液压千斤顶

机械设计大作业
脚踏式液压千斤顶
院部：机电与车辆工程学院
班级：车辆工程
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引言
第一章、液压千斤顶的总体设计方案1）液压千斤顶设计方案示意图
2）液压千斤顶的组成
3）液压千斤顶的优缺点
第三章、液压千斤顶的原理
1）液压千斤顶原理图
2）液压千斤顶的特点
第四章、液压千斤顶结构设计
1）内管设计
2）外管设计
3）活塞杆设计
4）导向套的设计
5）液压千斤顶活塞部位的密封
6）液压千斤顶装配图
第五章、液压千斤顶常见的故障与维修结论
致谢
参考文献
第一章引言
机电一体化又称机械电子学，英语称为Mechatronics，它是由英文机械学Mechanics的前半部分与电子学Electronics的后半部分组合而成。

机电一体化最早出现在1971年日本杂志《机械设计》的副刊上，随着机电一体化技术的快速发展，机电一体化的概念被我们广泛接受和普遍应用。

随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用,机电一体化技术获得前所未有的发展。

现在的机电一体化技术，是机械和微电子技术紧密集合的一门技术，他的发展使冷冰冰的机器有了人性化，智能化。

机电一体化技术是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合，并综合应用到实际中去的综合技术。

是现代化的自动生产设备几乎可以说都是机电一体化的设备。

液压技术发展趋势液压技术是实现现代化传动与控制的关键技术之一，世界各国对液压工业的发展都给予很大重视。

液压传动是以液体作为工作介质，利用液体的压力能进行能量的传递和控制的一门技术。

液压传动具有许多优点，被广泛应用于机械、建筑、冶金、化工以及航空航天等领域。

如今，随着微电子和计算机技术的发展，机、电、液技术的紧密结合，使液压技术的发展和应用又进入了一个崭新的阶段。

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?如何在设计过程中充分发挥设计人员的创造性劳动和集体智慧,提高产品的使用价值及企业、社会的经济效益? 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。

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。

第二章液压千斤顶的结构及组成
1）液压千斤顶的结构图
图1 液压千斤顶设计方案示意图
液压千斤顶结构图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，2大活塞下落，大活塞下落速度取决于回油阀杆的扭转程度。

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、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。

2、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，油缸做直线运动，马达做旋转运动。

3、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。

5、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，
它经过油泵和液动机实现能量转换。

3）液压传动的优缺点
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%～20%，因此惯性力较小。

（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1:2000（一般为1:100）.
（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。

（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。

（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。

（6）操纵控制简便，自动化程度高。

（7）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。

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

(2)对液压元件制造精度要求高，工艺复杂，成本较高。

(3)液压元件维修较复杂，且需有较高的技术水平。

(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-15℃～60℃范围内较合适。

(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。

第三章液压千斤顶的原理
1）液压千斤顶原理图
图1-1
液压千斤顶的工作原理如图1-1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。

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,若出现泄漏现象将引起举升汽车的下降,保险系数降低,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。

第四章液压千斤顶结构设计
1)内管设计
已知千斤顶的额定载荷为19600N，初定额定压力为15Mpa。

千斤顶的最低使用高度为192mm,最高使用高度为277mm.
根据以上要求可以得到如下计算结果：
F=P×A 得到A=19600/9.8/150=13.3cm2
所以内管的直径D=42mm，长为115mm,有效长度为85mm 这里 F=外部作用力（kgf）
A=内管的作用面积(cm2)
P=被传递的压力（kgf/cm2）
内管的壁厚δ为
δ=δ0+C1+C2
根据公式δ0>PmaxD/2δp(m) δp=δb/N
查机械设计手册可知δb=550（无缝钢管，牌号20）
N为安全系数一般取5
δ0>15×0.042/(2×550/5)=0.002m=2mm
δ=δ0+C1+C2=3mm
上式中C1为缸筒外径公差余量
C2为腐蚀余量
缸筒壁厚的验算
根据公式Pn<=0.35δs(D12-D2)/D12MPa
0.35×550×0.00054/0.002304=50MPa
Pn=15MPa
所以缸筒的臂厚完足满足设计需要的要求.
2）外管设计
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。

由上可知道内管的内径为42mm
可得V内=AH=3.14×2.12×8.5=117.7cm2
外管的外径D=66mm
可得V外=AH=3.14×3.32×10=341.94 cm2
△V=V外-V内=341.94-117.7=224.24 cm2
所以△V>V内，完全满足要求.
3）活塞杆设计
活塞杆是液压缸传递力的重要零件，它承受拉力，压力，弯力，曲力和振动冲击等多种作用力，所以必须有足够的强度和刚度，由于千斤顶的液压缸无速比要求，可以根据液压缸的推力和拉力确定。

参照机械设计手册表17-6-16
可根椐内管的内径D=42mm，初步确定活塞杆的外径为d=30mm 活塞杆强度的计算
活塞杆在稳定的工况下，只受纵向推力，可按下式进行计算
δ=F×10-6/(nd2/4)<= δP MPa
可得δ=19600×10-6/(0.03×3.14/4)=27.7
查表可知δP的许用应力为100-110MPa（无缝钢管）
所以δ<δP
所以活塞杆的设计要求强度完全满足。

活塞杆弯曲稳定性验算
可以用实用验算法
活塞杆弯曲计算长度为L f=KSm
具体可以根据机械设计手册表17-6-16中选取
4）导向套的设计
活塞杆导向套装在内管的有杆侧端盖内，用以对活塞杆进行导行，内装有密封装置以保证缸筒有杆腔的密封，导向套采用非耐磨材料时，内圈可设导向环，用以作活塞杆的导向。

根据千斤顶的受力方式，可以作以下分析
如上图所示，垂直安放的千斤顶，无负载导向装置，受偏心轴向载荷9800N,L=0.1m
时
M0=F1L Nm Fd=K1 M0/L G N
可得M0=9800×0.1=9800Nm
Fd=K1 M0/L G（N）
可得F d=1.5×9800/0.057=2.5×105N
在上式中
F d-----------------导向套承受的载荷，N
M0---------------- 外力作用于活塞上的力矩，N.m F1-----------------作用于活塞上的偏心载荷，N L------------------载荷作用的偏心矩，m
L G-----------------活塞至导向套间距，m。

D、d---------------分别为活塞及活塞杆外径，m 5）液压千斤顶活塞部位的密封
在大活塞与大油缸配合部位采用的尼龙碗形密封件与O形密封圈组合而成的组合密封装置，由于橡胶具有良好的弹性，受力时迫使尼龙碗的唇边与缸壁贴合，起良好的密封作用。

缺点如图：
密封圈处在小孔口，缸中的超高压工作油在限位孔处存在极大的压力差，会使密封圈在此处遭受极大的撕拉作用。

从而产生损伤，形成轴向沟痕。

此沟痕随着起重物的加重，限位孔直径的增大以及超越限位孔次数的增多而变大加深，最终会破坏了密封圈的密封性能。

致使活塞不能推动重物上升。

为此。

要求密封圈材质的强度要高。

由于面柱与面柱面的配合始终存在一定的误差，为了避免因为油液单独进入一边空隙造成压力不平衡而引起活塞卡死现象，可以在活塞与大油缸配合的活塞头上适当开辟油沟，平衡各边压力。

6）液压千斤顶装配图
液压千斤顶
单向阀装配图
第五章液压千斤顶常见的故障与维修
结论
毕业设计是大学学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的学习机会，通过这次对液压千斤顶理知识和实际设计的相结合，锻炼了我的综合运用所学专业知识，解决实际工程问题的能力，同时也提高了我查阅文献资料、设计手册、设计规范能力以及其他专业知识水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，抗压能力以及耐力也都得到了不同程度的提升。

这是我们都希望看到的也正是我们进行毕业设计的目的所在，提高是有限的但却是全面的，正是这一次毕业设计让我积累了许多实际经验，使我的头脑更好的被知识武装起来，也必然让我在未来的工作学习中表现出更高的应变能力，更强的沟通力和理解力。

顺利如期的完成本此毕业设计给了我很大的信心，让我了解专业知识的同时也对本专业的发展前景充满信心，但同时也发现了自己的许多不足与欠缺，留下了些许遗憾，不过不足与遗憾不会给我打击只会更好的鞭策我前行，今后我更会关注新科技新设备新工艺的出现，并争取尽快的掌握这些先进知识，更好的为祖国的四化服务。

致谢
大学三年即将结束，在这短短的三年里，让我结识了许许多多热心的朋友、工作严谨教学相帮的教师。

毕业设计的顺利完成也脱离不了他们的热心帮助及指导老师的精心指导，在此向所有给予我此次毕业设计指导和帮助的老师和同学表示最诚挚的感谢。

首先，向本设计的指导老师表示最诚挚的谢意。

在自己紧张的工作中，仍然尽量抽出时间对我们进行指导，时刻关心我们的进展状况，督促我们抓紧学习。

老师给予的帮助贯穿于设计的全过程，从借阅参考资料到现场的实际操作，他都给予了指导，不仅使我学会书本中的知识，更学会了学习操作方法。

也懂得了如何把握设计重点，如何合理安排时间和论文的编写，同时在毕业设计过程中，他和我们在一起共同解决了设计中出现的各种问题。

其次，要向给予此次毕业设计帮助的老师们，以及同学们以诚挚的谢意，在整个设计过程中，他们也给我很多帮助和无私的关怀，更重要的是为我们提供不少技术方面的资料，在此感谢他们，没有这些资料就不是一个完整的论文。

另外，也向给予我帮助的所以同学表示感谢。

总之，本次的设计是老师和同学共同完成的结果，在设计的一个月里，我们合作的非常愉快，教会了大我许多道理，是我人生的一笔财富，我再次向给予我帮助的老师和同学表示感谢！
参考文献
白柳于军主编《液压与气压传动》机械工业出版社，2009
辛会诊主编《机械设计基础》国防科技大学出版社，2008 王宇平主编《公差配合与几何精度检测》人民邮电出版社，2007 何存举主编《液压原件》机械工业出版社，1982
任占海主编《液压传动》冶金工业出版社，1998。