舰船液压跳板装置的设计（含全套CAD图纸）.doc

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1、毕 业 设 计论 文 任 务 书一、题目及专题：1、题目舰船液压跳板装置的设计 2、专题 二、课题来源及选题依据 随着人类社会的不断发展，陆地可开放资源日渐枯竭，世界各国逐渐将目光转向海洋，海洋资源的开放及利用对各国的发展起到了越来越重要的作用。由此引起的国家及地区间争端、摩擦不断。进入新世纪以来，随着海洋岛礁及资源争夺的加剧，海上运输线安全形势日趋恶化，海上利益争夺的形势将更加严峻，尤其是美、日、俄、印等国家，为壮大海军采取多种措施，已出现群雄争锋的局面。在全面实施海洋开放的时代背景条件下，海军肩负着维护国家安全，捍卫主权、维护国家海洋权益的神圣使命。 本课题是我国首艘航母上液压登船梯的设计

2、。跳板（登船梯）主要用于军舰与码头之间人员及限重物资通过或迁移。属于实用类的设计题目。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求：1达到技术指标所规定要求，满足实际工作需要。 2熟悉相关液压原理，及相关阀的使用。 3工作时定位准确，启停无冲击。 4工作时噪音小，发热较小，工作可靠。 5.能够通过油缸伸出和缩回分别引起过桥的上倾和下放，过桥变幅的幅度为上倾极限30、下放30。 6.能够通过与回转齿轮的啮合实现跳板装置的左右摇摆，角度180。 四、接受任务学生： 机械92 班 姓名 咸玉峰 五、开始及完成日期：自2011年11月7日 至2012年5月25日六、设计（论文）指导（或顾问）：指导教师签名

3、签名 签名教研室主任学科组组长研究所所长签名 系主任 签名2012年11月12日摘 要 现实当中我们看到的登船梯给我们的感觉是很笨重，不方便，如果用于游船是可行的，但是如果用于航母或军舰的话，那肯定不能符合使用要求了（一旦码头情况不允许那就会带来麻烦），所以必须研制出一种既轻巧方便又安全能适应军用的登船梯系统，这就是我的课题所要做达到的要求。我所设计的跳板装置不仅设计了一些机械传动，还在原有的基础上采用了液压传动。采用液压传动的突出优点是：易于实现频繁的起动、换向和变速，且对船舶电站的影响较小；惯性小、位置控制精度较高；输出的力和转矩可以很大，但线速度和转速可以很低，体积和重量却很小；调速范围

4、广。因此，液压传动现已广泛应用在各类船舶上。本课题是我国首艘航母上液压登船梯的设计。跳板（登船梯）主要用于军舰与码头之间人员及限重物资通过或迁移。本登船梯系统即可电动也可手动，手动是通过手摇泵来实现的，手摇泵的运用是为了防止断电情况下登船梯不能使用而设计的。关键词：登船梯；液压传动；手摇泵Abstract Reality we have seen boarding ladder gives us the feeling is very heavy, inconvenient for cruise ships is feasible, but if for aircraft carriers o

5、r warships, it certainly does not meet the requirements (once the pier is notit will cause trouble), it is necessary to develop a lightweight and convenient and safe to be able to adapt to a military boarding ladder system, this is my topic have to do to achieve the requirements. I designed a spring

6、board device not only designed a number of mechanical transmission, hydraulic transmission still in the original basis. With hydraulic drive of the outstanding advantages: easy to implement frequent starting, commutation and variable speed, and less impact on the ships power plant; inertia, high pre

7、cision position control; force and torque of the output can be large, but the line speed and the speed can be very low, very small size and weight; wide speed range. Therefore, the hydraulic drive is now widely used in all types of vessels. The issue is Chinas first aircraft carrier, the hydraulic d

8、esign of the boarding ladder. Springboard (boarding ladder) is mainly used for warships to the pier and weight limit supplies through or migrate. The boarding ladder system to the electric can also be manually manually by hand pump, the use of the hand pump is designed to prevent the boarding ladder

9、 in case of power failure can not be used. Keywords: boarding ladder; hydraulic transmission; hand pump目 录摘 要IIIABSTRACTIV目 录V1 绪论1 1.1国内登船梯的概况和发展趋势1 1.2课题的提出与意义2 1.3本课题应达到的要求42总体方案的确定52.1 设计依据52.2确定机械结构设计方案52.3确定液压系统设计方案53机械结构设计及其校核6 3.1 概述6 3.2设计依据63.3 设计范围及其设计方案63.3.1 基架设计及校核63.3.2 回转支架的设计83.3.3

10、登船梯的设计93.3.4 油缸的设计103.3.5 确定执行元件的设计103.3.6主回转液压马达的选择计算204液压系统的设计及其校核214.1液压系统的组成214.2液压系统的主要优缺点214.2.1 液压传动的优点214.2.2 液压传动的缺点214.3 液压系统设计224.3.1 概述及液压系统方案设计22 4.3.2液压能源装置设计244.3.3液压阀的选择244.3.4液压辅助元件的设计与选择25 4.3.5 液压控制说明305 CATIA有限元分析方法31 5.1 有限元分析方法简介315.2进行有限元分析的目地和意义315.3活塞杆的受力变形情况进行分析325.3.1 分析步骤

11、326 结论与展望346.1结论346.2 展望34致 谢35参考文献36 1 绪论1.1国内登船梯的概况和发展趋势登船梯属于非标产品，其设计计算在国内至今尚无规范可遵循，但可依据海洋工程、船用甲板起重机、港口工程起重机、船用舷梯等特性设计。主要用于海洋钻井平台与平台之间人员及限重物资通过和迁移。为考虑使用时方便、安全、可靠、实用，设计上采用了液压传动的全回转、可升降的动作方案。国内主要有三种登船梯结构形式：(1)SS-1型登船梯 上海石化总厂海运码头二期扩建工程系采用的型号。该型登船梯适用于工作行程在工作平台以下的码头，但是，其回转跑梯式提伸架提升质量大，电机功率消耗较大，有待于进一步完善。

12、(2)SS-5型登船梯 该型登船梯适用于镇海炼化股份有限公司算山泊码头25万吨级泊位工程。该梯合理地运用了曳引机和液压传动系统，使其整体结构紧凑明了，旋转、伸缩的载荷小，由于选用的油缸尺寸较小，与卷扬机传动系统相比，造价增加不大。(3)SS-6型登船梯 该梯使用于舟山兴中石油转运有限公司，该梯运用了液压传动的特点，是舷梯浮动，易于实现自动化控制，小变幅机构增加了舷梯的工作幅度，使舷梯上仰时也能工作，降低了梯架的提升高度。2007年9月8日，香港“宝瓶星”号国际豪华油轮平稳停靠在厦门东渡国际客运旅游码头，搭乘该轮近2000名来自世界各地的游客下船时，登上了新近投入使用的我国首个油轮登船系统。20

13、06年8月，交通部水运科学研究所受厦门港委托签订了登船系统的研制合同。水科院经过一年多的技术设计、方案审查、施工设计、制造安装、试车运行，登船系统已于2007年7月经过了专家用户的现场检验后，正式交付使用了。经过了近2个月的试运行，厦门东渡国际客运旅游码头，已接运了“宝瓶星”号四个航次的停靠，近8000人次旅客安全使用了登船系统。有关专家一致认为，登船系统设计构造新颖，性能先进，达到了国际先进水平。登船系统的使用避免了厦门东渡国际客运旅游码头旅客露天上下游轮，为旅客提供了一个舒适便捷、环境优雅的上下游轮通道，海关人员可以直接在候船联检大楼办公。豪华游轮旅客登船系统的使用，改变了动用吊车、叉车调

14、运旅客旋梯与游轮对接的传统操作模式，实现了接船作业的全自动化，提高了游客上下游轮的安全性和旅客的通关速度，节省了旅客的上下游轮时间。出入的旅客赞叹道，登船就像登机一样方便。交通部水运科学研究院接手这难题后，根据基本设计条件设计了由一台移动升降式登船机和一台旋转伸缩式登机桥两部分组成的登船系统。移动升降式登船机安装在码头前沿原有的集装箱岸桥轨道上，旋转伸缩式登机桥通道头部的接机口与登船机尾部旅客通道口对接。登船系统的首尾分别连接游轮和大楼候船联检大厅。而且，没有客轮到岸时，登船设备可以分离、移走，码头用于集装箱装卸作业，满足码头多功能作业的要求。首次采用移动升降式登船机与旋转伸缩式登机桥组合形式

15、的登船系统，满足了接船高度和跨度范围大的特殊要求，接船跨度达50米。创下接船高度范围达1.07米至11.44米，旅客登船桥接船高度超过9米两项世界之最，是国内接船高度差和跨度最大的国际豪华游轮登船系统。这是我国完全独立研发、拥有自主知识产权的产品。图1.1 在厦门投用的我国首个登船系统1.2课题的提出与意义随着人类社会的不断发展，陆地可开放资源日渐枯竭，世界各国逐渐将目光转向海洋，海洋资源的开放及利用对各国的发展起到了越来越重要的作用。由此引起的国家及地区间争端、摩擦不断。进入新世纪以来，随着海洋岛礁及资源争夺的加剧，海上运输线安全形势日趋恶化，海上利益争夺的形势将更加严峻，尤其是美、日、俄、

16、印等国家，为壮大海军采取多种措施，已出现群雄争锋的局面。在全面实施海洋开放的时代背景条件下，海军肩负着维护国家安全，捍卫主权、维护国家海洋权益的神圣使命。同时由于我们国家日益发展的经济情况还有我们日益强大的军事技术，我们和外界的联系也渐渐的紧密起来了。但是由于我国有着较为宽广的港口领域，所以海上交通便是我们和外界取得联系的最好方式。但是海上交通就一定会用到轮船，而与陆地取得联系就一定要用到跳板了，所以我便对这种跳板装置进行了一些设 计。跳板作为自行轮船重要的组成部分，可以在轮船靠近岸边时，可以作为被保障装备通行的桥梁。未来几年将是我国海洋事业发展的黄金时期，海洋石油工程也迎来了前所未有的发展机

17、遇。图1.2 登船梯图1.3 登船梯以上是已有的登船梯系统，这两种登船梯给我们的感觉是很笨重，不方便，如果用于游船是可行的，但是如果用于航母或军舰的话，那肯定不能符合使用要求了（一旦码头情况不允许那就会带来麻烦），所以必须研制出一种既轻巧方便又能安全适应军用的登船梯系统，这就是我的课题所要做达到的要求。由此我便想到了液压系统。液压件是现代机械设备中重要的基础件，可广泛应用于国防、能源、冶金、交通等诸多领域，对于提高机械设备的技术水平和质量，提高自动化应用应用程度都有十分重要的意义。本课题是完成全回转式登船梯装置的总体设计，在设计中还须设计液压原理，完成回转支架、登船梯等结构设计以及油缸中重要零

18、件的设计并做出必要的有限元分析。本课题使我在设计过程中，能掌握较强的实际工作经验，完成从设计到实际生产及运行调试的整个过程，这样我熟悉了液压系统的运用，也提高解决实际工作问题的能力，为以后工作打下极好的基础。1.3本课题应达到的要求我所设计的跳板装置不仅设计了一些机械传动，还在原有的基础上采用了液压传动。采用液压传动的突出优点是：易于实现频繁的起动、换向和变速，且对船舶电站的影响较小；惯性小、位置控制精度较高；输出的力和转矩可以很大，但线速度和转速可以很低，体积和重量却很小；调速范围广。因此，液压传动现已广泛应用在各类船舶上。具体要求如下:(1)能够通过油缸伸出和缩回分别引起过桥的上倾和下放，

19、过桥变幅的幅度为上倾极限30、下放30。(2)能够通过与回转齿轮的啮合实现跳板装置的左右摇摆，角度为180。 (3)上下六十度转动过程中能够随时停在某个位置。 (4)登船梯在180度转动过程中能随时停在某个位置。(5)登船梯搁在码头上能随风浪波动。(6)登船梯左右摆动碰到码头时，能够自动让位，以免船梯与码头硬碰硬碰撞而损坏船体和登船梯。根据技术要求，我们需要在搞清设备工作原理的基础上，进行正式图纸绘制。在设计中还需对现有的机构进行分析，如充分利用CATIA和LINGO等软件进行有限元应力分析、运动分析和优化设计。我还要设计液压原理图、主机等部件。2总体方案的确定2.1 设计依据(1)本套设备依

20、据海洋工程、船用甲板起重机、港口工程起重机、船用舷梯等特性设计。(2)本套设备以满足相关海事部门管理要求设计。(3)本套设备以符合SOLAS（safety of life at sea）及相关船级社的规范要求设计。(4)本套设备的制造、检验、安装、使用均以满足相关船级社的规范为前提并取得相关船级社的证书。2.2确定机械结构设计方案登船梯主要用于海洋钻井平台与平台之间人员及限重物资通过或迁移。为考虑使用时方便、安全、可靠、实用，设计上采用了液压传动的全回转、可升降的动作方案，并具备照明、报警、应急功能。本登船梯主要由过桥、回转上承台、回转装置、升降油缸、配电与照明系统等部份构成。登船梯设计规格暂

21、定工作长度9.6m。2.3确定液压系统设计方案本液压系统是针对军舰而设计的全回转式登船梯装置机、制造的专用液压传动设备。该系统精选了国内外优质液压元、附件。液压回路采用了集成油路块式结构，液压系统总体结构先进、合理、可靠、易于维修。符合GB3766-87液压系统通用技术条件中的各项技术要求。本液压系统由于采用了封闭式油箱结构，所以允许在粉尘大的恶劣环境下工作，但使用时应注意经常清扫液压设备上的粉尘，以保证液压系统具有良好的散热性。所有液压阀控制回路均采用了集成油路块式结构，使本系统具有泄漏少，结构紧凑，便于维修的特点。本液压系统在工作原理上具有以下特征：具有吸油滤油器，使本系统工作介质的清洁度

22、得到有效的保证，降低系统的故障率,延长系统各元、附件的使用寿命。3机械结构设计及其校核3.1 概述全回转伸缩式登船梯（以下简称登船梯）主要用于海洋钻井平台与平台之间人员及限重物资通过或迁移。为考虑使用时方便、安全、可靠、实用，设计上采用了液压传动的全回转、可升降的动作方案，并具备照明、报警、应急功能。本登船梯主要由钢质基架、回转支架、登船梯、升降油缸、伸缩系统、喷水系统、配电与照明系统等部份构成。登船梯设计规格暂定工作长度9.6m，在此基础上增加0.51m。3.2设计依据(1)本套设备依据海洋工程、船用甲板起重机、港口工程起重机、船用舷梯等特性设计。(2)本套设备以满足相关海事部门管理要求设计

23、。(3)本套设备以符合SOLAS及相关船级社的规范要求设计。(4)本套设备的制造、检验、安装、使用均以满足相关船级社的规范为前提并取得相关船级社的证书。3.3 设计范围及其设计方案本套设备设计的范围如前述组成部份（见所附布置图），其间还包含了较多的项目。由于各部件的尺寸、重量均较大，因此所有的超大零件上均安装吊环以便于安全起吊和安装，这些吊环在装船之前均需进行无损坏试验。下面按各部件分述如下： 3.3.1 基架设计及校核基架以钢质筒体为主体，其外形直径根据要求约为506mm左右，高度初步确定在205mm左右，基架的上端设置平型法兰用于和上部回转支架螺栓联接。再用俩个连接齿轮和回转齿轮连接带动登

24、船梯摆动。图3.1 基架及回转部分三维图 模型：图3.2 整体模型图现在计算各个工作部件对基架的作用力和作用力矩。(1)计算登船梯跳板梯部分对基架的作用力和作用力矩： 登船梯质量m=576kg 重力G=mg=576kg9.8m=5644.8N 所以对于基架的作用力F1=5644.8N 质心距离基架中心轴的距离=3982.184mm+253mm=4235.184mm 所以对于基架的作用力矩M1=F1d1=23905.728Nm (2)计算马达对基架的作用力和作用力矩： 马达的质量m2=542=108Kg 重力G=mg=1089.8=2920.4N 所以对于基架的作用力F2=1054N 质心距离基

25、架中心轴的距离d2=203.5mm 所以对于基架的作用力矩M4=F2d2=2144.89Nm(3)整个回转装置及回转上承台及其上零部件对基架的作用力 经差算整个回转装置及回转上承台及其上零部件总重量约为1200kg所以F3=10084.2N由于上承台及回转装置对基架的作用力主要是重力而不是力矩，所以上承台及回转装置对基架的力矩忽略不计即M3=0(4)计算基架本身的作用力和作用力矩： 基架本身的质量m=43Kg 重力G=mg=421.4N不过，质心距离基架中心轴的距离d4=0mm所以作用力矩M4=0因此，所有部件对基架的作用力F=F1+F2+F3 +F4=5644.8N+1054N+10084.

26、2N+421.4=17204.4N所有部件对支架的作用力力矩M=M1+M2+M3+M4=239057.28Nm+2144.89Nm+0+0=241202.17Nm现在先设取基架的壁厚h=20mm所以基架的横截面积 A=(/4)*(0.5562-0.512)=0.049036m Iz = (/64)*(0.5564-0.514) =0.027913 = +=89MPa 可见略小于【】，为安全起见，增加壁厚至h=25mm 此时基架的横截面积A=(/4)*(0.561 2-0.512)=0.05462m Iz = (/64)*(0.5614-0.514) =0.031397297 = +=79Mpa

27、相差有点远，所以安全。 3.3.2 回转支架的设计回转支架是本设备极其重要的组成部份，它分别由上承台、回转齿轮、液压马达、减速箱、支架等部件组成。回转支架分别与基架及其登船梯相联接。3.3.2.1 回转支架由高扭矩低转速液压马达通过四个主动齿轮带动固定于上承台的回转齿轮来旋转整个支架。回转齿轮是登船梯上的一个重要部件，选用无锡立达齿轮制造有限公司的产品。参考资料为公司的齿轮样本。回转齿轮选型计算流程图：(1)确定回转齿轮保持静态时所承受的最大载荷根据上述计算：可知轴向载荷Fa=17204.4N，倾覆力矩M=241202.17Nm(2)根据主机类型（应用场合）确定静态安全系数fs，见表1。选取静

28、态系数fs为1.25(3)初步确定选用何种类型的回转齿轮，并根据其计算Fa和M。Fa=fsFa=1.2517204.4N =21505.5NM=fsM=1.25241202.17Nm =301502.5Nm初步确定使用13-三排滚柱式回转齿轮。(4)在曲线表中查找能满足要求的回转齿轮型号，在曲线图中标出Fa和M的坐标点。找到型号为131.50.3150回转齿轮能满足要求。(5)经过核对，Fa和M在静态承载曲线和螺栓极限曲线的下方。(6)完成回转齿轮初步选型。图3.3 回转齿轮图3.4回转齿轮二维图支架的下端与基架上端用法兰方式联接。 3.3.3 登船梯的设计登船梯主要由跳板梯部分、回转支架和回

29、转部分三大部份组成，材料为钢材。登船梯的回转支架下端与回转部通过螺栓连接，回转部分再与基架舰体连接（通过法兰连接）。跳板部分一端上部通过油缸与回转支架的支撑联接用于登船梯的上下升降之用，下部与支架连接。回转部分主要由液压马达、一对齿轮等组成，液压马达带动小齿轮围绕大齿轮转动以实现回转运动。登船梯的主要设计参数：(1)跳板部分长约9.6m，宽约1.2m； (2)最大上翘角度+30； (3)最大下倾角度30； (4)登船梯内侧净宽1m；(5)登船梯跳板部分高度约为0.2m；(6)具体见设计图纸。3.3.4 油缸的设计油缸位于在固定登船梯的两侧与回转支架上的支撑相连，主要用于登船梯的上升和下降。油缸

30、的设计依据登船梯的载荷及其油路压力而确定，本项在详细设计之后再给出具体规格。在液压油缸中使用液压传动系统，那么液压传动与机械传动、电气传动相比，有何有缺点呢？(1)在相同的功率工作的机械的重量指标上，采用液压传动要比采用机械传动的轻三分之一，在外形尺寸上也减小了近三分之一，最好的例子就是起重机了，起重机都是用液压传动的，这样可以保证起重机自身重量轻，机身又可以小一些。(2)实际工作时液压传动容易实现往返运动，直接推动工作机构。这里可以看看液压千斤顶的，外力施加给液压油，液压油指直接推动液压活动件向上顶。通过液压阀门控制施压和放压。(3)易于实现液压系统的安全保护。液压传动比机械传动操控起来更简

31、单而且省力，可提高液压机械的劳动生产率和作业质量。(4)液压传动不需逐级调速，调速通用范围比较大，可在较大的范围内实现无极变速，工作平稳性比较好，易实现过载保护。(5)液压元件容易实现标准化、系列化和通用化，便于组织专业化大批量生产，有利于提高生产效率进而提高产品质量和降低成本。(6)液压传动中的的液压油本身是可以当做润滑油，降温剂的，这样可以延长液压元件的使用寿命，减轻液压传动设备的维护和保养的力度。3.3.5 确定执行元件的设计执行元件设计中应注意的问题(1)本套液压系统选择液压油缸作为执行元件，油缸设计的主要参数包括油缸内径、活塞杆直径、行程。油缸设计时应注意以下几个问题： 在保证所获得

32、的速度和推力下，应尽可能使液压缸的各部分结构按有关标准来设计，尽量做到液压缸的结构紧凑，加工，装配和维修方便。 尽量使活塞杆在承受最大负载时处于受拉状态，若受压应具有良好的纵向稳定性，长行程的活塞杆伸出时，还应加辅助支撑，避免活塞杆下垂。 液压缸热胀冷缩时应不受阻碍，所以液压缸在安装，固定时，液压缸只能一端定位。 根据液压缸具体工作条件，考虑是否有缓冲，排气和防尘装置。(2)油缸设计过程及校核计算登船梯运动过程主要有两个动作过程即登船梯升降和左右回转，分别用两个油缸和液压马达作为执行元件。由于工作环境比较复杂，考虑到风浪带来的影响等，所以油缸的承受能力需要分析和校核。 油缸主要几何尺寸的计算根

33、据要求，压紧油缸压紧时最大压紧力为12吨的力，现进行计算确定执行元件油缸的主要参数：油缸内径D、活塞杆直径d、最大行程S。A.油缸内径计算如下：计算公式：（31）式中 D液压缸内径（m） F液压缸推力（KN） P选定工作压力（MPa）其中，液压缸推力已知，为1.2N。下面选取工作压力：液压系统的执行元件是液压缸时，其工作压力可以根据最大负载或者是根据主机类型进行选择。下面采用后一种原则选取执行元件的工作压力。下表是不同类型的主机所需执行元件的工作压力：表3-1 按主机类型不同选择液压执行元件的工作压力设备类型机床农业机械、汽车工业、小型工程机械及辅助机构工程机械、重型机械、锻压设备等船用系统工

34、作压力/Mpa1010-1616-3212-25根据上表，本套液压系统是压紧打捆机控制系统，属船用系统工程机械，故选取工作压力在12-25Mpa范围内，现选取工作压力为12Mpa。将F1.2N，P12Mpa分别带入计算公式中，得D=0.104m，查手册，将内径D按GB/T2348-2001圆整成近似标准值得：D=0.125mB.活塞杆直径计算如下：压紧油缸工作时只承受轴向载荷，活塞杆直径可以按简单拉压强度计算。此时：活塞杆直径应满足：（32）式中 d活塞杆直径活塞杆材料的许用应力活塞杆材料一般为45钢，其许用压应力可以如下计算：。式中材料屈服强度，45钢为355Mpa n安全系数，一般取大于1

35、.4，现取3。经计算，可知45钢的许用应力为118Mpa。将和F带入计算公式，得：d0.36m考虑到油缸活塞的设计，杆上键槽受力和油缸内径尺寸等因素，按GB/T2348-2001取活塞杆内径为：d55mm.C.最大行程S的确定液压缸的行程S，主要是依据机构的运动要求而定。根据厂家提供的数据，压紧油缸前伸距离为140mm，取液压缸的行程为140mm。D.活塞杆三维实体活塞杆三维实体如图所示：图3.5 活塞杆三维图(3)液压缸结构参数的确定及校核液压缸的结构参数包括缸筒壁厚、缸底厚度等。 缸筒壁厚A缸径选择油缸可以按标准液压缸外径选取，上面我们已经计算出液压缸筒内径，查手册可知，当工作压力小于16

36、Mpa时，缸径为125mm时，缸外径为152mm。B厚度校核当缸内径与壁厚的比，按薄壁筒计算；时按中壁计算。当D=152mm，13.5mm时，按中壁缸筒校核。下面是校核过程：缸筒材料为45缸，按第四强度理论校核，公式如下（33）式中材料的许用应力，45钢许用应力为100Mpa测试压力，取工作压力的1.25倍，即=14=17.5MPs强度系数，对于无缝钢管取为1。计入壁厚公差即腐蚀的附加厚度，通常圆整为标准厚度。带入公式中得比较得壁厚13.5mm符合要求。 缸底壁厚当缸底有油孔时，（ 34）式中：h缸底厚度（m），D缸底内径(m)，试验压力(MPa)，取24Mpa。缸底材料的许用应力，45缸取1

37、18MPa。为20mm。计算圆整得缸底厚度为35mm。 缸筒三维实体三维实体是用CATIA创建，如图：图3.6 缸筒三维图(4)液压缸的联接设计及校核液压缸的联接主要包括缸盖联接、活塞与活塞杆联接、销轴及耳环的联接。 缸盖联接设计与校核缸盖联接采用对焊联接。焊缝如图所示为对焊：图3.7 缸盖焊接示意图焊缝底径取134mm。下面进行焊缝拉应力的校核计算：计算公式：（35）式中 F液压缸输出的最大推力，取最大负载1.2N；液压缸底外径，前面已经确定，为0.152m，焊缝底径取为0.134m，焊接效率一般取0.7。带如数据计算，得29Mpa缸筒材料为Q235A，采用的焊接方式为对接焊，V型坡口。查手

38、册知许用拉应力为：145Mpa。比较可知，采用焊接联接强度符合要求。 活塞与活塞杆联接A结构设计本设计压紧油缸活塞与活塞杆之间的联接靠卡键与轴肩将活塞固定在活塞杆上，结构如图3.10所示： 图3.8 活塞与活塞杆联接示意图压紧油缸工作时压紧油缸前伸，右侧轴肩处受压，卡键处也受压。根据经验设计卡键及轴肩尺寸，然后分别校核，看是否满足强度要求。卡键外径43mm，内径35mm，轴肩直45mm，活塞杆直径为55mm。B校核计算卡键处剪切应力及挤压应力计算：图3.9 卡键处截面图a.如图所示，截面A-A处的剪切应力为：（36）式中 F为作用力，A表示剪切面的面积。这里F取最大负载时活塞杆受力为，根据前面

39、设计的活塞杆的尺寸得A=带入公式得60Mpa卡键材料为45钢，许用剪切应力为，可知卡键强度符合要求。 b.卡建ab处压应力计算：（37）其中，F取最大负载时活塞杆受力面积为：A=()=0.00245带入式中得：=Mpa45钢的许用压应力为，比较可知卡键符合强度要求。(5)销轴的联接计算本套液压系统用压紧油缸安装形式欲采用销轴联接，下面是销轴直径的计算校核过程。销轴的联接计算销轴通常是双面受剪（特殊安装出外），为此其直径d应按下式的计算：（38）式中 d销轴直径（m）； F液压缸输出最大推力（N），取1.2N；销轴材料的许用切应力（Pa），对于45钢，70Mpa。带入公式中计算得 d=10.4m

40、m查手册，圆整为标准值考虑安全，取销轴直径为15mm。 (6)液压缸缸筒长度S及液压缸最小导向长度H的确定 液压缸缸筒长度确定液压缸缸筒长度S是由最大工作行程长度确定，液压缸缸筒长度一般不超过液压缸缸筒内径D的20倍。 最小导向长度的确定当活塞杆全部外伸，从活塞面的中点到导向套滑动面的中点的距离称为液压缸最小导向长度H，若液压缸最小导向长度H太小，当活塞杆全部外伸时，这种结构就是材料力学中见的悬臂梁结构，这种结构最大的缺点就是他的稳定性不好，容易造成液压缸活塞杆的晃动，一方面，这种悬臂梁结构将使液压缸活塞杆所受到的弯矩变的大，这样一来对液压缸活塞杆的材料性能要求就比较高。另一方面，悬臂梁结构将

41、使得液压缸活塞杆对液压缸缸筒内壁造成冲击，容易造成液压缸的损坏，同时对液压缸缸筒材料的性能也有较高的要求，最后就是，液压缸的稳定性将变差。因此，对一般液压缸必须有一个合适的导向长度，根据经验，当液压缸的最大行程L，液压缸缸筒直径D时，最小导向长度HL20+D2。一般导向套滑动面长度A，在D80mm时，可取A=（0.6-1.0）D；在在D80mm时，可取A=（0.6-1.0）d。活塞宽度B=（0.6-1.0）D。若导向长度H不够时，可以在活塞杆上增加一个导向隔套K来增加H值，导向隔套K的宽度C=。(7)密封形式及活塞 密封形式选择油缸中使用密封圈可以防止高压油的泄漏。密封圈是易损件，如果质量不好

42、，回严重影响机器的正常工作。对密封件的要求是：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。在选择密封材料时，应考虑其性能，一般要求：在一定温度使用范围内有较好的化学稳定性，不容于工作介质，与金属接触时不互相起作用（如腐蚀，拈着等），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，易于压制成型，价格低廉等。密封件有多种形式，在油缸中采用O型圈，轴用和孔用Y x 型密封圈。基于上述要求，对O型圈和轴用Y x 型密封圈用聚胺脂橡胶（它是广泛运用于各种液压缸中的一种橡胶材料，具有优良的物理性能和化学稳定性

43、，强度，弹性及耐油性均很好，还有极好的耐磨性。能耐高压）。 活塞由于活塞在液体压力的作用下往复运动，因此，它与缸筒的配合应适当，既不能过紧也不能间隙过大。配合过紧，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华东配合表面，间隙过大会引起液压缸内部泄漏，降低容积效率，使液压缸达不到要求的设计性能。根据密封装置型式来选活塞结构型式（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两类。整体活塞在活塞周围开沟槽，安置密封圈，结构简单，但给活塞的加工带来困难，密封圈安装时容易拉伤和扭曲。组合式活塞结构多样，主要受密封圈型式决定。组合式活塞大多数可以多次拆装，密封件使用寿命长，随

44、着耐磨的导向环大量的使用，多数密封圈与导向环联合使用，大大降低了活塞的加工成本。这里活塞取45#钢，带支承环。配合H8/f9。 活塞三维实体：图3.10 活塞三维图 (8)压紧油缸三维造型 如图所示：图3.11 压紧油缸三维图(9)压紧油缸主要零件校核计算 活塞杆直径d的校核活塞杆直径校核公式为：（39）式中 F活塞杆上的作用力，取最大负载时受力1.2Nd1空心活塞杆孔径,实心杆的d1=0活塞杆材料的许用应力, =n, n安全系数.通常取大于1.4，45钢许用应力为200Mpa。当活塞杆计算长度时，受到轴向压缩负载超过某一临界值时，会失去稳定性，所以要按材料力学有关公式进行稳定性。活塞杆主要承受压应力的作用，将以上数据带入公式计算得：d48mm上面设计过