【原创】液压千斤顶设计_毕业论文设计

本科毕业设计（论文）
题目：液压千斤顶设计
机电工程系
教学单位：
机械设计制造及其自动化
业：
专
号： 0912010239 学
刘 健
名：
姓
指导教师：
2014年 5月
摘 要
液压传动的基本原理是机械能与液压能的相互转换，液压千斤顶是典型的利用
液压传动的设备，液压千斤顶具有结构紧凑、体积小、重量轻、携带方便、性能可靠等优点，被广泛应用于流动性起重作业，是维修汽车、拖拉机等理想工具。

其结构轻巧坚固、灵活可靠，一人即可携带和操作，千斤顶是用刚性顶举件作为工作装置，通过顶部托座或底部托爪在小行程内顶升重物的轻小起重设备。

置，通过顶部托座或底部托爪在小行程内顶升重物的轻小起重设备。

关 键 词: 液压传动液压传动 工作原理工作原理工作原理 故障故障故障 维护维护
维护
Abstract
Hydraulic drive is to liquid pressure can for work of drive way ，its work principle is machinery can and of mutual conversion, Yu liquidity lifting job, is maintenance car, and tractor, ideal tools. Its light structure strong and flexible and reliable, one person to carry and operate, Jack is made of rigid top-lift as a work device, through the bracket at
the top or bottom bracket feet lifting the small tour of small light lifting equipment.
Key words: Hydraulic drive ; operating principle ; broken down ; maintain
目录
(1)
绪论
第1章 绪论
第2章 液压千斤顶的结构及组成液压千斤顶的结构及组成
....................................................................................................... 2 2.1 液压千斤顶的结构图液压千斤顶的结构图 .............................................................................................................. 2 2.2 液压千斤顶的组成液压千斤顶的组成 .................................................................................................................. 2 2.3 液压传动的优缺点液压传动的优缺点
.................................................................................................................. 3 2.3.1液压传动的优点液压传动的优点 .............................................................................................................. 3 2.3.2 液压传动的缺点液压传动的缺点 ........................................................................................................... 3 2.4 液压千斤顶的原理液压千斤顶的原理 .................................................................................................................. 4 2.4.1 液压千斤顶原理图液压千斤顶原理图 ....................................................................................................... 4 2.4.2 液压千斤顶的特点液压千斤顶的特点
....................................................................................................... 5 第3章 液压千斤顶结构设计液压千斤顶结构设计
............................................................................................................... 6 3.1 大液压缸设计大液压缸设计 .......................................................................................................................... 6 3.1.1液压缸主要参数及尺寸的确定液压缸主要参数及尺寸的确定
...................................................................................... 7 3.1.2相关计算及验证相关计算及验证
.............................................................................................................. 7 3.1.3液压缸的推力和流量计算液压缸的推力和流量计算 .............................................................................................. 8 3.1.4大液压缸的流量计算大液压缸的流量计算 ...................................................................................................... 8 3.2 小液压缸的设计小液压缸的设计
...................................................................................................................... 9 3.2.1 缸底厚度的计算缸底厚度的计算 ........................................................................................................... 9 3.2.2 小液压缸的推力计算小液压缸的推力计算 ................................................................. 错误！未定义书签。

3.2.3 小液压缸的流量计算小液压缸的流量计算 ................................................................. 错误！未定义书签。

3.2.4 活塞杆直径的验算活塞杆直径的验算 ..................................................................... 错误！未定义书签。

3.3 活塞杆设计活塞杆设计 ............................................................................................ 错误！未定义书签。

3.4 导向套的设计导向套的设计 ........................................................................................ 错误！未定义书签。

3.5 液压缸进出油口尺寸的确定液压缸进出油口尺寸的确定 ............................................................... 错误！未定义书签。

3.6 油箱的结构设计及防噪油箱的结构设计及防噪 ........................................................................ 错误！未定义书签。

3.7 液压千斤顶活塞部位的密封液压千斤顶活塞部位的密封 ................................................................ 错误！未定义书签。

3.8 液压千斤顶装配图液压千斤顶装配图
................................................................................ 错误！未定义书签。

第4章 液压千斤顶常见的故障与维修液压千斤顶常见的故障与维修
............................................................. 错误！未定义书签。

第5章 结论结论
......................................................................................................... 错误！未定义书签。

致谢......................................................................................................................... 错误！未定义书签。

参考文献参考文献 ................................................................................................................. 错误！未定义书签。

第1章 绪论
随着我国汽车工业的快速发展,汽车随车千斤顶的要求也越来越高;同时随着市
场竞争的加剧,用户要求的不断变化,将迫使千斤顶的设计质量要不断提高,以适应用
户的需求。

用户喜欢的、市场需要的千斤顶将不仅要求重量轻,携带方便,外形美观,使用可靠,还会对千斤顶的进一步自动化,甚至智能化都有所要求。

如何充分利用经济、情报、技术、生产等各类原理知识,使千斤顶的设计工作真正优化? 如何在知识经济的时代充分利用各种有利因素,对资源进行有效整合等等都将是我们面临着又必须解决的重要的问题。

千斤顶与我们的生活密切相关，在建筑、铁路、汽车维修等部门均得到广泛的应用，因此千斤顶技术的发展将直接或间接影响到这些部门的正常运转和工作。

常运转和工作。

本次对液压千斤顶进行设计可以了解液压千斤顶的原理以及应用。

通过查阅大量文献，和对千斤顶各部件进行设计、绘制不但熟悉了千斤顶内液压传动原理还使得我对一些绘图软件的操作更加熟练。

同时也在以前书本学习的基础上对液压传动加深了理解。

第2章 液压千斤顶的结构及组成
2.1
液压千斤顶的结构图
图2.1 液压千斤顶设计方案示意图
液压千斤顶结构图2.1所示，工作时通过上移6手柄使7小活塞向上运动从而
形成局部真空，油液从邮箱通过单向阀9被吸入小油缸，然后下压6手柄使7小活塞下压，把小油缸内的液压油通过10单向阀压入3大油缸内，从而推动2大活塞上移，反复动作顶起重物。

通过1调节螺杆可以调整液压千斤顶的起始高度，使用完毕后扭转4回油阀杆，连通3大油缸和邮箱，油液直接流回邮箱，大油缸和邮箱，油液直接流回邮箱，22大活塞下落，大活塞下落速度取决于回油阀杆的扭转程度。

活塞下落速度取决于回油阀杆的扭转程度。

2.2
液压千斤顶的组成 液压系统主要由：动力元件（油泵）、执行元件（油缸或液压马达）、控制元件（各种阀）、辅助元件和工作介质等五部分组成。

[1]
1、动力元件（油泵） 它的作用是把液体利用原动机的机械能转换成液压力能，是液压传动中的动力部分。

液压传动中的动力部分。

2、执行元件（油缸、液压马达）、执行元件（油缸、液压马达） 它是将液体的液压能转换成机械能。

其中，油缸它是将液体的液压能转换成机械能。

其中，油缸做直线运动，马达做旋转运动。

做直线运动，马达做旋转运动。

3、控制元件、控制元件 包括压力阀、流量阀和方向阀等，它们的作用是根据需要无级调节液包括压力阀、流量阀和方向阀等，它们的作用是根据需要无级调节液压动机的速度，并对液压系统中工作液体的压力、流量和流向进行调节控制。

压动机的速度，并对液压系统中工作液体的压力、流量和流向进行调节控制。

4、辅助元件、辅助元件 除上述三部分以外的其它元件，包括压力表、滤油器、蓄能装置、冷除上述三部分以外的其它元件，包括压力表、滤油器、蓄能装置、冷却器、管件及邮箱等，它们同样十分重要。

却器、管件及邮箱等，它们同样十分重要。

5、工作介质、工作介质 工作介质是指各类液压传动中的液压油或乳化液，它经过油泵和液动工作介质是指各类液压传动中的液压油或乳化液，它经过油泵和液动机实现能量转换。

机实现能量转换。

2.3
液压传动的优缺点 2.3.1液压传动的优点
（1） 体积小、重量轻，例如同等功率液压马达的重量只有电动机的10%10%～～20%20%，因，因此惯性力较小。

[5]
（2） 能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度，并可实现无级调速，且速度范围
最大可达1:20001:2000（一般为（一般为1:1001:100））.
（3） 转向容易，在不改变电机旋转方向的情况下，可以较方便地实现工作机构旋
转和直线往复运动的转换。

转和直线往复运动的转换。

（4） 液压泵和液压马达之间用油管连接，在空间布置上彼此不受严格限制。

液压泵和液压马达之间用油管连接，在空间布置上彼此不受严格限制。

（5） 由于采用油液为工作介质，元件相对运动表面间能自行润滑，磨损小，使用
寿命长。

寿命长。

（6） 操纵控制简便，自动化程度高。

操纵控制简便，自动化程度高。

（7） 容易实现过载保护。

容易实现过载保护。

（8） 液压元件实现了标准化、系列化、通用化，便于设计、制造和使用。

液压元件实现了标准化、系列化、通用化，便于设计、制造和使用。

2.3.2
液压传动的缺点 (1)(1) 使用液压传动对维护的要求高，工作油要始终保持清洁。

使用液压传动对维护的要求高，工作油要始终保持清洁。

(2)(2) 对液压元件制造精度要求高，工艺复杂，成本较高。

对液压元件制造精度要求高，工艺复杂，成本较高。

(3)(3) 液压元件维修较复杂，且需有较高的技术水平。

液压元件维修较复杂，且需有较高的技术水平。

(4)(4) 液压传动对油温变化较敏感，这会影响它的工作稳定性，因此液压传动不宜
在很高或很低的温度下工作，一般工作温度在在很高或很低的温度下工作，一般工作温度在-15-15-15℃～℃～℃～606060℃范围内较合适。

℃范围内较合适。

℃范围内较合适。

(5)(5) 液压传动在能量转化的过程中，特别是在节流调速系统中，其压力大，流量
损失大，因此系统效率较低。

损失大，因此系统效率较低。

2.4 液压千斤顶的原理
2.4.1 液压千斤顶原理图
1-油箱
大活塞 5-单向阀
单向阀
放油阀 3-大缸
油箱 2-放油阀
大缸 4-大活塞
6-杠杆手柄
单向阀
小缸体 9-单向阀
杠杆手柄 7-小活塞
小活塞 8-小缸体
图2.2 液压千斤顶工作原理图
液压千斤顶的工作原理如图2.2所示，大缸体3和大活塞4组成举升缸；杠杆手柄6、小缸体8、活塞7、单向阀5和9组成手动液压泵。

活塞和缸体之间保持良好的配合关系，又能实现可靠的密封。

当抬起手柄6，使小活塞7向上移动，活塞下腔密封容积增大形成局部真空时，单向阀9打开，油箱中的油在大气压力的作用下通过吸油管进入活塞下腔，完成一次吸油动作。

当用力压下手柄时，活塞7下移，其下腔密封容积减小，油压升高，单向阀9关闭，单向阀5打开，油液进入举升缸下腔，驱动活塞4使重物G上升一段距离，完成一次压油动作。

反复地抬、压手柄，就能使油液不断地被压入举升缸，使重物不断升高，达到起重的目的。

如将放油阀2旋转90°（在实物上放油阀旋转角度是可以改变的），活塞4可以在自重和外力的作用下实现回程。

这就是液压千斤顶的工作过程。

[4]
2.4.2
液压千斤顶的特点 液压千斤顶是一种将密封在油缸中的液体作为介质，把液压能转换为机械能从而将重物向上顶起的千斤顶。

它结构简单、体积小、重量轻、举升力大，易于维修，但同时制造精度要求较高但同时制造精度要求较高,,若出现泄漏现象将引起举升汽车的下降若出现泄漏现象将引起举升汽车的下降,,保险系数降低保险系数降低,,使用其举升时易受部位和地方的限制使用其举升时易受部位和地方的限制..传统液压千斤顶由于手柄、活塞、油缸、密封圈、调节螺杆、底座和液压油组成。

它利用了密闭容器中静止液体的压力以同样大小各个方向传递的特性。

优点：输出推力大。

缺点：效率低。

小各个方向传递的特性。

优点：输出推力大。

缺点：效率低。

第3章 液压千斤顶结构设计
3.1
大液压缸设计 已知千斤顶的额定载荷为19600N 19600N，初定额定压力为，初定额定压力为15Mpa 15Mpa。

千斤顶的最低使用。

千斤顶的最低使用高度为192mm,192mm,最高使用高度为最高使用高度为277mm.
根据以上要求可以得到如下计算结果：根据以上要求可以得到如下计算结果：
F=P F=P××A
得到A=196009.8150=13.3cm 2
所以内管的直径D=42mm D=42mm，长为，长为115mm,115mm,有效长度为有效长度为85mm 这里这里 F= F=外部作用力（外部作用力（kgf kgf kgf）） A=内管的作用面积内管的作用面积(cm (cm 2
)
P=被传递的压力（被传递的压力（kgfcm kgfcm 2
）
内管的壁厚δ为
δ=δ0+C 1+C 2 根据公式δ0>PmaxD2δp (m)
δp=δb N
查机械设计手册可知δb=550550（无缝钢管，牌号（无缝钢管，牌号2020）） N 为安全系数一般取5
δ0>15>15×
×0.042(20.042(2××5505)=0.002m=2mm δ=δ0+C 1+C 2=3mm
上式中C1为缸筒外径公差余量为缸筒外径公差余量
C2为腐蚀余量为腐蚀余量
缸筒壁厚的验算缸筒壁厚的验算
根据公式Pn<=0.35δs (D12-D 2)D12MPa 0.350.35××550550××0.000540.002304=50MPa Pn=15MPa
所以缸筒的臂厚完足满足设计需要的要求所以缸筒的臂厚完足满足设计需要的要求. .
立式千斤顶的外管主要的作为是用来储存多余的液压油，在无电动源作用的情况下，外管起了一个油箱的作用。

况下，外管起了一个油箱的作用。

由上可知道内管的内径为42mm
可得V 内=AH=3.14=AH=3.14××2.12
×8.5=117.7cm 2
外管的外径D=66mm
可得V 外=AH=3.14=AH=3.14××3.32×10=341.94 cm
2
△V=V 外-V 内=341.94-117.7=224.24 cm
2 所以△所以△V>V V>V 内，完全满足要求内，完全满足要求. . 3.1.1液压缸主要参数及尺寸的确定 （1）工作负载的计算式：）工作负载的计算式：
m f t R R R R ++= n w t R R R ±= 式中，w R ：液压缸轴线方向上的外作用力：液压缸轴线方向上的外作用力 （N ） g R ：液压缸轴线方向上的重力：液压缸轴线方向上的重力 （N ） f R ：运动部件的摩擦力：运动部件的摩擦力
（N ） m R ：运动部件的惯性力：运动部件的惯性力 （N ） R ：液压缸的工作负载：液压缸的工作负载 因此，大液压缸参数：因此，大液压缸参数：
因此，大液压缸参数： 外作用力：N R w
20000
102000=´= 摩擦力：N fG R f
4000200002.0=´==
惯性力：N am R m 7.1666]1.0)060/5[()1020000(=¸-´¸==（设其杆上升的速度为5ms 5ms）），故总负载力为：N R R R R m f t 7.256667.1666400020000=++=++=。

（2）液压缸工作压力的选定）液压缸工作压力的选定
由以上得到工作负载R ，再根据下表得R 在10000到20000N 之间，所以选择系统压力为3MPa 3MPa。

表3-1液压缸工作压力表液压缸工作压力表
3.1.2相关计算及验证
液压缸内径及活赛杆直径的确定。

液压缸内径及活赛杆直径的确定。

（1）内径计算：d D 2=
负载（负载（N N ） <5000 5000~100
0 10000~20000 20000~30000 30000~50000 〉50000 工作压力（N ）
<0.8~1
1.5~2
2.5~3
3~4
4~5
>5
p
F d p 4
=
其中：其中： D D 为液压缸内径；为液压缸内径；d d 为活塞杆直径。

为活塞杆直径。

所以：mm d 9.10810
37
.2566646
»´´=
p (
取109mm) mm d D 126.15410922=´==（取155mm 155mm））
小液压缸：小液压缸：
由连通器原理：221A p
A P =
设1F =100N
N
R ff
201002.0=´=
N R m
33.8]1.0)060/5)[(10/100(=¸-= 总负载N R wf 100=力：N R R R R m
f t 3.1283.8201000=++=++=。

由（由（3.73.73.7）式得）式得223
.1281067.25666D p
p =´ 所以mm
D
5.77.2566631281062
»
´=
mm
D d 3.52
==
3.1.3液压缸的推力和流量计算 （1）大液压缸的推力计算
当液压缸的基本参数确定后，可以通过以下计算实际工作推力： P=PA （N ） (3.8) 式中，式中，A A ：活塞有效工处面积，：活塞有效工处面积，P P ：液压缸工作压力。

：液压缸工作压力。

所以，在大液压缸的实际工作推力：N P 146218)10154(4105.22
36=´´´´=-p 。

3.1.4大液压缸的流量计算
在液压缸的基本参数确定后，可以通过以下计算实际工作流量。

在液压缸的基本参数确定后，可以通过以下计算实际工作流量。

Q=AV 式中，式中，V V ：液压缸工作速度，：液压缸工作速度，A A ：液压缸有效工作面积，：液压缸有效工作面积，
min
/31.9min /009309.05.0154.043
2L m Q ==´´=p 。

活塞杆直径的验算活塞杆直径的验算: :
按强度条件验算活塞杆直径当活塞杆长度按强度条件验算活塞杆直径当活塞杆长度 l>10d l>10d 时，要进行稳定性验算：P n P k k >式中，k P ：液压缸稳定临界力：液压缸稳定临界力 P ：液压缸最大推力：液压缸最大推力
k n :稳定性安性系数，k n 取=2-4
由活塞杆计算柔由活塞杆计算柔
度i l /j l = j ：安装形式系数，取0.7
l: 活塞杆长度i ：活塞杆的横截面积，4d i =
710)480.0(2007.03
=´¸¸´=-l 。

所以，，21l l l <<为柔度系数，102=l ，因此只需校核强度。

，因此只需校核强度。

则按压缩强度计算Pa d A F CF 6210355)4
(7.25666/´£´´==p s mm d 7.9³
所以取d=109mm
3.2
小液压缸的设计 3.2.1 缸底厚度的计算 )(]
[(433.0)022
2
m m d D D P D h s -´=式中式中
Handbook [M]. 2nd Ed. New York and Basel ，1990
[9]. Kurt E Petersen. Silicon as a mechanical Material [C]. Proc.IEEE,1982。