一种液压缸的锁紧方法分析及结构设计.pdf

机械制造 陈秀梅 ， 等 一种液压缸的锁紧方法分析及结构设计 一 种液压 缸的锁紧方法分析及结构设计 陈秀梅 ， 马玉贵 1 ． 北京信息科技大学 机 电工程学院 ， 北京 1 0 0 1 9 2 ； 2 ． 河北 宏润 重工股份有 限公司 ， 河北 盐 山 0 6 1 3 0 0 摘要 液压缸 是液压驱 动 系统的执行 装置 ， 它通过和各 种机械 结构相连接 ， 从 而实现 多种机 械机构的直线运动、 摆动和旋转运动的驱动； 通常进行机械结构的锁紧装置设计时需要考虑到 自锁 角的大小， 如果设计 的 自锁 角不合适 ， 就不能实现机 构的锁 紧。通过设 计一种新型液压缸 结构， 该液压缸结构不需要与 复杂的机械 结构相连接 ， 就 可 以实现机械装 置 的夹 紧与稳 定锁 紧， 其锁紧方法可靠。该液压缸即可以用于小行程直线运动驱动的场合， 又可以用于需要锁紧 且 空间较 小的装置 。 关键词 自锁角 ； 锁 紧； 液压缸 中图分类号 T H1 2 文献标志码 B 文章编号 1 6 7 1 5 2 7 6 2 0 1 3 0 2 0 0 1 0 ． 0 1 Lo c k i n g M e t ho d An a l y s i s o f Hy d r a ul i c Cy l i n d e r a n d I t s S t r u c t ur e De s i g n CHEN Xi u me i ， MA Yu g u i 1 ． M e d 3 a n i c a l a n d Be c t d c a l E n g i n e e n n g S c h o o l B e ij i n g I n f o r m a t i o n,S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y U n iv e r s it y ， B e ij i n g 1 0 0 1 9 2 ， C h i n a ； 2 ． H e b e i H o n g r u n H e a v y In d u s t r y S h a r e s L imit e d C o m p a n y ， Y ans h a n 0 6 1 3 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t Th e h y d r a u l ic c y l in d er i s a ac t u a t i n g d e vic e i n t h e h y dr a u l ic s y s t e m． Th e li n e ar mo t io n an d r o t a t e d mo t i o n a r e c an t r an s mire d t h r o u gh t h e h y d r a ulic c y l in de r l i n k ed wi t h v a r ie t ies o f me c h a n i s m．It is i mp o r t a n t t o d es ign a lo c k i n g a n gle f or loc k in g t h e me c h an i c a l d e vic e s． This p a p er d e s i g n s a n e w s t r u c t u r e of h y d r a u l ic c y l ind e r whic h h a s t h e a bil it y o f loc k in g me c h an ic al d e vic e s． Th e lo c k i n g me t h o d wit h o u t c o ns id er i n g t h e s e l f - lo ck i n g a n gle c a n b e u s e d t o r e a l iz e t h e d ev ic e s t a b l e loc k in g． This c y l i n d e r c a n b e u s e d f o r s h od s t r ok e li n e ar mo t ion an d f or lo ck in g t h e sma l ler d e v i c e s ． ke y wo r ds s e l f loc k i n g an g l e； loc k in g； Hy dr a ulic Cyli n d er 0 引言 夹紧装置是实现 自动操作的重要部件， 是重型车床、 磨床、 镗铣床、 加工中心、 柔性生产线的重要组成部件 ， 在 国内机 床 、 自动化行业有广泛的应 用。其锁 紧力一般通过 螺纹、 斜面的自锁角、 液压缸或气压缸等提供” J 。 现有技术的锁紧采用螺纹或斜面的自锁装置 ， 则必 须要严格的自锁角度实现 自锁， 或者需要有足够的操作 空间， 由于加工工艺的原 因可能导致 自锁不牢靠 ， 对于 操作空问限制的情况下， 更是无法实现 ； 采用液压缸或 气压缸方式 ， 由于液压油和压缩空气 的性质， 会导致锁 紧不稳定 ， 不易控制， 对于精度要求高的场合， 更不容易 达到要求。特设计一种液压缸通过机械力和液压力实 现可靠 的锁紧 。 1 液压缸的结构及 工作原理 液压缸是液压系统中的能源转换装置， 在现代机械设 备中应用极为广泛 J 。本设计主要在于锁紧部分的结构 设计 ， 其余设计与普通液压缸相同， 在此不再赘述。如图 1 所示， 液压缸的结构由缸筒、 缸盖、 活塞、 活塞杆等部分 组成。图 1 a 为液压缸驱动的锁紧装置松开状态， b 为液压缸驱动的锁紧装置锁紧状态 。 a 松开状态 、 n U 、 一 ＼ 7 一 b 锁 紧状态 1 一 活塞； 2 6缸盖 ； 3 一密封圈； 4 一缸筒 ； 5 一滑块 ； 7 一活塞杆 ； 8 ， 9 一进 出油孔 图 1 液压缸 的结构 液压油从左缸盖 2 上的进油孔 9 进入并作用在活塞 1 左侧端面， 推动活塞在轴向方向上向右运动 ， 迫使滑块 5径 向收缩 ， 滑块 5 对活塞杆 7产生向左的拉力 ， 活塞杆 7 带动 下转第 1 3页 基金项 目 北京 市人才强教深化计 划项 目 P H R 2 0 1 0 0 8 4 3 1 作者简介 陈秀梅 1 9 7 0 一 ， 女， 河北沧州人， 副教授， 硕士， 主要从事流体传动及控制， 先进制造等方面的科研和教学工作。 1 O h t t p ／ ／ Z Z H D ． c h i n a j o u rn a 1 ． n e t ． e n E - m a i l Z Z H D c h a i n a j 0 u r n a ] ． n e t ． c n 机械制造与自 动化 机械制造 薛建勋 基于有限元法的金属切削机理研究 参考文献 [ 1 ]胡创 国， 张定华 ， 汪文虎． 难 加工材料切削机理研究 的新进展 [ J ] ． 力学进 展， 2 0 0 4 ， 3 4 3 3 7 3 3 7 8 ． [ 2 ]王永胜． 基于有限元和遗传算 法的金属切削过程 物理仿真及 优化 [ D] ． 广州 ； 华南理工大学 ， 2 0 1 1 ． [ 3 ]石亦平 ， 周玉蓉． AB A QU S有 限元 分析实例 详解 [ M] ． 北京 机械工业出版社 ， 2 0 0 6 ． [ 4 ]杨勇 ， 柯映林 ， 董辉跃． 高速切削有限元模 拟技术研究 [ J ] ． 航 空学报 ， 2 0 0 6 ， 2 7 3 5 3 1 5 3 5 ． [ 5 ]蒋志涛 ， 刘泓滨 ， 王飞 ， 等． A B A Q U S的高速铣 削二维 仿真分 析 [ J ] ． 现代制造工程 ， 2 0 0 8 8 4 5 4 7 ． 收稿 日期 2 0 1 20 5 一o 8 上接 第 l 0页 与活塞杆相连接的夹具向左运动， 从而实现锁紧装置的锁 紧动作； 当液压油右缸盖 6上的进油孔 8进入并作用在活 塞 1 右侧端面和活塞杆 7的左侧， 对活塞 1 产生向左的压 力， 滑块 5 在径向膨胀 ， 同时液压力向右推动活塞杆 7 ， 活 塞杆 7从 而带 动夹紧装置向右运动 ， 实现锁 紧装置 的 松开 。 2 锁紧方法分析 设备的锁紧装置的锁紧动作主要通过滑块 5 、 活塞 1 和活塞杆 7的相对运动来实现， 如图 2 所示。 5 图 2 a 、 b接触 面 当滑块 5 处 于图 1 b 所 示 的状态 时 ， 与滑块 5的接 触面 a 采用锥面结构 ， 滑块 5与活塞 1的接触面 b 。在锁 紧状态中， 由于活塞 1 、 活塞杆 7与滑块 5之间的相互作 用 ， 保证了活塞杆被精确夹紧而不松动。这种锥面结构可 以在夹紧位置正向自锁。因夹紧装置处于 自锁状态。所 以不需要施加额外的夹紧力。其夹紧状态只有在反向施 加压力的情况下才能松开 ， 从而夹紧不会松动或 自行脱 落。保证机械设备的正常、 安全运转。图 3示为滑块结 构 图。 图 3 滑块结构 图 Ma c h i n e B u i ld i n g Au t o ma t io n ，J u n 2 0 1 3 ， 4 1 2 1 1 ～ 1 3 3 新型液压缸的特点 1 本液压缸通过控制缸盖 2 、 6上的进、 出油孔 8 、 9 进入液压缸体内的液压油， 从而实现夹紧装置的的锁紧与 松开 ； 2 锁紧与松开动作的实现通过液压力驱动， 通过斜 面 a ， b实现稳定的锁紧， 不需要考虑自锁角度与液压油的 稳定性问题。可以保证在工作中出现停电等意外情况， 刀 柄不会 自行松脱， 从而保证安全性 ； 3 活塞杆 7的运动行程短， 其右侧直接连接夹紧装 置 ， 实现锁 紧。 4 活塞 1 的运动行程长， 其左侧杆伸出缸盖 2之外， 可以和外负载连接实现普通缸的往复直线运动功能。 4 结论 液压传动在现代机械传动中应用 日益广泛， 液压驱动 装置具有结构简单 、 体积小、 质量轻、 能传递巨力或高力矩、 易于实现过载保护等优点。液压缸是液压传动中的执行装 置， 能与各种传动机构相配合， 完成复杂的机械运动， 所以 应用范围很广。本设计的液压缸主要应用于需要稳定夹紧 的短工作行程的场合， 同时可以适用于长行程的场合。 机械结构的锁紧可以采用多种形式， 如气压驱动和机 械结构实现夹紧。根据设计的设备要求该液压缸也可以 设计为气压缸， 气压驱动力要小于液压驱动力， 所以可以 适用于小型设备的锁紧场合。 参考文献 [ 1 ]徐灏． 机械设计手册[ M] ． 5卷． 北京 机械工业出版社 ，1 9 9 2 ． [ 2 ]雷天觉． 新 编液压 工程 手册 [ M] ． 北京 北 京理 工大 学 出版 社 ，1 9 9 8 ． [ 3 ]陈秀梅 ， 杨庆东 ， 于潇客． 五轴数控 机床铣 头 自动松拉 刀方法 分析研究[ J ] ． 中国制造业信息化， 2 0 1 0 ， 3 9 3 6 9 ． 7 1 ． 收稿 日期 2 0 1 20 51 3 1 3 一