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1、摘 要 本文主要介绍了液压启闭机液压缸毕业设计。液压缸设计包括了系统工作压力的确定、液压活塞直径的确定和活塞杆直径的确定、液压缸壁厚和外径计算、缸盖厚度的确定、缸体长度的确定以及活塞杆稳定性的验算。本文结合传统设计和计算机辅助工程技术，先依据经验公式计算，确定了液压缸安装方案，设计了液压缸活塞及活塞杆参数，校核了匹配连接螺栓，销轴等；完成了液压缸的设计计算。然后利用AutoCAD，Pro/Engineer辅助设计平台，完成液压缸所有零件的二维及三维建模。通过分析的数据校核了先前的设计，同时进一步优化设计和系列化设计提供了依据。关键词：液压缸 AutoCAD Pro/Engineer Abstr
2、actThis paper mainly introduces the hydraulic hoister hydraulic cylinder graduation design. The hydraulic cylinder design including the system work pressure determination, the determination of hydraulic piston diameter and determination of the diameter of piston rod and hydraulic cylinder wall thick
3、ness and outer diameter of the cylinder head thickness calculation, sure, the length of cylinder block and piston rod stability of determined checked. Combining with the traditional design and computer aided engineering technology, first on the basis of experience formula hydraulic cylinders, determ
4、ine the installation, and designs the hydraulic cylinder piston and piston rod parameters, checked matching connecting bolts and pin shaft, etc.; Completed the design of hydraulic cylinder is calculated. Then use AutoCAD, Pro/e aided design platform, complete all parts of hydraulic cylinder is two-d
5、imensional and three-dimensional modeling. Through the analysis of data checked the previous design, and further optimization design and serialized design to provide the basis.Keywords: hydraulic cylinder AutoCAD Pro/Engineer毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所
6、知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名
7、： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保
8、存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日目 录摘 要ABSTRACT目 录引 言11 设计说明32 设计条件33 油缸内经机活塞杆直径确定43.1 油压确定4 3. 2 计算油缸内经D53.2.2 强度要求53.2.3 长细比要求54 工作油压计算65 缸体壁厚计算及强度计算65.1 壁厚计算65. 2 强度计算76 缸体与法兰联接螺栓强度计算8 6. 1 接应力计算.8 6. 2 螺纹牙强度计算.9 6. 3 拧紧力矩计算.97 活塞杆与活塞连接螺母强度计算10 7. 1 螺纹牙强度计算.10 7. 2 螺纹接触表面承压应力计算.
9、118 活塞杆吊头及吊轴计算129 机架强度计算15结 束 语18参 考 文 献19致 谢20附录21 引 言制造业的历史可追溯到几百万年前的旧石器时代。猿进化成人的一个重要的标志就是工具的。社会的制造。可见，工具的制造对人类的影响是极其巨大的。从某种程度上说，工具的先进水平决定着生产力的高低发展与变革，是伴随着劳动工具的发展与变革。制造业是任何一个发达国家的基础工业，是一个国家综合国力的重要体现。而在制造业中，液压系统又是制造业的基础，得到了各个国家的高度重视。尤其在今天以知识为驱动的全球化经济浪潮中，由于激烈的市场竞争，夹具工业的内涵、深度和广度都发生着深刻的变化，各种新的液压系统、制造加
10、工方法不断出现，推动着我们的社会不断的向前发展。液压系统是现代工业的基础。它的技术水平在很大程度上决定了产品的质量和市场的竞争力。随着我国加入“WTO”步伐的日益加快。“入世”将对我国夹具工业产生重大而深远的影响，经济全球化的趋势日益明显，同时世界众多知名公司不断进行结构调整，国内市场的国际性进一步显现，该行业的将经受更大的冲击，竞争也会更加剧烈。在如此严峻的行业背景下，我国的技术人员经过不断的改革和创新使得我国的模具水平有了较大的提高，大型、复杂、精密、高效和长寿命的液压又上了新台阶。液压是每个机制制造方面目前普遍用的，它可以大批量生产，节省人力物资，效率相对高，操作方便，结构合理，它的成本
11、低廉，适合广大人群所承受的能力。毕业设计的意义：毕业设计是学生从学习向工作过度的综合锻炼，也是一次提高和再学习的机会。毕业设计从准备到设计结束几乎要花去一个学期的时间，最后要形成一整套的文档资料。毕业设计也是对学生最后的综合考核，因此，扎实认真高质量的完成毕业设计任务，具有重要意义！1.通过毕业设计的准备工作，进一步提高我们独立调研能力以及专业业务素质。并通过文献查阅、现场收集资料等工作。锻炼解决液压系统的问题的能力。2.能巩固深化扩充我们的专业知识，并通过毕业设计中对涉及到的问题的分析研究，提出我们自己的见解和观点。3.通过毕业设计，树立良好的工作思想和细致、严谨、科学的工作态度，为一个未来
12、的工程师奠定基础！这次设计使我能综合运用机械制造工艺学中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践经验知识，独立的分析和解决工艺问题，初步具备了设计一个中等复杂程度零件（输出轴）的工艺规程的能力和运用夹具设计的基本原理和方法，拟订液压设计方案，完成液压结构设计的能力，为未来从事的工作打下良好的基础。由于能力所限，经验不足，设计中还有许多不足之处，希望各位老师多加指教。1、设计说明本计算书为施工设计阶段对启闭机进行的有关设计计算，按照三峡二期工程启闭机设备招标文件的要求，本设计主要遵照以下设计规范、标准、文件及设计手册： SL41 水利水电工程启闭机设计规范 DL/T5019 水利水电工程启闭机制造
13、、安装及验收规范 GB3811 起重机设计规范 GB3766液压系统通用技术条件 GB7935液压元件通用技术条件 长江三峡水利枢纽永久船闸、大坝和电站厂房二期工程启闭机设备采购招标文件, 1995.5 机械设计手册, 化学工业出版社(第三版） 机械设计手册, 机械工业出版社(九八年版）液压工程手册, 机械工业出版社水电站机电设计手册金属结构，水利电力出版社2、设计条件额定启门力250kN启门油压15.6MPa启门速度 1.43 m/min闭门速度 1.43 m/min工作行程4100 mm最大行程4300mm启门时间3 min闭门时间3min油缸内径200mm活塞杆直径140mm标准号材料牌
14、号热处理状态截面尺寸 力学性能指标s（MPa）b（MPa）5（%）（%）JB/T6397-9245正火+回火10030558077017-10025027556075015-JB/T6397-9240Cr调质100(540)7351545100300(490)68514453、油缸内径及活塞杆直径的确定3.1油压确定：系统油压按21MPa控制，油缸最大工作油压按比18MPa控制。3.2计算油缸内径D：油缸油压最大P=180kg/cm2=18MPa液压缸有效载荷F=250KN考虑油缸的最大工作油压: 注： F为启门工作力 P工为工作压力 A为油缸面积查机械设计手册（第三版）表19-6-3暂取 D
15、=16cm=160mm 暂按活塞杆d=D/2注： 取速度比=1.33 d=79.69mm则d=16cm/2=80mm则 18mpa设油缸缸筒内径为D，活塞杆直径为d，先确定活塞杆直径d。活塞杆直径d须满足下列要求：3.2.1强度要求 设活塞杆最小截面处直径为d0，则上式为： 活塞杆材料为40Cr，热处理方法为调质，其许用应力为： =0.4=0.44400=1760 kgf/cm2 式中 F=250kN=25000kgf代入上式，得： 3.2.2长细比要求 根据水利水电工程启闭机设计规范H.6.4.1 b0.4则L0=L1 注： L1为活塞杆展开全长 I1,I2分别为活塞杆和油缸缸体断面的惯性矩
16、mm4 （注：活塞杆受压时220，受拉时250，这里此时受拉）代入L1=10700mm，得： 取整查机械设计手册（第三版）表19-6-3得 d=140mm活塞杆实际长细比为： 4、工作油压计算 启门油压： 18mpa分析得油缸缸径小了，查表19-6-3（同上）取D=200mm时计算得： P0=15.6mpa18mpa5、缸体壁厚计算及强度验算 计算方法参考机械设计手册化工版第三版第4卷。5.1壁厚计算 缸体由缸筒与两端法兰焊接而成，缸筒采用两段德国曼内斯曼公司制造的标准热轧无缝钢管对接焊接，材料牌号为ST65，热处理方式为正火+高温回火，其机械性能如下： b6000kgf/cm2；s3550k
17、gf/cm2；s=17%； k200kJ/m2；40%；HB=172223 许用应力为： 式中n为安全系数，取n=5 按中等壁厚考虑，则壁厚应满足： 式中： pmax最大工作压力，pmax=156kgf/cm2D缸体内径，D=200mm 代入上式，得： 考虑外径公差余量及腐蚀余量，壁厚圆整为：=20mm 因而外径为： D1=D+2=200+220=240mm缸体实际最大环向应力为： 5.2强度验算对=40mm作如下三方面的验算： 额定工作压力应满足下式要求，以保证工作安全：或式中： D1缸筒外径，D1=240mm D缸筒内径，D=200mm s=3550kgf/cm2即：或 满足要求 为避免塑
18、性变形的发生，额定工作压力还应满足： pn（0.350.42）prL 式中：prL缸筒发生完全塑性变形时的压力 pn0.35prL=226.3 kgf/cm2满足要求 验算缸体的爆裂压力： 满足要求6、缸体与法兰联接螺栓强度计算 计算方法参考机械设计手册机工版（98年版）。螺栓规格为：M202；数量：12个 材料：3Cr13(不锈钢)，其机械性能如下： b7350kgf/cm2, 0.25400kgf/cm2 每个螺栓所受的轴向荷载为： 6.1拉应力计算 按控制预紧力考虑，安全系数n=1.21.5，取n=1.5，则许用拉应力为： 每个螺栓所受的总拉力为： 式中： ko预紧系数，ko=1.22.
19、0，取ko=1.35 kc刚性系数，kc =0.20.3，取kc =0.25拉应力为： （注：d1为螺纹内径，查表得d1=1.7835mm）满足要求6.2螺纹牙强度计算 许用剪应力为： 许用弯应力为： 剪切应力计算 其中，载荷不均系数，因d/t=42/3=14，取 d1螺纹内径，查表得 b螺纹牙根部宽度，对普通螺纹： z旋合圈数，取z=10 满足要求 弯曲应力计算 其中，h螺纹牙的工作高度，对普通螺纹： 、b、z同上。 满足要求6.3拧紧力矩计算 式中： k拧紧力矩系数，查表知无润滑一般加工表面k=0.180.21, 取k=0.2 k0预紧系数，k0=1.35 F0预紧力，F0= k0Fzd
20、螺栓公称直径，d=20mm=0.020m7、活塞杆与活塞联接螺母强度计算 计算方法参考水利水电工程启闭机设计规范（SL41）附录G。螺母规格为：M804 材料：45#钢，调质，其曲服强度为： s3600kgf/cm27.1螺纹牙强度计算 许用弯应力为： 许用剪应力为： 剪切应力计算 其中，D内螺纹大径， b螺纹牙根部宽度，对普通螺纹： z旋合圈数，取z=10 =286kgf/cm2 满足要求 弯曲应力计算 其中，h螺纹牙的工作高度，对普通螺纹： D、b、z同上。 满足要求7.2螺纹接触表面承压应力计算 式中：D1螺纹小径，查表得D1=75.670mm H螺母高度，H/t为螺纹工作牙数，超过10
21、牙以10牙计 满足要求 8、活塞杆吊头及吊轴计算8.1吊轴计算 吊轴直径：90mm（dz=9cm） 材料及热处理方法：40Cr，调质许用应力：=3200 kgf/cm2，=2150 kgf/cm2轴的受力方式见下左图： 图中c=120mm (轴承与轴的接触段长度) l=160mm r=c/l=120/160=0.75 最大弯矩： 抗弯截面模量： W=dz 3/32 =3.1493/32 =71.53 cm3 最大弯应力为： max= Mmax/W =62500/71.53 =873.76 kgf/cm2 最大剪力为： Qmax=F/2=25000/2=12500 kgf 抗剪面积为： A=d2
22、/4 =3.1492/4 cm2 =63.6cm2 最大剪应力为： max= Qmax/A =12500/63.6 =196.54 kgf/cm2 合成应力为： 吊轴安全 计算方法参见起重机设计规范。 吊头材料选用45钢，调质处理，其屈服强度为： s3500kgf/cm2吊头外形示意图见下左： d=200mm r=300mm h1=r-d/2=50mm h2=r/2=150mm =120mm 水平截面AA 根据水电水利工程启闭机设计规范G.2.2.1查表G6得a=1.3 =1867.13kgf/cm2 /1.7=3500/1.7=2060kgf/cm2 垂直截面BB 轴孔d的内侧拉应力(切向)
23、最大，按厚壁筒公式计算： 吊头安全。9、机架强度计算把机架看作简支梁，其受力情况如下图所示：机架受到的总作用力为： 机架单边工字梁上所受最大力为： 最大弯矩： =15t100/4 =375000kfgcm机架为焊接工字梁结构，截面尺寸如下： H=420mm, B=180mm, =20mm, t=10mm, h=H-2=360mm, b=B-t=170mm抗弯截面模量： 最大弯应力： 机架钢板材料为16Mn，=1400kgf/cm2，=900kgf/cm2 max最大剪力: 抗剪面积: A=BH-bh=1842-1736=144cm2最大剪应力: 合成应力为: 机架安全。 结 束 语通过本次毕业
24、设计，本人基本学会了综合运用前面所学的理论 知识和生产实践知识去分析和解决机械设计问题，掌握了一般机械设计方法和设计步骤，培养了严肃、认真、实事求是的科学工作态度和决不能弄虚作假的工作作风。在这个设计过程中，使我对液压系统有了更加全面的认识和理解。液压缸设计包括了系统工作压力的确定、液压活塞直径的确定和活塞杆直径的确定、液压缸壁厚和外径计算、缸盖厚度的确定、缸体长度的确定以及活塞杆稳定性的验算。本文结合传统设计和计算机辅对以上软件要一一熟悉和练习，同时提高对软件的学习。 总之，导师的帮助只是起引导作用，自己动手才会彻底解决问题。参 考 文 献 1 袁承训.液压与气压传动（第二版）.北京:机械工
25、业出版社,2000.72 廖念钊.互换性与测量技术基础.北京:中国计量出版社,1995.53 李澄.机械制图（第二版）.北京:高等教育出版社,2003.84 雷天觉.液压工程手册.北京:机械工业出版社,1990.45 林建亚、何存兴.液压元件.北京:机械工业出版社,1988.116 中国机械工业教育协会.机械设计基础.北京:机械工业出版社,2001.67 周健.AutoCAD 2007中文版应用教程.北京:机械工业出版社,2008.28 童秉枢.现代CAD技术.北京:清华大学出版社,2000.79 张定华.工程力学（少学时）.北京:高等教育出版社,2000.6 致 谢首先感谢校方给予我这样一次
26、机会，能够独立地完成一个课题，并在这个过程当中，给予我们各种方便，使我们在即将离校的最后一段时间里，能够更多学习一些实践应用知识，增强了我们实践操作和动手应用能力，提高了独立思考的能力；其次是感谢张老师的细心指导，在整个毕业设计中，老师给了我很大的帮助；最后感谢在整个毕业设计期间和我密切合作的同学，和曾经在各个方面给予过我帮助的伙伴们。 终于在我的不懈努力下，毕业设计完成了。从开始直到设计基本完成，我有许多感想。这是我们比较独立的在自己的努力下做一个与专业相关的设计。首先要多谢老师给我们的这个机会，还要感谢诸多同学的帮助。我深切的感觉到，在这次设计中也暴露出我们的许多薄弱环节，很多学过的知识不
27、能灵活应用，在这次作业后才渐渐掌握，以前学过的东西自己并不是都掌握了，很多知识都已很模糊，经过这次设计又回忆起来了。做作业的期间用到的手工制图又得到了巩固，AutoCAD画图软件也在不断练习中进一步深入，学会了如何去应用工程手册，我体会到张老师的良苦用心。总的说来，我感觉这次毕业设计学到了很多东西，是很有意义的感谢所有在这次毕业设计中给予过我帮助的人。附录1.液压缸装配图1张2. 缸筒零件图1张3. 半活塞零件图1张4. 半活塞零件图1张5. 吊头零件图1张6. 下缸盖零件图1张7. 活塞杆零件图1张学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行的研究工作所取得的
28、成果。尽我所知，除文中已经特别注明引用的内容和致谢的地方外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明并表示感谢。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者（本人签名）： 年 月 日学位论文出版授权书本人及导师完全同意中国博士学位论文全文数据库出版章程、中国优秀硕士学位论文全文数据库出版章程(以下简称“章程”)，愿意将本人的学位论文提交“中国学术期刊（光盘版）电子杂志社”在中国博士学位论文全文数据库、中国优秀硕士学位论文全文数据库中全文发表和以电子、网络形式公开出版，并同意编入CNKI中国知识资源总库，在
29、中国博硕士学位论文评价数据库中使用和在互联网上传播，同意按“章程”规定享受相关权益。论文密级：公开保密（_年_月至_年_月）(保密的学位论文在解密后应遵守此协议)作者签名：_ 导师签名：_年_月_日 _年_月_日独 创 声 明本人郑重声明：所呈交的毕业设计(论文)，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本声明的法律后果由本人承担。作者签名: 二一年九月二十日毕业设计（论文）使用授权声明本人完
30、全了解滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定。本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计（论文）；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布设计（论文）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。（保密论文在解密后遵守此规定）作者签名: 二一年九月二十日致 谢时间飞逝，大学的学习生活很快就要过去，在这四年的学习生活中，收获了很多，而这些成绩的取得是和一直关心帮助我的人分不开的。首先非常感谢学校开设这个课题，为本人日后从事计算机方面的工作提供了经验，奠定了基础。本次毕业设计大概持
31、续了半年，现在终于到结尾了。本次毕业设计是对我大学四年学习下来最好的检验。经过这次毕业设计，我的能力有了很大的提高，比如操作能力、分析问题的能力、合作精神、严谨的工作作风等方方面面都有很大的进步。这期间凝聚了很多人的心血，在此我表示由衷的感谢。没有他们的帮助，我将无法顺利完成这次设计。首先，我要特别感谢我的知道郭谦功老师对我的悉心指导，在我的论文书写及设计过程中给了我大量的帮助和指导，为我理清了设计思路和操作方法，并对我所做的课题提出了有效的改进方案。郭谦功老师渊博的知识、严谨的作风和诲人不倦的态度给我留下了深刻的印象。从他身上，我学到了许多能受益终生的东西。再次对周巍老师表示衷心的感谢。其次
32、，我要感谢大学四年中所有的任课老师和辅导员在学习期间对我的严格要求，感谢他们对我学习上和生活上的帮助，使我了解了许多专业知识和为人的道理，能够在今后的生活道路上有继续奋斗的力量。另外，我还要感谢大学四年和我一起走过的同学朋友对我的关心与支持，与他们一起学习、生活，让我在大学期间生活的很充实，给我留下了很多难忘的回忆。最后，我要感谢我的父母对我的关系和理解，如果没有他们在我的学习生涯中的无私奉献和默默支持，我将无法顺利完成今天的学业。四年的大学生活就快走入尾声，我们的校园生活就要划上句号，心中是无尽的难舍与眷恋。从这里走出，对我的人生来说，将是踏上一个新的征程，要把所学的知识应用到实际工作中去。
33、回首四年，取得了些许成绩，生活中有快乐也有艰辛。感谢老师四年来对我孜孜不倦的教诲，对我成长的关心和爱护。学友情深，情同兄妹。四年的风风雨雨，我们一同走过，充满着关爱，给我留下了值得珍藏的最美好的记忆。在我的十几年求学历程里，离不开父母的鼓励和支持，是他们辛勤的劳作，无私的付出，为我创造良好的学习条件，我才能顺利完成完成学业，感激他们一直以来对我的抚养与培育。最后，我要特别感谢我的导师赵达睿老师、和研究生助教熊伟丽老师。是他们在我毕业的最后关头给了我们巨大的帮助与鼓励，给了我很多解决问题的思路，在此表示衷心的感激。老师们认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我收益匪浅。他无论在理论上还是在实践中，都给与我很大的帮助，使我得到不少的提高这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助，感谢他耐心的辅导。在论文的撰写过程中老师们给予我很大的帮助，帮助解决了不少的难点，使得论文能够及时完成，这里一并表示真诚的感谢。
