雙活塞桿雙作用活塞式液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計方案

1、目錄1 設(shè)計的依據(jù)、原則和步驟 31.1 引言 31.2 設(shè)計的依據(jù) 31.3 設(shè)計的一般原則 31.4 設(shè)計的一般步驟 42 設(shè)計的題目、技術(shù)參數(shù)、目的和要求 52.1設(shè)計題目 52.2 設(shè)計技術(shù)參數(shù) 52.3 設(shè)計目的 52.4設(shè)計要求 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)的計算 64.1 液壓缸工作負載力分析和計算 64.2 液壓缸的液壓力計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)計與計算 95.1 缸筒與缸蓋的連接形式 95.2 對缸筒的

2、要求及材料選擇 115.3 缸筒的計算 115.4 缸筒加工的技術(shù)要求 135.5 缸筒頭部法蘭厚度 145.6 缸筒缸蓋的連接計算 155.7 缸蓋的材料和技術(shù)要求 155.8 缸蓋厚度的確定 165.9 最小導向長度的確定 165.10缸體長度的確定 166 活塞組件設(shè)計 166.1 活塞設(shè)計 166.2 活塞與活塞桿的連接結(jié)構(gòu) 176.3 活塞桿設(shè)計 176.4 活塞桿及連接件強度校核 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 217.1 油口設(shè)計 217.2 排氣裝置設(shè)計 22參考文獻 23雙活塞桿雙作用活塞式液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計1 設(shè)計的依據(jù)、原則和步驟1.1

3、引言 一部現(xiàn)代機器通常由機架、原動機、傳動裝置和工作機構(gòu)四個主要部分構(gòu)成，其中機架為載體， 原動機的作用是進行能量形式的轉(zhuǎn)換，為機器提供適當形式的動力，傳動裝置的作用是進行動力的 傳遞，工作機構(gòu)即執(zhí)行機構(gòu)，其作用是消耗能量而做功。如果原動機將其他形式的能轉(zhuǎn)換成液壓能， 執(zhí)行元件消耗液壓能而做功，則稱為液壓機械或液壓機。液壓機械的執(zhí)行元件即做功元件是液壓馬 達和液壓缸。液壓馬達和液壓缸是通用化和標準化程度很高的液壓元件，用戶或設(shè)計者在研制一部 新的液壓機械時，應盡量選擇標準化的液壓元件，以避免金錢的浪費和時間、精力的消耗。但由于 使用要求的千差萬別，液壓元件的專用化設(shè)計是不可避免的，其中以液壓缸

4、設(shè)計居多。這是由于液 壓缸配置的靈活性，設(shè)計、制造比較容易，維護比較方便的特點決定的。因而，相對其他液壓元件 而言，液壓缸的設(shè)計是極為常見的，這也是工程技術(shù)人員必須具有的一種基本技能。1.2 設(shè)計的依據(jù) 液壓缸與機器及機器上的機構(gòu)直接相聯(lián)系，對于不同的機構(gòu)，液壓缸的具體用途和工作性能也 不同，因此設(shè)計之前，要進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)計的依據(jù)。（1）了解和掌握液壓缸在機器上的用途和工作要求。（2）了解液壓缸工作環(huán)境條件。（3）了解外部負載情況。（4）了解液壓缸運動形態(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)國家標準、技術(shù)規(guī)定和其他參考資料。1.3

5、設(shè)計的一般原則液壓缸設(shè)計時應注意如下問題：（1）保證液壓缸的輸出推力、拉力（或轉(zhuǎn)矩） 、行程和往返運動速度滿足要求。液壓缸的額定 工作壓力（輸出力的折算值）以液壓泵的額定工作壓力的 70%為宜。（2）保證液壓缸的每個零件有足夠的強度、剛度和耐用性（壽命）。（3）在保證上述兩個條件的前提下，盡量減小液壓缸的外形尺寸和重（質(zhì)）量。一般說來，在 外負載一定的條件下，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，簡化結(jié)構(gòu)。（5）盡量避免液壓缸承受橫（側(cè)）向負載和偏心負載，活塞桿工作時最好受拉力，以免產(chǎn)生縱 向彎曲而引發(fā)穩(wěn)定問題。（6）液壓缸的安裝形式

6、、活塞桿頭部與外負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)計和密封件的選用要合理，保證性能可靠、漏量少、摩擦力小、壽命長、更 換方便。密封部位的設(shè)計是保證液壓缸性能的重要一環(huán)，對所選用的密封件，應使其壓縮率在合理 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?shù)呐艢?、緩沖和防塵措施。在工作條件惡劣的 情況下應考慮活塞桿的防護措施。（9）各種零件的結(jié)構(gòu)形式和尺寸設(shè)計，應盡量采用標準形式和規(guī)系列尺寸，盡量選用標準件。（10）液壓缸應做到成本低、制造容易、維護方便。1.4設(shè)計的一般步驟 一般情況下，應根據(jù)已確定的

7、工作條件和掌握的設(shè)計資料，靈活地選擇設(shè)計程序和步驟，反復 推敲和計算，直到獲得滿意的設(shè)計結(jié)果。（1）根據(jù)設(shè)計依據(jù)和負載機構(gòu)的動作要求，初步確定設(shè)計方案：缸體結(jié)構(gòu)設(shè)計、安裝方式、連 接方式等。（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載變化規(guī)律及必須提供的 動力數(shù)據(jù)。（3） 在以輸出力為主的液壓缸設(shè)計中，根據(jù)負載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計算無桿腔面積 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,計算缸筒厚度或外徑。

8、（6）選擇缸底和缸蓋的結(jié)構(gòu)形式,計算缸底厚度、缸筒與缸蓋的連接強度;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。（ 8）必要時設(shè)計緩沖和排氣裝置。（ 9）審定全部設(shè)計資料及其他技術(shù)文件,對圖紙進行修改和補充。（ 10） 繪制液壓缸裝配圖和零件圖,編制技術(shù)文件。2 設(shè)計的題目、技術(shù)參數(shù)、目的和要求2.1 設(shè)計題目 本次的設(shè)計題目即設(shè)計任務是雙活塞桿雙作用活塞式液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計。2.2設(shè)計技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)要求：(1)系統(tǒng)額定壓力：12Mpa; (2)額定負載：20KN ; (3)行程：280mm ; ( 4) 安裝分類：軸線固定。2.3 設(shè)計目的 油缸是

9、液壓傳動系統(tǒng)中實現(xiàn)往復運動和小于 360°回擺運動的液壓執(zhí)行元件。具有結(jié)構(gòu)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(chǎn)各部門。 其主要應用有：工程機械中挖掘機和裝載機的鏟裝機構(gòu)和提升機構(gòu)，起重機械中汽車起重機的伸縮 臂和支腿機構(gòu)，礦山機械中的液壓支架及采煤機的滾筒調(diào)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。所以進一步研究和改進液壓缸的設(shè)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

10、重要的意義。通過學生自己獨立地完成指定的課程設(shè)計任務，提高理論聯(lián)系實際、分析問題和解決問題的能 力，學會查閱參考書和工具書的方法，提高編寫技術(shù)文件的能力，進一步加強設(shè)計計算和制圖等基 本技能的訓練，為畢業(yè)后成為一名出色的機械工程師打好基礎(chǔ)。2.4設(shè)計要求安課程設(shè)計要求，完成設(shè)計題目規(guī)定的設(shè)計任務，學會機械產(chǎn)品設(shè)計基本方法 1 .查科技文獻， 2.完成方案設(shè)計和方案比較， 3.完成結(jié)構(gòu)設(shè)計， 4.相關(guān)的計算工作， 5.繪圖(三維建模、二維零 件圖、裝配圖等) ， 6.編寫課程設(shè)計說明書。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)計原始技術(shù)參數(shù)和設(shè)計任務書， 查閱有關(guān)參考資料設(shè)計或選擇油

11、缸的結(jié)構(gòu)初 型。要求安裝分類為軸線固定， 軸線固定類安裝形式的液壓缸在工作時，軸線位置固定 不變。機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器上。法蘭設(shè)置在活塞桿端的缸頭 上，外側(cè)面與機械安裝面貼緊， 這叫頭部外法蘭式。 由于液壓缸工作時反作用力的作用， 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，并且要求強度計算。 法蘭 設(shè)置在活塞桿端的缸頭上，內(nèi)側(cè)面與機械安裝面貼緊，這叫頭部內(nèi)法蘭式。液壓缸工作 時，安裝螺栓受力不大，主要靠安裝支承面

12、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用得最多。 法蘭設(shè)置在缸的底部， 與機械安裝面用螺栓 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，安裝面與活塞桿軸線在同 一平面上，液壓缸工作時，安裝螺栓只承受剪切力；切向和軸向安裝時，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。 切向安裝時傾翻力矩比軸向安裝時要小一些。對于支座安裝形式，GS3766-83的222條規(guī)定：“支

13、座式液壓缸如不采用鍵或銷承受剪切力時，則底腳固定螺栓必須經(jīng)受全部 剪切力而不致引起危險”。選擇法蘭安裝方式（頭部內(nèi)法蘭式），優(yōu)點結(jié)構(gòu)較簡單，易加工易裝卸，缺點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：4一Jz_D-11lV 牡一 -一 14液壓缸性能參數(shù)與結(jié)構(gòu)參數(shù)的計算4.1液壓缸工作負載力分析和計算計算工作負載是為了確定液壓缸所需的牽引力，液壓缸的工作負載是指工作機構(gòu)在 滿負載情況下，以一定的加速度起動時，對液壓缸產(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I*工作機構(gòu)作用在活塞上的工作阻力及自重（當油缸垂直安裝時）等對液壓缸產(chǎn)

14、生的作用力，N ;Ff 工作機構(gòu)滿載起動時靜摩擦力對液壓缸產(chǎn)生的作用力，N;Fg 工作機構(gòu)滿載起動時的慣性力對液壓缸產(chǎn)生的作用力，N ;F卩一一液壓缸活塞及活塞桿處的密封摩擦阻力，N;通常以液壓缸的機械效率來反映，一般取機械效率=0.95。由于本次設(shè)計的液壓缸已給出額定負載20KN，因此取F=20KN。4.2液壓缸的液壓力計算和工作壓力的選擇假定不計液壓缸回液腔壓力，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載力（以工作負載為主體尚有其他阻力）。當無桿腔面積和有桿腔面積較大時，在負載相同的條件

15、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)計是液壓系統(tǒng)的一部分， 液壓缸的綜合經(jīng)濟性并不能保證整機的經(jīng)濟性。另外，在一定的外負荷條件下，工作壓力較低則液壓缸的直徑較大，工作時有較多的油液通過，易于精確地控制流量，以獲得平穩(wěn)的低速運動。選擇 液壓缸的工作壓力也可采用類比的方法，參照其他同類機械設(shè)備的工作壓力，并按實際情況加以適 當調(diào)整。由于本次設(shè)計液壓缸已給出系統(tǒng)額定壓力12Mpa，因此取p=12Mpa。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算活塞桿的直徑及考慮液壓缸是否要設(shè)計緩沖裝置。速度比不宜過大，過大時，雖然活塞桿直徑也較大，有利于穩(wěn)定性，但導致活

16、塞桿側(cè)環(huán)形面積變小而引起壓力升高（拉力）時，同時還導致液壓缸回程速度升高，容易引起壓力沖擊。反之，速度比過小時，則導致活塞桿較細，對穩(wěn)定性不利。速度比 '是在設(shè)計時要確定的重要參數(shù)之一，而：的取值與工作壓力相關(guān)，一般來說，工作壓力小時可取較小的值，工作壓力高時可取較大的值。根據(jù)本次設(shè)計液壓缸的工作壓力和液壓缸類型，查國家標準GB/T 2348 1993中液壓缸速比與工作壓力的關(guān)系，得=1。液壓缸速比與工作壓力的關(guān)系工作壓力/MPa<1012.5-20>20速比卩1331.46224.4液壓缸速度計算和流量選擇這里所說的速度是指液壓缸穩(wěn)定工作速度（為方便，記為u）。液壓缸的速

17、度要適當，速度過高時常常會引起密封件的過熱和磨損， 同時也會加劇活塞桿、 導向套和缸筒的磨損； 速度過低時，則容 易產(chǎn)生爬行等不穩(wěn)定情況。采用橡膠密封件時，液壓缸的最快速度一般不宜超過 （2430）m/min即（0.4 0.5）m/s,也不宜低于6m/min （0.1m/s）;參照同類液壓缸的速度取值是一種穩(wěn)妥的方法。8m/min，則液壓缸相應的供液量為/min。本次設(shè)計的液壓缸通過參照同類液壓缸的速度，速度取為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，查機械設(shè)計手冊液壓缸的綜合結(jié)構(gòu)參數(shù)得：油口直徑為 12mm，導向距離大于 20mm。2.

18、安全系數(shù)的選擇(1)液壓沖擊"'有輕度的安全系數(shù)的選擇并沒有硬性規(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)過大，不僅造成不必要的浪費，提高了成本，而且導致所設(shè)計的液壓缸外形尺寸大，重量也較大, 常常不能適應工作要求。但安全系數(shù)也不能取得太低，以免發(fā)生事故。液壓沖擊安全系數(shù)取1.25-1.5, ;(2)機械沖擊”2有輕度的機械沖擊安全系數(shù)取2-3; (3)材料采用塑性材料安全系數(shù)取1.5;( 4)其他因素"I ( 5)不可預見因素"。因此液壓缸的綜合安全系數(shù)N=nin2n3n4n55缸筒設(shè)計與計算5.1缸筒與缸蓋的連接形式對于雙活塞液壓缸

19、來說，缸體包括缸筒和左右端蓋三個零件。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。缸筒與缸蓋的常見連接方式有：(1)法蘭連接缸筒端部設(shè)計有法蘭，用螺栓將其與端蓋連接起來。法蘭連接結(jié)構(gòu)簡單，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(見圖1-a)的多為鑄件和鑄件缸筒，加工余量較大，浪費材料；焊接法蘭式(見圖1-b)多為鋼質(zhì)

20、缸筒，將無縫鋼管制成的缸筒與法蘭焊接在一起，其焊縫要進行強度計算。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(見圖1-c)。這種連接方式簡單，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， 但需要專用工具。它使缸筒端部結(jié)構(gòu)復雜化，螺紋要與缸筒的內(nèi)徑同心。 螺紋對缸筒壁厚尺寸要求不大，很適合無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，以免削弱缸筒強度。為了防止螺紋因沖擊震動而松動，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加工出內(nèi)螺紋和退

21、刀槽，雖然會削弱缸筒強度，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)計在端蓋上，也可以用螺紋壓圈緊固，如圖1-e所示。b>»k）圖1缸筒與端蓋連接簡圖（5）外卡鍵連接這種連接的強度好，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，裝拆容易，但缸筒端部要切出卡鍵槽，使強度有所降低。外卡鍵一般由兩個半環(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，否則是裝不進去的。裝配卡鍵時，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。

22、卡鍵與卡鍵槽的配合精度要適當，間隙過大，缸筒卡鍵槽處會因受到?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。由于它們都是標準件，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，強度高，制造簡單，但容易引起焊接變形，維修時需破壞端蓋才行。（9）銷釘式如圖1-k所示，將端蓋裝入缸筒后，相配鉆鉸，裝上銷釘。這種連接方式簡單方便，但銷釘承受的剪切力較大，要校核強度和銷釘數(shù)量。（10）拉桿式 如圖1-1所示，起結(jié)構(gòu)簡單，工藝性好，通用性大，但端蓋的體積和重量較大，拉桿受力后會拉伸變長

23、，影響密封效果，只適用于中低壓液壓缸。 通過對以上幾種連接方式綜合對比采用法蘭連接。具體形式如下圖所示：5.2對缸筒的要求及材料選擇缸筒是液壓缸的主要零件，有時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)動負載而做功，因而要有足夠的強度、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，國家標準GB 8713 1988液壓與氣動缸筒用精密無縫鋼管（高于ISO4394/I 1980的規(guī)定）有明確的技術(shù)規(guī)定。在此選用調(diào)質(zhì)45號鋼的精密冷拔鋼管，通過查機械手冊得：1 610/Mpa ; os渕60/Mpa ; 85羽4 （%）;硬度 絲30HB

24、 ;域50/Mpa ;粗糙度RaO.8um ;直線度缸筒內(nèi)徑 電0mm時0.3mm/m,>90mm時0.5mm/m?，F(xiàn)在利用屈服強度來引申出缸筒材料的許用應力°= o/n=360/8=45Mpa。其中8是選取的安全系數(shù)，來源于下表：5.3缸筒的計算對于負載較液壓缸的安全系數(shù)材料名稱靜載荷交變載何沖在載何不對稱對稱鋼，鍛鐵34412工程、礦山機械用的油缸，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 工作負載為確定缸筒內(nèi)徑的重要條件，如果尚有運動速度要求時，則往往在校核時通過選擇適當流 量油泵的辦法來解決。對于雙出桿雙作用液壓缸，可根據(jù)下式計算缸筒內(nèi)徑并把它圓整

25、到規(guī)定的系 列尺寸上。式中D缸筒內(nèi)徑，m； F推力負載(取最大負載值即額定負載)，N ; p供液壓力(假定回液壓力為大氣壓)，Pa； 口 m 機械效率(初算時可取 人=0.9-0.95 )。代入數(shù)值計算后 D=0.0485m， 根據(jù) GB/T2348-1993 取 D=63mm <滝坯fl內(nèi)音尺'd系列(mm)10.162540100< 110)1252005204<M)630經(jīng)查機械設(shè)計手冊初步確定該液壓缸為中等壁厚的液壓缸ND=0.08-0.3 ,缸筒壁厚的計算公式為asJ"，式中代入數(shù)值計算后得3®375mm。查機械設(shè)計手冊中典型液壓缸系列產(chǎn)

26、品的缸筒壁厚尺寸取滬10mm。由此可得液壓缸缸筒外徑D1=83mm。計算求得缸筒壁厚 3值后，還應進行以下 4個方面的驗算，以保證液壓缸安全可靠的工作。P(1 )液壓缸的額定工作壓力：應低于一定的極限值，以保證工作安全，即2 2os (DI -D )2卩：切.35門，式中 山-門 '' ' 外徑和內(nèi)徑，m或cm缸筒材料的屈服強度，Mpa。代入數(shù)值計算得 卩：電2.7Mpa,滿足條件。液壓缸的額定工作壓力卩：應與塑性變形壓力兒：有一定的比例關(guān)系：Pn冬(035 - 0.42) pr|(PrLDIW 2 J a sig dp, WFL W代入數(shù)值計算得山99.14Mpa,1

27、1(2)為避免缸筒工作時發(fā)生塑性變形,) Mpa，滿足條件。(3 )缸筒的徑向變形量D值應在允許范圍內(nèi),而不能超過密圭寸件允許的范圍：2 2prD Dr+ DZd" + j式中卩液床M一耐丿k試驗壓力(各國規(guī)范多數(shù)規(guī)定為當額定壓力小于16Mpa時為1.5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，缸筒的爆裂壓力卩應大于耐壓實驗壓力卩I：D1卩=2.3i|g 門 >J| ，代入數(shù)值計算求得 PE=168Mpa,其值遠遠大于卩f=18Mpa值，滿足條件。綜上所得，本次選取的

28、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，過高時將會導致制造成本的大幅提高，過低時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，缸筒內(nèi)孔可采用H8、H9H8 H8 H8 H9公差等級，與活塞組成f、 f8、 g7、 g8等不同的間隙配合。缸筒內(nèi)孔表面粗糙度取H7 H7Ra=0.400.10呵。采用活塞環(huán)密封時，缸筒內(nèi)孔的公差等級一般取H7,它可與活塞組成 g6、g7等不同的間隙配合，內(nèi)孔表面粗糙度取Ra=0.400.20呵。采用間隙密封，缸筒內(nèi)孔的公差

29、等級一般H6H8取H6，與活塞組成 h5的間隙配合，表面粗糙度取Ra=0.100.05呵。選用17配合，表面粗糙度取0.7 口。(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長度上不大于 0.03mm;缸筒端面對軸線的圓跳動在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接合面對液壓缸軸線的垂直度誤差，按直徑每100mm不得超過0.04mm ,缸筒安裝缸蓋的螺紋應采用2a級精度的公制螺紋，采用耳環(huán)安裝方式時，耳環(huán)孔的軸線對缸筒軸線的位置度誤差不大于0.03mm，垂直度誤差在100mm長度上不大于0.1mm。

30、采用軸銷式安裝方法時，軸銷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長度上不大于0.1mm。 其他技術(shù)要求 缸筒內(nèi)徑端部倒角 15°30°或倒R3以上 的圓角；表面粗糙度不低于Ra=0.8呵，以免裝配時損傷密封件；缸筒端部需焊接時，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 HB241 285;為了防止缸筒腐蝕、提高壽命，缸筒內(nèi)徑可以鍍鉻，鍍層厚度一般為0.030.05mm，然后進行珩磨或拋光；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(D

31、76;-%)叫J 6D圖2螺釘連接法蘭Tt n TT 727d P + 7<dH - d 冋 d式中 h法蘭厚度，mm； F法蘭受力總和，N , F=密封1 , d 5 (d + dR) ；d環(huán)平均直徑， m, 八卜=p 工作壓力， pa; d密圭寸環(huán)內(nèi)徑， m;密封環(huán)外徑，m； q 附加密封壓力，pa若采用金屬材料時，q值即屈服極限點；"'一一螺釘孔分布 圓直徑，m;丨一一法蘭材料的許用應力，pa。其中 d=63mm，1 =57mm，-F=52mm， p=18Mpa， q=3Mpa， F=29KN，卜'I =90Mpa，' =73mm，D=83mm，代

32、入計算后得 h=6.88mm，為能保證安全，取 h=10mm。5.6缸筒一缸蓋的連接計算缸筒與缸蓋采用螺栓連接，連接如下圖所示:23.3 - 5 3J茴唏部玄三用WT釘連雄1前瑞蓋皿一缸簡螺紋處拉應力為：4KFTidfz；螺紋處的切應力為KiKFdjT = 0.2d；Z；合應力為：cf * | q £dd'：=門。式中Z螺栓數(shù)目，取8;:螺紋內(nèi)徑，m； 1 螺紋外徑，m。螺紋外徑和內(nèi)徑的選擇： d0=6mm, d1 =4.8mm ;系數(shù)選擇：考慮到載荷可能有變化，為了安全，選取：K=3，K1 =0.12。根據(jù)式得到螺紋處的拉應力為：二=207Mpa ;螺紋處的剪應力為： =3

33、515pa;合成應力為：；n =207Mpa。由以上運算結(jié)果知，應選擇螺栓等級為9.8級，查表的得：抗拉強度極限 二b=900Mpa ;屈服極限強度cs=720Mpa。不妨取安全系數(shù) n=2,可以得到許用應力值：二=；s/n=720/2=360Mpa。再次 使用式得到：6 一二成立 證明選用螺栓等級合適。5.7缸蓋的材料和技術(shù)要求缸蓋常用45號鋼鍛造或鑄造毛坯，需要焊接結(jié)構(gòu)的，采用焊接性能較好的35號鋼，中低壓缸可用HT200、HT250、HT300等灰口鑄鐵材料，在此選用45號鋼鍛造。缸蓋內(nèi)孔一般尺寸公差采用H7、H8的精度等級、表面粗糙度通常取為Ra1.63.2 pm。缸蓋內(nèi)孔與凸緣止口外

34、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)端面對內(nèi)孔軸線的圓跳動在直徑 100mm上不大于0.04mm。5.8缸蓋厚度的確定般液壓缸多為平底缸蓋，其有效厚度t按強度要求可用以下式子做近似計算：無孔時°2tX).433有孔時tN).433蓋止口內(nèi)徑(m);Py°2冋"；式中.缸蓋有效厚度* J缸"一一缸蓋孔的直徑(m)。5.9最小導向長度的確定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 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)

35、定性。對于般油缸，其最小導向長度H應滿足下式要求:H 一丄D20 2(m);式中L油缸最大工作行程(m) ; D -缸筒內(nèi)徑(m)。代入數(shù)值計算后得H紹0mm?；钊膶挾?B 一般取 B= (0.6 1.0) D; 缸蓋滑動支承面的長度A，根據(jù)液壓缸內(nèi)徑而定，當D小于80mm時，取 A= (0.61.0) D ;當D大于80 mm時，取A= （0.6 1.0） d。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。1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，即H二C -（A B

36、）。25.10缸體長度的確定液壓缸缸體內(nèi)部長度應等于活塞的行程與活塞的寬度之和，缸體外形長度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內(nèi)徑的20 30倍。缸體長度取為 410mm。6活塞組件設(shè)計6.1活塞設(shè)計（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 （額定）壓力、速度和溫度等工作條件來選擇，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溝槽以安裝密封件和支承環(huán)，結(jié) 構(gòu)簡單，但活塞加工困難，另外密封件安裝時也容易拉傷和扭曲，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

37、多次拆裝，密封件使用壽命長。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，它不但可以精確導向，還可以吸收活塞 運動時隨時產(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。在此活塞的結(jié)構(gòu)形式選為整體式。O形密封圈和格來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)形式來考慮，因為活塞為整體式并有支承 環(huán)，選用45號優(yōu)質(zhì)碳素鋼。（3）活塞的結(jié)構(gòu)設(shè)計和技術(shù)要求活塞的寬度B一般為活塞外徑D的（0.6-1 ）倍，因為活塞

38、的外徑D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、安裝導向環(huán)的 溝槽尺寸進一步細化，使上述元件間距適當。由于采用橡膠密封件，活塞外徑的公差等級取f9，與活塞桿配合的內(nèi)孔公差等級取 H7?；钊鈭A的表面粗糙度要優(yōu)于 Ra0.32卩m,內(nèi)孔粗糙度要優(yōu)于Ra0.08卩m?；钊鈴綄?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 Ra1.6卩m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)?；钊木唧w結(jié)構(gòu)參數(shù)為：外徑61mm內(nèi)

39、徑11mm寬度50mm6.2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)簡單，拆裝方便，活塞借助徑向間隙有少量浮動，不易卡滯，但活塞與活塞桿之間有軸向公差，該軸向公差會造成活塞 與活塞桿的不必要的竄動，但這種結(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(1) 活塞桿直徑的確定在無速度比要求的情況下，且液壓缸為推力負載，活塞桿直徑可按d= (1/5-1/3) D取值，然后校核活塞桿強度并圓整至國家標準的規(guī)定。代入數(shù)值計算并根據(jù)國家標準最后暫取d=14mm。W)(mm)4S41012W11* 1JO 1221,10 1« UK190tu1*0I

40、SOi300uo30I400(2 )活塞桿基本結(jié)構(gòu)活塞桿有實心桿和空心桿兩種，選用實心桿，這種桿強度較高，加工簡單。大致形式如下圖所示：or :二一 zEH；：(3)活塞桿的材料和技術(shù)要求實心活塞桿多采用優(yōu)質(zhì)碳素鋼冷拔材料35號鋼、45號鋼、55號鋼制成，以減少切削加工。選用45號鋼為該活塞桿的材料，查機械設(shè)計手冊得：抗拉強度ob/MPa為00;屈服強度os/MPa濾40;延伸率&%) > 13;熱處理：調(diào)質(zhì)或加高頻淬火；表面處理：鍍鉻2030呵?；钊麠U外徑尺寸公差選為 f8，表面粗糙度 Ra= ( 0.16 0.63)"，直線度W 0.02 /100mm圓度等幾何精度

41、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載的連接部位，根據(jù)液壓缸的安裝和負載連 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（5）活塞桿的導向在液壓缸的前、后端蓋的內(nèi)部，安裝有對活塞桿導向的導向套（環(huán)）和對缸筒有桿腔進行密封的密封件及防止活塞桿內(nèi)縮時將灰塵、水分和雜 質(zhì)帶入密封件的

42、防塵圈?；钊麠U導向的結(jié)構(gòu)形式有：無導向套（環(huán)）、金屬導向套（環(huán)）和非金屬導向套（環(huán)）三種。選擇金屬導向套（環(huán)） ，用青銅 QAL9-4耐磨材料做成，這種形式的導向套（環(huán)）的優(yōu)點是節(jié)約耐磨金屬材 料，承載能力強，但加工復雜，磨損后修復困難。導向支承長度是端蓋長 度減去防塵圈溝槽的長度之后的剩余部分，在這個支承長度上，安裝有密 封件和導向套（環(huán)）。根據(jù)經(jīng)驗，活塞桿在液壓缸的最小支承長度L應大于缸內(nèi)徑D和活塞桿半徑d的一半之和，即L> D+0.5d。帶入數(shù)值計算后得 L>64mn,圓整后取L=70mm導向套（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

43、的同軸度不小于 0.03mm圓度和圓柱度不大于直徑公差之半洌何何（6）活塞桿的密封與防塵活塞桿處的密封形式有O形、V形、丫形等密封圈，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)點是密封部位結(jié)構(gòu)簡單，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)部導致油液污染和往復遠動 副的磨損，選擇A型防塵圈，呈唇形結(jié)構(gòu)，材料為聚氨酯橡膠。6.4活塞桿及連接件強度校核（1 ）活塞桿強度校核活塞桿的直徑強度按下式進行校核： 用應力，f =“7n，'丫為材

44、料抗拉強度，單位為 后得d為.45mm，因此強度符合要求。（2）活塞桿軸肩、螺紋及卡環(huán)（鍵）強度4Fd -二廠卜，式中F 液壓缸負載，N；材料許pa, n為安全系數(shù)，一般為n=1.4。代入數(shù)值計算O =活塞桿軸肩的擠壓強度計算公式為才d 一 2c2)2 - (d2 + 2cx)2dp活塞桿軸肩擠壓應力，Pa; F活塞桿作用力，N ; d活塞桿直徑，m;- 活塞內(nèi)孔內(nèi)徑， m; 1活塞孔部倒角，m; 活塞桿軸肩倒角，m ;良：-軸肩的許用應力，Pa。代入數(shù) 值計算后滿足條件。即活塞桿軸肩符合擠壓強度?；钊麠U的螺紋連接及卡鍵連接強度的校核較麻煩，在此省略其校核過程，但經(jīng)過有關(guān)手冊的查 詢再加上數(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。長行程的液壓缸，特別是兩端采用鉸鏈結(jié)構(gòu)的液壓缸，當液壓缸安裝（計算、支承）長度 L與活塞桿直徑d之比大于10時，并且活塞桿承受壓負荷（液壓缸 輸出推舉液壓力）必須進行穩(wěn)定性校核。液壓缸承受的壓負荷F不能大于液壓缸保持工作的穩(wěn)定性所允許的臨界負荷，否則活塞缸將失去平衡狀態(tài)，以致破壞?；钊麠U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