液壓缸課程設計指導書

液壓缸課程設計指導書一、設計目的360°回擺運動的液壓執(zhí)行元,工作牢靠,制造簡潔以及使用維護便利、低速穩(wěn)定性好等優(yōu)點。因此,:工程機械中挖掘機和裝載機的鏟裝機構和提升機構,起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,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、火箭的放射,即推力液壓缸。所以進一步爭論和,,對于更好的利用液壓傳動具有格外重要的意義。通過學生自己獨立地完成指定的課程設計任務,提高理論聯(lián)系實際、分析問題,學會查閱參考書和工具書的方法,提高編寫技術文件的力量,進一,為畢業(yè)后成為一名精彩的機械工程師打好根底。為此,編寫了這本“液壓缸課程設計指導書供機械專業(yè)學生學習液壓傳動課程二、設計要求1、每個參與課程設計的學生,都必需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(jù)充分。計算公式不必進展推導,但應注明公式中多符號的意義,代入數(shù)據(jù)得出結果即3、說明書要有插圖,且插圖要清楚、工整,并選取適當此例。說明書的最終要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、學生在完成說明書、圖紙后,預備進展辯論,最終進展成績評定。三、設計任務設計任務由指導教師依據(jù)學生實際狀況及所收集資料狀況確定。最終人均一題,四、設計依據(jù)和設計步驟液壓缸是液壓傳動的執(zhí)行元件,它與主機及主機的工作構造有著直接的聯(lián)系。,首,工作機構的構造特點,,速度,行程大小和動作要求,液壓系統(tǒng)所選定的工作壓力和流量等。液壓缸的設計內(nèi)容和步驟大致如下:1、液壓缸類型和多局部構造的選擇。2、確定根本參數(shù)。主要包括工作負載、工作速度(3、強度和穩(wěn)定性計算。其中包括缸筒壁厚、外徑和缸底厚度的強度計算,活塞,以及各連接局部的強度計算。4、導向、密封、防塵、排氣和緩沖等裝置的設計。5、整理設計說明書。繪制工作圖。應當指出,不同類型和構造的液壓缸,其設計內(nèi)容量是不同的,而且各參數(shù)之間需的。五、構造型式確實定1、構造初型:依據(jù)設計原始依據(jù)和設計任務書,查閱有關參考資料設計或選擇液壓缸的構造(液壓缸的安裝形式很多,但大致可分為兩類:軸線固定類這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(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(2法蘭式用液壓缸上的法蘭將其固定在機器上。法蘭設置在活塞桿端的缸頭上,外側面,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,因而安裝螺栓的直徑較大,并且要求強度計算。法蘭設置在活塞桿端的缸頭上,內(nèi)側面與機械安裝面貼緊,這叫頭部內(nèi)法蘭式。,安裝螺栓受力不大,主要靠安裝支承面承受,所以法蘭直徑較小,構造法蘭設置在缸的底部,與機械安裝面用螺栓緊固,這叫尾部法蘭式。這種安裝形,安裝長度較大,穩(wěn)定性差。(3支座式切向,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,,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肯定的距離,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。切向對于支座安裝形式,GS3766—83的2.2.2條規(guī)定:“支座式液壓缸如不承受鍵或,則底腳固定螺栓必需經(jīng)受全部剪切力而不致引起危急。軸線搖擺類液壓缸在往復運動時,由于機構的相互作用使其軸線產(chǎn)生搖擺,到達調(diào)整位置和,安裝形式也只能承受使其能搖擺的鉸接方式。工程(1耳軸式將固定在液壓缸上的鉸軸安裝在機械的軸座內(nèi),使液壓缸軸線能在某個平面內(nèi)耳軸設置在液壓缸頭部的叫頭部耳軸式。這種安裝形式的液壓缸,搖擺幅度較小,耳軸設置在液壓缸尾部的尾部耳軸式。這種安裝形式的液壓缸,搖擺幅度較大,耳軸設置在液壓缸中部的叫中間耳軸式,其搖擺幅度和穩(wěn)定性一般。(2耳環(huán)式將液壓缸的耳環(huán)與機械上的耳環(huán)用銷軸連接在一起,使液壓缸能在某個平面內(nèi),可以是單耳環(huán),也可以是雙耳環(huán),還可以做成帶關節(jié)(3球頭式將液壓缸尾部的球頭與機械上的球座連接在一起,使液壓缸能在肯定的空間錐角范圍內(nèi)任意搖擺。這種安裝形式自由度大,但穩(wěn)定性差。船舶起貨吊桿液壓缸多用,軸線搖擺安裝的液壓缸往往工作時都是傾斜的,隨著活塞桿的漸漸伸出,軸線與水平面的夾角也漸漸變化,其工作出力隨著夾角的變化而變化,因此,,肯定要以夾角處于最小時能推動的負載為依據(jù)。2、局部構造初選依據(jù)設計條件,查閱資料確定液壓缸各零件的構造、材料及聯(lián)接方式。(畫簡圖缸筒的構造設計缸筒的兩端分別與缸蓋相連,構成密閉的壓力腔,因而它的構造形式往往和缸蓋,也應當一起加以考慮。缸筒是液壓缸的主體,其余零件裝配其上,它的構造形式對加工和裝配有很大影響,因此其構造必需盡量便于裝配、拆卸和修理。,60多種,把他們按連接方法分類,大(1法蘭連接缸筒端部設計有法蘭,用螺栓將其與端蓋連接起來。法蘭連接構造簡潔,加工和裝拆都很便利,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,加工余量較大,鋪張材料;焊接法蘭式(1-b多為鋼質缸筒,將無,其焊縫要進展強度計算。法蘭連接是液壓缸1缸筒與端蓋(或缸底的連接形式(2螺釘連接將缸蓋用螺釘固定在缸筒端部(1-c。這種連接方式簡潔,但因缸筒壁薄,需(3外螺紋連接這種方式裝拆便利,但需要專用工具。它使缸筒端部構造簡單化,螺紋要與缸筒,很適合無縫鋼管做缸筒的液壓缸。密,以免減弱缸筒強度。為了防止螺紋因沖擊震驚而松動,,1-d所示。(4內(nèi)螺紋連接在缸筒端部加工出內(nèi)螺紋和退刀槽,雖然會減弱缸筒強度,而且螺紋與缸筒要求同心,但其構造緊湊,外形美觀,不易損壞。連接螺紋可以設計在端蓋上,也可以用螺,1-e所示。(5外卡鍵連接這種連接的強度好,構造緊湊,重量輕,裝拆簡潔,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,1-f所(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,第三瓣的剖切口平面必需與軸線平行,否則是裝不進去的。裝配卡鍵時,,裝好卡鍵后,端蓋才能裝到位,1-g所示。卡鍵與卡,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,因此使用便利,裝拆簡潔。但因厚度較薄,只能用于中低壓缸筒上。(8焊接式1-j所示,將端蓋直接焊在缸筒上,強度高,制造簡潔,但簡潔引起焊接變形,修理時需破壞端蓋才行。(9銷釘式1-k所示,將端蓋裝入缸筒后,相配鉆鉸,裝上銷釘。這種連接方式簡潔便利,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,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,影響密封效果,只適用于中低壓液壓缸。,安裝液壓缸時,如構造允許,進出油口位置,以利于安裝和空氣的排解。缸筒的材料,當缸筒上需要焊接缸底、耳軸或管接頭時,35號鋼管。在承受的負載很大時,如液壓支架中的立柱等,常用低合金無縫鋼管,如27SiMn30CrMnSi等。缸底缸底的材料常用35號或45號鋼。缸筒承受無縫鋼管時,缸底與缸筒多承受焊接構造,它的特點是構造緊湊,加工簡潔,工作牢靠,但簡潔產(chǎn)生焊接變形。通常缸底,,缸底與缸敏捷選擇。缸蓋缸口局部一般由密封圈、導向套、防塵圈和鎖緊裝置等組成,用作活塞桿的導向和密封等。缸孔和活塞桿直徑不同,缸口局部的構造也有所不同,缸蓋與缸筒的典,外螺紋連接,它的外徑小,質量輕,但構造工藝性較差;內(nèi)半環(huán)連接,內(nèi)卡,拆裝也較便利,但缸壁上的環(huán)槽減弱了缸筒的強度法蘭連接,特點是構造簡潔而且緊湊,拆裝和加工簡潔。缺點是外形和質量都比較大;鋼絲連接,這種連接方式的構造最簡潔、緊湊,已漸漸被推廣使用。值得留意的是缸蓋材料一般用35、45號鋼鍛件。當缸蓋兼作導向套時,應承受鑄鐵并在其工,黃銅或其它耐磨材料,導向套也可單獨制成后壓入缸蓋內(nèi)孔。缸體與外部的連接構造液壓缸依與機器的設置與固定方式可分為兩大類:a、剛性固定:承受底座或法蘭連接b、鉸接固定:承受耳環(huán)或鉸軸,其中以頭部鉸軸對活塞45ZG35鑄鋼?；钊钊牧贤ǔＳ娩摶蜩T鐵,也有用鋁合金制成的,它的構造上主要考慮的問題是:,活塞與活塞桿之間的連接與密封。活塞桿活塞桿是液壓缸的主要傳力零件,必需有足夠的強度和剛性。活塞桿有空心和,使焊接和熱處理時能排出熱氣。實3545號鋼,3545號無縫鋼管。有特別用途的液壓缸(如液壓支架應依據(jù)使用條件來選定材料、構造和尺寸。活塞桿頭部與工作機械的連接,,選擇符合要求的構造型式。緩沖裝置大時,就有很大的慣性力。假設活塞在行程終端與缸底(或缸蓋產(chǎn)生氣械碰撞,會消滅,甚至導致液壓缸、管路以及閥類元件的破壞,為了防止或緩和這種沖擊,,使活塞減速制動,也可在液壓缸內(nèi)部設置緩9排氣裝置液壓系統(tǒng)在安裝過程中或長時間停頓工作之后會滲入空氣,油中也會混入空氣,,將使液壓缸工作中產(chǎn)生振動、抖動和爬行,并伴隨有,要保證能準時排解積聚,在液壓缸內(nèi)腔的最高部位設置進,使積聚于缸內(nèi)的氣體排出缸外。2排氣裝置的形式排氣裝置的形式和構造見圖2,一般有整體排氣塞和組合排氣塞兩種。整體排氣(ce由螺紋與缸筒或端蓋連接,靠頭部錐面起密封作用。排氣時,擰松螺紋缸,但螺紋與錐,否則擰緊排氣塞后不能密封,會造成外泄漏。組合排氣塞,錐閥在壓力的推動下脫離密封面而排出空氣。錐閥可以承受圖a所示的錐面密封,也可以承受圖b所示的錐面密封,還可以承受g耳環(huán)和鉸軸,3,,所以要保證其有足夠的強度。3耳環(huán)和鉸軸的形式abcdef鉸軸dR=,RL2.1=,db4.12.1(-=;帶襯套的單dR2.1=,;dR4.1=,RL4.12.1(-=,dL=。油口油口有油口孔和油口連接螺紋。油口孔是壓力油進出的直接通道,假設孔小了,,而且會造成回油時受阻,,影響活塞的退回速度,削減液壓缸的負載力量。5.0/≥dlpppppCAQ-=2(221C——流量系數(shù),70.7—0.8。A油孔的截面積ρ——液體的密度1p——油孔前腔壓力2p——油孔后腔壓力A。依據(jù)此式,,以滿足流量的需要,從而保證液壓缸的正常工作運動速度。密封件的選用在液壓元件中,液壓缸的密封要求是比較高的,特別是一些特別液壓缸,如搖擺液,而且工作壓力高,這就要求密封,耐磨損,對溫度的適應范圍大,要求彈性好,永久變形小,有適當?shù)?能隨壓力的上升而提高密封力量和利于自動,OYUVYx形等。除O形外,其他都屬于唇形密封件。(2O形密封圈的選用O形密封圈。(3動密封部位密封圈的選用,所以用于往復運動的密O形圈,而使用唇形密封圈或金屬密封圈。(或導向套活塞環(huán)是具有彈性的金屬密封圈,摩擦阻力小,耐高溫,使用壽命長,但密封性能差內(nèi)泄漏量大,而且工藝簡單,造價高。對內(nèi)泄漏量要求不嚴而要求耐高溫的液壓缸,V形圈的密封效果一般,密封壓力通過壓圈可以調(diào)整,但摩擦阻力大,溫升嚴峻。,用U形圈雖是唇形密封圈,但安裝時需用支撐環(huán)壓住,否則就簡潔卷唇,而且只能在10MPa時使用,對壓力高的液壓缸不適用。比較而言,能保證密封效果,摩擦阻力小,安裝便利,制造簡潔經(jīng)濟的密封圈就屬Yx型密封圈了。它屬于不等高雙唇自封壓緊式密封圈,分軸用和孔用兩種。六、確定根本參數(shù)1、工作負載的計算,液壓缸的工作負載是指工作機,以肯定的加速度起動時,對液壓缸產(chǎn)生的總阻力,即gfeRRRR++=(N((NfR——工作機構滿載起動時靜摩擦力對液壓缸產(chǎn)生的作用力(NgR工作機構滿載起動時的慣性力對液壓缸產(chǎn)生的作用力(N2、工作速度和速比,活塞(或缸體的工作速度為214DQvvπη(m/s當有桿端進油時的速度Q泵的流量(m3/s;D缸筒內(nèi)徑(m;d——活塞桿直徑(m;vη——容積效率。假設工作機構對液壓缸的工作速度有肯定要求時,應依據(jù)所需的工作速度和已,可依據(jù)速度和缸徑來選擇壓力和,:22212dDDvv-==?速比不宜取過小或過大,以免產(chǎn)生過大的背壓或活塞桿太細,穩(wěn)定性不好。?值可按JB2183-77中所制定的標準選用,為了不使往復運動速度相差太大,6.1≤?,工作壓力高的液壓缸選用大值,工作壓力低的選小值特別狀況可另作考慮。3、缸筒內(nèi)徑對于負載較大的工程、礦山機械用的液壓缸,在系統(tǒng)給定的工作壓力狀況下,常,假設尚,則往往在校核時通過選擇適當流量油泵的方法來解決。但是當系統(tǒng)的工作壓力尚未確定的時候,必需首先依據(jù)負載的大小合理地選擇GB2346-80(見附1,當壓力油輸入無桿腔,活塞桿以推力驅開工作負載時,其RdpDppFm-=ηπ42023由此得缸筒內(nèi)徑(4ppdpppRDm---=ηπ(mP——工作壓力(Pa;0P——回油背壓(Pa假設回油直接通油箱,0P0;mη——機械效率,考慮密封件的摩擦阻力損失,92.0=mηd——活塞桿直徑(m,Dd7.0~2.0(=。當活塞桿以拉力驅動負載時,則壓力油進入有桿腔,其拉力為mpdDppRηπ --=][(4220由此得缸筒內(nèi)徑2-+-=ηπ(m由上式計算所得的缸筒內(nèi)徑,GB2348-80規(guī)(24、活塞桿直徑,?的Dd?1-=(m?,也可按下式初步定出活塞桿直徑Dd5,GB2348-80規(guī)定的活塞桿外徑尺(35、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,將使液壓缸因間隙引起的初始撓度增大,從,其最小導向長度H應滿足下式要求220DLH+≥(L---(m一般導向套滑面的長度A,在缸筒內(nèi)0.6~1.0;D>80mm時則取活塞桿0.6~1.0BD0.6~1.0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K,其長度C由所需的最小導,而且可以擴大導向套及活塞的通用性。(21BACH七、強度和穩(wěn)定性計算110/≥δD時為薄壁,壁厚按下式進展校核][2σδDpy≥式中,D為缸筒內(nèi)徑;yp為缸筒試驗壓力,當缸的額定壓力anMPnMPp16>時,yp=1.25np][σ為缸筒材料的許用應力,][σ=nb/σbσ為材料抗拉強度,n為安全系數(shù),n=5。10/<δD時,壁厚按下式進展校核13.1][4.0][(2--+≥yyppDσσδ在壁厚和內(nèi)徑確定的根底上,求出缸筒的計算外徑,然后圓整為標準外徑。2、缸底厚度1如圖(a所示的平底缸底,按下式計算:][433.021σδspD2如圖(b所示的帶孔的平底缸底,按下式計算:][(433.0221σδksdDDpD-≥4液壓缸最小導向長度(a(b(c5幾種缸底構造3如圖(c所示的半球形缸底,按下式計算:][41σδsDp≥2D缸底止口內(nèi)徑(m;[σ]——缸底材料的許用應力,;(][abpnσσ=bσ——缸底材料抗拉強度(Pa;n——安全系數(shù),3≥n其它符號意義同前。算得的缸底厚度按有關標準的規(guī)定系列選取。3、活塞桿強度和液壓缸穩(wěn)定性計算1活塞桿強度計算d按下式進展校核][4σπFd≥式中,F為活塞桿上的作用力;][σ為活塞桿材料的許用應力,][σ=4.1/bσ。液壓缸穩(wěn)定性計算活塞桿受軸向壓縮負載時,F不能超過使它保持穩(wěn)定工作所允許kF,以免發(fā)生縱向彎曲,kF的值與活塞桿材性的校核依下式進展kknFF≤式中,kn為安全系數(shù),kn=2~4。21/φ>krl222lEJFkπφ=21/φ≤krl時22(1kkrlafAFφ+=,1;kr為活塞桿橫截面最小回轉半徑,表2;2φ為由液壓缸支撐方式打算的末端系數(shù),其值見表1;E為活塞桿材料的彈性模量,對鋼取211/1006.2mNE =;J為活塞桿橫截面慣性矩;A為活塞桿橫截面積;f為由材料強度打算的試驗值,α為系數(shù),具體數(shù)值見表2。12φ的值fα1φ的值4、連接零件的強度計算1缸筒和缸底焊縫強度的計算6所示,其對接焊縫的應力為:][(4222δηπδ≤-=dDFeF——液壓缸最大推力(N;;焊縫的許用應力(Pa;6焊接缸筒和缸底nbσσ=][,T422焊條時,(1042023abp 2缸蓋連接螺紋的強度計算,:螺紋處的拉力和剪應力分別為:7螺紋連接的缸體((221apDdKF-=πσ((4.0441101apDddKFdK-=τ其合成應力和強度驗算公式為][322στσ≤+=n0d——螺紋外徑;1d——螺紋內(nèi)徑。承受一般螺紋尺寸時,可近似地按下式計算,tdd22.101-=(t為;01=K,12.01=K;K螺紋預緊力系數(shù),5.1~25.1=K;(Pa5.2~2.1=n,sσ為缸筒材料的屈服極限(Pa;F液壓缸最大推力(N;D——缸筒內(nèi)徑(m。缸蓋連接螺栓的強度計算缸蓋與缸筒承受法蘭和固定螺栓連接時,其螺栓螺紋處的拉應力和剪應力分別為(421apZdKFπσ=(4.03101apZdK