度和圆柱度一般不大于外径公差之半,内孔的工作表面粗糙度Ra值选用0.16μm。
活塞杆要在导向套中滑动,一般采用H8/f7的配合。太紧了,摩擦力大,太松了,容易引起卡滞现象和单边磨损。其圆度和圆柱度公差不大于直径公差之半。安装活塞的轴径与外圆的同轴度公差不大于0.01mm,是为了保证活塞缸外圆与活塞外圆的同轴度,以避免活塞与缸筒、活塞杆与导向套的卡滞现象。安装活塞的轴肩端面与活塞杆轴线的垂直度公差不大于0.04mm/100mm,以保证活塞安装不产生歪斜。
活塞杆的外圆粗糙度Ra值取0.16μm。太光滑了,表面无法形成油膜,反而不利于润滑。为了提高耐磨性和防锈性,活塞杆表面需进行镀铬处理,镀层厚0.03~0.05mm,并进行抛光或磨削加工。
活塞杆导向套装在缸筒和支撑套的内侧,被限制在缸筒和支撑套的卡槽之内,但不固定死。用以对活塞杆进行导向,内装有密封装置以保证缸筒的密封。上方装有防尘圈,以防止活塞杆在后退时把杂质、灰尘及水分带到密封装置处,损坏密封装置。如图2.2-1所示:
图2.2-1 导向套的设计
导向套的材料我们选用的是摩擦系数较小、耐磨性好的青铜
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ZQSn-1。导向套外圆与缸筒内孔工作表面的配合多为H8/f7,内孔与活塞杆外圆的配合也可采用H8/f7。外圆与内孔的同轴度公差不大于0.03mm,圆度和圆柱度公差不大于直径公差之半。
本次设计中所有的密封装置都采用的是O型密封圈。O型密封圈在往复运动过程中,除了自密封作用外,由于压力的作用和液体分子与金属表面相互作用的结果,又业中所含的“极性分子”便在金属便表面形成一个坚固的边界层油膜,且对轴产生很大的附着力。该油膜始终存在于密封件与往复运动轴之间,从泄露的角度看,这是有害的,长时间的使用后会造成油液的泄露;但它对运动密封面的再润滑却起到异常重要的作用。所用材料是橡胶。符合GB3452.1-82的标准。
千斤顶底座与油缸之间的连接、光栅尺密封层与活塞之间的连接还有支撑套与油缸壁之间的连接件采用的都是沉头内六角螺钉。符合GB70-85的标准。工作台与盖板之间的连接和对油缸底盖的顶升都采用了六角头螺栓,并符合GB5783-86的标准。
2.3 油缸与螺纹的校验
2.3.1油缸的壁厚校验
油缸的额定压力Pn应低于一定极限:
2σS?D1?D2?Pn≤0.35??????????(2.3.1-1) 2D1式中:Pn-额定工作压力;
D1-油缸外径,本次为175mm; D-油缸内径,本次为147mm; σS-油缸材料屈服强度。
油缸的材料为45号钢,查表可得σS=360MPa; 由此可知上式 右边=37.094 MPa
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液压缸最大工作载荷为20t,面积为7077.56mm2
pn?2)
wmax4wmax??28.656MPa?37.094MPa????(2.3.1-2sπ(D1?D2)其中:Wmax为最大工作载荷,本次为200000N。 经校验,油缸壁所受压力在许可范围之内。
2.3.2 锁母螺纹牙剪切强度校验
螺纹牙的剪切应力:
Fτ=≤?τπdbu1)
?????????????????(2.3.2-
式中: F为千斤顶的最大载荷,本次为200000N; d为公差直径; b为螺纹牙根部宽度; u为旋合圈数;
[τ]为材料许用剪切应力
锁母内螺纹的公差直径d设为160mm, 查表可得 螺距P为16mm,
梯形螺纹牙根宽度b=0.65P=10.4mm。 锁母高度H为48mm,旋合圈数u=H/P=3
锁母材料为45号钢,查表可知这种材料的屈服极限σS为240Mpa, 许用应力[σ]=σS/4=60Mpa,
材料许用剪切应力[τ]=0.6[σ]=36MPa 将以上数据代入式中,得τ=12.76MPa<36MPa
经检验,锁母的螺纹牙根的剪切强度在许用范围之内。
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2.3.3锁母螺纹牙的弯曲强度校验
螺纹牙的弯曲应力:
6Fl*σb=≤?σb??????????????????????(2.3.
πdb2u3-1)
式中:l为弯曲力臂; [σb]为许用弯曲应力。
锁母内螺纹的公差直径d为160mm,查表可知螺纹中径d2为152mm 弯曲力臂l*=(d-d2)/2=4mm, 许用弯曲应力[σb]=1.2[σ]=72Mpa 经计算σb=29.44MPa<72Mpa.
经校验螺纹牙的弯曲强度在许用范围之内。
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2.4 液压系统分析
液压系统的主要功能是为千斤顶提供动力,通过换向装置使千斤顶具有上升和下降的功能。为千斤顶的正常工作提供保证和保护措施。
由于该顶升系统采用单片机控制,并配有压力传感器和光栅位移传感器来检测压力信号和千斤顶的位移量,所以可通过单片机控制油缸内的压力、进油口的流量和活塞的运动速度。这样在一般液压系统中常用到的节流阀、调速阀、背压阀、减压阀等元器件可不必使用到,液压回路得到极大的简化。
在液压油路的进油端设置一个溢流阀,给液压系统提供双重保护。在回油端设置一滤油器,保证油液清洁,可提高使用寿命。使用二位四通的电磁换向阀改变油路方向。为使液压缸的运动速度不受载荷变化的影响,保持稳定,我们在油缸的下腔进油口处安装一个平衡阀,该阀不但能保证千斤顶升降时都处于进油调速状态,同时还具有单向
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阀的功能,所以无论是停电还是破管时,平衡阀均能无泄漏的立即将下腔封闭,保证工件不会自由下滑。使千斤顶在停电状态仍能可靠承载。
综合上述观点,我们将液压原理图设计如下:
如图2.4-1所示,二位四通电磁换向阀的电磁铁的工作状态是由单片机控制的,当换向阀电磁铁通电时,换向阀左位接入系统,油液经电磁换向阀和平衡阀进入油缸下腔,使得千斤顶上升,再从油缸上腔流出,经电磁换向阀和滤油器流回到油箱内,这时平衡阀的作用相当于一个单向阀;反之,当换向阀电磁铁断电时,换向阀右位接入系统,油液经换向阀流入油缸上腔,当上腔压力达到一定值时,平衡阀上位接入系统,这时平衡阀的作用相当于一个节流阀,油液从油缸下腔流出,经平衡阀、电磁换向阀和滤油器流回到油箱。从而实现了千斤顶升降换向功能,并具有过载保护和断电保护的功能。
2.5 液压泵与电动机的选择
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