液壓缸的設(shè)計計算

1、液壓缸的設(shè)計計算 作為液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件，液壓缸將液壓能轉(zhuǎn)化為機械能去驅(qū)動主機的工作機構(gòu)做功。由于液壓缸使用場合與條件的千差萬別，除了從現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品系列選型外，往往需要根據(jù)具體使用場合自行進(jìn)行設(shè)計。3.1設(shè)計內(nèi)容 液壓缸的設(shè)計是整個液壓系統(tǒng)設(shè)計中的一部分，它通常是在對整個系統(tǒng)進(jìn)行工況分析所后進(jìn)行的。其設(shè)計內(nèi)容為確定各組成部分（缸筒和缸蓋、活塞和活塞桿、密封裝置、排氣裝置等）的 結(jié)構(gòu)形式、尺寸、材料及相關(guān)技術(shù)要求等，并全部通過所繪制的液壓缸裝配圖和非標(biāo)準(zhǔn)零件工作圖反映這些內(nèi)容。3.2液壓缸的類型及安裝方式選擇 液壓缸的輸入是液體的流量和壓力，輸出的是力和直線速速，液壓缸的結(jié)構(gòu)簡單，工作

2、可靠性好，被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)各個部門。為了滿足各種不同類型機械的各種要求，液壓缸具有多種不同的類型。液壓缸可廣泛的分為通用型結(jié)構(gòu)和專用型結(jié)構(gòu)。而通用型結(jié)構(gòu)液壓缸有三種典型結(jié)構(gòu)形式：（1）拉桿型液壓缸前、后端蓋與缸筒用四根（方形端蓋）或六根（圓形端蓋）拉桿來連接，前、后端蓋為正方形、長方形或圓形。缸筒可選用鋼管廠提供的高精度冷拔管，按行程長度所相應(yīng)的尺寸切割形成，一般內(nèi)表面不需加工（或只需作精加工）即能達(dá)到使用要求。前、后端蓋和活塞等主要零件均為通用件。因此，拉桿型液壓缸結(jié)構(gòu)簡單、拆裝簡便、零件通用化程度較高、制造成本較低、適于批量生產(chǎn)。但是，受到行程長度、缸筒內(nèi)徑和額定壓力的限制。如果行程

3、長度過長時，拉桿長度就相應(yīng)偏長，組裝時容易偏歪引起缸筒端部泄漏；如缸筒內(nèi)徑過大和額定壓力偏高時，因拉桿材料強度的要求，選取大直徑拉桿，但徑向尺寸不允許拉桿直徑過大。（2）焊接型液壓缸缸筒與后端蓋為焊接連接，缸筒與前端蓋連接有內(nèi)螺紋、內(nèi)卡環(huán)、外螺紋、外卡環(huán)、法蘭、鋼絲擋圈等多種形式。焊接型液壓缸的特點是外形尺寸較小，能承受一定的沖擊負(fù)載和嚴(yán)酷的外界條件。但由于受到前端蓋與缸筒用螺紋、卡環(huán)或鋼絲擋圈等連接強度的制約缸筒內(nèi)徑不能太大和額定壓力不能太高。焊接型液壓缸通常額定壓力、缸筒內(nèi)徑，在活塞桿和缸筒的加工條件許可下，允許最大行程。（3）法蘭型液壓缸缸筒與前、后端蓋均為法蘭連接，而法蘭與缸筒有整體、

4、焊接、螺紋等連接方式。法蘭型液壓缸的特點是額定壓力較高，缸筒內(nèi)徑大，外形尺寸大。適用于較嚴(yán)酷的沖擊負(fù)載和外界工作條件，又稱重載型液壓缸。法蘭型液壓缸通常額定壓力、缸筒內(nèi)徑，在活塞桿和缸筒的加工條件許可下，允許最大行程。由此可知，我們設(shè)計的液壓升降平臺車的液壓缸應(yīng)選擇（2）焊接型液壓缸比較合適。當(dāng)然對缸筒的連接還需根據(jù)具體情況具體分析確定3.3液壓平臺的運動與負(fù)載分析 液壓平臺的運動方式主要是實現(xiàn)各個液壓缸的上升和下降，但在上升和下降過程中在起升階段會有一段的加速運動，等到加速到所要求的速度時，平臺將實現(xiàn)一段的勻速運動，隨后減速停止。在整個運動的過程中，液壓升降平臺的外在負(fù)載主要由汽車

5、的重力和平臺自身的自重組成。所以外在負(fù)載的大小相對來說是穩(wěn)定不變的。3.4液壓缸的設(shè)計計算與選取汽車質(zhì)量四個液壓柱中液壓缸的單缸最大升起的質(zhì)量升降平臺的最大起升高度: 上升速度等于下降速度: 液壓平臺上升工況的最大負(fù)載液壓缸的機械效率:液壓缸的工作壓力由表3-1可知表3-1不同負(fù)載條件下的工作壓力負(fù)載F/KN<5510102020303050>50工作壓力p/MPa<0.811.522.53344553.4.1液壓缸缸筒的設(shè)計和計算1、液壓缸內(nèi)徑D的計算由公式（；）解得。根據(jù)表3-2可知，圓整成標(biāo)準(zhǔn)值后，得液壓缸內(nèi)徑D=80mm。表3-2液壓缸內(nèi)徑尺寸系列

6、mm（GB/T 2348-93）810121620253240506380（90）100（110）125（140）160（180）200（220）250（280）320（360）400（450）500 2、缸筒壁厚和外徑計算本設(shè)計的內(nèi)徑D為80mm,查液壓設(shè)計手冊液壓缸的外徑D1為95mm,缸壁的厚度為7.5mm。一般按正規(guī)的方法選取液壓缸壁厚都能滿足其強度，但為安全起見我們還要進(jìn)行校核。由于D=80mm，外徑D1=95mm，則，可按第一強度理論，即按照薄壁圓筒的中徑公式計算，則有 式中 -缸筒壁厚； -缸筒內(nèi)徑； -缸筒試驗壓力，液壓缸的額定壓力時的，額定壓力時的； -材料許用應(yīng)力。 為材料

7、的抗拉強度，n為安全系數(shù),這里取。選用45號鋼，并且調(diào)質(zhì)，查閱工程力學(xué)劉靜香著可知號鋼的抗拉強度，現(xiàn)取，故：由于液壓缸的工作壓力,故取所以因為7.5mm>0.8mm，故強度足夠。3.4.2活塞桿的設(shè)計與計算活塞桿是液壓缸專遞動力的主要零部件，它要承受拉力、壓力、彎力和震動沖擊等多種作用，必須有足夠的強度和剛度。1、活塞桿直徑的計算根據(jù)活塞桿受力狀況來確定，一般為受拉力作用時，d=0.30.5D。受壓力作用時：  P5MPa時，d=0.50.55D 5MPaP7MPa時，d=0.60.7DP>7MPa時，d=0.7D因為P=1.5MPa，D=0.066858mm，

8、故d=0.036771mm根據(jù)下表可知活塞桿直徑d=40mm表3-3活塞桿直徑系列mm（GB/T 2348-93）4568101214161820222528323640455056637080901001101251401601802002202502803203604002、 活塞桿強度校核（1）按強度條件校核由公式 式中 d-活塞桿的直徑； F-活塞桿上的作用力； -活塞桿材料許用應(yīng)力，為材料的抗拉強度，為安全系數(shù)，一般取。由45號鋼的許用應(yīng)力，得 ，而，故活塞桿強度符合要求。（2） 按彎曲穩(wěn)定性校核當(dāng)活塞桿全部伸出后，活塞桿外端到液壓缸支撐點之間的距離時，應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定性校核。按材料力學(xué)理

9、論，當(dāng)一根受壓直桿的軸向載荷超過臨界受壓載荷時，即可能失去原有直線狀態(tài)的平衡，稱為失穩(wěn)，其穩(wěn)定條件為 式中 -液壓缸的最大推力； -液壓缸的臨界受壓載荷； -穩(wěn)定安全系數(shù)，一般取。液壓缸臨界受壓載荷與活塞桿和缸體的材料、長度、剛度以及兩端支撐狀況有關(guān)。的相關(guān)計算如下：由公式 式中 -活塞桿的計算長度； -端點安裝形式系數(shù)，兩端固定，故； E-材料的彈性模量，鋼材的 ； J-活塞桿的橫截面轉(zhuǎn)動慣量，實心桿的。而，故，而（當(dāng)取4時），故活塞桿彎曲穩(wěn)定性符合要求。3.4.3最小導(dǎo)向長度H的確定當(dāng)活塞桿全部伸出時，從活塞支撐面中點到導(dǎo)向套滑動面中點的距離稱為最小導(dǎo)向長度。如果導(dǎo)向長度過短。將使液壓缸因間隙引起的初始撓度增大，影響液壓缸的工作性能和穩(wěn)定性。因此，在設(shè)計時必須保證液壓缸有一定的最小導(dǎo)向長度。對于一般液壓缸，最小導(dǎo)向長度應(yīng)滿足下式要求：式中 L-最大工作行程； D-缸筒內(nèi)徑。液壓缸工作行程的確定：升降液壓缸的最大升起高度為1.5m ，依據(jù)表3-4選取液壓缸工作行程為：800mm 。表3-4液壓缸活塞行程參數(shù)系列mm（GB/T