高校高数经典期末考试复习题解析
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步骤四：
4.1上臂油缸的设计
设液压缸单活塞杆双向运动时的负载力相同,不记执行件质量。
液压系统工作压力为P=MPa。
3.1.1 确定液压缸类型和安装方式
根据主机的运动要求,按《机械设计手册4》表23.6—39,选择液压缸类型为单杆活塞式双作用液压缸[4]。
下图为单杆活塞式双作用液压缸示意图：
（图3.1.1）
此类液压缸特点为活塞双向运动产生推、拉力。
活塞在行程终了时不减速。
将缸体固定，活塞杆运动，按《机械设计手册4》表23.6—40 液压缸的安装方式，选择合适的安装方式[4]。
考虑机构的结构要求，上臂起升、下降时液压缸的活塞杆进行伸缩实现运动需求。
查《机械设计手册4》表23.6-40 液压缸的安装 (P23-176)选择耳环型安装方式，这种安装方式使液压缸在垂直面内可摆动,满足上臂动作要求[4]。
3.1.2 确定液压缸的主要性能参数和主要尺寸
根据主机的动力分析和运动分析,确定液压缸的主要性能参数和主要
尺寸
1) 液压缸内径D的计算
根据载荷力的大小和选定的系统压力来计算液压缸内径D
计算公式：
=3.57
（3.1）
式中--液压缸内径（m）；
--液压缸推力（kM）；
--选定的工作压力（MPa）。
其中的计算过程如下：
当高空作业车上下臂处于如下状态时，如图3.1.2。
上臂液压缸所受的力最大，即液压缸具备的最大力必须大于此时的力。
( 图3.1.2)
有:
（3.2）
其中:--上臂自重,由计算为7.5310。
--上臂长度，为5.950m。
--高空作业车吊篮最大承受力，由计算知为2.0。
--点到力的垂直距离，由计算得=1.796m。
代入公式(3.2)得:
将,代入式(3.1),
得:
按《机械设计手册4》表23.6-33给出的缸筒内径尺寸系列圆整成
标准值[4]。
表23.6--33 液压缸内径尺寸系列
(摘自GB/T2348—1993) ()
(表三)
即取:
2)活塞杆直径的计算
根据速度比的要求来计算活塞杆直径
(3.3)
式中--活塞杆直径();
--液压缸直径();
--速度比
--活塞杆的缩入速度;
--活塞杆的伸出速度。
此处，取液压缸的往复运动速度比为1.46,由《机械设计手册4》表
23.6-57(P23-191)[4]查得:
(3.4)
将代入式(3.4) 得:
查《机械设计手册4》表23.6-34 液压缸活塞杆外径尺寸系列（摘自GB/T2348-1993）[4]
表23.6—34 液压缸活塞杆外径尺寸系列
(摘自GB/T 2348—1993) ()
(表四)
取液压缸活塞杆外径尺寸如下：。
3)液压缸行程的确定
由于上下臂工作状态最大夹角为,如下图所示：
（图3.1.3）
上下臂铰点位置如上所示,代入数据可求出线段的长度,由此长度计算上臂油缸的最大行程,计算过程如下:
查《机械设计手册4》表23.6-35 液压缸活塞行程第一系列()[4]。
表23.6—35 液压缸活塞行程第一系列()
摘自(GB2349—1980)
(表五)
由以上条件取S值如下:。
4)液压缸结构参数的计算
(1)缸筒壁厚的计算
按薄臂筒计算:
（3.5）
式中--液压缸缸筒厚度();
--试验压力()。
取，即，。
--液压缸内径（m）；
--刚体材料的许用应力（），取。
代入式（3.5）中，得：
（2）缸体外径的计算
(3.6)
代入数据得:
查《机械设计手册4》表23.6-60(P23-192)圆整液压缸外径为
105[4]。
（3）流量的计算
由原始数据得,上臂的变幅时间小于等于40,且由上面计算可知液压缸活塞杆的行程为1000,则,液压缸活塞杆运动的最小速度[13]。
查《机械设计手册4》表23.4知:,取最大为0.12。
即，液压缸活塞杆运动的最大速度为：
则液压缸流量
3.2下臂油缸的设计计算
设液压缸单活塞杆双向运动时的负载力相同,不记执行件质量。
液压系统工作压力为P=16MPa。
3.2.1 确定液压缸类型和安装方式
根据主机的运动要求,按《机械设计手册4》表23.6—39,选择液压缸类型为单杆活塞式双作用液压缸。
此类液压缸特点为活塞双向运动产生推、拉力。
活塞在行程终了时不减速。
与上一个液压缸相似，查《机械设计手册4》表23.6-40 液压缸的安装 (P23-176)选择耳环型安装方式[4]，这种安装方式使液压缸在垂直面内可摆动,满足下臂动作要求。
3.2.2确定液压缸的主要性能参数和主要尺寸
根据主机的动力分析和运动分析,确定液压缸的主要性能参数和主要尺寸:
1) 液压缸内径D的计算
根据载荷力的大小和选定的系统压力来计算液压缸内径D
计算公式：
=3.57
（3.7）
式中--液压缸内径（m）；
--液压缸推力（kM）；
--选定的工作压力（MPa）。
其中的计算过程如下：
当高空作业车上下臂处于如下状态时，如图3.2.1。
上臂液压缸所受的力最大。
此时，上下臂夹角为，下臂水平放置，上臂抬起与下臂成夹角。
( 图3.2.1)
把上下臂当成一个整体，将所受力对点取矩[9]，得：
（3.8）
其中: --上臂自重,由计算为7.5310。
--高空作业车吊篮最大承受力，由计算知为2.0。
--下臂自重,由计算知其值是。
--点到力的垂直距离。
--点到上臂重力的垂直距离。
--点到下臂重力的垂直距离。
--最大起重量，由计算得。
--点到力的垂直距离，为5.6。
已知上下臂夹角为，上臂长为5.950,下臂长为5.6,且已知上下臂上各铰点位置,通过计算得:
;。
其中为点到力的垂直距离，计算过程如下所示：
已知尺寸如下图（3.2.2）所标示[18]。
(图3.2.2)
由此计算得: 。
将所得数据代入公式(3.8)得:
将,代入式(3.7),
得:
按《机械设计手册4》表23.6-33(P23-173)给出的缸筒内径尺寸
系列圆整成标准值。
即取：。
2)活塞杆直径的计算
根据速度比的要求来计算活塞杆直径
(3.9)
式中--活塞杆直径();
--液压缸直径();
--速度比
--活塞杆的缩入速度;
--活塞杆的伸出速度。
此处，取液压缸的往复运动速度比为1.46,由《机械设计手册4》表23.6-57(P23-191)[4]查得:
(3.10)
将代入式(3.4) 得:
查《机械设计手册4》表23.6-34 液压缸活塞杆外径尺寸系列（摘自GB/T2348-1993）[4]取液压缸活塞杆外径尺寸如下：
3)液压缸行程S的确定
首先计算下臂升至最大角时，下臂铰点与底盘铰点之间的距离[10]。
如下图所示：
(图3.2.3)
如上图(3.2.3)所示，由计算得下臂升至最大角时，下臂铰点与底盘铰点之间的距离为：。
查《机械设计手册4》表23.6-35 液压缸活塞行程第一系列(),由以上条件取S值如下:。
4)液压缸结构参数的计算
(1)缸筒壁厚的计算[4]
按薄臂筒计算:
（3.11）
式中--液压缸缸筒厚度();
--试验压力()。
取，即，。
--液压缸内径（m）；
--刚体材料的许用应力（），取。
代入式（3.5）中，得：
（2）缸体外径的计算
(3.12)
代入数据得:
查《机械设计手册4》表23.6-60(P23-192)取液压缸外径为200
[4]。
（3）流量的计算
由原始数据得,下臂的变幅时间小于等于40,且由上面计算可知液压缸活塞杆的行程为800,则,液压缸活塞杆运动的最小速度
[13]。
查《机械设计手册4》表23.4知:,取最大为。
即，液压缸活塞杆运动的最大速度为：
则液压缸流量
3.3回转机构液压马达设计
3.3.1 转矩计算[17]
(图3.3.1)
其中，--平台最大载荷；
--上臂和下臂总重。
查《机械设计手册3》表1.1—20 物体的摩擦系数[12]取：
摩擦系数。
如上图(3.3.1)所示，力对支架中心点取矩，得：
力对支架中心点取矩，得：
查《机械设计手册4》表23.6-3 各种液压马达的适用工况和应用范围,选取适合的液压马达类型[4]。
表23.6-3 各种液压马达的适用工况和应用范围
(表六)
由转矩，查《机械设计手册4》表23.6-18 1JMD型液压马达技术规格 1JMD-100
表23.6-18 1JMD型径向柱塞液压马达技术规格
压力/
转矩
/
功率
/
//
91.5
91.5
91.5
103
91.5
151
91.5
(表七)
取马达型号为：
1JMD-100。
