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液压机毕业论文毕业设计 液压机毕业论文 摘 要 液压机是随着液压传动技术而产生的，而液压传动的主要理论依据是流体力学中的帕斯卡原理、连续性原理以及能量手恒定律。随着我国工业和科学技术的不断发展，液压传动技术在诸多领域得到了越来越广泛的应用。因此，由液压传动所产生的液压机也越来越受到人们的欢迎。 本设计主要是从概论、本体结构的设计及设计计算和液压系统的设计三个方面来叙述的，并详细的说明了液压机的基本工作原理、特点、分类、基本参数、液压机的本体结构、及其零件、部件的强度、刚度的校核和设计计算。尤其是液压系统的设计，从多个角度和方面提出液压系统的具体要求和注意的问题，并应满足成本低、效率高、重量轻等要求。 关键词：液压机；液压传动；液压系统；设计；本体结构 1 1 概论 Abstract Hydraulic press produces along with the technology of hydraulic transmission, and the major theoretical basis of hydraulic transmission is energy hand constant law, continuity principle as well as the Pascal principle in hydromechanics. Along with the unceasing development of the science and technology and industry of our country, the technology of hydraulic transmission has gotten more and more extensive application in many field. Therefore by the hydraulic press that hydraulic transmission produces , is also more and more welcomed by people. This design is narrated mainly from the 3 aspects of hydraulic systematic design and design calculation and the design of outline and body structure , and is detailed to have explained the school nuclear and design calculation of the basic working principle of hydraulic press, characteristic, classfication, the body structure of basic parameter and hydraulic press, the strength of and its element and parts and rigidity. Especially the design of hydraulic system, from many angle and aspect, the problem of puting forward notice and the specific requirement of hydraulic system should satisfy cost to low , efficiency high, weight light etc. requirement. Keywords: Hydraulic press; Hydraulic transmission Hydraulicsystem;Design；Body structure. 2 毕业设计 引言 液压传动是在“流体力学”、“工程力学”、“机械制造技术”等基础上发展起来的一门比较新兴的技术。随着我国工业和科学技术的不断发展，液压传动技术在汽车工业、造船工业、动力工业等方面得到了越来越广泛的应用。因此，液压机也越来越受到人们的欢迎。 本设计着重叙述了液压机的概论、液压机的本体结构及设计计算以及液压机液压系统的设计三个方面进行阐述的，里面详细的说明了液压机的基本工作原理、特点、分类、基本参数、液压机的本体结构及其设计计算以及液压机的液压系统的设计，尤其液压系统的设计阐述了大量内容。 本设计采用了国际单位制和标准的液压职能符号，本人在设计的过程中得到了老师的细心指导在此表示深深的谢意，另外也得到了很多同学的帮助，在此也一并表示谢意。 由于时间和自己的水平有限，设计中难免存在缺点和错误，恳请老师们批评指正。 3 1 概论 目 次 1 概论1 1.1 液压机的工作原理1 1.1.1泵直接传动 2 1.1.2泵-蓄势器传动3 1.2 液压机的特点及分类6 1.3 液压机的基本参数8 1.4 液压机的发展概况 10 2 液压机的本体结构及设计计算 13 2.1液压机的本体结构概述13 2.2液压缸部件13 2.2.1液压缸部件的结构13 2.2.2导套及密封15 2.2.3液压缸部件的强度设计16 2.3四柱式组合机架的结构与受力况分析26 2.3.1立柱27 2.3.2横梁31 4 毕业设计 3液压机的液压系统 39 3.1泵直接传动的特点及优点39 3.2泵-蓄势器传动的特点及优点 39 3.3两种传动型式的选用原则及适用范围41 3.3.1 两种传动型式的选用原则41 3.3.2 两种传动型式的适用范围 41 3.4常用泵的选择42 3.4.1 常用泵的结构特性 42 3.4.2泵的选择43 3.4.3液压油箱的选用44 3.4.4滤油器的选用45 3.4.5联轴器46 3.4.6液压油的使用46 3.5阀的结构、特性及选用 48 3.5.1 普通高压液压阀滑阀 48 3.5.2提阀48 3.6几种典型工艺对液压系统的要求 49 3.6.1通用液压机 50 3.6.2薄板冲压液压机 50 3.6.3粉末制品液压机 51 3.6.4锻造液压机 51 5 1 概论 3.7液压系统的安装与使用维护51 3.7.1安装51 3.7.2审查液压系统51 3.7.3液压元件的质量检查52 3.7.4使用维护 53 3.7.5液压系统的使用保养要求53 经济评价55 结论 57 致谢58 参考文献59 6 毕业设计 1 概论 1.1 液压机的工作原理2 液压机根据帕斯卡原理制成，其工作原理如图1-1所示。两个充满工作液体的具有柱塞或活塞的容腔由管道相连接，当小柱塞1上的作用力为F1时，液体的压力为p=F1，A1为柱塞1的工作面积。根据帕斯卡原理：在封闭的容器中，液体压A1力在各个方向上是相等的，则压力p将传递到容腔的每一点，因此，在大柱塞2上将产生向上的作用力F2，迫使工件变形，且 F2=F1式中A2大柱塞2的工作面积。 液压机一般由本机）及液压系统两部分常见的液压机结构简1.2所示。它由上横梁梁3、四个立柱2和16螺母组成一个封闭框承受全部工作载荷。工固定在上横梁1上，工装有逐个柱塞8，它与梁7相连接。活动横梁7 A2 A1体 阀 图1.2液压机本体结构简图 3处于交叉相通的“回 Fig.1.2 the body structural 程”位置。工作缸11的 sketch of hydraulic press 下腔通过开启的液控单 向阀7及滑阀5通低压油箱，活动横梁从上停止位置靠自重下降，油泵输出的低压油液通入11的上腔，充填活塞下行中空出的容腔，不足的油液由充液阀9补入，直到上模接触为止。 II.工作行程 滑阀5仍处于交叉相同位置，当上模接触工件后，阻力增大，油泵出口压力随之增高，高压油液进入11的上腔，推动活塞下行，对工件进行压力加工。充液阀自动关闭，工作缸11下腔继续排回油箱。 III.回程 滑阀5处于直通的“回程”位置，泵将高压液体输入11的下腔，同时打开液控单向阀8，使工作缸11的上腔卸压，然后打开充液阀9，活塞带动活动横梁上行，上腔的油排入充液罐10。 IV.停止 9 1 概论 图1.3活塞式液压缸 Fig.1.3 Piston hydraulic big jar 滑阀5及3均放在停止位置。油泵通过阀3卸荷，11下腔的油液被液控单向阀7封闭于缸内，支持活塞及运动部分停于任意所需的位置，完成一个工作循环。 1.1.2泵-蓄势器传动 10 毕业设计 图1.4泵-蓄势器传动的液压系统图 Fig.1.4 Pump - the hydraulic system that saves tendency ware transmission picture 泵-蓄势器传动则在液压系统中增加了蓄势器。蓄势器的作用在于贮存高压液体，平衡泵的负荷。一般利用高压气体来保持液体的压力。在液压机不需要大量高压液体时，如回程或停止时，泵输出的高压液体可部分或全部贮存于蓄势器中，而当液压机需要大量高压液体时，则由泵及蓄势器同时供应。它由摇杆式四阀分配器来实现各个行程。 i.充液行程 工作循环开始时，回程缸排水阀2打开，活动横梁从上停止位置靠自重下行，回程缸中的液体排回低压水箱或充压罐。工作缸内的液体压力下降，由于充压罐上部充有×105Pa的压缩空气，在工作缸和充压罐中的液体压力差作用下。充液阀被顶开，充液罐内的液体在低压压缩空气或重力的作用下，大量流入工作缸内，实现活动横梁空程向下的充液行程，直到上模接触工件时，活动横梁运动停止，工作缸和充压罐中的液体压力差消失，充液阀在弹簧作用下自动关闭，为11 1 概论 使充液行程平稳，在接近充液行程终点时，应降低回程缸排水阀的开启高度，使活动横梁减速，以减少撞击与震动。 ii.工作行程 充液行程结束后，闭，回程缸仍通低压。打开时，从高压泵或蓄体，经充液阀腔进入工塞上，通过活动横梁对工。此时，回程缸排水液。 iii.回程 工作行程结束后， 理 工作缸图1.5增压器工作原充液阀应完全关当工作缸进水阀3势器来的高压液作缸，并作用于柱工件进行压力加阀2继续打开排进水阀3关闭，然后工作缸排 Fig.1.5 The ware working principle 水阀4打开。卸掉工作缸和管道中高 of pressure boost 压液体的压力，接着回程缸排水阀2关闭，回程缸进水阀1打开，使回程缸和充液阀接力器通高压液体，强迫打开充液阀。活动横梁在回程缸高压液体作用下向上运动，迫使工作缸中的大量液体排入充液罐。 iv.停止 当活动横梁上行到停止位置，回程缸进水阀关闭，此时回程缸排水阀2也关闭，而工作缸排水阀4继续打开，工作缸通低压，活动横梁由封闭在回程缸内的液体所支撑，可以停在行程中的任意位置。由此可见，液压机动梁的上停止位置不是固定不变的，而是可以在每一工作循环中根据工艺操作的需要任意改变。 有时，为了供给液压机更高压力的工作液体，在工作缸及相应的阀之间增设增压器。增压器的工作原理如图1-5所示，它由低压缸和高压缸组成。低压缸1由泵或泵-蓄势器供给一定压力的液体，经高压缸增压后，供给液压机工作缸使用，增压比为大小柱塞工作面积之比。 液压机的工作介质主要有两种，采用乳化液的一般称为水压机，采用油的称12 毕业设计 为油压机，两者统称为液压机。 乳化液由质量分数为2%的乳化脂和质量分数为98%的软水搅拌而成，它应具有较好的防腐蚀和防锈性能，并有一定的润滑作用。乳化液价格便宜，不燃烧，不易污染场地，故耗液量大的以及热加工的液压机，多采用乳化液为工作介质。 油压机中应用最广的是机械油，有时也采用透平油或其他类型液压油。油在防腐蚀、防锈和润滑性能方面都比乳化液好，油的黏度比较大，容易密封，因此，近年来，采用油为工作介质的越来越多。但是油易燃，成本高，易污染场地。 本设计采用机械油。 1.2液压机的特点及分类2 液压机与其他锻压设备相比具有以下特点： .基于液压传动的原理，执行元件结构简单，结构上易于实现很大的工作压力、较大的工作空间和较长的工作行程，因此适应性强，便于压制大型工件或较长较高的工件。 .在行程的任何位置均可产生压力机额定的最大压力。可以在下转换点长时间保压，这对许多工艺来说，都是十分需要的。 .可以用简单的办法在一个工作循环中调压或限压，不易超载，容易保护各种模具。 .滑块的总行程可以在一定范围内任意地无级改变，滑块行程的下转换点可以根据压力或行程位置来控制或改变。 .滑块速度可以在一定范围内在相当大的程度上进行调节，从而可以适应工艺过程对滑块速度的不同要求。用泵直接传动时，滑块速度的调节可以与压力及行程无关。 .与锻造相比，工作平稳，撞击、震动和噪声较小，对工人健康、厂房基础、周围环境及设备本身都有很大好处。 液压机的缺点是： 一.用泵直接传动时，安装功率比相应的机械压力机大。 二.由于工作缸内升压及降压都需要一定时间，阀的换向也需要一定时间，而且空程速度不够高，因此在快速性方面不如机械压力机。 13 1 概论 三.由于液体有可压缩性，在快速卸载时，可能会引起压机本体或液压系统的振动，因此不太适合于冲裁、剪切等工艺。 四.工作液体有一定使用寿命，到一定时间应更换。 锻压机械共分八类，类别代号用汉语拼音字母表示，液压机的类别代号为正体大写“Y”。 液压机又按其用途分为十个组别： 锻造液压机：用于自由锻造、钢锭开坯以及有色与黑色金属模锻； 冲压液压机：用于各种薄板以及厚板冲压，其中有单动、双动以及橡皮模冲压等； 一般用途液压机：各种万能式通用液压机： 校正、压装用液压机：用于零件校形及装配； 层压液压机：用于胶合板、刨花板、纤维板及绝缘材料板的压制； 积压、拉伸、穿孔液压机：分别用于积压各种有色金属及黑色金属的线材、管材、棒材及型材，工件的拉伸、穿孔等工艺； 压制液压机：分别用于各种粉末制品的压制成型，如粉末冶金、人造金刚石、耐火砖及碳极的压制成型，塑料及硫化橡胶制品的压制等； 打包、压块液压机：分别用于将金属切屑及废料压块与打包，非金属的打包等； 分别专用液压机：分别用于轮轴压装、电缆包袱、模膛反印等各种专用工序； 手动液压机：为小型液压机，用于试压、压装等要求力量不大的手工工序。 锻压机型号的表示方法如下： 其中通用特性代号为： 14 毕业设计 通用特性 自动 字母代号 Z 半自动 B 数控 K Y 液压 缠绕结构 R 高速 G M 精密 长行程或长杆 C L 冷挤压 温热挤压 W 液压机的主参数多采用公称压力。 主要液压机的组型代号举例如下： 组型 Y12 Y13 Y16 Y27 名称 下拉式锻造液压机 正装式锻造液压机 模锻液压机 单动薄板冲压液压机 组型 Y28 Y31 Y32 Y61 名称 双动薄板冲压液压机 双柱液压机 四柱液压机 金属挤压液压机 1.3液压机的基本参基本参数是液压机的据液压机的工艺用途及结反映了液压机的工作能力下了液压机的轮廓尺寸及本参数也是用户选购时的为了使产品系列化、通可能少的规格和尺寸来充工艺要求，从而大大简化了艺，有利于组织专业化生质量和便于修配，应尽可能基本参数的标准系列。 先以三梁四柱式液压机图 1-6液压机的基本参数 Fig.1.6 The basic parameter 数 基本技术数据，是根构类型来确定的，它及特点，也基本上定本体总重。另外，基依据。 用化和标准化，以尽分满足多种多样的设计工作及制造工产、降低成本、提高制定处各种液压机of hydraulic press 为例，介绍液压机的基本参数： 15 1 概论 1、工称压力及其分级 工程压力是指液压机名义上能产生的最大力量，在数值上等于工作液体压力和工 作柱塞总工作面积的乘积，它反映了液压机的主要工作能力。 为了充分利用设备，节约高压液体并满足工艺要求，一般大中型液压机将公称压力分为两级或三级。泵直接传动的液压机不需要从结构上进行压力分级。 2、最大净空距H 最大净空距H是指活动横梁停在上限位置时，从工作台上表面到活动横梁下表面的距离，见图1.6。 最大净空距反映了液压机在高度方向上作空间的大小，它根据模具及相应垫板的高度、工作行程大小以及放入坯料、取出工件所需空间大小等工艺因素来确定。最大净空距对液压机的总高、立柱长度、液压机本体稳定性以及安装厂房高度等都有很大影响。因此既要尽可能满足工艺要求，又要尽量减小压机的高度，以降低其造价。 3、最大行程S 最大行程S指活动横梁位于上限位置时活动横梁的立柱导套下平面到立柱限程套上平面的距离，也即活动横梁能够移动的最大距离。 最大行程应根据工件成行过程中所要求的最大工作行程来确定，它直接影响工作缸和回程缸及其柱塞的长度以及整个机架的高度。 4、工作台尺寸 工作台一般安装在下横梁上，其上安放模具或工具，工作台尺寸指工作台面上可以利用的有效尺寸，如图1-6中的B与T。工作台尺寸取决于模具的平面尺寸及工艺过程的安排。 大中型锻造或厚板冲压液压机，往往设置移动工作台。移动工作台的行程则和更换模具及工艺操作方式有关。 除了工作台尺寸外，有些四柱式或双柱式液压机中，反映液压机平面尺寸上工作空间大小的参数，还有立柱中心距。它们应根据工艺过程操作上的要求来确定。 5、回程力 16 毕业设计 计算回程所需要的力量时，要考虑活动部分的重量、回程时工艺上所需的力量、工作缸排液阻力、各缸密封处的摩擦力以及活动横梁导向处的摩擦力等。回程力由活塞缸下腔工作面积或单独设置的回程缸来实现。 6、活动横梁运动速度 可分为工作行程速度、空行程、速度及回程速度。 工作行程速度应根据不同的工艺要求来确定，他的变化很大，并直接影响工件质量和对泵的功率需求。锻造液压机要求工作速度较高，可达到50150/s，四柱万能及切边液压机的工作速度则在1015/s左右，而电极挤压液压机的挤压速度仅为3/s。 泵直接传动的液压机的功率正比于工作行程速度。 空行程及回程速度一般可以高一些，以提高生产率。但如果速度太快，会在停止或换向时引起冲击及振动。 7、允许最大偏心距 在液压机上进行的许多工艺操作中，往往要承受偏心载荷。偏心载荷在液压机的宽边与窄边都会发生。允许最大偏心距是指工件变形阻力接近公称压力时所能允许的最大偏心值。在结构设计计算时，应考虑此偏心距。 8、顶出器公称压力及行程 有些液压机往往在下横梁中装有顶出器，以顶出工件或延时使用。顶出器的力量及行程完全由工艺要求来确定。 以上所述为三梁四柱结构型式液压机的最常见的基本参数，对于各种不同工艺用途及不同结构型式的液压机，均有各自不同的基本参数。 1.4液压机的发展概况 早在XX年，帕斯卡发现了利用液体产生很大力量的可能性。XX年英国人Bramah取得了第一个手动液压机的专利。直到1858XX年，维也纳铁路工厂有了第一批用于金属加工的液压机，它们分别是7000kN、10000kN和12000Kn。XX年在英国曼彻斯特首先使用了锻造钢锭用的锻造液压机，由于它与锻造相比具有很多优点，因此发展很快，XX年建造了当时最大的120MN的锻造水压机。 随着航空工业的迅速发展，模锻液压机的公称压力不断提高。XX年德国制造17 1 概论 了70MN的模锻液压机，第二次世界大战期间，德国又制造了一台300MN的模锻液压机。XX年左右，美国先后制造了二台315MN及二台450MN的大型模锻液压机，苏联则在XX年代后期先后制造了几台300MN及二台750MN的大型模锻液压机。此外，在英国、法国、联邦德国也都先后建造过200MN300MN的各种的大型模锻液压机，而在法国安装的有苏联设计与制造的650MN的大型模锻液压机，则是西欧目前最大的一台。 由于液压机在工作中的广泛适应性，他还普遍应用与国民经济的各个部门，如板材成形、粉末冶金、管、线型材挤压、胶合板压制、打包、人造金刚石、耐火砖压制、电缆包覆、碳极压制成型、轮轴压装、校直等等。各种类型的中小型液压机发展十分迅速，有利地促进了各种工业的发展。 XX年以前，我国没有自己独立的工业体系，也根本没有液压机制造工业，只有一些修配用的小型液压机。XX年以后，我国迅速建立了独立自主的完整工业体系。我国已能自行设计和制造汽车、机车、发电设备、轧钢设备、飞机、火箭、人造卫星等产品，这些都是促进各种液压机的发展。1957XX年见，我国已开始自行设计和制造各种锻压设备，其中有近30台10000kN到31500kN的中型锻造水压机及二台120MN的大型锻造水压机，同时，也初步建立了一支设计和制造液压机的技术队伍。 XX年代，我国先后成套设计并制造了一些大型液压机，其中有300MN有色金属模锻水压机、120MN有色金属挤压水压机、80MN黑色金属模锻水压机等。XX年代后，我国已向国外出口了多台各种吨位的锻造液压机，其中最大的一台为60MN，说明我国的液压机设计和制造已达到一定的先进水平。 XX年代以来，液压机技术有了飞速发展，主要表现在以下几个方面： 迅速采用数控及计算机控制技术，以实现工艺过程自动化及提高各运动部分的控制精度。例如中小型锻造液压机在逐步实现液压机及操作机联动的基础上，可以采用计算机程序控制，在锻件高度方向的尺寸公差，已可控制在±1左右，目前，中小型快锻造液压机已有取代老式蒸汽-空气自由锻锤的趋势。在中小型模锻液压机方面，采用微机辅助的检测系统，可以根据压力大小来补偿工作台、机架、滑块及模具等环节受载变形带来的误差，从而使滑块停18 毕业设计 止位置精度小于±0.1。在液压板料折弯机中，采用计算机控制的自动弯曲补偿装置，可经常保持折弯机床身和上横梁之间的平衡度，从而保证了3m长薄板弯曲件沿弯曲线的角度偏差在±19°。CNC自动弯管机可贮存一千多个程序段，可以2自动弯曲不同弧度的管子，送进、夹紧，折弯均自动化10。可编程微处理机控制的全自动矫正液压机，其控制模块包括检测、计算、存贮，在考虑毛坯原始弯曲程度、材料硬度性能等原始条件下，经过计算机运算，可得出优化的矫正过程。从一种矫正工件换到另一种所需辅助时间仅为几分钟，矫正过程中出现的问题可随时在屏幕上显示出来，以便于修正11。 出现了快速换模装置，它包括设立中间模具库、模具转台、横向换模装置及快速夹紧机构等，以适应多品种小批量的市场需求。 采用各种先进的快速滑阀或插装阀，减少阀的换向时间，使阀的响应时间减少到10ms以下。 采用各种有效的缓冲装置，以减少冲裁时振动的及噪声，扩大液压机的应用范围。 逐步向柔性加工系统发展，即把微电子技术、自动检测及反馈=工业机器人和自动仓库结合在一起，将多台不同功能的设备组成柔性加工系统或中心，以适应中小批量多品种工件的自动化合理加工。 19 1 概论 2 液压机的本体结构及设计计算 2.1液压机的本体结构概述1 液压机本体一般由机架、液压缸部件、运动部分及其导向装置。 液压机的本体结构的设计应考虑以下三个基本原则： 尽可能的满足工艺要求，便于操作； 具有合理的强度、刚度及运动部分的导向装置组成； 具有很好的经济性，重量轻，制造维修方便。 其中，工艺要求是最主要的影响因素。由于在液压机上进行的工艺要求是多种多样的。因此液压机的本体结构形式也必然是多种多样的。从机架型式看，有立式与卧式；从机架组成方式看，有梁拄组合式、单臂式和框架式；从工作缸数量看，有单缸、三缸或多缸。 最常见的是三梁四柱式，如图所示，它广泛应用于各种用途的液压机中。横梁为铸造结构，也有采用焊接结构的。上下横梁与立柱组成一个刚性的封闭框架，以承受液压机的全部载荷。必须注意保证立柱与横梁的刚性连接,不应有任何松动.立柱在连接区附近往往会有应力集中。 梁柱组合式中又分为四柱,双柱,三柱和多柱。一般小型液压机可用双柱,结构比较简单,操作方便,但压机稳定性较差.近年来,下拉式快速锻造机多采用双柱式。三柱式常用于卧式挤压液压机中。对于工作台面要求很大或在大吨位液压机中,则采用多柱式结构,常见的有六柱或八柱式。 2.2液压缸部件 液压缸部件的作用在于把液体压力能转换成机械功.高压液体进入缸内后,作用于活塞上(柱塞),经过活动横梁将力传到工件上,使工件产生塑性变形.它是液压机的主要部件之一。 2.2.1液压缸部件的结构 1 .液压缸部件的型式及用途 20 毕业设计 液压缸部件通常可以分为柱塞式,活塞式和差动柱塞式三种，如图2-1所示。一般根据液压机总体结构,缸的推动力大小及工作条件的要求来选择。 图2.1三种液压缸形式 Fig.2.1 The 3 kinds of hydraulic form of big jar .柱塞式液压缸,图2.1a示：此结构在水压机中应用最多,广泛用于工作缸,回程缸,工作台移动缸及平衡缸等处.它结构简单,制造容易,但只能单方向作用,反向运动则需要回程缸来实现. .活塞式液压缸, 图2.1b示：此结构在中小型油压机上广泛应用.活塞式液压缸可以两个方向作用,即既能完成工作行程,又可以实现回程,因此简化了液压机结构,但活塞在运动的两个方向上都要求密封,因此缸的内表面在全长上均需加工,精度要求较高,粗糙度要低,液压缸部件结构比较复杂。 .差动柱塞式夜压缸，图2.1c示：该结构多一处密封。导向及承受偏心载荷的性能较好，当用作回程缸装于上横梁上时，与活动横梁的连图 2.2柱塞式液压缸的典型结构 简单。 Fig.2.2The typical structure of the type hydraulic big jar of force plunger 柱塞式液压缸的典型结构如图2.2所示。柱塞2能在导套3内作往复运动，导套起导向作用。4为密封装置，用以保持液体压力并防止高压液体泄露，密封装置21 2液压机的本体结构及设计计算 下面有压套5，发兰6及螺栓和螺母7等组成的压盖，它们主要起支承密封装置的作用，在压盖外面一般还有一圈毡垫，以防止灰尘带入缸内。某些液压机上，采用波纹折叠式防尘套，效果交好。 2.液压缸的支承形式 .法兰支承：液压缸以法兰支承并安装在横梁内，由缸外壁两个环形面积与横梁相配合。缸内进入高压液体时通过法兰与横梁的接触面将反作用力传给横梁，液压缸本身则靠法兰上的一圈螺栓固定在横梁上。有的液压机中，缸的法兰嵌入横梁内，采用压环固定，这样可避免在法兰上开螺栓孔，并可减小法兰外径，法兰受力情况较好，但法兰和横梁接触面的贴紧情况不易检查。 在小型液压机中，液压缸本身也有在缸底处固定的。 .缸底支承：液压缸直接靠缸底固定在横梁上，这种缸不需要法兰，消除了法兰过度区的应力集中，并可减小缸体的毛坯尺寸，缺点是压机高度有很大的增加，缸体与横梁的接触情况不易检查。有的液压机中采用活塞杆一起运动，也属于缸体支承。 2.2.2导套及密封1 .导套 导套在活塞杆或柱塞往复运动时起导向作用，一般用抗压耐磨的ZQSn6-3青铜铸造。在柱塞缸中，导套长度与工作柱塞直径的比值一般为0.51.0，小值用于大液压缸。原机械工业部都已拟订了柱塞式缸的导套标准JB300376。 .密封 密封用来防止高压液体的泄漏，是易损件，如质量不好，会严重影响液压机的正常工作。对密封的基本要求是：密封性能好，能随着液体压力增高而提高其密封性能，摩擦阻力小，磨损小，寿命长，使用维修简单，易拆换，成本低，容易制造。 基于上述要求，密封材料应具有以下性能：在一定温度使用范围内有较好的化学稳定性，不溶于工作介质，与金属接触时不相互作用，不软化或硬化，弹性好，永久变形小，有适当的机械强度，耐磨性好，摩擦系数小，易于压制成形，价格低廉等。 22 毕业设计 常用的密封材料有： 聚胺脂橡胶：它是目前广泛应用于各种液压缸中的一种新型橡胶材料，具有优良的物理性能和化学稳定性，强度，弹性及耐油性均很好，还具有极好的耐磨性。能耐高压，目前已被广泛采用。 耐油橡胶及夹布橡胶：以丁腈橡胶用的最多，有良好的弹性，工作温度为20+120。为提高密封件强度，在水压机中常采用夹布橡胶。 聚氯乙烯：有一定强度，耐油，摩擦力小，但弹性较差，工作温度不高于60。 聚四氟乙烯：最大特点是耐热性高，耐腐蚀性好。工作温度为120260，机械性能好，但弹性差，在低压时自封作用不如橡胶，价格较贵。 尼龙6及尼龙1010：强度高，耐油，摩擦力小，耐热性较高，工作温度可达150度，使用寿命长，但弹性较差。 液压机中的密封分为相对运动件表面之间的动密封和固定件表面之间的静密封，前者如缸与活塞或柱塞、阀、液压泵柱塞等处的密封，后者如管接头、阀座与阀套、组合式缸的接缝处等等。 密封件有多种形式，如V型、U型、Y型及O型密封圈等。还有不用密封件的间隙密封。 密封的使用寿命往往差别很大，有的可以正常工作一两年以上，而有的甚至几天就要更换。影响密封件寿命的主要因素有：密封圈的材料、形状，尺寸精度及制造质量；被密封件的表面状况；工作液体的性质、温度、和是否清洁；相对运动件之间的间隙是否合适以及安装是否正确等等。设计 或使用时，对上述诸因素均应十分注意。 图2.3液压缸的损坏情况 三.液压缸部件的强度设计 Fig.2.3Hydraulic big jar damage condition 液压机的工作缸往往由于设计、制造或使用不当，过早损坏。因此，对于液压缸，特别是大型液压缸，应了解其损坏情况及注意正确设计、制造与使用。 23 2液压机的本体结构及设计计算 1.液压缸损坏部位及特点 液压缸损坏的部位多数在法兰与缸壁连接的圆弧部分，其次在缸壁向缸底过渡的圆弧部分，少数在圆筒筒壁产生裂纹，也有因气蚀严重而严重破坏的。 从液压缸使用情况看，一般在损坏时都已承受了很高的工作加载次数，裂纹是逐步形成和扩展的，属于疲劳损坏。 .圆筒部分：一般裂纹首先出现于内壁，逐渐向外发展，裂纹多向外发展，裂纹多为纵向分布，或与缸壁母线成45度角。 .缸的法兰部分：首先在缸法兰过渡圆弧处的外表面出现裂纹，逐渐向圆周方向及向内壁扩展，最后裂透，或者裂纹扩展到螺钉孔，使法兰局部脱落，个别严重情况，甚至会沿过渡圆弧处法兰整圈开裂而脱落。 .缸底：首先在过渡圆弧处的内表面开始出现环向裂纹，逐渐向外壁扩展乃至裂透。 .气蚀：液压缸也有因气蚀产生蜂窝状麻点而损坏，尤其是在进水孔内壁，容易产生气蚀。 2.损坏原因分析 影响液压缸寿命的因素是多方面的，必须结合具体情况进行分析，但归纳起来主要有以下几个方面： A.设计方面的原因：结构尺寸设计不合理，如法兰高度太小或法兰外径过大，使综合应力过高而损坏。从缸壁到法兰的过渡区结构设计不合理，也会引起过大的应力集中。 为了避免上述情况，可以对法兰的过渡形式进行优化设计，以选择能降低应力集中系数的优化形式。 从缸底到缸壁的过渡区会产生弯曲应力并有应力集中，此处圆弧半径太小是缸底破裂的主要原因之一，一般不应小于1D1。 8 B.加工制造方面的原因：由于法兰及缸底圆弧过渡区有应力集中，如加工粗糙度很大，有明显力痕，会对应力集中敏感，降低疲劳强度。特别是缸底过渡圆弧，处在缸底的深处，加工相当困难，更应注意，其粗糙度不应过高。圆筒筒壁部分的损坏多半是制造过程中引起的，如整体锻造或铸造毛坯本身存在严重缺陷；24 毕业设计 锻焊结构中焊接质量不好，焊后热处理不恰当等等。环向焊缝位置和缸底距离应尽可能小于1.5r2 ，与法兰上表面的距离也不应小于(1.52) r2。并且一定要对焊缝附近热影响区采取相应措施，以消除焊接过程引起的热应力和不利的结晶组织，在采用补焊时，也要进行同样的处理。 C.安装使用方面的原