浙江工贸职业技术学院 毕业设计（论文） 课题名称： 立式液压千斤顶设计 专 业： 机电一体化技术 班 级： 机电1003班 姓 名： 蔡子 学 号： 1010201341 指导教师： 吕忠武老师 教师职称： 高级工程师 完成时间 2012年 12 月 20 日 1 论文题目： 专 业： 学 生： （签名） 指导教师： （签名） 摘 要 在数控设备上实现零件高精度加工和检测的关键是提高设备的位置精 度。主要有两种方法达到提高加工精度的目的：误差预防和误差补偿。误差 预防是通过提高机床本身制造精度和改善控制器性能来实现的；误差补偿技 术是通过对设备工艺流程的误差源分析、建模，计算出目标点的位置误差， 将该误差值用以改变坐标驱动量来提高设备的位置精度。误差补偿是提高设 备加工精度经济合理又可行的方法。 本论文建立了数控伺服进给系统的数学模型，对双轴进给系统在作直线 和圆弧插补运动时形成的轮廓误差进行了数学分析，并指出了提高试验台运 动轨迹轮廓精度的方法。 本论文对一维及二维位置误差的测量及补偿分别进行了探讨。对一维位 置误差测量的硬件、软件及试验过程做了充分研究，并对实验结果进行了比 较分析；对二维位置误差的测量及补偿建立了通用模型，用最小二乘法求解 模型参数，并对拟合曲线方程的精确性进行了仿真。实验表明：对数控试验 台实施误差补偿，的确可以大幅度提升其位置精度。 本文提出的测量方法自动化程度高，准确可靠，在很短时间内就可以完成 对全部几何误差的测量；根据拟合曲线方程实施的误差补偿，可以大幅度改善 数控设备的位置精度，对提高机床加工精度具备极其重大意义。 关 键 词：X—Y试验台 误差补偿 位置误差 曲线章 液压千斤顶的结构及组成6 1.1 液压千斤顶的结构图6 1.2 液压千斤顶的组成6 1.3 液压传动的优缺点7 第2章 液压千斤顶的原理9 2.1 液压千斤顶原理图9 2.2 液压千斤顶的特点10 第3章 液压千斤顶结构设计10 3.1 缸体内径D和活塞杆直径d的确定10 3.2 液压缸壁厚和外径的设计10 3.3 活塞杆设计13 3.4 最小导向长度的确定15 3.5 缸体长度的确定16 3.6 油缸的一般性能计算17 3.7 缸盖厚度计算18 3.8 液压千斤顶活塞部位的密封20 3.9 液压千斤顶及单向阀示意图22 第4章 液压千斤顶常见的故障与维修23 第5章 结论25 3 致谢26 参考文献26 全 套 资 料 带 CAD 图 ， QQ 联 系 414951605 或 1304139763 4 5 引 言 机电一体化又称机械电子学，英语称为Mechatronics，它是由英文机械 学Mechanics 的前半部分与电子学Electronics 的后半部分组合而成。机电 一体化最早出现在1971年日本杂志《机械设计》的副刊上，随着机电一体 化技术的加快速度进行发展，机电一体化的概念被我们广泛接受和普遍应用。随着计 算机技术的迅猛发展和大范围的应用,机电一体化技术获得前所未有的发展。现 在的机电一体化技术，是机械和微电子技术紧密集合的一门技术，他的发展 使冷冰冰的机器有了人性化，智能化。 机电一体化技术是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息技术、 传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合，并综合 应用到实际中去的综合技术。是现代化的自动生产设备几乎能说都是机电 一体化的设备。 液压技术发展的新趋势液压技术是实现现代化传动与控制的关键技术之一， 世界各国对液压工业的发展都给予很大重视。 液压传动是以液体作为工作介质，利用液体的压力能进行能量的传递和 控制的一门技术。液压传动具有许多优点，被大范围的应用于机械、建筑、冶金、 化工以及航空航天等领域。如今，随微电子和计算机技术的发展，机、电、 液技术的紧密结合，使液压技术的发展和应用又进入了一个崭新的阶段。 随着我们国家汽车工业的加快速度进行发展,汽车随车千斤顶的要求也慢慢变得高;同 时随市场竞争的加剧,用户想要的一直在变化,将迫使千斤顶的设计质量要 逐步的提升,以适应用户的需求。用户喜欢的、市场需要的千斤顶将不仅要求 重量轻,携带方便,外形好看,使用可靠,还会对千斤顶的进一步自动化,甚至 智能化都有所要求。如何充分的利用经济、情报、技术、生产等各类原理知识, 使千斤顶的设计工作真正优化?如何在设计过程中充分的发挥设计人员的创造 性劳动和集体智慧,提升产品的使用价值及企业、社会的经济效益? 如何在 知识经济的时代充分的利用各种有利因素,对资源进行相对有效整合等等都将是我 们面临着又一定要解决的重要的问题。千斤顶与我们的生活紧密关联，在建筑、 6 铁路、汽车维修等部门均得到普遍的应用，因此千斤顶技术的发展将直接或 间接影响到这些部门的正常运转和工作。 第1章液压千斤顶的结构及组成 1.1液压千斤顶的结构图 图1 液压千斤顶设计的具体方案示意图 1—密封圈；2—小油缸；3—小活塞；4—扳手；5—手柄；6—油塞；7—顶帽；8—液压油； 9—调节螺杆；10—大活塞；11—大油缸；12—外套；13—大密封圈；14—底座；15—回油 7 阀杆 1.2液压千斤顶的组成 液压系统主要由：动力元件（油泵）、执行元件（油缸或液压马达）、控 制元件（各种阀）、辅助元件和工作介质等五部分所组成。 动力元件 （油泵） 它的作用是把液体利用原动机的机械能转换成液压 力能，是液压传动中的动力部分。 执行元件（油缸、液压马达） 它是将液体的液压能转换成机械能。其 中，油缸做直线运动，马达做旋转运动。 控制元件 包括压力阀、流量阀和方向阀等，它们的作用是根据自身的需求无 级调节液压动机的速度，并对液压系统中工作液体的压力、流量和流向进行 调节控制。 辅助元件 除上述三部分以外的其它元件，包括压力表、滤油器、蓄能 装置、冷却器、管件及邮箱等，它们同样十分重要。 1、 工作介质 工作介质是指各类液压传动中的液压油或乳化液，它经过油泵 和液动机实现能量转换。 1.3液压传动的优缺点 1、 液压传动的优点 体积小、重量轻，例如同等功率液压马达的重量只有电动机的10%～20%， 因此惯性力较小。 能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度，并可实现无级调速，且速度 范围最大可达1:2000 （一般为1:100）. 转向容易，在不改变电机旋转方向的情况下，可以较方便地实现工作机 构旋转和直线往复运动的转换。 液压泵和液压马达之间用油管连接，在空间布置上彼此不受严格限制。 8 由于采用油液为工作介质，元件相对运动表面间能自行润滑，磨损小， 常规使用的寿命长。 操纵控制简便，自动化程度高。 容易实现过载保护。 液压元件实现了标准化、系列化、通用化，便于设计、制造和使用。 1、 液压传动的缺点 使用液压传动对维护的要求高，工作油要从始至终保持清洁。 对液压元件制造精度要求高，工艺复杂，成本比较高。 液压元件维修较复杂，且需有较高的技术水平。 液压传动对油温变化较敏感，这会影响它的工作稳定性，因此液压传动 不宜在很高或很低的温度下工作，一般工作时候的温度在-15℃～60℃范围内较合 适。 液压传动在能量转化的过程中，特别是在节流调速系统中，其压力大， 流量损失大，因此系统效率较低。 9 第2章 液压千斤顶的原理 2.1液压千斤顶原理图 图1-1 液压千斤顶的工作原理如图1-1所示，大缸体3和大活塞4组成举升缸； 杠杆手柄6、小缸体8、活塞7、单向阀5和9组成手动液压泵。活塞和缸体 之间保持良好的配合关系，又能实现可靠的密封。当抬起手柄6，使小活塞 7向上移动，活塞下腔密封容积增大形成局部线 中的油在大气压力的作用下通过吸油管进入活塞下腔，完成一次吸油动作。 当用力压下手柄时，活塞7下移，其下腔密封容积减小，油压升高，单向阀 9关闭，单向阀5打开，油液进入举升缸下腔，驱动活塞4使重物G上升一 段距离，完成一次压油动作。反复地抬、压手柄，就能使油液不断地被压入 举升缸，使重物不断升高，达到起重的目的。如将放油阀2旋转90° （在实 物上放油阀旋转角度是能改变的），活塞4可以在自重和外力的作用下实 现回程。这就是液压千斤顶的工作过程。 2.2液压千斤顶的特点 液压千斤顶是一种将密封在油缸中的液体作为介质，把液压能转换为机 械能从而将重物向上顶起的千斤顶。它结构相对比较简单、体积小、重量轻、举升力 大，易于维修，但同时制造精度要求比较高,若出现泄漏现象将引起举升汽车 的下降,保险系数降低,使用其举升时易受部位和地方的限制.传统液压千斤 顶由于手柄、活塞、油缸、密封圈、调节螺杆、底座和液压油组成。它利用 了密闭容器中静止液体的压力以同样大小各个方向传递的特性。优点：输出 推力大。缺点：效率低。 第3章 液压千斤顶结构设计 3.1缸体内径D和活塞杆直径d的确定 已知千斤顶的额定载荷为62000N，初定额定压力为20Mpa。. 根据以上要求能够获得如下计算结果： F=P ×A 得到A=62000/9.8/15=255.1cm2 1 所以内管的直径D=63mm 这里 F=外部作用力（kgf） 1 2 A=缸体内的作用面积(cm) 2 P=被传递的压力（kgf/cm ） 1 3.2液压缸壁厚和外径的设计 液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。 11 液压缸的壁厚一般是指缸筒结构中最薄处的厚度。从材料力学可知，承 受内压力的圆筒，其内应力分布规律因壁厚的不同而各异。一般计算时可分 为薄壁圆筒和厚壁圆筒。 液压缸的内径 与其壁厚 的比值 D 10圆筒称为薄壁圆筒。起重运 D  输机械和工程机械的液压缸，一般用无缝钢管材料，大多属于薄壁圆筒结构， 其壁厚按薄壁圆筒公式计算 py   2    0.063 1100.41.2520    2  1100.31.2520 1 0.0054m pD p 16MPap 1.25p2.5mmD D28076.8t 0.433Dy 1 2 y 2  D d    2 0 式中  ——液压缸壁厚（ｍ）； D——液压缸内径（ｍ）； p 1.25~1.5 MPa ——试验压力，一般取最大工作所承受的压力的（ ）倍（ ）。 y 工作所承受的压力p 16MPa 时，p 1.5py ，工作所承受的压力p 16MPa 时，p 1.25py ；  ——缸筒材料的许用应力。其值为：锻钢：    110~120MPa；铸钢： 100~110MPa；无缝钢管：      100~110MPa；高强度铸铁： 60MPa；灰铸铁： 25MPa。       在中低压液压系统中，按上式计算所得液压缸的壁厚往往很小，使缸体 的刚度往往很不够，如在切削工艺流程中的变形、安装变形等引起液压缸 作过程卡死或漏油。因此一般不作计算，按经验选取，必要时按上式进行校 核。 12 D 对于 ＜ 时，应按材料力学中的厚壁圆筒公式进行壁厚的计算。 10  对脆性及塑性材料   0.4p   D   y 1 （3） 2  0.3p     y  式中符号意义同前。 所以，将所有数字代入（3）得 0.063 1100.41.2520    2  1100.31.2520 10.0054m 为增加缸体的安全性，实际取值增加2.5mm，所以 7.9mm。 D 液压缸壁厚算出后，即可求出缸体的外径 为1 D D2 78.8mm 1 D 80mm 按无缝钢管标准， 圆整成1 13 3.3活塞杆设计 活塞杆是液压缸传递力的重要零件，它承受拉力，压力，弯力，曲力和 振动冲击等多种作用力，所以必须有足够的强度和刚度，由于千斤顶的液压 缸无速比要求，能够准确的通过液压缸的推力和拉力确定。  2  2 2 D p F (D d )p F1 2 fc 4 4 2 FFfc  2 2 p2 D 4  D d  （1） p1 p1 式中 ——液压缸工作所承受的压力，初算时可取系统工作所承受的压力 ； p1 pp p2 ——液压缸回油腔背压力，初算时无法准确计算，可先根据表 3-1估计； 表3-1 执行元件背压的估计值 p MPa 系统类型 背压 （ ）2 简单的系统和一般轻载  0.2 0.5 的节流调速系统 回油路带调速阀的调速  0.5 0.8  系统 中、低压系统0 8MPa 回油路带背压阀 0.5 1.5  采用带补液压泵的闭式 0.8 1.5  回路 比中低压系统高50％ 中高压系统＞8 16 同上  MPa 100％  MPa 高压系统＞16 32 如锻压机械等 初算时背压可忽略不计 这里属于中低压系统中简单的系统，取p2 0.5。 d ——活塞杆直径与液压缸内径之比，可按表3-2选取； D 14 表3-2 液压缸内径D与活塞杆直径d的关系 按机床类型选取d 按液压缸工作所承受的压力选取d D D 工作所承受的压力 / 机床类型 dD p dD （ ） MPa 磨床、研磨机 0.2 0.3 2 0.2 0.3    床 插床、拉床、 0.5 ＞2 5 0.5 0.58   刨床 钻、镗、车、   0.7 ＞5 7 0.62 0.70 铣床 — — ＞7 0.7 d 这里取 ＝ 。 0.7 D F ——工作循环中最大的外负载； F ——液压缸密封处摩擦力，它的精确值不易求得，常用液 fc 压缸的机械效率 进行估算。 cm F FF  fc cm 式中 cm ——液压缸的机械效率，一般 0.9~0.97。 cm cm 将 代入式（1），可求得D为 4F D （2）  p2   d 2 p1cm 1 1     p1 D      活塞杆直径可由 值算出，由计算所得的D与d值分别按表6—4与表d D 6—5圆整到相近的标准直径，以此方便采用标准的密封元件。 GB2348 80 表3-3 液压缸内径尺寸系列（ － ） 15 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 (90) 100 (110) 125 (140) 160 (180) 200 (220) 250 320 400 500 630 注：括号内数值为非优先选用值。 GB2348 80 表3-4 活塞杆直径系列（ － ） 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 400 D 63mm d 0.7 d 45mm 由于 = ，又由 得 D 3.4最小导向长度的确定 当活塞杆全部外伸时，从活塞支撑面中点到缸盖滑动支撑面中点的距离 H称为最小导向长度。如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度增大，影 响液压缸的稳定性，因此设计时一定要保证有一定的最小导向长度。 对一般的液压缸，最小导向长度H应满足一下要求 L D H   35mm 20 2 式中 L液压缸的最大行程（L取60mm）； D液压缸的内径。  活塞的宽度B= （0.6 1.0）D，这里取0.8D=50.4mm；缸盖滑动支撑面 的长度l，根据液压缸内径D而定； 1  当D80mm时，取l=(0.6 1.0)D； 1  当D80mm时，取l=(0.6 1.0)d。 1 因为D80mm，所以l=0.8D=50.4mm。 1 16 3.5缸体长度的确定 液压缸缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体外形长  度还要考虑到两端端盖的厚度。一般液压缸缸体长度不应大于内径的20 30 倍，在这里可取600mm。 17 油缸的一般性能计算 液压油作用在油缸活塞上的作用力F，对于一般单边活塞杆油缸（其他 D 2 类型的油缸可以类推）来说，当活塞杆前进时的推力：F Ap p 1 1 4 （公斤） 当活塞杆后退时的拉力：F Ap  p （公斤） 2 2 4 D d 2 2 当活塞杆差动前进时（即活塞的两侧同时进压力油）的推力： F (A A )p3 1 2 d 2 4 （公斤） 式中D—直径（即油缸内径）（厘米）； d—活塞杆直径（厘米） 2 p—液压缸的工作所承受的压力（公斤/厘米 ） 图3.5 油缸活塞的受力 根据计算所得油缸的内径计算： 1、 推力： 2  F D  p1 4 2 3.14 3 0.063  2010 4 62.3133KN 2、 拉力： 18 2 2  F  D d  p2   4 2 2 3.14 3  0.063 0.045   4 2010 30.5208KN 3、 单活塞杆液压缸差动连接时，液压缸的推力； 2  F d  p3 4 2 3.14 3 0.045  2010 4 31.7925KN 3.6缸盖厚度计算 一般液压缸多为平底缸盖，其有效厚度 按强度要求计算。t py 无孔时 t0.433D2    pD 有孔时 t0.433D2 y 2  D d    2 0 式中 t ——缸盖有效厚度（ｍ）； D ——缸盖止口内径 （ｍ）； 2 d ——缸盖孔的直径 （ｍ）。 0 这里取缸盖止口内径为70，缸盖孔的直径为50。 所以这里缸盖厚度 为：t pD t0.433D y 2 2  D d    2 0 250.07 0.4330.07 1000.02 0.028 19 20 3.7液压千斤顶活塞部位的密封 在大活塞与大油缸配合部位采用的尼龙碗形密封件与O形密封圈组合而 成的组合密封装置，由于橡胶拥有非常良好的弹性，受力时迫使尼龙碗的唇边与 缸壁贴合，起良好的密封作用。 缺点如图： 21 密封圈处在小孔口，缸中的超高压工作油在限位孔处存在极大的压力 差，会使密封圈在此处遭受极大的撕拉作用。由此产生损伤，形成轴向沟痕。 此沟痕随着起重物的加重，限位孔直径的增大以及超越限位孔次数的增多而 变大加深，最终会破坏了密封圈的密封性能。致使活塞不能推动重物上升。 为此。要求密封圈材质的强度要高。由于面柱与面柱面的配合始终存在一定 的误差，为了尽最大可能避免因为油液单独进入一边空隙造成压力不平衡而引起活塞卡 死现象，可以在活塞与大油缸配合的活塞头上适当开辟油沟，平衡各边压力。 22 3.8液压千斤顶及单向阀示意图 液压千斤顶 23 单向阀装配图 第4章 液压千斤顶常见的故障与维修 液压千斤顶常见故障及处理方法 问 题 原 因 解 決 方 式 依照泵浦型号添加所需 千斤顶无法顶升、顶升缓慢或急速 泵浦油箱油量太少 液压油 24 泵浦洩压阀没有上 上紧洩压阀 紧 油压接头没有上紧 确实上紧油压接头 依照千斤顶额定负载使 负载过重 用 油压千斤顶组内有 将空气排出 空气 千斤顶柱塞卡死不 分解千斤顶检修内壁及 动 油封 油路间没有锁紧漏 上紧油路间所有接头 油 千斤顶顶升但无法持压 从油封处漏油 更换损坏油封 泵浦内部漏油 检修油压泵浦 泵浦洩压阀没有打 打开泵浦洩压阀 开 依照泵浦型号存放所需 泵浦油箱油量过多 液压油 千斤顶无法回缩、回缩缓慢及不正 油压接头没有上紧 确实上紧油压接头 常 油压千斤顶组内有 将空气排出 空气 油管内经太小 使用较大内经油管 千斤顶回缩彈弹簧 分解千斤顶检修 损坏 电源没接或开 检查电源、开关 继电器、开关 或碳 电动油压泵浦无法起动 检查更换损坏零件 刷可能损坏 电源安培数不夠 增加另一个电源回路 马达损坏 更换马达 马达电流安培数过高 洩压阀设定不当 重新设定洩压阀压力 齿轮泵浦内部损坏 检修齿轮泵浦 齿轮泵浦轴心油封 折开马达及齿轮泵浦更 液压油流入马达部位 损坏 换损坏油对 齿轮泵浦柱塞卡住 折开齿轮泵浦更换损坏 泵浦连转有异音 或弹簧、 零件 钢珠移位或损坏 齿轮泵浦轴心油对 折开马达及齿轮泵浦更 液压油流入马达部位 损坏 换损坏油封 在千斤顶完全缩回时，依 泵浦无油、使千斤顶柱塞完全 泵浦油箱油量太少 照泵浦型 伸出或柱塞伸出有抖动现象 号添加所需液压油 25 泵浦油位内有異物 阻塞或过滤器 检查并清洁过滤器 阻塞从洩压阀没有 上紧 油压接头没有上紧 确实上紧油压接头 液压油温度太低或

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