雙作用單桿活塞式液壓缸設(shè)計說明書

1、 目 錄設(shè)計題目-2液壓缸的選型-2液壓缸主要參數(shù)的計算 液壓缸主要性能參數(shù)-2 缸筒內(nèi)徑（缸徑）計算-2 缸壁壁厚的計算-2 流量的計算-3 底部厚度計算-4 最小導(dǎo)向長度的確定-4主要零部件設(shè)計與校核 缸筒的設(shè)計-5 缸筒端蓋螺紋連接的強(qiáng)度計算-6 缸筒和缸體焊縫連接強(qiáng)度的計算-6 活塞設(shè)計-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)計題目 雙作用單桿活塞式液壓缸設(shè)計主要設(shè)計參數(shù)： 系統(tǒng)額定工作壓力：p= 25（Mpa） 驅(qū)動的外負(fù)載：F =50（KN) 液壓缸的速度比：=1.33 液壓缸最大

2、行程：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，實現(xiàn)直線往復(fù)運動或擺動往復(fù)運動的執(zhí)行元件。按本課題設(shè)計要求，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)的計算 1、液壓缸主要性能參數(shù)： 額定壓力：根據(jù)設(shè)計要求，其額定壓力為25MPa，即P=25MPa。 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。 Pmax1.

3、5P=37.5MPa 活塞行程：根據(jù)設(shè)計要求，其行程為800mm. 液壓缸最大退回速度(m/min)2、主液壓缸缸筒內(nèi)徑（缸徑）計算 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算：液壓缸負(fù)載為推力： 式中：F為液壓缸實際使用推力，單位為N P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 又依據(jù)手冊（GB2348-80)對其進(jìn)行圓整，取D=400mm。3、缸壁壁厚的計算 先暫取/D=0.08-0.3,即則可按下列公式計算 式中：D為缸筒內(nèi)徑（m） 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

4、采用無縫鋼管做缸筒（見結(jié)構(gòu)設(shè)計部分），查手冊有=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60mm。活塞桿直徑的計算根據(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)計要求，其額定壓力為25MPa，即P=25MPa。 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。 Pmax1.5P=37.5MPa 活塞行程：根據(jù)設(shè)計要求，其行程為800mm. 液壓缸最大退回速度(m/min)2、主液壓缸缸筒內(nèi)徑（缸徑）計算 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算：

5、液壓缸負(fù)載為推力： 式中：F為液壓缸實際使用推力，單位為N P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 又依據(jù)手冊（GB2348-80)對其進(jìn)行圓整，取D=140mm。3、缸壁壁厚的計算 先暫取/D=0.08-0.3,即則可按下列公式計算 式中：D為缸筒內(nèi)徑（m） 為缸筒的最高允許壓力（MPa）為缸筒材料的許用應(yīng)力（MPa）由于采用無縫鋼管做缸筒（見結(jié)構(gòu)設(shè)計部分），查手冊有=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。活塞桿直徑的計算根據(jù)GB/T2346-1993

6、，取標(biāo)準(zhǔn)d頂=80mm4、流量的計算 液壓缸流量根據(jù)下式計算：設(shè)計要求中給定了活塞的平均速度：當(dāng)活塞桿外推時=2.4m/min而活塞的面積：= 容積效率：取=1根據(jù)公式得到活塞桿外推時的流量：=L/min因為只使用外推方向，所以回程方向的流量從略。5、最小導(dǎo)向長度的確定 當(dāng)活塞桿全部外伸時，從活塞支承面中點到缸蓋滑動支承面中點的距離 H稱為最小導(dǎo)向長度。如果導(dǎo)向長度過小，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)計時必須保證有一定的最小導(dǎo)向長度。對一般的液壓缸，最小導(dǎo)向長度 H應(yīng)滿足以下要求 H L/20D/2 式中L 液壓缸的最大行程； D 液壓缸的內(nèi)徑。故確定液

7、壓缸的導(dǎo)向長度H= 活塞的寬度B一般取B（0610）D故確定活塞寬度B=0.7X400=280mm缸蓋滑動支承面的長度 當(dāng)D80 mm時，取（0.610）d。故確定缸蓋滑動支承面的長度=0.6X50=30mm為保證最小導(dǎo)向長度 H，若過分增大和 B都是不適宜的，在缸蓋與活塞之間增加一隔套 K來增加H的值。隔套的長度 C由最小導(dǎo)向長度H決定，即 CH（B）/2=35mm四、主要零部件設(shè)計與校核1、缸筒的設(shè)計 缸筒的結(jié)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

8、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縫鋼管。由于缸壁較薄，鋼筒直徑較小，故采用冷拔無縫鋼管，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=484MP；缸筒材料的抗拉強(qiáng)度=610MP；現(xiàn)在利用屈服強(qiáng)度來引申出：選取安全系數(shù)n=3.6，則缸筒材料的許用應(yīng)力=/n=484/4=121MPa。缸筒壁厚驗算液壓缸的額定壓力 式中：D1為缸筒外徑且： D1=D+2（mm） D為缸筒內(nèi)徑（mm）D為400mm，D1為4

9、54mm，將數(shù)值代入公式可得而題目所給，符合要求。2、活塞設(shè)計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 活塞根據(jù)壓力、速度、溫度等工作條件來選用密封件的型式，而選定的密封件型式?jīng)Q定了活塞的結(jié)構(gòu)型式。 常見的活塞結(jié)構(gòu)型式分活塞分為整體式和組合式，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280mm5、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

10、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，無爬行現(xiàn)象，具有良好的動態(tài)及靜態(tài)密封性，耐磨損，使用壽命長、安裝溝槽簡單、裝坼方便。活塞桿的設(shè)計6、活塞桿桿體的選擇活塞桿的桿體分為實心桿和空心桿。空心桿多用于d/D比值較大或桿體內(nèi)有位置傳感器等場合。而實心桿加工簡單，采用較多， 故選用實心桿。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

11、紋（帶肩）形式。其外螺紋根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB2350-80可選取M451.5?；钊麠U材料1、因為沒有特殊要求，所以選用45號鋼作為活塞桿的材料，本次設(shè)計中活塞桿只承受壓應(yīng)力，所以不用調(diào)制處理，但進(jìn)行淬火處理是必要的，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、活塞桿外圓粗糙度選擇為0.34、因為是運行在低載荷情況下，所以省去了表面處理。7、活塞桿強(qiáng)度的校核 由設(shè)計要求有液壓缸最大行

12、程L=640mm 已設(shè)計活塞桿直徑為d=50mm查手冊有校核公式為則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不能超過使它保持穩(wěn)定工作所允許的臨界負(fù)載,以免發(fā)生縱向彎曲，破壞液壓缸正常工作。的值與活塞桿的材料性質(zhì)、截面形狀、直徑和長度以及液壓缸的安裝方式等因素有關(guān)。校核公式為：（式中為安全系數(shù)，取3）查相關(guān)手冊別結(jié)合以設(shè)計數(shù)據(jù)，取=則所以液壓缸的穩(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)，有對活塞桿導(dǎo)向的內(nèi)孔,在這對內(nèi)孔中裝導(dǎo)向環(huán)。本設(shè)計選擇非金屬導(dǎo)向環(huán)，用高強(qiáng)度塑料制成，這種導(dǎo)向環(huán)的優(yōu)點是

13、摩擦阻力小、耐磨、使用壽命長、裝導(dǎo)向環(huán)的溝槽加工簡單，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，又有潤滑作用。4、 緩沖裝置 由設(shè)計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，具體尺寸見裝配圖。液壓缸的安裝由設(shè)計要求有安裝方式為底座安裝，查相關(guān)手冊，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)期我獨立完成了雙作用單桿活塞缸液壓缸的設(shè)計，通過本次設(shè)計的鍛煉，使我從中受益匪淺。了解到作為一名合格的設(shè)計人員實屬不易。不僅需要具備較為全面的專業(yè)素質(zhì)，還

14、要具備吃苦耐勞，敢于創(chuàng)新等優(yōu)秀品質(zhì)。 在本次設(shè)計的過程中，我得到了很大提升。在設(shè)計能力上有了很大提高。借助老師和圖書館的幫助，我的設(shè)計比較順利的完成，由于缺乏經(jīng)驗，設(shè)計并不是很完善。在設(shè)計過程中也反映出很多問題，首先是設(shè)計經(jīng)驗十分不足，對于實際液壓零件的要求和性能不甚了解，對于設(shè)計人員遵循的設(shè)計流程也不熟悉。另外本次設(shè)計的圖紙繪制主要基于AutoCAD，在此過程中也多次遇到技術(shù)難題，使用制圖軟件不夠熟練，日后我一定會好好學(xué)習(xí)，加強(qiáng)個人能力的培養(yǎng)。本次課程設(shè)計為我提供了一次難得的機(jī)會，是一次對自己本學(xué)期所學(xué)知識的匯總。本著認(rèn)真、科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)和提升自我的態(tài)度，在老師的細(xì)心指導(dǎo)下完成了設(shè)計任務(wù)。相信在本次