1 课题研究的背景目的意义11.2 翻转装置的介绍11.3 研究内容71.4 研究方案72 翻转装置的总体设计92.1 翻转装置的总体方案92.2 回转支承相关介绍102.2.1 回转支承的尺寸确定102.2.2 回转支承的端面加工工艺102.3 转盘和卡爪的设计112.3.1 卡爪的具体设计112.3.2 转盘的具体设计122.4 夹紧缸的设计122.5 机架的设计192.6 翻转缸的设计242.7 本章小结263 翻转装置的液压系统273.1 液压系统的分类273.1.1 按循环方式分类273.1.2 按供油方式分类273.1.3 按泵的数量分类273.2 液压控制回路的分类273.3 夹紧缸的回路设计283.4 翻转缸的回路设计293.5 本章小结294 翻转装置建模与仿真304.1 Solidworks2011三维建模软件介绍304.2 翻转装置主要零件的建模304.2.1 机架的建模304.2.2 翻转缸的建模334.2.3 转盘的建模344.2.4 夹紧缸的建模354.2.5 卡爪的建模374.3 翻转装置的装配和仿真384.3.1 装配方法384.3.2 虚拟样机仿真394.4 本章小结43结论与展望44致 谢45主要参考文献461 绪 论1.1 课题研究的背景目的意义本课题拟针对风力发电、军工雷达、医疗机械等相关行业对回转支承加工精度要求高的特点，根据马鞍山方圆回转支承股份有限公司现有加工条件，开展回转支承端面加工翻转装置设计工作。回转支承在现实工业中应用很广泛，被人们称为：“机器的关节”，是两物体之间需作相对回转运动，又需同时承受轴向力、径向力、倾翻力矩的机械所必需的重要传动原件。随着机械行业的迅速发展，回转支承在船舶设备、工程机械、轻工机械、冶金机械、医疗机械、工业机械人、隧道掘进机、旋转舞台等行业得到了广泛的应用。回转支承端面套圈在机械加工过程中常常需要进行翻转，由于工件惯性大在翻转的过程中会产生较大的冲击，因此存在很大的安全隐患，所以需要设计合理的翻转装置已实现工件的平稳翻转。传统的机械零件加工方法,由于生产工艺落后,工序分散,工件翻转由人力手工完成,从而带来生产效率低、工人劳动强度大、产品质量不稳定、生产成本增加等而采用翻转装置加工制造机械零件,可以将所有生产环节融合,其中的工件翻转由自动化翻转装置完成,可大幅度减轻工人劳动强度,提高生产效益,改善生产环境,提高产品质量。工件翻转装置是自动化生产线的重要组成部分,其设计的好坏直接影响整个自动化生产线的工作水平,因而对工件翻转装置进行合理的设计就显得极为重要。自动化制造系统的类型很多,不同的制造系统,工件翻转的实现形式也不同,针对少品种、大批量生产的刚性自动线,由于各设备按一定的生产节拍生产,工件顺序通过各个工作位置,自动完成零件预定的全部加工过程和部分检验过程,因而对于工件的翻转也要求能够严格适应这种节奏。工件在制造加工中需要经常翻身，因此根据不同工件的结构特点设计专用翻转设备给操作者带来了大的方便，在大幅度地提高生产效率的同时确保了安生产。由此可见，翻转设备是工件批量生产必不可少的专用装备。1.2 翻转装置的介绍工件在加工过程中需要用到翻转装置，各个工件的不同型式需要的翻转装置也不同。翻转装置主要是基于生产需要，满足工件加工的各个部位的要求而设计的。但是大型的工件在翻转过程中会产生冲击，震动或者挤压。所以必须要设计翻转装置。但是不同的工件的翻转装置有不同结构。主要介绍几种常见的大型工件的翻转装置。1）一种工件自动翻转装置的通用设计方法在自动化生产线中, 常常会遇见一种要求工件翻转的情况。比如在传输线上工件的初始状态为卧式状态, 现在要求其改变为站立状态。为解决这个问题, 设计了一简单易行的翻转装置。其工作原理图如图1-1所示。图1-1 简易翻转装置传输方向为垂直纸面由里向外。轴 6 装在夹爪 5 中,通过轴承 8 装配连接能自由转动。初始状态时, 平行气爪2处于张开状态, 气缸 3 伸出, 平行气爪 2 收缩夹紧工件 1,气缸 3 缩回, 抓取工件上升, 工件在重力作用下自动翻转成立式状态。抓取点取在工件重心前方时, 工件翻转后上面朝后, 若抓取点取在工件重心后方时, 工件翻转后上面朝前。平行气爪 2 张开, 工件 1 落下并处于立式状态。这种装置设计时, 需要选好抓取工件时的抓取点, 以保证工件能顺利翻转, 并且准确计算好气缸 3 的行程, 使工件距下底面高度为 2 mm, 以保证工件落下时不会摔倒。根据工件尺寸的大小不同, 可以选择不同行程的平行气爪 2和不同行程的气缸 3 适应不同尺寸的工件, 达到翻转的目的。通过多条生产线的使用, 这种装置运行效果良好, 用户都很满意。其工作原理已经在自动化生产线中被广泛地采用。2）大型工件翻转装置的设计及应用柴油机机体、构架等大型工件在机械加工中需要经常要进行翻转，如果用天车吊着工件进行翻转，由于大型工件惯性大在翻转过程中会产生较大的冲击，因此存在很大的安全隐患，所以需要设计翻转装置以实现大型工件的平稳翻转。在此，介绍四种大型工件的翻转装置的设计理念及工作原理，根据工作需要它们可适用于不同类型的大型工件的翻转。1.尾座移动式翻转装置（1）尾座移动式机体翻转装置的设计尾座移动式翻转装置适用于机体类大型工件的翻转，结构形式紧凑，外形小巧玲珑，占地面积小，操作使用方便，深受使用单位欢迎。尾座移动式翻转装置一端机座固定不动，机座内安装有减速器等动力回转装置，通过回转轴带动回转支板转动。另一端机座安装在导轨上可前后移动，以便于工件的装卸操作，支座上安装有从动回转板用于回转工件的支承。下面介绍尾座移动式机体翻转装置的原理，见下图1-2所示。图1-2尾座移动式机体翻转装置1回转动力部件 2前端回转支承板 3后端回转支承板4回转轴承座 5移动尾座支架 6尾座固定板前端回转支承板上有四个直脚支承座，表面与机体侧面接触，用于固定机体前端。后端回转支承板上也有四个直脚支承，用于支撑机体后端。前后端回转支承板将机体水平支撑。回转轴承座通过回转轴将回转支承板与轴承座滚动联接，机体在翻转过程轴承处受交变载荷，通过重载低速轴承的静强度计算，选择角接触球轴承，轴承座内部采用配对角接触球轴承组合使用，以承受较大的径向力与部分轴向力（2）尾座移动式机体翻转装置的操作将机体水平吊起，先将机体一端靠在前端回转支承板上，再操作气动换向阀气缸活塞伸出，移动尾座支架在直线导轨上向前移动，确认移动到位后将长销插入定位销孔，起动减速器，电动机机体开始翻转。2. 机座固定式翻转装置（1）机座固定式机体翻转装置的设计机座固定式翻转装置主要用于机体类大型工件的清洗翻转，它的翻转框架上部呈敞开式，下部的压紧装置用于夹紧工件，工件从上吊入框架内装拆方便。机体、气缸盖、加强套及主轴承盖在组装前需要进行清洗，这些配件在组装前清洁度的要求很高。而机体、气缸盖等配件的型腔复杂，清洗难度很大，因此在清洗过程中必须将配件回转，从不同的角度对配件进行型腔及侧面的彻底清洗，只有这样通过回转清洗，才能满足配件在组装前的清洁度的要求。机体组装清洗翻转装置的作用就是将机体装夹在翻转设备上，并用高压清洗液通过清洗枪对机体进行全方位的清洗。翻转装置的设计图见图1-3所示。图1-3 机座固定式机体翻转装置1翻转框架 2压紧件 3移动压板 4回转式压紧装置5轴承座 6机座 7回转动力部分 8气缸盖、加强套洗架 9轴承盖清洁架翻转框架体积庞大，为了便于制造，将该框架设计成组装件，由前后两个回转端板及四根空心横梁组成。前后端板两端上分别装有回转轴，框架的回转中心的设置要考虑机体在纵轴方向上的重心坐标的位置，使机体纵轴重心坐标位置与框架的回转中心轴线重合，否则机体在回转中会产生偏心力矩，导致电动机超负荷工作而影响设备的正常运转。在框架底部机体前后端分别设置三处压紧结构：水平压紧装置、移动压板及回转式压紧装置，这些压紧装置将机体可靠压紧在翻转框架上。在框架底部还安装有定位销用于机体在框架上的定位，框架底部侧面设置有定位导向板便于机体在框架上快速定位。轴承座的选用考虑到翻转框架长度较长，翻转架两端回转轴的同轴度难以达到较高要求，因此选用轴线具有微调作用的球面调心轴承。由于机体在清洗中清洗液具有一定的温度与压力，因此对轴承座的密封性提出了较高的要求。为提高密封效果采用了组合式密封，即端盖迷宫密封，再加双重旋转轴唇形密封圈进行轴承座的密封。机座采用焊接件结构形式，用于支撑翻转框架及机体，两只机座在设备组装前要用水平校准仪进行水平校准，以确保两个轴承座的轴心线同轴。回转动力部件主要由减速器与齿轮减速结构组成，由于清洗配件时需要配件能在任意回转位置定位，并且清洗时有大量的水雾，所以选用具有制动与防水功能的特种电动机作为动力源。将一只轴承盖固定在轴承盖清洗架上，然后将清洗架吊至翻转架上定位夹紧，启动翻转架便能对轴承盖进行回转清洗。将另一只气缸盖或加强套分别固定在清洗架上，然后将清洗架吊至翻转架上定位夹紧进行回转清洗，为便于清洗在翻转胎周围设计走动平台以便于操作。（2）机座固定式机体翻转装置的操作先将机体水平吊起，然后将机体吊入翻转框架中，使机体沿导向结构在一面二销上可靠定位，将框架底部机体前后端的三处压紧结构水平压紧装置、移动压板、回转压紧装置分别压紧机体的前后端及中间部位，之后起动减速器电动机机体开始翻转运动。3.固定链式翻转装置(1)固定链式机体翻转装置的设计固定链式翻转设备是敞开式翻转工件的，是一种最简易的链式翻转设该设备主要用于截面形状接近正方形或宽长比例大于0.6的大型工件的翻转。如果工件的截面尺寸宽长比例小于0.6，那么在翻转过程中工件倾倒时对链条产生很大的冲击，经常性的冲击会影响链条的正常工作，因此固式翻转设备不适合截面宽长比例小于0.6的大型工件的翻转。固定链式翻转设备的设计过程如图所示，齿轮减速器是固定链式翻转设备的动力来源。传齿轮将减速器的转矩通过小链轮传递给转动轴，链轮共两组，每组共四它用于带动链条慢速移动。链条用于支承及翻转工件，其选用应进行强度计算校核，安全系数应大于4。链条应定期进行探伤检查，确保其安全工作。设备机架采用焊接结构，其他零部件安装在机架上构成一台完整的设备，电气操作台用于控制工件的翻转及停止。如图1-4所示。图1-4 固定链式机体翻转设备1转动轴 2传动齿轮 3齿轮减速器 4链轮5传动链条 6设备机架 7电气操作台（2）固定链式机体翻转装置的操作将工件吊至链条上，起动减速器，链轮带动链条慢速移动，在链条上缓慢翻转，工件翻转至需要的位置时减速器停止工作，吊出工件完成翻转动作。4.升降链式翻转设备（1）升降链式构架翻转装置的设计升降链式翻转设备在翻转工件时先把工件吊起，在工件自身重力作用下，链条终工件裹住，因而工件在翻转过程中对链条无冲击，实现了工件的柔性翻转。它既适用于截面形状是正方形的大型工件的翻转，也适用于截面形状是长方形的大型的设备。其图如图1-5所示图1-5 升降链式构架翻转装置1吊臂 2升降液压缸 3翻转链条 4过渡链轮5小链轮 6斜齿轮减速器 7电气操作台 8液压站9立柱 10起始台位 11盛链槽 斜齿轮减速器（共两套）是翻转设备的动力来源，减速器的安装结构设计要有可调装置，便于小传动链松紧的调节。小链轮通过小传动链将转动传给翻转链条，过渡链轮于调节翻转链条在主链轮上的包角，其大小直接影响翻转力的大小，通过计算确定包角的恰当数值。翻转链条用于将工件吊起并将工件裹住进行翻转，链条的选用应进行严格的强度计算校核，经长期的生产实践证明，安全系数应打于4，并应定期进行探伤确保其正常工作。升降液压缸用于将吊臂升起与放下，从而实现工件的起吊与放下。盛链槽分上下两层，上层盛链槽用于工件放下时盛放裹住工件的链条，下层盛链槽用于实现链条的封闭循环。工件翻转起始台位用于工件翻转前与工件翻转后的安放台位。立柱共四个采用焊接结构，需进行强度计算校核，安装链轮与轴承处的结构要考虑润滑与维修的操作方便。采用预埋螺栓分别将四个立柱固定，其余零部件安装在立柱上，从而组成整体链式升降翻转设备。液压站首先要设计既经济又具有可调性的液压同步回路，确保四只液压缸同步上升同步下降，并且在上升或下降过程中一旦发现不平衡时可及时对不平衡的液压缸进行调整；要设计可调整式液压平衡回路，确保大型工件上升至最高点进行工件翻转时，四只液压缸始终保持伸出时的平衡状态；要设计液压速回路，便于选择恰当的工件上升和下降速度（见图1- 6）。电气操作台用于控制操作工件的上升下降及翻转。图1-6 升降链式构架翻转装置液压原理图（2）升降链式构架翻转装置的操作在设备初始状态，将吊臂放下，翻转链条在盛链槽内。先将工件吊至起始台位上，起动液压装置，操作四只液压缸同步缓慢伸出，吊臂上升带动链条将工件缓缓吊起，吊臂上升至水平位置时自动停止上升。起动两只同步器柔性翻转，当工件翻转至需要的工作位置时，减速器停止工作。操作四只液压缸同步缩回，吊臂将工件慢慢降下，直至放到起始台位上；之后吊出工件，工翻转完成。由于翻转装置的机构型式比较多，本文这种介绍了一些通用的大型翻转装置。1.3 研究内容本课题拟针对风力发电、军工雷达、医疗机械等相关行业对回转支承加工精度要求高的特点，根据马鞍山方圆回转支承股份有限公司现有加工条件，开展回转支承端面加工翻转装置设计工作，本课题研究的内容主要包括一下三个方面：1）翻转装置具体方案的详细设计，主要包括：翻转装置方案的选择、回转支承加工工艺、夹紧液压缸的详细设计以及校核、机架的设计以及校核、翻转液压缸的选择。2）翻转装置中要用到的液压系统回路的介绍。3）用Solidworks2011进行各零件的三维建模并进行装配，通过对装配体进行参数设定，然后进行虚拟样机仿真并制成动画。1.4 研究方案研究方案如图1-7所示。机架的设计夹紧缸的设计翻转缸的设计液压回路的设计各个零部件的建模和装配虚拟样机仿真及动画卡爪和转盘的设计回转支承相关介绍翻转装置方案图1-7 研究方案回转支承的设计：根据课题给定的回转支承的范围,选择回转支承的最大尺寸进行设计，并简单介绍回转支承的加工工艺。卡爪和转盘的设计：根据回转支承的尺寸来确定卡爪和转盘的尺寸，在根据工作的情况来设计轨道形状以及尺寸。机架的设计：设计出机架的形状以及尺寸，再进行校核使其满足工作需要。夹紧缸的设计：根据回转支承的重量选择合适的夹紧液压缸，并进行夹紧液压缸各个零件的设计。例如活塞杆，缸筒等的设计。翻转缸的设计：根据工作情况选择一个合适的双作用液压缸。液压回路的设计：根据工作的情况，选择合适的同步回路以及夹紧回路，还有翻转刚的回路。各个零部件的建模和装配：用solidworks2011对翻转装置的各个零部件进行建模，然后把各个零件装配在一起。虚拟样机仿真以及动画：根据工作需要设置参数进行虚拟样机仿真，并制成动画。2 翻转装置的总体设计2.1 翻转装置的总体方案翻转装置结构的不同能实现的功能也不同，在绪论部分已经讲了几种传统的翻转装置，本课题采用落地式翻转装置，具体图形见下图2-1：图2-1 落地式翻转装置原理:如图所示机架支承着转盘，翻转液压缸可以使转盘由水平到竖直运动，当翻转液压缸是转盘水平时，把回转支承放在转盘上时，转盘上的夹紧液压缸会根据回转支承的直径来伸缩长度来固定回转支承。当固定好了以后就可以加工回转支承套圈端面了。当翻转液压缸缩回去直到转盘的方向是竖着的，此时将回转支承吊起来在空中翻转过来，再放在转盘上，翻转液压缸继续工作将转盘放在水平位置，这时回转支承套圈的另一面就可以加工了。这种方案的优点：1) 工作台稳定可靠。2) 由液压系统控制，由于体积小，重量轻，因而惯性小，启东制动迅速，运动平稳可以快速而无冲击地变速和换向。3) 可以在运行过程中进行无级调速，调速方便，调速范围比较大。4) 简化机器结构，减少零件数目。5) 由于系统充满油液对各液压元件有润滑和冷却的作用，使之不易磨损，又由于容易实现过载保护，因而寿命长。2.2 回转支承相关介绍2.2.1 回转支承的尺寸确定本课题给定的回转支承的范围是16002240mm之间的回转支承。因为为了使设计的翻转装置能够满足所有尺寸的工件加工，所以本课题用回转支承的最大尺寸进行计算和设计。最大回转支承的尺寸如下：型号：2240.50A；外形尺寸：D=2402mm,d=2074mm,H=124mm；安装尺寸： Du=2344mm,Dn=2136mm，n=54；结构尺寸：n1=6,h=12,B=100；齿轮参数：De=2502mm, m=18 ,Z=138 ,M=1078,A=-0.5；根据给定的回转支承的最大尺寸，有Solidworks2011建立三维模型，回转支承外圈如图2-2所示，进行测量得到回转支承外圈的质量属性图如图2-3所示。 图2-2 回转支承外圈 图2-3 回转支承外圈的质量特性有图中可以看到回转支承的的质量是577.003kg,，计算时取600kg。则N。2.2.2 回转支承的端面加工工艺回转支承加工的一般工序如下：粗车半精车精车镗床钻床滚道淬齿轮淬磨床数控钻卧车装配滚插齿。粗加工工序是调质前的一道工序如固定环与支撑环分开来，则留量要加大，且处理过程中变形容易增大；若不分开，半精加工过程中，由于调质硬度较高，车加工和大圆环切开难度较大。一是调质过程中变形量减少，二是有利于更好的进行热处理，从而保证了热处理工序的质量，通过这样分析，所有决定将固定环与支承环在热处理前不分开，这样使总体粗加工留量相应减少。固定环、支承环要求淬硬层3-5mm，表面淬火后硬度达到HRC55-60。该零件直径尺寸较大，但截面积较小，精车到量后在表面淬火，变形量如果超差，那就只能报废，损失太大。如先淬火，则淬硬层厚度应为留量加上3-5mm，如留量小于变形量，则造成废品，若留量大于变形量，则难加工。经过计算确定，半精加工时，淬火面留量2mm，淬硬层厚为5-7mm，如果在淬火时多点支承，则变形量小于1.5mm，这样2mm留量足够，经过淬火及回火工序，在硬度检验合格之后，我们对支承环及固定环、外圈进行检测，发现变形量最大为1mm，最小为0.70mm，不超过留量。如果在加工时，同样用多点支承，淬火面留量可为1.5mm，假如支承点再多一些，留量还可减少到1mm。削的过程中，由于其硬度基本为HRC59-60所以先用特种合金刀具并采取低速进给进行车削，带留量为0.02mm时，用抛光砂带进行研磨，使尺寸和粗糙度达到图纸技术要求，为制造优质的回转支承奠定了基础。2.3 转盘和卡爪的设计转盘的作用:回转支承放在转盘上时，转盘能够支承其重量，满足刚度要求，当回转支承翻转的时候，转盘能使其满足工作条件。卡爪的作用：当把回转支承放在转盘上时，其固定回转支承的作用，当把回转支承从转盘上拿下来进行翻转的时候，卡爪又可以缩回，使回转支承能够顺利拿下来。2.3.1 卡爪的具体设计卡爪的尺寸主要是由回转支承的最大尺寸决定的。卡爪的长度,取整并放大处理得=150mm。卡爪的宽度要求不是特别高，只要不是很小就可以了，选=100mm。因为回转支承的高度是124mm,所以手爪的高度比这个高度大点就好，取=130mm。卡爪的平面厚度为15mm,侧面的厚度为20mm,因为要与回转支承接触，所以卡爪的内面为圆弧面。卡爪的三维图见下图2-4所示。卡爪与夹紧缸的活塞杆连接在一起在转盘上滑动，故在转盘上要有导轨，所以卡爪要有一个和导轨接触的槽。具体的卡爪槽三维图见图2-5所示。 图2-4 卡爪的三维图 图2-5 卡爪槽的形状活塞杆的外端头部与卡爪相连接，组成一个整体，支承着回转支承。为了避免活塞杆在工作中产生偏心负载力，适应液压缸的安装要求，提高其工作效率，我们采用小螺栓头连接方式。2.3.2 转盘的具体设计转盘的尺寸是根据最大回转支承的尺寸来确定。最大回转支承的尺寸如下：内径d=2074mm，外径D=2402mm，齿顶圆da=2502mm,重量m=1078kg，H=124mm因为回转支承的齿顶圆为2502mm,故da/2=1252mm,所以取转盘中点到端部的距离为1300mm，端部宽度B=60mm，转盘厚度为h=100mm。因为夹紧缸要在转盘上来回运动故转盘上要有轨道，轨道类似于退刀槽的型式，轨道的形状和卡爪槽的形状相同见图2-5所示。转盘的草图如图2-6所示三维建模的成型图图2-7所示。 图2-6 转盘的草图 图2-7 转盘的成型图2.4 夹紧缸的设计液压缸在液压系统中的作用将液压能转化成机械能，是机械实现直线往复运动或小于360度的往复摆动运动。液压刚可以分为单作用液压缸，双作用液压缸，组合液压缸。本课题需要选择的液压缸是双作用单活塞液压缸单作用缸的一侧输入压力油，活塞只是作单向出力运动，靠外力使活塞杆返回。双作用缸的两侧输入压力油，活塞的正反运动主要靠液压力完成。它只有一端有活塞杆伸出，它的两端作用面积不等。在输入相同的流量时，两个方向的运动速度不同，在液压杆工作压力相同时，两个方向的推力不同。双作用单活塞杆液压缸在长度方向占有的空间大致为活塞杆长度的两倍。通用液压缸的类型，本课题采用的是两端有法兰联结的液压缸，即法兰型液压缸，图见下图2-8所示。图2-8 法兰型液压缸1防尘圈；2密封压盖；3法兰螺钉；4前端盖；5导向套；6活塞杆；7缸筒；8活塞；9螺母；10后端盖；11活塞密封；12密封圈；13密封压紧螺母；14缸筒密封；15活塞杆密封 液压缸主要零部件设计：1.缸筒（1）缸筒结构常用的缸筒结构一共有八类，通常根据缸筒与端盖的连接型式选用，连接型式又取决于额定工作压力，用图和使用环境等因素。本课题采用法兰连接。法兰连接的优点：结构简单，易加工，易装卸。法兰连接的缺点：重量比螺纹连接的大，但比拉杆连接的小，外径较大。（2）缸筒材料1) 一般要求有足够的强度和冲击韧性，对焊接的缸筒还要求有良好的焊接性能。根据液压缸的参数、用途和毛坯的来源等可选用一下各种材料：25，35，45，ZG200-400等材料。本课题选用的材料是45钢的材料。2) 缸筒毛坯：普遍采用退火的冷却或热轧无缝钢管，3) 对于工作温度低于-50摄氏度的液压缸缸筒，必须使用S35、S45号钢。，而且要调质处理，4) 与端盖焊接的缸筒，使用S35号钢，机械加工后在调质。不与其他零件焊接的缸筒，使用调质的45号钢5) 比较厚的毛坯仍用铸件或锻件，或用厚钢板卷成筒形，焊接后退火，焊缝用X光射线或磁力探伤检查。，（3）对缸筒的要求如下1) 有足够的强度，能长期承受最高工作压力及短期动态试验压力而不致产生永久变形；2) 有足够的钢度，能承受活塞侧向力和安装的反作用力而不致产生弯曲；3) 内表面与活塞密封件及导向套的摩擦力作用下，能长期工作而磨损小，尺寸公差和形位公差等级足以保证活塞密封件的密封性；4) 需要焊接的缸筒还要求有良好的可焊性，以便在焊上法兰或管接头后不致于产生裂纹或过大的变形。(4) 缸筒的计算1) 缸筒内径当液压缸的理论作用力以及供油压力P为已知时，则缸筒内径D为： (2-1)式中：P供油压力，Mpa，10MPa；活塞杆上的作用力；因为转盘的夹角为120度，故N ,m=700kg,g=9.8N/kg带入数据得D=34.52mm,查机械手册得取D=40mm.2) 液压缸壁厚缸筒壁厚为： (2-2)式中：为缸筒材料强度要求的最小值，m；为缸筒外径公差余量，m；腐蚀余量，m；当/D=0.080.3 时，可用实用公式： (2-3)式中：缸筒材料强度要求的最小值，m缸筒内最高工作压力，Mpa，=6.3MPaD缸筒内径，m缸筒材料许用应力，MPa, 带入数据得 =1.5mm,取 =5mm。缸体外径=D+2=40+5=45mm,查机械手册得=50mm，当=50mm时，则=5mm。带入公式=5/40=0.125,在=0.08-0.3之间，故符合要求。3）缸筒壁厚的验算 额定压力应低于一定极限值，以保证安全: (2-4)式中：缸筒材料屈服强度，MPa缸筒外径，mD缸筒内径，m带入数据得45.36MPa,故满足要求。3) .缸筒底部验算缸筒底部为平面时，其厚度 (2-5)式中：缸底厚，m缸筒材料许用应力，MPa，数据同上；P缸筒最大工作压力，Mpa，数据同上；带入数据得：6.3mm ,故取10mm.，故满足要求5) 缸筒制造加工要求缸筒内径D采用H7或H8级配合，表面粗糙度Ra值一般为0.160.32um，都进行研磨。热处理：调质，硬度HB241-285.缸筒内径D的圆度、锥度、圆柱度不大于内径公差之半。缸筒直线度公差在500mm长度不大于0.303mm.缸筒端面T对内径的垂直度在直径100mm上不大于0.04mm.2. 活塞由于活塞在液体压力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，也不能间隙过大，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漏，降低容积效率，使液压缸达不到设计要求。液压力的大小与活塞的有效工作面积有关，活塞直径应与缸筒内径一致。所以，设计活塞时，主要任务就是活塞的结构型式。(1) 活塞结构型式根据密封装置型式来选用活塞结构型式（密封装置则按工作条件选定）。通常分为整体活塞和组合活塞。整体活塞在活塞圆周上开沟槽，安置密封圈，结构简单，但给活塞的加工带来困难，密封圈安装也容易拉伤和扭曲。组合式密封圈活塞结构多样，主要受密封型式决定。综合考虑本课题采用整体式密封装置如图2-9所示。图2-9 活塞的结构型式1-活塞 2-密封装置(2) 活塞与活塞杆的连接活塞与活塞杆的连接有多种型式，所有型式均有需要锁紧措施，以防止工作时由于往复运动而松开。同时活塞和活塞杆之间需要设置静密封。常用的连接型式有卡环型，轴套型，和螺母型。本课题采用的是卡环型具体的连接图见下图2-10。图2-10 活塞和活塞杆的连接形式1-卡环 ；2轴套；3-弹性挡圈两半卡环卡入卡环槽后会松脱，需套上卡环套，再装上弹性挡圈。装卸方便，低速时实用广泛。(3) 活塞材料 无导向环活塞：用高强度铸铁HT200-300 或球墨铸铁，所以本课题的采用的材料是HT200-300.(4) 活塞尺寸及加工公差活塞宽度一般为活塞外径的0.6-1.0倍，但也要根据密封件的型式、数量和安装导向环的沟槽尺寸而定。本课题的活塞宽度B为40mm.活塞外径的配合一般采用f9，外径对内孔的同轴度公差不大于0.02mm ,端面与轴线的垂直度公差不大于0.04/100 mm，外表面的圆度和圆柱度一般不大于外径公差之半，表面粗糙度视结构型式不同而异。3. 活塞杆(1) 活塞杆的材料和技术要求活塞杆要在导向套中滑动，一般采用H8/h7或H8/f7配合。太紧了，摩擦力大，太松了，容易引起卡滞现象和单边磨损。其圆度和圆柱度不大于直径公差之半。安装活塞的轴颈与外圆的同轴度公差不大于0.01mm是为了保证活塞杆外圆与活塞外圆的同轴度，以避免活塞与缸筒、活塞杆与导向的卡滞现象。活塞杆的外圆粗糙度Ra值一般为0.1-0.3um。太光滑了，表面形成不了油膜，反而不利于润滑。为了提高耐磨性和防锈性，活塞杆表面进行镀铬处理，铬层厚0.030.05mm,并进行抛光或磨削加工。本课题活塞杆的材料是35钢。（2）活塞杆的计算1) 活塞杆直径的计算如果活塞杆长度小于或等于10倍的缸径D，不能确定速比时，可按下式计算： (2-6)式中： 液压缸的推力，N，N材料的需用应力，Mpa, 带入数据得d=10.92mm ,查机械手册除取d=16mm。2) 活塞杆的强度计算活塞杆在稳定工况下，如果只受轴向推力或拉力，可以近似地用直杆受力拉压载荷的简单强度: MPa (2-7)式中：F活塞杆的作用力，F=5880N；材料的需用应力，Mpa；=100-110Mpad 活塞杆的直径，m代入数据的52MPa100MPa,故活塞杆直径满足强度要求。3) 活塞杆弯曲稳定性试验若受力完全在轴线上，主要是按下式验证： (2-8) N (2-9) MPa (2-10) (2-11)式中：活塞杆弯曲失稳临界压缩力，N；安全系数，通常取=3.56；K液压缸安装及导向系数，查表为K=0.5；实际弹性模数；a-材料组织缺陷系数，钢材一般取a=1/12;b活塞杆截面不均匀系数，一般取b=1/13；E材料