雙活塞桿雙作用活塞式液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、目錄1設(shè)計(jì)的依據(jù)、原則和步驟31.1引言31.2設(shè)計(jì)的依據(jù)31.3設(shè)計(jì)的一般原則31.4設(shè)計(jì)的一般步驟42設(shè)計(jì)的題目、技術(shù)參數(shù)、目的和要求52.1設(shè)計(jì)題目52.2設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)52.3設(shè)計(jì)目的52.4設(shè)計(jì)要求53液壓缸缸體結(jié)構(gòu)形式的確定53.1結(jié)構(gòu)初型54液壓缸性能參數(shù)與結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算64.1液壓缸工作負(fù)載力分析和計(jì)算64.2 液壓缸的液壓力計(jì)算和工作壓力的選擇74.3液壓缸速度比的確定74.4液壓缸速度計(jì)算和流量選擇74.5液壓缸綜合結(jié)構(gòu)參數(shù)及安全系數(shù)的選擇85缸筒設(shè)計(jì)與計(jì)算95.1缸筒與缸蓋的連接形式95.2對(duì)缸筒的要求及材料選擇115.3缸筒的計(jì)算115.4缸筒加工的技術(shù)要求135.5缸筒

2、頭部法蘭厚度145.6缸筒缸蓋的連接計(jì)算155.7 缸蓋的材料和技術(shù)要求155.8缸蓋厚度的確定165.9最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定165.10缸體長(zhǎng)度的確定166活塞組件設(shè)計(jì)166.1活塞設(shè)計(jì)166.2活塞與活塞桿的連接結(jié)構(gòu)176.3活塞桿設(shè)計(jì)176.4活塞桿及連接件強(qiáng)度校核196.5活塞桿液壓缸穩(wěn)定性校核207液壓缸油口和排氣裝置設(shè)計(jì)217.1油口設(shè)計(jì)217.2排氣裝置設(shè)計(jì)22參考文獻(xiàn)23雙活塞桿雙作用活塞式液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1設(shè)計(jì)的依據(jù)、原則和步驟1.1引言一部現(xiàn)代機(jī)器通常由機(jī)架、原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置和工作機(jī)構(gòu)四個(gè)主要部分構(gòu)成，其中機(jī)架為載體，原動(dòng)機(jī)的作用是進(jìn)行能量形式的轉(zhuǎn)換，為機(jī)器提供適當(dāng)形式的動(dòng)力，

3、傳動(dòng)裝置的作用是進(jìn)行動(dòng)力的傳遞，工作機(jī)構(gòu)即執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其作用是消耗能量而做功。如果原動(dòng)機(jī)將其他形式的能轉(zhuǎn)換成液壓能，執(zhí)行元件消耗液壓能而做功，則稱為液壓機(jī)械或液壓機(jī)。液壓機(jī)械的執(zhí)行元件即做功元件是液壓馬達(dá)和液壓缸。液壓馬達(dá)和液壓缸是通用化和標(biāo)準(zhǔn)化程度很高的液壓元件，用戶或設(shè)計(jì)者在研制一部新的液壓機(jī)械時(shí)，應(yīng)盡量選擇標(biāo)準(zhǔn)化的液壓元件，以避免金錢(qián)的浪費(fèi)和時(shí)間、精力的消耗。但由于使用要求的千差萬(wàn)別，液壓元件的專(zhuān)用化設(shè)計(jì)是不可避免的，其中以液壓缸設(shè)計(jì)居多。這是由于液壓缸配置的靈活性，設(shè)計(jì)、制造比較容易，維護(hù)比較方便的特點(diǎn)決定的。因而，相對(duì)其他液壓元件而言，液壓缸的設(shè)計(jì)是極為常見(jiàn)的，這也是工程技術(shù)人員必須具

4、有的一種基本技能。1.2設(shè)計(jì)的依據(jù)液壓缸與機(jī)器及機(jī)器上的機(jī)構(gòu)直接相聯(lián)系，對(duì)于不同的機(jī)構(gòu)，液壓缸的具體用途和工作性能也不同，因此設(shè)計(jì)之前，要進(jìn)行全面地分析和研究，收集必要的原始資料并加以整理作為設(shè)計(jì)的依據(jù)。（1） 了解和掌握液壓缸在機(jī)器上的用途和工作要求。（2） 了解液壓缸工作環(huán)境條件。（3） 了解外部負(fù)載情況。（4） 了解液壓缸運(yùn)動(dòng)形態(tài)及安裝的約束條件。（5） 了解液壓系統(tǒng)的情況。（6） 了解有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)定和其他參考資料。1.3設(shè)計(jì)的一般原則液壓缸設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意如下問(wèn)題：（1）保證液壓缸的輸出推力、拉力（或轉(zhuǎn)矩）、行程和往返運(yùn)動(dòng)速度滿足要求。液壓缸的額定工作壓力（輸出力的折算值）以液壓泵

5、的額定工作壓力的70%為宜。（2）保證液壓缸的每個(gè)零件有足夠的強(qiáng)度、剛度和耐用性（壽命）。（3）在保證上述兩個(gè)條件的前提下，盡量減小液壓缸的外形尺寸和重（質(zhì)）量。一般說(shuō)來(lái)，在外負(fù)載一定的條件下，提高液壓缸的額定工作壓力可減小液壓缸的外形尺寸。（4）在保證液壓缸性能的前提下，盡量減少零件數(shù)量，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。（5）盡量避免液壓缸承受橫（側(cè)）向負(fù)載和偏心負(fù)載，活塞桿工作時(shí)最好受拉力，以免產(chǎn)生縱向彎曲而引發(fā)穩(wěn)定問(wèn)題。（6）液壓缸的安裝形式、活塞桿頭部與外負(fù)載的連接形式要合理，盡量減小活塞桿伸出后的有效安裝長(zhǎng)度，避免產(chǎn)生“鱉勁”現(xiàn)象，增加液壓缸的穩(wěn)定性。（7）密封部位的設(shè)計(jì)和密封件的選用要合理，保證性能可靠

6、、漏量少、摩擦力小、壽命長(zhǎng)、更換方便。密封部位的設(shè)計(jì)是保證液壓缸性能的重要一環(huán)，對(duì)所選用的密封件，應(yīng)使其壓縮率在合理范圍內(nèi)。（8）根據(jù)液壓缸的工作條件和具體情況設(shè)置適當(dāng)?shù)呐艢?、緩沖和防塵措施。在工作條件惡劣的情況下應(yīng)考慮活塞桿的防護(hù)措施。（9）各種零件的結(jié)構(gòu)形式和尺寸設(shè)計(jì)，應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)形式和規(guī)系列尺寸，盡量選用標(biāo)準(zhǔn)件。（10）液壓缸應(yīng)做到成本低、制造容易、維護(hù)方便。1.4設(shè)計(jì)的一般步驟一般情況下，應(yīng)根據(jù)已確定的工作條件和掌握的設(shè)計(jì)資料，靈活地選擇設(shè)計(jì)程序和步驟，反復(fù)推敲和計(jì)算，直到獲得滿意的設(shè)計(jì)結(jié)果。（1）根據(jù)設(shè)計(jì)依據(jù)和負(fù)載機(jī)構(gòu)的動(dòng)作要求，初步確定設(shè)計(jì)方案：缸體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、安裝方式、連接方式等

7、。（2）根據(jù)液壓缸承受的外部載荷作用力確定液壓缸在行程各階段上負(fù)載變化規(guī)律及必須提供的動(dòng)力數(shù)據(jù)。（3）在以輸出力為主的液壓缸設(shè)計(jì)中，根據(jù)負(fù)載F和選定的額定（工作）壓力Pn，確定缸筒內(nèi)徑（即活塞外徑）D和活塞桿直徑d。（4）根據(jù)選擇活塞外徑D和活塞桿直徑d計(jì)算無(wú)桿腔面積A1和有桿腔面積A2；根據(jù)液壓缸速度u的要求，確定液壓缸所需的流量Q。（5）選擇缸筒材料，計(jì)算缸筒厚度或外徑。（6）選擇缸底和缸蓋的結(jié)構(gòu)形式，計(jì)算缸底厚度、缸筒與缸蓋的連接強(qiáng)度；確定具體安裝形式及結(jié)構(gòu)尺寸；確定缸筒上油口的位置、尺寸和連接形式。（7）活塞組件設(shè)計(jì)。（8）必要時(shí)設(shè)計(jì)緩沖和排氣裝置。（9）審定全部設(shè)計(jì)資料及其他技術(shù)文件

8、，對(duì)圖紙進(jìn)行修改和補(bǔ)充。（10） 繪制液壓缸裝配圖和零件圖，編制技術(shù)文件。2設(shè)計(jì)的題目、技術(shù)參數(shù)、目的和要求2.1設(shè)計(jì)題目本次的設(shè)計(jì)題目即設(shè)計(jì)任務(wù)是雙活塞桿雙作用活塞式液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。2.2設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)要求：（1）系統(tǒng)額定壓力：12Mpa;（2）額定負(fù)載：20KN；（3）行程：280mm；（4）安裝分類(lèi)：軸線固定。2.3設(shè)計(jì)目的油缸是液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)和小于360回?cái)[運(yùn)動(dòng)的液壓執(zhí)行元件。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，制造容易以及使用維護(hù)方便、低速穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。因此，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)各部門(mén)。其主要應(yīng)用有：工程機(jī)械中挖掘機(jī)和裝載機(jī)的鏟裝機(jī)構(gòu)和提升機(jī)構(gòu)，起重機(jī)械中汽車(chē)起重機(jī)的伸縮臂和支

9、腿機(jī)構(gòu)，礦山機(jī)械中的液壓支架及采煤機(jī)的滾筒調(diào)高裝置，建筑機(jī)械中的打樁機(jī)，冶金機(jī)械中的壓力機(jī)，汽車(chē)工業(yè)中自卸式汽車(chē)和高空作業(yè)車(chē)，智能機(jī)械中的模擬駕駛艙、機(jī)器人、火箭的發(fā)射裝置等。它們所用的都是直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)油缸，即推力油缸。所以進(jìn)一步研究和改進(jìn)液壓缸的設(shè)計(jì)制造，提高液壓缸的工作壽命及其性能，對(duì)于更好的利用液壓傳動(dòng)具有十分重要的意義。通過(guò)學(xué)生自己獨(dú)立地完成指定的課程設(shè)計(jì)任務(wù)，提高理論聯(lián)系實(shí)際、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，學(xué)會(huì)查閱參考書(shū)和工具書(shū)的方法，提高編寫(xiě)技術(shù)文件的能力，進(jìn)一步加強(qiáng)設(shè)計(jì)計(jì)算和制圖等基本技能的訓(xùn)練，為畢業(yè)后成為一名出色的機(jī)械工程師打好基礎(chǔ)。2.4設(shè)計(jì)要求安課程設(shè)計(jì)要求，完成設(shè)計(jì)題目規(guī)定

10、的設(shè)計(jì)任務(wù)，學(xué)會(huì)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)基本方法1.查科技文獻(xiàn)，2.完成方案設(shè)計(jì)和方案比較，3.完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，4.相關(guān)的計(jì)算工作，5.繪圖（三維建模、二維零件圖、裝配圖等），6.編寫(xiě)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。3液壓缸缸體結(jié)構(gòu)形式的確定3.1結(jié)構(gòu)初型根據(jù)設(shè)計(jì)原始技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，查閱有關(guān)參考資料設(shè)計(jì)或選擇油缸的結(jié)構(gòu)初型。要求安裝分類(lèi)為軸線固定，軸線固定類(lèi)安裝形式的液壓缸在工作時(shí)，軸線位置固定不變。機(jī)床上的液壓缸大多是采用這種安裝形式。（1）通用拉桿式：在兩端缸蓋上鉆出通孔，用雙頭螺桿將缸和安裝座連接拉緊。一般用于短行程、壓力低的液壓缸。（2）法蘭式：用液壓缸上的法蘭將其固定在機(jī)器上。法蘭設(shè)置在活塞桿端的缸頭上，外

11、側(cè)面與機(jī)械安裝面貼緊，這叫頭部外法蘭式。由于液壓缸工作時(shí)反作用力的作用，安裝螺栓承受液壓力的拉伸作用，因而安裝螺栓的直徑較大，并且要求強(qiáng)度計(jì)算。法蘭設(shè)置在活塞桿端的缸頭上，內(nèi)側(cè)面與機(jī)械安裝面貼緊，這叫頭部?jī)?nèi)法蘭式。液壓缸工作時(shí)，安裝螺栓受力不大，主要靠安裝支承面承受，所以法蘭直徑較小，結(jié)構(gòu)較緊湊。這種安裝形式在固定安裝形式中應(yīng)用得最多。法蘭設(shè)置在缸的底部，與機(jī)械安裝面用螺栓緊固，這叫尾部法蘭式。這種安裝形式使液壓缸懸伸，安裝長(zhǎng)度較大，穩(wěn)定性差。（3）支座式：將液壓缸頭尾兩端的凸緣與支座緊固在一起。支座可置于液壓缸左右的徑向、切向，也可置于軸向底部的前后端。徑向安裝時(shí)，安裝面與活塞桿軸線在同一平

12、面上，液壓缸工作時(shí)，安裝螺栓只承受剪切力；切向和軸向安裝時(shí)，活塞的軸線與支座底面有一定的距離，安裝螺栓既受剪切力，又承受因存在傾翻力矩而產(chǎn)生的彎曲力。切向安裝時(shí)傾翻力矩比軸向安裝時(shí)要小一些。對(duì)于支座安裝形式，GS376683的2.2.2條規(guī)定：“支座式液壓缸如不采用鍵或銷(xiāo)承受剪切力時(shí)，則底腳固定螺栓必須經(jīng)受全部剪切力而不致引起危險(xiǎn)”。選擇法蘭安裝方式（頭部?jī)?nèi)法蘭式），優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，易加工易裝卸，缺點(diǎn)重量比螺紋連接的大，但比拉桿連接的小，外徑較大。形式如下圖所示：4液壓缸性能參數(shù)與結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算4.1液壓缸工作負(fù)載力分析和計(jì)算 計(jì)算工作負(fù)載是為了確定液壓缸所需的牽引力，液壓缸的工作負(fù)載是指工作

13、機(jī)構(gòu)在滿負(fù)載情況下，以一定的加速度起動(dòng)時(shí)，對(duì)液壓缸產(chǎn)生的總阻力F或所需提供的液壓力，即F=F+Ff+Fg+F （N）式中 F工作機(jī)構(gòu)作用在活塞上的工作阻力及自重（當(dāng)油缸垂直安裝時(shí)）等對(duì)液壓缸產(chǎn)生的作用力，N；Ff工作機(jī)構(gòu)滿載起動(dòng)時(shí)靜摩擦力對(duì)液壓缸產(chǎn)生的作用力，N；Fg工作機(jī)構(gòu)滿載起動(dòng)時(shí)的慣性力對(duì)液壓缸產(chǎn)生的作用力，N；F液壓缸活塞及活塞桿處的密封摩擦阻力，N；通常以液壓缸的機(jī)械效率來(lái)反映，一般取機(jī)械效率=0.95。由于本次設(shè)計(jì)的液壓缸已給出額定負(fù)載20KN，因此取F=20KN。4.2 液壓缸的液壓力計(jì)算和工作壓力的選擇假定不計(jì)液壓缸回液腔壓力，液壓缸的液壓力有兩種形式：一是作用在活塞上的液壓力

14、即推力；二是作用在活塞桿側(cè)環(huán)形面積上的液壓力即拉力。液壓缸的液壓力必須大于或等于前面所分析負(fù)載力（以工作負(fù)載為主體尚有其他阻力）。當(dāng)無(wú)桿腔面積和有桿腔面積較大時(shí)，在負(fù)載相同的條件下，液壓缸所需的額定壓力較低；反之，則需要的額定壓力較高。由于液壓缸設(shè)計(jì)是液壓系統(tǒng)的一部分，液壓缸的綜合經(jīng)濟(jì)性并不能保證整機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。另外，在一定的外負(fù)荷條件下，工作壓力較低則液壓缸的直徑較大，工作時(shí)有較多的油液通過(guò)，易于精確地控制流量，以獲得平穩(wěn)的低速運(yùn)動(dòng)。選擇液壓缸的工作壓力也可采用類(lèi)比的方法，參照其他同類(lèi)機(jī)械設(shè)備的工作壓力，并按實(shí)際情況加以適當(dāng)調(diào)整。由于本次設(shè)計(jì)液壓缸已給出系統(tǒng)額定壓力12Mpa，因此取p=12M

15、pa。4.3液壓缸速度比的確定確定速度比的主要目的是為了計(jì)算活塞桿的直徑及考慮液壓缸是否要設(shè)計(jì)緩沖裝置。速度比不宜過(guò)大，過(guò)大時(shí)，雖然活塞桿直徑也較大，有利于穩(wěn)定性，但導(dǎo)致活塞桿側(cè)環(huán)形面積變小而引起壓力升高（拉力）時(shí)，同時(shí)還導(dǎo)致液壓缸回程速度升高，容易引起壓力沖擊。反之，速度比過(guò)小時(shí)，則導(dǎo)致活塞桿較細(xì)，對(duì)穩(wěn)定性不利。速度比是在設(shè)計(jì)時(shí)要確定的重要參數(shù)之一，而的取值與工作壓力相關(guān)，一般來(lái)說(shuō)，工作壓力小時(shí)可取較小的值，工作壓力高時(shí)可取較大的值。根據(jù)本次設(shè)計(jì)液壓缸的工作壓力和液壓缸類(lèi)型，查國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 23481993中液壓缸速比與工作壓力的關(guān)系，得=1。4.4液壓缸速度計(jì)算和流量選擇這里所說(shuō)的速度

16、是指液壓缸穩(wěn)定工作速度（為方便，記為u）。液壓缸的速度要適當(dāng)，速度過(guò)高時(shí)常常會(huì)引起密封件的過(guò)熱和磨損，同時(shí)也會(huì)加劇活塞桿、導(dǎo)向套和缸筒的磨損；速度過(guò)低時(shí)，則容易產(chǎn)生爬行等不穩(wěn)定情況。采用橡膠密封件時(shí)，液壓缸的最快速度一般不宜超過(guò)（2430）m/min即（0.40.5）m/s,也不宜低于6m/min（0.1m/s）；參照同類(lèi)液壓缸的速度取值是一種穩(wěn)妥的方法。本次設(shè)計(jì)的液壓缸通過(guò)參照同類(lèi)液壓缸的速度，速度取為8m/min，則液壓缸相應(yīng)的供液量為0.01m3/min。4.5液壓缸綜合結(jié)構(gòu)參數(shù)及安全系數(shù)的選擇1.液壓缸綜合結(jié)構(gòu)參數(shù)已知液壓缸的活塞行程為280mm，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)液壓缸的綜合結(jié)構(gòu)參數(shù)得：

17、油口直徑為12mm，導(dǎo)向距離大于20mm。2.安全系數(shù)的選擇安全系數(shù)的選擇并沒(méi)有硬性規(guī)定，但必須在保證安全的條件下，盡量選擇較小的數(shù)值。安全系數(shù)過(guò)大，不僅造成不必要的浪費(fèi)，提高了成本，而且導(dǎo)致所設(shè)計(jì)的液壓缸外形尺寸大，重量也較大，常常不能適應(yīng)工作要求。但安全系數(shù)也不能取得太低，以免發(fā)生事故。（1）液壓沖擊n1 有輕度的液壓沖擊安全系數(shù)取1.25-1.5,；（2）機(jī)械沖擊n2 有輕度的機(jī)械沖擊安全系數(shù)取2-3；（3）材料n3 采用塑性材料安全系數(shù)取1.5；（4）其他因素n4 （5）不可預(yù)見(jiàn)因素n5。因此液壓缸的綜合安全系數(shù)N=n1n2n3n4n57.3。5缸筒設(shè)計(jì)與計(jì)算5.1缸筒與缸蓋的連接形式

18、對(duì)于雙活塞液壓缸來(lái)說(shuō)，缸體包括缸筒和左右端蓋三個(gè)零件。缸體的結(jié)構(gòu)形式即缸筒與端蓋的連接方式，它與液壓缸的用途、工作壓力、使用環(huán)境及安裝要求等因素有關(guān)。端蓋分為前端蓋和后端蓋。前端蓋將活塞桿腔封閉，并起著為活塞桿導(dǎo)向、密封和防塵之作用，后端蓋即缸底將缸筒內(nèi)腔一端封閉，并通常起著將液壓缸與其他機(jī)件連接的作用。雙活塞桿式液壓缸的前、后端蓋的結(jié)構(gòu)幾乎是相同的。缸筒與缸蓋的常見(jiàn)連接方式有：（1）法蘭連接 缸筒端部設(shè)計(jì)有法蘭，用螺栓將其與端蓋連接起來(lái)。法蘭連接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工和裝拆都很方便，只是外形尺寸和重量都較大。法蘭與缸筒為整體式（見(jiàn)圖1-a）的多為鑄件和鑄件缸筒，加工余量較大，浪費(fèi)材料；焊接法蘭式（見(jiàn)

19、圖1-b）多為鋼質(zhì)缸筒，將無(wú)縫鋼管制成的缸筒與法蘭焊接在一起，其焊縫要進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。法蘭連接是液壓缸中使用最普遍的結(jié)構(gòu)形式。（2）螺釘連接 將缸蓋用螺釘固定在缸筒端部（見(jiàn)圖1-c）。這種連接方式簡(jiǎn)單，但因缸筒壁薄，需要數(shù)量較多的螺釘才能承受液壓力。這種方式多用于柱塞液壓缸和低壓液壓缸。（3）外螺紋連接 這種方式裝拆方便，但需要專(zhuān)用工具。它使缸筒端部結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，螺紋要與缸筒的內(nèi)徑同心。螺紋對(duì)缸筒壁厚尺寸要求不大，很適合無(wú)縫鋼管做缸筒的液壓缸。密封槽一般都設(shè)置在缸筒端面或端蓋上，以免削弱缸筒強(qiáng)度。為了防止螺紋因沖擊震動(dòng)而松動(dòng)，往往增加鎖緊螺母或緊定螺釘，如圖1-d所示。（4）內(nèi)螺紋連接 在缸筒端部

20、加工出內(nèi)螺紋和退刀槽，雖然會(huì)削弱缸筒強(qiáng)度，而且螺紋與缸筒要求同心，但其結(jié)構(gòu)緊湊，外形美觀，不易損壞。連接螺紋可以設(shè)計(jì)在端蓋上，也可以用螺紋壓圈緊固，如圖1-e所示。 圖1 缸筒與端蓋連接簡(jiǎn)圖（5）外卡鍵連接這種連接的強(qiáng)度好，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，裝拆容易，但缸筒端部要切出卡鍵槽，使強(qiáng)度有所降低。外卡鍵一般由兩個(gè)半環(huán)卡鍵組成，固定卡鍵可以用卡鍵帽，如圖1-f所示。（6）內(nèi)卡鍵連接這種連接方式的優(yōu)缺點(diǎn)同外卡鍵差不多，但裝拆不便。為了便于裝拆，卡鍵一般由三瓣組成，第三瓣的剖切口平面必須與軸線平行，否則是裝不進(jìn)去的。裝配卡鍵時(shí)，端蓋外端面不能高出卡鍵槽，裝好卡鍵后，端蓋才能裝到位，如圖1-g所示。卡鍵與卡

21、鍵槽的配合精度要適當(dāng)，間隙過(guò)大，缸筒卡鍵槽處會(huì)因受到?jīng)_擊而產(chǎn)生剪切破壞。（7）彈性卡圈式 彈性卡圈有孔用彈性卡圈和鋼絲彈性卡圈兩種，如圖1-h和圖1-i所示。由于它們都是標(biāo)準(zhǔn)件，因此使用方便，裝拆容易。但因厚度較薄，只能用于中低壓缸筒上。（8）焊接式如圖1-j所示，將端蓋直接焊在缸筒上，強(qiáng)度高，制造簡(jiǎn)單，但容易引起焊接變形，維修時(shí)需破壞端蓋才行。（9）銷(xiāo)釘式如圖1-k所示，將端蓋裝入缸筒后，相配鉆鉸，裝上銷(xiāo)釘。這種連接方式簡(jiǎn)單方便，但銷(xiāo)釘承受的剪切力較大，要校核強(qiáng)度和銷(xiāo)釘數(shù)量。（10）拉桿式如圖1-l所示，起結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性好，通用性大，但端蓋的體積和重量較大，拉桿受力后會(huì)拉伸變長(zhǎng)，影響密封效

22、果，只適用于中低壓液壓缸。通過(guò)對(duì)以上幾種連接方式綜合對(duì)比采用法蘭連接。具體形式如下圖所示：5.2對(duì)缸筒的要求及材料選擇缸筒是液壓缸的主要零件，有時(shí)還是液壓缸的直接做功部件；它與端蓋、活塞構(gòu)成密封容腔，用以容納壓力油液、驅(qū)動(dòng)負(fù)載而做功，因而要有足夠的強(qiáng)度、足夠的剛度、可靠的密封性及良好的可焊性。精密冷拔鋼管是缸體最常用的材料，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 87131988液壓與氣動(dòng)缸筒用精密無(wú)縫鋼管（高于ISO4394/I1980的規(guī)定）有明確的技術(shù)規(guī)定。在此選用調(diào)質(zhì)45號(hào)鋼的精密冷拔鋼管，通過(guò)查機(jī)械手冊(cè)得：b610/Mpa；s360/Mpa；514 (%)；硬度230HB； 0.2750/Mpa；粗糙度Ra0

23、.8um；直線度缸筒內(nèi)徑90mm時(shí)0.3mm/m,90mm時(shí)0.5mm/m。現(xiàn)在利用屈服強(qiáng)度來(lái)引申出缸筒材料的許用應(yīng)力= s/n=360/8=45Mpa。其中8是選取的安全系數(shù)，來(lái)源于下表：液壓缸的安全系數(shù)材料名稱靜載荷交變載荷沖在載荷不對(duì)稱對(duì)稱鋼，鍛鐵344125.3缸筒的計(jì)算對(duì)于負(fù)載較大的工程、礦山機(jī)械用的油缸，在系統(tǒng)給定的工作壓力情況下，常以保證油缸有足夠的牽引力，能驅(qū)動(dòng)工作負(fù)載為確定缸筒內(nèi)徑的重要條件，如果尚有運(yùn)動(dòng)速度要求時(shí)，則往往在校核時(shí)通過(guò)選擇適當(dāng)流量油泵的辦法來(lái)解決。對(duì)于雙出桿雙作用液壓缸，可根據(jù)下式計(jì)算缸筒內(nèi)徑并把它圓整到規(guī)定的系列尺寸上。D=4Fp式中 D缸筒內(nèi)徑，m；F推力

24、負(fù)載（取最大負(fù)載值即額定負(fù)載），N；p供液壓力（假定回液壓力為大氣壓），Pa；機(jī)械效率（初算時(shí)可取=0.9-0.95）。代入數(shù)值計(jì)算后D=0.0485m，根據(jù)GB/T2348-1993取D=63mm。經(jīng)查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)初步確定該液壓缸為中等壁厚的液壓缸/D=0.08-0.3，缸筒壁厚的計(jì)算公式為pmaxD2-3pmax，式中=sns，代入數(shù)值計(jì)算后得9.375mm。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中典型液壓缸系列產(chǎn)品的缸筒壁厚尺寸取=10mm。由此可得液壓缸缸筒外徑D1=83mm。計(jì)算求得缸筒壁厚值后，還應(yīng)進(jìn)行以下4個(gè)方面的驗(yàn)算，以保證液壓缸安全可靠的工作。（1）液壓缸的額定工作壓力pn應(yīng)低于一定的極限值，以保證

25、工作安全，即pn0.35s（D12-D2）D2，式中D1，D液壓缸外徑和內(nèi)徑，m或cm；s缸筒材料的屈服強(qiáng)度，Mpa。代入數(shù)值計(jì)算得pn92.7Mpa,滿足條件。（2）為避免缸筒工作時(shí)發(fā)生塑性變形，液壓缸的額定工作壓力pn應(yīng)與塑性變形壓力prL有一定的比例關(guān)系：pn（0.35-0.42）prLprL2.3slgD1D代入數(shù)值計(jì)算得prL99.14Mpa，pn（34.70-41.64）Mpa，滿足條件。 （3）缸筒的徑向變形量D值應(yīng)在允許范圍內(nèi)，而不能超過(guò)密封件允許的范圍：D=prDE(D12+D2D12-D2+v)，式中pr液壓缸耐壓試驗(yàn)壓力（各國(guó)規(guī)范多數(shù)規(guī)定為當(dāng)額定壓力小于16Mpa時(shí)為1.

26、5倍的額定壓力），Mpa；E缸筒材料的彈性模數(shù)，Mpa；v缸筒材料的泊松比，鋼材為0.3。代入數(shù)值計(jì)算后得滿足條件。（4）為確保液壓缸安全的使用，缸筒的爆裂壓力pE應(yīng)大于耐壓實(shí)驗(yàn)壓力pr：pE=2.3blgD1Dpr，代入數(shù)值計(jì)算求得pE=168Mpa,其值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于pr=18Mpa值，滿足條件。綜上所得，本次選取的缸筒壁厚滿足要求。5.4缸筒加工的技術(shù)要求缸筒是液壓缸中最難加工的零件，因此其技術(shù)要求要合理，過(guò)高時(shí)將會(huì)導(dǎo)致制造成本的大幅提高，過(guò)低時(shí)又將影響液壓缸的工作性能和使用壽命。 缸筒內(nèi)徑公差等級(jí)和表面粗糙度 缸筒與活塞一般采用基孔制的間隙配合?；钊捎孟鹉z、塑料、皮革材質(zhì)密封件時(shí)，缸筒內(nèi)孔

27、可采用H8、H9公差等級(jí)，與活塞組成、等不同的間隙配合。缸筒內(nèi)孔表面粗糙度取Ra=0.400.10m。采用活塞環(huán)密封時(shí)，缸筒內(nèi)孔的公差等級(jí)一般取H7，它可與活塞組成、等不同的間隙配合，內(nèi)孔表面粗糙度取Ra=0.400.20m。采用間隙密封，缸筒內(nèi)孔的公差等級(jí)一般取H6，與活塞組成的間隙配合，表面粗糙度取 Ra=0.100.05m。選用配合，表面粗糙度取0.7m。（2）缸筒的形位公差 缸筒內(nèi)徑的圓度、錐度、圓柱度誤差不大于直徑尺寸公差的一半；缸筒軸線的直線度誤差在500mm長(zhǎng)度上不大于0.03mm；缸筒端面對(duì)軸線的圓跳動(dòng)在100mm的直徑上不大于0.04mm。 安裝部位的技術(shù)要求 缸筒端面和缸蓋

28、接合面對(duì)液壓缸軸線的垂直度誤差，按直徑每100mm不得超過(guò)0.04mm，缸筒安裝缸蓋的螺紋應(yīng)采用2a級(jí)精度的公制螺紋，采用耳環(huán)安裝方式時(shí)，耳環(huán)孔的軸線對(duì)缸筒軸線的位置度誤差不大于0.03mm，垂直度誤差在100mm長(zhǎng)度上不大于0.1mm。采用軸銷(xiāo)式安裝方法時(shí)，軸銷(xiāo)的軸線與缸筒軸線的位置度誤差不大于0.1mm，垂直度誤差在100mm長(zhǎng)度上不大于0.1mm。 其他技術(shù)要求 缸筒內(nèi)徑端部倒角1530，或倒R3以上的圓角；表面粗糙度不低于Ra=0.8m，以免裝配時(shí)損傷密封件；缸筒端部需焊接時(shí)，缸筒內(nèi)部的工作表面距離焊縫不得小于20mm；熱處理調(diào)質(zhì)硬度一般為HB241285；為了防止缸筒腐蝕、提高壽命，

29、缸筒內(nèi)徑可以鍍鉻，鍍層厚度一般為0.030.05mm，然后進(jìn)行珩磨或拋光；缸筒外露表面可涂耐油油漆，顏色按照具體要求。5.5缸筒頭部法蘭厚度采用螺釘連接法蘭，結(jié)構(gòu)如圖2所示其法蘭厚度h為：h=3F(D0-dcp)dcp圖2 螺釘連接法蘭式中 h法蘭厚度，mm；F法蘭受力總和，N，F(xiàn)=4d2p+4(dH2-d2)q；dcp密封環(huán)平均直徑，m，dcp=12d+dH；p工作壓力，pa；d密封環(huán)內(nèi)徑，m；dH密封環(huán)外徑，m；q附加密封壓力，pa,若采用金屬材料時(shí)，q值即屈服極限點(diǎn)；D0螺釘孔分布圓直徑，m；法蘭材料的許用應(yīng)力，pa。其中d=63mm，dH=57mm，dcp=52mm，p=18Mpa，q

30、=3Mpa，F(xiàn)=29KN，=90Mpa，D0=73mm，D=83mm，代入計(jì)算后得h=6.88mm，為能保證安全，取h=10mm。5.6缸筒缸蓋的連接計(jì)算缸筒與缸蓋采用螺栓連接，連接如下圖所示：螺紋處拉應(yīng)力為：=4KFd12Z；螺紋處的切應(yīng)力為=K1KFd020.2d12Z；合應(yīng)力為：n=2+32。式中Z螺栓數(shù)目，取8；d1螺紋內(nèi)徑，m；d0螺紋外徑，m。螺紋外徑和內(nèi)徑的選擇：=6mm，=4.8mm；系數(shù)選擇：考慮到載荷可能有變化，為了安全，選?。篕=3，=0.12。根據(jù)式得到螺紋處的拉應(yīng)力為：=207Mpa；螺紋處的剪應(yīng)力為：=3515pa；合成應(yīng)力為：=207Mpa。由以上運(yùn)算結(jié)果知，應(yīng)選

31、擇螺栓等級(jí)為9.8級(jí)，查表的得：抗拉強(qiáng)度極限=900Mpa；屈服極限強(qiáng)度=720Mpa。不妨取安全系數(shù)n=2，可以得到許用應(yīng)力值：=/n=720/2=360Mpa。再次使用式得到： 成立證明選用螺栓等級(jí)合適。5.7 缸蓋的材料和技術(shù)要求缸蓋常用45號(hào)鋼鍛造或鑄造毛坯，需要焊接結(jié)構(gòu)的，采用焊接性能較好的35號(hào)鋼，中低壓缸可用HT200、HT250、HT300等灰口鑄鐵材料，在此選用45號(hào)鋼鍛造。缸蓋內(nèi)孔一般尺寸公差采用H7、H8的精度等級(jí)、表面粗糙度通常取為Ra1.63.2m。缸蓋內(nèi)孔與凸緣止口外徑的圓度、圓柱度誤差不大于直徑尺寸公差的一半。內(nèi)孔和凸緣止口的同軸度允差不大于0.03mm，相關(guān)端面

32、對(duì)內(nèi)孔軸線的圓跳動(dòng)在直徑100mm上不大于 0.04mm。5.8缸蓋厚度的確定一般液壓缸多為平底缸蓋，其有效厚度t按強(qiáng)度要求可用以下式子做近似計(jì)算：無(wú)孔時(shí)t0.433D2py；有孔時(shí)t0.433D2pyD2(D2-d0)；式中t缸蓋有效厚度（m）；D2缸蓋止口內(nèi)徑（m）；d0缸蓋孔的直徑（m）。5.9最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支承面中點(diǎn)到導(dǎo)向套滑動(dòng)面中點(diǎn)的距離稱為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度（如圖所示），若導(dǎo)向長(zhǎng)度太小，將使油缸因間隙引起的初始撓度增大，從而影響油缸的工作穩(wěn)定性。對(duì)于一般油缸，其最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H應(yīng)滿足下式要求： (m)；式中 -油缸最大工作行程 (m)；-缸筒內(nèi)徑 (m)。代入

33、數(shù)值計(jì)算后得H30mm?；钊膶挾菳一般取B=（0.61.0）D；缸蓋滑動(dòng)支承面的長(zhǎng)度A，根據(jù)液壓缸內(nèi)徑而定，當(dāng)D小于80mm時(shí)，取A=（0.61.0）D；當(dāng)D大于80 mm時(shí)，取A=（0.61.0）d。為了保證最小導(dǎo)向長(zhǎng)度而過(guò)份地增大導(dǎo)向套長(zhǎng)度和活塞寬度都是不適宜的。最好的方法是在導(dǎo)向套與活塞之間裝一隔套K，其長(zhǎng)度由所需的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度決定。采用隔套不僅能保證最小導(dǎo)向長(zhǎng)度，而且可以擴(kuò)大導(dǎo)向套及活塞的通用性，即。5.10缸體長(zhǎng)度的確定液壓缸缸體內(nèi)部長(zhǎng)度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和，缸體外形長(zhǎng)度還要考慮到兩端端蓋的厚度，一般液壓缸缸體的長(zhǎng)度不應(yīng)大于內(nèi)徑的2030倍。缸體長(zhǎng)度取為410mm。6活

34、塞組件設(shè)計(jì)6.1活塞設(shè)計(jì)（1）活塞的結(jié)構(gòu)形式和密封件形式活塞的密封件形式要根據(jù)液壓缸的設(shè)計(jì)（額定）壓力、速度和溫度等工作條件來(lái)選擇，而選擇的密封件形式則決定了活塞的結(jié)構(gòu)形式?；钊Ｓ玫慕Y(jié)構(gòu)形式可分為整體式和分體（組合）式兩種。整體式活塞要在活塞圓周上開(kāi)溝槽以安裝密封件和支承環(huán)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但活塞加工困難，另外密封件安裝時(shí)也容易拉傷和扭曲，影響密封性能和密封件使用壽命。分體（組合）式活塞大多數(shù)可以多次拆裝，密封件使用壽命長(zhǎng)。在通常情況下，支承環(huán)是活塞件的不可或缺的結(jié)構(gòu)元件，它不但可以精確導(dǎo)向，還可以吸收活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)隨時(shí)產(chǎn)生的側(cè)向力，因而大多數(shù)密封件都與支承環(huán)聯(lián)合使用，大大減低了活塞加工成本。在此活塞

35、的結(jié)構(gòu)形式選為整體式。O形密封圈和格來(lái)圈等適用整體式活塞，在此選擇O形密封圈，此整體式活塞中，密封環(huán)和導(dǎo)向套是分槽安裝的。結(jié)構(gòu)形式如下圖：注：1-擋圈，2-密封件，3-支承（導(dǎo)向）環(huán)（2）活塞的材料選擇活塞材料選用的依據(jù)主要從活塞的結(jié)構(gòu)形式來(lái)考慮，因?yàn)榛钊麨檎w式并有支承環(huán)，選用45號(hào)優(yōu)質(zhì)碳素鋼。（3）活塞的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和技術(shù)要求活塞的寬度B一般為活塞外徑D的（0.6-1）倍，因?yàn)榛钊耐鈴紻等于缸筒的內(nèi)徑，所以活塞的寬度B取為50mm。另外也要根據(jù)密封件的形式、數(shù)量、安裝導(dǎo)向環(huán)的溝槽尺寸進(jìn)一步細(xì)化，使上述元件間距適當(dāng)。由于采用橡膠密封件，活塞外徑的公差等級(jí)取f9，與活塞桿配合的內(nèi)孔公差等級(jí)取H7

36、。活塞外圓的表面粗糙度要優(yōu)于Ra0.32m，內(nèi)孔粗糙度要優(yōu)于Ra0.08m?；钊鈴綄?duì)內(nèi)孔及密封溝槽的同軸度允差不大于0.02mm；活塞外徑、內(nèi)孔的圓度、同軸度不大于尺寸公差的一半，斷面對(duì)軸線的垂直度允差不大于0.04mm/100mm。活塞與活塞桿軸肩的接合面粗糙度可在Ra1.6m左右，但與內(nèi)孔軸線的垂直度一定要在允差的范圍之內(nèi)。活塞的具體結(jié)構(gòu)參數(shù)為：外徑61mm；內(nèi)徑11mm；寬度50mm。6.2活塞與活塞桿的連接結(jié)構(gòu)活塞與活塞桿的連接采用卡環(huán)（鍵）型，這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆裝方便，活塞借助徑向間隙有少量浮動(dòng)，不易卡滯，但活塞與活塞桿之間有軸向公差，該軸向公差會(huì)造成活塞與活塞桿的不必要的竄動(dòng)，但這

37、種結(jié)構(gòu)在低速液壓缸中得到廣泛使用。形式如下圖所示：6.3活塞桿設(shè)計(jì)（1）活塞桿直徑的確定在無(wú)速度比要求的情況下，且液壓缸為推力負(fù)載，活塞桿直徑可按d=（1/5-1/3）D取值，然后校核活塞桿強(qiáng)度并圓整至國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。代入數(shù)值計(jì)算并根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)最后暫取d=14mm。（2）活塞桿基本結(jié)構(gòu)活塞桿有實(shí)心桿和空心桿兩種，選用實(shí)心桿，這種桿強(qiáng)度較高，加工簡(jiǎn)單。大致形式如下圖所示：（3）活塞桿的材料和技術(shù)要求實(shí)心活塞桿多采用優(yōu)質(zhì)碳素鋼冷拔材料35號(hào)鋼、45號(hào)鋼、55號(hào)鋼制成，以減少切削加工。選用45號(hào)鋼為該活塞桿的材料，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得：抗拉強(qiáng)度b/MPa600；屈服強(qiáng)度s/MPa340；延伸率(%)13

38、；熱處理：調(diào)質(zhì)或加高頻淬火；表面處理：鍍鉻2030m?；钊麠U外徑尺寸公差選為f8，表面粗糙度Ra=（0.160.63）m，直線度0.02100mm，圓度等幾何精度誤差不大于外徑公差的一半，與活塞內(nèi)孔配合的軸頸與外圓的同軸度允差不能大于0.010.02mm，安裝活塞的軸肩與活塞桿軸線的垂直度允差不大于 0.04/100mm，活塞桿端部的卡鍵槽、螺紋及緩沖柱塞與桿徑同軸度允差不大于0.010.02mm，緩沖柱塞最好采用活塞桿本身的端頭部。（4）活塞桿外端（頭部）結(jié)構(gòu)形式活塞桿外端是液壓缸與負(fù)載的連接部位，根據(jù)液壓缸的安裝和負(fù)載連接方式選擇。由于液壓缸軸線固定，因此采用外螺紋式的活塞桿端部，螺紋直徑

39、與螺距為M121.25，螺紋長(zhǎng)度等于20mm。（5）活塞桿的導(dǎo)向在液壓缸的前、后端蓋的內(nèi)部，安裝有對(duì)活塞桿導(dǎo)向的導(dǎo)向套（環(huán)）和對(duì)缸筒有桿腔進(jìn)行密封的密封件及防止活塞桿內(nèi)縮時(shí)將灰塵、水分和雜質(zhì)帶入密封件的防塵圈?；钊麠U導(dǎo)向的結(jié)構(gòu)形式有：無(wú)導(dǎo)向套（環(huán)）、金屬導(dǎo)向套（環(huán)）和非金屬導(dǎo)向套（環(huán)）三種。選擇金屬導(dǎo)向套（環(huán)），用青銅QAL9-4耐磨材料做成，這種形式的導(dǎo)向套（環(huán)）的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約耐磨金屬材料，承載能力強(qiáng)，但加工復(fù)雜，磨損后修復(fù)困難。導(dǎo)向支承長(zhǎng)度是端蓋長(zhǎng)度減去防塵圈溝槽的長(zhǎng)度之后的剩余部分，在這個(gè)支承長(zhǎng)度上，安裝有密封件和導(dǎo)向套（環(huán)）。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，活塞桿在液壓缸的最小支承長(zhǎng)度L應(yīng)大于缸內(nèi)徑D和活塞桿

40、半徑d的一半之和，即LD+0.5d。帶入數(shù)值計(jì)算后得L64mm，圓整后取L=70mm。導(dǎo)向套（環(huán)）外圓與端蓋內(nèi)孔配合為H8/f7，內(nèi)孔與活塞桿配合為H9/f9。外圓與內(nèi)孔的同軸度不小于0.03mm，圓度和圓柱度不大于直徑公差之半。（6）活塞桿的密封與防塵活塞桿處的密封形式有O形、V形、Y形等密封圈，為了清除活塞桿處外露部分沾附的灰塵，保證油液清潔及減少磨損，在端蓋外側(cè)增加防塵圈。常用的有無(wú)骨架防塵圈和J形橡膠密封圈，也可用毛氈圈防塵。選擇O形軸用密封圈，優(yōu)點(diǎn)是密封部位結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝部位緊湊，重量輕，密封性能好，成本低。為防止外界污物浸入液壓缸內(nèi)部導(dǎo)致油液污染和往復(fù)遠(yuǎn)動(dòng)副的磨損，選擇A型防塵圈，

41、呈唇形結(jié)構(gòu)，材料為聚氨酯橡膠。6.4活塞桿及連接件強(qiáng)度校核（1）活塞桿強(qiáng)度校核活塞桿的直徑強(qiáng)度按下式進(jìn)行校核：，式中 液壓缸負(fù)載，N;材料許用應(yīng)力，=b/n，b為材料抗拉強(qiáng)度，單位為pa，n為安全系數(shù)，一般為n=1.4。代入數(shù)值計(jì)算后得d5.45mm，因此強(qiáng)度符合要求。（2）活塞桿軸肩、螺紋及卡環(huán)（鍵）強(qiáng)度活塞桿軸肩的擠壓強(qiáng)度計(jì)算公式為=F4(d-2c2)2-d2+2c12，式中活塞桿軸肩擠壓應(yīng)力，Pa；F活塞桿作用力，N；d活塞桿直徑，m；d2活塞內(nèi)孔內(nèi)徑，m；c1活塞孔部倒角，m；c2活塞桿軸肩倒角，m；軸肩的許用應(yīng)力，Pa。代入數(shù)值計(jì)算后滿足條件。即活塞桿軸肩符合擠壓強(qiáng)度?；钊麠U的螺紋連接及卡鍵連接強(qiáng)度的校核較麻煩，在此省略其校核過(guò)程，但經(jīng)過(guò)有關(guān)手冊(cè)的查詢?cè)偌由蠑?shù)據(jù)可靠性，滿足條件。6.5活塞桿液壓缸穩(wěn)定性校核活塞桿的穩(wěn)定性即液壓缸的穩(wěn)定性。長(zhǎng)行程的液壓缸，特別是兩端采用鉸鏈結(jié)構(gòu)的液壓缸，當(dāng)液壓缸安裝（計(jì)算、支承）長(zhǎng)度L與活塞桿直徑