1、 目 錄緒 論 第3頁第1章 液壓傳動的基礎知識 第4頁 1.1 液壓傳動系統的組成 第4頁 1.2 液壓傳動的優缺點 第4頁 1.3 液壓傳動技術的發展及應用 第6頁第2 章 液壓傳動系統的執行元件 液壓缸 第8頁 2.1 液壓缸的類型 特點及結構形式 第8頁 2.2 液壓缸的組成 第11頁第3章 D G型車輛用液壓缸的設計 第19頁 3.1 簡介 第19頁 3.2 DG型液壓缸的設計- 第20頁第4章 液壓缸常見故障分析與排除方法 第27頁 總 結 第29 頁緒 論第一章 液壓傳動的基礎知識1.1 液壓傳動系統的組成液壓傳動系統由以下四個部分組成：1動力元件液壓泵 其功能是將原動機輸出的機

2、械能轉換成液體的壓力能，為系統提供動力。2執行元件液壓缸、液壓馬達。它們的功能是將液體的壓力能轉換成機械能，以帶動負載進行直線運動或者旋轉運動。3控制元件壓力、流量和方向控制閥。它們的作用是控制和調節系統中液體的動力、流量和流動方向，以保證執行元件達到所要求的輸出力（或力矩）、運動速度和運動方向。4輔助元件保證系統正常工作所需要的輔助裝置。包括管道、管接頭、油箱過濾器和指示儀表等。5工作介質-工作介質即傳動液體，通常稱液壓油。液壓系統就是通過工作介質實現運動和動力傳遞的。 1.2 液壓傳動的優缺點 優點： 1體積小、重量輕，單位重量輸出的功率大（一般可達32MPa,個別場合更高）。 2可在大范

3、圍內實現無級調速。 3操縱簡單，便于實現自動化。特別是和電氣控制聯合使用時，易于實現復雜的自動工作循環。4慣性小、響應速度快，起動、制動和換向迅速。(液壓馬達起動只需0.1s)5易于實現過載保護，安全性好；采用礦物油作為工作介質，自潤滑性好。6液壓元件易于實現系列化 標準化和通用化。 缺點： 1由于液壓傳動系統中存在的泄漏和油液的壓縮性，影響了傳動的準確性，不易實現定比 傳動。 2不適應在溫度變化范圍較大的場合工作。 3由于受液體流動阻力和泄漏的影響，液壓傳動的效率還不是很高，不易遠距離傳動。 4液壓傳動出現故障不易查找。1.3 液壓傳動技術的發展及應用液壓技術，從年英國制造出世界上第一臺水壓

4、機誕生算起，已經有多年的歷史了，然而在工業上的真正推廣使用卻是世紀中葉的事情了。第二次世界大戰期間，在一些武器裝備上用上了功率大、反應快、動作準的液壓傳動和控制裝置，大大的提高了武器裝備的性能。同時，也加速了液壓技術本身的發展。戰后，液壓技術迅速由軍事轉入民用，在機械制造、工程機械、鍛壓機械、冶金機械、汽車、船舶等行業中得到了廣泛的應用和發展。世紀年代以后，原子能技術、空間技術、電子技術等的迅速發展，再次將液壓技術向前推進，使其在各個工業領域得到了更加廣泛的應用。現代液壓技術與微電子技術、計算機技術、傳感技術的緊密結合已經形成并發展成為一種包括傳動、控制、檢測在內的自動化技術。當前，液壓技術在

5、實現高壓、高速、大功率、經久耐用、高度集成化等各項要求方面都取得了重大的進展，在完善發展比例控制和伺服控制、開發數字控制技術上也有許多新成果。同時，液壓元件和液壓系統的計算機輔助設計(CAD)和測試(CAT)、微機控制、機電一體化、液電一體化、可靠性、污染控制、能耗控制、小型微型化等方面也是液壓技術發展和研究的方向。繼續擴大應用服務領域，采用更先進的設計和制造技術，將使液壓技術發展成為內涵更加豐富完整的綜合自動化技術。目前，液壓技術已廣泛應用于各個工業領域的技術裝備上，例如機械制造、工程、建筑、礦山、冶金、船舶等機械，上至航空、航天工業，下至地礦、海洋開發工程，幾乎無處不見液壓技術的蹤跡。液壓

6、技術的應用領域大致上可以歸納為以下幾個主要方面：（1）各種舉升、搬運作業。尤其在行走機械和較大驅動功率的場合，液壓傳動已經成為一種主要方式。如起重機、起錨機等。（2）各種需要作用力大的推、擠、挖掘等作業裝置。例如，各種液壓機、塑料注射成型機等。（3）高響應、高精度的控制。飛機和導彈的姿態控制等裝置。（4）多種工作程序組合的自動操作與控制。如組合機床、機械加工自動線。（5）特殊工作場合。例如地下水下、防爆等。第二章 液壓傳動系統的執行元件 液壓缸2.1 液壓缸的類型及結構形式 液壓缸有多種類型。按作用方式可分為單作用式和雙作用式兩種；按結構形式可分為活塞式、柱塞式、組合式和擺動式四大類。 其中，

7、單作用液壓缸分為：單活塞桿液壓缸、雙活塞桿液壓缸、柱塞式液壓缸、差動液壓缸和伸縮液壓缸。但是，差動式液壓缸和柱塞式液壓缸只能單作用而不能雙作用。組合液壓缸包括：彈簧復位式、齒條式、串聯式和增壓式四種。擺動液壓缸又分為：單葉片式和雙葉片式兩種。下面以一種典型液壓缸為例，說明液壓缸的基本組成。空心活塞式液壓缸如上圖所示。它由缸筒10，活塞8，活塞桿1、15，缸蓋18、24，密封圈4、7、17，導向套6、19，壓板11、20等主要零件組成。這種液壓缸活塞桿固定，缸筒帶動工作臺作往復運動。活塞用錐銷9、22與空心活塞桿連接，并用堵頭2堵死活塞桿的一頭。缸筒兩端外圓上套有鋼絲環12、21，用于阻止壓板1

8、1、20向外移動，從而通過螺栓將缸蓋18、24與壓板相連（圖中沒有畫出），并把缸蓋壓緊在缸筒的兩端。為了減少泄漏，在液壓缸中可能發生泄漏的結合面安放了密封圈和紙墊。空心活塞桿和其上的油口a、c提供了液壓缸的進、出油口。當缸筒移動到左、右終端時，油口a、c的開度逐漸減小，造成回油阻力逐漸增大，對運動部件起到制動緩沖作用。在缸蓋上設有與排氣閥（圖中沒有畫出）相連的排氣孔5、14，可以排出液壓缸中的空氣，使運動更加平穩。表2-1液壓缸的類型和特點類型速度作用力特點單作用液壓缸雙活塞桿液壓缸U=q/A3F=p1A1活塞的兩側都裝有活塞桿，只能向活塞一側供給壓力油，由外力使活塞反向運動單活塞桿液壓缸U=

9、q/A3F1=p1A1活塞僅單向運動，返回行程利用自重或負荷將活塞推回柱塞式液壓缸U=q/A3F1=p1A1柱塞僅單向運動，由外力使柱塞反向運動差動液壓缸U3=q/A3F3=p1A1可使速度加快，但作用力相應減小伸縮液壓缸-以短缸獲得長行程；缸由大到小逐節推出，靠外力由小到大逐節縮回雙作用液壓缸雙活塞桿液壓缸U1=q/A3U2=q/A2F1=（p1-p2）A1F2=（p2-p1）A2雙邊有桿，雙向液壓驅動，雙向推力和速度均相等單活塞桿液壓缸U1=q/A3U2=q/A2F1=（p1-p2）A1F2=（p2-p1）A2單邊有桿，雙向液壓驅動，u1V U2，F1F2伸縮液壓缸-雙向液壓驅動，由大到小

10、逐節推出，由小到大逐節縮回組合液壓缸彈簧復位液壓缸-單向由液壓驅動，回程彈簧復位串聯液壓缸U1=q/（A1+A2）U2=q2A2F1=p1（A1-A2）-2qA2F1=2p2A2-A2-q1（A1+A2）用于缸的直徑受限制，而長度不受限制處，可獲得在的推力增 壓 缸-由活塞缸和柱塞缸組合而成，低壓油送入A腔，B腔輸出高壓油齒條液壓缸-活塞的移動通過傳動機構變成齒輪的往復回轉運動擺動液壓缸單葉片液壓缸W=8q/（b（D2-d2）T=p（D2-d2）b/8把液壓能變為回轉的機械能，輸出軸擺動角 < 300度雙葉片液壓缸W=4q/（b（D2-d2）T=p（D2-d2）b/4把液壓能變為回轉的機

11、械能，輸出軸擺動角 < 150度注：b葉片寬度；D葉片的底端 、頂端直徑；w葉片軸的角速度；T- 理論轉矩 2.2 液壓缸的組成 從以上液壓缸的結構形式上可知：液壓缸可以分為缸體組件、活塞組件、密封裝置、緩沖裝置和排氣裝置五大部分。(1)缸體組件 缸筒組件有缸筒和缸蓋組成。缸筒和缸蓋的連接形式與其工作壓力有關。當工作壓力p<10MPa時,缸筒使用鑄鐵；工作壓力p<20MPa時，缸筒使用無縫鋼管；工作壓力p>20MPa時，使用鑄鋼或鍛鋼。以下是幾種常見的缸筒與缸蓋的聯接形式：圖2-21(a)所示為法蘭連接式，結構簡單，容易加工，也容易裝拆，但外形尺寸和重量都較大，常用于鑄

12、鐵制的缸筒上。圖2-21(b)所示為半環連接式，它的缸筒壁部因開了環形槽而削弱了強度，為此有時要加厚缸壁，它容易加工和裝拆，重量較輕，常用于無縫鋼管或鍛鋼制的缸筒上。圖2-21(c)所示為螺紋連接式，它的缸筒端部結構復雜，外徑加工時要求保證內外徑同心，裝拆要使用專用工具，它的外形尺寸和重量都較小，常用于無縫鋼管或鑄鋼制的缸筒上。圖2-21(d)所示為拉桿連接式，結構的通用性大，容易加工和裝拆，但外形尺寸較大，且較重。圖2-21(e)所示為焊接連接式，結構簡單，尺寸小，但缸底處內徑不易加工，且可能引起變形。圖2-21缸筒和缸蓋結構(a)法蘭連接式(b)半環連接式(c)螺紋連接式(d)拉桿連接式(

13、e)焊接連接式由此可見，缸筒的材料一般要求有足夠的強度和沖擊韌性，對焊接的缸筒，還要求有良好的焊接性能。為了能夠最大限度的滿足用戶對產品性能的需求和產品設計的經濟合理以及保證工人人身和設備安全，改善操作者工作環境，洛陽強力液壓股份有限公司所生產的液壓缸缸筒毛坯件選擇由專業廠方提供內圓已經過衍磨和外圓已加工的高精度冷拔無縫鋼管，能滿足以下要求：a、缸筒內徑的圓度和圓柱度可選取8級。b、缸筒端面的垂直度選取7級精度。c、缸筒端部用螺紋連接時，螺紋應選取6級精度的細牙螺紋。(2)活塞組件活塞組件有活塞、活塞桿和連接件等組成，活塞與活塞桿連接形式決定于工作壓力、安裝形式、工作條件等。由于活塞在缸筒內作

14、往復運動，必須選用優質材料。對于整體式活塞，一般采用號鋼或號鋼；裝配式的活塞采用灰口鑄鐵、耐磨鑄鐵或鋁合金等材料，有特殊要求時可在鋼活塞坯外面裝上青銅、黃銅和尼龍等耐磨套，以延長活塞的使用壽命。活塞桿無論是空心的還是實心的其材料常采用號鋼或號鋼等材料，當沖擊振動很大時，也可采用號鋼或Cr鋼。圖2-22所示為幾種常見的活塞與活塞桿的連接形式：圖2-22 (a)所示為活塞與活塞桿之間采用螺母連接，它適用負載較小，受力無沖擊的液壓缸中。螺紋連接雖然結構簡單，安裝方便可靠，但在活塞桿上車螺紋將削弱其強度。圖圖2-22 (b)和(c)所示為卡環式連接方式。圖2-22 (b)中活塞桿5上開有一個環形槽，槽

15、內裝有兩個半圓環3以夾緊活塞4，半環3由軸套2套住，而軸套2的軸向位置用彈簧卡圈1來固定。圖2-22 (c)中的活塞桿，使用了兩個半圓環4，它們分別由兩個密封圈座2套住，半圓形的活塞3安放在密封圈座的中間。圖2-22 (d)所示是一種徑向銷式連接結構，用錐銷1把活塞2固連在活塞桿3上。這種連接方式特別適用于雙出桿式活塞。圖2-22 常見的活塞組件結構形式(3)密封裝置密封裝置主要用來防止液壓油的泄漏。液壓缸因為是依靠密閉油液容積的變化來傳遞動力和速度，故密封裝置的優劣，將直接影響液壓缸的工作性能。根據兩個需要密封的偶合面間有無相對運動，可把密封圈分為動密封和靜密封兩類。設計或選用密封裝置的基本

16、要求是：具有良好的密封性能，并隨著壓力的增加能自動提高其密封性能，摩擦阻力小，密封件耐油性，抗腐蝕性好，使用壽命長，使用的溫度范圍廣，制造簡單，裝拆方便等。通常液壓缸的密封有間隙密封、活塞環密封、型密封圈、Y型密封圈、V型密封圈等密封方式來防止漏油。圖2-23密封裝置(a)間隙密封(b)摩擦環密封(c)形圈密封(d)V形圈密封液壓缸中常見的密封裝置如上圖2-23所示。圖2-23 (a)所示為間隙密封，它依靠運動間的微小間隙來防止泄漏。為了提高這種裝置的密封能力，常在活塞的表面上制出幾條細小的環形槽，以增大油液通過間隙時的阻力。它的結構簡單，摩擦阻力小，可耐高溫，但泄漏大，加工要求高，磨損后無法

17、恢復原有能力，只有在尺寸較小、壓力較低、相對運動速度較高的缸筒和活塞間使用。圖2-23 (b)所示為摩擦環密封，它依靠套在活塞上的摩擦環(尼龍或其他高分子材料制成)在O形密封圈彈力作用下貼緊缸壁而防止泄漏。這種材料效果較好，摩擦阻力較小且穩定，可耐高溫，磨損后有自動補償能力，但加工要求高，裝拆較不便，適用于缸筒和活塞之間的密封。圖2-23 (c)、圖2-23 (d)所示為密封圈(O形圈、V形圈等)密封，它利用橡膠或塑料的彈性使各種截面的環形圈貼緊在靜、動配合面之間來防止泄漏。它結構簡單，制造方便，磨損后有自動補償能力，性能可靠，在缸筒和活塞之間、缸蓋和活塞桿之間、活塞和活塞桿之間、缸筒和缸蓋之

18、間都能使用。對于活塞桿外伸部分來說，由于它很容易把臟物帶入液壓缸，使油液受污染，使密封件磨損，因此常需在活塞桿密封處增添防塵圈，并放在向著活塞桿外伸的一端。(4)緩沖裝置當運動部件拖動質量較大的部件作往復運動時、運動速度較高時(v>12m/min)。運動部件慣性力較大，活塞運動到終端會與缸蓋發生機械碰撞，產生沖擊、噪聲，嚴重時影響加工精度，甚至引起破壞性事故。因此，在液壓缸內兩端部應設置緩沖裝置。一般緩沖裝置由緩沖柱塞、緩沖油腔、三角節流槽、單向閥、節流閥組成。組合的緩沖形有圓柱形環隙式、圓錐形環隙式、節流口可變式節流口可調式。緩沖裝置的工作原理是利用活塞或缸筒在其走向行程終端時封住活塞

19、和缸蓋之間的部分油液，強迫它從小孔或細縫中擠出，以產生很大的阻力，使工作部件受到制動，逐漸減慢運動速度，達到避免活塞和缸蓋相互撞擊的目的。如下圖2-24(a)所示，當緩沖柱塞進入與其相配的缸蓋上的內孔時，孔中的液壓油只能通過間隙排出，使活塞速度降低。由于配合間隙不變，故隨著活塞運動速度的降低，起緩沖作用。當緩沖柱塞進入配合孔之后，油腔中的油只能經節流閥1排出，如圖2-24 (b)所示。由于節流閥1是可調的，因此緩沖作用也可調節，但仍不能解決速度減低后緩沖作用減弱的缺點。如圖2-24 (c)所示，在緩沖柱塞上開有三角槽，隨著柱塞逐漸進入配合孔中，其節流面積越來越小，解決了在行程最后階段緩沖作用過

20、弱的問題。圖2-24 液壓缸的緩沖裝置1節流閥(5)排氣裝置液壓缸在安裝過程中或長時間停放重新工作時，液壓缸里和管道系統中會滲入空氣，為了防止執行元件出現爬行，噪聲和發熱等不正常現象，需把缸中和系統中的空氣排出。對于要求不高的液壓缸往往不設專門的排氣裝置，而是將油口布置在缸茼兩端的最高處，這樣也能使空氣隨油液排往油箱，在從油面逸出；對于速度穩定性要求較高的液壓缸或大型液壓缸，常在液壓缸的最高處設置進出油口把氣帶走，也可在最高處設置放氣孔或專門的放氣閥。圖2-25 放氣裝置1缸蓋 2放氣小孔 3缸體 4活塞桿第三章 DG型液壓缸的設計3.1 簡介DG型液壓缸是液壓系統中活塞桿作往復運動的工作機構

21、。其結構形式均為單活塞桿雙作用耳環安裝式。主要用于工程機械、運輸機械、礦山機械及車輛等的液壓傳動。DG型液壓缸結構如下:型號意義 例：DGJ40 CE1L/E L:螺紋式 活塞桿 連接形式 E:耳環式安裝方式：單耳環式 壓力分級：8-16MPa 液壓缸內徑：40mm 活塞：重型 名稱：單活塞桿雙作用液壓缸 3.2 DG型液壓缸的設計液壓缸的設計計算： 由于液壓執行元件與主機結構有著直接關系，因此所需要的液壓缸和在結構上千變萬化。盡管有一些標準件可供選用，但有時還必須根據實際需要自行設計。下面介紹液壓缸的設計計算。(一)主要尺寸的計算    液壓缸的主要尺

22、寸包括缸筒內徑D、活塞桿直徑d和缸筒長度L。    根據負載大小和液壓缸的工作壓力確定活塞的有效工作面積，再根據液壓缸的不同結構形式計算出缸筒的內徑。活塞桿直徑是按受力情況決定的，可按表3.1初步選取。缸筒長度的確定要考慮活塞最大行程、活塞厚度、導向和密封所需長度等因素。通常情況L(2030)d。計算結果要圓整成國家標準中的推薦值。主要尺寸初步確定后，還要按速度要求進行驗證。同時滿足力和速度的要求后才可以確定下來。表3.1  液壓缸工作壓力與活塞桿直徑液壓缸工作壓力p/MPa<557>7推薦活塞桿直徑d(0.50.55)D(0.60

23、.7)D0.7D（二）強度校核     強度校核的項目包括缸筒壁厚、活塞桿直徑d和缸蓋固定螺栓的直徑ds。在中、低壓系統中，缸筒壁厚由結構工藝決定，一般不做校核。在高壓系統中需按下列情況進行校核。1.缸筒壁厚的校核 當D/>10時為薄壁，按下式校核:式中，D-缸筒內徑；缸筒材料的許用應力，=b/n，b是材料的抗拉強度，一般取安全系數n=5；py試驗壓力，當缸的額定壓力pn16Mpa時，py=1.5pn；pn>16Mpa時，py=1.25pn。當D/<10時為厚壁，按下式校核:2.  活塞桿直徑d式中，F活塞桿上的作用

24、力；活塞桿材料的許用應力，= b/1.4。3.  缸蓋固定螺栓直徑ds式中，F活塞桿上的作用力；k螺紋擰緊系數，k=1.121.5；z固定螺栓個數； 螺栓材料的許用應力，= s/（1.222.5），s為材料的屈服點。活塞桿材料的許用應力，= b/1.4。（三）活塞桿穩定性校核 當活塞桿受軸向壓縮負載時有壓桿穩定性問題，即 壓縮力F超過某一臨界Fk值時活塞桿就會失去穩定性。活塞桿穩定性按下式進行校核       式中，nk安全系數，一般取nk=24。    當活塞桿的

25、細長比時， 當活塞桿的細長比，且時， 式中，l安裝長度；    rk活塞桿截面最小回轉半徑，；    1柔性系數；    2由液壓缸支承方式決定的末端系數；    E活塞桿材料的彈性模量，鋼材：；    J活塞桿橫截面慣性矩；    A活塞桿橫截面積；    f由材料強度決定的試驗值；    系數。 3.1 缸筒的設計（1）缸筒材料的選擇及加工工藝參閱鄭州強

26、盛液壓制造有限公司產品樣本（以下簡稱產品樣本）第15頁可知，DG型液壓缸的最大推力和拉力為16MPa，即：工作壓力p<20MPa；所以，缸筒材料可選用無縫鋼管；結合本公司生產車間的實際加工水平，在選購缸筒原材料時,一般都是直接從鋼材廠訂購經過冷拔后的20號鋼的缸筒毛坯件。即：內圓已經過衍磨、外圓已加工的高精度冷拔無縫鋼管。（2）確定缸筒的總體尺寸a.缸筒內徑的大小及厚度查產品樣本第16頁圖表可得，DG型液壓缸缸筒的內徑為90mm，外徑為108mm。即：厚度為18mm。b.缸筒的總長度的確立參考產品樣本第17頁圖表可得：缸筒總長度L由活塞桿兩端活塞寬度、導向筒的寬度以及在滿足本液壓缸的行程后來確定。在整個液壓缸的設計中，缸筒的長度屬于不確定因素。在此，先不予考慮。3.2 活塞桿的設計 下面是整體式活塞桿的幾種聯接結構如下圖： 1.、耳環連接2、端部鉸軸連接3、中部鉸軸連接4、端部法蘭連接5、中部法蘭連接6、底部法蘭連接（1）活塞桿材料的選擇及加工工藝參考產品樣本第17頁圖表可得：本次設計的整體式活塞桿的材料為45#鋼拼焊而成,桿徑大小為45mm。其結