液壓缸的設(shè)計(jì)和計(jì)算

液壓缸

設(shè)計(jì)和計(jì)算液壓缸的設(shè)計(jì)和計(jì)算液壓缸的設(shè)計(jì)是整個(gè)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一部分,它是在對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了工況分析,編制了負(fù)載圖,選定了工作壓力之后進(jìn)行的。一、設(shè)計(jì)依據(jù)：（1）了解和掌握液壓缸在機(jī)械上的用途和動(dòng)作要求；（2）了解液壓缸的工作條件；（3）了解外部負(fù)載情況；（4）了解液壓缸的最大行程，運(yùn)動(dòng)速度或時(shí)間，安裝空間所允許的外形尺寸以及缸本身的動(dòng)作；（5）設(shè)計(jì)已知液壓系統(tǒng)的液壓缸，應(yīng)了解液壓系統(tǒng)中液壓泵的工作壓力和流量的大小、管路的通徑和布置情況、各液壓閥的控制情況。（6）了解有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范及參考資料。二、設(shè)計(jì)原則：（1）保證缸運(yùn)動(dòng)的出力、速度和行程；（2）保證剛沒各零部件有足夠的強(qiáng)度、剛度和耐用性；（3）保證以上兩個(gè)條件的前提下，盡量減小缸的外形尺寸；（4）在保證剛性能的前提下，盡量減少零件數(shù)量，簡化結(jié)構(gòu)；（5）要盡量避免缸承受橫向負(fù)載，活塞桿工作時(shí)最好承受拉力，以免產(chǎn)生縱向彎曲；（6）缸的安裝形式和活塞桿頭部與外部負(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度，增加缸的穩(wěn)定性；三、設(shè)計(jì)步驟：（1）根據(jù)設(shè)計(jì)依據(jù)，初步確定設(shè)計(jì)檔案，會(huì)同有關(guān)人員進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析；（2）對(duì)缸進(jìn)行受力分析，選擇液壓缸的類型和各部分結(jié)構(gòu)形式；（3）確定液壓缸的工作參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸；（4）結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度的計(jì)算和校核；（5）根據(jù)運(yùn)動(dòng)速度、工作出力和活塞直徑，確定泵的壓力和流量；（6）審定全部設(shè)計(jì)計(jì)算資料，進(jìn)行修改補(bǔ)充；（7）導(dǎo)向、密封、防塵、排氣和緩沖等裝置的設(shè)計(jì)；（8）繪制裝配圖、零件圖、編寫設(shè)計(jì)說明書。四、液壓缸設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題液壓缸的設(shè)計(jì)和使用正確與否，直接影響到它的性能和是否易于發(fā)生故障。所以，在設(shè)計(jì)液壓缸時(shí),必須注意以下幾點(diǎn)：1、盡量使液壓缸的活塞桿在受拉狀態(tài)下承受最大負(fù)載，或在受壓狀態(tài)下具有良好的穩(wěn)定性。2、考慮液壓缸行程終了處的制動(dòng)問題和液壓缸的排氣問題。3、正確確定液壓缸的安裝、固定方式。4、液壓缸各部分的結(jié)構(gòu)需根據(jù)推薦的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，盡可能做到結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、加工、裝配和維修方便。5、在保證能滿足運(yùn)動(dòng)行程和負(fù)載力的條件下，應(yīng)盡可能地縮小液壓缸的輪廓尺寸。6、要保證密封可靠，防塵良好。

五、計(jì)算液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸1、缸筒內(nèi)徑D 根據(jù)負(fù)載的大小來選定工作壓力或往返運(yùn)動(dòng)速度比，求得液壓缸的有效工作面積，從而得到缸筒內(nèi)徑 D,再從GB2348-80標(biāo)準(zhǔn)中選取最近的標(biāo)準(zhǔn)值作為所設(shè)計(jì)的缸筒內(nèi)徑。F」丁液壓缸的有效工作面積為……A-/-4D以無桿腔作工作腔時(shí)然后再校核其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性。受拉力作用時(shí)，d=0.3?以無桿腔作工作腔時(shí)然后再校核其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性。受拉力作用時(shí)，d=0.3?0.5D。 受壓力作用時(shí)，則有液壓趾工作JK力戶/M隕口隹55< 7口下7活塞桿直徑d(0.5~0.55)1)(0.6~0.7)1；0.第3頁共6頁

3、缸筒長度L 缸筒長度L由最大工作行程長度加上各種結(jié)構(gòu)需要來確定，即:L=l+B+A+M+Cl——活塞的最大工作行程；B——活塞寬度，一般為(0.6?1)D；A——活塞桿導(dǎo)向長度，取(0.6?1.5)D；M——活塞桿密封長度，由密封方式定;C——其他長度。注意：從制造工藝考慮，缸筒的長度最好不超過其內(nèi)徑的20倍。六、強(qiáng)度校核對(duì)液壓缸的缸筒壁厚8、活塞桿直徑d和缸蓋固定螺栓的直徑，在高壓系統(tǒng)中必須進(jìn)行強(qiáng)度校核。1、缸筒壁厚校核8缸筒壁厚校核分薄壁和厚壁兩種情況。當(dāng)D/8三10時(shí)為薄壁，壁厚按下式進(jìn)行校核:5>當(dāng)D/8<10時(shí)為厚壁，壁厚按下式進(jìn)行校核：D(/團(tuán)+0.4尸 \pt——缸筒試驗(yàn)壓力，隨缸的額定壓力的不同取不同的值D 缸筒內(nèi)徑［。］——缸筒材料許用應(yīng)力2、活塞桿直徑校核活塞桿的直徑d按下式進(jìn)行校核:dd>3、液壓缸蓋固定螺栓直徑校核液壓缸蓋固定螺栓直徑按下式計(jì)算:dd>液壓缸負(fù)載k——螺紋擰緊系數(shù)(1.12?1.5)Z——固定螺栓個(gè)數(shù)［。］——螺栓材料許用應(yīng)力七、液壓缸穩(wěn)定性校核活塞桿軸向受壓時(shí)，其直徑d一般不小于長度L的1/15。當(dāng)L/d三15時(shí)，須進(jìn)行穩(wěn)定性校核，應(yīng)使活塞桿承受的力F不能超過使它保持穩(wěn)定工作所允許的臨界負(fù)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(zhì)、截面形狀、直徑和長度以及缸的安裝方式等因素有關(guān)，驗(yàn)算可按材料力學(xué)有關(guān)公式進(jìn)行。F=F

n

k?當(dāng)活塞桿細(xì)長比1/相>中仆工時(shí)，則FU2EJk12?當(dāng)活塞桿細(xì)長比1/rk<T1網(wǎng)且乎仆”=20~120

fAF=fAk1+N▼2Irjl-安裝長度，其值與安裝方式有關(guān)；匕--柔性系數(shù)，對(duì)鋼取中1=85；中2--末端系數(shù)，由液壓缸支承方式?jīng)Q定；E--活塞桿材料的彈性模量，對(duì)鋼取E=2.06X1011Pa；J--活塞桿橫截面慣性矩；A--活塞桿橫截面面積；f--由材料強(qiáng)度決定的實(shí)驗(yàn)數(shù)值，對(duì)鋼取f=4.9X108N/m2；a--系數(shù)，對(duì)鋼取a=1/5000。rk--活塞桿橫截面的最小回轉(zhuǎn)半徑；八、緩沖計(jì)算液壓缸的緩沖計(jì)算主要是估計(jì)緩沖時(shí)缸中出現(xiàn)的最大沖擊壓力，以便用來校核缸筒強(qiáng)度、制動(dòng)距離是否符合要求。液壓缸在緩沖時(shí)，緩沖腔內(nèi)產(chǎn)生的液壓能E1和工作部件產(chǎn)生的機(jī)械能E2分別為：i - 1E=pAl+—mv2—Fl2ppc2 0fc當(dāng)E1=E2時(shí),工作部件的機(jī)械能全部被緩沖腔液體所吸收,則有E

——2-

Alcc九、油缸的試驗(yàn).油缸試驗(yàn)壓力，低于16MPa乘以工作壓力的1.5,高于16乘以工作壓力的1.25。.最低啟動(dòng)壓力：是指液壓缸在無負(fù)載狀態(tài)下的最低工作壓力，它是反映液壓缸零件制造和裝配精度以及密封摩擦力大小的綜合指標(biāo)；.最低穩(wěn)定速度