液壓缸課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)

1、液壓缸課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū) 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院一、設(shè)計(jì)目的液壓缸是液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)和小于 360回?cái)[運(yùn)動(dòng)的液壓執(zhí)行元件。具有 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,工作可靠,制造容易以及使用維護(hù)方便、低速穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。因此,廣泛應(yīng) 用于工業(yè)生產(chǎn)各部門(mén)。 其主要應(yīng)用有:工程機(jī)械中挖掘機(jī)和裝載機(jī)的鏟裝機(jī)構(gòu)和提升機(jī)構(gòu), 起重機(jī)械中汽車(chē)起重機(jī)的伸縮臂和支腿機(jī)構(gòu),礦山機(jī)械中的液壓支架及采煤機(jī)的滾筒調(diào)高 裝置, 建筑機(jī)械中的打樁機(jī), 冶金機(jī)械中的壓力機(jī), 汽車(chē)工業(yè)中自卸式汽車(chē)和高空作業(yè)車(chē), 智能機(jī)械中的模擬駕駛艙、機(jī)器人、火箭的發(fā)射裝置等。它們所用的都是直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)液 壓缸,即推力液壓缸。所以進(jìn)一步研究和改進(jìn)液壓缸的設(shè)計(jì)制造

2、,提高液壓缸的工作壽命 及其性能,對(duì)于更好的利用液壓傳動(dòng)具有十分重要的意義。通過(guò)學(xué)生自己獨(dú)立地完成指定的課程設(shè)計(jì)任務(wù),提高理論聯(lián)系實(shí)際、分析問(wèn)題和解決 問(wèn)題的能力,學(xué)會(huì)查閱參考書(shū)和工具書(shū)的方法,提高編寫(xiě)技術(shù)文件的能力,進(jìn)一步加強(qiáng)設(shè) 計(jì)計(jì)算和制圖等基本技能的訓(xùn)練,為畢業(yè)后成為一名出色的機(jī)械工程師打好基礎(chǔ)。為此,編寫(xiě)了這本“液壓缸課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)” ,供機(jī)械專(zhuān)業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)液壓傳動(dòng)課程及 課程設(shè)計(jì)時(shí)參考。二、設(shè)計(jì)要求1、每個(gè)參加課程設(shè)計(jì)的學(xué)生,都必須獨(dú)立按期完成設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)所規(guī)定的設(shè)計(jì)任務(wù)。2、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)和設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)要層次清楚,文字通順,書(shū)寫(xiě)工整,簡(jiǎn)明扼要,論據(jù)充 分。計(jì)算公式不必進(jìn)行推導(dǎo),但應(yīng)注明公式中

3、多符號(hào)的意義,代入數(shù)據(jù)得出結(jié)果即可。 3、說(shuō)明書(shū)要有插圖,且插圖要清晰、工整,并選取適當(dāng)此例。說(shuō)明書(shū)的最后要附上 草圖。4、繪制工作圖應(yīng)遵守機(jī)械制圖的有關(guān)規(guī)定,符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。5、學(xué)生在完成說(shuō)明書(shū)、圖紙后,準(zhǔn)備進(jìn)行答辯,最后進(jìn)行成績(jī)?cè)u(píng)定。三、設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)任務(wù)由指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生實(shí)際情況及所收集資料情況確定。最后人均一題,避免 重復(fù)。四、設(shè)計(jì)依據(jù)和設(shè)計(jì)步驟液壓缸是液壓傳動(dòng)的執(zhí)行元件,它與主機(jī)及主機(jī)的工作結(jié)構(gòu)有著直接的聯(lián)系。不同的 機(jī)型和工作機(jī)構(gòu)對(duì)液壓缸則有不同的工作要求。因此在設(shè)計(jì)液壓缸之前,首先應(yīng)了解下列 這些作為設(shè)計(jì)原始依據(jù)的主要內(nèi)容。主機(jī)的用途和工作條件,工作機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),負(fù)載 值,速度,行

4、程大小和動(dòng)作要求,液壓系統(tǒng)所選定的工作壓力和流量等。液壓缸的設(shè)計(jì)內(nèi)容和步驟大致如下:1、液壓缸類(lèi)型和多部分結(jié)構(gòu)的選擇。2、確定基本參數(shù)。主要包括工作負(fù)載、工作速度(當(dāng)有速度要求時(shí) 、工作行程、導(dǎo) 向長(zhǎng)度、缸筒內(nèi)徑及活塞桿直徑等。3、強(qiáng)度和穩(wěn)定性計(jì)算。其中包括缸筒壁厚、外徑和缸底厚度的強(qiáng)度計(jì)算,活塞桿強(qiáng) 度和穩(wěn)定性驗(yàn)算,以及各連接部分的強(qiáng)度計(jì)算。4、導(dǎo)向、密封、防塵、排氣和緩沖等裝置的設(shè)計(jì)。5、整理設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。繪制工作圖。應(yīng)該指出,不同類(lèi)型和結(jié)構(gòu)的液壓缸,其設(shè)計(jì)內(nèi)容量是不同的,而且各參數(shù)之間需要 綜合考慮反復(fù)驗(yàn)算才能得出比較滿(mǎn)意的結(jié)果。因此設(shè)計(jì)步驟不可能是固定不變的。五、結(jié)構(gòu)型式的確定1、結(jié)構(gòu)初

5、型:根據(jù)設(shè)計(jì)原始依據(jù)和設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū),查閱有關(guān)參考資料設(shè)計(jì)或選擇液壓缸的結(jié)構(gòu)初型 (畫(huà)圖附于說(shuō)明書(shū)中 。液壓缸的安裝形式很多,但大致可分為兩類(lèi):1軸線(xiàn)固定類(lèi)這類(lèi)安裝形式的液壓缸在工作時(shí),軸線(xiàn)位置固定不變。機(jī)床上的液壓缸大多是采用這 種安裝形式。(1通用拉桿式在兩端缸蓋上鉆出通孔,用雙頭螺桿將缸和安裝座連接拉緊。一般用于短行程、壓力 低的液壓缸。(2法蘭式用液壓缸上的法蘭將其固定在機(jī)器上。法蘭設(shè)置在活塞桿端的缸頭上,外側(cè)面與機(jī)械 安裝面貼緊,這叫頭部外法蘭式。由于液壓缸工作時(shí)反作用力的作用,安裝螺栓承受液壓 力的拉伸作用,因而安裝螺栓的直徑較大,并且要求強(qiáng)度計(jì)算。法蘭設(shè)置在活塞桿端的缸頭上,內(nèi)側(cè)面與

6、機(jī)械安裝面貼緊,這叫頭部?jī)?nèi)法蘭式。液壓 缸工作時(shí), 安裝螺栓受力不大, 主要靠安裝支承面承受, 所以法蘭直徑較小, 結(jié)構(gòu)較緊湊。 這種安裝形式在固定安裝形式中應(yīng)用得最多。法蘭設(shè)置在缸的底部,與機(jī)械安裝面用螺栓緊固,這叫尾部法蘭式。這種安裝形式使 液壓缸懸伸,安裝長(zhǎng)度較大,穩(wěn)定性差。(3支座式將液壓缸頭尾兩端的凸緣與支座緊固在一起。支座可置于液壓缸左右的徑向、切向, 也可置于軸向底部的前后端。徑向安裝時(shí),安裝面與活塞桿軸線(xiàn)在同一平面上,液壓缸工 作時(shí), 安裝螺栓只承受剪切力; 切向和軸向安裝時(shí), 活塞的軸線(xiàn)與支座底面有一定的距離, 安裝螺栓既受剪切力,又承受因存在傾翻力矩而產(chǎn)生的彎曲力。切向安裝

7、時(shí)傾翻力矩比軸 向安裝時(shí)要小一些。2軸線(xiàn)擺動(dòng)類(lèi)液壓缸在往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí),由于機(jī)構(gòu)的相互作用使其軸線(xiàn)產(chǎn)生擺動(dòng),達(dá)到調(diào)整位置和方向 的要求。安裝這類(lèi)液壓缸,安裝形式也只能采用使其能擺動(dòng)的鉸接方式。工程機(jī)械、農(nóng)業(yè) 機(jī)械、翻斗汽車(chē)和船舶甲板機(jī)械等所用的液壓缸多用這類(lèi)安裝形式。(1耳軸式將固定在液壓缸上的鉸軸安裝在機(jī)械的軸座內(nèi),使液壓缸軸線(xiàn)能在某個(gè)平面內(nèi)自由擺 動(dòng)。耳軸設(shè)置在液壓缸頭部的叫頭部耳軸式。這種安裝形式的液壓缸,擺動(dòng)幅度較小,但 穩(wěn)定性較好。耳軸設(shè)置在液壓缸尾部的尾部耳軸式。這種安裝形式的液壓缸,擺動(dòng)幅度較大,但穩(wěn) 定性較差。耳軸設(shè)置在液壓缸中部的叫中間耳軸式,其擺動(dòng)幅度和穩(wěn)定性一般。(2耳環(huán)式將液

8、壓缸的耳環(huán)與機(jī)械上的耳環(huán)用銷(xiāo)軸連接在一起,使液壓缸能在某個(gè)平面內(nèi)自由擺 動(dòng)。耳環(huán)在液壓缸的尾部,可以是單耳環(huán),也可以是雙耳環(huán),還可以做成帶關(guān)節(jié)軸承的單 耳環(huán)或雙耳環(huán)。(3 球頭式將液壓缸尾部的球頭與機(jī)械上的球座連接在一起,使液壓缸能在一定的空間錐角范圍內(nèi)任意擺動(dòng)。這種安裝形式自由度大,但穩(wěn)定性差。船舶起貨吊桿液壓缸多用這種形式。 應(yīng)該指出,軸線(xiàn)擺動(dòng)安裝的液壓缸往往工作時(shí)都是傾斜的,隨著活塞桿的逐漸伸出, 軸線(xiàn)與水平面的夾角也逐漸變化,其工作出力隨著夾角的變化而變化,因此,計(jì)算液壓缸 的有效工作出力時(shí),一定要以?shī)A角處于最小時(shí)能推動(dòng)的負(fù)載為依據(jù)。2、局部結(jié)構(gòu)初選根據(jù)設(shè)計(jì)條件,查閱資料確定液壓缸各零

9、件的結(jié)構(gòu)、材料及聯(lián)接方式。 (畫(huà)簡(jiǎn)圖附于 說(shuō)明書(shū)中1缸筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缸筒的兩端分別與缸蓋相連,構(gòu)成密閉的壓力腔,因而它的結(jié)構(gòu)形式往往和缸蓋及缸 底密切相關(guān)。設(shè)計(jì)缸筒的結(jié)構(gòu)時(shí),也應(yīng)該一起加以考慮。缸筒是液壓缸的主體,其余零件裝配其上,它的結(jié)構(gòu)形式對(duì)加工和裝配有很大影響, 因此其結(jié)構(gòu)必須盡量便于裝配、拆卸和維修。缸筒與缸蓋、缸底的連接形式很多,不少于 60多種,把他們按連接方法分類(lèi),大致 有以下幾種。(1 法蘭連接缸筒端部設(shè)計(jì)有法蘭,用螺栓將其與端蓋連接起來(lái)。法蘭連接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,加工和裝拆 都很方便,只是外形尺寸和重量都較大。法蘭與缸筒為整體式(見(jiàn)圖 1-a 的多為鑄件和 鑄件缸筒,加工余量較大,浪費(fèi)

10、材料;焊接法蘭式(見(jiàn)圖 1-b 多為鋼質(zhì)缸筒,將無(wú)縫鋼 管制成的缸筒與法蘭焊接在一起,其焊縫要進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。法蘭連接是液壓缸中使用最普 遍的結(jié)構(gòu)形式。 圖 1 缸筒與端蓋(或缸底的連接形式(2 螺釘連接將缸蓋用螺釘固定在缸筒端部(見(jiàn)圖 1-c 。這種連接方式簡(jiǎn)單,但因缸筒壁薄,需要 數(shù)量較多的螺釘才能承受液壓力。這種方式多用于柱塞液壓缸和低壓液壓缸。(3 外螺紋連接這種方式裝拆方便,但需要專(zhuān)用工具。它使缸筒端部結(jié)構(gòu)復(fù)雜化,螺紋要與缸筒的內(nèi) 徑同心。螺紋對(duì)缸筒壁厚尺寸要求不大,很適合無(wú)縫鋼管做缸筒的液壓缸。密封槽一般都 設(shè)置在缸筒端面或端蓋上,以免削弱缸筒強(qiáng)度。為了防止螺紋因沖擊震動(dòng)而松動(dòng),往往

11、增 加鎖緊螺母或緊定螺釘,如圖 1-d 所示。(4內(nèi)螺紋連接在缸筒端部加工出內(nèi)螺紋和退刀槽, 雖然會(huì)削弱缸筒強(qiáng)度, 而且螺紋與缸筒要求同心, 但其結(jié)構(gòu)緊湊,外形美觀,不易損壞。連接螺紋可以設(shè)計(jì)在端蓋上,也可以用螺紋壓圈緊 固,如圖 1-e 所示。(5外卡鍵連接這種連接的強(qiáng)度好,結(jié)構(gòu)緊湊,重量輕,裝拆容易,但缸筒端部要切出卡鍵槽,使強(qiáng) 度有所降低。外卡鍵一般由兩個(gè)半環(huán)卡鍵組成,固定卡鍵可以用卡鍵帽,如圖 1-f 所示。 (6內(nèi)卡鍵連接這種連接方式的優(yōu)缺點(diǎn)同外卡鍵差不多,但裝拆不便。為了便于裝拆,卡鍵一般由三 瓣組成,第三瓣的剖切口平面必須與軸線(xiàn)平行,否則是裝不進(jìn)去的。裝配卡鍵時(shí),端蓋外 端面不能

12、高出卡鍵槽,裝好卡鍵后,端蓋才能裝到位,如圖 1-g 所示?？ㄦI與卡鍵槽的配 合精度要適當(dāng),間隙過(guò)大,缸筒卡鍵槽處會(huì)因受到?jīng)_擊而產(chǎn)生剪切破壞。(7 彈性卡圈式彈性卡圈有孔用彈性卡圈和鋼絲彈性卡圈兩種,如圖 1-h 和圖 1-i 所示。由于它們都 是標(biāo)準(zhǔn)件,因此使用方便,裝拆容易。但因厚度較薄,只能用于中低壓缸筒上。(8焊接式如圖 1-j 所示,將端蓋直接焊在缸筒上,強(qiáng)度高,制造簡(jiǎn)單,但容易引起焊接變形, 維修時(shí)需破壞端蓋才行。(9銷(xiāo)釘式如圖 1-k 所示,將端蓋裝入缸筒后,相配鉆鉸,裝上銷(xiāo)釘。這種連接方式簡(jiǎn)單方便, 但銷(xiāo)釘承受的剪切力較大,要校核強(qiáng)度和銷(xiāo)釘數(shù)量。(10拉桿式如圖 1-l 所示,

13、起結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,工藝性好,通用性大,但端蓋的體積和重量較大,拉桿 受力后會(huì)拉伸變長(zhǎng),影響密封效果,只適用于中低壓液壓缸。除了缸筒與缸蓋和缸底的結(jié)構(gòu)形式外,安裝液壓缸時(shí),如結(jié)構(gòu)允許,進(jìn)出油口位置必 須在最上面。液壓缸必須裝成使其能自動(dòng)放氣或裝有方便的放氣口。缸筒上的進(jìn)出油口和 排氣閥的閥座,一般都焊接在缸筒的最上面,以利于安裝和空氣的排除。2缸筒的材料缸筒常用 20、 35、 45號(hào)無(wú)縫鋼管,當(dāng)缸筒上需要焊接缸底、耳軸或管接頭時(shí),多采 用 35號(hào)鋼管。在承受的負(fù)載很大時(shí),如液壓支架中的立柱等,常用低合金無(wú)縫鋼管,如27SiMn 和 30CrMnSi 等。3缸底缸底的材料常用 35號(hào)或 45號(hào)鋼。 缸

14、筒采用無(wú)縫鋼管時(shí), 缸底與缸筒多采用焊接結(jié)構(gòu), 它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊,加工簡(jiǎn)單,工作可靠,但容易產(chǎn)生焊接變形。通常缸底上口與缸筒 內(nèi)孔間采用過(guò)渡配合, 以限制焊接后的變形。 除焊接結(jié)構(gòu)外, 缸底與缸筒可采用螺紋連接、 半環(huán)連接和法蘭連接等多種連接方式。要根據(jù)具體設(shè)計(jì)要求靈活選擇。4缸蓋缸口部分一般由密封圈、導(dǎo)向套、防塵圈和鎖緊裝置等組成,用作活塞桿的導(dǎo)向和密 封等。缸孔和活塞桿直徑不同,缸口部分的結(jié)構(gòu)也有所不同,缸蓋與缸筒的典型連接結(jié)構(gòu) 有,外螺紋連接,它的外徑小,質(zhì)量輕,但結(jié)構(gòu)工藝性較差;內(nèi)半環(huán)連接,內(nèi)卡環(huán)常由三 個(gè)半環(huán)組成,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而且緊湊,拆裝也較方便,但缸壁上的環(huán)槽削弱了缸筒的強(qiáng)度;

15、法蘭連接,特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而且緊湊,拆裝和加工容易。缺點(diǎn)是外形和質(zhì)量都比較大;鋼絲連接,這種連接方式的結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單、緊湊,已逐漸被推廣使用。值得注意的是缸蓋與缸 筒的連接很少采用焊接結(jié)構(gòu)。缸蓋材料一般用 35、 45號(hào)鋼鍛件。當(dāng)缸蓋兼作導(dǎo)向套時(shí),應(yīng)采用鑄鐵并在其工作表 面堆焊青銅,黃銅或其它耐磨材料,導(dǎo)向套也可單獨(dú)制成后壓入缸蓋內(nèi)孔。5缸體與外部的連接結(jié)構(gòu)液壓缸依與機(jī)器的設(shè)置與固定方式可分為兩大類(lèi):a 、剛性固定:采用底座或法蘭連接b 、鉸接固定:采用耳環(huán)或鉸軸液壓缸的安裝一般是通過(guò)兩端的耳環(huán)或中部鉸軸與工作機(jī)構(gòu)連接。缸底耳環(huán)通常做成 整體或焊接?；钊麠U耳環(huán)可做成整體或采用焊接或螺紋連接。鉸軸可根

16、據(jù)工作機(jī)構(gòu)的要求 焊接在缸體的頭部、尾部或任意中間位置,其中以頭部鉸軸對(duì)活塞桿的彎曲作用最小。耳 環(huán)與鉸軸的材料可采用 45號(hào)鋼或 ZG35鑄鋼。6活塞活塞材料通常用鋼或鑄鐵,也有用鋁合金制成的,它的結(jié)構(gòu)上主要考慮的問(wèn)題是:活 塞與缸筒的滑動(dòng)和密封,活塞與活塞桿之間的連接與密封。7活塞桿活塞桿是液壓缸的主要傳力零件,必須有足夠的強(qiáng)度和剛性?；钊麠U有空心和實(shí)心兩 種結(jié)構(gòu)?？招幕钊麠U的一端留有透氣孔,使焊接和熱處理時(shí)能排出熱氣。實(shí)心活塞桿的材 料多用 35、 45號(hào)鋼,空心活塞桿一般用 35、 45號(hào)無(wú)縫鋼管。有特殊用途的液壓缸(如液 壓支架應(yīng)按照使用條件來(lái)選定材料、結(jié)構(gòu)和尺寸?；钊麠U頭部與工作機(jī)

17、械的連接,根據(jù) 不同的要求,選擇符合要求的結(jié)構(gòu)型式。8緩沖裝置一般的液壓缸可以不考慮緩沖要求。當(dāng)活塞的運(yùn)動(dòng)速度很高和運(yùn)動(dòng)部分質(zhì)量很大時(shí), 就有很大的慣性力。如果活塞在行程終端與缸底(或缸蓋產(chǎn)生機(jī)械碰撞,會(huì)出現(xiàn)沖擊和 噪聲,甚至導(dǎo)致液壓缸、管路以及閥類(lèi)元件的破壞,為了防止或緩和這種沖擊,可以在液 壓回路中設(shè)置減速閥和制動(dòng)閥,使活塞減速制動(dòng),也可在液壓缸內(nèi)部設(shè)置緩沖裝置。 9排氣裝置液壓系統(tǒng)在安裝過(guò)程中或長(zhǎng)時(shí)間停止工作之后會(huì)滲入空氣,油中也會(huì)混入空氣,由于 氣體具有較大的可壓縮性,將使液壓缸工作中產(chǎn)生振動(dòng)、顫抖和爬行,并伴隨有噪聲和發(fā) 熱等系列不正?，F(xiàn)象。因此在設(shè)計(jì)液壓缸結(jié)構(gòu)時(shí),要保證能及時(shí)排除積

18、聚在缸內(nèi)的氣體。 一般利用空氣比重較油輕的特點(diǎn),在液壓缸內(nèi)腔的最高部位設(shè)置進(jìn)出油口或?qū)ｉT(mén)的排 氣裝置如排氣螺釘、排氣閥等,使積聚于缸內(nèi)的氣體排出缸外。 圖 2 排氣裝置的形式排氣裝置的形式和結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 2, 一般有整體排氣塞和組合排氣塞兩種。 整體排氣塞 (圖 c 、 e 由螺紋與缸筒或端蓋連接,靠頭部錐面起密封作用。排氣時(shí),擰松螺紋,缸內(nèi)空氣 從錐面空隙中擠出并經(jīng)斜孔排出缸外。這種排氣裝置簡(jiǎn)單方便,但螺紋與錐面密封處同心 度要求較高,否則擰緊排氣塞后不能密封,會(huì)造成外泄漏。組合排氣塞一般由螺塞和錐閥 組成。螺塞擰松后,錐閥在壓力的推動(dòng)下脫離密封面而排出空氣。錐閥可以采用圖 a 所示 的錐面密封

19、,也可以采用圖 b 所示的錐面密封,還可以采用圖 g 所示的鋼珠密封。后兩種 排氣密封形式對(duì)高壓缸比較適用。10耳環(huán)和鉸軸耳環(huán)和鉸軸是液壓缸的安裝連接零件, 見(jiàn)圖 3, 液壓缸的全部出力和負(fù)載重力 全靠耳 環(huán)或鉸軸承載或傳遞,所以要保證其有足夠的強(qiáng)度。 圖 3 耳環(huán)和鉸軸的形式a 不帶襯套單耳環(huán) b 帶襯套單耳環(huán) c 球鉸形單耳環(huán) d 、 e 、 f 鉸軸一般情況下,不帶襯套的單耳環(huán)尺寸 d R =, R L 2. 1=, d b 4. 12. 1(-=;帶襯套的單 耳 環(huán) 尺 寸 d R 2. 1=, 其 余 同 不 帶 襯 套 的 ; 球 鉸 型 單 耳 環(huán) 尺 寸 d R 4. 1=,

20、R L 2. 1=, d b 4. 12. 1(-=,鉸軸尺寸 d L =。11油口油口有油口孔和油口連接螺紋。油口孔是壓力油進(jìn)出的直接通道,如果孔小了,不僅 造成進(jìn)油時(shí)流量供不應(yīng)求,影響液壓缸的活塞運(yùn)動(dòng)速度,而且會(huì)造成回油時(shí)受阻,形成背 壓,影響活塞的退回速度,減少液壓缸的負(fù)載能力。油口孔大多數(shù)屬于薄壁孔(孔的長(zhǎng)度與直徑之比 5. 0/d l 的孔 。通過(guò)薄壁空的流量 按下式計(jì)算p pCA p p p CA Q =-=2 (221 式中 C 流量系數(shù),接頭處大孔與小孔之比大于 7時(shí)為 0.6 0.62,小于 7時(shí)為 0.70.8。A 油孔的截面積液體的密度1p 油孔前腔壓力2p 油孔后腔壓力

21、從式中可見(jiàn), C 、 是常量,對(duì)流量影響最大的因素是油孔的面積 A 。根據(jù)此式,可 以求出孔的直徑大小,以滿(mǎn)足流量的需要,從而保證液壓缸的正常工作運(yùn)動(dòng)速度。12密封件的選用(1對(duì)密封件的要求在液壓元件中,液壓缸的密封要求是比較高的,特別是一些特殊液壓缸,如擺動(dòng)液壓 缸等。液壓缸不僅有靜密封,更多的部位是動(dòng)密封,而且工作壓力高,這就要求密封件的 密封性能要好,耐磨損,對(duì)溫度的適應(yīng)范圍大,要求彈性好,永久變形小,有適當(dāng)?shù)臋C(jī)械 強(qiáng)度,摩擦阻力小,容易制造和裝拆,能隨壓力的升高而提高密封能力和利于自動(dòng)補(bǔ)償磨 損。密封件一般以斷面形狀分類(lèi),有 O 形、 Y 形、 U 形、 V 形和 Yx 形等。除 O

22、形外,其 他都屬于唇形密封件。(2 O 形密封圈的選用液壓缸的靜密封部位主要有活塞內(nèi)孔與活塞桿、支撐座外圓與缸筒內(nèi)孔、端蓋與缸體 端面等處。靜密封部位使用的密封件基本上都是 O 形密封圈。(3動(dòng)密封部位密封圈的選用由于 O 型密封圈用于往復(fù)運(yùn)動(dòng)存在起動(dòng)阻力大的缺點(diǎn), 所以用于往復(fù)運(yùn)動(dòng)的密封件一 般不用 O 形圈,而使用唇形密封圈或金屬密封圈。液壓缸動(dòng)密封部位主要有活塞與缸筒內(nèi)孔的密封、活塞桿與支撐座(或?qū)蛱椎拿?封等?；钊h(huán)是具有彈性的金屬密封圈, 摩擦阻力小, 耐高溫, 使用壽命長(zhǎng), 但密封性能差, 內(nèi)泄漏量大,而且工藝復(fù)雜,造價(jià)高。對(duì)內(nèi)泄漏量要求不嚴(yán)而要求耐高溫的液壓缸,使用 這種密封圈

23、較合適。V 形圈的密封效果一般,密封壓力通過(guò)壓圈可以調(diào)節(jié),但摩擦阻力大,溫升嚴(yán)重。因 其是成組使用,模具多,也不經(jīng)濟(jì)。對(duì)于運(yùn)動(dòng)速度不高、出力大的大直徑液壓缸,用這種 密封圈較好。U 形圈雖是唇形密封圈,但安裝時(shí)需用支撐環(huán)壓住,否則就容易卷唇,而且只能在工 作壓力低于 10MPa 時(shí)使用,對(duì)壓力高的液壓缸不適用。比較而言,能保證密封效果, 摩擦阻力小,安裝方便, 制造簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的密封圈就屬 Yx 型密封圈了。它屬于不等高雙唇自封壓緊式密封圈 ,分軸用和孔用兩種。六、確定基本參數(shù)1、工作負(fù)載的計(jì)算計(jì)算工作負(fù)載是為了確定液壓缸所需的牽引力,液壓缸的工作負(fù)載是指工作機(jī)構(gòu)在滿(mǎn) 負(fù)載情況下,以一定的加速度起

24、動(dòng)時(shí),對(duì)液壓缸產(chǎn)生的總阻力,即g f e R R R R += (N 式中 e R 工作機(jī)構(gòu)的工作阻力及自重 (當(dāng)液壓缸垂直安裝時(shí) 等對(duì)液壓缸產(chǎn)生的作用力 (N f R 工作機(jī)構(gòu)滿(mǎn)載起動(dòng)時(shí)靜摩擦力對(duì)液壓缸產(chǎn)生的作用力(N g R 工作機(jī)構(gòu)滿(mǎn)載起動(dòng)時(shí)的慣性力對(duì)液壓缸產(chǎn)生的作用力(N 2、工作速度和速比當(dāng)無(wú)桿腔進(jìn)油時(shí),活塞(或缸體的工作速度為214DQ v v = (m/s 當(dāng)有桿端進(jìn)油時(shí)的速度(4222d D Q v v -= (m/s 式中 Q 泵的流量(m 3/s ;D 缸筒內(nèi)徑(m ;d 活塞桿直徑(m ;v 容積效率。如果工作機(jī)構(gòu)對(duì)液壓缸的工作速度有一定要求時(shí),應(yīng)根據(jù)所需的工作速度和已選

25、定的 流量來(lái)確定缸徑。推力和速度都有要求時(shí),可根據(jù)速度和缸徑來(lái)選擇壓力和流量。速度沒(méi) 有要求時(shí),則可根據(jù)已選定的流量和缸徑來(lái)確定工作速度。對(duì)于雙作用液壓缸,其往復(fù)運(yùn) 動(dòng)的速比為:22212dD D v v -= 速比不宜取過(guò)小或過(guò)大,以免產(chǎn)生過(guò)大的背壓或活塞桿太細(xì),穩(wěn)定性不好。 值可按 JB2183-77中所制定的標(biāo)準(zhǔn)選用,為了不使往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度相差太大,一般推薦 6. 1。一 般來(lái)說(shuō),工作壓力高的液壓缸選用大值,工作壓力低的選小值,特殊情況可另作考慮。3、缸筒內(nèi)徑對(duì)于負(fù)載較大的工程、礦山機(jī)械用的液壓缸,在系統(tǒng)給定的工作壓力情況下,常以保 證液壓缸有足夠的牽引力,能驅(qū)動(dòng)工作負(fù)載為確定缸筒內(nèi)徑的重

26、要條件,如果尚有運(yùn)動(dòng)速 度要求時(shí),則往往在校核時(shí)通過(guò)選擇適當(dāng)流量油泵的辦法來(lái)解決。但是當(dāng)系統(tǒng)的工作壓力尚未確定的時(shí)候,必須首先根據(jù)負(fù)載的大小合理地選擇液壓缸 的工作壓力(見(jiàn)附表 7 ,選定的工作壓力應(yīng)符合 GB2346-80的規(guī)定值。 (見(jiàn)附表 1對(duì)于雙作用單桿活塞缸,當(dāng)壓力油輸入無(wú)桿腔,活塞桿以推力驅(qū)動(dòng)工作負(fù)載時(shí),其推 力為R d p D p p F m =+-= (42020 由此得缸筒內(nèi)徑200 (4p p d p p p R D m -= (m 式中 P 工作壓力(Pa ;0P 回油背壓(Pa ,若回油直接通油箱,可取 0P 0; m 機(jī)械效率,考慮密封件的摩擦阻力損失,橡膠密封通常取

27、 92. 0=m ; d 活塞桿直徑(m ,通常 D d 7. 02. 0(= 。當(dāng)活塞桿以拉力驅(qū)動(dòng)負(fù)載時(shí),則壓力油進(jìn)入有桿腔,其拉力為 m pd D p p R -= (4220 由此得缸筒內(nèi)徑20 (4p p pd p p R D m -+-= (m 由上式計(jì)算所得的缸筒內(nèi)徑,需按 GB2348-80規(guī)定的液壓缸內(nèi)徑尺寸系列圓整成標(biāo)準(zhǔn) 值。 (見(jiàn)附表 24、活塞桿直徑液壓缸內(nèi)徑確定后,若單桿活塞缸的雙向運(yùn)動(dòng)有一定速比要求時(shí),可按速比 的關(guān)系 式求出活塞桿的直徑為 D d 1-= (m 式中的 值可根據(jù)需要或從有關(guān)資料的推薦值選取。對(duì)于一般無(wú)速比要求的液壓缸,也可按下式初步定出活塞桿直徑D

28、d 5131(= (m 以上計(jì)算所得的活塞桿直徑,均需按 GB2348-80規(guī)定的活塞桿外徑尺寸系列圓整成標(biāo) 準(zhǔn)值。 (見(jiàn)附表 35、最小導(dǎo)向長(zhǎng)度當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí), 從活塞支承面中點(diǎn)到導(dǎo)向套滑動(dòng)面中點(diǎn)的距離稱(chēng)為最小導(dǎo)向長(zhǎng) 度(如圖 4所示 ,若導(dǎo)向長(zhǎng)度太小,將使液壓缸因間隙引起的初始撓度增大,從而影響 液壓缸的工作穩(wěn)定性。對(duì)于一般液壓缸,其最小導(dǎo)向長(zhǎng)度 H 應(yīng)滿(mǎn)足下式要求 220D L H + (m 式中 L -液壓缸最大工作行程 (mD -缸筒內(nèi)徑 (m一般導(dǎo)向套滑面的長(zhǎng)度 A, 在缸筒內(nèi)徑 D 80mm時(shí)則取活塞桿直 徑的 0.61.0倍。 活塞寬度 B 取缸筒內(nèi)徑 D 的 0.61.0

29、倍 , 為了保證最小導(dǎo)向長(zhǎng)度而過(guò)份地增大導(dǎo)向套長(zhǎng)度和活塞寬度都是不適宜的。 最好的 方法是在導(dǎo)向套與活塞之間裝一隔套 K ,其長(zhǎng)度 C 由所需的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度決定。采用隔套 不僅能保證最小導(dǎo)向長(zhǎng)度,而且可以擴(kuò)大導(dǎo)向套及活塞的通用性。(21B A C H += 七、強(qiáng)度和穩(wěn)定性計(jì)算1、 缸 筒壁厚和外徑計(jì)算。缸筒壁厚校核時(shí)分薄壁和厚壁兩種情況。當(dāng) 10/D 時(shí)為薄壁,壁厚按下式進(jìn)行校核2D p y 式中, D 為缸筒內(nèi)徑; y p 為缸筒試驗(yàn)壓力, 當(dāng)缸的額定壓力 a n MP p 16時(shí), 取 y p =1.5n p ; 而當(dāng) a n MP p 16時(shí),取 y p =1.25n p ; 為缸筒材

30、料的許用應(yīng)力, =n b /, b 為材料 抗拉強(qiáng)度, n 為安全系數(shù),一般取 n =5。當(dāng) 10/k r l 時(shí) 222lEJF k =當(dāng)活塞桿的細(xì)長(zhǎng)比 21/k r l 時(shí)22 (1kk r l a fAF +=式中, l 為安裝長(zhǎng)度,其值與安裝方式有關(guān),見(jiàn)表 1; k r 為活塞桿橫截面最小回轉(zhuǎn)半徑,A J r k /=; 1為柔性系數(shù),其值見(jiàn)表 2; 2 為由液壓缸支撐方式?jīng)Q定的末端系數(shù),其值 見(jiàn)表 1; E 為活塞桿材料的彈性模量,對(duì)鋼取 211/1006. 2m N E =; J 為活塞桿橫截面慣 性矩; A 為活塞桿橫截面積; f 為由材料強(qiáng)度決定的實(shí)驗(yàn)值, 為系數(shù),具體數(shù)值見(jiàn)表

31、 2。表 1 液壓缸支承方式和末端系數(shù) 2的值 表 2 f 、 、 1的值 4、連接零件的強(qiáng)度計(jì)算對(duì)于重要的液壓缸,它的各部分連接零件都應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。 1缸筒和缸底焊縫強(qiáng)度的計(jì)算如圖 6所示,其對(duì)接焊縫的應(yīng)力為: (4222-=d D Fe式中 F 液壓缸最大推力(N ;焊接效率,取 =0.7; 焊縫的許用應(yīng)力(Pa; 圖 6焊接缸筒和缸底nb =,當(dāng)采用 T422焊條時(shí), (1042005a b p =,取安全系數(shù) n=3.34。2缸蓋連接螺紋的強(qiáng)度計(jì)算如圖 7所示, 缸筒和缸蓋采用螺紋連接時(shí), 其強(qiáng)度 計(jì)算如下:螺紋處的拉力和剪應(yīng)力分別為: 圖 7 螺紋連接的缸體(221a p D d KF-=(4. 0441101a p D d d KFd K -=其合成應(yīng)力和強(qiáng)度驗(yàn)算公式為 322+=n式中 0d 螺紋外徑;1d 螺紋內(nèi)徑。采用普通螺紋尺寸時(shí),可近似地按下式計(jì)算, t d d 22. 101-=(t 為螺距 ;1K 螺紋內(nèi)摩擦系數(shù)(2. 007. 01=K ,一般取 12. 01=K ; K 螺紋預(yù)緊力系數(shù),取 5. 125. 1=K ;缸筒材料的許用應(yīng)力 (Pa , , 安全系數(shù) 5. 22. 1=n , s 為缸筒材料的屈服極限(Pa ;F 液壓缸最大推力(N ; D 缸