單作用法蘭式液壓缸設計

1、題目 單作用法蘭式液壓缸設計目錄第1章設計參數及工況分析 31.1主要設計參數31.2工況分析3第2章液壓缸的設計計算 52.1液壓缸內徑D和活塞桿直徑d的計算52.1.1液壓缸內徑D的計算52.1.2活塞桿直徑d的計算 62.2液壓缸壁厚和外徑的計算72.3液壓缸工作行程的確定 72.4缸蓋厚度的確定82.5最小導向長度的確定82.6缸體長度的確定82.7法蘭的設計82.8活塞的設計9第3章液壓缸的設計計算1.0.3.1活塞桿的校核10.3.2缸筒壁厚的校核 1.1.3.3法蘭螺栓組連接強度校核12.第4章液壓缸的結構設計 1.4.4.1液壓缸的安裝形式 .14.4.2缸體與缸蓋的連接形式

2、1.4.4.3活塞桿與活塞的連接結構 14.4.4活塞桿導向部分的結構 1.5.4.5活塞及活塞桿處密圭寸圈的選用 1.5.4.6液壓缸的緩沖裝置 .16.4.7液壓缸主要零件的材料1.6.第1章設計參數及工況分析1.1主要設計參數最大輸出力：20000N ;最大運行速度：0.12m/s ;運動行程：0.42m （ 420mm ）1.2工況分析液壓缸所受負載F包括有效工作負載，摩擦阻力和慣性力三種類型，即F Fw Ff Fa式中Fw 有效工作負載，在本設計中即為題目給定的最大輸出力Fw=20000N ；Fa 運動部件速度變化時的慣性負載；Ff 導軌摩擦阻力負載，啟動時為靜摩擦阻力，啟動后為動摩

3、擦阻力，對于平導軌Ff可由下式求得Ff f G FRnG 運動部件重力；FRn 垂直于導軌的工作負載，本設計中為零；f 導軌摩擦系數，在本設計中取靜摩擦系數為0.2，動摩擦系數為0.1則求得錯誤!未找到引用源。錯誤!未找到引用源。上式中Ffs為靜摩擦阻力，Ffa為動摩擦阻力。Fa m式中m 負載質量、t 加速或減速時間，本次設計中取t 0.12s錯誤!未找到引用源。；t時間內的速度變化量，本次設計最大速度為0.12m/s,0 121000 N取 0.12m/s ;先取負載質量為1000kg，故Fa 10000.12根據上述計算結果，列出個各工作階段所受的外負載:前進時取大負載F(N)啟動加速F

4、= Ffs+ Fa + Fw22960勻速移動F Ffa + Fw20980減速制動FFfa + Fw - F a19980第2章液壓缸的設計計算2.1液壓缸內徑D和活塞桿直徑d的計算2.1.1液壓缸內徑D的計算由于啟動加速階段工作負載力最大，故按牛頓運動定律，pA- Ffs-Fw=ma ma Ffs FwA -P式中A 液壓缸有效工作面積（m 2）。p 分配給執(zhí)行元件用于克服執(zhí)行元件外負載的壓力（MPa）2P ；（Ps P）亠3, p為局部損失和沿程損失之和，初步估算為0.5MPa.根據附表1選擇工作壓力P=3.5Mpa附表1按負載選擇執(zhí)行元件工作壓力負載F5000（N）000000000工

5、作壓力57P（MPa）12 20.01148m114.8cmA22960A 26在本設計中，2 (3-5 0.5)10由此求得，活塞缸內徑為D i 4 A 4 114.812.09cm120.9mm根據附表2缸筒內徑尺寸系列GB2348-80（mm），將液壓缸內徑圓整為 標準系列直徑D=125mm ；附表2缸筒內徑尺寸系列 GB2348-80( mm )8101216 20 25 32 40 50 6380(90)00 (110) 125 (140) 160 (180) 200 (220)250 320 400 500 630注括號內數值為菲憂先選用者2、超出本蔡列630mm的缸簡內徑尺寸應按

6、GB321-SO 優(yōu)先數和優(yōu) :數系中R10系列選用2.1.2活塞桿直徑d的計算d D液壓缸內徑與活塞桿直徑的關系?？紤]到活塞桿受壓，且液壓缸工作壓力小于5MPa，根據附表3液壓缸工作壓力與活塞桿直徑，取 d/D 0.55附表3液壓缸工作壓力與活塞桿直徑液壓缸工作壓力 p/MPa7推存活塞桿直徑d(0.5 0.55)D(0.56 0.6)D0.65D活塞桿直徑 d 0.55D0.55X125 68.75mm根據附表4液壓缸的活塞桿外徑尺寸系列 GB2348-80( mm)，將液壓缸內徑圓整為標準系列直徑d=70mm ；附表4液壓缸的活塞桿外徑尺寸系列GB2348-80 ( mm)Fmax由此求

7、得液壓缸最大工作壓力 pi100A22960100 114.82MPa根據附表5液壓缸公稱壓力系列(GB/T7938-1987 )，取液壓缸額定工作壓力為 2.5MPa 。附表5液壓缸公稱壓力系列(GB/T7938-1987)25 4Q 6380)100 (125) 16020025031$400500630800注* t、松號內的值為非優(yōu)先選用者S baiOJ Mpa2.2液壓缸壁厚和外徑的計算般是用無PyD2液壓缸的壁厚由液壓缸的強度條件來計算。工程機械的液壓缸, 縫鋼管材料，大多屬于薄壁圓筒結構，其壁厚按薄壁圓筒公式計算式中一液壓缸壁厚(m)；D 液壓缸內徑(m)；Py 試驗壓力，取最大

8、工作壓力的1.5倍(MPa)；缸筒材料的許用應力。無縫鋼管 45鋼 100MPa。1.5 2.5 72 100312.3 10 m液壓缸壁厚取13mm151mm將液壓缸液壓缸壁厚算出后，可求出缸體的外徑D1 D 2125 2 13根據附表5工程機械用標準油缸的缸體外徑(JBIO68-67)mm， 缸體外徑圓整為標準系列直徑 D1=152mm ；附表5工程機械用標準油缸的缸體外徑(JBIO68-67)mm工程祖捉用掠堆沽址的丸體井卷(JBW弘一孫)mm3虹內徑40AO390WO110125IM(iw)1001B02000160M)6076閃10R12113316S匍P345ffi 力200500

9、07095108131ia3168180319砸45時鋼3BO5060S3ioe106121152108iao214MS,M9,5関102114127140152Leait194210注：負休為無址鋼鶯*2.3液壓缸工作行程的確定根據題目給定運動行程0.42m，參照液壓缸行程系列選用工作行程為450mm2.4缸蓋厚度的確定般液壓缸多為平底缸蓋，有孔時式中t缸蓋有效厚度（m） ； D2 缸蓋止口內徑（m） ； do缸蓋孔的直徑（m）。0.433D2. ；Py23.87mm取缸蓋厚度為25mm。2.5最小導向長度的確定LD 450 125 “85mm20 2202活塞寬度 B 0.3D0.6 12

10、5 75mm，取值 B=80mm。缸蓋滑動支承面的長度，在缸徑小于 150mm時取 l10.6D0.6 125 75mm隔套的長度11C H - l1 B 85 (7575) 10mm222.6缸體長度的確定缸體外形長度還20倍。因此取液壓缸缸體內部長度應等于活塞的行程與活塞的寬度之和 要考慮到兩短端蓋的厚度。一般液壓缸缸體長度不應大于內徑的 缸體長度為600mm。2.7法蘭的設計（23.3 - 16） 弍中 F推蘭在缸倚旨大內壓下新卓壹的輔向力（N）,法蘭承受的最大壓力為：F=22960N經估算可以確定以下參數：ra=150mm、dL=25mm、b=10mm許用應力在選取材料的時候給出：=1

11、00MPa將以上各量帶入式上式得到：h=38.65mm為保證安全，取法蘭厚度為40mm。2.8活塞的設計1、活塞結構的設計活塞分為整體式和組合式，組合式制作和使用比較復雜，所以在此選用組合 式活塞。此組合式活塞中，密封環(huán)和導向套是分槽安裝的。2、活塞的尺寸及加工公差選擇活塞厚度為和缸筒內徑形成間隙配合，因為缸體內徑是125mm （這個在前面的活塞桿設計中已經給出解釋），根據密封圈的尺寸及其結構特點活塞寬 度為80mm?；钊呐浜弦驗槭褂昧私M合形式的密封器件， 所以要求不高，這里不加敘述。 活塞外徑對內孔的同軸度公差不大于 0.02mm，斷面與軸線的垂直度公差不大于0.04mm/100mm ，外

12、表面的圓度和圓柱度不大于外徑公差的一半。第3章 液壓缸的設計計算3.1活塞桿的校核活塞桿直徑d,在高壓系統(tǒng)中必須進行強度校核。 活塞桿需要進行穩(wěn)定性的 校核。1、活塞桿直徑校核活塞桿直徑d的校核按下式進行d式中F 活塞桿上的作用力;/ 4 22960d , ；648.6mmV 100 10活塞桿材料的許用應力,活塞桿直徑滿足要求2、活塞桿穩(wěn)定性的驗算活塞桿受軸向壓縮負載時，它所承受的軸向力F不能超過使它保持穩(wěn)定工作所 允許的臨界負載Fk，以免發(fā)生縱向彎曲，破壞液壓缸的正常工作。Fk的值與活塞桿材料性質、截面形狀、直徑和長度以及液壓缸的安裝方式等因素有關?；钊麠U穩(wěn)定性的校核依下式（穩(wěn)定條件）進行

13、:Fknk式中：nk為安全系數，一般取nk 24。當活塞桿的細長比l rk2 2EJ當活塞桿的細長比LX11 220120，則fAFk,a I1 ()2 rk式中：l安裝長度，其值與安裝方式有關；rk 活塞桿截面最小回轉半徑，rkJ A;1 柔性系數；2 由液壓缸支承方式決定的末端系數，其值見表3-1 ;11 f 2 E 活塞桿材料的彈性模量，對鋼取E 2.06 10 N m ；J 活塞桿橫截面慣性矩；A為活塞桿橫截面積；f 由材料強度決定的實驗值、a為系數，具體數值均見表3-2 活塞桿的細長比I rk為l/rk I、J/A I - d_d 73.3 k，- 644柔性系數1取85，采用一端鉸

14、接，一端固定的支承方式，末端系數2取所以，1 rk2 =120，采用拉金公式計算Fk -1fA2a l2rk84.9 100.00173.32318742.9NFk/2 159371.45N安全系數取n=2則Fknk所以，活塞桿穩(wěn)定3.2缸筒壁厚的校核F面從以下三個方面進行缸筒壁厚的校核：I (槪壓蛆笊制*崔力樸憤應醞于一焙的概附 值保證工作W削創(chuàng),3巴2血 (MPa) 23.3 71根據上式得到：Pn 16.75MPa，顯然，額定油壓P=2.5MPa，滿足條件；I3)為r足豬缸畫在I：昨時發(fā)生墾性交収袱宦缸曲諭宦壓力叭苗醱與鞭杵裔曲壓力有一定的比鋼pW(O.35U 斗2)p耳 (MPU (2

15、1.3-9)打1電2總叫扁晉 (MPf) (23.3-10)先根據上式10得到：PpL=14.35MPa，再將得到結果帶入上式9得到：Pn 5.02MPa。顯然，額定油壓P=2.5MPa，滿足條件；(Q)為了呻保玻壓缸安全的唾屮紀鬲的爆舉壓力牯應丈于齡樂試輸壓力同；pf = 2.3勿:館 * MP?)(毎.3-也】因為b=100MPa已經在選擇缸筒材料的時候給出，根據上式得到：FE=71.77MPa。至于耐壓試驗壓力應為：Pt =1.5 P=3.75MPa。依據為：(fff莊試聽壓力冷是笊壓壯隹檢査冷帝討需護受的試嘖爪力。住規(guī)定時問內，柬玉遼直此15辦下.全鄒專畔芥得有戟風醺毗夬性喪總隸異甘現

16、樂口尋廨純蘋定敦規(guī)窯為：當釋總壓力九嗎】6MP$時PT = k5 JMFai (23.1 - 2)因為爆裂壓力遠大于耐壓試驗壓力，所以完全滿足條件。3.3法蘭螺栓組連接強度校核本次設計中采用法蘭型聯(lián)接方式，根據所選液壓缸的結構尺寸要求，選用6個M25螺栓呈圓周均布布置與閥體連接。閥體內工作壓力P=2.5MPa，液壓缸活塞桿頭部伸入處閥體內徑 D=125mm。對該螺栓組連接進行受力分析，屬于 典型承受預緊力和軸向載荷的的緊螺栓連接受力情況。液壓缸尾部螺栓組均勻分布，其每個螺栓承受的平均軸向工作載荷F： F=P冗D2/4z。式中F每個螺栓承受的平均軸向載荷，(N ); P調節(jié)閥閥體內工作 壓力，已

17、知，P=2.5MPa ; D 液壓缸活塞桿頭部伸入處閥體內徑，D=125mm。z螺栓數目。故 F=P 冗D2/4z=2.5x3.14X125X125/(4x8)=3833N當承受預緊力和工作拉力的緊螺栓聯(lián)接時，此時螺栓所受的軸向總拉力F:Fe=F+F 式桿每個螺栓所受的軸向總載荷，（N ）; F每個螺栓承受的平均 軸向載荷，（N）; F殘余預緊力F。殘余預緊力F 一般可參考以下經驗數據來確定：對于氣缸、壓力容器等有 緊密性要求的螺栓連接，取 F= （1.51.8 ） F。取 F=1.8，求得 F=1.8x3833=6899.4N。FE=F+F =3833+6899=10732N螺栓危險截面能夠

18、承載的最大力為12296大于FX所以螺栓強度滿足要求。第4章液壓缸的結構設計4.1液壓缸的安裝形式本次設計負載為直線運動，負載力不是很高，故采用液壓缸筒固定，活塞桿 運動的尾部法蘭安裝方式，其特點為螺釘受力較小。詳細D=W=G圖=紙C=AD請J1A：三兩1爸爸五四零六3231885406|1夠 一？月均日（公5）巨蟹座 屬虎“請Jlf:三兩1爸爸五四零六 叵SO心鑼越彎:椰子拘與奪心薩的空何4.2缸體與缸蓋的連接形式本設計中選取法蘭連接的形式。法蘭連接的優(yōu)點：（1）結構簡單、成本低（2）容易加工、便于裝拆（3）強度較大、能承受高壓。4.3活塞桿與活塞的連接結構活塞桿與活塞的連接結構有幾種常用的

19、形式，分整體式結構和組合式結構。 組合式結構又分螺紋連接、半環(huán)連接和錐銷連接。1、整體式結構：結構簡單，適用于缸徑較小的液壓缸。2、螺紋連接：結構簡單，在振動的工作條件下容易松動，必須用鎖緊裝置 應用較多，如組合機床與工程機械上的液壓缸。3、半環(huán)連接：結構簡單，裝拆方便，不易松動，但會出現軸向間隙。多應 用在壓力高、負荷大、有振動的場合4、錐銷連接：結構可靠，用錐銷連接銷孔必須配鉸，銷釘連接后必須鎖緊， 多用于負荷較小的場合。綜合考慮選用螺紋連接的活塞桿與活塞的連接結構。4.4活塞桿導向部分的結構活塞桿導向部分的結構，包括活塞桿與端蓋、導向套的結構，以及密封、防 塵和鎖緊裝置等。導向套的結構可以做成端蓋整體式直接導向，也可以做成與端蓋分開的導向套結構。1、端蓋直接導向：(1)端蓋與活塞桿直接接觸導向，結構簡單，但磨損后只 能更換整個缸蓋(2)蓋與桿的密封常用0型，Y型等密封圈(3)防塵圈用無骨架的 防塵圈。2、導向套導向：(1)導向套與活塞桿接觸支承導向，磨損后便于更換，導向 套也可用耐磨材料(2)蓋與桿的密圭寸常用丫型等密圭寸裝置。密圭寸可靠適用于中高 壓液壓缸(3)防塵方式常用J型或三角形防塵裝置。由于密封圈的是選用0形圈的密封類型，常于0形圈