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南 京 理 工 大 學 紫 金 學 院
畢業(yè)設計(論文)外文資料翻譯
系： 機械工程系
專 業(yè)： 機械工程及自動化
姓 名： 張躍
學 號： 060104201
(用外文寫)
外文出處： Advances in Engineering Software
40（2009）95—104
附 件：1.外文資料翻譯譯文2.外文原文。
指導教師評語：
文獻翻譯基本符合科技論文語法習慣，語句較通順，用詞較簡練。但還需注意專業(yè)詞匯的合理翻譯。整篇文章翻譯良好。
簽名：
年 月 日
注：請將該封面與附件裝訂成冊。
附件1：外文資料翻譯譯文
主軸平衡力和曲軸彎曲應力的研究
關鍵詞：
平衡力 曲軸模型 平衡率 軸承負荷 彎曲應力
摘要：
在這項研究中，使用了多體系統(tǒng)仿真程序ADAMS。研究同軸6缸柴油發(fā)動機上平衡物的質量和位置對主軸負荷和彎曲應力的影響，在分析中，用剛性，梁和曲軸三維實體模型對主軸承負荷和三維實體模型進行了比較，在平衡力的分析中使用了橫梁模型。平衡角為零的平衡物和平衡角為30的平衡物，它們的平衡率認為是0％，50％和100％。而且研究結果發(fā)現(xiàn)，隨著最大主軸承負荷和彎曲應力增加，平衡率的增加和平均主軸承平衡率隨負載隨之減少。兩種結構都表現(xiàn)出同樣的趨勢。從軸承負載和網站彎曲應力的表列中可以看出來，與慣性力的負荷相比氣體壓力對曲軸設計的影響更為顯著。
2007科學版權有
1 . 導言
新的內燃機引擎必須具有很高的電力，燃油經濟性好，體積小的發(fā)動機，能減少對環(huán)境的污染。因此，引擎每個部分的整體性能和效果都需要仔細的調查改進。內燃機曲軸系統(tǒng)發(fā)動機作為主要負責為電力生產對發(fā)動機性能有著重要的影響。
曲軸系統(tǒng)主要由活塞銷，活塞連接連桿，曲軸，扭轉振動阻尼器和飛輪構成的。平衡物放置在每個曲柄的對面用來平衡旋轉慣性力。一般而言，平衡物的設計其平衡率為50％至100％。為了可承受最大值和平均主軸承載力，平衡物的質量和他們的位置很重要。最大值和平均發(fā)動機主軸承載力取決于氣缸的壓力，平衡物的質量，發(fā)動機轉速和其他曲軸幾何參數。
對內燃機曲軸的研究主要集中振動和應力分析上。盡管曲軸壓力分析可以查看文獻資料，但是沒有平衡物對主軸負載和曲軸壓力的影響這方面的研究文獻資料。夏普采用剛性模型研究了V - 8發(fā)動機曲軸的平衡，優(yōu)化了平衡力來盡量減少主軸的承載負荷。斯坦利和塔拉扎采用剛性曲軸模型和理想通過研究獲得的4到6缸對稱行發(fā)動機的最高和平均主軸承的負荷，估算出理想的平衡物質量，和在可接受范圍內的最大負載所造成得影響。在用剛性曲軸模型分析平衡力時，如果不考慮對曲軸主軸承的彈性效應會導致極大的錯誤。因此，廣泛對平衡物在主軸負載和曲軸壓力所產生的影響的研究仍然是很重要的。
在這項研究中，對軸向六缸柴油機曲軸系統(tǒng)上的平衡物的位置和質量進行了研究。在對平衡角為零的平衡物和平衡角為30的平衡物，其配重平衡率為0％，50％和100％的的主軸的承載負荷和曲軸彎曲應力的最大值和平均值計算中，使用多體系統(tǒng)仿真程序， ADAMS/引擎，進行了分析。模擬平均轉速在1000-2000范圍內的發(fā)動機。
2. 發(fā)動機規(guī)格
表1給出直列6缸柴油發(fā)動機的規(guī)格。 9.0升發(fā)動機的曲軸有8個平衡物在曲柄上1，2，5，6，7，8，11和12。用Pro / E繪制三維曲軸實體模型如圖1所示，圖中給出了曲軸的示意圖。表2中給出曲柄行程的性質。表3給出曲柄的系統(tǒng)數據。
表1 發(fā)動機規(guī)格
單位
9.0升發(fā)動機
孔徑
mm
115
沖程
mm
144
氣缸軸向距離
Mm
134
峰值發(fā)射壓力
MPa
19
額定功率轉速
kw/rpm
295/2200
最大轉矩轉速
Nm/rpm
1600/1200-1700
主要雜志/針直徑
mm
95/81
點火順序
-
1-5-3-6-2-4
飛輪質量
kg
47.84
飛輪轉動慣量
Kg mm2
1.57E+9
TV阻尼環(huán)的質量
kg
4.94
TV damper housing質量
kg
6.86
Moment of inertia of the ring
kg mm2
1.27E+9
Moment of inertia of the housing
Kg mm2
0.56E+9
表2 曲柄行程性質
1
2
3
4
5
6
質量（kg）
12.50
9.25
12.50
12.50
9.28
12.55
重心位置的曲柄旋轉軸(mm)
12.423
31.435
11.967
11.966
31.027
11.702
靜態(tài)不平衡(kg mm)
155.265
290.767
149.734
149.734
287.871
146.856
表3 曲軸系統(tǒng)數據
曲柄半徑（mm）
72
連桿長度(ｍｍ)
239
質量完全活塞(ｋｇ )
3.42
連桿往復質量( ｋｇ )
0.92
往復式質量（每個氣缸總） (ｋｇ )
4.32
連桿轉動質量（?。耄?）
2.01
3. 曲軸系統(tǒng)建模
用ADAMS/發(fā)動機，曲軸，可以建立四個不同的模型方式：剛性曲軸，扭靈活的曲軸，橫梁曲軸和曲軸三維實體。剛性曲軸模型主要用于獲取自由的力和力矩，來達到平衡的目的。扭靈活的曲軸模型用于研究扭轉振動。橫梁曲軸模型是代表扭轉和彎曲剛度曲軸，用梁模型可以計算出彎曲應力。彈性曲軸三維實體模型，可使用額外的有限元程序。該過程是漫長的而費時，通常自由度以百萬計的。為了簡化有限元模型，我們使用模態(tài)疊加技術。彈性變形結構是近似的線性組合可表現(xiàn)為模式如下：
U=∮q (1)
其中q是模態(tài)向量的坐標和∮是形狀函數矩陣。
彈性體包含兩種類型的節(jié)點，在多體仿真系統(tǒng)（MMS）結構的邊界和焦點的交換處的接口節(jié)點，和內部節(jié)點。在MSS中對彈性體的位置和彈性變形是由疊加法計算的。在ADAMS，是用以Craig–Bampton 方法為基礎的模態(tài)綜合技術。這種組件模式包含了靜態(tài)和動態(tài)特性的結構。這些模式的約束模式是通過給每個DOF一個位移而發(fā)生靜態(tài)變形，同時保持其他所有接口自由度固定，固定邊界是解決方案的特征值，我們用固定整個界面的自由度來解決這個問題。模態(tài)在物理自由度和Craig–Bampton模式之間轉換，這種模型是通過他們的模態(tài)坐標來描述：
式中的UB和U1分別代表著邊界自由度和內部自由度的列向量，Ｉ﹑Ｏ分別表示恒等式和零矩陣，∮C表示在約束模式中物理位移的內部自由度的矩陣，∮n表示在正常模式中物理位移的內部自由度的矩陣，qc表示在約束模式中列向量的模態(tài)坐標，qn表示在固定邊界的正常模式中列向量的模態(tài)坐標，我們?yōu)榱四艿玫椒蛛x設置的模式，通常將約束模式和正常模式正交。
在MSC.Nastran利用模態(tài)疊加技術可以得到9.0升發(fā)動機的彈性曲軸三維實體模型。首先，圖中所示是曲軸的三維實體模型，1是曲軸的有限元模型，特點是它有30萬十節(jié)點四面體和5000000節(jié)點。曲軸的模態(tài)模式具有三十二個邊界自由度和十六個接口節(jié)點。從靜態(tài)分析中得到的模態(tài)模式與這些自由度相符合。
獲得柔性曲軸模型是通過模態(tài)綜合考慮了40個固定邊界正常模式。因此靈活曲軸模式的特點是它總共有72個自由度，這種模式出口到ADAMS/引擎和曲軸系統(tǒng)模型，如圖。
4. 曲軸系統(tǒng)和平衡力
在內燃機里的作用力可以分為慣性力和壓力，而慣性力可以進一步劃分為兩大類：旋轉慣性力和往復式慣性力。每個氣缸的旋轉慣性力可以用下面的公式表示：
式中的mR 表示旋轉質量其中包括了曲柄的質量和旋轉連桿的部分質量； rR從曲軸的旋轉中心到旋轉質量的重心的這段距離；W曲軸的角速度，h表示與TDC有關的曲柄行程的角位置。如果每個曲柄行程有兩個平衡力，每個平衡力的作用力由下式給出；
式中的yi,j表示偏移角；每個行程有兩個平衡力?！癷”表示了平衡力的數目。我們要完成對平衡率的評估才能得到配重的大小。如下：
式中的UCW表示每個配重的靜態(tài)不平衡量；UCrank_throw表示每個曲柄行程的靜態(tài)不平衡量；mcr-r表示連桿轉動部分的質量;r表示曲柄半徑；K表示一對內部旋轉力的不平衡率。下面這個公式表示在已知曲軸和平衡力大小情況下的平衡率：
對于一個軸向的六缸發(fā)動機曲軸，它的三對曲柄行程分布在對稱軸中心的一百二十度處，旋轉力和一﹑二階往復力處于平衡狀態(tài)。這可以用一﹑二階的向量坐標來解釋，如圖4所示。六缸曲軸產生的旋轉力和往復力相互平衡，但是這也導致了內部彎矩的產生。高速運轉，兩個相同的定向曲柄行程導致中心軸上產生一個旋轉載荷。氣缸的旋轉慣性力通常可以抵消部分曲軸對面的平衡力。一般來說，設計平衡物時平衡率在50%到100%之間。
附件2：外文原文
南京理工大學紫金學院
畢業(yè)設計（論文）任務書
系：
機械工程系
專 業(yè)：
機械工程及自動化
學 生 姓 名：
張躍
學 號：
060104201
設計(論文)題目：
車用電動液壓千斤頂結構設計
起 迄 日 期:
2010年2月24 日~2010年6月10 日
設計(論文)地點:
南京理工大學紫金學院
指 導 教 師:
邱明
專業(yè)負責人:
發(fā)任務書日期: 2010年 2 月 23日
任務書填寫要求
1．畢業(yè)設計（論文）任務書由指導教師根據各課題的具體情況填寫，經學生所在專業(yè)的負責人審查、系領導簽字后生效。此任務書應在畢業(yè)設計（論文）開始前一周內填好并發(fā)給學生；
2．任務書內容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務處統(tǒng)一設計的電子文檔標準格式（可從教務處網頁上下載）打印，不得隨便涂改或潦草書寫，禁止打印在其它紙上后剪貼；
3．任務書內填寫的內容，必須和學生畢業(yè)設計（論文）完成的情況相一致，若有變更，應當經過所在專業(yè)及系主管領導審批后方可重新填寫；
4．任務書內有關“系”、“專業(yè)”等名稱的填寫，應寫中文全稱，不能寫數字代碼。學生的“學號”要寫全號；
5．任務書內“主要參考文獻”的填寫，應按照國標GB 7714—2005《文后參考文獻著錄規(guī)則》的要求書寫，不能有隨意性；
6．有關年月日等日期的填寫，應當按照國標GB/T 7408—2005《數據元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數字書寫。如“2008年3月15日”或“2008-03-15”。
畢 業(yè) 設 計（論 文）任 務 書
1．本畢業(yè)設計（論文）課題應達到的目的：
1． 培養(yǎng)獨立運用機械工程及自動化的理論知識進行機械設計的能力；
2． 熟練使用AutoCAD或CAXA進行工程繪圖的能力；
3． 較熟練使用一門三維CAD軟件進行計算機輔助設計的能力；
2．本畢業(yè)設計（論文）課題任務的內容和要求（包括原始數據、技術要求、工作要求等）：
1． 課題任務
本課題設計的千斤頂為車用電動液壓千斤頂，要求其在滿足工作要求的情況下還要便于攜帶。該千斤頂具有體積小、效率高、工作平穩(wěn)等優(yōu)點，廣泛應用于流動性起重，如汽車、拖拉機等交通運輸業(yè)。
2． 課題要求
車用液壓千斤頂需滿足如下條件：（1）具有兩級的液壓缸；（2）千斤頂頂起的重量為1.0t；（3）千斤頂的頂升高度為150mm；（4）千斤頂的驅動電機要求電壓為12V直流電壓。
本課題根據對車用電動液壓千斤頂原理的分析，需要設計一種驅動機構和底板供油方式。通過確定系統(tǒng)的工作壓力和工作載荷對電機進行了選擇。同時需要液壓缸和底板油路。
本課題要求學生具備較好機械設計專業(yè)理論知識與實際應用能力。并且能運用三維CAD軟件進行機械輔助設計，從而培養(yǎng)學生較好的CAD能力。同時應具備繪制和閱讀機械圖樣能力。
要求學生積極、廣泛地收集相關資料，查閱參考文獻。翻譯相關英文資料。
在做論文期間，要求學生抓緊有限時間，用于畢業(yè)設計。根據課題工作進度計劃，按期完成相關工作。應有端正、嚴謹的工作態(tài)度，定期匯報工作成績。
畢 業(yè) 設 計（論 文）任 務 書
3．對本畢業(yè)設計（論文）課題成果的要求〔包括畢業(yè)設計論文、圖表、實物樣品等〕：
1. 根據千斤頂的設計電動液壓千斤頂的總體方案。
2. 根據工作情況設計液壓千斤頂的具體結構，確定主要零部件的參數，對千斤頂的零件進行強度檢驗，用Pro/Engineer軟件建立各零件實體和結構的裝配體模型，并運用AutoCAD繪制裝置的裝配圖和主要零件的工程圖。
3. 完成畢業(yè)論文的撰寫。
4．主要參考文獻：
[1] 周士昌. 液壓系統(tǒng)設計[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2003.
[2] 章宏甲, 黃宜, 王積偉. 液壓與氣壓傳動[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2000.
[3] 賈銘新. 液壓傳動與控制[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社, 2001.
[4] 朱文堅, 黃平, 吳昌林. 機械設計[M], 北京: 高等教育出版社, 2005.
[5] 王廣懷. 液壓技術應用[M]. 北京: 哈爾濱工業(yè)出版社, 2001.
[6] 機械設計手冊編委會. 機械設計手冊[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2004.
[7] 林建亞, 何存興. 液壓元件[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 1998.
[8] 張利亞. 液壓與氣壓設計手冊[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 1997.
[9] 機械工業(yè)出版社. 油壓千斤頂[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2002.
[10] 隗金文, 王慧. 液壓傳動[M]. 沈陽: 東北大學出版社, 2001.12.
[11] 趙顯新. 工程機械液壓傳動裝置原理與檢測[M]. 沈陽: 遼寧科學出版社, 1996.10.
[12] 徐灝，邱宣懷，蔡春源，汪愷，余俊. 機械設計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1992.1.
[13] 成大先. 機械設計手冊.單行本.液壓傳動[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2004.1.
[14] 洪鐘德. 簡明機械設計手冊[M]. 上海：同濟大學出版社，2002.5.
[15] 余夢生，吳宗澤.機械零部件手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1996.6.
[16] 成大先. 機械設計手冊.單行本.潤滑與密封[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004.1.
[17] 姚興軍，汪曉云，唐建文.AutoCAD2004中文版機械設計手冊[M]. 北京：兵器工業(yè)出版社，北京希望電子出版社，2004.12.
[18] 范云霄.實用三維機械[M].徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2001.9.
[19] 張利平.液壓站設計與使用[M].北京：海洋出版社，2004.2.
畢 業(yè) 設 計（論 文）任 務 書
5．本畢業(yè)設計（論文）課題工作進度計劃：
起 迄 日 期
工 作 內 容
2010年
2月24日 ~ 3月19日
3月20日 ~ 3月31日
4月1日 ~ 4月14日
4月15日 ~ 4月30日
5月1日 ~ 5月25日
5月26日 ~ 6月5日
完成開題報告、英文翻譯
完成液壓千斤頂的總體方案設計
完成千斤頂中各個的結構設計和零件的三維模型
完成工程圖的繪制
完成畢業(yè)論文撰寫
論文答辯
所在專業(yè)審查意見：
負責人：
2010年 2 月 22日
學院（系）意見：
院（系）領導：
2010 年 2 月23 日
南 京 理 工 大 學 紫 金 學 院
畢業(yè)設計(論文)前期工作材料
學生姓名:
張躍
學 號：
060104201
系：
機械工程
專 業(yè):
機械工程及自動化
設計(論文)題目:
車用電動液壓千斤頂結構設計
指導教師:
邱明
講師
(姓 名) (專業(yè)技術職務)
材 料 目 錄
序號
名 稱
數量
備 注
1
畢業(yè)設計(論文)選題、審題表
1
2
畢業(yè)設計(論文)任務書
1
3
畢業(yè)設計(論文)開題報告〔含文獻綜述〕
1
4
畢業(yè)設計(論文)外文資料翻譯〔含原文〕
1
5
畢業(yè)設計（論文）中期檢查表
1
2010年 3 月
注：畢業(yè)設計（論文）中期檢查工作結束后，請將該封面與目錄中各材料合訂成冊，并統(tǒng)一存放在學生“畢業(yè)設計（論文）資料袋”中（打印件一律用A4紙型）。
南京理工大學紫金學院
本科生畢業(yè)設計（論文）選題、審題表
系： 機械工程系 專業(yè)： 機械工程及自動化
指導教師
姓 名
邱明
專業(yè)技術職 務
講師
課題名稱
車用電動液壓千斤頂結構設計
適用專業(yè)
機械工程及自動化
課題性質
A
B
C
D
E
課題來源
A
B
C
D
√
√
課題預計
工作量大小
大
適中
小
課題預計
難易程度
難
適中
易
備注:
√
√
課題簡介
液壓千斤頂是一種常用的舉升設備，具有體積小、效率高、工作平穩(wěn)等優(yōu)點，廣泛應用于流動性起重，如汽車、拖拉機等交通運輸業(yè)。本課題擬構思一種用于轎車的由電能驅動的液壓千斤頂，要求完成其方案設計和具體結構設計，繪制設計方案圖和部分零、部件工程圖紙，進行有關設計分析計算。
通過本課題的研究，使學生分析問題和解決問題的能力、工程機械設計能力和計算機應用能力等都能得到比較全面的鍛煉和提高。
課題應完成的任務和對學生的要求
課題應完成的任務：
1. 調研、收集資料，并閱讀、消化資料；
2. 電動液壓千斤頂的設計需滿足相關的功能和指標的要求；
3. 完成電動液壓千斤頂的方案設計；
4. 繪制相關零、部件工程圖紙；
5. 進行有關分析、計算；
6. 按要求撰寫畢業(yè)設計論文。
本課題要求學生能綜合運用機械工程及自動化的專業(yè)知識進行機械設計；同時具備一定的三維CAD軟件操作能力。
所在專業(yè)審定意見：
專業(yè)負責人(簽名)： 年 月 日
注：本課題由 張躍 同學選定，學號： 060104201
注：1．該表由指導教師填寫，經所在專業(yè)負責人簽名后生效，作為該專業(yè)學生畢業(yè)設計（論文）選題使用；
2．有關內容的填寫見背面的填表說明，并在表中相應欄內打“√”；
3．課題一旦被學生選定，此表須放在學生“畢業(yè)設計（論文）資料袋”中存檔。
填 表 說 明
1．該表的填寫只針對1名學生做畢業(yè)設計（論文）時選擇使用，如同一課題由2名及2名以上同學選擇，應在申報課題的名稱上加以區(qū)別（加副標題），并且在“設計（論文）要求”一欄中說明。
2．“課題性質”一欄：
A．產品設計；
B．工程技術研究；
C．軟件開發(fā)；
D．研究論文或調研報告；
E．其它。
3．“課題來源”一欄：
A．自然（社會）科學基金與省（部）、市級以上科研課題；
B．企、事業(yè)單位委托課題；
C．院、系級基金課題；
D．自擬課題。
4．“課題簡介”一欄：
主要指該課題的背景介紹、理論意義或實用價值。
南 京 理 工 大 學 紫 金 學 院
畢業(yè)設計(論文)開題報告
學 生 姓 名：
張躍
學 號：
060104201
專 業(yè)：
機械工程及自動化
設計(論文)題目：
車用電動液壓千斤頂結構設計
指 導 教 師:
邱明
2009年 3 月 19 日
開題報告填寫要求
1．開題報告（含“文獻綜述”）作為畢業(yè)設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據材料之一。此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設計（論文）工作前期內完成，經指導教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效；
2．開題報告內容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務處統(tǒng)一設計的電子文檔標準格式（可從教務處網頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應及時交給指導教師簽署意見；
3．“文獻綜述”應按論文的格式成文，并直接書寫（或打印）在本開題報告第一欄目內，學生寫文獻綜述的參考文獻應不少于15篇（不包括辭典、手冊）；
4．有關年月日等日期的填寫，應當按照國標GB/T 7408—2005《數據元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數字書寫。如“2007年3月15日”或“2007-03-15”。
畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告
1．結合畢業(yè)設計（論文）課題情況，根據所查閱的文獻資料，每人撰寫
2000字左右的文獻綜述：
文 獻 綜 述
千斤頂作為一種傳統(tǒng)頂舉重物的工具，在建筑、鐵路、醫(yī)療、汽車維修等各領域均得到廣泛的應用。
早在 2 0 世紀40年代，臥式千斤頂就已經開始在國外的汽車維修部門使用，。在 90 年代后期國外研制出了便攜式液壓千斤頂等新型千斤頂。
我國千斤頂技術起步較晚，由于歷史的原因，直到1979年才接觸到類似于國外臥式千斤頂這樣的產品。但是經過全面改進和重新設計，在外形美觀，使用方便，承載力大，壽命長等方面，都超過了國外的同類產品，并且迅速打人歐美市場。經過多年設計與制造的實踐，除了臥室千斤頂以外，我國還研制出了新型折疊式液壓千斤頂、快速升降千斤頂等多種千斤頂。目前我國出口的千斤頂已達到門類、規(guī)格齊全，形成系列產品
根據傳動類型的不同，可分為機械傳動千斤頂和液壓傳動千斤頂，液壓斤頂是一種將密封在油缸中的液體作為介質，把液壓能轉換為機械能從而將重物向上頂起的千斤頂。它結構簡單，體積小，重量輕，舉升力大，易于維修。
自18世紀末英國制成世界上第一臺水壓機算起，液壓傳動技術已有二三百年的歷史。直到20世紀30年代它才較普遍地用于起重機、機床及工程機械。在第二次世界大戰(zhàn)期間，由于戰(zhàn)爭需要，出現(xiàn)了由響應迅速、精度高的液壓控制機構所裝備的各種軍事武器。第二次世界大戰(zhàn)結束后，戰(zhàn)后液壓技術迅速轉向民用工業(yè)，液壓技術不斷應用于各種自動機及自動生產線。
本世紀60年代以后，液壓技術隨著原子能、空間技術、計算機技術的發(fā)展而迅速發(fā)展。因此，液壓傳動真正的發(fā)展也只是近三四十年的事。當前液壓技術正向迅速、高壓、大功率、高效、低噪聲、經久耐用、高度集成化的方向發(fā)展。同時，新型液壓元件和液壓系統(tǒng)的計算機輔助設計(CAD)、計算機輔助測試(CAT)、計算機直接控制(CDC)、機電一體化技術、可靠性技術等方面也是當前液壓傳動及控制技術發(fā)展和研究的方向。
我國的液壓技術最初應用于機床和鍛壓設備上，后來又用于拖拉機和工程機械。現(xiàn)在，我國的液壓元件隨著從國外引進一些液壓元件、生產技術以及進行自行設計，現(xiàn)已形成了系列，并在各種機械設備上得到了廣泛的使用。
液壓傳動的工作原理，可以用一個液壓千斤頂的工作原理來說明
1—杠桿手柄2—小油缸3—小活塞4，7—單向閥5—吸油管6，10—管道
8—大活塞9—大油11—截止閥12—油箱
圖1. 液壓千斤頂工作原理圖
圖1是液壓千斤頂的工作原理圖。大油缸9和大活塞8組成舉升液壓缸。杠桿手柄1、小油缸2、小活塞3、單向閥4和7組成手動液壓泵。如提起手柄使小活塞向上移動，小活塞下端油腔容積增大，形成局部真空，這時單向閥4打開，通過吸油管5從油箱12中吸油；用力壓下手柄，小活塞下移，小活塞下腔壓力升高，單向閥4關閉，單向閥7打開，下腔的油液經管道6輸入舉升油缸9的下腔，迫使大活塞8向上移動，頂起重物。再次提起手柄吸油時，單向閥7自動關閉，使油液不能倒流，從而保證了重物不會自行下落。不斷地往復扳動手柄，就能不斷地把油液壓入舉升缸下腔，使重物逐漸地升起。如果打開截止閥11，舉升缸下腔的油液通過管道10、截止閥11流回油箱，重物就向下移動。這就是液壓千斤頂的工作原理。
通過對上面液壓千斤頂工作過程的分析，可以初步了解到液壓傳動的基本工作原理。液壓傳動是利用有壓力的油液作為傳遞動力的工作介質。壓下杠桿時，小油缸2輸出壓力油，是將機械能轉換成油液的壓力能，壓力油經過管道6及單向閥7，推動大活塞8舉起重物，是將油液的壓力能又轉換成機械能。大活塞8舉升的速度取決于單位時間內流入大油缸9中油容積的多少。由此可見，液壓傳動是一個不同能量的轉換過程。
傳統(tǒng)的千斤頂都是用手動操作，這樣既費時又費力。本文擬用電能來驅動液壓千斤頂，手動千斤頂制造簡單，價格低廉，但使用時必須用手不斷操作才能升降套筒或舉臂，所以費時費力，使用不方便;電動千斤頂相對提高了工作效率，避免了繁重的體力勞動，為司機創(chuàng)造出一種方便、高效、省力的修車環(huán)境和條件。
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畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告
２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：
一．本課題要研究的問題
本課題設計的千斤頂為車用電動液壓千斤頂，要求其在滿足工作要求的情況下還要便于攜帶。該千斤頂具有體積小、效率高、工作平穩(wěn)等優(yōu)點，廣泛應用于流動性起重，如汽車、拖拉機等交通運輸業(yè)。
車用液壓千斤頂需滿足如下條件：（1）具有兩級的液壓缸；（2）千斤頂頂起的重量為1.0t；（3）千斤頂的頂升高度為150mm；（4）千斤頂的驅動電機要求電壓為12V直流電壓。
圖2 . 單向閥
二．本課題擬采用的技術路線
電動液壓千斤頂的工作方式是通過液壓的傳動，能量之間的轉換。由給出的條件可以得到千斤頂最后所要做的機械能。由帕斯卡原理可以算出大活塞上的壓力。由杠桿原理有當我們在小活塞上作用一個很小的力時，可以在大活塞上產生一個很大的力來舉起負載。通過計算可以的得到要在小活塞上施加多大的力，選擇液壓泵等裝置。根據能量的守恒可以算出需要的電能來選擇電機。最后根據算出的數據畫出零件圖和裝配圖。
三．本課題擬采用的研究手段
1．嚴格按照畢業(yè)設計任務書的要求及安排的進度，在綜合運用機械工程及自動化專業(yè)知識的基礎上，針對電動液壓千斤頂結構設計，按照課題要求，得到電動液壓千斤頂的各個零件計算尺寸。
2．查閱機械設計手冊等相關資料，選出各個零件的尺寸并算出其余部位的尺寸小。
3．根據安裝要求運用二維和三位CAD軟件進行機械輔助設計，畫出平面圖和一張立體圖。
畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告
指導教師意見：
1．對“文獻綜述”的評語：
文獻綜述能基本總結千斤頂及液壓千斤頂的設計發(fā)展史與研究現(xiàn)狀，思路清晰，條理清楚。反映了該生有較好的專業(yè)基礎知識和閱讀科研文獻的能力。
2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設計（論文）結果的預測：
從開題報告看，該生能較好的理解本課題所要研究的對象和擬解決的主要問題，并給出了較可行的技術路線。本課題以車用液壓千斤頂作為研究對象，采用機械設計的基本理論設計一套具有兩級的液壓缸和合適驅動機構及底板供油方式的電動液壓千斤頂，有較好的深度和廣度。設計要求用三維CAD軟件得到液壓千斤頂各個部分的三維零件實體和裝配體，并繪制出結構的裝配圖和主要非標準件零件圖，有較合理的設計工作量。開題報告中給出了傳動機構簡圖，預測畢業(yè)論文能按正常進度完成。
指導教師：
2010 年3月25日
所在專業(yè)審查意見：
負責人：
2010 年3月27日
本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 論 文 第 頁 共 頁 目 次 1 緒論 1 1 1 課題研究的目的和意義 1 1 2 課題的國內外發(fā)展研究現(xiàn)狀 2 1 3 課題研究的主要內容 2 2 電動液壓千斤頂概論 3 2 1 液壓千斤頂工作原理 3 2 2 設計要求 3 2 3 確定總體方案 4 2 4 電動液壓千斤頂使用注意事項 8 3 參數確定 9 3 1 電機選擇 9 3 2 頂升液壓缸參數的確定 11 3 3 吸油缸參數的計算 15 3 4 油箱的設計 18 3 5 密封圈的選擇 19 3 6 彈簧的設計 21 3 7 鍵的選擇 24 4 技術要求 25 4 1 缸體技術要求 25 4 2 缸蓋技術要求 26 5 強度校核 27 5 1 缸體與缸蓋焊接強度校核 27 5 2 缸頭螺紋聯(lián)接處強度校核 28 5 3 底座的校核 29 5 4 柱塞缸缸體校核 29 結論 31 致謝 32 參考文獻 33 本科畢業(yè)設計說明書（論文）第34頁 共33頁
1 緒論
1.1 課題研究的目的和意義
據統(tǒng)計，國內的轎車保有量2005年已達到900余萬輛, 在現(xiàn)實生活中，轎車、吉普在路途上換胎一直是駕車者們一件頭痛的事，尤其是在酷熱的夏天和嚴寒而綿綿細雨的冬天，半個多時晨換下胎來，不僅身心勞累，且渾身油泥。隨著技術與經濟的發(fā)展，一種起重工具液壓千斤頂大量涌現(xiàn)于市場，其構造簡單、操作方便，修理汽車、拖拉機等可用它將車身頂起，方便修理。液壓千斤頂是根據帕斯卡原理工作，它由油箱、大小不同的兩個壓力油缸、單向閥等幾個部分組成。工作時，提起小活塞將油吸入小壓力油缸，當壓下小活塞時將油液壓進大壓力油缸。通過兩個單向閥門的控制，小活塞對油的壓強傳遞給大活塞，將重物頂起來。小活塞不斷地往復動作，就可以把重物頂到一定的高度。工作完畢，打開關截止閥，使大壓力油缸和油箱連通。這時，只要在大活塞上稍加壓力，大活塞即可下落，油回到油箱中去。
千斤頂分為機械千斤頂和液壓千斤頂兩種，原理各有不同。從原理上來說，液壓千斤頂所基于的原理為帕斯卡原理，在比較小的活塞上面施加的壓力比較小，而大的活塞上施加的壓力也比較大，這樣能夠保持液體的靜止。通過液體的傳遞可以得到不同端上的不同的壓力，這樣就可以達到一個變換的目的。機械千斤頂采用機械原理，以往復扳動手柄，拔爪即推動棘輪間隙回轉，小傘齒輪帶動大傘齒輪、使舉重螺桿旋轉，從而使升降套筒獲得起升或下降，而達到起重拉力的功能。但不如液壓千斤頂簡易。
千斤頂采用液壓傳動的優(yōu)點：
(1)由于液壓傳動是油管連接，所以借助油管的連接可以方便靈活地布置傳動機構，這是比機械傳動優(yōu)越的地方。
(2)液壓傳動裝置的重量輕、結構緊湊、慣性小。
(3)傳遞運動均勻平穩(wěn)，負載變化時速度較穩(wěn)定。
(4)液壓裝置易于實現(xiàn)過載保護——借助于設置溢流閥等，同時液壓件能自行潤滑，因此使用壽命長。
(5)液壓元件已實現(xiàn)了標準化、系列化和通用化，便于設計、制造和推廣使用。
隨著生活水平的發(fā)展，設計人性化的產品越來越受到人們的喜愛。電動液壓千斤頂采用液壓傳動，與機械手動千斤頂相比，具有使用攜帶方便、運行平穩(wěn)等優(yōu)點。目前液壓技術日趨完善且被應用于各個領域，與液壓傳動相關的產品成本也將逐漸降低，因此，低成本的電動液壓千斤頂具有巨大的市場。
1.2 課題的國內外發(fā)展研究現(xiàn)狀
自18世紀末英國制成世界上第一臺水壓機算起，液壓傳動技術已有二三百年的歷史。直到20世紀30年代它才較普遍地用于起重機、機床及工程機械。在第二次世界大戰(zhàn)期間，由于戰(zhàn)爭需要，出現(xiàn)了由響應迅速、精度高的液壓控制機構所裝備的各種軍事武器。第二次世界大戰(zhàn)結束后，戰(zhàn)后液壓技術迅速轉向民用工業(yè)，液壓技術不斷應用于各種自動機及自動生產線。
本世紀60年代以后，液壓技術隨著原子能、空間技術、計算機技術的發(fā)展而迅速發(fā)展。因此，液壓傳動真正的發(fā)展也只是近三四十年的事。當前液壓技術正向迅速、高壓、大功率、高效、低噪聲、經久耐用、高度集成化的方向發(fā)展。同時，新型液壓元件和液壓系統(tǒng)的計算機輔助設計(CAD)、計算機輔助測試(CAT)、計算機直接控制(CDC)、機電一體化技術、可靠性技術等方面也是當前液壓傳動及控制技術發(fā)展和研究的方向。
我國的液壓技術最初應用于機床和鍛壓設備上，后來又用于拖拉機和工程機械。現(xiàn)在，我國的液壓元件隨著從國外引進一些液壓元件、生產技術以及進行自行設計，現(xiàn)已形成了系列，并在各種機械設備上得到了廣泛的使用。
現(xiàn)在，液壓技術被廣泛應用與各個領域，液壓千斤頂的設計也越來越趨向人性化，目前，國內外的千斤頂在性能滿足要求的同時，還要考慮千斤頂操作的靈活方便。根據實際需要，目前市場的千斤頂有YZ系列千斤頂、超薄型千斤頂、自鎖式千斤頂等類型。千斤頂還分為電動千斤頂和手動千斤頂。電動千斤頂一般以液壓系統(tǒng)為基礎進行設計，具有頂起重量大、起升平穩(wěn)、操作方便等優(yōu)點。手動千斤頂以螺紋千斤頂為代表，通過螺紋傳動來頂起重物。
1.3 課題研究的主要內容
（1）根據千斤頂的設計電動液壓千斤頂的總體方案。
（2）根據工作情況設計液壓千斤頂的具體結構，確定主要零部件的參數，對千斤頂的零件進行強度檢驗。
（3）繪制二維零件圖及總體裝配圖。
2 電動液壓千斤頂概論
2.1 液壓千斤頂工作原理
圖2.1 液壓千斤頂工作原理圖
1—杠桿手柄 2—小油缸 3—小活塞 4，7—單向閥 5—吸油管 6，10—管道
8—大活塞 9—大油缸 11—截止閥 12—油箱
圖2.1是液壓千斤頂的工作原理圖。大油缸9和大活塞8組成舉升液壓缸。杠桿手柄1、小油缸2、小活塞3、單向閥4和7組成手動液壓泵。如提起手柄使小活塞向上移動，小活塞下端油腔容積增大，形成局部真空，這時單向閥4打開，通過吸油管5從油箱12中吸油；用力壓下手柄，小活塞下移，小活塞下腔壓力升高，單向閥4關閉，單向閥7打開，下腔的油液經管道6輸入舉升油缸9的下腔，迫使大活塞8向上移動，頂起重物。再次提起手柄吸油時，單向閥7自動關閉，使油液不能倒流，從而保證了重物不會自行下落。不斷地往復扳動手柄，就能不斷地把油液壓入舉升缸下腔，使重物逐漸地升起。如果打開截止閥11，舉升缸下腔的油液通過管道10、截止閥11流回油箱，重物就向下移動。這就是液壓千斤頂的工作原理。
在本次設計中，為使液壓千斤頂的操作更加省力，將小活塞驅動由手動改為電動，利用汽車點煙器上的電源，通過電機帶動合適的偏心輪機構驅動活塞上下運動。
2.2 設計要求
本課題的設計要求
（1）設計一個兩級的液壓缸。
（2）千斤頂頂起的重量為1.0t。
（3）千斤頂的頂升高度為150mm。
（4）千斤頂的驅動電機要求電壓為12V直流電壓。
2.3 確定總體方案
2.3.1 液壓回路設計
圖2.2 液壓回路原理圖
根據液壓千斤頂工作原理圖2.1，結合本課題設計要求及布置情況，設計的液壓千斤頂液壓回路原理圖如圖2.2所示。圖中液壓泵擬采用單向柱塞泵，通過偏心輪驅動柱塞往復運動，吸油行程柱塞泵通過單向閥2從油箱吸油，壓油行程中單向閥2關閉，單向閥1打開，液壓油輸出到頂升液壓缸將負載頂起，頂升到所需位置時，切斷電機電源，柱塞泵停止運動，單向閥1和二位二通電磁閥都處于關閉位置，阻止了液壓油流回油箱，負載保持在所需位置不動。當負載需要放回時，只需操縱控制器上的相應開關，打開二位二通電磁閥，油液便可流入油箱。為了防止電機及液壓系統(tǒng)過載損壞，在油路中設計了安全閥，當出現(xiàn)管路堵塞或其它情況使油壓過大時，液壓油便打開安全閥流回油箱。
2.3.2 總體結構設計
本次設計的千斤頂結構如圖2.3所示。
圖2.3 液壓千斤頂結構圖
該電動液壓千斤頂由12V直流電機、偏心輪機構、柱塞缸、兩級頂升液壓缸和若干控制閥及操縱控制器等組成。大小活塞和兩級液壓缸體組成頂升液壓缸。工作時，將電源插頭插入汽車點煙器上插座，按下操縱控制器上的開關，12V直流電機帶動偏心輪機構驅動柱塞往復運動，當電動機偏心輪機構使柱塞向右移動時，柱塞下端油腔容積增大，形成局部真空，這時聯(lián)接油箱油路上的彈簧小球使油路相通，柱塞缸通過吸油管將液壓油吸入腔內。柱塞左移時，柱塞下腔壓力升高，彈簧小球使油關閉，下腔的油液經管道輸入頂升油缸的下腔，迫使大活塞向上移動，頂起重物。柱塞再次右移時，與頂升液壓缸相連接的彈簧小球使大液壓缸的油口自動關閉，使油液不能倒流，從而保證了重物不會自行下落。不斷地使柱塞往復運動，就能不斷地把油液壓入頂升缸下腔，使重物逐漸地升起。如果打開二位二通電磁閥，頂升缸下腔的油液通過管道、電磁閥流回油箱，重物就向下移動。
2.3.3 底板油路設計
為了攜帶方便，千斤頂的結構尺寸不能太大。在傳動比一定的情況下，設計的柱塞缸的尺寸一般較小，若用管聯(lián)接，管的內徑較小，管路的油壓損失較大。液壓油一般較稠，管的內徑小使管路較易堵塞，影響千斤頂正常工作。采用底板油路不僅減少了許多管部件，以及管聯(lián)接方面的許多麻煩，簡化了系統(tǒng)，同時也使油路的內徑增大。設計的底板油路如圖2.4所示。
圖2.4 底板裝配圖
底板的設計過程中充分考慮了加工的可行性。柱塞桿向外運動時，柱塞缸內的壓力變小，彈簧球1被頂開，彈簧球2將油路封住，此時液壓油吸入液壓缸。柱塞桿下壓時，柱塞缸內的壓力變大，彈簧球1將油路關閉，彈簧球2被頂開，油液被壓入頂升液壓缸。當負載需要放回時，將二位二通電磁閥打開，液壓油便可進入油箱。當油路某處堵塞時，系統(tǒng)內的油壓將增大，此時上端的安全閥彈簧被頂開，油液通過安全閥流回油箱。
2.3.4 頂升液壓缸設計
頂升液壓缸設計其結構圖如圖2.5所示
圖2.5 頂升液壓缸結構圖
為了減小液壓千斤頂的外形尺寸，便于攜帶，本次設計的頂升液壓缸采用兩級活塞驅動。第一級液壓缸的活塞桿是第二級的缸筒，伸出時，可以獲得較長的工作行程，縮回時可保持很小的結構尺寸。第一級液壓缸缸體與缸底采用焊接，缸體與缸頭采用螺紋聯(lián)接。第二級活塞與活塞桿采用整體式?；钊c缸體間采用O形密封圈密封；為了使千斤頂使用安全方便，在活塞桿端部用螺紋件聯(lián)接了一個凹槽部件與轎車上相應的凸起配合，支撐轎車。千斤頂在工作過程中，第一級活塞升到最高時，第二級開始頂出，此時系統(tǒng)內的壓力較第一級增大。
2.3.5 柱塞缸設計
柱塞缸結構圖如圖2.6所示
圖2.6柱塞缸結構圖
本次設計的柱塞缸由柱塞、彈簧、密封工作腔等組成，其工作原理是依靠密封工作腔容積大小交替變化來實現(xiàn)的，它是一種將機械能轉換為液壓能的能量轉換裝置，它為液壓系統(tǒng)提供具有一定壓力和流量的液體，是液壓系統(tǒng)的重要組成部分。其性能的好壞直接影響液壓系統(tǒng)工作的可靠性和穩(wěn)定性。柱塞桿的往復運動產生容積的變化配合相應的單向閥進行吸油和壓油。一般柱塞和缸體內孔都是圓柱表面，容易得到高精度的配合，密封性較好，因此效率一般較高。
2.4 電動液壓千斤頂使用注意事項
1) 使用前，應將蓄電池充足電，以免電力不足。
2) 舉升汽車時，應使發(fā)動機熄火，將變速器置于空檔位置并拉緊手制動。
3) 必要時，可以用發(fā)電機發(fā)電助力，此時使發(fā)動機工作，但一定要將變速器置于空檔，防止汽車移動傷人。汽車舉起后，應將發(fā)動機立即熄火。
4) 在汽車底下工作時，必須把汽車用可靠的支撐物安全穩(wěn)妥地支撐住，以保證安。
3 參數確定
3.1 電機選擇
圖3.1 電機
根據系統(tǒng)的具體情況,參考有關設計手冊，確定系統(tǒng)壓力p＝12.5MPa,液壓缸的最大支撐重量F=1.010N
設定第二級液壓缸的上升速度v=0.005m/s
則根據公式
(3.1)
式中 d——液壓缸內徑，mm；
p——系統(tǒng)工作壓力，MPa；
F——最大支撐重量 ，N。
取d＝32mm
此時液壓缸內的壓力
流量
Q——系統(tǒng)的流量，。
此時液壓缸用來支撐重物的功率為
(3.2)
(3.3)
式中 ——電機的額定功率，W；
——機械損失，即由于摩擦而使功率的損失，本系統(tǒng)中近似認為兩個液壓缸的效率相同，故用，一般＝0.9。本系統(tǒng)取0.9.
——容量損失 因內泄漏、氣穴和油液在高壓下受壓縮而造成的流量上的損失，內泄露是主要原因，本設計取=1。
帶入相關數據可得
取=70W
根據機械設計手冊及網上相關資料查詢，選擇電機為12v直流、70W、n=30r/min。
驗算電機是否滿足第一級的要求：
查機械設計手冊初步選擇第一級內徑 d=50mm,則對應的外徑取D=60mm。
第一級的上升平均速度為
(3.4)
式中 Q——系統(tǒng)的流量，；
d——液壓缸內徑，mm；
——上升速度，m/s。
帶入數據可得
根據可得
(3.5)
式中 F——負載力，N；
——電機的額定功率，W；
——機械損失；
——容量損失。
滿足設計要求，同時也說明電機的選擇合理
此時系統(tǒng)的工作壓力
3.2 頂升液壓缸參數的確定
采用伸縮式套筒液壓缸，本課題設計要求伸縮量為150mm，所以采用二級液壓缸即可，該類型的液壓缸運動時，其輸出速度和輸出力都是變化的，其原理圖如下
圖3.2 頂升液壓缸原理圖
3.2.1 液壓缸的輸出力
液壓缸的輸出力為頂起重物的重力，即負載力。根據本課題的要求，千斤頂要求頂起的重量為1.0t，即最大負載是F=。
3.2.2 液壓缸工作過程中的阻力
液壓缸工作中除了要克服負載力外，還受到慣性力、運動部件的摩擦阻力、運動部件的自重、回油背壓阻力等作用。本次設計利用液壓缸的效率來近似決定液壓缸各部件的尺寸,因此，對各阻力的大小等不再做詳細的研究。
3.2.3 液壓缸的輸出速度
單桿活塞式液壓缸和柱塞式液壓缸外伸時的速度
(3.6)
式中 v——活塞的外伸速度，m/s；
Q ——進入液壓缸的流量，；
A ——活塞的作用面積，；
d ——活塞直徑，m。
第二級液壓缸的速度定為＝0.002m/s
由上述公式知：第一級液壓缸的速度為
3.2.4 液壓缸的上升時間
(3.7)
活塞桿伸出時
式中 t——液壓缸的作用時間，s；
V——液壓缸的容積，；
A——液壓缸的作用面積，；
s——液壓缸行程，m；
Q——進入（或流出）液壓缸的流量，。
液壓缸上升時間為第一級和第二級的時間之和即
——第一級的運動時間，s；
——第二級的運動時間，s。
在本次設計中，查機械設計手冊，定第一級的行程為＝90mm，第二級的行程為＝63mm。則
3.2.5 液壓缸的儲油量
液壓缸的儲油量
(3.8)
式中 V——液壓缸的儲油量，；
A——液壓缸的作用面積，；
s——液壓缸行程，m。
根據公式的液壓缸的儲油量為
3.2.6 液壓缸輸出功率
液壓缸的輸出功率
(3.9)
式中 N——液壓缸的輸出功率，W；
F——液壓缸的輸出力，N；
v——液壓缸的輸出速度，m/s。
液壓缸的最大輸出功率為
3.2.7 液壓缸缸筒厚度計算
本次設計中采用標準液壓缸外徑，查機械設計手冊知:第一級液壓缸的參數選為，。
參數表如表3.1所示
表3.1 工程機械用液壓缸外徑系列
缸徑
mm
液壓缸外徑 mm
缸徑
mm
液壓缸外徑 mm
P≤16
MPa
20
25
31.5
P≤16
MPa
20
25
31.5
40
50
63
80
90
100
50
60
76
95
108
121
50
60
76
95
108
121
54
63.5
83
102
114
127
54
63.5.
83
102
114
127
110
125
140
160
180
200
133
146
168
194
219
245
133
146
168
194
219
245
133
152
168
194
219
245
140
152
168
194
219
245
第二級按中等壁厚計算 當時，液壓缸缸筒厚度，此時
(3.10)
式中 ——強度系數，對于無縫鋼管，＝1；
C——計入壁厚公差及腐蝕的附加厚度，通常圓整到標準厚度值。
——試驗壓力，p<16MP時，＝1.5P MPa
3.2.8 液壓缸油口直徑的計算
液壓缸油口直徑應根據活塞最高運動速度v和油口最高液流速度而定。本次設計中，最大速度不好確定，由電機帶動的偏心輪的運動規(guī)律，可選取平均速度的2倍代替。已知液壓缸的第二級平均速度為0.005m/s.即可取v =0.01m/s.管內液體的流動速度定為＝2m/s。
(3.11)
式中 ——液壓缸油口直徑，m；
d ——液壓缸直徑，m；
v ——液壓缸最大輸出速度，m/s；
——油口液流速度，m/s。
根據加工的需要，取油口直徑＝4mm
3.2.9 缸底厚度的計算
圖3.3 有孔平行缸底
本設計采用的是平行缸底,當缸底有油口時:
(3.12)
式中 h——缸底的厚度，mm；
d——液壓缸內徑，mm；
——缸底油口直徑，mm；
——試驗壓力，＝1.5P MPa；
[]——缸底材料的需用應力，MPa。
根據上述公式
取d=10mm
3.3 吸油缸參數的計算
3.3.1 吸油缸速度計算
該液壓缸選擇柱塞式類型，選定內徑d=10mm。根據液壓缸的流量相同。即
(3.13)
式中 A——吸油缸的柱塞面積，；
——吸油缸的柱塞運動速度，m/s；
——起升液壓缸的第一級內徑面積，；
——起升液壓缸的第一級的上升速度，m/s。
則
3.3.2 作用于吸油缸柱塞上的力
已知液壓系統(tǒng)中最大壓力為p=12.44MP,則作用于柱塞上的力
吸油缸的行程
系統(tǒng)的流量與柱塞的行程、柱塞的面積以及電機的轉速有關，其關系如下
式中 d——吸油缸的內徑，mm；
h——柱塞的行程，mm；
n——電機的轉速，r/s；
Q——系統(tǒng)的流量，。
根據上述公式：
3.3.3 吸油缸壁厚的計算
按中等壁厚計算，當時，吸油缸缸筒屬于中等壁厚，此時
式中 ——強度系數，對于無縫鋼管，＝1；
c——計入壁厚公差及腐蝕的附加厚度，通常圓整到標準厚度值。
帶入相關數值得：＝0.112＋c
?。?mm。
3.3.4 油口直徑的確定
液壓缸油口直徑應根據活塞最高運動速度v和油口最高液流速度而定。本次設計中，最大速度不好確定，由電機帶動的偏心輪的運動規(guī)律，可選取平均速度的2倍代替。已知吸油缸的平均速度為0.08m/s.即可取v =0.16m/s.管內液體的流動速度定為＝2m/s.由油口的直徑計算公式
式中 ——吸油缸油口內徑，m；
d ——吸油缸直徑，m；
v ——吸油缸最大輸出速度，m/s；
——油口液流速度，m/s。
取油口直徑＝4mm
3.3.5 缸底厚度的計算
本設計采用的是平行缸底,當缸有油口時
式中 h——缸底的厚度，mm；
d——液壓缸內徑，mm；
——試驗壓力，＝1.5P. MPa；
[]——缸底材料的需用應力，MPa。
根據上述公式
取d=3mm
3.4 油箱的設計
圖3.4 油箱
1—吸油管 2—網式濾油器 3—濾油網 4—通氣孔 5—回油管 6—頂蓋 7—油面指示器 8、10—隔板 9—放油塞
油箱容量的計算
油箱容量與系統(tǒng)的流量有關，一般容量可取最大流量的3-5倍。另外，油箱容量大小可從散熱角度去設計。
a) 系統(tǒng)發(fā)熱量計算 在液壓系統(tǒng)中，凡系統(tǒng)中的損失都變成熱能散發(fā)出來，在一個周期中，每一個工況其效率不同，因此損失也不同，在本次設計中，近似認為每個工況的效率相同，一個周期發(fā)熱的功率計算公式為：
(3.14)
式中 H——一個周期的平均發(fā)熱功率，W；
T——一個周期時間，s；
——第i個工況的輸入功率，W；
——第i個工況的效率；
——第i個工況的持續(xù)時間，s。
b) 散熱量計算
當忽略系統(tǒng)中其他地方的散熱，只考慮油箱散熱時，即系統(tǒng)的總發(fā)熱功率H全部由油箱散熱來考慮。這時油箱的散熱面積A的計算公式為
(3.16)
式中 A——油箱的散熱面積，；
H——油箱需要散熱的熱功率，W；
——油溫（一般以55考慮）與周圍環(huán)境溫度的溫差，；
K——散熱系數。與油箱周圍通風條件的好壞而不同，通風很差時K＝8～9，良好時K=15～17.5，風扇強行冷卻時K＝20～23，強迫水冷時110～175。
本次設計選擇K=9,此時散熱面積為：
0.0269
c 油箱容量的計算
設油箱的長、寬、高比值為a:b:c=1:1:1 ,邊長分別為at、bt、ct時，t的計算公式為
（3.17）
式中A——散熱面積，。
代入數據可得
則油箱的容積為V=389
由頂升液壓缸的容積為V=227知，油箱中油量一般為油箱的80％，因為故知油箱的容積可取為283，綜合油箱的其他形狀，取油箱的容積為400。
3.5 密封圈的選擇
根據系統(tǒng)壓力以及活塞的運動速度，本課題設計選擇O形橡膠密封圈，其有關圖形和尺寸公差如
時，。內徑的公差為
時，。內徑的公差為
如圖3.5所示
圖3.5 O形橡膠密封圈
相關參數如表3.2所示
表3.2 O形橡膠密封圈公差及尺寸
d1
d2
d1
d2
內徑
公差
1.80
±
0.08
2.65
±
0.09
3.55
±
0.10
5.30
±
0.13
7.00
±
0.15
內徑
公差
1.80
±
0.08
2.65
±
0.09
3.55
±
0.10
5.30
±
0.13
7.00
±
0.15
14.0
15.0
16.0
17.0
18.0
±0.17
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51.5
53.0
54.5
56.0
58.0
60.0
61.5
63.0
65.0
67.0
69.0
71.0
73.0
75.0
77.0
80.0
±
0.44
±
0.53
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19.0
20.0
21.2
22.4
23.5
25.0
25.8
26.5
28.0
30.0
±0.22
31.5
32.5
33.5
82.5
85.0
3.6 彈簧的設計
3.6.1 單向閥彈簧的設計
此設計要求彈簧充當單向閥的作用，不需要彈簧有很大的彈性系數，但要求彈簧有一定的剛度，在外載荷的作用下，彈簧不能發(fā)生失效變形。設計如下
圖3.6 圓柱螺旋壓縮彈簧的結構參數
根據公式
（3.18）
式中 P——彈簧負荷，MPa；
D——彈簧中徑，mm；
d——彈簧材料直徑，mm；
K——屈服系數，，其中為繞度比。
根據油口的直徑確定彈簧的外徑D= 3 mm， C=8,則d=0.375 mm，，K=0.937，取P=1N。
則<50MPa，滿足要求。
3.6.2 柱塞彈簧的設計
彈簧的材料選擇為彈簧鋼，彈簧的作用是將活塞桿推回，且推動為橫向推動，其推力初步定為P=1N，其切應力根據相關資料查詢確定為100MPa，初步定繞度比C＝7。
由此初步確定彈簧材料直徑d
由知D=7d
式中P——彈簧負荷，N；
D——彈簧中徑，mm；
d——彈簧材料直徑，mm；
K——屈服系數，，其中為繞度比。
當C=7時，K=0.932。
取d=0.4mm
則D=7d=2.8mm
彈簧的材料選擇為彈簧鋼，彈簧的作用是將活塞桿推回，且推動為橫向推動，其推力初步定為P=1N，其切應力根據相關資料查詢確定為100MPa，初步定繞度比C＝7。
由此初步確定彈簧材料直徑d
由，知D=7d
式中 P——彈簧負荷，N；
D——彈簧中徑，mm；
d——彈簧材料直徑，mm；
K——屈服系數，，其中為繞度比。
當C=7時，K=0.932。
取d=0.4mm
則D=7d=2.8mm
根據柱塞的設計要求知，柱塞的行程為10.2mm，所以彈簧的變形量F=10.2mm。
根據彈簧的變形量公式
mm （3.19）
式中 P——彈簧負荷，N；
D——彈簧中徑，mm；
d——彈簧材料直徑，mm；
n——彈簧有效圈數；
G——材料切變模量 ，MPa；
F——彈簧的變形量，mm。
查參數資料知
3.6.3 安全閥彈簧的設計
圖3.7 彈簧
安全閥彈簧的作用是限制系統(tǒng)的最大壓力，當系統(tǒng)壓力超過一定壓力時，油液將安全閥彈簧頂開，并通過安全閥流回油箱。安全閥彈簧選擇圓柱螺旋壓縮彈簧，其材料強度要求相對較高。從安全和實際工作角度考慮，安全閥能承受的最大的壓力要稍大于系統(tǒng)的最大壓力，但又不能超過最大壓力太多，否則達不到保護系統(tǒng)的作用。
系統(tǒng)的壓力為中壓，根據壓力選擇彈簧的材料為硅錳彈簧鋼，因為系統(tǒng)的最大壓力為12.44MPa，故取安全閥彈簧的最大承受壓力為15MPa，其切應力根據相關資料查詢確定為100MPa，初步定繞度比C＝5。
由此初步確定彈簧材料直徑d
由知D=5d
故有
式中 P——彈簧負荷，N； ；
——安全閥溢流的最小壓力；
D——彈簧中徑，mm；
d——彈簧材料直徑，mm；
K——屈服系數，，其中為繞度比。
當C=5時，K=0.915
彈簧的作用
取d= 1.8mm
則D=5d=9mm
3.7 鍵的選擇
本次設計選用的鍵為平鍵，其結構圖如下
圖3.7 平鍵聯(lián)接的剖面和尺寸
4 技術要求
4.1 缸體技術要求
a) 缸體端部的聯(lián)接結構采用焊接。如下圖
圖4.1 缸體
b) 缸體的材料
常采用20、35、45號無縫鋼管，因20號鋼機械性能略低，且不能調質，應用較少，當缸筒與缸底，缸頭，管接頭或耳軸等件需焊接時，則應采用焊接性能較好的35鋼，粗加工后調質。一般情況下，均采用45號鋼，并調質到。
缸體毛坯液可采用鍛鋼、鑄鋼或鑄鐵件。鑄鋼可采用ZG35B等材料，鑄鐵可采用HT200-HT350間的幾個牌號或球墨鑄鐵。本次設計中考慮到千斤頂結構要小巧，因此選擇的材料要較好才能滿足性能要求，故選擇45鋼。
c) 缸體的技術要求如下
1) 缸體內徑采用H8配合。本次設計采用的粗糙度為Ra1.6，且均需珩磨。
圖4.2 耳環(huán)型、柱塞型缸體
2) 本次設計中缸體內徑d的公差值可按9，10或11級精度選取，圓柱度公差值應按8級精度選取
3) 缸體端面T的垂直度公差值按7級精度選取。
4) 缸體與缸頭采用螺紋聯(lián)接，螺紋取6級精度的公制螺紋。
5) 缸體帶有耳環(huán)或銷軸，孔徑或軸線的中心線對缸體內孔軸線的垂直度公差值按9級精度選取。
6) 為了放置腐蝕和提高壽命，缸體內表面應鍍厚度為的鉻層。鍍后進行珩磨或拋光。
4.2 缸蓋技術要求
a) 缸蓋的材料
液壓缸的缸蓋可選用35鋼，45號鍛鋼或ZG35，ZG45鑄鋼HT200,HT300,HT350鑄鐵等材料。本次選用的是45鋼。
b) 缸蓋的技術要求
直徑d(基本尺寸同缸徑)、（活塞桿的緩沖孔）、（基本尺寸同活塞桿密封圈外徑）的圓柱度公差值，按10級精度選取。、與d的同軸度公差值為0.03mm。端面A、B與直徑d軸心線的垂直度公差值，按7級精度選取。導向孔的表面粗糙度為Ra1.25。
圖4.3 缸蓋
5 強度校核
這里僅對主要零部件的強度進行計算，以及一些焊接部位的計算校核。只要校核缸體與缸底焊接處的強度、螺紋聯(lián)結處的強度、安全閥彈簧的強度等。
5.1 缸體與缸蓋焊接強度校核
缸蓋連接計算
液壓缸缸底采用對焊，圖如下
圖5.1 缸底對焊
焊縫的拉應力為
（5.1）
式中 d——液壓缸直徑，mm；
——液壓缸外徑，mm；
——焊縫底徑，mm；
——焊接效率，通常取＝0.7。
, 取
則a
式中 F——液壓缸輸出的最大推力，N；
在本次設計中最大壓力即為負載最大重力F=1.0N.
5.2 缸頭螺紋聯(lián)接處強度校核
缸體與缸蓋用螺紋聯(lián)接時，圖如下
圖5.2 螺紋聯(lián)接
剛體螺紋處的拉應力為：
螺紋處的切應力為：
（5.2）
合成應力為：
（5.3）
式中 F——缸體螺紋處所受的壓力 N
在壓強最大時F最大，最大為1008N.
——液壓缸內徑，mm；
——液壓缸外徑，mm；
——螺紋外徑，mm；
K——螺紋擰緊系數，靜載時，取K=1.25-1.5,動載時取K=2.5-4.
——螺紋內摩擦系數，一般?。?.12
——螺紋處的拉應力，MPa；
——螺紋處的切應力，MPa；
——合成應力，MPa；
——螺紋材料的許用應力，MPa；
——螺紋材料的屈服極限，MPa；
n ——安全系數，通常取n=1.5-2.5。
取K=2.5, =0.12, =80MPa將相關數據帶入公式知
拉應力
切應力
合成應力
5.3 底座的校核
底座承受的是柱塞缸的橫向切應力，其大小為
（5.4）
式中 ——橫向切應力，MPa；
F——柱塞對底座的壓力，N；
h ——支座寬度，m；
b——支座長度，m。
滿足要求
5.4 柱塞缸缸體校核
柱塞缸缸壁較薄，作用與缸體上的力較大，故需要校核，缸體受到的力為拉力，校核如下
式中 ——缸體橫向拉應力，MPa；
F——缸體受到的橫向拉力，N；
——缸體外徑，m；
d——缸體內徑，m。
滿足要求
結論
本次設計要求設計一種體積小、高效率、穩(wěn)定性高的車用電動液壓千斤頂。在參考了液壓傳動方面的文獻，根據其工作原理完成了對千斤頂結構設計和零件的計算校核。運用CAD對千斤頂的裝備圖和主要零件的繪制。
根據千斤頂的工作原理和設計要求 ，確定了千斤頂的結構采用了凸輪機構驅動和底板油路的設計。在對底板油路進行時設計時考慮到過載加入安全閥，保護了系統(tǒng)。通過對液壓系統(tǒng)的分析，確定該系統(tǒng)的工作壓力，結合設計的要求對電機進行了選擇。根據設計要求計算確定了頂升缸和液壓缸的壁厚等參數并進行了校核驗算。通過查表選擇了密封圈和鍵。最后確定了缸體的材料和技術要求。
在此次設計過程中，不僅把大學四年所學到的理論知識很好的運用到畢業(yè)設計中，而且培養(yǎng)了自己認真思考的能力，并加強了和同學之間進行探討和解決問題的能力。
通過本次畢業(yè)設計，培養(yǎng)我思考問題和解決問題的能力。對今后的工作將有很大的幫助，對一名即將踏入社會的大學生起到了很重要的指導作用。設計中一定存在不少問題，請老師和同學批評指正。
致謝
光陰似箭，歲月如梭，四年的大學生涯轉瞬即逝。驀然回首，不論是大二做的金工實習，大三的課程設計還是大四的參觀實習，都是學校對我們走上社會之前的專業(yè)知識的考察。那么，這次的畢業(yè)設計當然就是對我們大學四年里所有所學所知的一次綜合考驗。
完成這次畢業(yè)設計，我要感謝指導教師邱明老師，通過這次畢業(yè)設計他教會了我如何去設計，怎么去設計，以及在最初構思時，應該注意的各種問題。是他對本人的精心指導，是他的耐心教導和積極督導，才使我能按時按量完成本畢業(yè)設計。我還要感謝進行畢業(yè)設計中期檢查的各位領導和機械工程系的其他老師，他們及時的給我指出了畢業(yè)設計當中的不足，并且給予我很多完成設計的便利條件。
“三人行，必有我?guī)煛薄Ｎ疫€要特別感謝，我們同一個設計組的其他同學，他們給了我很多不錯的建議。
在各位老師和同學的大力幫助下，才使我的畢業(yè)設計得以完成。最后，再次對他們給予我的幫助，表示衷心的感謝！并對論文審閱老師的辛勤勞動表示敬意。
參 考 文 獻
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