简易插床设计（含CAD图纸和三维模型）
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附录：文献翻译原文
What is hydraulic?
Hydraulic systems are power-transmitting assemblies employing pressurized liquid to transmit energy from an energy-generating source to an energy-use area. All hydraulic systems depend on Pascal’s law, named after Blaise Pascal, who discovered the law. This law states that pressurized fluid within a closed container-such as cylinder or pipe-exerts equal force on all of the surfaces of the container.
In actual hydraulic systems, Pascal’s law defines the basis of the results which are obtained from the system. Thus, a pump moves the liquid in the system. The intake of the pumps connected to a liquid source, usually called the tank or reservoir. Atmospheric pressure, pressing on the liquid in the reservoir, forces the liquid into the pump. When the pump operates, it forces liquid from the tank into the discharge pipe at a suitable pressure.
The flow of the pressurized liquid discharged by the pump is controlled by valves. Three control functions are used in most hydraulic systems: (1) control of the liquid pressure, (2) control of the liquid flow rate, and (3) control of the direction of flow of the liquid.
The liquid discharged by the pump in a fluid-power system is directed by valves to a hydraulic motor. A hydraulic motor develops rotary force and motion, using the pressurized liquid as its energy source. Many hydraulic motors are similar to pumps, except that the motor operates in a reverse manner from a pump.
Where linear instead of rotary motion is desired, a cylindrical tube fitted with a movable piston, called a hydraulic cylinder, is often used. When the piston is moved by the pressurized fluid, the piston rod imparts a force or moves an object through a desired distance.
Restricting the movement of the piston in a hydraulic cylinder, as when the piston carries a load, creates a specific pressure relationship within the cylinder. The surface area of the piston face is said to contain a specific number of square inches. The pressure of the pressurized liquid, multiplied by the piton area, produces an output force, measured in pound, at the end of the piston rod.
The speed of movement of the piston rod depends on how fast the pressurized fluid enters the cylinder. Flow into the cylinder can be directed to either end, producing either a pushing or pulling force at the piston rod end. A seal around the rod where it passes through the cylinder end prevents leakage of the liquid.
Directional control of the piston depends on which end of cylinder the liquid enters. As pressurized liquid enters one end of the cylinder, liquid must be drained from the other end. The drained liquid is led back to the reservoir. In a pneumatic system using air, the air in the exhausting end of the cylinder is vented to the atmosphere.
Directional-control valves, also called two-way, three-way, four-way, etc. , are named in accordance with their basic function. Pressure-control and simple restrictor valves are usually two-way valves. They provide ON or OFF service. A three-way valves may perform several functions, all associated with the three-ports in the valve. For example, the power or pressurized liquid from a pump in a tractor may be sent to the hydraulic system serving the tractor’s front-end loader. Or the three-way valve may send the pressurized liquid to a hydraulic motor driving a feed conveyor while the front-end loader is not being used.
Three-way valves may also be used to direct pressurized fluid to a single-acting hydraulic cylinder. As the three-way valve is actuated (operated) it can stop the pressurized flow to the cylinder. Further, the same valve can divert liquid from the cylinder to the reservoir, so the cylinder can retract by gravity or return springs and assume its original position.
译文
什么是液压？
液压系统是利用液体为介质把能量从动力源传递到消耗位置的动力传递系统。所有液压系统原理都基于帕斯卡定律，是以发现这个定律的帕斯卡的名字而命名的。这个定律表明在一个密封的容器里，如缸体或管子，受压液体向容器表面所有方向施加相等的力。
在实际液压系统中，帕斯卡定律解释从系统中得到的各种结果。泵使流体在系统里流动。泵的吸入口接到液压油容器，通常称为液压油箱。大气压压在油箱里液体上，使液体流入泵里。当液压泵工作时，它以适当的压力把液体从油箱压到管道里。
泵排出的高压液体由阀控制。多数液压系统运用三种控制方式：（1）流体压力控制；（2）流体速度控制；（3）流体方向控制。
在液压系统中由泵排出的液体经由控制阀到液压马达。液压马达利用受压的流体作为它的能量源产生旋转的力和运动。液压马达跟泵的结构类似，只不过它的工作原理是相反的。
在要求直线运动代替旋转运动的地方是用液压缸，它由运动活塞和缸体构成。当活塞由高压流体驱动时，活塞杆传递力，推动负载移动一段设定的距离。
当液压缸中的活塞运动受阻时，例如当活塞有负载，在液压缸中必然会产生一个相应的压力。活塞面积以平方英寸为单位，受压液体的压力乘以活塞面积，就等于在活塞杆的末端产生的一个以磅为单位的输出力。
活塞杆的速度取决于受压液体进入液压缸里的多少。可以控制油液流如液压缸的其中一端，在活塞杆上产生一个拉力或产生一个推力。在活塞上有密封装置，防止流体的泄漏。
活塞的方向控制取决于流体进入液压缸的哪一端，当高压流体进入液压缸的一端时，流体一定从另一端流出。排出的流体又回液压油箱。在利用空气的气动系统里，空气是由缸体排放入大气中的。
方向控制阀也称作二通阀、三通阀和四通阀等等，是根据它们的基本功能命名的。压力控制阀和简单的节流阀，通常采用二通阀，他们仅有通和断功能。三通阀可以有几种功能,这些和三通阀的油口有关。例如，来自泵的高压流体可能传送到拖拉机的液压系统里驱动负载。在不需驱动时，三通阀将高压流体送到驱动输送机构的液压马达上。
也可以用三通阀来控制单作用式液压缸（只能单方面施力）的运动。例如，当三通阀通时，它可以阻止高压流体流入液压缸。同时，该阀可以把液压缸中的液体导向液压油箱，因此，柱塞缸可以在重力或回程弹簧的作用下回到它的初始位置。
四通阀有四个油口。压力油口控制流体连接到需要高压的地方。同时有一个油口从高压区排出油液。排出的液体流回液压油箱。
3
分类号 单位代码
密 级 学 号
本科毕业论文（设计）
题 目
简易插床及液压系统设
计
作 者
院 (系)
专业班级
学 号
指导教师
答辩日期
简易插床及液压系统设计
摘要
机床在当今制造业有着广泛的应用，插床是用来插削键槽和型孔一类机床，其主运动为插刀的往复竖直运动。在单件或小批量的加工键槽或花键槽中有着广泛的应用，也可以加工方孔，平面等，在批量生产中常被铣床代替。但在加工不通孔或内孔键槽内有台肩时，则只能由插床完成。 而液压系统与机械系统相比，在同等功率下，液压系统具有更轻的重量，和更小的的体积，液压元件早已实现标准化，设计选用和维修更换都比较容易实现，而且液压系统本身运动平稳，容易实现无极调速，可以提高加工件的表面质量。本次毕业设计设计了一台采用液压系统传动的简易插床，主要完成了以下方面内容：首是进行插床总体布局的设计，然后对插床液压系统进行设计计算和校核；最后是对插床其他重要部件进行了设计。
关键词：简易插床，液压系统，设计计算 液压缸
Abstract
The machine tool has a wide range of applications in today's manufacturing industry. The slotting machine is used to insert a machine tool such as a keyway and a hole. The main movement is the reciprocating vertical motion of the inserter. It has a wide range of applications for single or small batches of machined keyways or splined grooves. It can also process square holes, planes, etc. Milling machines are often used instead of mass production. However, when processing the non-through hole or the shoulder in the inner hole, it can only be completed by the slotting machine. Compared with the mechanical system, the hydraulic system has the lighter weight and smaller volume at the same power. The hydraulic components have already been standardized. The design selection and maintenance are relatively easy to achieve, and the hydraulic system itself moves. Smooth, easy to achieve stepless speed, can improve the surface quality of the workpieces This graduation design and design of a simple hydraulic drive transmission system, mainly completed two aspects: First, the design and calculation of the slotting machine and hydraulic system The second is to design other important components of the slotting machine.
Keywords: simple slotting, hydraulic system
目录
1绪论 1
1.1设计目的和意义 1
1.2国外发展现状 1
1.3国内发展现状 5
1.4设计要求 6
2总体设计 7
2.1 影响机床总体布局的基本因素 7
2.1.1工艺方法的影响 7
2.1.2运动分配的影响 7
2.1.3机床性能的影响 7
2.1.4机床自动化的影响 8
2.1.5生产规模和生产效率的影响 8
2.1.6操作调整的影响 8
2.2 机床总体布局方案分析 9
2.3机床总体布局方案的确定 9
2.4运动联系分析 10
2.5总体方案的确定 10
3 液压系统的设计 12
3.1液压系统的设计分析 12
3.2液压油路图的拟定 12
3.2.1油路图的拟定 12
3.2.2液压系统工作原理 13
3.3液压缸的主要尺寸参数确定 13
3.3.1.液压缸工作压力的确定 13
3.3.2液压缸几何参数的确定 14
3.3.3液压缸的推力和流量计算 16
3.3.4活塞杆直径验算 16
3.3.5液压缸长度及壁厚的确定 17
3.3.6液压缸外径的计算 18
3.3.7液压缸底和缸盖的计算 19
3.3.8液压缸进出油口尺寸的确定 20
3.3.9液压缸参数的综合 20
3.4.液压缸结构设计 21
3.4.1液压缸体与缸盖的连接结构 21
3.4.2缸筒与缸盖的密封 21
3.4.3油缸固定底座连接螺栓的设计与校核 23
3.5液压元件的选择 25
3.5.1流量的计算 25
3.5.2电动机的选择 26
3.5.3联轴器的选择 26
3.5.4阀类元件的选择 27
3.5.5管道尺寸的确定 27
3.5.6油箱的设计 28
3.6整体支撑架的设计 28
总结 29
致谢 31
参考文献 32
附录：中英文文献翻译 33
1绪论
1.1设计目的和意义
现代制造业，机床发挥着重要作用，在当今制造业有着广泛的应用，开槽机是一种直线运动机床，用于通过插入刀具的垂直和往复运动来加工键槽和方孔。插床在某些方面与刨床相类似，就刀具而言，二者都用单刃刀具，但差别在于布局方式的不同，插床通常是立式布局，而刨床一般为卧式布局。由于插床较低的生产率和精度，多用在内键槽的加工或花键槽的单件或小批量生产中，也可用于平面、多边形孔等的加工，而铣床常用于在批量生产中完成同样的工作。但若遇到加工盲孔孔或内键槽中有凸出台肩的时，则只能利用插床来完成加工。插床用于平面、成型面及键槽的成型加工等，并能加工倾斜度小于10度的模具等工件，适合那些单个或小批量加工生产的企业。而液压系统与机械系统相比，在同等功率下，液压系统具有更轻的重量，和更小的的体积，液压元件早已实现标准化，设计选用和维修更换都比较容易实现，而且液压系统本身运动平稳，容易实现无极调速，可以提高加工件的表面质量。
综上所述，插床尤其专门的用途，为提高小批量生产的经济效益降低成本设计一种生产低的插床设备。采用液压传动，并结合现有插床结构及工厂需求设计了一台简易插床。
1.2液压系统的概述
液压传动技术发展迅速，随着机电液一体化趋势的不断提高，液压技术已广泛应用于数控加工设备中。掌握液压系统的工作原理以及设计维修保养具有重要意义。
社会生产的各个部门普遍采用了液压传动，但液压系统被采用的理由却不尽相同。液压系统输出力矩大是各类工程机械采用它的主要原因；其有易于实现无级变速以及可以快速频繁的实现往复运动的特点，因此被广泛应用于机床系统中。为此，机床的下列设备经常采用液压系统：
进给装置。车床、铣床、刨床、磨床、钻床的刀架、工作台、滑台均可以采用液压传动装置。
往复运动装置。刨床的轨枕采用液压传动装置可易于实现快速往复运动，利用液压系统实现换向，可以减少冲击，降低能量损失。
回转运动装置。液压马达可以实现无级变速的回转运动，可以应用在车床等主轴上面。
辅助装置。消除丝杠螺母间的间隙，夹紧，平衡，装卸，换刀，这些装置若采用液压装置，可以大大简化机床的结构，提高自动化水平。
液压动力滑台是一种基于速度变换的中低压液压系统。在某些专用的自动化机床上应用普遍。
1.3设计要求
插床的刀架的纵向往复主运动采用液压传动，工件由工作台带动，采用手动进给。插头向上运动为空行程，速度应较快；插头在停止状态时，不致因自重而下落。根据毕业设计说明的要求：工件材料为碳钢，最大键槽宽度12mm，最大走刀量0.3mm/行程。插头刀架重500N，导轨的摩擦系数为0.1，活塞和活塞杆的摩擦系数为0.3，插头工作行程的下行速度0.2mm/s，启动时间0.01s，最大工作行程250mm。设计出的液压系统应满足上述要求。
2插床的总体设计
机床总布局的目的是使机床的造型协调完善以及各部件间相对运动和位置关系更加的合理。机床的布局形式要受工艺和工件形状、尺寸和重量的影响。工艺决定了机床的运动，每个运动由执行部件来完成，部件间的相对运动关系由传动解决。机床总布局的设计是具有全局性的问题，它很大程度上影响机床部件的设计制造。
2.1 影响机床总体布局的基本因素
工艺方法的影响：工件的加工工艺方法是五花八门的。经常由于工艺方法的改变，在进行总体布局时会导致机床的结构以及运动、传动等产生一系列变化。故在确定总体布局时，首先应确定合理的工艺方法。工艺方法不同，刀具、运动以及机床布局也不同。
运动分配的影响：只要能确定工艺方法，之后刀具与工件的相对运动也自然能够确定了。此时相对运动只由刀具来完成，也可只由工件完成，或者同时由刀具和工件完成。采取不同的运动分配形式，就有不同的机床布局。
机床性能的影响：加工过程中会产生振动，这种振动通过传动系统传给工件和刀具，往往会把振动痕留在加工表面，会使得表面粗糙度降低；刀具寿命也会因为振动而缩短，同时也使得机床零件磨损加剧；工人更容易受振动噪音的影响变得更加疲劳。因此，在设计机床时消除或减少振动也应得到充分考虑。
机床自动化的影响：机床布局时，也应考虑排屑的问题，为了使拍屑更加容易，可以倾斜或垂直布置刀架和导轨，便于上料、下料和进入自动线。为了使各刀架在循环工作中有独立的动作，在床身上应该分别设置导轨，便于调整机床和刀具的相对位置和观察加工情况。
生产规模和生产效率的影响：机床的自动化程度、排屑和装卸方便程度等会受到生产规模和生产效率的影响，进一步使得机床布局发生变化。机床结构也随着生产批量的不同而改变。
操作调整的影响：为了减少工人的运动强度，设计机床也应顾及人体的运动构造和四肢的运动范围。工人操作的位置和操作按钮手柄等的位置应设计合理。操纵手柄和控制按钮应放在操作者所能及的范围内。
影响机床布局的因素是多种多样的，起决定作用的是工艺方法，机床运动及运动分配；主要因素有工件的重量、形状、尺寸、精度等。此外还应兼顾其他各种因素。
2.2运动联系分析
2.2.1运动联系的形式
动力源的动力如何传递到刀具上成为机床的运动联系。机床的传动主要有机械、电气和液压传动。这几种运动联系方式各有其优缺点。
机械联系的可靠性较高，现阶段应用广泛，对加工、制造的技术水平要求较低，可以用在加工螺纹、齿轮、花键等。
应用非机械联系（液、气、电、磁等）可简化设计机床的结构，而且现在非机械联系的可靠性正不断提高，相应的设计制造维护技术的也在快速进步，在机床中的应用正逐渐增加。
机电液的综合应用，大大简化了机床结构，自动化的实现也较为容易，正广泛应用在现代机床中。
2.2.2运动联系分析
本次设计的钻床计划采用液压传动。其传动系统图如下所示：
图2—1 传动系统图
工作原理：
工进：两个电磁换向阀均居左位，液压油通过单向阀进入油缸上腔，液压杆带动插刀向下运动。
快退：两个电磁换向阀均居右位，液压油通过单向阀进入油缸下腔，由于下腔为有杆腔，接触面积比上腔小，在同等流量下活塞杆上升的速度应比下降快。
停止：三位四通电磁换向阀居中位，液压油回油箱，电磁换向阀密封使活塞杆不会移动。
保护装置：当刀头运动受阻，液压回路内压力上升，溢流阀打开，实现泄压。
2.3 机床总体布局方案的确定
上文叙述了影响机床总体布局的因素，此外，还要确定支承部件、传动部件和执行部件的布局方案。
支撑部件主要由底座、立柱、床身、横梁等部件组成，这些部件组合起来，用做机床的支撑。主要的支撑形式有以下几种。
立式机床1所占面积小，运动自1由度大，操作也较为方便1，但若工件较长时，重心不稳，工件易振动，适用于加工短而粗的工件。
卧式机床所占1面积较大，重心低，振动小，其执行元件可沿纵横两方面移动，适用于加工细而长的工件。
单臂式机床横梁相当于悬臂梁结构，受力时刚度较低。横梁越大能加工更大的零件，但相应的刚度也降低。
综上所述，机床总体布局采用立式布局。这种形式，自由度大，便于操作，完全可以完成加工。
在本设计中，运动分配采用液压传动，主轴纵向移动，工作台手动调整移动。通过更换插刀，可以完成其他形式零件的生产。
2.4总体布局图
图2-2总体方案
中间移动平台上有一个固定端盖孔的装置，按照端盖孔的轮廓尺寸，加工出一个端盖孔形状的孔，用来固定它，限制其六个自由度。
3液压传动装置的设计
3.1液压装置的设计分析
为满足插床的工作需求，液压系统能够保证进给和回退保持不同的速度，插刀工作过程主要为直线运动所以液压系统的执行元件选择为液压缸，用两个电磁换向阀实现换向。
3.2液压油路图的拟定
工作条件分析：主要工作台、床身、手动夹紧、刀具等，加工对象是待加工工件，可实现加工中键槽的功能。工作流程如下：工件夹紧，插入刀启动，快进，停止，插入刀启动，快速撤退，循环工作，直到处理所需的内部键槽。
3.2.1油路图的拟定
图3-1 液压系统原理图
表3-1 液压系统中各电磁铁动作顺序表
Tab．3-1 Oil potential action sequence table
元件
1Y
2Y
3Y
4Y
工进
+
-
+
+
快退
-
+
-
+
卸荷
-
-
-
-
3.2.2液压系统工作原理
工进：三位四通阀与二位三通阀均居左位，液压油流经单向阀然后进入油缸上腔，液压杆带动插刀向下运动。
快退：三位四通阀与二位三通阀均居右位，液压油流经单向阀然后进入油缸下腔，由于下腔为有杆腔，接触面积比上腔小，在同等流量下活塞杆上升的速度应比下降快。
停止：三位四通电磁换向阀居中位，液压油回油箱，电磁换向阀密封使活塞杆不会移动。
保护装置：当刀头运动受阻，液压回路内压力上升，溢流阀打开，实现泄压。
3.3液压缸的主要尺寸参数
3.3.1.液压缸工作压力的确定
（1）工作载荷的计算
机械总负载F:
空载启动加速阶段:
快进： F=
(忽略惯性力 ,和摩擦力 )
制动减速： F=（--)
工作负载：=4000N
密封阻力：=5%×=200N
重力负载：=600N
快进时的负载最大，最大压力为：（查得=0.90~0.97，取0.94）
=(-)/=(4000-600)/0.94=3617N
（2）液压缸工作压力的确定
工作压力的确定见下表（表3-2）
表3-2按工作负载选定工作压力
液压缸工作负载（N）
<5000
5000～10000
10000～20000
20000～30000
30000～50000
>50000
液压缸工作压力（MPa）
0.8～1
1.5～2
2.5～3
3～4
4～5
5～7
参考上表，工作压力选择为0.8~1MPa,为保证液压缸体积更加紧凑,取液压系统的初始压力为= 1Mpa
3.3.2液压缸几何参数的确定
（1）内外径计算
由且得 d ====0.0677m
D=d=0.0957m
(差动连接，当快进、快退相等时D=d，）
根据表3—3，表3—4液压缸直径园整后的结果为D=100mm ,d=70mm。
。
表3-3液压缸内径系列（JB2183-77）
16
20
25
32
45
46
49
51
56
69
75
150
105
111
123
145
165
181
210
265
320
400
500
630
表3-4活塞直径系列（JB2183-77）
2
8
15
17
19
21
23
24
29
30
33
37
6
45
65
51
54
80
88
105
120
155
122
58
160
222
130
250
256
258
320
360
400
410
600
当传动比确定时，活塞杆与液压缸内径关系，可以在下表中进行选择。
表 3-5活塞杆与液压缸内径的关系
缸体
内径
D
（mm）
活塞杆直径d（mm）
缸体
内径
D
（mm）
活塞杆直径d（mm）
速比
速比
2
1.46
1.33
1.25
1.15
2
1.46
1.33
1.25
1.15
40
28
22
20
18
14
125
90
70
60
55
45
50
35
28
25
22
18
140
100
80
70
60
50
63
45
35
32
28
22
150
105
85
75
65
55
80
55
45
40
35
28
160
110
90
80
70
55
90
60
50
45
40
32
180
125
100
90
80
63
100
70
55
50
45
35
200
140
110
100
90
70
110
80
60
55
50
40
3.3.3液压缸的推力和流量计算
（1）液压缸的推力计算
当液压缸的各种等参数确定后，实际工作推力可由下式得出：
P=PA(N)
式中，
P—液压缸工作压力（Pa）；
A—活塞有效工作面积；
得到出P=1993.26N
（2）液压缸的工作流量计算
液压缸所需的工作流量也就可以用下面的公式来计算：
Q=Av
式中，
v——液压缸工作速度；
A——,液压缸有效工作面积
A1= =5026.5mm
A2= ==3769.9mm
无杆腔：Q1=A1v=
有杆腔：Q2=A2v=
本设计中
v=10m/min。
3.3.4活塞杆直径验算
按强度条件验算活塞杆的直径，
（1） 活塞杆直径校核。
当活塞杆长度L小于10d时
验算方法如下：
d=mm
式中，
P——活塞杆的推力（N）；
L——活塞杆长度（m）；
——活塞杆材料的许用应力；=／n
——材料屈服极限（Pa）；
N——安全系数，n≥1.4
，，n=2。
解得：d=6.0mm小于40 mm，
可以满足要求。
3.3.5液压缸长度及壁厚的确定
（1）推杆的工作行程决定着液压缸的长度，同时也应考虑经济性和制造过程。
应该取l’<(20～30)。l’为液压缸的长度，为缸体内径。=100mm,现取l’=600mm
（2）缸体壁厚的计算
根据参考文献11，钢筒的材料选择为20钢，并可以查得抗拉强度20钢的为410Mp。
通常，液压缸的缸壁在低压系统中是薄壁圆筒。液压缸的缸体壁厚可用下式计算：
δ≥==9.146（mm）
式中，δ——缸壁厚度（m）
——试验压力（Pa）
当额定压力Pn小于16Mpa时。
=×150%；
在本设计中查表得==1MPa
D——液压缸内径（m）
为缸体材料许用应力（Pa）
=／n；
——材料的抗拉强度
n——安全系数。取n=5 。
通过查看液压设计手册查得45号钢=600MPa。
将=600MPa带入上式可求得δ=9.146mm。
在设计中液压缸的外径可通过表3-13（JB1068-67）查询标准尺寸，以方便设计加工。选取δ=10mm。
3.3.6液压缸外径的计算
=D+2δ=100+2×10=120（mm）
液压缸外径按标准JB1068-67可得=121mm
实际壁厚为δ=（121-100）/2=10.5mm
表3-6工程机械用标准液压缸外径（JB1068-67）
液压缸内径D
40
50
63
80
90
100
110
125
140
160
180
200
液压缸外径
20号钢
工
作
压
力
（Mpa）
≤16
50
60
76
95
108
121
133
146
168
194
219
245
45号钢
≤20
50
60
76
95
108
121
133
146
168
194
219
245
25
50
60
83
102
108
121
133
152
168
194
219
245
31.5
54
63.5
83
102
114
127
140
3.3.7液压缸底和缸盖的计算
确定好设计方案后，液压缸的底部和液压盖的计算方法如下：
（1） 缸底厚度计算
当缸底有油孔时（=30mm)
h=0.433=1.81（cm）其中，=D=100mm,式中，p——缸内最大工作压力（×pa）
解得：h=18.1mm。
取h=19mm。
（2） 缸盖厚度计算
本液压缸的盖采用整体法兰缸盖
h=
式中，——螺钉孔分布圆直径（cm）
——法兰根部直径（cm）
——许用应力（Pa）
P——液压缸受力，(p=1Mpa×(两底面＋两圆柱面）
从以前的计算可知：D1 =92mm,圆整后取为D=100mm。
=82Mpa.带入后可解得：
h=64.4mm，圆整后取h=65mm。
（3） 缸体连接强度计算
螺栓强度计算步骤如下：
拉应力：===2505pa；
式中：
P—液压缸的最大推力；
——螺纹内径；
Z——螺纹数目，取为6；
K——拧紧螺纹系数，一般取K=1.25～1.5，现取1.3
由上面计算可知：
P=1MpaN, =22mm。
代入上式可得出=410MPa。
合成应力：=
许用应力：=/n=410/1.2=3416×Mpa
——螺栓材料屈服极限；
N——安全系数，一般取N=1.2~2.5
螺栓用8.8号钢，=640Mpa；N取2
因为≦所以满足要求。
3.3.8液压缸进出油口尺寸的确定
根据参考文献12，油口直径取为20mm。
3.3.9液压缸参数的综合
缸筒（20钢）
活塞（45钢）
进出油口连接
速比
内径
外径
直径
公称直径
接头连接螺纹
1
100mm
121mm
70mm
20mm
M27×2
3.4.液压缸结构设计
3.4.1液压缸体与缸盖的连接结构
选取法兰连接。
取H=66mm
活塞宽度B: B=(0.6~1.0)D=40m没
活塞杆长度L1=(0.6~1.0) L =650mm
缸体长度L0=600mm
3.4.2缸筒与缸盖的密封
气缸与气缸盖之间需要采取密封措施，除了合理的静配合间隙和合适的O形环外，最好在O形环的另外一侧安装尼龙材料，提高其工作时的承载能力。法兰气缸盖采用螺栓预紧，防止工件松动，损坏静密封零件
活塞杆与缸盖导向套内孔的密封力
根据参考文献12，采用端盖直接导向（C）。
（1） 缸盖与活塞杆装配
在液压系统中装配清洁油清洗所有的配件。在密封件如o形环和导向套接触面上涂抹汽油。在保证两部分的同心度后，使用硬杆进入。当条件为条件时，可以加工导锥，然后将螺母旋入或撞击硬木，不仅保护油封的表面，而且确保气缸盖加载到气缸中。
（2） 活塞密封件装配
根据参考文献12，采用螺纹连接，采用O型密封。在装配前必须检查导环的衬垫是否磨损，以便更换磨损，从而使导环能够保证活塞与缸体孔之间的正常间隙。导环又称耐磨环，常是耐油、耐磨、耐热、摩擦系数小的材料如锡青铜、聚四氟乙烯、尼龙1010、MC尼龙和聚甲醛。非金属材料导向环的切割宽度随着导向件直径的增大而增大，并且必须保持膨胀量，以防止高温工作中严重的拉罐现象，并导致液压缸筒报废。
在设计中，必须保证活塞内孔与活塞杆之间采用间隙配合，并且间隙要足够小。活塞键应该能够灵活进行旋转，防止出现轴向间隙。采用螺栓浴巾，螺纹连接要有足够的预紧扭矩，并与开口销采用紧定螺钉锁紧，但开口销和紧固螺钉不应过长，以免与缸底内孔部分发生碰撞。在操作过程中，汽缸严重损坏或活塞头脱落。
（3） 缸筒与活塞杆总成装配
在装配完活塞、活塞杆及其他配件后，应确保活塞头正确、安全和无损地进入气缸中。不同的活塞结构和气缸盖连接应采用有不同的装配环节。
① 法兰连接的缸筒。当活塞缸体内径的倒角没有损伤时，活塞表面具有液压油润滑，缸体的内孔与活塞同心配合，从而可以加载到活塞组件中。气缸盖静密封衬里应涂有润滑脂或工业凡士林，背面衬层不脱位，应规定气缸盖连接螺栓的力矩和对称紧固。
② 内卡连接的气缸盖。装配时，必须将缸体的内表面进行完全填充。为了确保气缸的内表面不被卡住，活塞密封件不会被损坏。
③ 在工厂运行或情况下，3个卡扣应被加工并用于卡键槽的填充。在活塞和气缸盖被引导进入气缸后，取出3个快速夹紧环，然后装入卡钥匙。在气缸盖导向套复位连接后，需要安装在气缸盖上定位环和卡环。
④ 在进行工作或无加工条件下，可以切割石棉（使用橡胶板）板条（宽度等于卡片钥匙），用其余的方法填入钥匙槽，其余的用上面的方法。
⑤ 由内螺纹连接的气缸盖。由于缸体内孔的内螺纹容易损坏密封件，薄壁开口导套必须加工固定在活塞头上，使活塞能够成功地加载到缸体内，既保护了密封，又提高了密封性。装配的质量。
3.4.3油缸固定底座连接螺栓的设计与校核
螺栓所受工作剪力为：
在倾覆力矩的作用下前部底座的螺栓受拉，后部底座螺栓受压。
在横向载荷的作用下，如果压力过大液压缸底板连接接合面会发生相对滑移，保证其不发生滑移的条件为：
f摩擦系数（查表可知f=0.16）；防滑系数（取1.2）；i接合面数量（i=2）；z螺栓数量（z=8）。分别为螺栓和被连接件的刚度，为定值。取=0.2则=0.8
预紧力：N=5230.3N
前部底座每个螺栓受的总拉力为：
=831.15×0.2+5230.3=5396.53N
一般螺栓的材料为Q235查机械设计手册得屈服极限为240MPa安全系数取1.5则其许用应=160MPa
螺栓最小直径：≈7.47mm
查询相关标准标准GB/T196-2003。
根据计算数据，本次连接采用普通螺纹，公称直径选择为10mm。
=
=1.0489MPa
查表=125MPa>>1.05MPa连接面后端不会压碎。
前底座与连接板之间不能产生间隙即：>0
=
≈12.89N/≈0.13MPa>0
不会产生间隙。经过分析螺栓连接满足使用要求。
3.4.4液压缸装配图
3.5液压元件的选择
3.5.1流量的计算
主推力油缸所需最大流量为：
=220×3.14×（12800-1600）
=8892000
震动油缸所需最大流量为：
=2×30×3.14×1792
=337612.8
将液压缸输入流量的百分之五作为整个回油路的泄漏量。
根据工作要求计算液压泵所提供的总流量：
1.12×（8.802+0.3286）≈10.05L/min
液压油路所需要的总压力包括油路中的压力损失和其他元件的工作压力，总的压力为
=P+=4+0.5=4.5MPa
为保证液压泵的使用寿命，液压泵处于额定状态的时间不能过长，通常液压泵的额定压力会不能太低本文采取6.85MPa。依据前面计算的工作压力和流量选择齿轮泵的型号，型号为CBN-E310并依据外形设计出其支撑架。
表CBN-E310性能参数
型号
公称排量ml/r
额定压力MPa
最高压力MPa
额定转速rev/min
最高转速rev/min
容积效率%
CBN-E310
10
10
12.5
2000
3000
≥85
3.5.2电动机的选择
经过计算液压油缸的工作功率：= =7500w=0.75KW
齿轮泵的效率一般为0.6~0.7，则电机的最小功率为0.75/0.6≈1.17KW，保证工作需要选择电动机型号为Y90L-4功率为1.5KW，转速为1400r/min，则齿轮泵的实际排量为10×1400ml/min=14L/min>10L，本设计满足工作要求。
3.5.3联轴器的选择
依据所选电机输出轴和齿轮泵输入轴的直径确定齿轮泵与电机之间所用的联轴器，电动机直接带动齿轮泵无需减速，所以选择的联轴器为NL5型齿轮联轴器，这种联轴器中间用尼龙块材料的内齿轮作为传动连接对电动机和齿轮泵起到了保护作用，防止电机与齿轮泵在卡死时的损坏，同时也增强了输出和输入轴之间的连接弹性。
3.5.4阀类元件的选择
液压原理图中包含溢流阀、电磁换向阀、单向阀等元件，选择的阀应满足相关的工作要求，一般情况下所选择的元件流量比实际流量大一些，同时为使液压系统的结构紧凑、配置灵活、阀块的占地面积小选用了叠加式减压阀，阀的型号及性能如下表所示。
液压元件型号表
元件名称
规格
额定流量（L/min）
额定压力（MPa）
型号
溢流阀
15
20
Y-10B
电磁换向阀
20
20
DSG-02-3C12
3.5.5管道尺寸的确定
管道内经的计算：
q管道内液压油流量（L/min）；
v液压油流速(m/s)；常用流速如下表所示：
表3-9 管道常用流速
Tab．3-9 Of velocity commonly used
管道
推荐流速v（m/s）
吸油管道
0.5~2
压油管道
2.5~6
回油管道
1.5~3
对于吸油管直径，取v=1m/s则有：
≈17.25mm
对于压油管道，取v=3m/s则有：
≈8.42mm
油箱的吸油管道选择钢管，其他管道选择橡胶管。根据工作压力管道壁厚通常选取4~5mm，所以本设计吸油管道直径为10mm，压油管道直径选择为13mm。
3.5.6油箱的设计
液压系统液压泵额定流量的5~7倍一般就可作为油箱的容积，本设计取5倍，故油箱容积为5×4.5=22.5L依据机架尺寸，使机床结构更加紧凑设计的油箱尺寸为300×210×160mm
4支撑架的设计
支撑架的整体尺寸为400×250×350mm，角钢支架采用焊接而成。包括电机安放架、油箱安放架。在保证各零件安装位置要求的前提下，整体结构比较紧凑，占地面积较小。支撑架的材料选择HT150，可以满足整体的强度和刚度要求。支撑架上的润滑油箱支撑部分，接触面部分采用一排角钢支架用来固定油箱。
图4-1总体支撑架
总结
完成了本次毕业设计，我收获了很多，毕业设计用的知识很多，几乎包含全部专业课程知识。这个课题深深的考察了我，我从未自己动手自下而上完成类似设计，所以更能激励我全身心投入其中来完成它。我相信通过此次的毕业设计可以综合运用从课本上学到的知识，它不仅使我们了解如何将理论应用于实践，而且使我们能够理解如何在实践中解决问题。又对课本所学内容进行了综合运用。初步培养我们解决问题的能力,提高了独立工作的能力。在这个过程中，我们还有很多工作要做。在周毓明教授的指导下，经过数月的不懈努力，成功地完成了简易插床和液压系统的设计。我学到了很多新知识、新方法、新思想 ，以及对我四年大学学习的良好总结。这些都是我的好基石，所以我觉得我获得了很多。在设计期间，周毓明教授给了我很大的帮助和指导。我谨向您表示衷心的感谢。
致谢
大学的时光实在短暂，还清晰记得当初刚进校园的澎湃心情，现在却要面对毕业分离的伤感和迷茫。毕业论文的选题及研究过程中得到我导师的悉心指导，导师多次询问研究进程，为我指点迷津，帮助我开拓思路，热忱鼓励，老师严谨求实的态度，踏踏实实的精神，对我影响深刻，同时老师不仅在论文上认真指导我，还教导我走上社会后如何做人处事。
非常感谢指导老师的指导，让我顺利地完成毕业论文。
感谢大学里所有给过我谆谆教诲的老师们，因为你们，我的人生更加富有。
感谢我所有的朋友，因为你们，我的大学生活更加愉快，有意义。
更要感谢我的父母，给我那么好的生活条件和学习环境！
参考文献
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[17]濮良贵,纪名刚.机械设计．北京：高等教育出版社，2001．第七版
附录：文献翻译原文
What is hydraulic?
Hydraulic systems are power-transmitting assemblies employing pressurized liquid to transmit energy from an energy-generating source to an energy-use area. All hydraulic systems depend on Pascal’s law, named after Blaise Pascal, who discovered the law. This law states that pressurized fluid within a closed container-such as cylinder or pipe-exerts equal force on all of the surfaces of the container.
In actual hydraulic systems, Pascal’s law defines the basis of the results which are obtained from the system. Thus, a pump moves the liquid in the system. The intake of the pumps connected to a liquid source, usually called the tank or reservoir. Atmospheric pressure, pressing on the liquid in the reservoir, forces the liquid into the pump. When the pump operates, it forces liquid from the tank into the discharge pipe at a suitable pressure.
The flow of the pressurized liquid discharged by the pump is controlled by valves. Three control functions are used in most hydraulic systems: (1) control of the liquid pressure, (2) control of the liquid flow rate, and (3) control of the direction of flow of the liquid.
The liquid discharged by the pump in a fluid-power system is directed by valves to a hydraulic motor. A hydraulic motor develops rotary force and motion, using the pressurized liquid as its energy source. Many hydraulic motors are similar to pumps, except that the motor operates in a reverse manner from a pump.
Where linear instead of rotary motion is desired, a cylindrical tube fitted with a movable piston, called a hydraulic cylinder, is often used. When the piston is moved by the pressurized fluid, the piston rod imparts a force or moves an object through a desired distance.
Restricting the movement of the piston in a hydraulic cylinder, as when the piston carries a load, creates a specific pressure relationship within the cylinder. The surface area of the piston face is said to contain a specific number of square inches. The pressure of the pressurized liquid, multiplied by the piton area, produces an output force, measured in pound, at the end of the piston rod.
The speed of movement of the piston rod depends on how fast the pressurized fluid enters the cylinder. Flow into the cylinder can be directed to either end, producing either a pushing or pulling force at the piston rod end. A seal around the rod where it passes through the cylinder end prevents leakage of the liquid.
Directional control of the piston depends on which end of cylinder the liquid enters. As pressurized liquid enters one end of the cylinder, liquid must be drained from the other end. The drained liquid is led back to the reservoir. In a pneumatic system using air, the air in the exhausting end of the cylinder is vented to the atmosphere.
Directional-control valves, also called two-way, three-way, four-way, etc. , are named in accordance with their basic function. Pressure-control and simple restrictor valves are usually two-way valves. They provide ON or OFF service. A three-way valves may perform several functions, all associated with the three-ports in the valve. For example, the power or pressurized liquid from a pump in a tractor may be sent to the hydraulic system serving the tractor’s front-end loader. Or the three-way valve may send the pressurized liquid to a hydraulic motor driving a feed conveyor while the front-end loader is not being used.
Three-way valves may also be used to direct pressurized fluid to a single-acting hydraulic cylinder. As the three-way valve is actuated (operated) it can stop the pressurized flow to the cylinder. Further, the same valve can divert liquid from the cylinder to the reservoir, so the cylinder can retract by gravity or return springs and assume its original position.
译文
什么是液压？
液压系统是利用液体为介质把能量从动力源传递到消耗位置的动力传递系统。所有液压系统原理都基于帕斯卡定律，是以发现这个定律的帕斯卡的名字而命名的。这个定律表明在一个密封的容器里，如缸体或管子，受压液体向容器表面所有方向施加相等的力。
在实际液压系统中，帕斯卡定律解释从系统中得到的各种结果。泵使流体在系统里流动。泵的吸入口接到液压油容器，通常称为液压油箱。大气压压在油箱里液体上，使液体流入泵里。当液压泵工作时，它以适当的压力把液体从油箱压到管道里。
泵排出的高压液体由阀控制。多数液压系统运用三种控制方式：（1）流体压力控制；（2）流体速度控制；（3）流体方向控制。
在液压系统中由泵排出的液体经由控制阀到液压马达。液压马达利用受压的流体作为它的能量源产生旋转的力和运动。液压马达跟泵的结构类似，只不过它的工作原理是相反的。
在要求直线运动代替旋转运动的地方是用液压缸，它由运动活塞和缸体构成。当活塞由高压流体驱动时，活塞杆传递力，推动负载移动一段设定的距离。
当液压缸中的活塞运动受阻时，例如当活塞有负载，在液压缸中必然会产生一个相应的压力。活塞面积以平方英寸为单位，受压液体的压力乘以活塞面积，就等于在活塞杆的末端产生的一个以磅为单位的输出力。
活塞杆的速度取决于受压液体进入液压缸里的多少。可以控制油液流如液压缸的其中一端，在活塞杆上产生一个拉力或产生一个推力。在活塞上有密封装置，防止流体的泄漏。
活塞的方向控制取决于流体进入液压缸的哪一端，当高压流体进入液压缸的一端时，流体一定从另一端流出。排出的流体又回液压油箱。在利用空气的气动系统里，空气是由缸体排放入大气中的。
方向控制阀也称作二通阀、三通阀和四通阀等等，是根据它们的基本功能命名的。压力控制阀和简单的节流阀，通常采用二通阀，他们仅有通和断功能。三通阀可以有几种功能,这些和三通阀的油口有关。例如，来自泵的高压流体可能传送到拖拉机的液压系统里驱动负载。在不需驱动时，三通阀将高压流体送到驱动输送机构的液压马达上。
也可以用三通阀来控制单作用式液压缸（只能单方面施力）的运动。例如，当三通阀通时，它可以阻止高压流体流入液压缸。同时，该阀可以把液压缸中的液体导向液压油箱，因此，柱塞缸可以在重力或回程弹簧的作用下回到它的初始位置。
四通阀有四个油口。压力油口控制流体连接到需要高压的地方。同时有一个油口从高压区排出油液。排出的液体流回液压油箱。
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