液壓的缸設(shè)計(jì)計(jì)算

1、第一部分 總體計(jì)算1、壓力油液作用在單位面積上的壓強(qiáng)P FA pa式中：F作用在活塞上的載荷，NA活塞的有效工作面積，m2從上式可知，壓力值的建立是載荷的存在而產(chǎn)生的。在同一個(gè)活塞的有效工作面積上， 載荷越大，克服載荷所需要的壓力就越大。換句話說(shuō)，如果活塞的有效工作面積一定，油液壓力越大，活塞產(chǎn)生的作用力就越大。額定壓力（公稱壓力）PN,是指液壓缸能用以長(zhǎng)期工作的壓力。最高允許壓力 pmax，也是動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)壓力，是液壓缸在瞬間所能承受的極限壓力。通 常規(guī)定為：Pmax 1.5P MPa。耐壓實(shí)驗(yàn)壓力 Pr，是檢驗(yàn)液壓缸質(zhì)量時(shí)需承受的實(shí)驗(yàn)壓力，即在此壓力下不出現(xiàn)變形、裂縫或破裂。通常規(guī)定為：Pr

2、1.5PN MPa。液壓缸壓力等級(jí)見(jiàn)表 1。表1 液壓缸壓力等級(jí)單位MPa壓力圍0 2.5> 2.5 8> 8 16> 16 32> 32級(jí)另U低壓中壓中高壓高壓超高壓2、流量單位時(shí)間油液通過(guò)缸筒有效截面的體積:Q VtL/min由于 V At 103 L則Q A D2103 L/min4對(duì)于單活塞桿液壓缸：當(dāng)活塞桿伸出時(shí)QD24103當(dāng)活塞桿縮回時(shí)Q4(d2d2)103式中：V液壓缸活塞一次行程中所消耗的油液體積，L ；t液壓缸活塞一次行程所需的時(shí)間，min;D液壓缸缸徑，md活塞桿直徑，m活塞運(yùn)動(dòng)速度， m/min。3、速比液壓缸活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度之比：ViD2D

3、2 d2式中:Vi活塞桿的伸出速度，m/min ；V2活塞桿的縮回速度，D液壓缸缸徑，m；d 活塞桿直徑，m=m/min ；計(jì)算速比主要是為了確定活塞桿的直徑和是否設(shè)置緩沖裝置。速比不宜過(guò)大或過(guò)小，以免產(chǎn)生過(guò)大的背壓或造成因活塞桿太細(xì)導(dǎo)致穩(wěn)定性不好。4、液壓缸的理論推力和拉力活塞桿伸出時(shí)的理推力：F iAi p106汙2p106 N活塞桿縮回時(shí)的理論拉力：F 2 F2 p106嚴(yán)2d2)p 106 N式中：Ai 活塞無(wú)桿腔有效面積，2m ；A2活塞有桿腔有效面積，2m ；p工作壓力，MPad 液壓缸缸徑，md活塞桿直徑， m5、液壓缸的最大允許行程活塞行程S,在初步確定時(shí)，主要是按實(shí)際工作需要

4、的長(zhǎng)度來(lái)考慮的，但這一工作行程并不一定是油缸的穩(wěn)定性所允許的行程。為了計(jì)算行程，應(yīng)首先計(jì)算出活塞的最大允許計(jì)算 長(zhǎng)度。因?yàn)榛钊麠U一般為細(xì)長(zhǎng)桿，由歐拉公式推導(dǎo)出:式中:F k活塞桿彎曲失臨界壓縮力，N;E材料的彈性模量。鋼材的E=2.1X105MPaI 活塞桿橫截面慣性矩，mnf ;圓截面40.049d 。d2將上式簡(jiǎn)化后Lk 320 mm一Fk由于旋挖鉆機(jī)液壓缸基本上是一端耳環(huán)、一端缸底安裝，所以油缸的最大計(jì)算長(zhǎng)度(安全 系數(shù)取3)d2Lk208.4 D P式中:P油缸的工作壓力;油缸安裝形式如圖1。圖1液壓缸安裝形式d2L= Lk 208.4D(P一 1行程 S (L h l,)2&

5、液壓缸主要參數(shù)A. 液壓缸產(chǎn)品啟動(dòng)壓力起動(dòng)時(shí)，記錄下的油缸起動(dòng)壓力為最低起動(dòng)壓力.判斷基準(zhǔn)起動(dòng)：壓力 <0.6MPa。B. 泄漏輸入額定壓力1.31.5倍的壓力，保壓5分鐘，測(cè)定經(jīng)活塞泄至未加壓腔的泄漏量。C. 外泄漏全程往復(fù)運(yùn)行多次，觀察焊接各處及活塞桿密封處及各結(jié)合面處的漏油、掛油、帶油。D. 耐壓輸入額定壓力1.31.5倍的壓力，保壓5分鐘.所有零件均無(wú)松動(dòng)、異常磨損、破壞或 永久變形異?，F(xiàn)金蟬脫殼的外滲漏現(xiàn)象。E. 緩沖調(diào)整溢流閥使其試驗(yàn)壓力為公稱壓力的50%使液壓缸作全行程動(dòng)作，同時(shí)，觀看緩沖效果和緩沖長(zhǎng)度。第二部分缸筒計(jì)算1、缸筒結(jié)構(gòu)缸筒結(jié)構(gòu)見(jiàn)表2。表2缸筒結(jié)構(gòu)缸頭法蘭連接缸

6、頭螺紋連接優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易加工，易拆裝。優(yōu)點(diǎn)：重量輕，外徑較小缺點(diǎn)：重量比螺紋連接的大缺點(diǎn)：裝卸時(shí)要用專用的工具，擰端部時(shí)，有可能把0形圈擰扭曲。缸筒跟缸底采用焊接連接2、缸筒材料缸筒材料要求有足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性，對(duì)焊接缸筒還要求有良好的焊接性能，缸筒主要材料有，45、27SiMn。缸筒毛坯采用退火的冷拔或熱扎無(wú)縫鋼管。缸筒材料無(wú)縫鋼管的機(jī)械性能見(jiàn)表3。表3缸筒材料無(wú)縫鋼管的機(jī)械性能材料b /MPas /MPa/%456103601427SiM n1000850123、缸筒計(jì)算缸筒要有足夠的強(qiáng)度，能長(zhǎng)期承受最高工作壓力及短期動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)壓力而不致產(chǎn)生永久變形；有足夠的剛度，能承受側(cè)向力和安裝的

7、反作用力而不致產(chǎn)生彎曲；表面與活塞密封件及導(dǎo)向環(huán)的摩擦力作用下，能長(zhǎng)期工作而磨損少。A、缸筒徑當(dāng)油缸的作用力F（ Fi推力、F2拉力）及工作壓力p壓力為已知時(shí)，則無(wú)桿腔的缸筒徑 D為有桿腔的缸筒徑D為10 3 mJd2 mp 106最后將以上各式所求得的D值，選擇其中最大者，圓整到標(biāo)準(zhǔn)值。B、缸筒壁厚°在不考慮缸筒外徑公差余量和腐蝕余量的情況下，缸筒壁厚可按下式計(jì)算pmax Dm2.3 p 3 pmax式中:Pmax缸筒最高工作壓力，MPaMPap 缸筒材料的許用應(yīng)力，最后將以上式所求得的°值，圓整到標(biāo)準(zhǔn)值。對(duì)最終采用的缸筒壁厚應(yīng)作三方面的驗(yàn)算額定工作壓力Pn應(yīng)低于一定的極

8、限值，以保證工作安全:2 2Pn0.35s(D1 2 D ) MPaD1式中:Di 缸筒外徑；額定工作壓力也應(yīng)與完全塑性變形壓力有一定的比例圍，以避免塑性變形的發(fā)生:Pn (0.35 0.42)PrLPrL 2.3式中:PrL最后還需對(duì)缸筒徑向變形量缸筒完全發(fā)生塑性變形的壓力，MPaD進(jìn)行驗(yàn)算，如果徑向變形量D超過(guò)密封件允許圍，液壓缸就會(huì)發(fā)生泄。PrD22Di D二2v mDiD2C、缸筒螺紋缸筒與缸頭部分采用螺紋，壓樁機(jī)液壓缸一般采用螺紋連接，螺紋處的強(qiáng)度計(jì)算:螺紋處的拉應(yīng)力4 KF(D2 d12)10 6 MPa螺紋處的剪應(yīng)力KiKFd。di3)30.2(D10 6 MPa合成應(yīng)力no式中

9、:F缸筒端部承受的最大推力,d缸筒外徑，md 1螺紋大徑，m；K螺紋連接的擰緊系數(shù)，不變載荷取1.251.5，變載荷取2.54;K1 螺紋連接的摩擦因數(shù)，一般0.070.2，平均取0.12 ;b 材料的抗拉強(qiáng)度，MPan° 安全系數(shù)，取 35。D缸筒技術(shù)要求缸筒技術(shù)要求如下:a) 缸筒孔一般采用 H8級(jí)公差，表面粗糙度一般在0.2 m左右；b) 缸筒徑的錐度、圓柱度不大于徑公差的三分之一；c) 缸筒直線度公差在 1000mm長(zhǎng)度上不大于 0.1mm;d) 缸筒端面對(duì)徑的垂直度在直徑100mm上不大于0.04mm為便于裝配和不損壞密封件，缸筒孔口應(yīng)倒20°角，寬度根據(jù)徑大小來(lái)

10、選取。通往油口的孔口必須倒角或開(kāi)避讓槽，過(guò)度處需拋光，以免劃傷密封件。缸筒上有焊接件時(shí)， 都必須在半精加工前進(jìn)行，以免精加工后焊接引起孔變形?？傊?，缸筒是液壓缸的主要零件，它與缸頭、缸底、油口等零件構(gòu)成密封容腔，用以容納壓力油液，同時(shí)它還是活塞的運(yùn)動(dòng)“軌道”。設(shè)計(jì)液壓缸缸筒時(shí)，應(yīng)該正確確定各部分 的尺寸，保證液壓缸有足夠的輸出力，運(yùn)動(dòng)速度和有效行程，同時(shí)還必須有一定的強(qiáng)度，能足夠以承受液壓力、負(fù)載力和意外的沖擊力；缸筒的表面應(yīng)具有合適的配合公差等級(jí)、表面粗糙度和形位公差，以保證液壓缸的密封性、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和耐用性。第三部分活塞桿計(jì)算1、活塞桿結(jié)構(gòu)活塞桿一般采用實(shí)心桿，跟桿頭耳環(huán)采用焊接或螺紋連接

11、的形式。2、活塞桿材料一般用中碳鋼，調(diào)質(zhì)處理。在旋挖鉆機(jī)液壓缸多數(shù)采用 45鋼,在受力特別大的情況也可 采用高強(qiáng)度合金鋼。活塞桿材料的機(jī)械性能見(jiàn)表4。表4活塞桿材料的機(jī)械性能材料b / MPas / MPa/%熱處理4560034013調(diào)質(zhì)40Cr9007009調(diào)質(zhì)42CrMo100090012調(diào)質(zhì)3、活塞桿的計(jì)算A、慨述活塞桿是液壓缸傳遞力的重要零件，它承受拉力、壓力、彎曲力和震動(dòng)沖擊等多種力, 必須有足夠的強(qiáng)度和剛度。B、活塞桿桿徑計(jì)算旋挖鉆機(jī)液壓缸一般都是差動(dòng)缸，其活塞桿直徑d可根據(jù)往復(fù)運(yùn)動(dòng)速比來(lái)確定:d D1 m式中：d 液壓缸缸徑，m液壓缸活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度之比；計(jì)算出活塞桿直徑后

12、，應(yīng)將尺寸圓整到標(biāo)準(zhǔn)值并校核其穩(wěn)定性。C、活塞桿的強(qiáng)度計(jì)算壓樁機(jī)液壓缸工作時(shí)，活塞桿承受的彎曲力矩很大，則按下式計(jì)算活塞桿的應(yīng)力。10 6F活塞桿的作用力，N;A活塞桿橫斷面積，m2 ；M活塞桿承受的彎曲力矩，N m ；W活塞桿斷面模數(shù)，m3?；钊麠U與活塞一般都靠螺紋連接，所以都設(shè)有螺紋、 退刀槽等結(jié)構(gòu)。這些部位往往是活塞上的危險(xiǎn)截面，也要進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)活塞各參數(shù)確定好后，可以對(duì)活塞桿進(jìn)行三維建模，利 用有限元分析軟件對(duì)活塞桿進(jìn)行應(yīng)力分析。D活塞桿技術(shù)要求活塞桿技術(shù)要求如下：a) 活塞桿在導(dǎo)向套中滑動(dòng)，一般采用H8/f7配合。太緊了，摩擦力大，太松了，容易引起卡滯現(xiàn)象和單邊磨損；b) 其圓度和圓柱度不大于直徑公差的三分之一，.外圓直線度公差在1000mm長(zhǎng)度上不大于 0.02mm；c) 安裝活塞的軸勁與外圓的同軸度公差不大于0.02mm,軸肩端面與活塞桿軸線的垂直度公差不大于0.04mm/100mm以保證活塞安裝后不產(chǎn)