液壓缸課程設計

1、河南理工大學機械學院課程設計說明書題目名稱：單柱壓力機的液壓缸設計學院：機械與動力工程學院班級：機電11-1姓名：邱曉學號：3指導教師：劉俊利目錄一、課程設計的目的及要求二、課程設計內容及參數確定三、液壓缸主要尺寸的確定四、液壓缸的密封設計 五、支承導向的設計 六、防塵圈的設計 七、 液壓缸材料的選用八、課程設計總結 九、參考文獻說明書一、課程設計的目的 油缸是液壓傳動系統(tǒng)中實現往復運動和小于 360°回擺運動的 液壓執(zhí)行元件。具有結構簡單，工作可靠，制造容易以及使用維護 方便、低速穩(wěn)定性好等優(yōu)點。因此，廣泛應用于工業(yè)生產各部門， 如：工程機械中挖掘機和裝載機的鏟裝機構和提升機構，起

2、重機械 中汽車起重機的伸縮臂和支腿機構，礦山機械中的液壓支架及采煤 機的滾筒調高裝置，建筑機械中的打樁機，冶金機械中的壓力機， 汽車工業(yè)中自卸式汽車和高空作業(yè)車，智能機械中的模擬駕駛艙、 機器人，火箭的發(fā)射裝置等。它們所用的都是直線往復運動油缸， 即推力油缸。所以，研究和改進液壓缸的設計制造，提高液壓缸的 工作壽命及其性能，對于更好的利用液壓傳動具有十分重要的意 義。設計要求1、每個參加課程設計的學生，都必須獨立按期完成設計任務書 所規(guī)定的設計任務。2、設計說明書和設計計算書要層次清楚，文字通順，書寫工 整，簡明扼要，論據充分。計算公式不必進行推導，但應注明公式中各符號的意義，代入數據得 出結

3、果即可。3、說明書要有插圖，且插圖要清晰、工整，并選取適當此例。 說明書的最后要附上草圖。4、繪制工作圖應遵守機械制圖的有關規(guī)定，符合國家標準。5、繪制液壓缸總圖；6、一份設計說明書二、課程設計內容及所給參數1 、設計參數 主要技術參數： 壓力機額定輸出力： 20 噸； 液壓缸安裝方式：豎直布置，法蘭固定； 液壓缸行程： 250 mm； 液壓缸額定壓力： 10MPa； 液壓缸背壓： 1 MPa；環(huán)境溫度：-1070 C。三、液壓缸主要尺寸的確定1. 液壓缸的工作壓力主要是根據液壓設備的類型來確定的，對于 不同用途的液壓設備，由于實際的工作條件不同，通常采用的壓力 范圍也不同。液壓缸的工作壓力為

4、 P=10Mpa2. 液壓缸缸筒內徑 D 的計算根據已知條件，工作最大負載 F=120000N工作壓力P=10MPa 液壓缸內徑D和活塞桿直徑d的確定：已知: F=120000N,P=10MPa，d=x =式中：F 液壓缸的理論作用力，N;p 供油壓力，MPad 活塞桿的直徑，m查表得：D= 125mm ,d=100mm3、液壓缸活塞桿直徑 d的確定由已知條件查表(GB/T2348-1993),取d=100mm選用45號鋼查表知，45鋼的屈服強度s 355MP 按強度條件校核：因為由上面的計算所選擇的活塞桿直徑 d=125mm遠大于按強度條件 校核的最小直徑29mm所以計算選擇的直徑d符合要求

5、。4、液壓缸壁厚的計算液壓缸的壁厚由液壓缸的強度條件來計算。液壓缸的壁厚一般 指缸筒結構中最薄處的厚度。從材料力學可知，承受內壓力的圓 筒，其內應力分布材料規(guī)律因壁厚的不同而各異。一般計算時可分 為薄壁圓筒和厚壁圓筒。本設計按照薄壁圓筒設計，其壁厚按薄壁圓筒公式計算為:PyD2(該設計材料采用無縫鋼管)=100MPa式中，D為缸筒內徑；Py為缸筒試驗壓力，當缸的額定壓力Pn 16MPa時，取Py= Pn ；而當Pn 16MPa時，取Py = Pn ；為缸筒材料的許用應力，=b/nb為材料抗拉強度，n為安全系數，一般取n=5由計算的公式所得的液壓缸的壁厚厚度很小，使缸體的剛度不夠， 如在切削加工

6、過程中的變形，安裝變形等引起液壓缸工作過程中卡 死或漏油。所以用經驗法選取壁厚：3=125、缸體外徑尺寸的計算缸體外徑 D1 D 2 125 2 12 149mm查機械設計手冊：液壓缸的外徑 Di取160mm液壓缸的材料為S45; 液壓缸的產品系列代號為A型即工程液壓缸。6、液壓缸工作行程的確定 由于在液壓缸工作時要完成如下的幾個動作：快 進 150I工 進50丨J工 進50丨快 退1n|<1即可根據執(zhí)行機構實際工作的最大長度確定。由上述動作和已知參數可以得出液壓缸的工作行程為 250mm7、缸底厚度的確定一般液壓缸多為平底缸底，其有效厚度 按強度要求可用下式進 行近似計算：式中：D 缸

7、蓋止口內徑(mm);缸底厚 (mm);P缸內最大壓力， MPa;缸底材料許用應力，MPa其選用方法與上面缸筒 厚度的計算是相同的。由上面的計算得出，缸底的厚度17mm8、最小導向長度 當活塞桿全部外伸時，從活塞支承面中點到導向套滑動面中點的距 離稱為最小導向長度 (如圖 4 所示)，若導向長度太小，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。對于一般 油缸，其最小導向長度H應滿足下式要求： 式中：L -油缸最大工作行程(m)D- 缸筒內徑 (m)一般導向套滑面的長度 A,在缸筒內徑D v 80mn取缸筒內徑D 的倍；在缸筒內徑D>80mnS寸則取活塞桿直徑的倍?；钊麑挾?/p>

8、 B 取缸筒內徑D的倍,為了保證最小導向長度而過份地增大導向套長 度和活塞寬度都是不適宜的。最好的方法是在導向套與活塞之間裝 一隔套K,其長度C由所需的最小導向長度決定。采用隔套不僅能保 證最小導向長度，而且可以擴大導向套及活塞的通用性。9、活塞寬度 B 的確定活塞的寬度B 一般取B= () D即 B= (x 125 = (75125) mm10、缸體長度的確定液壓缸缸體內部的長度應等于活塞的行程與活塞寬度的和。缸 體外部尺寸還要考慮到兩端端蓋的厚度，一般液壓缸缸體的長度不 應大于缸體內徑D的20-30倍。即：缸體內部長度250+75=325mm缸體長度=(2030) D= (2500375O

9、 mm即取缸體長度為510mm11、液壓缸進、出油口尺寸的確定液壓缸的進、出油口可布置在端蓋或缸筒上，進、出油口處的 流速不大于5m/s，油口的連接形式為螺紋連接或法蘭連接。根據液壓缸螺紋連接的油口尺寸系列(摘自GB/T2878-93)及16MPOJ、型系列單桿；自(GB/T2878-93)及16MPa、型系列的單桿液壓缸油口安裝尺寸(ISO8138-1986)確定。進出油口的尺寸為。連接方式為螺紋連接。12、活塞桿強度和液壓缸穩(wěn)定性計算1)活塞桿強度計算活塞桿的直徑d按下式進行校核4 100 1033.14 10035mm符合要求式中，F為活塞桿上的作用力;為活塞桿材料的許用應力，2)液壓缸

10、穩(wěn)定性計算活塞桿受軸向壓縮負載時，它所承受的力 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)定性的校核依下式進行：式中，nk為安全系數，一般取n k=24。當活塞桿的細長比l/rk 2時：式中，l為安裝長度，其值與安裝方式有關，見表 1； rk為活塞桿橫 截面最小回轉半徑，rk ' J/A ；1為柔性系數，其值見表2；2為由液壓缸支撐方式決定的末端系數，其值見表1； E為活塞桿材料的彈性模量，對鋼取E 2.06 10l1N/m2 ； J為活塞桿橫截面慣

11、性矩；A 為活塞桿橫截面積；f為由材料強度決定的實驗值，為系數，具體數值見表2。表2 f、i的值材料鑄鐵1/160080鍛鐵1/9000110鋼1/500085表1液壓缸支承方式和末端系數 2的值支承方式支承說明末端系數2一端自由一端固定兩端鉸接1一端鉸接一端固定2兩端固疋413、緩沖裝置設計計算液壓缸中緩沖裝置的工作原理是利用活塞或缸筒在其走向行程終端 時在活塞和缸蓋之間封住一部分油液，強迫它從小孔或細縫中擠出 以產生很大的阻力，使工作部件受到制動，逐漸減慢運動速度達到 避免活塞和缸蓋相互撞擊的目的。液壓缸中使用的緩沖裝置的工作原理如圖 9所示。最常用的是節(jié)流 口可調式和節(jié)流口變化式兩種。其

12、中，節(jié)流口可調式緩沖裝置在節(jié) 流口調定后，工作原理上就相當于一個單孔口式的緩沖裝置。表3示節(jié)流口可調式和節(jié)流口變化式兩種緩沖裝置的主要性能。圖9液壓缸的緩沖裝置原理表3液壓缸中常用的緩沖裝置名稱和工作原理圖特點說明1針形節(jié)流閥2 單向閥被封在活塞和缸蓋間的油液 經針形節(jié)流閥流出節(jié)流閥開口可根據負載情況 進行調節(jié)起始緩沖效果大，隨著活塞的行進，緩沖效果逐漸減 弱，故制動行程長緩沖腔中的沖擊壓力大 緩沖性能受油溫影響 適用范圍廣1軸向節(jié)流閥被封在活塞和缸蓋間的油液 經活塞上的軸向節(jié)流槽流出 緩沖過程中節(jié)流口通流截面 不斷減小，當軸向槽的橫截 面為矩形，縱截面為拋物線 形時，緩沖腔可保持恒壓 緩沖作

13、用均勻，緩沖腔壓力 較小，制動位置精度咼四：液壓缸的密封設計液壓缸要求低摩擦，無外漏，無爬行，無滯澀，高響應，長壽命， 要滿足伺服系統(tǒng)靜態(tài)精度，動態(tài)品質的要求，所以它的密封與支承 導向的設計極為重要，不能簡單的延用普通液壓缸的密封和支承導 向。因此設計密封時應考慮的因素：用于微速運動（3-5mm/s）的場合時，不得有爬行，粘著滯澀現象 工作在高頻振動的場合的，密封摩擦力應該很小且為恒值。要低摩 擦，長壽命。工作在食品加工、制藥及易燃環(huán)境的伺服液壓缸，對密封要求尤為 突出，不得有任何的外滲漏，否則會直接威脅人體健康和安全。 工作在諸如冶金、電力等工業(yè)部門的，更換密封要停產，會造成重 大經濟損失，

14、所以要求密封長壽命，伺服液壓缸要耐磨。 對于高速輸出的伺服液壓缸，要確保局部過熱不會引起密封失效， 密封件要耐高溫，要有良好的耐磨性。工作在高溫、熱輻射場合的伺服液壓缸，其密封件的材料要有長期 耐高溫的特性。工作介質為磷酸酯或抗燃油的，不能用礦物油的密封風材料，要考 慮他們的相容性。伺服液壓缸的密封設計不能單獨進行，要和支承導向設計統(tǒng)一進行 統(tǒng)籌安排。（1）靜密封的設計 靜密封的設計要確保固定密封處在正常工作壓力的倍工作壓力下均 無外泄露。靜密封通常選用0形橡膠密封圈。根據標準，查通用0形密封圈系列（代號G）的內徑、截面及公差。由液壓缸裝配草圖確定：選用125 x G 一個36 x G 一個（

15、 2）動密封的設計動密封的設計直接關系著伺服液壓缸性能的優(yōu)劣，其設計必須結合 支承導向的設計統(tǒng)籌進行。 活塞與缸筒之間用 Y 型密封圈。根據液壓傳動與控制手冊表13-23，查得用226編號的0型密封 圈,其尺寸為X .活塞桿與端蓋之間用丫型密封圈,它使雙作用元件具有良好的性能， 抗擠壓性好 , 尺寸穩(wěn)定 , 摩擦力小 , 耐磨、耐腐蝕性強 . 五、支承導向的設計 伺服液壓缸的支承導向裝置就是為了防止活塞與缸筒、活塞活塞桿 與端蓋之間的直接接觸 , 相互摩擦 , 產生磨損, 從而達到降低摩擦 , 減 少磨損, 延長壽命 , 起到導向和支承側向力的作用 .導向環(huán)的特點 : 避免了金屬之間的接觸 ;

16、具有高的徑向交荷承觸力 ;能補償邊界力 ;具有強耐磨性和高壽命 ;摩擦力小 ;能抑制機械振動 ;有良好的防塵效果 , 不允許外界異物嵌入 ;保護密封件不受過分擠壓 ; 導向時即使無潤滑也沒有液動力方面的問題 ;結構簡單 , 安裝方便 ;維修費用小 .導向環(huán)的作用 : 導向環(huán)安裝在活塞外圈的溝槽內或活塞桿導向套內圓 的溝槽內,以保證活塞與缸筒或活塞桿與其導向套的同軸度 , 并用以 承受活塞或活塞桿的側向力 , 用來對活塞桿導向 .根據 新編液壓工程手冊（下冊） 表查得選用GST5908-063C的導向環(huán).導向套的選用為其導向長度 A=取 A=100mm六：防塵圈的設計為防止落入活塞桿的塵埃，隨著

17、活塞桿的伸縮運動被帶進端蓋 和缸筒內，從而使密封件和支承導向環(huán)受到損失和過早的磨損，所 以，伺服液壓缸還設計安裝防塵圈。防塵圈的選擇原則： 不給伺服液壓缸增加摩擦；不產生爬行；不粘著滯澀；不磨損活塞 桿。防塵圈的選擇不當，會引起摩擦力的增加，將保護活塞桿表面 起潤滑作用的粘附性油膜層刮下來，造成粘附性滲漏，這種滲漏在 原理上是允許的。防塵圈的作用：以防止活塞桿內縮時把雜質、灰塵及水分帶到密封 裝置區(qū)，損傷密封裝置。綜上所述，經查表 13-28（液壓傳動與控制手冊），選用丁 型無骨架防塵圈，尺寸為 125mm。七：液壓缸材料的選用 缸筒：缸筒材料：常用 20、35和 45號鋼的無縫鋼管。由于缸筒

18、要與法蘭焊接在一起，故選用 45 號鋼的無縫鋼管。 缸筒和缸蓋的連接方 式：法蘭連接；特點是結構較簡單、易加工、易裝卸，使用廣泛， 外形尺寸大，重量大。缸蓋的材料為 HT20Q液壓缸內圓柱表面粗糙 度為。內徑用H8的配合；內徑圓度、圓柱度不大于直徑公差之半； 內表面母線直線度在長度上，不大于；缸體端面對軸線的垂直度在直徑上每 100mmt不大于； 缸體和端蓋采用螺紋連接，用內六角螺栓?；钊?活塞的結構形式應根據密封裝置的形式來選擇，密封形式根據 工件條件而定?；钊麠U：活塞桿的外端結構： 活塞桿外端與負重連接，其結構形式根據工作要求而定?；钊麠U的內端結構： 活塞桿的內端與活塞連接。所有形式均需有鎖緊措施，以防止 工作時由于往復運動而松開。活塞桿與活塞之間還需安裝密封，采 用緩沖套的螺紋連接。活塞桿導向套：活塞桿導向套裝在液壓缸的有桿腔一側的端蓋內，用來對活塞 桿導向，其內側裝有密封裝置，保證缸筒有桿腔的密封性。外側裝 有防塵圈，防止活塞桿內縮時把雜質、灰塵和水分帶進密封裝置 區(qū)，損傷密封裝置。緩沖裝置當工作機構質量較大，運動速度較高時，液壓缸有較大的動 量。為了減少液壓缸在行程終端由于大的動量造成的液壓沖擊和噪 音，必須采用緩沖裝置。當停止位置