液控蝶阀液压站设计

一课程设计的目的《液压与气压传动》课程是工科机械类各专业都开设的一门重要课程。它既是一门理论课，也与生产实际有着密切的联系。为了学好这样一门重要课程，除了在教学中系统讲授以外，还应设置课程设计教学环节，使学生理论联系实际，掌握液压传动系统设计的技能和方法。液压传动课程设计的目的主要有以下几点：1、综合运用液压与气压传动课程及其他有关先修课程的基本理论、生产实践和相关专业知识，进行液压传动设计实践，使理论知识和生产实践紧密结合起来，从而使这些知识得到进一步的巩固、加深提高和扩展，并掌握液压系统设计计算的一般方法和步骤。2、在设计实践中学习和掌握各种常用的标准与非标准液压元件的设计方法，尤其是各类标准元件的选用原则和回路的组合方法，培养机械制图、结构设计和工程运算等设计技能，提高学生分析和解决生产实际问题的能力，为今后的设计工作打下良好的基础。3、通过设计，学生应在计算、绘图、运用和熟悉有关技术资料（包括设计手册、产品样本、标准和规范）以及进行估算方面得到实际训练。掌握与本设计有关的资料查询和正确运用，熟练掌握其中的有关技巧。1设计步骤1、确定液压执行元件的形式，明确设计要求，进行工况分析。2、初定液压系统的主要参数。3、制定基本方案，拟定液压系统原理图。4、计算和选择液压元件。5、验算液压系统性能。6、绘制工作图和编写技术文件。2明确设计要求设计要求是进行每项工程设计的依据。在制定基本方案并进一步着手液压系统各部分设计之前，必须把设计要求以及与该设计内容有关的其他方面了解清楚。(1)主机的概况：用途、性能、工艺流程、作业环境、总体布局等；(2)液压系统要完成哪些动作，动作顺序及彼此联锁关系如何；(3)液压驱动机构的运动形式，运动速度；(4)各动作机构的载荷大小及其性质；(5)对调速范围、运动平稳性、转换精度等性能方面的要求；(6)自动化程序、操作控制方式的要求；(7)对防尘、防爆、防寒、噪声、安全可靠性的要求；(8)对效率、成本等方面的要求。二确定液压系统主要参数液压系统的主要参数是压力和流量，它们是设计液压系统，选择液压元件的主要依据。压力决定于外载荷。流量取决于液压执行元件的运动速度和结构尺寸，故液压系统的主要参数决定了执行元件结构和尺寸，同样也决定了液压系统的结构尺寸与成本。1、初选系统工作压力执行元件的工作压力主要根据运动循环各阶段中的最大总负载力来确定，此外，还需要考虑以下因素：(1)首先要考虑设备类型及各类设备的不同特点和使用场合。(2)考虑执行元件的装配空间、经济、元件供应情况和重量等因素，工作压力选得低，则元件尺寸大、重量重，对某些设备来说，尺寸要受到限制，从材料消耗角度看也不经济；反之，压力选得高一些，则元件尺寸小、重量轻，但对元件的材质、制造精度、密封性能要求高，必然要提高设备成本。一般来说，对于固定的、尺寸不太受限的设备，压力可以选低一些，行走机械、重载设备压力要选得高一些。所以，执行元件的工作压力的选择有两种方式：一是根据机械类型选；二是根据切削负载选。具体选择可参考表3–1和表3–2。表3–1按负载选择工作压力表3–2按机械类型选执行件的工作压力值得注意的是，高压化是液压系统发展趋势之一，因此压力应选得高一些，以减小系统的体积是可行的。此外，低压阀已逐渐淘汰，即使是低压系统也应采用高压阀。2液压缸的设计2.1工况分析启动力为290KN，液压缸的平均输出速度为0.8m/min，设计液压缸的行程，由于采用伸缩式液压缸，其中一级活塞的行程为358mm，二级活塞（内缸筒活塞）的行程为267mm。2.2液压缸主要几何尺寸的计算液压缸的主要几何尺寸，包括液压缸的内径，活塞杆的直径，液压缸行程等。2.2.1液压缸内径的确定2.2.1.1初选液压缸的工作压力根据分析，此举伸机构的负载较大，初选液压缸的工作压力为p=16Mpa。2.2.1.2计算液压缸的尺寸取F=maxF=290000NA=F/p(2.1)=290000/16106=0.018125m2D=14.3018125.044Am(2.2)=15.19510-2m查机械设计手册GB2348-80，按标准取：D=150mm。2.2.2.1活塞杆直径的计算根据φ和P的关系速度比φ取1.6来确定活塞杆的直径：d=D1(2.3)=120.56mm同上，按标准取：d=130mm。2.2.2.2活塞杆的稳定性校核因为活塞杆行程为358mm，所以取活塞长为567mm，而活塞直径为130mm，L/d=567/130=4.3610，无需进行稳定性校核。2.2.3液压缸的有效面积根据上面的结果，则液压缸的有效面积为：无杆腔面积4140.014159.34221DA㎡(2.4)=0.0158m2有杆腔面积4130.014159.34222dA㎡(2.5)=0.013m22.2.4液压缸内缸筒的行程液压缸内缸筒的行程为L=267mm。2.2.5液压缸内缸筒的长度液压缸内缸筒的长度由液压缸的行程决定，液压缸内缸筒长度L=526mm。2.3液压缸结构参数的计算液压缸内缸筒的结构参数，主要包括缸筒壁厚，油口直径、缸底厚度、缸头厚度等。2.3.3缸筒壁厚δ的计算和校核2.3.3.1壁厚的计算查机械设计手册第五卷第七章表37·7-64，由上求得缸体内径标准值140mm，得外径190mm。可知δ=（190-140）/2=50/2mm=25mm。(2.6)2.3.3.2液压缸的缸筒壁厚的校核缸的额定压力pn=16Mpa=16Mpa,取py=1.25pn=1.2516Mpa=20Mpa。液压缸缸壁的材料选35号钢，查金属工艺学表6-5（GB699-88），得其材料抗拉强度σb=520Mpa。取安全系数为n=5，[σ]=σb/5=520/5MPa=104MPa(2.7)D/δ=140/25=5.610，δ≥yyppD3.1][4.0][(2-1)mm)1203.1104204.0104(2140mm=14.7mm25mm壁厚合适。2.3.4液压缸油口直径0d的计算0013.0vvdd(2.8)式中0d--液压缸油口直径md—液压缸内径0.14mv—液压缸最大输出速度0.9m/min查表得0v--油口液流速度4.8m/smd8.49.014.013.00=0.004m=4mm(2.9)液压缸缸筒设计：(1)液压缸内径的确定根据分析，缸筒为伸缩式液压缸的二级活塞，由上面设计可知d=190mm.由式d=D1由φ和P的关系取速度比φ取1.92可得D=198.53mm按标查机械设计手册GB2348-80，按标准取取D=200mm。(2)内缸筒的稳定性校核因为内缸筒长为526mm，而内缸筒直径为190mm，L/d=526/190=2.7710，无需进行稳定性校核。(3)液压缸的有效面积根据上面的结果，则液压缸的有效面积为：有杆腔面积419.014159.34221DA㎡=0.028m2(2.10)无杆腔面积420.014159.34222dA㎡=0.0314㎡(2.11)液压缸的结构参数，主要包括缸筒壁厚，油口直径、缸底厚度、缸头厚度等。(4)缸筒壁厚δ的计算和校核壁厚的计算查机械设计手册第五卷第七章表37·7-64，由上求得缸体内径标准值200mm，得外径245mm。可知δ=（245-200）/2(2.12)=45/2mm=22.5mm2.3.3.1液压缸的缸筒壁厚的校核缸的额定压力pn=16Mpa=16Mpa,取py=1.25pn=1.2516Mpa=20Mpa。液压缸缸壁的材料选35号钢，查金属工艺学表6-5（GB699-88），得其材料抗拉强度σb=520Mpa。取安全系数为n=5，[σ]=σb/5=520/5MPa=104MPa(2.13)D/δ=200/22.5=8.8910，δ≥yyppD3.1][4.0][(2-1）mm203.1104204.0104(2200-1）mm=4.8mm22.5mm壁厚合适。2.3.4液压缸油口直径0d的计算0013.0vvdd(2.14)式中0d--液压缸油口直径md—液压缸内径0.20mv—液压缸最大输出速度0.9m/min0v--油口液流速度4.8m/smd8.49.020.013.00(2.15)=4mm2.3.5缸底厚度h的计算该液压缸为平形缸底且无油孔，其材料是HT350。][433.0ypdh(2.16)式中h--缸底厚度md—液压缸内径myp--试验压力Pa[σ]—缸底材料的许用应力，取安全系数n=5，则[σ]=5b=70Mpa。由于缸的额定压力np=16MPa≤16MPa，所以取yp=24MPanp=16.0MPamh661070101620.0433.0(2.17)=0.042m=42mm2.3.6缸头与法兰的联结计算2.3.6.1联结方式：螺栓联结2.3.6.2螺栓的设计2.3.6.2.1计算每个螺栓的总拉力F选用8个螺栓均布在缸头上，则NNQF38500830800082.3.6.2.2计算直径d螺栓连接缸头和法兰，主要受到变载荷的作用，而影响零件疲劳强度的主要因素为应力幅，故应满足疲劳强度条件][2211aadFccc(2.18)查机械原理与设计表15-3公式1][kskama，设螺栓直径20mm，取ε=1，mk=1，as=3.5，k=4.5，求得：1][kskama=MPa2405.45.311MPa23.15(2.19)螺栓和被联结件均为钢制，采用金属垫片，故取相对刚度系数3.0211ccc即有MPadF58.1323.020.361023.1523.0Fd98.211023.1514159.33850023.06mm由设计手册，选M22，与原设相符。2.3.7缸头厚度h的计算本液压缸选用螺钉联结法兰，其计算方法如下：][)(30opopddDFh(2.20)式中h—法兰厚度mF--法兰受力总和Nd—密封环内径mHd--密封环外径m0D--螺钉孔分布圆直径mopd--密封环平均半径m[σ]—法兰材料的许用应力Pa均压槽一般宽为0.4mm，深为0.8mm，O型密封圈的压缩率为W=（00/)dhd，缸头和法兰的联结是固定的，其密封也是固定的，取W=20%，即00/)8.0(dd=0.2得0d=1，0d为密封圈直径。F=308000N，Hd=140mmopd=140-0d/2=139.5mm(2.21)间螺LddDH20=140mm+23+22+27=272mm(2.22)[σ]=MPaMPanb1205600(2.23)mmmmh481205.13914159.3)5.139272(30800032.3.8法兰直径和厚度的确定法兰直径取与缸头直径相同，即mmd308法法兰厚度取mmh38法2.3.9缸盖的联结计算联接方式：螺栓联接缸体螺纹处的拉应力为：zdFK214(2.24)切应力：zddFKK31012.0(2.25)合成应力为：][3.1322n(2.26)式中K—螺纹拧紧系数，动载荷，取K=1.5F--缸体螺纹处所受的拉力N，F=308000N1d--螺纹内径mmz--螺栓个数，取z=8σ—螺纹处的拉应力Pa[σ]—螺纹材料的许用应力，[σ]=MPaMPanb4005.1600n—安全系数，一般取1.5-2.5MPad400843080005.13.13.121(2.27)mmd4.151由设计手册，取M16。图2.1液压缸图2.3.10缸头直径gd和缸盖直径Gd取两者相同，即gd=Gd=0D+螺d+间d(2.28)=（272+16+210）mm=304mm2.3.11液压缸主要尺寸的确定2.3.11.1活塞最小导向长度HL为活塞的行程H≥