雙作用單桿活塞式液壓缸畢業(yè)論文

1、目錄設(shè)計(jì)題目 -2液壓缸的選型 -2液壓缸主要參數(shù)的計(jì)算液壓缸主要性能參數(shù) -2缸筒內(nèi)徑（缸徑）計(jì)算 -2缸壁壁厚的計(jì)算 -2流量的計(jì)算 -3底部厚度計(jì)算 -4最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定 -4主要零部件設(shè)計(jì)與校核缸筒的設(shè)計(jì) -5缸筒端蓋螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算-6缸筒和缸體焊縫連接強(qiáng)度的計(jì)算-6活塞設(shè)計(jì) -7活塞的密封 -8活塞桿桿體的選擇 -8活塞桿強(qiáng)度的校核 -8液壓缸穩(wěn)定性校核 -9活塞桿的導(dǎo)向、密封和防塵-9致謝 -10參考文獻(xiàn) -一 .設(shè)計(jì)題目雙作用單桿活塞式液壓缸設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)參數(shù)：系統(tǒng)額定工作壓力： p= 25（ Mpa）驅(qū)動(dòng)的外負(fù)載： F =50（KN)液壓缸的速度比：=1.33液壓缸最大行程

2、： L =640 (mm)液壓缸最大伸出速度： =4 (m/min)液壓缸最大退回速度： vt =5.32(m/min)缸蓋連接方式：螺紋連接液壓缸安裝方式：底座安裝緩沖型式：桿頭緩沖二 .液壓缸的選型液壓缸是液壓裝置中將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)或擺動(dòng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行元件。 按本課題設(shè)計(jì)要求， 選取主要用于各種工程機(jī)械、 起重機(jī)械及礦山機(jī)械等的液壓系統(tǒng)的雙作用單桿活塞缸液壓缸。三 .主液壓缸主要參數(shù)的計(jì)算1、液壓缸主要性能參數(shù)：額定壓力：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，其額定壓力為25MPa，即 P=25MPa。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。 Pmax1.

3、5P=37.5MPa活塞行程：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，其行程為800mm.液壓缸最大退回速度vtv1.3345.32 (m/min)2、主液壓缸缸筒內(nèi)徑（缸徑）計(jì)算根據(jù)液壓缸的供油壓力和負(fù)載，缸筒內(nèi)徑D 可按下列公式初步計(jì)算：液壓缸負(fù)載為推力：D 4 F1 ( m )P式中： F為液壓缸實(shí)際使用推力，單位為NP為液壓缸的供油壓力，一般為系統(tǒng)壓力。根據(jù)題目要求，取 F為30kN，為0.65，為0.8，P為16Mpa并代入公式則4315 1031000 400.6(mm)D25 106又依據(jù)手冊(cè)（ GB2348-80)對(duì)其進(jìn)行圓整，取 D=400mm。3、缸壁壁厚的計(jì)算先暫取 /D=0.08-0.3,即(7

4、.2,27) 則可按下列公式計(jì)算pmax D (mm)2式中： D為缸筒內(nèi)徑（ m）pm ax 為缸筒的最高允許壓力（MPa） 為缸筒材料的許用應(yīng)力（MPa）由于采用無(wú)縫鋼管做缸筒（見(jiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分），查手冊(cè)有 =100-110MPa,取 =110MPa，代入上面公式37.50.4則57(mm)2110由結(jié)果可知在所假設(shè)的范圍內(nèi)圓整，取為60mm。活塞桿直徑的計(jì)算24R回24 600103d主DP0.43.14 251060.2536m 253.6mm根據(jù) GB/T2346-1993，取標(biāo)準(zhǔn) d 頂 =250mm。1、頂出液壓缸主要性能參數(shù) ：額定壓力：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，其額定壓力為25MPa，即

5、P=25MPa。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。Pmax1.5P=37.5MPa活塞行程：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，其行程為800mm.液壓缸最大退回速度 vtv 1.334 5.32 (m/min)2、主液壓缸缸筒內(nèi)徑（缸徑）計(jì)算根據(jù)液壓缸的供油壓力和負(fù)載，缸筒內(nèi)徑D 可按下列公式初步計(jì)算：液壓缸負(fù)載為推力：D 4 F1 ( m )P式中： F為液壓缸實(shí)際使用推力，單位為NP為液壓缸的供油壓力，一般為系統(tǒng)壓力。根據(jù)題目要求，取 F為30kN，為0.65，為0.8，P為16Mpa并代入公式則D4400 1031000 143(mm)25 106又依據(jù)手冊(cè)（ GB

6、2348-80)對(duì)其進(jìn)行圓整，取 D=140mm。3、缸壁壁厚的計(jì)算先暫取 /D=0.08-0.3,即(7.2,27) 則可按下列公式計(jì)算pmax D (mm)2式中： D為缸筒內(nèi)徑（ m）pm ax 為缸筒的最高允許壓力（MPa） 為缸筒材料的許用應(yīng)力（MPa）由于采用無(wú)縫鋼管做缸筒（見(jiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分），查手冊(cè)有=100-110MPa,取=110MPa，代入 上面公式則由結(jié)果可知在所假設(shè)的范圍內(nèi)圓整，取為27mm?；钊麠U直徑的計(jì)算4R回3d主D 20.1424 250100.083m 83mmP3.14 25106根據(jù) GB/T2346-1993，取標(biāo)準(zhǔn) d 頂 =80mm4、流量的計(jì)算液壓缸

7、流量根據(jù)下式計(jì)算：設(shè)計(jì)要求中給定了活塞的平均速度：當(dāng)活塞桿外推時(shí) vm =2.4m/min而活塞的面積：A1= D2× /40.1256m2容積效率：取v =1根據(jù)公式得到活塞桿外推時(shí)的流量：q1 = A1 V 快0.1256 2.4 60 10 30.301 L/minV1因?yàn)橹皇褂猛馔品较?，所以回程方向的流量從略?、最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支承面中點(diǎn)到缸蓋滑動(dòng)支承面中點(diǎn)的距離H稱為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。如果導(dǎo)向長(zhǎng)度過(guò)小，將使液壓缸的初始撓度（間隙引起的撓度）增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設(shè)計(jì)時(shí)必須保證有一定的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。對(duì)一般的液壓缸，最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H應(yīng)滿足以下要求

8、H L/20 D/2式中L 液壓缸的最大行程；D 液壓缸的內(nèi)徑。800400240mm故確定液壓缸的導(dǎo)向長(zhǎng)度H=202活塞的寬度 B一般取 B（ 061 0） D37.50.12110故確定活塞寬度 B=0.7X400=280mm缸蓋滑動(dòng)支承面的長(zhǎng)度l1當(dāng) D80 mm時(shí)，取 l1 （ 0.61 0） d。故確定缸蓋滑動(dòng)支承面的長(zhǎng)度 l1 =0.6X50=30mm為保證最小導(dǎo)向長(zhǎng)度 H ，若過(guò)分增大 l1 和 B都是不適宜的，在缸蓋與活塞之間增加一隔套 K來(lái)增加 H 的值。隔套的長(zhǎng)度 C由最小導(dǎo)向長(zhǎng)度 H 決定，即CH （ l1 B）/2=35mm四、主要零部件設(shè)計(jì)與校核1、缸筒的設(shè)計(jì)缸筒的結(jié)

9、構(gòu)與端蓋的連接形式、 液壓缸的用途、 工作壓力、 使用環(huán)境以及安裝要求等因素有關(guān)。 端蓋分為前端蓋和后端蓋。 前端蓋將液壓缸的活塞杠 （柱塞）腔封閉，并起這位活塞桿導(dǎo)向、 防塵和密封的作用。 后端蓋將缸筒內(nèi)腔一端封閉，并常常起著將液壓缸與其他機(jī)構(gòu)件連接的作用。缸筒與端蓋的連接選用內(nèi)螺紋形式，該形式體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊。缸筒材料缸筒的材料， 一般要求有足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性。目前，普遍采用的缸筒的材料是熱軋或冷拔無(wú)縫鋼管。由于缸壁較薄， 鋼筒直徑較小， 故采用冷拔無(wú)縫鋼管，采用通用材料為45 鋼。查表可以得到：缸筒材料的屈服強(qiáng)度s =484MP；缸筒材料的抗拉強(qiáng)度b =610MP；現(xiàn)在利用屈服

10、強(qiáng)度來(lái)引申出：選取安全系數(shù) n=3.6，則缸筒材料的許用應(yīng)力=s /n=484/4=121MPa 。缸筒壁厚驗(yàn)算液壓缸的額定壓力(D12D 2 )p(MPa )D12式中： D1為缸筒外徑且：D 1=D+2 （mm）D為缸筒內(nèi)徑（ mm）D為400mm，D1 為454mm，將數(shù)值代入公式可得p121 106 454 24002 27 10 6 Pa454 2而題目所給 p25MPa27 MPa ，符合要求。2、活塞設(shè)計(jì)活塞的材料由于缸徑較小，故選用45 鋼?；钊Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)活塞根據(jù)壓力、 速度、溫度等工作條件來(lái)選用密封件的型式， 而選定的密封件型式?jīng)Q定了活塞的結(jié)構(gòu)型式。常見(jiàn)的活塞結(jié)構(gòu)型式分活塞分

11、為整體式和組合式， 組合式制作和使用比較復(fù)雜，又因密封件的安裝要求不是很高， 而且缸徑較小， 故采用整體式活塞的結(jié)構(gòu)型式，其密封件和導(dǎo)向環(huán)分槽安裝。形式如下圖：活塞的寬度一般由密封件、 導(dǎo)向環(huán)的安裝溝槽尺寸來(lái)決定， 本課題，依據(jù)結(jié)構(gòu)要求與密封件與導(dǎo)向件的結(jié)構(gòu)，取活塞寬度 B 為 280mm 5、活塞的密封活塞的密封選用準(zhǔn)則取決于壓力、 速度、溫度和工作介質(zhì)等因素。 選用應(yīng)用廣泛的 O 型密封圈，由于工作壓力大于 10MPa，為防止密封圈被擠入間隙而損壞，故選用為副密封件為聚四氟乙烯（ PTFE）的擋圈與主密封件組合在一起使用。這種組合式密封圈顯著地提高了密封性能，降低了摩擦阻力，無(wú)爬行現(xiàn)象，具

12、有良好的動(dòng)態(tài)及靜態(tài)密封性， 耐磨損，使用壽命長(zhǎng)、安裝溝槽簡(jiǎn)單、 裝坼方便。活塞桿的設(shè)計(jì)6、活塞桿桿體的選擇活塞桿的桿體分為實(shí)心桿和空心桿?？招臈U多用于d/D比值較大或桿體內(nèi)有位置傳感器等場(chǎng)合。而實(shí)心桿加工簡(jiǎn)單，采用較多，故選用實(shí)心桿。活塞桿的外端是液壓缸用以與負(fù)載連接的部位，可根據(jù)液壓缸的安裝連接形式有多種結(jié)構(gòu)形式。 本課題因液壓缸垂直安裝且活塞桿下端要裝壓板，為方便連接，活塞桿外端采用外螺紋（帶肩）形式。其外螺紋根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB2350-80可選取 M45 1.5?；钊麠U材料1、因?yàn)闆](méi)有特殊要求，所以選用 45 號(hào)鋼作為活塞桿的材料，本次設(shè)計(jì)中活塞桿只承受壓應(yīng)力， 所以不用調(diào)制處理， 但進(jìn)行

13、淬火處理是必要的， 淬火深度可以在 0.51mm 左右。2、安裝活塞的軸頸和外圓的同軸度公差不大于 0.01mm，保證活塞桿外圓和活塞外圓的同軸度， 避免活塞與缸筒、 活塞桿和導(dǎo)向的卡滯現(xiàn)象。 安裝活塞的軸間端面與活塞桿軸線的垂直度公差不大于 0.04mm/100mm，保證活塞安裝不產(chǎn)生歪斜。3、活塞桿外圓粗糙度Ra 選擇為 0.3 m4、因?yàn)槭沁\(yùn)行在低載荷情況下，所以省去了表面處理。7、活塞桿強(qiáng)度的校核由設(shè)計(jì)要求有液壓缸最大行程L=640mm 已設(shè)計(jì)活塞桿直徑為d=50mm查手冊(cè)有校核公式為d4F則4 90225/ 411042.9mm而活塞桿的最小直徑為45mm所以活塞桿滿足強(qiáng)度要求8、液

14、壓缸穩(wěn)定性校核：假設(shè)液壓缸只承受軸向載荷， 則它所承受的力 F 不能超過(guò)使它保持穩(wěn)定工作所允許的臨界負(fù)載 F k ,以免發(fā)生縱向彎曲，破壞液壓缸正常工作。 F k 的值與活塞桿的材料性質(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)。 校核公式為： FFk （式中 nk 為安全系數(shù)，取3）nk查相關(guān)手冊(cè)別結(jié)合以設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，取F k = Pmax .A則 Fk25 902/ 453KN F50KNnk3所以液壓缸的穩(wěn)定性滿足要求。9、活塞桿的導(dǎo)向、密封和防塵1、導(dǎo)向環(huán)在液壓缸的前端蓋內(nèi)，有對(duì)活塞桿導(dǎo)向的內(nèi)孔 ,在這對(duì)內(nèi)孔中裝導(dǎo)向環(huán)。本設(shè)計(jì)選擇非金屬導(dǎo)向環(huán)，用高強(qiáng)度塑料制成，這種導(dǎo)向環(huán)的優(yōu)點(diǎn)

15、是摩擦阻力小、耐磨、使用壽命長(zhǎng)、裝導(dǎo)向環(huán)的溝槽加工簡(jiǎn)單，并且磨損后導(dǎo)向環(huán)易于更換。3、防塵使用 DH 防塵圈，材料是聚氨酯，既有防塵作用，又有潤(rùn)滑作用。4、緩沖裝置由設(shè)計(jì)要求選擇的緩沖裝置為桿頭緩沖， 緩沖由桿頭和缸底部端蓋共同作用。5、排氣裝置液壓缸為雙作用，故需要兩個(gè)排氣孔，分別設(shè)置在缸的兩端。均取 M16 的排氣閥，具體尺寸見(jiàn)裝配圖。液壓缸的安裝由設(shè)計(jì)要求有安裝方式為底座安裝， 查相關(guān)手冊(cè)，選具體安裝方式為底面腳架安裝，安裝圖形如下。致謝本學(xué)期我獨(dú)立完成了雙作用單桿活塞缸液壓缸的設(shè)計(jì)，通過(guò)本次設(shè)計(jì)的鍛煉，使我從中受益匪淺。 了解到作為一名合格的設(shè)計(jì)人員實(shí)屬不易。 不僅需要具備較為全面的專業(yè)素質(zhì)，還要具備吃苦耐勞，敢于創(chuàng)新等優(yōu)秀品質(zhì)。在本次設(shè)計(jì)的過(guò)程中， 我得到了很大提升。 在設(shè)計(jì)能力上有了很大提高。 借助老師和圖書(shū)館的幫助， 我的設(shè)計(jì)比較順利的完成， 由于缺乏經(jīng)驗(yàn)， 設(shè)計(jì)并不是很完善。在設(shè)計(jì)過(guò)程中也反映出很多問(wèn)題， 首先是設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)十分不足， 對(duì)于實(shí)際液壓零件的要求和性能不甚了解， 對(duì)于設(shè)計(jì)人員遵循的設(shè)計(jì)流程也不熟悉。 另外本次設(shè)計(jì)的圖紙繪制主要基于 AutoCAD ，在此過(guò)程中也多次遇到技術(shù)難題，使用制圖軟件不夠熟練，日后我一定會(huì)好好學(xué)習(xí)，加強(qiáng)個(gè)人能力的培養(yǎng)。本次課程設(shè)計(jì)為我提供了一次難得的機(jī)會(huì)， 是一次對(duì)自己本學(xué)期所學(xué)知識(shí)的匯總。本著認(rèn)真、科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)和提升自我的態(tài)度