液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算

液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算作為液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件，液壓缸將液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能去驅(qū)動(dòng)主機(jī)的工作機(jī)構(gòu)做功。由于液壓缸使用場(chǎng)合與條件的千差萬(wàn)別，除了從現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品系列選型外，往往需要根據(jù)具體使用場(chǎng)合自行進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)內(nèi)容液壓缸的設(shè)計(jì)是整個(gè)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一部分，它通常是在對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行工況分析所后進(jìn)行的。其設(shè)計(jì)內(nèi)容為確定各組成部分（缸筒和缸蓋、活塞和活塞桿、密封裝置、排氣裝置等）的結(jié)構(gòu)形式、尺寸、材料及相關(guān)技術(shù)要求等，并全部通過(guò)所繪制的液壓缸裝配圖和非標(biāo)準(zhǔn)零件工作圖反映這些內(nèi)容。液壓缸的類(lèi)型及安裝方式選擇液壓缸的輸入是液體的流量和壓力，輸出的是力和直線(xiàn)速速，液壓缸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠性好，被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)各個(gè)部門(mén)。為了滿(mǎn)足各種不同類(lèi)型機(jī)械的各種要求，液壓缸具有多種不同的類(lèi)型。液壓缸可廣泛的分為通用型結(jié)構(gòu)和專(zhuān)用型結(jié)構(gòu)。而通用型結(jié)構(gòu)液壓缸有三種典型結(jié)構(gòu)形式：（1）拉桿型液壓缸前、后端蓋與缸筒用四根（方形端蓋）或六根（圓形端蓋）拉桿來(lái)連接，前、后端蓋為正方形、長(zhǎng)方形或圓形。缸筒可選用鋼管廠提供的高精度冷拔管，按行程長(zhǎng)度所相應(yīng)的尺寸切割形成，一般內(nèi)表面不需加工（或只需作精加工）即能達(dá)到使用要求。前、后端蓋和活塞等主要零件均為通用件。因此，拉桿型液壓缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、拆裝簡(jiǎn)便、零件通用化程度較高、制造成本較低、適于批量生產(chǎn)。但是，受到行程長(zhǎng)度、缸筒內(nèi)徑和額定壓力的限制。如果行程長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)時(shí)，拉桿長(zhǎng)度就相應(yīng)偏長(zhǎng)，組裝時(shí)容易偏歪引起缸筒端部泄漏；如缸筒內(nèi)徑過(guò)大和額定壓力偏高時(shí)，因拉桿材料強(qiáng)度的要求，選取大直徑拉桿，但徑向尺寸不允許拉桿直徑過(guò)大。（2）焊接型液壓缸缸筒與后端蓋為焊接連接，缸筒與前端蓋連接有內(nèi)螺紋、內(nèi)卡環(huán)、外螺紋、外卡環(huán)、法蘭、鋼絲擋圈等多種形式。焊接型液壓缸的特點(diǎn)是外形尺寸較小，能承受一定的沖擊負(fù)載和嚴(yán)酷的外界條件。但由于受到前端蓋與缸筒用螺紋、卡環(huán)或鋼絲擋圈等連接強(qiáng)度的制約缸筒內(nèi)徑不能太大和額定壓力不能太高。焊接型液壓缸通常額定壓力Pn25Mpa、缸筒內(nèi)徑 D320mm，在活塞桿和缸筒的加工條件許可下，允許最大行程 S1015m。(3)法蘭型液壓缸缸筒與前、后端蓋均為法蘭連接，而法蘭與缸筒有整體、焊接、螺紋等連接方式。法蘭型液壓缸的特點(diǎn)是額定壓力較高，缸筒內(nèi)徑大，外形尺寸大。適用于較嚴(yán)酷的沖擊負(fù)載和外界工作條件，又稱(chēng)重載型液壓缸。法蘭型液壓缸通常額定壓力pn35Mpa、缸筒內(nèi)徑D320mm,在活塞桿和缸筒的加工條件許可下，允許最大行程S8m。由此可知，我們?cè)O(shè)計(jì)的液壓升降平臺(tái)車(chē)的液壓缸應(yīng)選擇( 2)焊接型液壓缸比較合適。當(dāng)然對(duì)缸筒的連接還需根據(jù)具體情況具體分析確定液壓平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)與負(fù)載分析液壓平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)方式主要是實(shí)現(xiàn)各個(gè)液壓缸的上升和下降，但在上升和下降過(guò)程中在起升階段會(huì)有一段的加速運(yùn)動(dòng)，等到加速到所要求的速度時(shí)，平臺(tái)將實(shí)現(xiàn)一段的勻速運(yùn)動(dòng)，隨后減速停止。在整個(gè)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，液壓升降平臺(tái)的外在負(fù)載主要由汽車(chē)的重力和平臺(tái)自身的自重組成。所以外在負(fù)載的大小相對(duì)來(lái)說(shuō)是穩(wěn)定不變的。液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算與選取汽車(chē)質(zhì)量m2000kg四個(gè)液壓柱中液壓缸的單缸最大升起的質(zhì)量Mm4500kg升降平臺(tái)的最大起升高度：h1.5m上升速度等于下降速度：v0.1m/s液壓平臺(tái)上升工況的最大負(fù)載FmaxMg500105kN液壓缸的機(jī)械效率：0.95液壓缸的工作壓力由表3-1可知P1.5MPa表3-1不同負(fù)載條件下的工作壓力負(fù)裁F/KN<55~1010~2020~3030~50>50工作壓力p/MPa<~1~2~33~44~5>5液壓缸缸筒的設(shè)計(jì)和計(jì)算1、液壓缸內(nèi)徑D的計(jì)算b560b560n 1.5bb560n 5由公式D(Fmax5kN；P1.5Mpa; 0.95;)解得D0.066858m。根據(jù)表3-2可知，圓整成標(biāo)準(zhǔn)值后，得液壓缸內(nèi)徑D=80mm。表3-2液壓缸內(nèi)徑尺寸系列mm(GB/T2348-93)810121620253240506380(90)100(110)125(140)160(180)200(220)250(280)320(360)400(450)5002、缸筒壁厚和外徑計(jì)算本設(shè)計(jì)的內(nèi)徑D為80mm,查液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)液壓缸的外徑D1為95mm,缸壁的厚度為。一般按正規(guī)的方法選取液壓缸壁厚都能滿(mǎn)足其強(qiáng)度，但為安全起見(jiàn)我們還要進(jìn)行校核。由于D=80mm,外徑D1=95mm,則/D0.0940.25,可按第一強(qiáng)度理論，即按照薄壁圓筒的中徑公式計(jì)算，則有PmaxD

2[]式中 ---缸筒壁厚；---缸筒內(nèi)徑；pmax———缸筒試驗(yàn)壓力，液壓缸的額定壓力 Pn16Mpa時(shí)的pmax1.5pn,額定壓力pn16MPa時(shí)的pmax1.25pn；[]---材料許用應(yīng)力。b為材料的抗拉強(qiáng)度，n為安全系數(shù)，n3.55,這里取n5。選用45號(hào)鋼，并且調(diào)質(zhì)241285HB,查閱《工程力學(xué)》劉靜香著可知45號(hào)鋼的抗拉強(qiáng)度h530598MPa,現(xiàn)取h560MPa,故：b 7 b 7112MPa

由于液壓缸的工作壓力P1.5MPa16MPa,故取p1,5p2.25MPamax n所以 PmaxD2.25800.0008m0.8mm2[] 2112因?yàn)槎蕪?qiáng)度足夠。活塞桿的設(shè)計(jì)與計(jì)算活塞桿是液壓缸專(zhuān)遞動(dòng)力的主要零部件， 它要承受拉力、壓力、彎力和震動(dòng)沖擊等多種作用，必須有足夠的強(qiáng)度和剛度。1、活塞桿直徑的計(jì)算根據(jù)活塞桿受力狀況來(lái)確定，一般為受拉力作用時(shí)， d=?。受壓力作用時(shí)：P<5MPa時(shí)，d=~5MPa<P<7MPa時(shí)，d=~P>7MPa時(shí)，d=因?yàn)镻=,D=,故d=根據(jù)下表可知活塞桿直徑d=40mm表3-3活塞桿直徑系列mm(GB/T2348-93)4568101214161820222528323640455056637080901001101251401601802002202502803203604002、活塞桿強(qiáng)度校核(1)按強(qiáng)度條件校核由公式 d. 式中 d---活塞桿的直徑；F—活塞桿上的作用力;系數(shù)，一般取---活塞桿材料許用應(yīng)力,b為材料的抗拉強(qiáng)度，n為安全系數(shù)，一般取---活塞桿材料許用應(yīng)力,b為材料的抗拉強(qiáng)度，n為安全n1.4。由45號(hào)鋼的許用應(yīng)力373MPaF5000N得d0.00413m,而d40mm,故活塞桿強(qiáng)度符合要求。(2)按彎曲穩(wěn)定性校核當(dāng)活塞桿全部伸出后，活塞桿外端到液壓缸支撐點(diǎn)之間的距離 l10d時(shí)，應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定性校核。按材料力學(xué)理論，當(dāng)一根受壓直桿的軸向載荷F超過(guò)臨界受壓載荷FK時(shí)，即可能失去原有直線(xiàn)狀態(tài)的平衡，稱(chēng)為失穩(wěn)，其穩(wěn)定條件為F艮nk式中F---液壓缸的最大推力;FK---液壓缸的臨界受壓載荷；nk---穩(wěn)定安全系數(shù)，一■般取nk240液壓缸臨界受壓載荷fk與活塞桿和缸體的材料、長(zhǎng)度、剛度以及兩端支撐狀況有關(guān)。fk的相關(guān)計(jì)算如下:2由公式Fk由公式Fk2l式中i---活塞桿的計(jì)算長(zhǎng)度；n---端點(diǎn)安裝形式系數(shù),兩端固定，故E--材料的彈性模量，鋼材的E式中i---活塞桿的計(jì)算長(zhǎng)度；n---端點(diǎn)安裝形式系數(shù),兩端固定，故E--材料的彈性模量，鋼材的E2.1n4;1110J--布塞桿的橫截面轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，實(shí)心桿的4d。644_d641.256107，11.5m，2EJ.空一46.2kN,l而F5kN而F5kN口11.55kN（當(dāng)nkW4時(shí)），nk故活塞桿彎曲穩(wěn)定性符合要求0最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H的確定當(dāng)活塞桿全部伸出時(shí)，從活塞支撐面中點(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。如果導(dǎo)向長(zhǎng)度過(guò)短。將使液壓缸因間隙引起的初始撓度增大，影響液壓缸的工作性能和穩(wěn)定性。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)必須保證液壓缸有一定的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。對(duì)于一般液壓缸，最小導(dǎo)向長(zhǎng)度應(yīng)滿(mǎn)足下式要求：LDH20 2式中 L---最大工作行程；D---缸筒內(nèi)徑。液壓缸工作行程的確定：升降液壓缸的最大升起高度為，依據(jù)表3-4選取液壓缸工作行程為：800mm表3-4液壓缸活塞行程參數(shù)系列mm(GB/T2348-80)2550801001251602002503204005006308001000125016002000250032004000故