АННОТАЦИЯ

Во второй части учебного пособия «Основы проектирования» рассматриваются

наиболее важные аспекты проектирования основных видов приводов, механизмов, систем

гидравлического и пневматического привода, применяемых в машиностроении. При этом

особое внимание уделяется специфическим аспектам, которые не находят должного отра-

жения в университетской программе обучения, но необходимы инженеру разработчику и

прежде всего конструктору. Поэтому в пособии приведена информация необходимая для

проектирования:

− зубчатых передач с большим передаточным отношением,

− тихоходных тяжело нагруженных приводов,

− быстроходных приводов,

− привода с точным перемещением выходного звена.

А также подробно с приведением примеров рассматриваются следующие актуаль-

ные вопросы проектирования:

− построение циклограммы работы кулачкового автомата,

− последовательность разработки принципиальной гидросхемы,

− последовательность разработки принципиальной пневмосхемы.

Кроме того, в пособие приводится большое количество примеров оригинальных

конструкций приводов, механизмов и элементов гидравлических и пневматических си-

стем, заимствованной автором из патентной документации. Предлагаемое пособие, и осо-

бенно его вторая часть, является универсальным справочником инженера – конструктора

занимающегося проектированием сложных, оригинальных механизмов и систем.

Далее можно познакомиться с содержанием второй части

пособия, если, при этом, какой либо из разделов Вас заинтере-

совал, то сделав запрос по email: nikolajignatiev@gmail.com вы

БЕСПЛАТНО получите его краткое содержание.

Часть 2 Методика проектирования механизмов и систем

СОДЕРЖАНИЕ.

Введение 185

1 Механизмы и системы машин 187

2 Механические передачи 187

2.1. Цилиндрические зубчатые передачи 188

2.2. Реечные зубчатые передачи 208

2.3. Конические зубчатые передачи 213

2.4. Червячные передачи 226

2.5. Планетарные, дифференциальные и волновые передачи 235

2.6. Передача винт-гайка 245

2.7. Передачи с гибкой связью 251

2.8. Кинематическая точность зубчатых передач 263

3 Приводные валы 266

3.1. Опоры валов 268

3.1.1. Подшипники качения 268

3.1.2. Подшипники скольжения 285

3.2. Элементы и устройства для установки и крепления деталей на валах 293

4 Муфты для соединения валов и передачи вращения 301

5 Жесткость кинематической цепи привода 322

6 Тяжело нагруженный тихоходный привод 323

7 Привод, работающий в динамическом режиме 325

8 Привод, обеспечивающий точное перемещение ведомого звена 326

9 Высокоскоростной привод 331

10 Методика проектирования привода 332

Перечень использованной литературы к разделам 1 – 10 334

11 Рычажные механизмы 335

12 Кулачковые механизмы 351

13 Механизмы прерывистого действия 371

14 Методика проектирования механизмов 377

Перечень использованной литературы к разделам 11 – 14 379

15 Система гидропривода 379

15.1. Назначение и область применения гидропривода 379

15.2. Элементы гидропривода 379

15.2.1. Насосы 380

15.2.2. Гидроцилиндры………………………………………………………………381

15.2.3. Гидромоторы 390

15.2.4. Поворотные гидродвигатели 391

15.2.5. Мультипликаторы 394

15.2.6. Распределительная и регулирующая аппаратура 398

15.2.7. Вспомогательные элементы гидропривода 404

15.2.8. Трубопроводы и рукава 405

15.2.9. Гидроагрегаты и гидростанции 406

15.2.10. Насосные установки выпускаемые серийно 410

15.2.11. Элементы программируемого и следящего гидропривода 412

15.3. Способы обеспечения заданного режима работы гидропривода 417

15.4. Основные типы систем гидропривода 421

15.5. Построение циклограммы работы гидропривода 431

15.6. Порядок разработки принципиальной гидросхемы 434

15.7. Методика проектирования гидравлической системы 438

Перечень использованной литературы к разделу 15 439

16 Система пневмопривода 440

16.1. Элементы пневмопривода 440

16.2. Подготовка воздуха 440

16.3. Пневмодвигатели 441

16.4. Пневмоаппаратура управления 448

16.5. Вспомогательная пневмоаппаратура 453

16.6. Соединительные шланги и арматура 454

16.7. Расчеты пневмопривода 455

16.8. Способы обеспечения заданного цикла и режима работы пневмопривода 457

16.9 Порядок разработки принципиальной пневмосхемы 468

16.10 Методика проектирования системы пневмопривода 472

Перечень использованной литературы к разделу 16 473

17 Специфика проектирования механизмов и машин автоматического действия 473

Перечень использованной литературы к разделу 17 478

18. Технологичность конструкции деталей 478

Перечень использованной литературы к разделу 18 509

15.2.2 Гидроцилиндры.

Гидроцилиндр является объемным гидродвигателем преобразующим

энергию потока масла подаваемого под давлением в поступательное дви-

жение ведомого звена механизма соединенного с его штоком.

В машиностроении применяются гидроцилиндры различных типов, кон-

струкция которых зависит от приводимых ими в действие механизмов их

расположения по отношению к неподвижному корпусу (станине), траекто-

рии движения, а также от требований по величине и скорости перемеще-

ния.

По направлению действия рабочей жидкости гидроцилиндры бывают

одностороннего (см. Рис 15.2.1а) и двустороннего действия (см. Рис 15.2.1б),

при этом гидроцилиндры двустороннего действия могут быть с одним и дву-

мя штоками (см. Рис 15.2.1б, в). По типу рабочей камеры гидроцилиндры

бывают поршневые (см. Рис 15.2.2б) и плунжерные (см. Рис 15.2.2а).

По способу подвода жидкости в рабочую полость конструкция гидроци-

линдров может предусматривать подвод через корпус (см. Рис 15.2.2б) и под-

вод через шток (см. Рис 15.2.2в). По способу крепления на станине гидроци-

линдры подразделяются на следующие типы: крепление на двух кронштей-

нах (см Рис 15.2.3а), крепление на фланце передней крышки корпуса (см. Рис

15.2.3б), шарнирное крепление на передней крышке (см. Рис 15.2.3в), на

промежуточной вставке (см. Рис 15.2.3г), на задней крышке (см. Рис 15.2.3д).

Рис 15.2.1 Типы гидроцилиндров по направлению

действия потока рабочей жидкости

Рис 15.2.2 Типы гидроцилиндров по способу подвода

жидкости в рабочие полости

Для соединения штока гидроцилиндра с ведущим звеном, механизма

приводимого в действие существуют следующие способы: резьбовое соеди-

нения (см. Рис 15.2.4а), применяемое крайне редко и наиболее часто исполь-

зуемые шарнирное соединение (см. Рис 15.2.4б) и соединение через проме-

жуточную деталь (см. Рис 15.2.4в).

Кроме того, существуют специальные конструкции гидроцилиндров: те-

лескопические для увеличения хода штока без увеличения длины корпуса

(см. Рис 15.2.5а), со ступенчатым поршнем для увеличения скорости переме-

щения штока (см. Рис 15.2.5б), многопозиционные дискретные для переме-

Рис 15.2.3 Типы гидроцилиндров по способу крепления на станине

Рис 15.2.4 Способы соединения штока гидроцилиндра

Рис 15.2.5 Специальные конструкции гидроцилиндров

щения ведомого звена на несколько фиксированных расстояний (см. Рис

15.2.5в).

Конструкция гидроцилиндра в значительной степени зависит от его ос-

новных параметров, рабочего давления, диаметра поршня, величины хода

штока и специфических требований предъявляемых к его работе, скорости

прямого и обратного перемещения штока и необходимости торможения в

крайних точках, наличия нагрузки действующей в направлении перпендику-

лярном оси штока, температуры масла и запыленности окружающей среды.

Существенное влияние на конструкцию гидроцилиндра оказывают техноло-

гические возможности завода изготовителя и сложившаяся технология изго-

товления деталей гидроцилиндров. Рассмотрим на нескольких примерах, как

влияют вышеперечисленные факторы на конструкцию гидроцилиндра.

На Рис 15.2.6а показан гидроцилиндр с диаметром поршня до 50 мм, с

величиной хода 10-50 мм, работающий при давлении масла 6,3 – 10,0 МПа.

Он состоит из сварного корпуса содержащего заднюю крышку и гильзу, из-

готовленную из толстостенной трубы с приваренной бобышкой для подвода

масла в штоковую полость, штока, выполненного за одно целое с поршнем

ввиду их малого диаметра, передней крышки с фланцем для крепления гид-

роцилиндра на станине и соединяемого с гильзой корпуса посредствам точ-

ного резьбового соединения. На рис 15.2.6б показана конструкция такого же

гидроцилиндра, но одностороннего действия с пружинным возвратом (пру-

жинный возврат целесообразно применять в гидроцилиндрах диаметром до

50 мм и ходом не более 100мм). В этом гидроцилиндре его крепление преду-

смотрено посредствам проушины выполненной на задней крышке корпуса,

которая соединена с гильзой также посредствам сварки, а вместо передней

крышки гидроцилиндр оснащен направляющей втулкой с буртом и гайкой

поджимающей ее к гильзе.

Рис 15.2.6 Конструкция гидроцилин-

дров с диаметром поршня до 50 мм

На Рис 15.2.7 показана конструкция гидроцилиндра с диаметром поршня

80 – 200 мм, с величиной хода 100 – 500 мм (при малых скоростях до 1000

мм), скорости перемещения штока не более 0,5м/сек и давлении масла 8,0 –

16,0 МПа Он состоит из сварного корпуса содержащего заднюю крышку,

совмещенную с проушиной для его крепления, и гильзу с приваренными бо-

бышками для подвода масла, передней крышки с конусным буртом, фикси-

руемой на гильзе посредствам резьбовой втулки, а также штока и поршня,

соединенных гайкой.

На Рис 15.2.8 показана конструкция длинноходового гидроцилиндра с

диаметром поршня 50 – 80 мм, длиной хода 500 – 1250 мм, скоростью пере-

мещения штока более 0,5 м/сек и давлении масла 8.0 – 16,0 МПа. Он состоит

из сварного корпуса содержащего гильзу, выполненную из толстостенной

трубы с приваренными бобышками для подвода масла и задней крышкой

совмещенной с проушиной для крепления, направляющей втулкой поджима-

емой к гильзе накидной гайкой, поршнем и штоком закрепленных между со-

бой посредствам разрезной гайки.

На Рис 15.2.9 показан гидроцилиндр с подвижным корпусом, переме-

щающимся в обоих направлениях с одинаковой скоростью и неподвижным

двусторонним штоком, с диаметром поршня 50 – 125мм, величиной переме-

щения корпуса 100 – 400 мм со скоростью перемещения 0,5 м/сек и выше и

давлении 8,0 – 16,0 МПа. Он содержит корпус, выполненный в виде гильзы,

изготавливаемой из толстостенной трубы с приваренными на обоих торцах

Рис 15.2.7 Конструкция гидроцилиндров с диамет-

ром поршня 80 – 200 мм и ходом 100 – 500 мм

Рис 15.2.8 Конструкция гидроцилиндра с диамет-

ром поршня 50 – 80 мм и ходом 500- 1250 мм

кольцами, двух направляющих втулок с буртами поджатых к гильзе посред-

ствам фланцев и двустороннего штока с двумя центральными отверстиями

для подвода масла выполненного за одно с поршнем.

На Рис 15.2.10а показана конструкция гидроцилиндра, шток которого

воспринимает нагрузки перпендикулярные его оси с диаметром поршня 100

– 200 мм, ходом 250 – 500 мм, скоростью перемещения штока до 0,5 м/сек и

давлении масла 10,0 – 20,0 МПа. Он состоит из корпуса содержащего гильзу

с увеличенной толщиной стенки, к которой приварена задняя крышка,

направляющей втулки увеличенной длины, что необходимо для увеличения

расстояния между направляющими кольцами штока, которая поджата к гиль-

зе винтами посредствам фланца.

На Рис 15.2.10б показана конструкция плунжерного гидроцилиндра диа-

метром 100 – 250 мм, величиной хода 500 – 1250 мм, со скоростью переме-

щения более 0,5 м/сек и давле-

нием масла 10,0 – 20,0 МПа. Он

содержит сварной корпус, со-

стоящий из задней крышки,

приваренной к гильзе с флан-

цем, в передней части которой,

расточено отве стие под уста-

новку направляющей втулки с

буртом, поджатой к гильзе по-

средствам шайбы с отверстием

для прохождения плунжера.

Рис 15.2.9 Конструкция гидроцилиндра с неподвижным штоком

Рис 15.2.10 Конструкция гидроцилиндра

воспринимающего нагрузки перпендикуляр-

ные его оси и плунжерного гидроцилиндра

На Рис 15.2.11 показана конструкция силового ответственного гидроци-

линдра, качающегося при выдвижении штока на угол 30 - с диаметром

поршня 125 – 250 мм, величиной хода штока 400 – 1600 мм, со скоростью

перемещения штока до 0,5 м/сек и давлении 12,5 – 20,0 МПа. Он осдержит

сварной корпус, состоящий из толстостенной гильзы, сваренной в передней

части с фланцем, а в задней части с крышкой, имеющей массивную проуши-

ну, шарнирно соединенную со специальной осью, направляющую втулку с

массивным буртом, поджатую к фланцу гильзы комплектом винтов, а также

поршень и шток соединенные посредствам разрезной гайки. Специальная ось

выполнена с двумя кольцевыми канавками герметично отделенными друг от

друга кольцевыми уплотнениями и двумя сверловками для подвода масла к

этим канавкам. В задней крышке гидроцилиндра выполнены две сверловки,

одна прямая, соединяющая одну из канавок оси с поршневой полостью, а

вторая угловая, соединяющая другую канавку оси через два штуцера и тру-

бопровод со штоковой полостью гидроцилиндра. Такая конструкция позво-

лят обеспечить подачу масла в обе полости подвижного цилиндра, исключая

применение гибких шлангов и подвижных соединений трубопроводов, что

очень важно для ответственных, силовых гидроцилиндров.

На Рис 15.2.12 показана конструкция гидроцилиндра с торможением,

используемого для перемещения больших масс, с диаметром поршня 100 –

250 мм, величиной хода 500 – 1250 мм, со скоростью перемещения штока 0,5

м/сек и более и давлении 10,0 – 16,0 МПа. Он состоит из сварного корпуса

содержащего гильзу с приваренной задней крышкой, передней крышки, со-

единенной с гильзой посредствам комплекта винтов, поршня и штока, соеди-

ненных между собой разрезной гайкой. Для обеспечения торможения штока

при его движении вперед и назад с правого торца поршня на штоке установ-

лена тормозная втулка с конусной поверхностью, а выступающий из поршня

Рис 15.2.11 Конструкция силового гидроци-

линдра качающегося при выдвижении штока

конец штока также выполнен конусным. При подходе поршня к крайнему

правому положению конусная часть тормозной втулки входит с некоторым

зазором, в ответное отверстие правой крышки, создавая дополнительное со-

противление вытеканию масла из штоковой полости, которое увеличивается

при дальнейшем его перемещении вправо, что приводит к снижению скоро-

сти и гашению инерции движущихся масс. При подходе поршня к крайнему

левому положению процесс торможения осуществляется аналогичным обра-

зом с той лишь разницей, что в отверстие левой крышки входит конусный

конец поршня. Для ускорения начала движения поршня со штоком в обоих

крышках гидроцилиндра предусмотрены обратные клапаны, которые запи-

раются при сливе масла из полости и открываются при подаче масла в по-

лость. Кроме того, для более тонкого регулирования процесса торможения в

обоих крышках гидроцилиндра встроены тормозные дроссели, ручная регу-

лировка которых выполняется при настройке работы механизма приводимого

в движение данным гидроцилиндром.

На Рис 15.2.13а показана конструкция двухкаскадного гидроцилиндра

позволяющая создать гидропривод с удвоенным усилием без увеличения его

диаметра с диаметром поршня 80 - 250 мм, величиной хода до 500 мм, ско-

ростью перемещения до 0,5 м/сек и давлением 6,3 – 16,0 МПа. Это бывает

необходимо, когда пространство, в проектируемом ТО, выделенное для раз-

мещения гидроцилиндра, имеет ограниченный размер по диаметру, но не-

ограниченно по длине. Эта конструкция состоит из сборного корпуса, вы-

полненного из соединенных посредствам резьбовых соединений двух гильз,

передней и задней крышек, промежуточной буксы и двух одинаковых ком-

плектов поршней и штоков. При этом в буксе предусмотрен подвод масла в

штоковую полость правого гидроцилиндра каскада и в поршневую полость

левого гидроцилин дра каскада. При подаче масла в поршневые полости

обоих гидроцилиндров каскада перемещаются оба поршня со штоками и

Рис 15.2.12 Конструкция гидроцилиндра с торможением в конце хода

усилие, создаваемое на штоке нижнего гидроцилиндра равно сумме усилий

обоих цилиндров, определяемых площадью поршня и давлением жидкости.

На Рис 15.2.13б показан тяжело нагруженный гидроцилиндр двусторон-

него действия диаметром 250 – 400 мм, величиной хода поршня 100 – 500

мм, скоростью перемещения штока до 0,5 м/сек и давлением 25,0 – 32,0 МПа.

Он состоит из толстостенной гильзы с отверстиями для подвода масла, зад-

ней крышки закрепленной в гильзе с помощью разрезного стопорного кольца

состоящего из двух полуколец, установленных в кольцевом пазу гильзы, пе-

редней крышки закрепленной в гильзе посредствам комплекта винтов, а так-

же поршня и штока, соединенных посредствам разрезной гайки. В этом гид-

роцилиндре комплект уплотнительных колец поршня и штока увеличен, по

сравнению с гидроцилиндром показанным на Рис 15.2.7, всвязи с высоким

давлением жидкости.

Рассмотренные конструкции гидроцилиндров применяются довольно

часто в гидрофицированных приводах различных машин, однако разработчи-

ку нередко приходится из-за специфичности требований задачи на проекти-

рование, или всвязи с определенными ограничениями, создавать конструк-

ции гидроцилиндров с дополнительными специфическими техническими

Рис 15.2.13 Конструкция двухкаскадного гидроцилиндра

и тяжело нагруженного гидроцилиндра

возможностями. Рассмотрим несколько вариантов таких конструкций гидро-

цилиндров.

На Рис 15.2.14 показана конструкция гидроцилиндра, предлагаемая в а.

с. №827863 М. Кл F 15B 15/14, которая позволяет одновременно без каких

либо дополнительных механизмов осуществлять зажим двух деталей.

Он содержит корпус 1 с байонетными пазами 9 на боковой поверхности,

закрепленный на базовой плите 2, поршень 5 образующий с корпусом две ра-

бочие полости 3, 4 и имеющий два взаимно перпендикулярных отверстия 6,

7, а также кольцевую проточку 8, две оси 10, с установленными в них при-

жимными вставками 13, резьбовые концы которых вставлены в резьбовую

втулку 11 и крышку цилиндра 16. Втулка 11 имеет радиальные пазы 15 для

регулировки положенич осей 10 со вставками 13. В корпусе 1 и в крышке 16

выполнены отверстия 17 и 18 для подвода жидкости. При подводе жидкости

в рабочую полость 3 через отверстие 17 в корпусе 1 поршень 5 опускается

вниз, поскольку жидкость из рабочей полости 4 свободно идет на слив, а по-

скольку оси 10 своей боковой цилиндрической поверхностью контактируют с

байонетным пазам, поршень 5 вместе с осями 10 помимо опускания соверша-

ет поворот на определенный угол, а прижимные элементы 13 совершают при

этом движение по спирали. Движение поршня прекращается тогда, когда

прижимные вставки 13 упираются в зажимаемые заготовки 14. Для разжима

обработанных заготовок жидкость подается в отверстие 18 крышки 16 и сли-

вается через отверстие 17 корпуса 1, что приводит к подъему поршня 5 с

Рис 15.2.14 Конструкция гидроцилиндра

для одновременного зажима двух деталей

вращением в обратном направлении и движению прижимных вставок по

спирали.

На Рис 15.2.15 показана конструкция вращающегося гидроцилиндра

привода зажимных патронов гидрофицированных токарных станков предла-

гаемая в а. с. № 929896 М. Кл F 15B 15/02.

Он содержит расположенный в корпусе 1 поршень 2 с двумя комплек-

тами пружинами 5 и штоком 3, на левом конце которого 4 смонтировано и

жестко зафиксировано в осевом направлении маслоподводящее устройство

13. При этом шток 3 снабжен диском 6, в котором расположен гидрозамок 8

Рис 15.2.15 Конструкция вращающегося

гидроцилиндра

и отверстия 9, контактирующие со скалками 10, закрепленными в корпусе 1.

Маслоподводящее устройчтво 13 снабжено удлиненными штуцерами 16,

препятствующими его вращению вместе со штоком 3. В отверстии под левый

конец 4 штока 3 маслоподводящего устройства 13 предусмотрены маслопод-

водящие канавки 22, 23, а на его корпусе установлена упор 17, взаимодей-

ствующий в крайних положениях с микропереключателями 18. Гидрозамок

8, расположенный в расточке 7 диска 6 содержит управляющий поршень 15 и

два клапана 14 поджатых к седлам пружинам и 27. Каналы 19 выполненные в

конце 4 штока 3 соединены с канавками 22, 23 маслоподводящего устройства

13 и с камерами 20,21 гидрозамка 8, а камеры 24, 25 гидрозамка 8 соединены

с камерами 11, 12 гидроцилиндра. Крышка 26 гидроцилиндра крепится к

шпинделю токарного станка (на Рис не показан), а правый конец штока 3 че-

рез тягу, проходящую в центральном отверстии шпинделя, соединен с кулач-

ками зажимного патрона (на Рис не показан). При зажиме детали в патроне

масло подается в канавку 22 и через один из каналов 19 поступает в камеру

20 гидрозамка 8 и далее через левый клапан 14, который открывается под

давлением масла, в камеру 24 и рабочую камеру 12 гидроцилиндра через ка-

нал в штоке 3. При этом управляющий поршень 15 гидрозамка 8 под давле-

нием масла смещается вправо и открывает правый канал 14, что дает воз-

можность слива масла из камеры 11 гидроцилиндра через второй канал 19

камеру 25, правый клапан 14, камеру 21 гидрозамка 8, канал 19 в штоке 3 и

канавку 23. В результате поршень 2 со штоком 3 перемещается влево, и де-

таль зажимается в патроне. Далее давление в полости 12 увеличивается, что

приводит к сжатию левого комплекта пружин 5 и срабатыванию реле давле-

ния установленному в напорной магистрали подводящей масло к канавке 22

маслоподводящего устройства 13, которое через систему управления дает

команду на вращение шпинделя станка вместе с гидроцилиндром привода

зажима. Разжим детали осуществляется при перемещении поршня 2 со што-

ком 3 вправо, что обеспечивается при подаче масла через канавку 23 второй

канал 19 в камеру 21 гидрозамка 8 и далее через правый клапан 14, который

открывается под давлением масла, в камеру 25 и рабочую камеру 11 гидро-

цилиндра через канал в штоке 3. При этом управляющий поршень 15 гидро-

замка 8 под давлением масла смещается влево и открывает левый клапан 14,

что дает возможность слива масла из камеры 12 через первый канал 19 в

штоке 3, камеру 24, левый клапан 14, камеру 20 гидрозамка 8, канал 19 в

поршне 3 и канавку 22. Левый микропереключатель 18 блокирует команду

нам включение вращения шпинделя при сведении губок патрона без зажима-

емой детали, а правый микропереключатель включает экстренное торможе-

ние шпинделя при падении давления в рабочей полости 12 гидроцилиндра и

самопроизвольном смещении штока 3 вправо (например при обрыве шланга

подводящего масло в канавку 22 маслоподводящего устройства 13).

На Рис 15.2.16 конструкция трехпозиционного гидроцилиндра, предла-

гаемая в а. с. № 920276, М Кл F 15B 15/16, позволяющая упростить систему

управления за счет замены двух гидрораспределителей одним. Он содержит

корпус 1 с крышками 2 и 3, причем последняя выполнена с удлинненным

левым торцем 4, который служит упором для промежуточного поршня 5

выполненного за одно целое со штоком 6, в глухом центральном отверстии 8

которого установлени выполненный вместе со штоком поршень 7 и стопор-

ное кольцо 10. Подвод масла в полости гидроцилиндра осуществляется через

отверстия 11 и 12, соединенные с соответствующими каналами гидрораспре-

делителя. На наружной поверхности штока 6 выполнено занижение, которое

образует вместе с отверстием в крышке 2 полость 15, а отверстия 16 в штоке

6 соединяют эту полость с отверстием 8 в котором находится поршень 7.

Подвод масла к поршню 5 со стороны штока 6 осуществляется через отвер-

стие 17 в крышке 2, соединенное с отверстием 11. При нахождении гидро-

распределителя в положении показанном на Рис масло одновременно посту-

пает в оба отверстия 11 и 12, при этом поршень 7 со штоком выдвинут в

крайнее левое положение, а поршень 5 находится в крайнем правом положе-

нии, поскольку его площадь на которую давит масло слева больше, чем спра-

ва. При переключении гидрораспределителя в левое положение масло подво-

дится к отверстию 12 и сливается из отверстия 11 поршни 5 и 7 перемещают-

Рис 15.2.16 Конструкция трехпозиционного гидроцилиндра

управляемого одним гидрораспределителем

ся в крайнем правом положении. При переключении гидрораспределилителя

в правое положение масло подводится к отверстию 11 и сливается из отвер-

стия 12, при этом поршни 5 и 7 перемещаются в крайнее левое положение.

На Рис 15.2.17 показана компактная конструкция гидроцилиндра, позво-

ляющего при возвратно – поступательном перемещении штока выполнять

его поворот , предложенная в а. с. № 868138 М Кл F 15B 15/02. Он содержит

корпус 1, с двух сторон закрытый фланцами 2, шток 5, выполненный за одно

целое с шестерненй 8, на котором установлены соединенные между собой

поршни 3 и 4, образующие рабочие полости гидроцилиндра 6 и 7, а также

поворотный зубчатый сектор 9, равположенный между поршнями 3 и 4. При

этом корпус 1, поршни 3 и 4 и зубчатый сектор 9 образуют поворотный гид-

родвигатель, с полостями 10 и 11и перегородкой 12, выполненной за одно

целое с поршнем 3. Валом поворотного гидродвигателя является шток 5,

шестерня 8 которого постоянно находится в зацепляется с поворотным

зубчатым сектором 9. Рабочие полости гидроцилиндра 6 и 7 соединены с

гидроприводом посредствам отверстий 13 и 14 в корпусе 1, а полости пово-

ротного гидродвигателя 10 и 11 – посредствам каналов 15 и 16 в штоке 5.

При подаче масла в полости 6 или 7 через отверстия 13 или 14 в корпусе 1

поршни 3 и 4 перемещают шток 5 вправо или влево до соприкосновения с

торцем крышек 2. При подаче масла в одну из полостей 10 или 11 через

каналы 15 или 16 в штоке 5 поворотнй зубчатый сектор 9 поворачивается на

оспределенный угол до упора в соответствующую стенку перегородки 12,

приводя во вращение шестерню 8 и шток 5. Угло поворота штока 5 пропор-

Рис 15.2.17 Конструкция гидроцилиндра со

встроенным механизмом поворота штока

ционален передаточному отношению между зубчатым сектором 9 и шестер-

ней 8.

На Рис 15.2.18 показана конструкция гидроцилиндра с регулируемой

величиной хода, предлагаемая в а. с. № 928099 М Кл F 15B 15/24. Он содер-

жит корпус 1, поршень 2 со штоком 3, который выполнен со сквозным отвер-

стием 4 и двумя продольными пазами 5, ходовой винт 10 с ходовой гайкой

12, снабженной двумя шпонками 13, гайку 14, установленную с торца пор-

шня 2, а также крышку 6 и 7. Ходовой винт 10 зафиксирован от осевого пере-

мещения в крышке 6 с одной стороны за счет наличия в нем упорного бурта,

а с другой стопорным винтом 11. Шток 3 соединен посредствам резьбового

соединения с проушиной 8, которая снабжена упорной втулкой 9, и герме-

тично закрывает его внутренную полость с размещенными там ходовым

винтом 10 и гайкой 12. Подача масла в поршневую полость гидроцилиндра

осуществляется через отверстие 15 в крыщке 6, а в штоковую полость через

отверстие 16 в корпусе 1. При подаче масла через отверстие 15 поршень 2

начинает перемещаться и останавливается, когда гайка 14 упрется в торец

ходовой гайки 12. Обратный ход поршня осуществляется при подаче масла в

штоковую полость гидроцилиндра через отверстие 16. Регулировка величины

хода поршня 2 осуществляется вращением ходового винта 10, при этом гайка

12, зафиксированная от проворота шпонками 13 размещенными в пазах 5

штока 3 поступательно перемещается, удаляясь или приближаясь к гайке 14

Рис 15.2.18 Конструкция гидроцилиндра с

регулируемой величиной хода

и тем самым изменяя ход поршня 2.

На рис 15.2.19 показана конструкция гидроцилиндра с регулируемой

величиной хода и возможностью иметь боле двух точных положений штока,

предлагаемая в а. с. № 992854 М Кл F 15B 15/24. Он содержит корпус 1,

полый поршень 5 с ограничительным кольцом 7 и шток 6, крышку 2, которые

образуют рабочие полости гидроцилиндра 3 и 4, стакан 8 со шлицами 9 и

зубчатым колесом 10, рейку – плунжер 11, ходовой винт 12 с ходовой гайкой

13, хвостовик которой 14 выполнен со шлицами 15. При этом ограничитель-

ное кольцо7 выполнено с открытыми пазами 16 ответными выступам 17 на

ходовой гайке 13. Ходовая гайка 13, стакан 8 с зубчатым колесом 10 и рейка

плунжер 11 выполняют функции механизма фиксации поршня 5 со штоком 6

в промежутлчном положении. При подаче масла в полость 3 гидроцилиндра

Рис 15.2.19 Конструкция гидроцилиндра с регулируемой величии-

ной хода штока имеющего количество положений больше двух

поршень 5 со штоком 6 перемещаются в крайнее положение совершая пол-

ный ход(см. Рис 15.2.19б). Если повернуть стакан 8 в положение когда выс-

тупы гайки 17 будут упираться в ограничительное кольцо 7, что выполняет-

ся за счет рейки плунжера 11 и зубчатого колеса 10, то при подаче масла в

полость 3 гидроцилиндра поршень 5 со штоком 6 в конце хода остановятся в

среднем положении (см. Рис 15.2.19в). При подаче масла в полость 4 гидро-

цилиндра в зависимости от положения выступов 17 гайки 13 поршень 5 со

штоком 6 переместятся в исходное или промежуточное положения (см Рис

15.2.19а, г). Регулировка среднего положения осуществляется вращением

ходового винта 12, что позволяет переместить гайку 13 в требуемое поло-

жение.

На Рис 15.2.20 показана конструкция гидроцилиндра с винтовой переда-

чей, предлагаемая в а. с. № 885642 М Кл F 15B 15/06. Он содержит корпус

гидроцилиндра 1, поршень 2, состоящий из двух частей 3, скрепленных вин-

том 4, винтовой шток 5, установленный в поршне 2 с возможностью поворо-

та, крышки 7, в которой смонтированы гайки 8 и 9, взаимодействующие с

резьбовой частью 6 штока 5, которая имеет правую и левую резьбу. Гайки 8

и 9 имеют на наружной поверхности пазы 10 в которые входят фиксаторы 11,

выполненные в штоках, совмещенных с поршнями 12 поджатыми пружина-

ми 13 и расположенными в расточках 14 корпуса 1, выполняющих роль рабо-

чей камеры гидроцилиндров фиксации. Поршень 2 делит рабочее простран-

ство гидроцилиндра на поршневую полость 15 и штоуковую полость 16.

Между поршнем 2 и крышкой 7 установлен уплотнительный телескопичес-

кий кожух 17, который герметизирует в штоковой полости 16 винтовой

механизм состоящий из штока 5 с резьбовой частью 6 и гаек 8 и 9. Перед

началом работы гидроцилиндра масло подается в одну из рабочих полостей

14 гидроцилиндров фиксации, при этом одн фиксатор 11 за счет выдвижения

Рис 15.2.20 Конструкция гидроцилиндра с винтовой передачей

соостветствующего поршня 12 фиксирует например гайку 9, а второй фикса-

тор отводится от гайки 8 за счет пружины 13. После этого масло подается в

полость 15 гидроцилиндра, что приводит к перемещению поршня 2, а шток 5

за счет взаимодействия его винтовой части 6 с гайкой 8 или 9 помимо посту-

пательного движения совершает еще и вращательное. Для обеспечения одно-

стороннего вращения штока при его обратном ходе, который осуществляет-

ся при подаче жидкости в штоковую

полость 16 гидроцилиндра, гайку 9

расфиесируют, а гайку 8 фиксируют, а

для обеспечения двухстороннего хода

остается зафиксированной та же гайка

9. При фиксации обоих гаек 8 и 9 шток

5 совершает только поступательное

перемещение.

На Рис 15.2.21 показана конструк-

ция гидроцилиндра предложенная в а.

с. № 1025928 F 15B 15/17, позволяю-

щая иметь две скорости перемещения и

развивать два различных по величине

усилия без использования дополни-

тельной гидроаппаратуры управления.

Он состоит из корпуса 1в котором установлен полый поршень 4 со

штоком 5 и крышек с подводящими каналами 15 и 16, которые образуют

поршневую полость 2 и штоковую 3. В расточке 6 поршня 4 соединенной с

атмосферой, установлен ступенчатый золотник 7, поджатый пружиной 8 к

стопорному стержню 14, а в кольцевой проточке 9 поршня 4, которая сооб-

щается с каналами 10 и 11находятся клапаны 12 и 13. Для получения увели-

ченной скорости перемещения поршня 4 со штоком 5 масло подается в обе

рабочие полости гидроцилиндра 2 и 3, при этом за счет разности эффектив-

ных площадей поршня 4 давление в полости 3 будет больше, что приведет к

смещению клапанов 12 и 13 вверх до упора в стержень 14, а золотник 7 под

действием давления в полости 2, преодалевая усилие пружины 8, смещается

вниз и тем самым открывая проточку 9, соединяет полости 2 и 3 между

собой, и гидроцилиндр начинает работать в дифференциальном режиме. Для

обеспечения движения поршня 4 со штоком 5 с пониженной скоростью и

увеличенным усилием масло подается в полость 2 и сливается из полости 3,

Рис 15.2.21 Конструкция гидроцилиндра

с двумя скоростями перемещения

при этом золотник 7 и клапаны 12 и 13 перемещаются в крайнее нижнее

положение, полости гидроцилиндра разобщаются и его дифференциальный

режим работы прекращается. Для возврата поршня 4 со штоком 5 в исход-

ное положение масло подается в полость 3 и сливается из полости 2, при

этом проточка 9 перекрыта и полости 2 и 3 разобщены.

На Рис 15.2.22 показана конструкция гидроцилиндра, предлагаемая в а.

с. № 682679 М Кл F 15B 15/17 , в котором скорость перемещения поршня со

штоком меняется в зависимости от величины внешней нагрузки. Он содер-

жит корпус1, поршень 2 с полым штоком 3, расположенный внутри него

золотник 4 с пружиной 5 и упорным стержнем 15, регулируемый упор 6 и

ограничитель хода 7. Поршень 2 образует в корпусе 1 гидроцилиндра пор-

шневую 8 и штоковую 9 полости. В золотнике 4 выполнена кольцевая

канавка 10, а в штоке 3 каналы 11 и 12, сообщающие штоковую полость 9 с

поршневой полостью 8 и подводящим отверстием 13. Подвод масла в пор-

шневую полость гидроцилиндра осуществляется через отверстие 14. При

подаче масла в поршневую полость гидроцилиндра через отверстие 14 пор-

шень движется с максимальной скоростью, поскольку поршневая полость 9

соединена со штоковой полостью 8 через канал 11(гидроцилиндр работает по

дифференциальной схеме), канал 12 при этом перекрыт.При воздействии на

упорный стержень 15 жестко соединенный с золотником 4 внешней нагруз-

ки, последний перемещается влево до упора в ограничитель 7. При этом

кольцевая канавка 10 золотника 4 соединяет штоковую полость 9 со сливом

Рис 15.2.22 Конструкция гидроцилиндра с изменяющейся скоростью

перемещения штока в зависимости от внешней нагрузки

через канал 12 и отверстие 13, а золотник 4

перекрывает канал 11 и поршень 2 начинает

перемещаться с пониженной скоростью а

гидроцилиндр развивает при этом большее

усилие.

На Рис 15.2.23 показана конструкция гид-

роцилиндра с гидромеханическим запиранием

штока в крайних положениях, предлагаемая в

а. с. № 848786, М Кл F15B 15/26. Он содер-

жит корпус 1, закрытый с одной стороны бук-

сой 2, а с другой стороны крышкой 3 с про-

ушиной6 поршень 4 с полым штоком 5, запи-

рающие поршни 6 и 7 с хвостовиками 8 и 9,

пружинные зажимные кольца 10, пружину 11

расположенную между поршнями 6 и 7, а так-

же плунжер 16 и пружину 17, расположенные

в полости 15 штока 5. Поршень 4 и шток 5 об-

разуют в гидроцилиндре поршневую 18 и што-

ковую 19, рабочие камеры. В стенке поршня 5

выполнено дросселирующее отверстие 13, со-

единяющее полость 14 между поршнями 6 и 7 с полостью 15 штока 5. В

корпусе 1 выполнены замковые проточки 20, в которые входят пружинные

замковые кольца 10 фиксирующие крайние положения (втянутое и выдвину-

тое) штока 5, при воздействии на них плавающих поршней 6 и 7. На поршне

4 выполнен буртик 12 для взаимодействия с пружинным разжимным коль-

цом 10. При подаче масла в камеру 18 плавающий поршень 6 перемещается в

сторону выдвижения штока 5, сжимает при этом пружину 11 до контакта

хвостовиков 8 и 9 и плавающими поршнями 6 и 7 и выдавливает жидкость из

полости 14 через дросселирующее отверстие 13 в полость 15 штока 5, что

приводит к смещению плунжера 16 и сжатию пружины 17. Под действием

буртика 12 поршня 4 пружинное замковое кольцо 10 сжимается и выходит из

замковой проточки 20 корпуса 1 и шток 4 выдвигается до упора в буксу 2, а

второе стопорное кольцо, при этом, останавливается под соответствующей

замковой проточкой 20 в корпусе 17. Под действием давления в камере 18

поршень 4 воздействует на плавающие поршни 6 и 7, а последний из них при

Рис 15.2.23 Конструкция гидро-

цилиндра с запиранием штока в

крайних положениях

этом распирает пружинное замковое кольцо 10 и загоняет его в замковую

проточку 20 корпуса 1, тем самым фиксирую шток 5 в выдвинутом положе-

нии. При снятии давления в камере 18 плавающий поршень 7 под действием

пружины 11 и давления масла поступающего под действием пружины 17 и

плунжера 16 из полости 15 штока 5 в полость 14 удерживает замковое кольцо

10 в разжатом положении, чем обеспечивает надежную фиксацию поршня 5 в

выдвинутом положении. Для втягивания поршня 5 давление подается в ка-

меру 19 и все действия повторяются в обратной последовательности, закан-

чиваясь фиксацией штока 5 во втянутом положении первым пружинным зам-

ковым кольцом 10, разжатым плавающим поршнем 6.

Важным элементом, обеспечивающим надежную работу гидроцилиндра

является уплотнение поршня и штока. В настоящее время наметилась устой-

чивая тенденция замены резиновых уплотнений гидроцилиндров на уплотне-

ния из пластмасс с улучшенными антифрикционными свойствами и комби-

нированные уплотнения из пластмасс и резинового эспандера, который

улучшает контакт с трущейся поверхностью, за счет увеличения их эластич-

ности. В таких уплотнениях функция скольжения поршня и штока относи-

тельно корпуса гидроцилиндра и функция непосредственно уплотнения раз-

делены между элементами комплекта уплотнения, который и для уплотнения

поршня и для уплотнения штока гидроцилиндра состоит из двух направляю-

щих колец и одного или двух, в зависимости от давления в цилиндре, уплот-

Рис 15.2.24 Конструкция уплотнений поршня RGC типа Р1, Р2, Р4, Р6

нительных колец. Комплекты уплотнений такого типа производит фирма

RGC, которые изготавливаются по ТУ2539 – 001 – 18258615 – 01 и предна-

значены для использования в гидроцилиндрах диаметром 25 - 250 мм, рабо-

тающих с давлением до 50 МПа, скоростью перемещения до 10,0 м/сек и

температурой масла от – 55 до + . На Рис 15.2.24 показана конструкция

уплотнений поршня типа Р1, Р2, Р4, Р6, которые изготавливаются из графи-

тонаполненных полиамидов и применяются в комплекте с резиновыми коль-

цами (эспандерами).

На Рис 15.2.25 показаны манжеты для уплотнения штока типа R2, R3,

R4, которые изготавливаются из графитонаполненного фторопласта и при-

меняются также в комплекте с резиновыми кольцами (эспандерами).

На Рис 15.2.26 показаны направляющие кольца для поршней типа G1,

G3, G4, изготавливаемые из графитонаполненного фторопласта с добавлени-

ем дисульфида молибдена, что улучшает их антифрикционные свойства и

позволяет работать при повышенных скоростях перемещения поршня и што-

ка и высокой температуре масла.

На Рис 15.2.27 показаны грязесъемники типа W50, WR, W52 также изго-

тавливаемые из графитопаполненных полиамидов и применяемых, как в

комплекте с резиновыми кольцами, так и без них.

Рис 15.2.25 Конструкция уплотнений штока RGC типа R2, R3, R4

Риc 15.2.26 Конструкция направляющих колец RGC типа G1, G3, G4

Большинство элементов гидропривода, насосы, гидромоторы, распреде-

лительная и регулирующая гидроаппаратура при проектировании конкретно-

го гидропривода, как правило, выбирается из номенклатуры заводов произ-

водителей или поставщиков импортных аналогов, а гидроцилиндры в боль-

шинстве случаев, особенно при проектировании нестандартных ТО, проекти-

руются разработчиком с учетом требований приводимого в действие меха-

низма. При этом при проектировании гидроцилиндров выполняются следу-

ющие расчеты:

расчет диаметра гидроцилиндра при заданном усилии и давлении

или расчет необходимого давления при заданном усилии и диамет-

ре поршня гидроцилиндра,

расчет скорости перемещения штока гидроцилиндра при заданной

производительности насоса, или расчет необходимой производи-

тельности насоса при заданной скорости перемещения штока и

диаметре поршня гидроцилиндра,

расчет диаметра подводящих трубопроводов исходя их необходи-

мой скорости перемещения штока гидроцилиндра и производитель-

ности насоса.

прочностной расчет деталей гидроцилиндра.

Усилие, развиваемое гидроцилиндром во время прямого хода при задан-

ном давлении без учета потерь определяется по следующей формуле:

Р = рF, где – F площадь поршня гидроцилиндра, а при заданном усилии и

давлении диаметр поршня гидроцилиндра D определяется по формуле :

D= ;

Усилие, развиваемое гидроцилиндром во время обратного хода, при за-

данном давлении без учета потерь определяется по следующей формуле:

Р = ( )р, где – d диаметр штока,

Рис 15.2.27 Конструкция грязесъемников RGC типа W50, WR, W52

Скорость перемещения штока гидроцилиндра во время прямого хода

при заданной производительности насоса определяется по следующей фор-

муле: V = , где, = ;

Скорость перемещения штока гидроцилиндра во время обратного хода

при заданной производительности насоса определяется по следующей фор-

муле: V = ;

Диаметр подводящих трубопроводов исходя из расхода необходимого

для перемещения гидроцилиндра диаметра D со скоростью V определяет-

ся по следующей формуле: = ;

Где:

, потребный расход жидкости необходимый для перемещения и

поршня гидроцилиндра с заданной скоростью, при одном гидроци-

линдре в гидроприводе = ,

, скорость жидкости в подводящем трубопроводе.

Обычно в гидроцилиндре на прочность рассчитываются детали корпуса,

толщина стенки гильзы и толщина задняя крышка t по следующим форму-

лам:

= ( - 1); t = 0,8 ;

Где:

допустимые напряжения на растяжение для гильзы из кон-

струкционной стали составляют 110 – 150 МПа, для низколегиро-

ванной стали – 150 – 180 МПа,

, внутренний радиус гильзы