液壓缸設(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 一作用在活塞上的載荷， N A一 一活塞的有效工作面積， 2 m 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，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

2、壓力下不出現(xiàn)變形、 裂縫或破裂。通常規(guī)定為： Pr 41.5PN MPa。 液壓缸壓力等級(jí)見表 1。 表1 液壓缸壓力等級(jí) 單位MPa 壓力范圍 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)間內(nèi)油液通過缸筒有效截面的體積： Q = V 七 L/min 由于 V=vAtx103 L 貝U Q =MA = D2 X103 L/min 4 對(duì)于單活塞桿液壓缸： 2 3 當(dāng)活塞桿伸出時(shí) Q = D 5、液壓缶工的最大允許行程 活塞行程S,在初步確定時(shí), 主要是按實(shí)際工作需要的長度來考慮的，但這一工作行程 并不一定是油缸的穩(wěn)定性所允許的行

3、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 長度。因?yàn)榛钊麠U一般為細(xì)長桿，由歐拉公式推導(dǎo)出： 2 _ 二 EI - mm F 式中: 活塞桿彎曲失臨界壓縮力， N; E材料的彈性模量。鋼材的 E=2.1X105MPa 系數(shù)取3) d2 Lk = 208.4 D P 式中: P油缸的工作壓力; 油缸安裝形式如圖1。 d2 L= Lk = 208.4 L D P ，一 1 , 、 行程 S (L -11 - ll ) 2 6、液壓缶工主要參數(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. 內(nèi)泄漏 輸入額定壓力1.31.5倍的

4、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 Fk I活塞桿橫截面慣性矩，mm4；圓截面 4 4 I = - = 0.049d 64 將上式簡化后 d2 Lk ： 320 mm 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)算長度(安全 圖1液壓缸安裝形式 輸入額定壓力1.31.5倍的壓力，保壓5分鐘.所有零件均無松動(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

5、看緩 沖效果和緩沖長度。 第二部分 缸筒計(jì)算 1、缶工筒結(jié)構(gòu) 缸筒結(jié)構(gòu)見表2。 表2缸筒結(jié)構(gòu) 缸頭法蘭連接 缸頭內(nèi)螺紋連接 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，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 O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縫鋼管。 缸筒材料無縫鋼管的機(jī) 械性能見表3。 表3缸筒材料無縫鋼管的機(jī)械性能 材料 % 云/MPa K 學(xué)/MPa 6 /% 45 610 36

6、0 14 27SiMn 1000 850 12 3、缶工筒計(jì)算 缸筒要有足夠的強(qiáng)度，能長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)向力和安裝的反作用力而不致產(chǎn)生彎曲； 內(nèi)表面與活塞密封件 及導(dǎo)向環(huán)的摩擦力作用下，能長期工作而磨損少。 A、缶工筒內(nèi)徑 當(dāng)油缸的作用力F（ F1推力、F2拉力）及工作壓力p壓力為已知時(shí), 則無桿腔的缸筒內(nèi)徑 D為 4Fi 10； m , p二 有桿腔的缸筒內(nèi)徑 D為 D=d2 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、缸筒壁厚膈 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 式中: 式

7、中: prL 缸筒完全發(fā)生塑性變形的壓力， MPa 最后還需對(duì)缸筒徑向變形量 AD進(jìn)行驗(yàn)算，如果徑向變形量 AD超過密封件允許范圍, 液壓缸就會(huì)發(fā)生內(nèi)泄。PmaxD 0 - 2.3p -3Pmax m pmax缸筒內(nèi)最高工作壓力, MPa MPa bp 缸筒材料的許用應(yīng)力， p 最后將以上式所求得的 懷值， 圓整到標(biāo)準(zhǔn)值。 額定工作壓力pn應(yīng)低于一定的極限值，以保證工作安全: _ 2 _ 2 Cs（DDD）MPa Pn 壬 0.35 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范圍，以避免塑性變形的發(fā)生: Pn 土 (0.35 0.42) prL DI pL 2.3

8、匚屹 式中: V - 缸筒材料泊松比， V =0.3 ; C、缸筒螺紋 缸筒與缸頭部分采用螺紋，壓樁機(jī)液壓缸一般采用內(nèi)螺紋連接，螺紋處的強(qiáng)度計(jì)算: 螺紋處的拉應(yīng)力 4KF ,危 二一= - - 亍 10 MPa 二(D2 -di ) 螺紋處的剪應(yīng)力 合成應(yīng)力 式中: F缸筒端部承受的最大推力， 時(shí) D - 缸筒外徑，m； d1 - 螺紋大徑，m; K螺紋連接的擰緊系數(shù)，不變載荷取 1.25 1.5，變載荷取2.5 4; K1螺紋連接的摩擦因數(shù)，一般 0.07 0.2，平均取0.12 ; 氣一一材料的抗拉強(qiáng)度， MPa n。一一安全系數(shù)，取 3 5。 CK 缸筒技術(shù)要求 缸筒技術(shù)要求如下: a)

9、 缸筒內(nèi)孔一般采用 H8級(jí)公差，表面粗糙度一般在 0.2Pm左右； b) 缸筒內(nèi)徑的錐度、圓柱度不大于內(nèi)徑公差的三分之一； c) 缸筒直線度公差在 1000m此度上不大于 0.1mm； d) 缸筒端面對(duì)內(nèi)徑的垂直度在直徑 100mm不大于0.04mni 為便于裝配和不損壞密封件，缸筒內(nèi)孔口應(yīng)倒 20。角，寬度根據(jù)內(nèi)徑大小來選取。通 PrD D1 + D KiKFd。 3 -= 3 3 0.2(D-di ) 106 MPa 寸合=加、2 +3丁2 /% 熱處理 45 600 340 13 調(diào)質(zhì) 40Cr 900 700 9 調(diào)質(zhì) 42CrMo 1000 900 12 調(diào)質(zhì) 3、活塞桿的計(jì)算 A、

10、 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)速比來確定: 式中： D 液壓缸缸徑，m 甲液壓缸活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度之比； 計(jì)算出活塞桿直徑后，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。 .一 F M _ = - 10 _D A W p 式中： F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)，

11、m3。 活塞桿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。 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)生歪斜； d) 活塞桿外圓粗糙度一般在 0.2Pm左右