第一篇：液壓支架強(qiáng)度可靠性優(yōu)化設(shè)計方法研究論文大全

1基于最大應(yīng)力約束的強(qiáng)度可靠性優(yōu)化設(shè)計

1.1優(yōu)化變量設(shè)定

在對液壓支架掩護(hù)梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化的階段中，液壓支架中的主要參數(shù)以及空間尺寸已經(jīng)基本完成設(shè)計，為恒定狀態(tài)。因此，設(shè)計變量可以選取支架主要部件所對應(yīng)的鋼板厚度，同時可在有限元優(yōu)化中對其初始值進(jìn)行定義。假定對于液壓支架掩護(hù)梁而言，3個板厚分別定義為T1，T2，T3，均為設(shè)計變量，T1取值為25.0mm，為掩護(hù)梁豎筋板板厚，T2取值為25.0mm，為掩護(hù)梁上頂板板厚，T3取值為25.0mm，為掩護(hù)梁下腹板板厚。該狀態(tài)下掩護(hù)梁整體質(zhì)量為3345.0g。

1.2有限元優(yōu)化分析

在有限元分析過程當(dāng)中，選擇掩護(hù)梁受力條件最為惡劣的偏載工況作為加載方式。在此工況下，整個液壓支架的實驗高度取值為2400.0mm。應(yīng)力極限值在460.0MPa范圍內(nèi)，因此可設(shè)定掩護(hù)梁重量最小作為強(qiáng)度可靠性優(yōu)化設(shè)計的基本目標(biāo)。同時，遵循現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)，將設(shè)計變量的增長步長設(shè)置為5.0mm。同時，對于液壓支架而言，厚度在15.0mm以下的板材較為單薄，與液壓支架其他組件結(jié)構(gòu)無法相互配合，因此缺乏實際意義，故而在可靠性優(yōu)化設(shè)計分析中，按照下表方式選擇板厚，計算相應(yīng)的組合方案。

1.3有限元優(yōu)化結(jié)果分析

根據(jù)在不同組合方案下得到的數(shù)據(jù)分析來看，按照表1所取值IDE各種板厚組合方案均能夠滿足液壓支架掩護(hù)梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可靠性優(yōu)化設(shè)計中“掩護(hù)梁最大受力不超過屈服極限水平”的要求。在此狀態(tài)下，在液壓支架重量取最小值時，板材厚度T1，T2，T3均取值為20.0mm，與之相對應(yīng)的探測點1應(yīng)力水平為398.9MPa，探測點2應(yīng)力水平為413.7MPa，可以滿足應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)要求，對應(yīng)的液壓支架掩護(hù)梁質(zhì)量水平為2992.29kg。

2基于疲勞壽命約束的強(qiáng)度可靠性優(yōu)化設(shè)計

由于在現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《煤礦用液壓支架第一部分（通用技術(shù)條件）》中，已經(jīng)針對液壓支架疲勞強(qiáng)度實驗方法與結(jié)果提出了嚴(yán)格要求，因此在液壓支架實驗中僅需要滿足要求即可，無需過分追求較大的疲勞壽命水平。從這一角度上來說，在對液壓支架強(qiáng)度可靠性進(jìn)行優(yōu)化分析的過程中，不需要單獨將液壓支架疲勞壽命作為優(yōu)化目標(biāo)，將其滿足循環(huán)壽命作為可靠性優(yōu)化中的約束條件之一。從這一角度上來說，對于液壓支架掩護(hù)梁而言，基于疲勞壽命約束的強(qiáng)度可靠性優(yōu)化設(shè)計可以從如下角度進(jìn)行分析

2.1設(shè)定負(fù)載水平

在現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《煤礦用液壓支架第一部分（通用技術(shù)條件）》中，耐久性試驗規(guī)范中要求采取內(nèi)加載方式進(jìn)行循環(huán)加載，加載壓力交替設(shè)置為1.05*額定工作壓力以及0.25*額定工作壓力。加載周期按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定為20000次。

2.2有限元優(yōu)化分析

有限元分析過程當(dāng)中，結(jié)構(gòu)材料為Q460，彈性模量取值為210000.0MPa，密度標(biāo)準(zhǔn)值為7.85kg/m3，泊松比取值為0.3，結(jié)構(gòu)屈服強(qiáng)度取值為460.0MPa。根據(jù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析數(shù)據(jù)表，可在滿足所設(shè)定疲勞壽命（即加載周期20000次）的條件下，最優(yōu)方案為板材厚度T1，T2，T3分別取值為20.0mm，20.0mm，以及25.0mm，與之相對應(yīng)的探測點1壽命水平為3.2*104，探測點2壽命水平為2.6*104。

3可靠性優(yōu)化設(shè)計結(jié)果分析

根據(jù)以上分析數(shù)據(jù)，在最終確定可靠性優(yōu)化設(shè)計方案的過程中，可以首先考慮適當(dāng)減小T1板材厚度，然后可對T2板材厚度進(jìn)行調(diào)整，最后是對T3板材厚度的控制。根據(jù)有限元分析結(jié)果，在滿足液壓支架掩護(hù)梁疲勞壽命以及應(yīng)力水平基本要求的前提下，可先選幾組性能較好的數(shù)據(jù)作為優(yōu)選方案，展開進(jìn)一步分析。備選數(shù)據(jù)方案如下表所示。

4結(jié)束語

對以上各個方案的可靠性優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行對比分析：其中，對于A方案而言，在該組合下，液壓支架掩護(hù)梁質(zhì)量減小比例最大，雖然疲勞壽命有一定程度上的下降，但仍然能夠滿足所設(shè)定疲勞壽命（即加載周期20000次）的基本要求，同時應(yīng)力變化較小。對于B方案以及C方案而言，雖然疲勞壽命取值有一定程度上的提高趨勢，但同時應(yīng)力值也對應(yīng)下降，液壓支架掩護(hù)梁質(zhì)量減小狀態(tài)不理想。對比A方案，D方案雖然能夠使液壓支架掩護(hù)梁的整體重量得到控制，但液壓支架掩護(hù)梁的應(yīng)力水平以及疲勞壽命改善效果均不理想。E方案雖然能夠增大疲勞壽命，但也同時降低了最大應(yīng)力水平，導(dǎo)致液壓支架掩護(hù)梁質(zhì)量與優(yōu)化前差異不明顯。故而，最終選擇A方案作為可靠性優(yōu)化方案。

第二篇：礦用液壓支架油缸結(jié)構(gòu)的改進(jìn)方法研究

礦用液壓支架油缸結(jié)構(gòu)的改進(jìn)方法研究

【摘 要】近年來隨我國煤炭事業(yè)的飛速發(fā)展，都需要先進(jìn)的機(jī)電設(shè)備作為強(qiáng)有力的后盾。在一井一面綜采設(shè)備上，支架性能及適應(yīng)性以及地質(zhì)構(gòu)造的諸多因素，直接影響煤炭的產(chǎn)量。我國的綜采工作面絕大部分分布在緩傾斜中穩(wěn)及中穩(wěn)以上頂板的中厚煤層，而其它條件下的煤層，現(xiàn)有的液壓支架適應(yīng)性差，使用效果不理想，本文對液壓缸存在的一些結(jié)構(gòu)不合理和拆卸比較困難的狀況進(jìn)行改進(jìn)，以提高液壓缸的內(nèi)在質(zhì)量，減小損壞率，降低維修費用。

【關(guān)鍵詞】液壓油缸；防塵壓蓋；導(dǎo)向套

1.液壓支架的類型結(jié)構(gòu)

液壓支架有許多類型。按圍巖的相互作用和維護(hù)回采空間的方式，可分為支撐式、掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式三類；按移架方式可分為整體自移式和邁步前移式兩類；按使用地點不同可分為中間架、過渡架和端頭架三類；工作面支架按煤層厚度和開采方法不同可分為鋪聯(lián)網(wǎng)支架和放頂煤液壓支架。

支撐掩護(hù)式液壓支架是在支撐式液壓支架的基礎(chǔ)上，吸取掩護(hù)式液壓支架的特點而設(shè)計的。液壓支架的前梁和頂梁是箱體焊接結(jié)構(gòu)，支撐著工作面頂板，起著防止漏矸冒頂?shù)淖饔?。前梁千斤頂控制著前梁向上和向下擺動，可以較好適應(yīng)頂板的起伏不平，改善其接頂性能。四根立柱（雙作用單伸縮油缸）支撐在頂梁與底座之間，立柱與頂梁、底座接觸處為球面鉸，可以改善立柱受力。為了適當(dāng)增大支架的支撐高度，擴(kuò)大適用范圍，根據(jù)需要可在立柱上端加接機(jī)械加長桿。

掩護(hù)梁是由鋼板焊接而成的箱型結(jié)構(gòu)，下端通過前、后連桿與底座鉸接成四連桿機(jī)構(gòu)，起著穩(wěn)定支架重心和防止采空區(qū)巖石涌入工作面的作用，既能保證支架前梁頂端與煤壁的間距基本恒定，又承擔(dān)了支架在工作過程中的水平分力，以保證支架的工作穩(wěn)定性；底座是鋼板焊接的箱型結(jié)構(gòu)，它與底板直接接觸，將立柱傳來的頂板壓力傳遞給底板。底座的后部與前后連桿鉸接，前端焊接有安裝推移千斤頂?shù)穆?lián)結(jié)耳，推移千斤頂?shù)牧硪欢伺c工作面運輸機(jī)連接，通過推移千斤頂?shù)纳炜s，實現(xiàn)推溜和移架功能。

2.缸底焊縫的改進(jìn)

對于推移千斤頂，有一種損壞形式就是缸底焊縫開裂。因為這種推移千斤頂?shù)陌惭b方式一般是中間耳軸連接，其缸體和缸底的焊縫不僅承受液體均勻的周向力，還要承受軸向力，所以這種連接方式比其他固定端在缸底的千斤頂對焊縫的要求更高。原因之一：在以往的設(shè)計中，往往缸底厚度設(shè)計的比缸筒壁厚大很多，以為這樣更安全。其實，在焊接時因壁厚差大造成傳熱和散熱不均，致使缸底和缸筒不能很好的融合，并產(chǎn)生很高的應(yīng)力集中，因此在使用中出現(xiàn)掉底的現(xiàn)象。原因之二：采用V型焊縫。因V型焊縫在焊接時因底部狹小，難以使焊口底部的金屬很好的融合。

建議推移缸底的焊縫改為U形坡口，減小缸底上和缸筒焊接部分的壁厚，也可有一個較平緩的過渡，讓缸底焊接的部分厚度和缸筒相近，并使焊縫稍離開缸底底部較厚的部分一段距離，讓缸底焊接的部分也打上U形坡口，使缸底和缸筒在焊接時傳熱和散熱均勻，都能與焊縫金屬很好地融合，并且減少了截面的突變量，使應(yīng)力集中減小，從而能提高焊縫的質(zhì)量。對于其他立柱和千斤頂?shù)母椎缀透淄驳暮附蛹爸懈赘淄埠椭懈赘椎椎暮附右泊嬖陬愃频慕Y(jié)構(gòu)，在設(shè)計中也應(yīng)注意盡量避免。

3.防塵壓蓋的改進(jìn)

對于具有三半環(huán)或四半環(huán)連接形式的各種型號的立柱和千斤頂，在使用過程中表現(xiàn)出良好的使用性能，其抵抗側(cè)向力的能力遠(yuǎn)大于螺紋式聯(lián)接，其損壞的比例也遠(yuǎn)小于螺紋式聯(lián)接的液壓缸，但是在拆卸方面卻不如螺紋式。螺紋式可用專用的拆裝機(jī)，拆裝省時省力，而半環(huán)式就比較費力，尤其是在拆的過程中，因為防塵壓蓋A面和缸體配合間隙較小，它的范圍一般為0.056―0.347 mm，在使用一段時間后，壓蓋和缸體之間會存在煤塵和銹蝕，并且用于拆卸的螺紋孔一般都會損壞或銹蝕，就算螺紋是完好的，由于壓蓋和缸體拆卸時需要的力較大（因壓蓋上還需要裝防塵圈，給螺紋剩下的空間有限，一般螺孔都是M5的，只有千斤頂?shù)幕钊麠U和缸體內(nèi)壁之間空間大可以布置稍大的螺紋孔）也很難拆下。建議適當(dāng)擴(kuò)大壓蓋和缸體內(nèi)壁之間的配合間隙，讓壓蓋外徑和缸體內(nèi)壁配合間隙在0.3―0.5mm為宜，這樣當(dāng)活柱（活塞桿）承受側(cè)向力或彎矩時，由于防塵壓蓋和缸體之間的間隙小于導(dǎo)向套和外缸的配合間隙，則側(cè)向力或彎矩由導(dǎo)向套傳給外缸，而不會加在壓蓋上然后傳遞給外缸缸口薄弱的部位。

在液壓缸的維修中，對于半環(huán)式的，拆防塵壓蓋時，一般用的拆卸方法是用螺栓焊在壓蓋上然后在螺栓上施力，或是用工裝把螺栓卡在活柱或活塞桿上利用液壓力的作用帶出來，之后把螺栓割掉，把壓蓋磨平，這種拆卸方式很浪費人力和物力，而且在焊接的過程中很容易損壞活柱（活塞桿）、外缸體和壓蓋。對于現(xiàn)有的液壓缸，那些活塞桿和缸體內(nèi)壁空間大的可進(jìn)行如下改造，將壓蓋的2個螺紋孔加大至M10―M16，并加工成通孔，使通孔對準(zhǔn)在導(dǎo)向套上，平時用尼龍堵堵上，拆卸時擰掉呢絨堵，擰上螺栓，螺栓頂在導(dǎo)向套上后，交替擰2個螺栓，用螺栓螺紋的力量把壓蓋帶出來。對于液壓支架的立柱，活柱和缸體內(nèi)壁之間的空間小，布置不下較大的螺紋，把原壓蓋加長，縮短缸體半環(huán)槽到缸口的距離C（原設(shè)計C這段距離足夠大，適當(dāng)縮短這段距離不會影響缸體的強(qiáng)度，并且會減小拔防塵壓蓋的力），讓壓蓋伸出缸口一段距離，壓蓋的環(huán)形槽留出取彈簧卡的空間，這樣就留在缸口外部一個環(huán)形槽B，可以在環(huán)形槽上施力，或是做一個簡單的工裝卡在活柱上利用液壓力帶出壓蓋。為了取彈簧卡容易些，用窄彈簧卡比較好。半環(huán)處為了防塵，也可在壓蓋和三半環(huán)之間壓一個O形圈。這種壓蓋雖然加工比原結(jié)構(gòu)復(fù)雜些，伸出外缸約30 mm，外觀上稍差，但在拆卸時施力簡單方便，且不會損傷其他零部件，可大大提高立柱的拆卸工藝性。

對千斤頂也可做類似的改造，拆卸時可直接用尖錐等工具在環(huán)形槽上施力。立柱和千斤頂改造后可大量節(jié)省拆卸時間，并節(jié)省大量人力和物力。

4.半環(huán)的改進(jìn)

三半環(huán)或四半環(huán)式的液壓缸，有時使用后由于導(dǎo)向套對半環(huán)壓得比較緊，或是半環(huán)有些許變形時比較難取，有的千斤頂半環(huán)較小，上面的拆卸孔直徑一般僅有3 mm或更小，用挑針有時比較難取，假如在半環(huán)的頭部做一個65°左右的斜面，拆卸時用扁鏟或尖錐等工具很容易就可以從斜面處把半環(huán)剔出來，相對來說更容易取出。假如說改造后安裝時不如以前用挑針方便可以保留小孔。

5.鎖緊螺母式連接的活塞桿的改進(jìn)

在液壓支架的維設(shè)計中，大部分千斤頂?shù)幕钊突钊麠U的連接為螺紋聯(lián)接，一般用2個粗牙的對頂螺母防松，防松效果很差，一些螺紋在變載荷和液壓沖擊下防松失效，聯(lián)接松動，導(dǎo)致螺紋損壞，有的活塞從活塞桿上脫落并且把對頂螺母壓碎，有的螺紋損壞后活塞很難拆下，這些拆不下活塞的，由于活塞桿前端較大，導(dǎo)向套在活塞桿上無法拆掉，只能按報廢處理。建議該處聯(lián)接設(shè)計為細(xì)牙螺紋，并在連接處加一個防轉(zhuǎn)頂絲。即提高了防松效果還提高了聯(lián)結(jié)強(qiáng)度和耐沖擊性。

【參考文獻(xiàn)】

［１］成大先.機(jī)械設(shè)計手冊(第三版第4卷)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1993.［２］雷天覺.液壓工程手冊［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1990.［３］綜采管理手冊,液壓支架檢修工藝與檢修標(biāo)準(zhǔn)［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社,1994.

第三篇：液壓千斤頂設(shè)計論文

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目 錄

1、引言..................................................................1 1.1 液壓千斤頂?shù)姆诸?................................................1

2、液壓千斤頂發(fā)展現(xiàn)狀及常見故障排除......................................1 2.1 國外發(fā)展情況.....................................................1 2.2 國內(nèi)發(fā)展情況.....................................................2 2.3 液壓千斤頂?shù)奶攸c.................................................2 2.4 液壓千斤頂優(yōu)缺點.................................................2 2.5 液壓千斤頂常見故障排除...........................................3

3、液壓千斤頂?shù)慕M成結(jié)構(gòu)及工作原理........................................3 3.1 液壓千斤頂?shù)慕M成.................................................3 3.2 液壓千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)圖...............................................4 3.3 液壓千斤頂工作原理...............................................4

4、液壓千斤頂結(jié)構(gòu)設(shè)計....................................................5 4.1 內(nèi)管設(shè)計.........................................................5 4.2 外管設(shè)計.........................................................6 4.3 活塞桿設(shè)計.......................................................6 4.4 導(dǎo)向套的設(shè)計.....................................................7 4.5 液壓千斤頂活塞部位的密封.........................................9

5、液壓千斤頂裝配圖.....................................................10

6、結(jié)論.................................................................11 參考文獻(xiàn)................................................................12 致謝....................................................................13

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1、引言

液壓千斤頂是典型的利用液壓傳動的設(shè)備，液壓千斤頂具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、攜帶方便、性能可靠等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于流動性起重作業(yè), 是維修、汽車、拖拉機(jī)等理想工具。其結(jié)構(gòu)輕巧堅固、靈活可靠，一人即可攜帶和操作。千斤頂是用剛性頂舉件作為工作裝置，通過頂部托座或底部托爪在小行程內(nèi)頂升重物的輕小起重設(shè)備。本次對液壓千斤頂進(jìn)行設(shè)計可以了解液壓千斤頂?shù)脑硪约皯?yīng)用。通過查閱大量文獻(xiàn)，和對千斤頂各部件進(jìn)行設(shè)計使我熟悉了千斤頂內(nèi)液壓傳動原理，同時也在以前書本學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上對液壓傳動加深了理解。1.1 液壓千斤頂?shù)姆诸?/p>

液壓千斤頂分為通用和專用兩類。

通用液壓千斤頂適用于起重高度不大的各種起重作業(yè)。它由油室、油泵、儲油腔、活塞、搖把、油閥等主要部分組成。

工作時，只要往復(fù)扳動搖把，使手動油泵不斷向油缸內(nèi)壓油，由于油缸內(nèi)油壓的不斷增高，就迫使活塞及活塞上面的重物一起向上運動。打開回油閥，油缸內(nèi)的高壓油便流回儲油腔，于是重物與活塞也就一起下落。

專用液壓千斤頂使專用的張拉機(jī)具，在制作預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件時，對預(yù)應(yīng)力鋼筋施加張力。專用液壓千斤頂多為雙作用式。常用的有穿心式和錐錨式兩種。

2、液壓千斤頂發(fā)展現(xiàn)狀及常見故障排除

2.1 國外發(fā)展情況

早在20世紀(jì)40年代，臥式千斤頂就已經(jīng)開始在國外的汽車維修部門使用，但由于當(dāng)時設(shè)計和使用上的原因，其尺寸較大，承載量較低。后來隨著社會需求量的增大以及千斤頂本身技術(shù)的發(fā)展，在90年代初國外絕大部分用戶已以臥式千斤頂替代了立式千斤頂。在90年后期國外研制出了充氣千斤頂和便攜式液壓千斤頂?shù)刃滦颓Ы镯敗３錃馇Ы镯斒怯杀＜永麃喴黄囘\輸研究所發(fā)明的，它用有彈性而又非常堅固的橡膠制成。使用時，用軟管將千斤頂連在汽車的排氣管上，經(jīng)過15～20秒，汽車將千斤頂鼓起，成為圓柱體。這種千斤頂可以把115t重的汽車頂起70cm。Power-Riser Ⅱ型便攜式液壓千斤頂則可用于所有類型的鐵道車輛，包括裝運三層汽車的貨車、聯(lián)運車以及高車頂

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車輛。同時它具有一個將負(fù)載定位的機(jī)械鎖定環(huán)，一個三維機(jī)械手，一個全封閉構(gòu)架以及一個用于防止雜質(zhì)進(jìn)入液壓系統(tǒng)的外置過濾器。另外一種名為Truck Jack 的便攜式液壓千斤頂則可用于對已斷裂的貨車轉(zhuǎn)向架彈簧進(jìn)行快速的現(xiàn)場維修。該千斤頂能在現(xiàn)場從側(cè)面對裝有70～125t級轉(zhuǎn)向架的大多數(shù)卸載貨車進(jìn)行維修，并能完全由轉(zhuǎn)向架側(cè)架支撐住。它適用于車間或軌道上無需使用鋼軌道碴或軌枕作承。2.2 國內(nèi)發(fā)展情況

我國千斤頂技術(shù)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(chǎn)品。但是經(jīng)過全面改進(jìn)和重新設(shè)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(chǎn)品，并且迅速打入歐美市場。經(jīng)過多年設(shè)計與制造的實踐，除了臥室斤頂以外，我國研究規(guī)格齊全并形成系列產(chǎn)品。2.3 液壓千斤頂?shù)奶攸c

液壓千斤頂是一種將密封在油缸中的液體作為介質(zhì)，把液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能從而將重物向上頂起的千斤頂。它結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、舉升力大、易于維修。但同時制造精度要求較高，若出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象將引起舉升汽車的下降，保險系數(shù)降低，使用其舉升時易受部位和地方的限制。傳統(tǒng)液壓千斤頂由于手柄、活塞、油缸、密封圈、調(diào)節(jié)螺桿、底座和液壓油組成。它利用了密閉容器中靜止?jié)L體的壓力以同樣大小向各個方向傳遞的特性。

2.4 液壓千斤頂優(yōu)缺點

液壓傳動的優(yōu)點:（1）體積小、重量輕，例如同功率液壓馬達(dá)的重量只有電動機(jī)的10％～20%。因此慣性力較小，當(dāng)突然過載或停車時，不會發(fā)生大的沖擊；（2）能在給定范圍內(nèi)平穩(wěn)的自動調(diào)節(jié)牽引速度，并可實現(xiàn)無極調(diào)速，且調(diào)速范圍最大可達(dá)1：2000(一般為1：100)。（3）換向容易，在不改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的情況下，可以較方便地實現(xiàn)工作機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)和直線往復(fù)運動的轉(zhuǎn)換；（4）液壓泵和液壓馬達(dá)之間用油管連接，在空間布置上彼此不受嚴(yán)格限制；（5）由于采用油液為工作介質(zhì)，元件相對運動表面間能自行潤滑，磨損小，使用壽命長；（6）操縱控制簡便，自動化程度高；（7）容易實現(xiàn)過載保護(hù)。（8）液壓元件實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化、便于設(shè)計、制造和使用。

液壓傳動的缺點:（1）使用液壓傳動對維護(hù)的要求高，工作油要始終保持清潔；（2）對液壓元件

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制造精度要求高，工藝復(fù)雜，成本較高；（3）液壓元件維修較復(fù)雜，且需有較高的技術(shù)水平；（4）液壓傳動對油溫變化較敏感，這會影響它的工作穩(wěn)定性。因此液壓傳動不宜在很高或很低的溫度下工作，一般工作溫度在-15℃~60℃范圍內(nèi)較合適；（5）液壓傳動在能量轉(zhuǎn)化的過程中，特別是在節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，其壓力大，流量損失大，故系統(tǒng)效率較低。

2.5 液壓千斤頂常見故障排除 重載時頂桿不能升起。當(dāng)千斤頂頂?shù)侥骋桓叨群?，頂桿就不再升高這表明千斤頂內(nèi)缺少工作油，應(yīng)予補足。頂桿抖動。這說明回油閥關(guān)閉不嚴(yán)，可將回油閥針再向里擰緊一些。若仍不能頂起，且壓桿周圍漏油，則為頂桿密封圈損壞，應(yīng)予更換。若不能頂起且壓桿周圍也無漏油，再檢查回油閥和進(jìn)油閥門能否關(guān)嚴(yán)包括壓桿筒體端面接合處的密封墊圈情況若上述均無異常，則為頂桿密封圈損壞或其固定螺栓松動，應(yīng)予更換或擰緊?？蛰d時頂桿就不能升起。首先檢查千斤頂?shù)挠土?，不足時應(yīng)添加。若千斤頂不缺油可將千斤頂回油閥針?biāo)砷_，拆下加油孔油塞，然后用腳踩住千斤頂?shù)鬃?，雙手向上拔起頂桿再壓下去，如此反復(fù)拔、壓頂桿幾次，以排除空氣若做完上述檢查后，擰緊加油孔油塞和回油閥，再試空頂若此時頂桿仍不能上升，應(yīng)將千斤頂放平，拆去回油閥，檢查閥與座的接觸情況是否良好，若有臟物，應(yīng)予清除若有坑、槽、不平應(yīng)予更換。最后檢查進(jìn)油閥門是否密封良好，頂桿密封圈有無損壞或脫落，若有則及時更換。漏油。千斤頂?shù)穆┯筒课欢嘣谧c筒體結(jié)合處、頂桿周圍、回油閥的鎖緊螺紋處、加油孔的固定油塞處、壓桿周圍等。漏油原因多為密封墊圈損壞必須及時更換。

3、液壓千斤頂?shù)慕M成結(jié)構(gòu)及工作原理

3.1 液壓千斤頂?shù)慕M成

液壓系統(tǒng)主要由：動力元件（油泵）、執(zhí)行元件（油缸或液壓馬達(dá)）、控制元件（各種閥）、輔助元件和工作介質(zhì)等五部分組成。

動力元件（油泵）它的作用是把液體利用原動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓力能，是液壓傳動中的動力部分。

執(zhí)行元件（油缸、液壓馬達(dá)）它是將液體的液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。其中，油缸做直線運動，馬達(dá)做旋轉(zhuǎn)運動。

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控制元件 包括壓力閥、流量閥和方向閥等，它們的作用是根據(jù)需要無級調(diào)節(jié)液壓動機(jī)的速度，并對液壓系統(tǒng)中工作液體的壓力、流量和流向進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。

輔助元件 除上述三部分以外的其它元件，包括壓力表、濾油器、蓄能裝置、冷卻器、管件及郵箱等，它們同樣十分重要。

工作介質(zhì) 工作介質(zhì)是指各類液壓傳動中的液壓油或乳化液，它經(jīng)過油泵和液動機(jī)實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。

3.2 液壓千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)圖

液壓千斤頂結(jié)構(gòu)圖1所示，工作時通過上移6手柄使7小活塞向上運動從而形成局部真空，油液從郵箱通過單向閥9被吸入小油缸，然后下壓6手柄使7小活塞下壓，把小油缸內(nèi)的液壓油通過10單向閥壓入3大油缸內(nèi)，從而推動2大活塞上移，反復(fù)動作頂起重物。通過1調(diào)節(jié)螺桿可以調(diào)整液壓千斤頂?shù)钠鹗几叨龋褂猛戤吅笈まD(zhuǎn)4回油閥桿，連通3大油缸和郵箱，油液直接流回郵箱，2大活塞下落，大活塞下落速度取決于回油閥桿的扭轉(zhuǎn)程度。

圖1 液壓千斤頂內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

3.3 液壓千斤頂工作原理

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圖2 液壓千斤頂工作原理圖

1—油箱 2—放油閥 3—大缸 4—大活塞 5—單向閥 6—杠桿手柄 7—小活塞 8—小缸體

9—單向閥

液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟砣鐖D所示，大缸體3和大活塞4組成舉升缸；杠桿手柄

6、小缸體

8、活塞

7、單向閥5和9組成手動液壓泵。活塞和缸體之間保持良好的配合關(guān)系，又能實現(xiàn)可靠的密封。當(dāng)抬起手柄6，使小活塞7向上移動，活塞下腔密封容積增大形成局部真空時，單向閥9打開，油箱中的油在大氣壓力的作用下通過吸油管進(jìn)入活塞下腔，完成一次吸油動作。當(dāng)用力壓下手柄時，活塞7下移，其下腔密封容積減小，油壓升高，單向閥9關(guān)閉，單向閥5打開，油液進(jìn)入舉升缸下腔，驅(qū)動活塞4使重物G上升一段距離，完成一次壓油動作。反復(fù)地抬、壓手柄，就能使油液不斷地被壓入舉升缸，使重物不斷升高，達(dá)到起重的目的。如將放油閥2旋轉(zhuǎn)90°（在實物上放油閥旋轉(zhuǎn)角度是可以改變的），活塞4可以在自重和外力的作用下實現(xiàn)回程。這就是液壓千斤頂?shù)墓ぷ鬟^程。

4、液壓千斤頂結(jié)構(gòu)設(shè)計

設(shè)計液壓千斤頂?shù)念~定載荷為19600N，初定額定壓力為15Mpa。千斤頂?shù)淖畹褪褂酶叨葹?92mm,最高使用高度為277mm。4.1 內(nèi)管設(shè)計

根據(jù)以上設(shè)計要求可以得到如下計算結(jié)果：

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F=P×A 得到A=19600/9.8/150=13.3cm2

所以內(nèi)管的直徑D=42mm，長為115mm,有效長度為85mm 這里： F=外部作用力（㎏f）A=內(nèi)管的作用面積(cm2)P=被傳遞的壓力（㎏f/cm2）

內(nèi)管的壁厚δ為 δ=δ0+C1+C2

根據(jù)公式δ0>PmaxD/2δp(m)δp=δb/N 查機(jī)械設(shè)計手冊可知δb=550（無縫鋼管，牌號20）N為安全系數(shù)一般取5 δ0>15×0.042/(2×550/5)=0.002m=2mm δ=δ0+C1+C2=3mm 上式中C1為缸筒外徑公差余量

C2為腐蝕余

缸筒壁厚的驗算

根據(jù)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滿足設(shè)計需要的要求。4.2 外管設(shè)計

立式千斤頂?shù)耐夤苤饕淖鳛槭怯脕韮Υ娑嘤嗟囊簤河?，在無電動源作用的情況下，外管起了一個油箱的作用。

由上可知道內(nèi)管的內(nèi)徑為42mm 可得V內(nèi)=AH=3.14×2.12×8.5=117.7cm2 外管的外徑D=66mm 可得V外=AH=3.14×3.32×10=341.94cm2 △V= V外-V內(nèi)=341.94-117.7=224.24cm2 所以△V>V內(nèi)，完全滿足要求。4.3 活塞桿設(shè)計

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活塞桿是液壓缸傳遞力的重要零件，它承受拉力，壓力，彎力，曲力和振動沖擊等多種作用力，所以必須有足夠的強(qiáng)度和剛度，由于千斤頂?shù)囊簤焊谉o速比要求，可以根據(jù)液壓缸的推力和拉力確定。

可根椐內(nèi)管的內(nèi)徑D=42mm，初步確定活塞桿的外徑為d=30mm 活塞桿強(qiáng)度的計算：

活塞桿在穩(wěn)定的工況下，只受縱向推力，可按下式進(jìn)行計算 δ=F×10-6/(nd2/4)<= δp MPa 可得δ=19600×10/(0.03×3.14/4)=27.7 查表可知δp的許用應(yīng)力為100-110MPa（無縫鋼管）所以δ<δp

所以活塞桿的設(shè)計要求強(qiáng)度完全滿足。

活塞桿彎曲穩(wěn)定性驗算可以用實用驗算法活塞桿彎曲計算長度為Lf= KSm具體可以根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊表中選取。4.4 導(dǎo)向套的設(shè)計

活塞桿導(dǎo)向套裝在內(nèi)管的有桿側(cè)端蓋內(nèi)，用以對活塞桿進(jìn)行導(dǎo)行，內(nèi)裝有密封裝置以保證缸筒有桿腔的密封，導(dǎo)向套采用非耐磨材料時，內(nèi)圈可設(shè)導(dǎo)向環(huán)，用以作活塞桿的導(dǎo)向。-6

圖3 導(dǎo)向套

根據(jù)千斤頂?shù)氖芰Ψ绞?，可以作以下分?/p>

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圖4 活塞桿導(dǎo)向套受力分析圖

如圖4所示，垂直安放的千斤頂，無負(fù)載導(dǎo)向裝置，受偏心軸向載荷9800N,L=0.1m時

M0=F1L Nm Fd=K1 M0/LG N 可得M0=9800×0.1=9800Nm Fd= K1 M0/LG（N）

可得Fd=1.5×9800/0.057=2.5×105N 在上式中

Fd-----------------導(dǎo)向套承受的載荷，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載荷，N L------------------載荷作用的偏心矩，m

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LG-----------------活塞至導(dǎo)向套間距，m。D、d---------------分別為活塞及活塞桿外徑，m 4.5 液壓千斤頂活塞部位的密封

圖5 液壓千斤頂活塞部位密封圖

在大活塞與大油缸配合部位采用的尼龍碗形密封件與O形密封圈組合而成的組合密封裝置，由于橡膠具有良好的彈性，受力時迫使尼龍碗的唇邊與缸壁貼合，起良好的密封作用。

缺點如圖：

圖6 液壓千斤頂活塞密封缺點分析圖

密封圈處在小孔口，缸中的超高壓工作油在限位孔處存在極大的壓力差，會使密封圈在此處遭受極大的撕拉作用。從而產(chǎn)生損傷，形成軸向溝痕。此溝痕隨著起重物的加

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重，限位孔直徑的增大以及超越限位孔次數(shù)的增多而變大加深，最終會破壞了密封圈的密封性能。致使活塞不能推動重物上升。為此。要求密封圈材質(zhì)的強(qiáng)度要高。由于面柱與面柱面的配合始終存在一定的誤差，為了避免因為油液單獨進(jìn)入一邊空隙造成壓力不平衡而引起活塞卡死現(xiàn)象，可以在活塞與大油缸配合的活塞頭上適當(dāng)開辟油溝，平衡各邊壓力。

5、液壓千斤頂裝配圖

圖7液壓千斤頂

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圖8 單向閥裝配圖

6、結(jié)論

畢業(yè)設(shè)計是大學(xué)學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實際相結(jié)合的學(xué)習(xí)機(jī)會，通過這次對液壓千斤頂理論知識和實際設(shè)計的相結(jié)合，鍛煉了我的綜合運用所學(xué)專業(yè)知識，解決實際工程問題的能力，同時也提高了我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計手冊、設(shè)計規(guī)范能力以及其他專業(yè)知識水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力以及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計的目的所在，提高是有限的但卻是全面的，正是這一次畢業(yè)設(shè)計讓我積累了許多實際經(jīng)驗，使我的頭腦更好的被知識武裝起來，也必然讓我在未來的工作學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出更高的應(yīng)變能力，更強(qiáng)的溝通力和理解力。

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參考文獻(xiàn)

XXXXX 主編 《液壓與氣壓傳動》 機(jī)械工業(yè)出版社，2009 XXXXX 主編 《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》 國防科技大學(xué)出版社，2008 XXXX 主編 《公差配合與幾何精度檢測》 人民郵電出版社，2007 XXXX 主編 《液壓原件》 機(jī)械工業(yè)出版社，1982 XXXX 主編 《液壓傳動》 冶金工業(yè)出版社，1998 XXXX，XXXX主編。《液壓傳動概論》 機(jī)械工業(yè)出版社，1992 XXXX主編。《液壓原件》 機(jī)械工業(yè)出版社，1982 XXXX主編?！兑簤簜鲃印?中央廣播電視大學(xué)出版社，1995 XXXX主編?！兑簤簜鲃印?冶金工業(yè)出版社。1998

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致謝

大學(xué)四年即將結(jié)束，在這短短的四年里，讓我結(jié)識了許許多多熱心的朋友、工作嚴(yán)謹(jǐn)教學(xué)相幫的教師。畢業(yè)設(shè)計的順利完成也脫離不了他們的熱心幫助及指導(dǎo)老師的精心指導(dǎo)，在此向所有給予我此次畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)和幫助的老師和同學(xué)表示最誠摯的感謝。

畢業(yè)設(shè)計是對我大學(xué)四年的總結(jié)，因而投入了極大的熱情和很高的積極性，更幸得指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)，使我能夠順利完成畢業(yè)設(shè)計，感謝老師在百忙之中還時常來對我們進(jìn)行指導(dǎo)，老師總是不厭其煩，耐心細(xì)心的指導(dǎo)我們，讓我們受益匪淺。同時老師實事求是，不擺架子的作風(fēng)也讓我很是敬佩。

其次，要向給予此次畢業(yè)設(shè)計幫助的老師們，以及同學(xué)們以誠摯的謝意，在整個設(shè)計過程中，他們也給我很多幫助和無私的關(guān)懷，在此感謝他們。

本次的設(shè)計是老師和同學(xué)共同完成的結(jié)果，在設(shè)計的一個月里，我們合作的非常愉快，從中學(xué)到的知識是我人生中的一筆寶貴財富，我再次向給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)們表示誠摯的感謝！

第四篇：減速器設(shè)計方法優(yōu)化策略論文解讀

減速器設(shè)計方法優(yōu)化策略論文

摘要：減速器是各類機(jī)械設(shè)備中廣泛應(yīng)用的傳動裝置。減速器設(shè)計的優(yōu)劣直接影響機(jī)械設(shè)備的傳動性能。本文通過對兩種減速器主要優(yōu)化設(shè)計方法的分析，提出了減速器設(shè)計中應(yīng)考慮的約束條件、目標(biāo)函數(shù)和變量等。關(guān)鍵詞：減速器優(yōu)化設(shè)計

傳統(tǒng)的減速器設(shè)計一般通過反復(fù)的試湊、校核確定設(shè)計方案，雖然也能獲得滿足給定條件的設(shè)計效果，但一般不是最佳的。為了使減速器發(fā)揮最佳性能，必須對減速器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，減速器的優(yōu)化設(shè)計可以在不同的優(yōu)化目標(biāo)下進(jìn)行。除了一些極為特殊的場合外，通?？梢苑譃閺慕Y(jié)構(gòu)形式上追求最小的體積(重量)、從使用性能方面追求最大的承載能力、從經(jīng)濟(jì)效益角度考慮追求最低費用等三大類目標(biāo)。第一類目標(biāo)與第二類目標(biāo)體現(xiàn)著減速器設(shè)計中的一對矛盾，即體積(重量)與承載能力的矛盾。在一定體積下，減速器的承載能力是有限的；在承載能力一定時，減速器體積(重量)的減小是有限的。由此看來，這兩類目標(biāo)所體現(xiàn)的本質(zhì)是一樣的。只是前一類把一定的承載能力作為設(shè)計條件，把體積(重量)作為優(yōu)化目標(biāo)；后一類反之，把一定的體積(重量)作為設(shè)計條件，把承載能力作為優(yōu)化目標(biāo)。第三類目標(biāo)的實現(xiàn)，將涉及相當(dāng)多的因素，除減速器設(shè)計方案的合理性外，還取決于企業(yè)的勞動組織、管理水平、設(shè)備構(gòu)成、人員素質(zhì)和材料價格等因素。但對于設(shè)計人員而言，該目標(biāo)最終還是歸結(jié)為第一類或第二類目標(biāo)，即減小減速器的體積或增大其承載能力。

一、單級圓柱齒輪減速器的優(yōu)化設(shè)計

單級主減速器可由一對圓錐齒輪、一對圓柱齒輪或由蝸輪蝸桿組成，具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小、成本低、使用簡單等優(yōu)點。但是其主傳動比i0不能太大，一般i0≤7，進(jìn)一步提高i0將增大從動齒輪直徑，從而減小離地間隙，且使從動齒輪熱處理困難。單級主減速器廣泛應(yīng)用于轎車和輕、中型貨車的驅(qū)動橋中。單級圓柱齒輪減速器以體積最小為優(yōu)化目標(biāo)的優(yōu)化設(shè)計問題，是一個具有16個不等式約束的6維優(yōu)化問題，其數(shù)學(xué)模型可簡記為： minf(x)x=[x1x2xj(x)≤0(j=1，2，3∧，16)

3x

4x

5x

6]T∈R6S.t.g采用優(yōu)化設(shè)計方法后，在滿足強(qiáng)度要求的前提下，減速器的尺寸大大地降低，減少了用材及成本，提高了設(shè)計效率和質(zhì)量。優(yōu)化設(shè)計法與傳統(tǒng)設(shè)計密切相關(guān)，優(yōu)化設(shè)計是以傳統(tǒng)設(shè)計為基礎(chǔ)，沿用了傳統(tǒng)設(shè)計中積累的大量資料，同時考慮了傳統(tǒng)設(shè)計所涉及的有關(guān)因素。優(yōu)化設(shè)計雖然彌補了傳統(tǒng)設(shè)計的某些不足，但該設(shè)計法仍有其局限性，因此可在優(yōu)化設(shè)計中引入可靠性技術(shù)、模糊技術(shù)，形成可靠性優(yōu)化設(shè)計或模糊可靠性優(yōu)化設(shè)計等現(xiàn)代設(shè)計法，使工程設(shè)計技術(shù)由“硬”向“軟”發(fā)展。

二、混凝土攪拌運輸車減速器的優(yōu)化設(shè)計 1.主要參數(shù)

混凝土攪拌運輸車攪拌筒(罐)的設(shè)計容積為8～10m3，最大安裝角度12°，工作轉(zhuǎn)速2～4r/min和10～12r/min(卸料時的反向轉(zhuǎn)速)；減速器設(shè)計傳動比131∶1，最大輸出轉(zhuǎn)矩60kN·m，要求傳動效率高、密封性好、噪聲低、互換性強(qiáng)。2.2結(jié)構(gòu)設(shè)計主要包括前蓋組件、被動輪組件、第一級行星輪總成、第二級行星輪總成、機(jī)體中部組件和法蘭盤組件6大部分。機(jī)體間采用螺栓和銷釘連接與定位，機(jī)體與內(nèi)齒圈之間采用彈性套銷的均載機(jī)構(gòu)。為便于用戶在使用時裝配與拆卸，減速器主軸線與安裝面設(shè)計有15°的傾角，法蘭盤軸線可以向X、Y和Z方向擺動±6°，并選用專用球面軸承作為支承。軸承裝入行星輪中，彈簧擋圈裝在軸承外側(cè)且軸向間隙≤0.2mm，減速器最大外形尺寸467mm×460mm×530mm，總質(zhì)量(不含油)為290kg。2.傳動系統(tǒng)設(shè)計

該減速器采用3級減速方案：第一級為高速圓柱齒輪傳動，其余兩級為NGW型行星齒輪傳動。其中，第二、三級分別有3個和4個中空式行星輪，行星輪安裝在單臂式行星架上，行星架浮動且采用滾動軸承作為支承；第二級行星架與法蘭盤之間采用鼓形齒雙聯(lián)齒輪聯(lián)軸器連接，混凝土攪拌運輸車減速器對齒面接觸疲勞強(qiáng)度、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度和齒面磨損等要求十分苛刻，因此合理地選擇變位系數(shù)和進(jìn)行修形計算十分重要。

三、減速器優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型 1.目標(biāo)函數(shù)

對于C型問題，目標(biāo)函數(shù)是A=min{f(x)}=min{f(x1，x2，…，xn)}式中：A——減速器總中心距，即各級中心距之和；x——各設(shè)計變量(包括各級中心距、模數(shù)、螺旋角、齒數(shù)、齒寬和變位系數(shù)等)；n——設(shè)計變量的個數(shù)。對于P型問題，目標(biāo)函數(shù)是P=max{f(x)}=max{f(x1，x2，…，xn)}。式中：P——減速器的許可承載功率；x——同C型；n——同C型。2.約束條件

約束條件是判斷目標(biāo)函數(shù)中設(shè)計變量的取值是否可行的一些規(guī)定，因此減速器優(yōu)化設(shè)計過程中提出的每一個供選擇的設(shè)計方案；都應(yīng)當(dāng)由滿足全部約束條件的優(yōu)化變量所構(gòu)成。對于減速器來說，在列出優(yōu)化設(shè)計的約束條件時，應(yīng)當(dāng)從各個方面細(xì)致周全的予以考慮。例如，設(shè)計變量本身的取值規(guī)則，齒輪與其它零件之間應(yīng)有的關(guān)系等等。減速器優(yōu)化設(shè)計應(yīng)考慮以下約束條件：（1）設(shè)計變量取值的離散性約束 齒數(shù)：每個齒輪的齒數(shù)應(yīng)當(dāng)是整數(shù)；模數(shù)：齒輪模數(shù)應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列(GB1357-78)；中心距：為避免制造和維護(hù)中的各種麻煩，中心距以10mm為單位步長。

（2）設(shè)計變量取值的上下界約束

螺旋角：對直齒輪為零，斜齒輪按工程上的使用范圍取8°~15°；總變位系數(shù)：由于總變位系數(shù)將影響齒輪的承載能力，常取為0~0.8。（3）齒輪的強(qiáng)度約束

齒輪強(qiáng)度約束是指齒輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度與輪齒的彎曲疲勞強(qiáng)度，這兩項計算根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB3480-83中的方法進(jìn)行。強(qiáng)度是否夠，根據(jù)實際安全系數(shù)是否達(dá)到或超出預(yù)定的安全系數(shù)進(jìn)行檢驗。（4）齒輪的根切約束

為避免發(fā)生根切，規(guī)定最小齒數(shù)，直齒輪為17，斜齒輪為14~16。（5）零件的干涉約束

要求中心距、齒頂圓和軸徑這三者之間滿足無干涉的幾何關(guān)系。對于三級傳動的減速器(如圖1)，干涉約束相當(dāng)于兩個約束：第二級中心距應(yīng)大于第一級大齒輪齒頂圓半徑與第三級小齒輪頂圓半徑之和；第三級中心距應(yīng)大于第二級大齒輪頂圓半徑與第4軸半徑之和。而二級齒輪傳動類推。

四、結(jié)語

機(jī)械優(yōu)化設(shè)計是在常規(guī)機(jī)械設(shè)計的基礎(chǔ)上發(fā)展和延伸的新設(shè)計方法，而減速器的優(yōu)化就是其中之一，是以傳統(tǒng)設(shè)計為基礎(chǔ)、沿用了傳統(tǒng)設(shè)計中積累的大量資料，同時考慮了傳統(tǒng)設(shè)計所涉及的有關(guān)因素。在實際應(yīng)用中已產(chǎn)生了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，減少了用材及成本，提高了設(shè)計效率和質(zhì)量，使減速器發(fā)揮了最佳性能。參考文獻(xiàn)：

[1]孫元驍?shù)戎?圓柱齒輪減速器優(yōu)化設(shè)計.機(jī)械工業(yè)出版社，1988.[2]胡新華.單級圓柱齒輪減速器的優(yōu)化設(shè)計[J].組合機(jī)床與自動化加工技術(shù)，2006.[3]陳立平，張云清，任衛(wèi)群等.機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)分析及ADAMS應(yīng)用教程.清華大學(xué)出版社，2005.[4]梁曉光.優(yōu)化設(shè)計方法在齒輪減速器設(shè)計中的應(yīng)用[J].山西機(jī)械，2003.[5]范順成，馬治平，馬洛剛.機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ).機(jī)械工業(yè)出版社，2002.[6]馬曉蕓.混凝土攪拌車減速器制造專家[J].商用汽車雜志(CommercialVehicleMagazine)，2007，(8)：84-85

第五篇：開關(guān)電源可靠性設(shè)計研究[轉(zhuǎn)帖] 開關(guān)電源可靠性設(shè)計研究

開關(guān)電源可靠性設(shè)計研究[轉(zhuǎn)帖] 開關(guān)電源可靠性設(shè)計研究.txt每天早上起床都要看一遍“福布斯”富翁排行榜，如果上面沒有我的名字，我就去上班。談錢不傷感情，談感情最他媽傷錢。我詛咒你一輩子買方便面沒有調(diào)料包。開關(guān)電源可靠性設(shè)計研究 [轉(zhuǎn)帖] 開關(guān)電源可靠性設(shè)計研究

----摘要：對影響軍用PWM型開關(guān)穩(wěn)壓電源可靠性的因素作出較為詳細(xì)的分析比較，并從工程實際出發(fā)提出一些提高開關(guān)電源可靠性的建議。關(guān)鍵詞：開關(guān)電源 可靠性 1 引言

電子產(chǎn)品，特別是軍用穩(wěn)壓電源的設(shè)計是一個系統(tǒng)工程，不但要考慮電源本身參數(shù)設(shè)計，還要考慮電氣設(shè)計、電磁兼容設(shè)計、熱設(shè)計、安全性設(shè)計、三防設(shè)計等方面。因為任何方面那怕是最微小的疏忽，都可能導(dǎo)致整個電源的崩潰，所以我們應(yīng)充分認(rèn)識到電源產(chǎn)品可靠性設(shè)計的重要性。開關(guān)電源電氣可靠性設(shè)計 2.1 供電方式的選擇

集中式供電系統(tǒng)各輸出之間的偏差以及由于傳輸距離的不同而造成的壓差降低了供電質(zhì)量，而且應(yīng)用單臺電源供電，當(dāng)電源發(fā)生故障時可能導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。分布式供電系統(tǒng)因供電單元靠近負(fù)載，改善了動態(tài)響應(yīng)特性，供電質(zhì)量好，傳輸損耗小，效率高，節(jié)約能源，可靠性高，容易組成N＋1冗余供電系統(tǒng)，擴(kuò)展功率也相對比較容易。所以采用分布式供電系統(tǒng)可以滿足高可靠性設(shè)備的要求。2.2 電路拓?fù)涞倪x擇

開關(guān)電源一般采用單端正激式、單端反激式、雙管正激式、雙單端正激式、雙正激式、推挽式、半橋、全橋等八種拓?fù)?。單端正激式、單端反激式、雙單端正激式、推挽式的開關(guān)管的承壓在兩倍輸入電壓以上，如果按60％降額使用，則使開關(guān)管不易選型。在推挽和全橋拓?fù)渲锌赡艹霈F(xiàn)單向偏磁飽和，使開關(guān)管損壞，而半橋電路因為具有自動抗不平衡能力，所以就不會出現(xiàn)這個問題。雙管正激式和半橋電路開關(guān)管的承壓僅為電源的最大輸入電壓，即使按60％降額使用，選用開關(guān)管也比較容易。在高可靠性工程上一般選用這兩類電路拓?fù)洹?.3 控制策略的選擇

在中小功率的電源中，電流型PWM控制是大量采用的方法，它較電壓控制型有如下優(yōu)點：逐周期電流限制，比電壓型控制更快，不會因過流而使開關(guān)管損壞，大大減小過載與短路的保護(hù)；優(yōu)良的電網(wǎng)電壓調(diào)整率；迅捷的瞬態(tài)響應(yīng)；環(huán)路穩(wěn)定，易補償；紋波比電壓控制型小得多。生產(chǎn)實踐表明電流控制型的50W開關(guān)電源的輸出紋波在25mV左右，遠(yuǎn)優(yōu)于電壓控制型。硬開關(guān)技術(shù)因開關(guān)損耗的限制，開關(guān)頻率一般在350kHz以下，軟開關(guān)技術(shù)是應(yīng)用諧振原理，使開關(guān)器件在零電壓或零電流狀態(tài)下通斷，實現(xiàn)開關(guān)損耗為零，從而可將開關(guān)頻率提高到兆赫級水平，這種應(yīng)用軟開關(guān)技術(shù)的變換器綜合了PWM變換器和諧振變換器兩者的優(yōu)點，接近理想的特性，如低開關(guān)損耗、恒頻控制、合適的儲能元件尺寸、較寬的控制范圍及負(fù)載范圍，但是此項技術(shù)主要應(yīng)用于大功率電源，中小功率電源中仍以PWM技術(shù)為主。2.4 元器件的選用

因為元器件直接決定了電源的可靠性，所以元器件的選用非常重要。元器件的失效主要集中在以下四個方面：（1)制造質(zhì)量問題

質(zhì)量問題造成的失效與工作應(yīng)力無關(guān)。質(zhì)量不合格的可以通過嚴(yán)格的檢驗加以剔除，在工程應(yīng)用時應(yīng)選用定點生產(chǎn)廠家的成熟產(chǎn)品，不允許使用沒有經(jīng)過認(rèn)證的產(chǎn)品。（2)元器件可靠性問題 元器件可靠性問題即基本失效率的問題，這是一種隨機(jī)性質(zhì)的失效，與質(zhì)量問題的區(qū)別是元器件的失效率取決于工作應(yīng)力水平。在一定的應(yīng)力水平下，元器件的失效率會大大下降。為剔除不符合使用要求的元器件，包括電參數(shù)不合格、密封性能不合格、外觀不合格、穩(wěn)定性差、早期失效等，應(yīng)進(jìn)行篩選試驗，這是一種非破壞性試驗。通過篩選可使元器件失效率降低1～2個數(shù)量級，當(dāng)然篩選試驗代價(時間與費用)很大，但綜合維修、后勤保障、整架聯(lián)試等還是合算的，研制周期也不會延長。電源設(shè)備主要元器件的篩選試驗一般要求： ①電阻在室溫下按技術(shù)條件進(jìn)行100％測試，剔除不合格品。

②普通電容器在室溫下按技術(shù)條件進(jìn)行100％測試，剔除不合格品。③接插件按技術(shù)條件抽樣檢測各種參數(shù)。④半導(dǎo)體器件按以下程序進(jìn)行篩選：

目檢→初測→高溫貯存→高低溫沖擊→電功率老化→高溫測試→低溫測試→常溫測試 篩選結(jié)束后應(yīng)計算剔除率Q Q=(n / N)×100% 式中：N——受試樣品總數(shù)； n——被剔除的樣品數(shù)；

如果Q超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的上限值，則本批元器件全部不準(zhǔn)上機(jī)，并按有關(guān)規(guī)定處理。在符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定時，則將篩選合格的元器件打漆點標(biāo)注，然后入專用庫房供裝機(jī)使用。（3)設(shè)計問題

首先是恰當(dāng)?shù)剡x用合適的元器件：

①盡量選用硅半導(dǎo)體器件，少用或不用鍺半導(dǎo)體器件。②多采用集成電路，減少分立器件的數(shù)目。

③開關(guān)管選用MOSFET能簡化驅(qū)動電路，減少損耗。④輸出整流管盡量采用具有軟恢復(fù)特性的二極管。

⑤應(yīng)選擇金屬封裝、陶瓷封裝、玻璃封裝的器件。禁止選用塑料封裝的器件。

⑥集成電路必須是一類品或者是符合MIL－M－38510、MIL－S－19500標(biāo)準(zhǔn)B－1以上質(zhì)量等級的軍品。

⑦設(shè)計時盡量少用繼電器，確有必要時應(yīng)選用接觸良好的密封繼電器。⑧原則上不選用電位器，必須保留的應(yīng)進(jìn)行固封處理。

⑨吸收電容器與開關(guān)管和輸出整流管的距離應(yīng)當(dāng)很近，因流過高頻電流，故易升溫，所以要求這些電容器具有高頻低損耗和耐高溫的特性。

在潮濕和鹽霧環(huán)境下，鋁電解電容會發(fā)生外殼腐蝕、容量漂移、漏電流增大等情況，所以在艦船和潮濕環(huán)境，最好不要用鋁電解電容。由于受空間粒子轟擊時，電解質(zhì)會分解，所以鋁電解電容也不適用于航天電子設(shè)備的電源中。

鉭電解電容溫度和頻率特性較好，耐高低溫，儲存時間長，性能穩(wěn)定可靠，但鉭電解電容較重、容積比低、不耐反壓、高壓品種(>125V)較少、價格昂貴。關(guān)于降額設(shè)計：

電子元器件的基本失效率取決于工作應(yīng)力(包括電、溫度、振動、沖擊、頻率、速度、碰撞等)。除個別低應(yīng)力失效的元器件外，其它均表現(xiàn)為工作應(yīng)力越高，失效率越高的特性。為了使元器件的失效率降低，所以在電路設(shè)計時要進(jìn)行降額設(shè)計。降額程度，除可靠性外還需考慮體積、重量、成本等因素。不同的元器件降額標(biāo)準(zhǔn)亦不同，實踐表明，大部分電子元器件的基本失效率取決于電應(yīng)力和溫度，因而降額也主要是控制這兩種應(yīng)力，以下為開關(guān)電源常用元器件的降額系數(shù)：

①電阻的功率降額系數(shù)在0.1～0.5之間。

②二極管的功率降額系數(shù)在0.4以下，反向耐壓在0.5以下。③發(fā)光二極管電壓降額系數(shù)在0.6以下，功率降額系數(shù)在0.6以下。④功率開關(guān)管電壓降額系數(shù)在0.6以下，電流降額系數(shù)在0.5以下。⑤普通鋁電解電容和無極性電容的電壓降額系數(shù)在0.3～0.7之間。⑥鉭電容的電壓降額系數(shù)在0.3以下。

⑦電感和變壓器的電流降額系數(shù)在0.6以下。（4)損耗問題

損耗引起的元器件失效取決于工作時間的長短，與工作應(yīng)力無關(guān)。鋁電解電容長期在高頻下工作會使電解液逐漸損失，同時容量亦同步下降，當(dāng)電解液損失40％時，容量下降20％；電解液損失0％時，容量下降40％，此時電容器芯子已基本干涸，不能再予使用。為防止發(fā)生故障，一般情況下應(yīng)在圖紙上標(biāo)明鋁電解電容器更換的時間，到期強(qiáng)迫更換。2.5 保護(hù)電路的設(shè)置

為使電源能在各種惡劣環(huán)境下可靠地工作，應(yīng)設(shè)置多種保護(hù)電路，如防浪涌沖擊、過壓、欠壓、過載、短路、過熱等保護(hù)電路。3 電磁兼容性(EMC)設(shè)計

開關(guān)電源因采用脈沖寬度調(diào)制(PWM)技術(shù)，其脈沖波形呈矩形，上升沿與下降沿均包含大量的諧波成分，另外輸出整流管的反向恢復(fù)也會產(chǎn)生電磁干擾(EMI)，這是影響可靠性的不利因素，因而使電磁兼容性成為系統(tǒng)的重要問題。

產(chǎn)生電磁干擾有三個必要條件：干擾源、傳輸介質(zhì)、敏感的接收單元，EMC設(shè)計就是破壞這三個條件中的一個。

對于開關(guān)電源而言，主要是抑制干擾源，干擾源集中在開關(guān)電路與輸出整流電路。采用的技術(shù)包括濾波技術(shù)、布局與布線技術(shù)、屏蔽技術(shù)、接地技術(shù)、密封技術(shù)等。EMI按傳播途徑分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾。傳導(dǎo)噪聲的頻率范圍很寬，從10kHz～30MHz，我們雖然知道產(chǎn)生干擾的原因，但從效率上來講，通過控制脈沖波形的上升與下降時間來解決未必是一個好辦法，解決辦法之一是加裝電源EMI濾波器、輸出濾波器及吸收電路，參見圖2。電源EMI濾波器實際上是一種低通濾波器，它毫無衰減地把50Hz或400Hz交流電能傳遞給電子設(shè)備，卻大大衰減傳入的干擾信號，同時又能抑制設(shè)備本身產(chǎn)生的干擾信號，防止它竄入電網(wǎng)，危害公網(wǎng)其它設(shè)備。選擇EMI濾波器是根據(jù)插入損耗的大小來選擇濾波器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和元器件參數(shù)，根據(jù)實際要求選擇額定電壓、額定電流、漏電流、絕緣電阻、溫度條件等參數(shù)。電源EMI濾波器最好安裝在機(jī)殼電源線進(jìn)口的插座附近。抑制輸出噪聲的對策基本上按10kHz～150kHz、150kHz～10MHz、10MHz以上三個頻段來解決。10kHz～150kHz范圍內(nèi)主要是常態(tài)噪聲，一般采用通用LC濾波器來解決。150kHz～10MHz范圍內(nèi)主要是共模成分的噪聲，通常采用共模抑制濾波器來解決。共模扼流圈要采用導(dǎo)磁率高、頻率特性較佳的鐵氧體磁性材料，電感量在（1～2）mH、電容量在3300pF～4700pF之間，如果控制低頻段的噪聲，可以適當(dāng)加大LC的取值。在10MHz以上頻率段的對策是改進(jìn)濾波器的外形。輸出整流二極管的反向恢復(fù)也會引起電磁干擾，這種情況可以采用RC吸收電路來抑制電流的上升率，通常R在(2～20)Ω之間，C在1000pF～10nF之間，C應(yīng)選用高頻瓷介電容。

良好的布局和布線技術(shù)也是控制噪聲的一個重要手段。為減少噪聲的發(fā)生和防止由噪聲導(dǎo)致的誤動作，應(yīng)注意以下幾點：

①盡量縮小由高頻脈沖電流所包圍的面積。②緩沖電路盡量貼近開關(guān)管和輸出整流二極管。

③脈沖電流流過的區(qū)域遠(yuǎn)離輸入輸出端子，使噪聲源和出口分離。

④控制電路和功率電路分開，采用單點接地方式，大面積接地容易引起天線作用，所以建議不要采用大面積接地方式。⑤必要時可以將輸出濾波電感安置在地回路上。

⑥采用多只低ESR（等效串聯(lián)電阻）的電容并聯(lián)濾波。⑦采用銅箔進(jìn)行低感低阻配線。

⑧相鄰印制線之間不應(yīng)有過長的平行線，走線盡量避免平行，采用垂直交叉方式，線寬不要突變，也不要突然拐角。禁止環(huán)形走線。

⑨濾波器的輸入和輸出線必須分開。禁止將開關(guān)電源的輸入線和輸出線捆扎在一起。對于輻射干擾主要應(yīng)用密封屏蔽技術(shù)，在結(jié)構(gòu)上實行電磁封閉，要求外殼各部分之間具有良好的電磁接觸，以保證電磁的連續(xù)性。目前為減少重量大都采用鋁合金外殼，但鋁合金導(dǎo)磁性能差，因而外殼需要鍍一層鎳或噴涂導(dǎo)電漆，內(nèi)壁貼覆高導(dǎo)磁率的屏蔽材料。外殼永久連接處用導(dǎo)電膠粘牢或采用連續(xù)焊縫結(jié)構(gòu)，需拆卸的可以用導(dǎo)電橡膠條壓緊來保證電磁連續(xù)性。導(dǎo)電材料要求導(dǎo)電性能高、有彈性、具有最小的寬厚比。4 電源設(shè)備可靠性熱設(shè)計

除了電應(yīng)力之外，溫度是影響設(shè)備可靠性最重要的因素。電源設(shè)備內(nèi)部的溫升將導(dǎo)致元器件的失效，當(dāng)溫度超過一定值時，失效率將呈指數(shù)規(guī)律增加，溫度超過極限值時將導(dǎo)致元器件失效。國外統(tǒng)計資料表明電子元器件溫度每升高2℃，可靠性下降10％；溫升50℃時的壽命只有溫升25℃時的1/6。需要在技術(shù)上采取措施限制機(jī)箱及元器件的溫升，這就是熱設(shè)計。熱設(shè)計的原則，一是減少發(fā)熱量，即選用更優(yōu)的控制方式和技術(shù)，如移相控制技術(shù)、同步整流技術(shù)等，另外就是選用低功耗的器件，減少發(fā)熱器件的數(shù)目，加大加粗印制線的寬度，提高電源的效率。二是加強(qiáng)散熱，即利用傳導(dǎo)、輻射、對流技術(shù)將熱量轉(zhuǎn)移，這包括采用散熱器、風(fēng)冷(自然對流和強(qiáng)迫風(fēng)冷)、液冷(水、油)、熱電致冷、熱管等方法。

強(qiáng)迫風(fēng)冷的散熱量比自然冷卻大十倍以上，但是要增加風(fēng)機(jī)、風(fēng)機(jī)電源、聯(lián)鎖裝置等，這不僅使設(shè)備的成本和復(fù)雜性增加，而且使系統(tǒng)的可靠性下降，另外還增加了噪聲和振動，因而在一般情況下應(yīng)盡量采用自然冷卻，而不采用風(fēng)冷、液冷之類的冷卻方式。在元器件布局時，應(yīng)將發(fā)熱器件安放在下風(fēng)位置或在印制板的上部，散熱器采用氧化發(fā)黑工藝處理，以提高輻射率，不允許用黑漆涂覆。噴涂三防漆后會影響散熱效果，需要適當(dāng)加大裕量。散熱器安裝器件的平面要求光滑平整，一般在接觸面涂上硅脂以提高導(dǎo)熱率。變壓器和電感線圈應(yīng)選用較粗的導(dǎo)線來抑制溫升。5 安全性設(shè)計

對于電源而言，安全性歷來被確定為最重要的性能之一，不安全的產(chǎn)品不但不能完成規(guī)定的功能，而且還有可能發(fā)生嚴(yán)重事故，造成機(jī)毀人亡的巨大損失。為保證產(chǎn)品具有相當(dāng)高的安全性，必須進(jìn)行安全性設(shè)計。電源產(chǎn)品安全性設(shè)計的內(nèi)容主要是防止觸電和燒傷。

對于商用設(shè)備市場，具有代表性的安全標(biāo)準(zhǔn)有UL、CSA、VDE等，內(nèi)容因用途而異，容許泄漏電流在0.5mA～5mA之間，我國軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB1412規(guī)定的泄漏電流小于5mA。電源設(shè)備對地泄漏電流的大小取決于EMI濾波器電容Cy的容量，如圖2所示。從EMI濾波器角度出發(fā)電容Cy的容量越大越好，但從安全性角度出發(fā)電容Cy的容量越小越好，電容Cy的容量根據(jù)安全標(biāo)準(zhǔn)來決定。若電容Cx的安全性能欠佳，電網(wǎng)瞬態(tài)尖峰出現(xiàn)時可能被擊穿，它的擊穿雖然不危及人身安全，但會使濾波器喪失濾波功能。為了防止誤觸電，插頭座原則上產(chǎn)品端(非電源端)為針，電網(wǎng)端(電源端)為孔；電源設(shè)備之輸入端為針，輸出端為孔。

為了防止燒傷，對于可能與人體接觸的暴露部件(散熱器、機(jī)殼等)，當(dāng)環(huán)境溫度為25℃時，其最高溫度不應(yīng)超過60℃，面板和手動調(diào)節(jié)部分的最高溫度不超過50℃。6 三防設(shè)計

三防設(shè)計是指防潮設(shè)計、防鹽霧設(shè)計和防霉菌設(shè)計。

在設(shè)計時，對于密封有要求的元器件應(yīng)采取密封措施；對于不可修復(fù)的組合裝置可采用環(huán)氧樹脂灌封；所用元器件、原材料的吸濕度應(yīng)較小，不得使用含有棉、麻、絲等易霉制品；對密封機(jī)箱、機(jī)柜應(yīng)設(shè)置防護(hù)網(wǎng)，以防昆蟲和嚙齒動物進(jìn)入；直接暴露在大氣中裝置的外頂部不應(yīng)采用凹陷結(jié)構(gòu)，避免積水導(dǎo)致腐蝕；可以選用耐蝕材料，再通過鍍、涂或化學(xué)處理使電子設(shè)備及其零部件的表面覆蓋一層金屬或非金屬保護(hù)膜，隔離周圍介質(zhì)；在結(jié)構(gòu)上采用密封或半密封形式來隔絕外部不利環(huán)境；對印制板及組件表面涂覆專用的三防清漆可以有效地避免導(dǎo)線之間的電暈、擊穿，提高電源的可靠性；電感、變壓器應(yīng)進(jìn)行浸漆、端封，以防潮氣進(jìn)入引發(fā)短路事故。7 結(jié)語

以上建議只適用于軍用電源，對于商用和工業(yè)用產(chǎn)品可以在某些方面作出不同的選擇。總之，電源設(shè)備可靠性的高低，不僅與電氣設(shè)計，而且同元器件、結(jié)構(gòu)、裝配、工藝、加工質(zhì)量等方面有關(guān)。可靠性是以設(shè)計為基礎(chǔ)，在實際工程應(yīng)用上，還應(yīng)通過各種試驗取得反饋數(shù)據(jù)來完善設(shè)計，進(jìn)一步提高電源的可靠性。