單作用法蘭式液壓缸設(shè)計(jì)

1、題目 單作用法蘭式液壓缸設(shè)計(jì)目錄第1章設(shè)計(jì)參數(shù)及工況分析 31.1主要設(shè)計(jì)參數(shù)31.2工況分析3第2章液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 52.1液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d的計(jì)算52.1.1液壓缸內(nèi)徑D的計(jì)算52.1.2活塞桿直徑d的計(jì)算 62.2液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算72.3液壓缸工作行程的確定 72.4缸蓋厚度的確定82.5最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定82.6缸體長(zhǎng)度的確定82.7法蘭的設(shè)計(jì)82.8活塞的設(shè)計(jì)9第3章液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算1.0.3.1活塞桿的校核10.3.2缸筒壁厚的校核 1.1.3.3法蘭螺栓組連接強(qiáng)度校核12.第4章液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1.4.4.1液壓缸的安裝形式 .14.4.2缸體與缸蓋的連接形式

2、1.4.4.3活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu) 14.4.4活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu) 1.5.4.5活塞及活塞桿處密圭寸圈的選用 1.5.4.6液壓缸的緩沖裝置 .16.4.7液壓缸主要零件的材料1.6.第1章設(shè)計(jì)參數(shù)及工況分析1.1主要設(shè)計(jì)參數(shù)最大輸出力：20000N ;最大運(yùn)行速度：0.12m/s ;運(yùn)動(dòng)行程：0.42m （ 420mm ）1.2工況分析液壓缸所受負(fù)載F包括有效工作負(fù)載，摩擦阻力和慣性力三種類型，即F Fw Ff Fa式中Fw 有效工作負(fù)載，在本設(shè)計(jì)中即為題目給定的最大輸出力Fw=20000N ；Fa 運(yùn)動(dòng)部件速度變化時(shí)的慣性負(fù)載；Ff 導(dǎo)軌摩擦阻力負(fù)載，啟動(dòng)時(shí)為靜摩擦阻力，啟動(dòng)后為動(dòng)摩

3、擦阻力，對(duì)于平導(dǎo)軌Ff可由下式求得Ff f G FRnG 運(yùn)動(dòng)部件重力；FRn 垂直于導(dǎo)軌的工作負(fù)載，本設(shè)計(jì)中為零；f 導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，在本設(shè)計(jì)中取靜摩擦系數(shù)為0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)為0.1則求得錯(cuò)誤!未找到引用源。錯(cuò)誤!未找到引用源。上式中Ffs為靜摩擦阻力，F(xiàn)fa為動(dòng)摩擦阻力。Fa m式中m 負(fù)載質(zhì)量、t 加速或減速時(shí)間，本次設(shè)計(jì)中取t 0.12s錯(cuò)誤!未找到引用源。；t時(shí)間內(nèi)的速度變化量，本次設(shè)計(jì)最大速度為0.12m/s,0 121000 N取 0.12m/s ;先取負(fù)載質(zhì)量為1000kg，故Fa 10000.12根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，列出個(gè)各工作階段所受的外負(fù)載:前進(jìn)時(shí)取大負(fù)載F(N)啟動(dòng)加速F

4、= Ffs+ Fa + Fw22960勻速移動(dòng)F Ffa + Fw20980減速制動(dòng)FFfa + Fw - F a19980第2章液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算2.1液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d的計(jì)算2.1.1液壓缸內(nèi)徑D的計(jì)算由于啟動(dòng)加速階段工作負(fù)載力最大，故按牛頓運(yùn)動(dòng)定律，pA- Ffs-Fw=ma ma Ffs FwA -P式中A 液壓缸有效工作面積（m 2）。p 分配給執(zhí)行元件用于克服執(zhí)行元件外負(fù)載的壓力（MPa）2P ；（Ps P）亠3, p為局部損失和沿程損失之和，初步估算為0.5MPa.根據(jù)附表1選擇工作壓力P=3.5Mpa附表1按負(fù)載選擇執(zhí)行元件工作壓力負(fù)載F5000（N）000000000工

5、作壓力57P（MPa）12 20.01148m114.8cmA22960A 26在本設(shè)計(jì)中，2 (3-5 0.5)10由此求得，活塞缸內(nèi)徑為D i 4 A 4 114.812.09cm120.9mm根據(jù)附表2缸筒內(nèi)徑尺寸系列GB2348-80（mm），將液壓缸內(nèi)徑圓整為 標(biāo)準(zhǔn)系列直徑D=125mm ；附表2缸筒內(nèi)徑尺寸系列 GB2348-80( mm )8101216 20 25 32 40 50 6380(90)00 (110) 125 (140) 160 (180) 200 (220)250 320 400 500 630注括號(hào)內(nèi)數(shù)值為菲憂先選用者2、超出本蔡列630mm的缸簡(jiǎn)內(nèi)徑尺寸應(yīng)按

6、GB321-SO 優(yōu)先數(shù)和優(yōu) :數(shù)系中R10系列選用2.1.2活塞桿直徑d的計(jì)算d D液壓缸內(nèi)徑與活塞桿直徑的關(guān)系。考慮到活塞桿受壓，且液壓缸工作壓力小于5MPa，根據(jù)附表3液壓缸工作壓力與活塞桿直徑，取 d/D 0.55附表3液壓缸工作壓力與活塞桿直徑液壓缸工作壓力 p/MPa7推存活塞桿直徑d(0.5 0.55)D(0.56 0.6)D0.65D活塞桿直徑 d 0.55D0.55X125 68.75mm根據(jù)附表4液壓缸的活塞桿外徑尺寸系列 GB2348-80( mm)，將液壓缸內(nèi)徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑d=70mm ；附表4液壓缸的活塞桿外徑尺寸系列GB2348-80 ( mm)Fmax由此求

7、得液壓缸最大工作壓力 pi100A22960100 114.82MPa根據(jù)附表5液壓缸公稱壓力系列(GB/T7938-1987 )，取液壓缸額定工作壓力為 2.5MPa 。附表5液壓缸公稱壓力系列(GB/T7938-1987)25 4Q 6380)100 (125) 16020025031$400500630800注* t、松號(hào)內(nèi)的值為非優(yōu)先選用者S baiOJ Mpa2.2液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算般是用無(wú)PyD2液壓缸的壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件來(lái)計(jì)算。工程機(jī)械的液壓缸, 縫鋼管材料，大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，其壁厚按薄壁圓筒公式計(jì)算式中一液壓缸壁厚(m)；D 液壓缸內(nèi)徑(m)；Py 試驗(yàn)壓力，取最大

8、工作壓力的1.5倍(MPa)；缸筒材料的許用應(yīng)力。無(wú)縫鋼管 45鋼 100MPa。1.5 2.5 72 100312.3 10 m液壓缸壁厚取13mm151mm將液壓缸液壓缸壁厚算出后，可求出缸體的外徑D1 D 2125 2 13根據(jù)附表5工程機(jī)械用標(biāo)準(zhǔn)油缸的缸體外徑(JBIO68-67)mm， 缸體外徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑 D1=152mm ；附表5工程機(jī)械用標(biāo)準(zhǔn)油缸的缸體外徑(JBIO68-67)mm工程祖捉用掠堆沽址的丸體井卷(JBW弘一孫)mm3虹內(nèi)徑40AO390WO110125IM(iw)1001B02000160M)6076閃10R12113316S匍P345ffi 力200500

9、07095108131ia3168180319砸45時(shí)鋼3BO5060S3ioe106121152108iao214MS,M9,5関102114127140152Leait194210注：負(fù)休為無(wú)址鋼?dān)L*2.3液壓缸工作行程的確定根據(jù)題目給定運(yùn)動(dòng)行程0.42m，參照液壓缸行程系列選用工作行程為450mm2.4缸蓋厚度的確定般液壓缸多為平底缸蓋，有孔時(shí)式中t缸蓋有效厚度（m） ； D2 缸蓋止口內(nèi)徑（m） ； do缸蓋孔的直徑（m）。0.433D2. ；Py23.87mm取缸蓋厚度為25mm。2.5最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定LD 450 125 “85mm20 2202活塞寬度 B 0.3D0.6 12

10、5 75mm，取值 B=80mm。缸蓋滑動(dòng)支承面的長(zhǎng)度，在缸徑小于 150mm時(shí)取 l10.6D0.6 125 75mm隔套的長(zhǎng)度11C H - l1 B 85 (7575) 10mm222.6缸體長(zhǎng)度的確定缸體外形長(zhǎng)度還20倍。因此取液壓缸缸體內(nèi)部長(zhǎng)度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和 要考慮到兩短端蓋的厚度。一般液壓缸缸體長(zhǎng)度不應(yīng)大于內(nèi)徑的 缸體長(zhǎng)度為600mm。2.7法蘭的設(shè)計(jì)（23.3 - 16） 弍中 F推蘭在缸倚旨大內(nèi)壓下新卓壹的輔向力（N）,法蘭承受的最大壓力為：F=22960N經(jīng)估算可以確定以下參數(shù)：ra=150mm、dL=25mm、b=10mm許用應(yīng)力在選取材料的時(shí)候給出：=1

11、00MPa將以上各量帶入式上式得到：h=38.65mm為保證安全，取法蘭厚度為40mm。2.8活塞的設(shè)計(jì)1、活塞結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)活塞分為整體式和組合式，組合式制作和使用比較復(fù)雜，所以在此選用組合 式活塞。此組合式活塞中，密封環(huán)和導(dǎo)向套是分槽安裝的。2、活塞的尺寸及加工公差選擇活塞厚度為和缸筒內(nèi)徑形成間隙配合，因?yàn)楦左w內(nèi)徑是125mm （這個(gè)在前面的活塞桿設(shè)計(jì)中已經(jīng)給出解釋），根據(jù)密封圈的尺寸及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)活塞寬 度為80mm?；钊呐浜弦?yàn)槭褂昧私M合形式的密封器件， 所以要求不高，這里不加敘述。 活塞外徑對(duì)內(nèi)孔的同軸度公差不大于 0.02mm，斷面與軸線的垂直度公差不大于0.04mm/100mm ，外

12、表面的圓度和圓柱度不大于外徑公差的一半。第3章 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1活塞桿的校核活塞桿直徑d,在高壓系統(tǒng)中必須進(jìn)行強(qiáng)度校核。 活塞桿需要進(jìn)行穩(wěn)定性的 校核。1、活塞桿直徑校核活塞桿直徑d的校核按下式進(jìn)行d式中F 活塞桿上的作用力;/ 4 22960d , ；648.6mmV 100 10活塞桿材料的許用應(yīng)力,活塞桿直徑滿足要求2、活塞桿穩(wěn)定性的驗(yàn)算活塞桿受軸向壓縮負(fù)載時(shí)，它所承受的軸向力F不能超過(guò)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(zhǎng)度以及液壓缸的安裝方式等因素有關(guān)?；钊麠U穩(wěn)定性的校核依下式（穩(wěn)定條件）進(jìn)行

13、:Fknk式中：nk為安全系數(shù)，一般取nk 24。當(dāng)活塞桿的細(xì)長(zhǎng)比l rk2 2EJ當(dāng)活塞桿的細(xì)長(zhǎng)比LX11 220120，則fAFk,a I1 ()2 rk式中：l安裝長(zhǎng)度，其值與安裝方式有關(guān)；rk 活塞桿截面最小回轉(zhuǎn)半徑，rkJ A;1 柔性系數(shù)；2 由液壓缸支承方式?jīng)Q定的末端系數(shù)，其值見表3-1 ;11 f 2 E 活塞桿材料的彈性模量，對(duì)鋼取E 2.06 10 N m ；J 活塞桿橫截面慣性矩；A為活塞桿橫截面積；f 由材料強(qiáng)度決定的實(shí)驗(yàn)值、a為系數(shù)，具體數(shù)值均見表3-2 活塞桿的細(xì)長(zhǎng)比I rk為l/rk I、J/A I - d_d 73.3 k，- 644柔性系數(shù)1取85，采用一端鉸

14、接，一端固定的支承方式，末端系數(shù)2取所以，1 rk2 =120，采用拉金公式計(jì)算Fk -1fA2a l2rk84.9 100.00173.32318742.9NFk/2 159371.45N安全系數(shù)取n=2則Fknk所以，活塞桿穩(wěn)定3.2缸筒壁厚的校核F面從以下三個(gè)方面進(jìn)行缸筒壁厚的校核：I (槪壓蛆笊制*崔力樸憤應(yīng)醞于一焙的概附 值保證工作W削創(chuàng),3巴2血 (MPa) 23.3 71根據(jù)上式得到：Pn 16.75MPa，顯然，額定油壓P=2.5MPa，滿足條件；I3)為r足豬缸畫在I：昨時(shí)發(fā)生墾性交収袱宦缸曲諭宦壓力叭苗醱與鞭杵裔曲壓力有一定的比鋼pW(O.35U 斗2)p耳 (MPU (2

15、1.3-9)打1電2總叫扁晉 (MPf) (23.3-10)先根據(jù)上式10得到：PpL=14.35MPa，再將得到結(jié)果帶入上式9得到：Pn 5.02MPa。顯然，額定油壓P=2.5MPa，滿足條件；(Q)為了呻保玻壓缸安全的唾屮紀(jì)鬲的爆舉壓力牯應(yīng)丈于齡樂(lè)試輸壓力同；pf = 2.3勿:館 * MP?)(毎.3-也】因?yàn)閎=100MPa已經(jīng)在選擇缸筒材料的時(shí)候給出，根據(jù)上式得到：FE=71.77MPa。至于耐壓試驗(yàn)壓力應(yīng)為：Pt =1.5 P=3.75MPa。依據(jù)為：(fff莊試聽壓力冷是笊壓壯隹檢査冷帝討需護(hù)受的試嘖爪力。住規(guī)定時(shí)問(wèn)內(nèi)，柬玉遼直此15辦下.全鄒專畔芥得有戟風(fēng)醺毗夬性喪總隸異甘現(xiàn)

16、樂(lè)口尋廨純蘋定敦規(guī)窯為：當(dāng)釋總壓力九嗎】6MP$時(shí)PT = k5 JMFai (23.1 - 2)因?yàn)楸褖毫h(yuǎn)大于耐壓試驗(yàn)壓力，所以完全滿足條件。3.3法蘭螺栓組連接強(qiáng)度校核本次設(shè)計(jì)中采用法蘭型聯(lián)接方式，根據(jù)所選液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸要求，選用6個(gè)M25螺栓呈圓周均布布置與閥體連接。閥體內(nèi)工作壓力P=2.5MPa，液壓缸活塞桿頭部伸入處閥體內(nèi)徑 D=125mm。對(duì)該螺栓組連接進(jìn)行受力分析，屬于 典型承受預(yù)緊力和軸向載荷的的緊螺栓連接受力情況。液壓缸尾部螺栓組均勻分布，其每個(gè)螺栓承受的平均軸向工作載荷F： F=P冗D2/4z。式中F每個(gè)螺栓承受的平均軸向載荷，(N ); P調(diào)節(jié)閥閥體內(nèi)工作 壓力，已

17、知，P=2.5MPa ; D 液壓缸活塞桿頭部伸入處閥體內(nèi)徑，D=125mm。z螺栓數(shù)目。故 F=P 冗D2/4z=2.5x3.14X125X125/(4x8)=3833N當(dāng)承受預(yù)緊力和工作拉力的緊螺栓聯(lián)接時(shí)，此時(shí)螺栓所受的軸向總拉力F:Fe=F+F 式桿每個(gè)螺栓所受的軸向總載荷，（N ）; F每個(gè)螺栓承受的平均 軸向載荷，（N）; F殘余預(yù)緊力F。殘余預(yù)緊力F 一般可參考以下經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)確定：對(duì)于氣缸、壓力容器等有 緊密性要求的螺栓連接，取 F= （1.51.8 ） F。取 F=1.8，求得 F=1.8x3833=6899.4N。FE=F+F =3833+6899=10732N螺栓危險(xiǎn)截面能夠

18、承載的最大力為12296大于FX所以螺栓強(qiáng)度滿足要求。第4章液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1液壓缸的安裝形式本次設(shè)計(jì)負(fù)載為直線運(yùn)動(dòng)，負(fù)載力不是很高，故采用液壓缸筒固定，活塞桿 運(yùn)動(dòng)的尾部法蘭安裝方式，其特點(diǎn)為螺釘受力較小。詳細(xì)D=W=G圖=紙C=AD請(qǐng)J1A：三兩1爸爸五四零六3231885406|1夠 一？月均日（公5）巨蟹座 屬虎“請(qǐng)Jlf:三兩1爸爸五四零六 叵SO心鑼越彎:椰子拘與奪心薩的空何4.2缸體與缸蓋的連接形式本設(shè)計(jì)中選取法蘭連接的形式。法蘭連接的優(yōu)點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低（2）容易加工、便于裝拆（3）強(qiáng)度較大、能承受高壓。4.3活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)有幾種常用的

19、形式，分整體式結(jié)構(gòu)和組合式結(jié)構(gòu)。 組合式結(jié)構(gòu)又分螺紋連接、半環(huán)連接和錐銷連接。1、整體式結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于缸徑較小的液壓缸。2、螺紋連接：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在振動(dòng)的工作條件下容易松動(dòng)，必須用鎖緊裝置 應(yīng)用較多，如組合機(jī)床與工程機(jī)械上的液壓缸。3、半環(huán)連接：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆方便，不易松動(dòng)，但會(huì)出現(xiàn)軸向間隙。多應(yīng) 用在壓力高、負(fù)荷大、有振動(dòng)的場(chǎng)合4、錐銷連接：結(jié)構(gòu)可靠，用錐銷連接銷孔必須配鉸，銷釘連接后必須鎖緊， 多用于負(fù)荷較小的場(chǎng)合。綜合考慮選用螺紋連接的活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)。4.4活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)，包括活塞桿與端蓋、導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)，以及密封、防 塵和鎖緊裝置等。導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)可以做成端蓋整體式直接導(dǎo)向，也可以做成與端蓋分開的導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)。1、端蓋直接導(dǎo)向：(1)端蓋與活塞桿直接接觸導(dǎo)向，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但磨損后只 能更換整個(gè)缸蓋(2)蓋與桿的密封常用0型，Y型等密封圈(3)防塵圈用無(wú)骨架的 防塵圈。2、導(dǎo)向套導(dǎo)向：(1)導(dǎo)向套與活塞桿接觸支承導(dǎo)向，磨損后便于更換，導(dǎo)向 套也可用耐磨材料(2)蓋與桿的密圭寸常用丫型等密圭寸裝置。密圭寸可靠適用于中高 壓液壓缸(3)防塵方式常用J型或三角形防塵裝置。由于密封圈的是選用0形圈的密封類型，常于0形圈