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)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 62.3 液壓缸工作行程的確定 72.4 缸蓋厚度的確定 72.5 最小導(dǎo)向長度的確定 72.6 缸體長度的確定 82.7 法蘭的設(shè)計(jì) 82.8 活塞的設(shè)計(jì) 8第 3 章 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算103.1 活塞桿的校核 103.2 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)134.1 液壓缸的安裝形式

2、 134.2 缸體與缸蓋的連接形式 134.3 活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu) 134.4 活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu) 144.5 活塞及活塞桿處密封圈的選用 144.6 液壓缸的緩沖裝置 144.7 液壓缸主要零件的材料 15II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：20000M最大運(yùn)行速度：0.12m/s ;運(yùn)動行程：0.42m (420mm1.2 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一有效工作負(fù)載，在本設(shè)計(jì)中即為題目給定的最大輸出力Fw=20000NFa 一運(yùn)動部件速度變化時(shí)的慣性負(fù)載；Ff一導(dǎo)軌摩擦阻力負(fù)載，啟動時(shí)

3、為靜摩擦阻力，啟動后為動摩擦阻力，對于平導(dǎo)軌Ff可由下式求得Ff = f G FRnG 一運(yùn)動部件重力；FRn一垂直于導(dǎo)軌的工作負(fù)載，本設(shè)計(jì)中為零；f一導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，在本設(shè)計(jì)中取靜摩擦系數(shù)為0.2,動摩擦系數(shù)為0.1則求得Ffs =0.2X9800 -1960N Ffa =0.1X9800 =980N上式中Ffs為靜摩擦阻力，F(xiàn)fa為動摩擦阻力。Fa =m4v t式中m-負(fù)載質(zhì)量、&加速或減速時(shí)間，本次設(shè)計(jì)中取At=0.12s； "一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,取Au=0.12m/s；先取負(fù)0 12載質(zhì)量為 1000kg,故 Fa =1000=10

4、00N0.12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)最大負(fù)載F(N)啟動加速F=Ffs + Fa+Fw22960勻速移動F=Ffa + Fw20980減速制動F=Ffa + Fw-Fa 1998016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)算由于啟動加速階段工作負(fù)載力最大，故按牛頓運(yùn)動定律， pA- Ffs - Fw=ma如 ma - Ffs FwA 二P式中A液壓缸有效工作面積(m2)。p 一分配給執(zhí)行元件用于克服執(zhí)行元件外負(fù)載的壓力(MPa2 ,、P(Ps- P) » ,3 ,即為局部損失和沿程損失之和，初步估算為

5、 0.5MPa.根據(jù)附表1選擇工彳壓力P=3.5Mpa附表1按負(fù)載選擇執(zhí)行元件工作壓力百 F(N)<5000500010000100002000020000300003000050000>50000工作壓力 p (MPa<0.811.522.533445>572296022A = -r = 0.01148 m2 = 114.8cm2在本設(shè)計(jì)中， 2 (3.5-0.5) 106由此求得，活塞缸內(nèi)徑為4-A4114.8D=.=.= 12.09cm = 120.9mm根據(jù)附表2缸筒內(nèi)徑尺寸系列GB2348-80 (mrm,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

6、內(nèi)徑尺寸系列 GB2348-80 ( mrm810 12 16 20 25 32 40 50 6380(90) 100 (110) 125 (140) 160 (180) 200 (220)250 320 400 500 630注:1.括號內(nèi)數(shù)值為非優(yōu)先選用者2、超出本系列630mm的缸筒內(nèi)徑尺寸應(yīng)按GB321-80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 一液壓缸內(nèi)徑與活塞桿直徑的關(guān)系?？紤]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/MPa<557&

7、gt;7推薦活塞桿直徑d(0.5 0.55)D(0.56 0.6)D0.65D活塞桿直徑 d =0.55D =0.55X125= 68.75mm根據(jù)附表4液壓缸的活塞桿外徑尺寸系列 GB2348-80 (mrm,將液壓缸內(nèi)徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑d=70mm由此求得液壓缸最大工作壓力 p1 =22960= 2MPa100A100 114.8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 2.5MP3附表5液壓缸公稱壓力系列(GB/T7938-1987)254063(80)100 (125) 16020025。315400500630800注：1、括號內(nèi)的值為非優(yōu)

8、先選用者2、1 bar=0J Mpa2.2 液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算PyD2七】液壓缸的壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件來計(jì)算。 工程機(jī)械的液壓缸，一般是用無 縫鋼管材料，大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，具壁厚按薄壁圓筒公式計(jì)算式中6 液壓缸壁厚(m);D 液壓缸內(nèi)徑(m);Py一試驗(yàn)壓力，取最大工作壓力的1.5倍(MPa；k 一缸筒材料的許用應(yīng)力。無縫鋼管 45鋼b】=100MPa。1.5 2.5 72 100= 12.3 10m液壓缸壁厚取c. =13mm液壓缸壁厚算出后，可求出缸體的外徑 D1>D +26 =125+2x13 = 151mm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

9、,將液壓缸缸體外徑圓整為標(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工卷機(jī)械用林塘曲虹的缸體外隹(JB1068&7) mm,油虹內(nèi)徑405063如90J001K125140口班1601冊200£。號胭壓力kg£/cin-j<160500076州10812113314616號1鼬1M2L&245財(cái)號鋼200506076軸I0S1211331461681B0強(qiáng)2192455054608310£10A121133152168180W21924563831QS114127H01物168180219346注

10、；缸體為無望留I鶯.2.3 液壓缸工作行程的確定根據(jù)題目給定運(yùn)動行程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)t之0.433D2Py前式中t一缸蓋有效厚度(m); D2 一缸蓋止口內(nèi)徑(m)； d0一缸蓋孔的直徑(m)0t之0.433D2 ,曳 =23.87mm取缸蓋厚度為25mm二2.5 最小導(dǎo)向長度的確定=85mmL D 450 125A+=十"20 2202活塞寬度 B = 0.3D = 0.6 父 125= 75mm,取值 B=80mm缸蓋滑動支承面的長度，在缸徑小于 150mm寸取 l1 =0.6D =0.6 12

11、5=75mm隔套的長度-1_1C = Hl1 B )=85(75 75) =10mm222.6 缸體長度的確定液壓缸缸體內(nèi)部長度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長度還要考慮到兩短端蓋的厚度。一般液壓缸缸體長度不應(yīng)大于內(nèi)徑的20倍。因此取缸體長度為600mm2.7 法蘭的設(shè)計(jì)丸二 az，號島 xi(r，(23J - 16)式中F法蘭在缸筒最大內(nèi)壓下,所承受的釉向力(N)；r."法蘭死頓率裕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：仃=100MPa將以上各量帶入式上式得到：h=38.

12、65mm為保證安全，取法蘭厚度為40mm2.8 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活塞的配合因?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?；钊鈴綄?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)

13、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?；钊麠U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之式中F 一活塞桿上的作用力；射】一活塞桿材料的許用應(yīng)力,4 22960二 100 106 = 48.6mm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:F <-Fknk式中：nk為安全系數(shù)，一般取n

14、k=24。- F _1- 2二2EJ當(dāng)活塞桿的細(xì)長比巴©2時(shí)，k l2當(dāng)活塞桿的細(xì)長比也叫呼2時(shí)，且巴匹=20120,則Fk :fA-式中：l 安裝長度，具值與安裝方式有關(guān);rk一活塞桿截面最小回轉(zhuǎn)半徑，rk = JJA;巴一柔性系數(shù)；甲2一由液壓缸支承方式?jīng)Q定的末端系數(shù)，其值見表3-1 ;112E活塞桿材料的彈性模量，對鋼取E = 2.06<10 Nm ；J 一活塞桿橫截面慣性矩；A為活塞桿橫截面積；f一由材料強(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)長比l/h為l / rk = l J / A = l二d4 二d2-7c73.3644柔性系數(shù)巴取85,采用一

15、端錢接，一端固定的支承方式，末端系數(shù)中2取2所以，l rk父,上二優(yōu)。，采用拉金公式計(jì)算4.9 108 0.001fA11/5000_ _ 273.3-318742.9NFk /2 = 159371.45N安全系數(shù)取n=2則F上nk所以，活塞桿穩(wěn)定。3.2 缸筒壁厚的校核卜面從以下三個(gè)方面進(jìn)行缸筒壁厚的校核:(A)液壓缸的茄舁引力兒值應(yīng)低干一定的糧限 值，俁證工作安全：X.mC：尸)(MPa) (23.3-7)根據(jù)上式得到：Pn£16.75MPq顯然，額定油壓P=2.5MPa滿足條件;為了避免缸商在工作時(shí)發(fā)生翼件變磁，澧壓 過的慚定壓力A值度與集理變形壓力有一定的比例 范圍：色&am

16、p;(0.抬一優(yōu)雅次三(MPa) (23.1-9)出 23”哨守 (MPG (23.3 - 10)先根據(jù)上式10得到：%=14.35MPq再將得到結(jié)果帶入上式9得至上Pn £5.02MPa顯然，額定油壓 P=2.5MPa滿足條件;(D)為了瑞保液壓缸安全的使用，缸周的爆裂壓 力旌應(yīng)大于耐壓試除壓力小”挺-2 3制工卷(MPa) (23.3 - 12)因?yàn)閏-b=100MPae經(jīng)在選擇缸筒材料的時(shí)候給出，根據(jù)上式得到：FE=71.77MPci至于耐壓試當(dāng)壓力應(yīng)為：PT=1.5 P=3.75MPa依據(jù)為：c 配法試鴕IE力戶，是施東缸在檢查質(zhì)苣肺需 承受的試驗(yàn)壓力。在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，液壓缸在

17、此壓力。下 下.全部零件不得有破壞戢永人性變形等異?，F(xiàn)象U 國國投落窸數(shù)知或?yàn)?當(dāng)顆雉壓力丸£】6MR»時(shí) a = 】，Sa (MPa) (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D

18、2/4z。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，已知，P=2.5MPa D-液壓缸活塞桿頭部伸入處閥體內(nèi)徑， D=125mmz一螺 栓數(shù)目。故 F=Ptt 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:FF+F式中山一每個(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)來確定：對于氣缸、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

19、.8,求得 F'=1.8x3833=6899.4N。FE =F+F' =3833+6899=10732N螺栓危險(xiǎn)截面能夠承載的最大力為12296大于FE,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，負(fù)載力不是很高，故采用液壓缸筒固定，活塞桿 運(yùn)動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JIA：三兩1爸爸五四零六3231885406? ”里!更輯塑科是19歲7月13日（公歷）巨望座 展虎請Jl£三兩1爸爸五四合l. <9O加分號酈子梅與穿心蓮的空間4.2 缸體與缸蓋的連接形式本設(shè)計(jì)中選

20、取法蘭連接的形式。法蘭連接的優(yōu)點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)簡單、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)簡單，適用于缸徑較小的液壓缸。2、螺紋連接：結(jié)構(gòu)簡單，在振動的工作條件下容易松動，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)簡單，裝拆方便，不易松動，但會出現(xiàn)軸向間隙。多應(yīng) 用在壓力高、負(fù)荷大、有振動的場合4、錐銷連接：結(jié)構(gòu)可靠，用錐銷連接銷孔必須配錢，銷釘連接后必須鎖緊， 多用于負(fù)荷較小的場合。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)簡單，但磨損后只 能更換整個(gè)缸蓋（2）蓋與桿的密封常用。型，Y型等密封圈（3）防塵圈用無骨架的 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）蓋與桿的密封常用Y型等密封裝置。密封可靠適用于中高 壓液壓缸（3）防塵方式常用J型或三角形防