液壓的缸設(shè)計計算

1、第一部分總體計算1、壓力油液作用在單位面積上的壓強(qiáng)P=Fa Pa式中：F作用在活塞上的載荷，NA 活塞的有效工作面積，m2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，也是動態(tài)實驗壓力，是液壓缸在瞬間所能承受的極限壓力。通 常規(guī)定為：Pmax乞1.5P MPa。耐壓實驗壓力 Pr，是檢驗液壓缸質(zhì)量時需承受的實驗壓力，即在此壓力下不出現(xiàn)變形、裂縫或破裂。通常規(guī)定為：Pr

2、-1.5PN MPa。液壓缸壓力等級見表 1。表1 液壓缸壓力等級單位MPa壓力范圍0 2.5> 2.5 8> 8 16> 16 32> 32級另U低壓中壓中高壓高壓超高壓2、流量單位時間內(nèi)油液通過缸筒有效截面的體積：Q 二 V t L/min33T 23由于 V "At 103 L貝 y Q=；：A二一D2、. 103 L/min4對于單活塞桿液壓缸：心23當(dāng)活塞桿伸出時 Q10343T ooq當(dāng)活塞桿縮回時 Q=（D2-d2p 1034式中：V液壓缸活塞一次行程中所消耗的油液體積，L;t液壓缸活塞一次行程所需的時間，min;D 液壓缸缸徑，md活塞桿直徑，

3、 m、.活塞運(yùn)動速度， m/min。3、速比液壓缸活塞往復(fù)運(yùn)動時的速度之比：式中:ViD2 -dV活塞桿的伸出速度，m/min ；V2活塞桿的縮回速度， m/min ；D液壓缸缸徑，m；d活塞桿直徑，m=計算速比主要是為了確定活塞桿的直徑和是否設(shè)置緩沖裝置。 免產(chǎn)生過大的背壓或造成因活塞桿太細(xì)導(dǎo)致穩(wěn)定性不好。速比不宜過大或過小，以4、液壓缸的理論推力和拉力活塞桿伸出時的理推力：活塞桿縮回時的理論拉力：A 兀 26F A1p 106D2p 106 N46 兀226F2 二 F2p 10 (D -d )p 10 N4式中：Ai 活塞無桿腔有效面積，A2活塞有桿腔有效面積, p工作壓力，MPa d液

4、壓缸缸徑，md活塞桿直徑， m5、液壓缸的最大允許行程2m ；2m ；活塞行程s,在初步確定時，主要是按實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)定性所允許的行程。為了計算行程，應(yīng)首先計算出活塞的最大允許計算長度。因為活塞桿一般為細(xì)長桿，由歐拉公式推導(dǎo)出:式中:F k活塞桿彎曲失臨界壓縮力，N;E材料的彈性模量。鋼材的E=2.1X105MPaI 活塞桿橫截面慣性矩，mm4 ;圓截面44I0.049d64d2將上式簡化后Lk 吒320 | mmV'Fk(安全由于旋挖鉆機(jī)液壓缸基本上是一端耳環(huán)、一端缸底安裝，所以油缸的最大計算長度系數(shù)取3)d22084 D P式中:P油缸

5、的工作壓力;油缸安裝形式如圖1。圖1液壓缸安裝形式L= Lk =208.4d2D P一 1行程 S = (L -I, -l,)2&液壓缸主要參數(shù)A.液壓缸產(chǎn)品啟動壓力起動時，記錄下的油缸起動壓力為最低起動壓力.判斷基準(zhǔn)起動：壓力 <0.6MPa。B.內(nèi)泄漏輸入額定壓力1.31.5倍的壓力，保壓5分鐘，測定經(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、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)整溢流閥使其試驗壓力為公稱

6、壓力的50%使液壓缸作全行程動作，同時，觀看緩沖效果和緩沖長度。第二部分缸筒計算1、缸筒結(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)：裝卸時要用專用的工具，擰端部時，有可能把0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)械性能材料叫 Z / MPaJ 色/MPa2/%4561036014

7、27SiM n1000850123、缸筒計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態(tài)實驗壓力而不致產(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、缸筒內(nèi)徑當(dāng)油缸的作用力F（ Fl推力、F2拉力）及工作壓力p壓力為已知時, 則無桿腔的缸筒內(nèi)徑 D為有桿腔的缸筒內(nèi)徑 D為m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：-0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算PmaxD2.3匚 p - 3pmax式中:Pmax缸筒內(nèi)最高工作壓力，MPa匚p 缸

8、筒材料的許用應(yīng)力，MPa最后將以上式所求得的值，圓整到標(biāo)準(zhǔn)值。 對最終采用的缸筒壁厚應(yīng)作三方面的驗算額定工作壓力Pn應(yīng)低于一定的極限值，以保證工作安全:Pn 乞0.352 2-s(Di -D2)Di2MPa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 -(0.35 0.42)PrLPrL - 2.3；亠 © D式中:PrL 缸筒完全發(fā)生塑性變形的壓力，MPa最后還需對缸筒徑向變形量D進(jìn)行驗算，如果徑向變形量D超過密封件允許范圍,液壓缸就會發(fā)生內(nèi)泄。Pr D D1 + DD2式中:v 缸筒材料泊松比，v =0.3 ;C、缸筒螺紋缸

9、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)度計算: 螺紋處的拉應(yīng)力4KF “上2 亍 10 MPa 兀(D2 -dj )螺紋處的剪應(yīng)力0.2(D-di )MPa合成應(yīng)力CJ二合式中：F缸筒端部承受的最大推力，Nd缸筒外徑，md 1螺紋大徑，m；K螺紋連接的擰緊系數(shù)，不變載荷取1.251.5，變載荷取2.54;K1 螺紋連接的摩擦因數(shù)，一般0.070.2，平均取0.12 ;二b 材料的抗拉強(qiáng)度，MPan° 安全系數(shù)，取 35。D缸筒技術(shù)要求缸筒技術(shù)要求如下:a) 缸筒內(nèi)孔一般采用 H8級公差，表面粗糙度一般在0.2左右；b) 缸筒內(nèi)徑的錐度、圓柱度不大于內(nèi)徑公差的

10、三分之一；c) 缸筒直線度公差在 1000mm長度上不大于 0.1mm;d) 缸筒端面對內(nèi)徑的垂直度在直徑100mm上不大于0.04mm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。通往油口的內(nèi)孔口必須倒角或開避讓槽，過度處需拋光，以免劃傷密封件。缸筒上有焊接件時,都必須在半精加工前進(jìn)行，以免精加工后焊接引起內(nèi)孔變形。總之，缸筒是液壓缸的主要零件，它與缸頭、缸底、油口等零件構(gòu)成密封容腔，用以容納壓力油液，同時它還是活塞的運(yùn)動“軌道”。設(shè)計液壓缸缸筒時，應(yīng)該正確確定各部分的尺寸，保證液壓缸有足夠的輸出力，運(yùn)動速度和有效行程，同時還必須有一定的強(qiáng)度，能足夠以承

11、受液壓力、負(fù)載力和意外的沖擊力；缸筒的內(nèi)表面應(yīng)具有合適的配合公差等級、表面粗糙度和形位公差，以保證液壓缸的密封性、運(yùn)動平穩(wěn)性和耐用性。第三部分活塞桿計算1、活塞桿結(jié)構(gòu)活塞桿一般采用實心桿，跟桿頭耳環(huán)采用焊接或螺紋連接的形式。2、活塞桿材料一般用中碳鋼，調(diào)質(zhì)處理。在旋挖鉆機(jī)液壓缸中大多數(shù)采用45鋼,在受力特別大的情況也可采用高強(qiáng)度合金鋼?；钊麠U材料的機(jī)械性能見表4。表4活塞桿材料的機(jī)械性能材料b>/MPaJ 色/ MPa右>/%熱處理4560034013調(diào)質(zhì)40Cr9007009調(diào)質(zhì)42CrMo100090012調(diào)質(zhì)3、活塞桿的計算A、慨述活塞桿是液壓缸傳遞力的重要零件，它承受拉力、

12、壓力、彎曲力和震動沖擊等多種力, 必須有足夠的強(qiáng)度和剛度。B、活塞桿桿徑計算旋挖鉆機(jī)液壓缸一般都是差動缸，其活塞桿直徑d可根據(jù)往復(fù)運(yùn)動速比來確定:式中：d液壓缸缸徑，m液壓缸活塞往復(fù)運(yùn)動時的速度之比；計算出活塞桿直徑后，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)度計算壓樁機(jī)液壓缸工作時，活塞桿承受的彎曲力矩很大，則按下式計算活塞桿的應(yīng)力。_ F M 心._10p(A W 丿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，Nm ；W活塞桿斷面模數(shù)，m3?；钊麠U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截面，也要進(jìn)行計算。當(dāng)活塞各參數(shù)確定好后，可以對活塞桿進(jìn)行三維建模，利 用有限元分析軟件對活塞桿進(jìn)行應(yīng)力分析。D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，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