浅谈液压夹具设计的方法.pdf

Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 0 8 ． 2 0 1 5 d o i l O ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 8 0 8 1 3 ． 2 0 1 5 ． O 8 ． 0 0 5 浅谈液压夹具设计的方法 范芳洪 湖南铁道职业技术学院 车机学院， 湖南 株洲 4 1 2 0 0 1 摘 要 通过介绍一种典型的液压夹紧缸， 根据其工作状态分析了液压元件的工作原理和计算方法， 并总结出在液压夹具设计过程中 需要遵循步骤及设计过程中的要求。 关键词 单活塞； 液压元件； 原理图； 系统参数 中图分类号 T H1 3 7 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 5 0 8 0 0 1 5 0 3 De s i g n M e t ho d o f Hy d r a u l i c Cl a mp F AN Fa n g - h o n g H u n a n Ra i l wa y P r o f e s s i o n a l T e c h n o l o g y Co l l e g e Ma c h i n e r y E l e c t r i c De p a r t me n t ， Z h u z h o u 4 1 2 0 0 1 ， C h i n a Ab s t r a c t T h r o u g h t h e i n t r o d u c t i o n o f a t y p i c a l h y d r a u l i c c l a mp i n g c y l i n d e r , a c c o r d i n g t o i t s wo r k i n g s t a t e a n a l y s i s p r i n c i p l e a n d c a l c u l a t i o n m e th o d o f h y dra u l i c e l e me n t s ， an d s u mm e d u p th e n e e d t o f o l l o w t h e s t e p s in t h e d e s i g n p r o c e s s r e q u i r e me n t s i n h y dra u l i c fi x t u r e d e s i gn pr oc e s s ． Ke y wo r d s s i n g l e p i s t o n ； the h y dra u l i c e l e me n t ； p r i n c i p l e d i a g r a m； s y s t e m p a r am e t e r s 0 引言 随着现代工业的不断发展 ， 对制造技术的要求也 在不断提高 ， 在批量化生产过程 中， 液压夹具得到了广 泛 的应用 ， 它很好地满 足了生产商对生产节拍及质量 控制的需要 ， 同时降低了劳动强度， 是实现生产自动化 的重要保证。 1 液压夹具设计步骤 根据 结构需要选择液压缸 的结 构形 式 ， 常见的液 压缸有双作用单活塞杆夹紧液压缸， 单作用单活塞杆 弹簧复位液压夹紧缸 ， 单作用单活塞杆带弹簧液压夹 紧缸 ， 双作用双活塞杆液压夹紧缸等。 图1 是单作用活塞杆弹簧复位液压夹紧缸， 当高压 油液P 进入A 面积腔推动活塞杆右移并压缩弹簧后压 紧工件 ， 当没有高压油液作用时， 被压弹簧在弹簧力的 作用下 向左移动而复位。 基金项 目 2 0 1 4 年湖南省教育厅科学研究项 目 1 4 C 0 7 5 3 收稿 日期 2 0 1 5 一 O 卜o 4 作者简介 范芳洪 1 9 7 5 - ， 男 ， 湖南邵阳人， 工程师 ， 学士， 研究方向 机 电设备的故障诊断与维修。 F w 位 图 1单 作用单活塞杆弹簧 复位 液压 夹紧缸 根据 工 况确 定液 压 系统 的主要参 数 压 力 和流 量 ， 液压系统的压力由外部负载决定 ， 流量主要由液 压回路的运动速度和液压执行元件的结构尺寸决定。 1 液压系统载荷的组成和计算 作用在活塞杆 的外力 有 导轨摩擦 载荷 、 重力 G 、 夹紧力E、 弹簧力 、 惯性载荷 。 图2 所示的立式工况 ， 工件的夹紧力靠弹簧力夹 紧， 即 ， 当需要松开工件时， ， 并且凡会随返 回距离逐渐增大。 2 初选系统工作压力 根 据载荷大小和设备类型选定工作压力n ， 如表 1 所示 。 表 1 载荷与工作压力 的关 系 T e c h n o l o g i c a l S c i e n c e s ， 2 0 1 1 ， 5 4 4 9 9 2 9 9 7 ． [ 6 】 侯波， 栾振辉． 复合式外齿轮泵流量特性的理论分析[ J 】 ． 华 中科技大学学报， 2 0 0 1 ，2 9 1 2 ， 1 8 2 0 ． 【 7 】 张军， 许贤 良， 章晓飞． 低速大扭矩I 型复合齿轮转子马达的 机理研究[ J 】 ． 农业机械学报， 2 0 0 4 ， 3 5 2 4 4 - 4 7 ． 【 8 】 闻德生， 张勇， 王志力， 等． 三作用多泵多马达输出转速和转 矩的理论分析[ J J ． 西安交通大学学报， 2 0 1 1 , 4 5 3 8 1 8 4 ． 【 9 】 We n D e s h e n g ， Wa n g Z h i l i ， L v S h i j u n ， e t a 1 ． S i n g l e a c t i n g D o u b l e s t a t o r Mu l t i p u mp s a n d Mu l t i mo t o r s[ J 】 ． J o u rna l o f C h o n g q i n g U n i v e r s i t y E n g l i s h E d i t i o n ， 2 0 1 0 ， 9 4 ， 2 0 8 2 1 4 ． [ 1 0 ]闻德生， 高俊， 王志力， 等． 双作用多泵多马达传动中马达输 出转矩分析[ J 】 ． 中国机械工程， 2 0 1 0 ， 2 1 2 3 2 8 3 6～ 2 8 3 8 ． 1 5 液 压 气 动 与 密 t 1 “ ／ 2o l 5年 第 0 8期 图 2 立 式 工 况 3 计算液压缸 的主要结构尺寸[ 2 ] 对于图2的受压情况可得 F F 1 7 1 m plAl 式中 A 无杆腔活塞有效作用面积， A ,tr D ／ 4 ； p m 液压缸工作腔压力 P a ； 活塞直径 m 。 4 计算液压缸的流量 液压缸工作时所需流量 由下面公式计算 Q A 式中 A 液压缸有效工作面积 m ； 1 2 活塞杆与液压缸体的相对运动速度 n Y s 。 2 设计基本方案和绘制液压系统图 2 ． 1 设计调速方案 当选好液压系统的液压元件之后， 可通过换向阀， 流量控制阀对其运动方 向和运动速度进行调整控制。 2 _ 2 设计液压 系统的压力控制方案 液压系统工作时 ， 要求 系统保持一定 的工作压力 ， 通过调整溢流阀得到适合的压力， 利用减压阀使系统各 回路中的压力不同， 分别驱动不同的负载。 2 ． 3 设计顺序 动作方案 液压系统为了工作可靠， 前后动作要设置互锁 ， 只 有前一个动作执行到位后才能启动后一个动作， 液压 回路 中一般用压力继 电器来检测 的压力 ， 当某一动作 执行完成时 ， 回路 中的压力到达一定 的数值 ， 压力继 电 器动作发出电信号接通液压执行元件启动下一个 动作。 2 ． 4 选择液压动力源 液压系统的动力源由液压泵、 温控装置、 过滤装置 和蓄能装置等部分组成 。根据液压系统的最大压力 和 流量选择液压泵 ， 液压泵选择过大 ， 效率低能源浪费 大， 过小不能满足系统的需要 ， 所以液压泵所提供的流 量尽量要和系统所需的流量相匹配 。液压系统的工作 介质是液压油， 系统对液压油的温度有一定的要求的， 油温过高或过低都会影响系统压力， 液压回路中要设 计温控装置 加热或冷却 来保证油温在正常范围内。 1 6 为 了防止系统工作 中的杂质流 回油箱 ， 在泵 的人 口和 回油 口要设置过滤装置。当系统需要的流量大于油泵 所提供的流量时可增设蓄能器做辅助油泵和液压泵共 同组成液压系统 的总能源 。 3 绘制液压系统原理图 液压 系统的动力 源 、 控制 回路及执行 元件确定好 后 ， 要绘制出液压系统的原理图， 以便液压系统的安 装 、 调试、 检测和维修等。绘制原理图时要注意 液压 元件 图形符号必须规范且符号 国家标准 ， 液压系统原 图是按 系统 的静 止状态 画出的 ， 如果有循环动作应在 相应的元件旁边画出循环动作图， 要画出液压控制电 气元 件 例如 电磁铁 的动作顺 序表 ， 要详细标 出液压 元件 的规格型号及参数等[4 1 。 4 液压元件的选择与专用件设计 4 ． 1 液压泵的选择 液压泵 的选择要考虑压力 和流量 两个 因素 ， 液压 泵的最大工作压P 由下式来计算 P ∑却 式中 p l 液压系统 中执行元件 的最大工作压力 ； ∑△ p 液压回路总的管路压力损失。 压力确定后再确定液压泵的流量Q ， 液压泵输出 的最大流量要大于系统所需 的最大流量 ， 液压泵输 出 流量 Q由下式计算 Q ≥K∑Q 式 中K 一液压系统整个管理的泄漏系数 ； ∑Q ⋯系统工作所需的最大流量 。 4 ． 2 选择液压泵的规格 根据p 和Q 值选取液压泵 ， 额定压力要比最大工作 压力大 2 5 ％一6 0 ％。 4 ． 3确定液压泵电机功率 在液压系统 中， 确定 了液压泵的压力和流量 ， 那 么 液压泵电机的功率P P p ／ l p 式中 p 液压泵 的最大输出压力 P a ； Q 液 压泵的最大输 出流量 m ／ s ； 液压泵工作时的总效率。 4 ． 4 管道的选择 1 管道种类的选择 液 压传动 系统常见 的管道有 钢管 、 铜 管 、 橡皮 软 管、 尼龙管等。选择的主要依据是工作压力 、 工作环境 和液压夹紧装置的总体布局等， 视具体工作条件而定。 2 管道内径的确定 Hy d r a u l i c s P n e u m a t i c s S e a l s ／ No ．0 8 ． 2 01 5 管道 内径一般 根据 所通 过 的最 大流量 和允许 流 速 ， 按下式计算 式 中p 通过管道内的流量 m。 ／ s ； l ， 管道允许流速 m ／ s 。 3 管接头的选择 管接头的形式有焊接式、 卡套式、 扩口式、 快换。 4 液压系统油箱容量的确定 根据泵的流量总和计算油箱的容量， 在保证散热 满足前提下 ， 油箱 的容量取 系统工作 的最大 流量 总和 的 3 倍左右 ， 实际情况还要酣 隋而定。 在确定油箱容量时 ， 除了要考虑满足系统供油的 要求外 ， 还要考虑系统最大排油时， 油箱不能溢出， 以 及系统 中执行元件全部工作充油 时 ， 油箱 的油不 能低 于泵工作时所需的最低油位 】 。 5 液压油及滤油器的选用 根据工作压力 的高低 、 工作环境温度的高低 、 工作 部件运动速度的大小和液压泵对液压油粘度的要求来 选择液压油， 并根据过滤精度、 通油能力、 工作压力、 允 许压降来选择滤油器 。 5 液压系统性能验收 液压系统设计、 组装后进行调试， 来检验系统设计 中的参数是否符合实际使用的情况 ， 主要对液压系统 以下性能进行验算和分析。 5 ． 1 液压 系统压力损失 压力损失包括管路的沿程损失△ p 。 ， 管路的局部压力 损失 和阀类元件的局部损失 总的压力损失为 △ p △ p - 卸z △ p ， 5 ．2计算液压系统工作时的发热功率 Ph r P 一P。 式中P r液压泵的总输入功率； P 一 是液压系统输出的有功功率。 5 ． 3 计算液压 系统的散热功率 P h 。 KA AT 式中 卜油箱散热系数； A 油箱的散热面积 m ； △ 卜油温与环境温度之差 ℃ ； 若液压系统发热的功率等于散热的功率就达到了 热平衡， 即p 此时液压系统中油温不再升高， 油温 与环境温度的最大温差为 △ 尸I ， 如果环境温度为死， 则液压系统中油温为 7 r_ 10 △7 ’ 如果计算 出的液压系统 中油温超过该液压元件允 许 的最高温度 ， 就要设法增大散热面积 ， 或装设冷 却器 。 其他注意事项 1 确定通过阀的实际流量要注意通过管路的流 量与油路 串、 并联的关系 ； 2 控制阀的使用压力， 流量不要超过额定值； 3 注意单向阀开启压力值； 4 注意合理选用液控单 向阀的泄压方式 ， 注意电 磁换 向阀和电液换向阀的应用场合 ； 5 要注意先导式减压 阀的泄漏量 比其他控制 阀 大 的情况 ； 6 注意节流 阀、 调速阀的最小稳定量要符合 要求 ； 7 注意蓄能器的总容积 ， 由于补偿 系统泄漏的工 作过程较长 ， 可以近似认为蓄能器 中的油温是不变的 ， 总容积 V o A V l [ p o 1 ／p , 一 l l p 】 式 中 p 。 、 蓄能器蓄油前 的气体压力和气体容积 ； P 、 蓄能器蓄油后最 高压力和最高压力下 的气体体积； P 、 蓄能器维持 的最低 工作 压力 和最低工 作压力下的气体体积。 6 结束语 本文通过对液压夹具的结构和工作原理 ， 归纳出 液压夹具设计 的方法 步骤及 注意事项 ， 希望能对 同行 起 到抛砖 引玉 的作用 ， 各个设计步骤之 间没有先后顺 序可 以穿插进行 ， 在设计 中要灵活运用 。随着现代制 造业的不断发展， 液压夹具将有效地提高生产效率， 降 低劳动强度， 更好地保证加工质量的稳定性。 参考文献 [ 1 ] 廖友军， 余金伟． 液压传动与气动技术【 M] ． 北京 北京邮电大 学出版社， 2 0 1 2 ． [ 2 】 成大先． 机械设计手册 第 四卷 【 M】 ． 北京 化学工业出版社， 2 0 0 2 ． [ 3 】 石金艳， 董小金． 液压与气压传动【 M 】 ． 西安 西安交通大学出 版社， 2 0 1 4 ． [ 4 ] 姜继海． 液压与气体传动[ M ] ． 北京 高等教育出版社， 2 0 0 6 ． [ 5 】 杨亚东， 高文柱， 刘刚． 节流调速回路应用与分析[ J ] ． 液压气动 与密封， 2 0 1 3 ， 9 5 卜5 2 ． [ 6 ] 范存德． 液压气动技术手册[ M] ． 沈阳 辽宁科学技术出版社， 2 00 4． 1 7