液压千斤顶论文(b5)完整版新

毕业设计

摘要：

液压传动的基本原理是机械能与液压能的相互转换，对实验室教学用液压千斤顶进行拆卸测量，通过观察掌握其运动，工作原理，清楚液压千斤顶工作时油液的流动方向，以及各个原件的工作原理和工作时的工作情况。通过液压千斤顶的工作情况理解液压传动的原理，以及液压传动的优缺点。用三维软件对液压千斤顶进行三维建模，并进行运动仿真，制作其三维运动动画，零件爆炸动画，直观观察液压千斤顶内部结构以及运动情况。

目录

一前言 3 二正文

1液压传动概述 3 2液压传动系统的组成 3

3液压传动的优缺点 4 4国内外千斤顶发展情况 5 5液压千斤顶特点 5 6液压千斤顶常见故障排除 6 7千斤顶技术展望 6

8液压千斤顶的工作原理 7 9液压千斤顶内部结构 8 10液压千斤顶活塞部位密封 9 11制图软件介绍 10 12三维模型制作 13 13零件的装配 19 14运动仿真 21

三结论22 四谢词22 五参考文献22

前言：

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。本次对车用液压千斤顶进行三维建模以及运动仿真旨在了解液压千斤顶的内部结构，油液流动方式，密封方式，并且通过对液压千斤顶的分析了解液压传动的原理以及应用。通过查阅大量文献，和对千斤顶各部件进行绘制建模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。

正文：1液压传动概述

液压传动的应用范围的基本原理

液压传动有许多突出的优点，因此它的应用非常广泛，如一般工。业用的塑料加工机械、压力机械、机床等；行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等；钢铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整装置等；

土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等；发电厂涡轮机调速装置、核发电厂等等；船舶用的甲板起重机械（绞车）、船头门、舱壁阀、船尾推进器等；特殊技术用的巨型天线控制装置、测量浮标、升降旋转舞台等；军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等。

液压传动的基本原理是在密闭的容器内，利用有压力的油液作为工作介质来实现能量转换和传递动力的。其中的液体称为工作介质，一般为矿物油，它的作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似。

在液压传动中，液压油缸就是一个最简单而又比较完整的液压传动系统，分析它的工作过程，可以清楚的了解液压传动的基本原理。

2液压传动系统的组成

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、管件及油箱等，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，例如同功率液压马达的重量只有电动机的10％～20%。因此惯性力较小，当突然过载或停车时，不会发生大的冲击；（2）能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度，并可实现无极调速，且调速范围最大可达1：2000(一般为1：100)。

（3）换向容易，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，故系统效率较低

4国内外千斤顶发展情况

国外发展情况

早在20 世纪40 年代,卧式千斤顶就已经开始在国外的汽车维修部门使用,但由于当时设计和使用上的原因,其尺寸较大,承载量较低。后来随着社会需求量的增大以及千斤顶本身技术的发展,在90 年代初国外绝大部分用户已以卧式千斤顶替代了立式千斤顶。在90 年后期国外研制出了充气千斤顶和便携式液压千斤顶等新型千斤顶。充气千斤顶是由保加利亚一汽车运输研究所发明的,它用有弹性而又非常坚固的橡胶制成。使用时,用软管将千斤顶连在汽车的排气管上,经过15～20 秒,汽车将千斤顶鼓起,成为圆柱体。这种千斤顶可以把115t 重的汽车顶起70cm。Power-Riser Ⅱ型便携式液压千斤顶则可用于所有类型的铁道车辆,包括装运三层汽车的货车、联运车以及高车顶车辆。同时它具有一个将负载定位的机械锁定环,一个三维机械手,一个全封闭构架以及一个用于防止杂质进入液压系统的外置过滤器。另外一种名为Truck Jack 的便携式液压千斤顶则可用于对已断裂的货车

转向架弹簧进行快速的现场维修。该千斤顶能在现场从侧面对装有70～125t 级转向架的大多数卸载货车进行维修,并能完全由转向架侧架支撑住。它适用于车间或轨道上无需使用钢轨道碴或轨枕作承。

国内发展情况

我国千斤顶技术起步较晚,由于历史的原因,直到1979 年才接触到类似于国外卧式千斤顶这样的产品。但是经过全面改进和重新设计,在外形美观,使用方便,承载力大,寿命长等方面,都超过了国外的同类产品,并且迅速打入欧美市场。经过多年设计与制造的实践,除了卧室斤顶以外,我国还研规格齐全,形成系列产品

5液压千斤顶特点

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滚体的压力以同样大小向各个方向传递的特性。优点:输出推力大;缺点:效率低。

6液压千斤顶常见故障排除

1重载时顶杆不能升起。当千斤顶顶到某一高度后, 顶杆就不再升高这表明千斤顶内缺少工作油, 应予补足。

2顶杆抖动。这说明回油阀关闭不严, 可将回油阀针再向里拧紧一些。若仍不能顶起, 且压杆周围漏油, 则为顶杆密封圈损坏, 应予更换。若不能顶起且压杆周围也无漏油, 再检查回油阀和进油阀门能否关严包括压杆筒体端面接合处的密封垫圈情况若上述均无异常, 则为顶杆密封圈损坏或其固定螺打松动, 应予更换或拧紧。

3空载时顶杆就不能升起。首先检查千斤顶的油量,不足时应添加。若千斤顶不缺油可将千斤顶回油阀针松开, 拆下加油孔油塞, 然后用脚踩住千斤顶底座, 双手向上拔起顶杆再压下去, 如此反复拔、压顶杆几次, 以排除空气若做完上述检查后, 拧紧加油孔油塞和回油阀, 再试空顶若此时顶杆仍不能上升, 应将千斤顶放平, 拆去回油阀, 检查阀与座的接触情况是否良好, 若有脏物, 应予清除若有坑、槽、不平应予更换。最后检查进油阀门是否密封良好,顶杆密封圈有无损坏或脱落, 若有则及时更换。

4漏油。千斤顶的漏油部位多在座与筒体结合处、顶杆周围、回油阀的锁紧螺纹处、加油孔的固定油塞处、压杆周围等。漏油原因多为密封垫圈损坏必须及时更换

7千斤顶技术展望

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。

8液压千斤顶的工作原理

图1-1液压千斤顶工作原理图

1—杠杆手柄2—小油缸3—小活塞4，7—单向阀5—吸油管6，10—管道

8—大活塞9—大油缸11—截止阀12—油箱

图1-1是液压千斤顶的工作原理图。大油缸9和大活塞8组成举升液压缸。杠杆手柄1、小油缸2、小活塞3、单向阀4和7组成手动液压泵。如提起手柄使小活塞向上移动，小活塞下端油腔容积增大，形成局部真空，这时单向阀4打开，通过吸油管5从油箱12中吸油；用力压下手柄，小活塞下移，小活塞下腔压力升高，单向阀4关闭，单向阀7打开，下腔的油液经管道6输入举升油缸9的下腔，迫使大活塞8向上移动，顶起重物。再次提起手柄吸油时，单向阀7自动关闭，使油液不能倒流，从而保证了重物不会自行下落。不断地往复扳动手柄，就能不断地把油液压入举升缸下腔，使重物逐渐地升起。如果打开截止阀11，举升缸下腔的油液通过管道10、截止阀11流回油箱，重物就向下移动。这就是液压千斤顶的工作原理。

压下杠杆时，小油缸2输出压力油，是将机械能转换成油液的压力能，压力油经过管道6及单向阀7，推动大活塞8举起重物，是将油液的压力能又转换成机械能。大活塞8举升的速度取决于单位时间内流入大油缸9中油容积的多少。

9液压千斤顶内部结构

图1-2 液压千斤顶结构图

液压千斤顶结构如图1-2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，油液从油箱——9单向阀被吸入小油缸，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大油缸和油箱，油液直接流回油箱，2大活塞下落。大活塞下落速度取决与回油阀杆扭转程度。

10液压千斤顶活塞部位密封

在大活塞与大油缸配合部位采用的尼龙碗形密封件与O型密封圈组合而成

的组合密封装置由于橡胶具有良好的弹性, 受力后易于变形, 能及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,

由于面柱面与面柱面的配合始终存在一定误差，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可以适当开辟油沟，平衡各边压力。

11建模软件介绍

使用三维绘图软件Solidworks2006对液压千斤顶实体进行三维建。SolidWorks一贯倡导三维CAD软件的易用性、高效性。 SolidWorks

软件的特点和优点包括：

1全Windows界面，操作非常简单方便

SolidWorks 是在Windows环境下开发的,简易方便的工作界面；利用

Windows的资源管理器或SolidWorks Explorer 可以直观管

理 SolidWorks 文件；SolidWorks 软件非常容易学习； SolidWorks 采用内核本地化，全中文应用界面；SolidWorks全面采用Windows的技术，支持特征的"剪切、复制、粘贴"操作；支持拖动复制、移动技术；

2清晰、直观、整齐的"全动感"用户界面

"全动感"的用户界面使设计过程变的非常轻松：动态控标用不同的颜色及说明提醒设计者目前的操作，可以使设计者清楚现在做什么；标注可以使设计者在图形区域就给定特征的有关参数；鼠标确认以及丰富的右键菜单使得设计零件非常容易；建立特征时，无论鼠标在什么位置，都可以快速确定特征建立；图形区域动态的预览，使得在设计过程中就可以审视设计的合理性；利用FeatureManager设计树设计人员可以更好地通过管理和修改特征来控制零件、装配和工程图； PropertyManager 属性管理器，提供了非常方便的查看和修改属性操作；PropertyManager 属性管理器，减少了图形区域的对话框，使设计界面简捷、明快； ConfigerationManager 属性管理器很容易地建立和修改零件或装配的不同形态，大大提高了设计效率；

3 灵活的草图绘制和检查功能

草图绘制状态和特征定义状态有明显的区分标志，设计者可以很容易清楚自己的操作状态；草图绘制更加容易，可以快速适应并掌握SolidWorks 灵活的绘图方式：单击-单击式或单击-拖动式；单击-单击式的绘制方式非常接近AutoCAD软件；

绘制草图过程中的动态反馈和推理可以自动添加几何约束，使得绘图时非

常清楚和简单；

草图中采用不同的颜色显示草图的不同状态；

拖动草图的图元，可以快速改变草图形状甚至是几何关系或尺寸值；

可以绘制用于管道设计或扫描特征的3D草图；

可以检查草图的合理性；

4 强大的特征建立能力和零件与装配的控制功能强大的基于特征的实体建模功能。通过拉伸、旋转、薄壁特征、高级抽壳、特征阵列以及打孔等操作来实现零件的设计；可以对特征和草图进行动态修改；功能齐备和全相关的钣金设计能力。利用钣金特征可以直接设计钣金零件，对钣金的正交切除、角处理以及边线切口等处理非常容易；SolidWorks 提供了大量的钣金成形工具，采用简单的拖动技术就可以建立钣金零件中的常用形状；利用Feature Palette窗口，只需简单地拖动到零件中就可以快速建立特征；管理和使用库特征非常方便；利用零件和装配体的配置不仅可以利用现有的设计，建立企业的产品库，而且解决了系列产品的设计问题；配置的应用涉及零件、装配和工程图；可以利用EXCEL软件驱动配置，从而自动地生成零件或装配体；使用装配体轻化，可以快速、高效地处理大型装配，提高系统性能；按照同心、重合、距离、角度、相切等关系的丰富多样的装配约束；动画式的装配和动态查看装配体运动；在装配中可以实现智能化装配，装配体操作非常简便、高效；可以进行动态装配干涉检查和间隙检测，以及静态干涉检查；在装配中可以利用现有的零件相对于某平面产生镜像，产生一个新零件或使用原有零件按镜像位置装配。

5工程图

使用RapidDraft工程图技术，可以将工程图与三维模型单独进行操作，以加快工程图的操作，但仍然保持与三维模型的相关性；

可以为三维模型自动产生工程图，包括视图、尺寸和标注；灵活多样的视图操作，可以建立各种类型的投影视图、剖面视图和局部放大图；交替位置视图能够方便地显示零部件不同的位置，在同一视图中生成装配的多种不同位置的视图，以便了解运动的顺序；SW2001SP5以后,增加了局部剖视图功能

6数据交换；

可以通过标准数据格式与其他CAD软件进行数据交换；提供数据输入诊断功能，允许用户对输入的实体执行几何体简化、模型误差重设以及冗余拓扑移除；利用插件形式提供免费的数据接口，可以很方便地与其他三维CAD软件如PRO/Engineer、UG、MDT、SolidEdges等进行数据交换；DXF/DWG文件转换向导可以将用户通过其他软件建立的工程图文件转化成SolidWorks 的工程图文件，操作非常方便；可以将模型文件输出成标准的数据格式，将工程图文件输出成DXF/DWG格式；

12三维模型制作

三维建模中常用到的特征命令有拉伸凸台，拉伸切除，旋转凸台，旋转切除，扫描，扫描切除，定义基准等命令。而绘制平面草图命令与其他大多数制图软件一致，常用的命令有只能尺寸，直线，圆，巨型，多边形。

通过对典型零件底座的三维建模过程投射出整个三维建模的过程。

底座

建模过程：

拉伸凸台首先新建一个零件文件，选定一基准面对其进行草图绘制（基准面可任意选取）。

在草图基准面上绘制出底座底平面草图，采用草图绘制中的矩形命令绘制出一矩形，再通过智能尺寸命令定义矩形的尺寸。使用特征菜单中的拉伸凸台命令对矩形域进行拉伸，然后使用圆角命令对底面四周进行倒圆角处

理。得到效果

使用同样的处理方法可以绘制出底座前端凸台和小圆柱面，这几个图形的生成都使用的事拉伸凸台命令，拉伸凸台使用时可以选择单向双向拉伸，如对称零件可以在其中间位置建立基准面，绘制草图然后进行双向拉伸生成三维图，在拉伸时候可以选择拉伸倒给定深度，成型倒一点，成型到一面，倒离指定面指定的距离，成形到实体，两侧对称拉伸。

螺纹孔的绘制在进行了前面的成形步骤后得到图

在螺纹的起始面上画一个与螺纹孔牙顶径直径相同的圆，使用特征命令中的螺旋线命令或者插入菜单中的曲线——螺旋线命令生成以刚才所绘圆直径相同的螺旋线。生成之后在左边的菜单中可以选择定义方式，起始角度以及旋转方向

然后找到螺旋线起始点，在过圆柱面轴心与螺旋线起始点的基准面上绘制螺纹的截面图

画螺纹截面图的时候基准面一定要过螺旋线开始点或者结束点，否者会在使用扫面切除命令时出现错误提示。然后结束草图编辑，在右上的勾上点击鼠标左键保存草图并结束草图编辑，然后再使用特征菜单中的扫描切除对零件进行造型。（扫描切除一定要在草图编辑结束后才能进行，否则此功能无法使用，区别于拉伸，旋转的直接在草图编辑中的情况下使用命令）默认菜单中可能没有扫描切除命令，需要从自定义工具中调出。（对菜单栏空白处单击鼠标右键——弹出菜单中选择自定义工具——命令，从下啦菜单中选择特征——从右边的命令中选中扫描切除命令，拖动到菜单栏中）

最终结果：

螺纹也可以通过扫描来成形。扫描和扫描切除就和拉伸与拉伸切除一样是一对相对立的命令，通过扫描命令来成形螺纹孔，螺旋线的基础圆直径就应该和螺纹牙底径相同，同样在过螺旋线起终点位置与过孔轴线的基准面上画出螺纹的截面图，然后结束草图编辑，再使用命令扫描对螺纹进行成形。

对于筋板的成形可以使用特征中的筋命令来实现。筋是从开换的草图轮廓生成的特殊类型的拉伸特征。它在轮廓与现有零件之间添加指定方向和厚度，可以使用开环或闭环的草图实体生成筋特征。

生成筋特征的步骤：

（1）在一个与零件相交的基准面上绘制出筋的轮廓。

（2）单击特征工具栏上的{筋}图标按钮或者单击菜单插入——特征——筋

（3）在左侧的对话框中设置筋参数，生成特征

参数设置中可以选择在草图两侧生成筋或者单侧生成，对于拉伸方向可以选择平行于草图或者垂直于草图。在垂直于草图拉伸时可以选择“自然”和“线性”两种拉伸方式。自然将按照筋草图中曲线两端点的切线延伸，线性将从筋草图中曲线的曲率方向以线性方式延伸。

零件中筋板有4个，但不必重复4次同样的动作，因为零件4个筋板是按照圆周排列，所以可以使用特征——圆周阵列来对筋板进行特征阵列

单击圆周阵列命令，左边弹出如图菜单，通过对参数的设置来进行阵列。阵列的基准轴选择4个筋板中间的圆柱面的轴心，选择好角度与数量后选择要阵列的特征然后点确定就可以迅速画出4个特征相同位置不同的筋板。

通过拉伸凸台，切除拉伸，旋转，扫描与扫描切除可以画出底座余下几何特征。

对于单向阀以及阀芯圆球的建模可以使用画出截面的一半然后进行旋转的方式画出，既画圆球时先画出椭圆

然后使用旋转命令选择旋转轴画出球形零件

13零件的装配

画完所有零件的三维图后需对其进行装配，组合成完整的千斤顶。

单击文件菜单中的新建，选择装配体。此时右边的菜单栏会提示插入零件，因为大部分零件都是与底座配合，所以首先选择最基本的零件底座使起成为固定不动的元件然后逐步插入零件并配合组成装配体。

配合时选择菜单栏中的“配合”命令，此时右边弹出对话框

配合关系有重合，平行，垂直，相切，同轴心，还可以调整所选配合面之间的间距，角度。首先选择要配合的2个元素。通过2个零件之间的相互关系确定，如大油缸与底座之间的配合，先选中大油缸的圆柱面，再选择底座上圆柱凹台的柱面，在左边对话框中选择同轴心，则零件会自动一定到配合位置，若需零件反向配合，可以通过选择配合对齐中的通向对齐或反向对齐来实现。然后选择大油缸底部与底座圆柱凹台底部，选择重合，则大油缸会自动移动配合位置，由于这2个配合的约束，就使大油缸到达了装配后的指定位置，继续通过对其他零部件的配合始装配体逐步完成

14运动仿真

通过Solidworks Office Pro2006自带插件Animator对液压千斤顶装配体进行运动仿真。 Animator的使用基于“关键点”的界面。“关键点”就是运动前后的两个状态。

调整时间轴为0时，也就是起始位置装配体各元件位置，拖动时间轴到下个时间段，改变装配体各位置，则2个时间段也就是“关键点”之间产生过渡。拖动时间轴并改变零件相对位置后时间轴上产生被移动零件的键码，也就是记录了这个零件的动作，根据装配关系，从动件因为从动运动也会产生相应的键码。

为实现不同序运动，既小活塞做一次往复运动大活塞上移一段距离，小活塞吸油时大活塞不动，推油时大活塞上移的运动过程需把大活塞运动状态的运动起始键码向后拖动到小活塞开始向下运动时的时间点。

通过对“关键点”的设置制作出液压千斤顶运动的三维运动仿真图。

三总结

毕业设计是本科学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次对液压千斤顶的三维建模与运动仿真我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际工程问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的