液壓缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算

《液壓氣動(dòng)與伺服技術(shù)》液壓缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算作者：胡新蕾課程資源建設(shè)之《液壓氣動(dòng)與伺服技術(shù)》湖南生物機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院《農(nóng)裝設(shè)備控制與維修》課程資源建設(shè)小組液壓缸的設(shè)計(jì)是在對(duì)所設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)進(jìn)行工況分析、負(fù)載計(jì)算和確定了其工作壓力的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。首先根據(jù)使用要求確定液壓缸的類(lèi)型，再按負(fù)載和運(yùn)動(dòng)要求確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸，必要時(shí)需進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算，最后進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。液壓缸的主要尺寸包括液壓缸內(nèi)徑D、缸的長(zhǎng)度L、活塞桿直徑d。上述參數(shù)主要根據(jù)液壓缸的負(fù)載F、活塞運(yùn)動(dòng)速度v和行程s等因素來(lái)確定。1液壓缸工作壓力的確定液壓缸的推力F是由油液的工作壓力p和活塞的有效工作面積A來(lái)確定的，而活塞的運(yùn)動(dòng)速度是由輸入液壓缸的液壓油的流量q

和活塞的有效工作面積A確定的，即式中F—活塞（或液壓缸）的推力；p—進(jìn)油腔的工作壓力；A—活塞的有效工作面積；q—輸入液壓缸的液壓油的流量；v—活塞（或液壓缸）運(yùn)動(dòng)的速度。F=Ap

v=q/A

由以上兩式可見(jiàn)：當(dāng)F一定時(shí)，p取得高，

A就小，缸的結(jié)構(gòu)就緊湊；p取得低，A就大，缸的結(jié)構(gòu)尺寸就大，設(shè)計(jì)時(shí)，液壓缸的工作壓力可按負(fù)載大小由表4-1確定，也可按液壓設(shè)備類(lèi)型參考下表來(lái)確定。負(fù)載F/kN<55～1010～2020～3030～50>50工作壓力p1/MPa<0.8～11.5～22.5～33～44～5≥5～7

液壓缸負(fù)載與工作壓力之間的關(guān)系

各類(lèi)液壓設(shè)備常用的工作壓力設(shè)備類(lèi)型磨床組合機(jī)床車(chē)床、銑床、鏜床拉床龍門(mén)刨床農(nóng)業(yè)機(jī)械小型工程機(jī)械液壓機(jī)、重型機(jī)械、起重運(yùn)輸機(jī)械工作壓力p1/MPa0.8～23～52～48～102～810～1620～322液壓缸主要尺寸的確定1.液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d的確定（1）動(dòng)力較大的液壓設(shè)備（如拉床、刨床、車(chē)床、組合機(jī)床、液壓機(jī)等），液壓缸的內(nèi)徑通常是根據(jù)液壓缸的負(fù)載來(lái)確定，其計(jì)算公式推導(dǎo)如下:當(dāng)無(wú)桿腔進(jìn)壓力油驅(qū)動(dòng)負(fù)載時(shí),液壓缸內(nèi)徑D與負(fù)載F、工作壓力p的關(guān)系:在液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，常初選取回油壓力p2=0，則上式簡(jiǎn)化為2液壓缸主要尺寸的確定對(duì)于有桿腔進(jìn)壓力油驅(qū)動(dòng)負(fù)載的液壓缸，缸徑D、活塞桿直徑d與負(fù)載F、工作壓力p之間的關(guān)系若選回油壓力p2=0，則上式簡(jiǎn)化為設(shè)λ=d/D，并將d=λD代入上式，化簡(jiǎn)整理可得2液壓缸主要尺寸的確定式中，λ為活塞桿直徑與液壓缸內(nèi)徑的比值。λ的數(shù)值與活塞桿受力的性質(zhì)及缸的工作壓力有關(guān)，可參考下表選取。算出液壓缸內(nèi)徑D之后，即可求出活塞桿直徑d。

系數(shù)λ的推薦用值0.70.6～0.70.5～0.55活塞桿受壓力0.3～0.45活塞桿受拉力>75～7<5工作壓力p/MPa受力情況2液壓缸主要尺寸的確定（2）動(dòng)力較小的液壓設(shè)備（如磨床、珩磨機(jī)床及研磨機(jī)床等），液壓缸（單桿式）內(nèi)徑和活塞桿直徑可按往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度的比值Φ來(lái)確定。將上式整理得由公式可知，若液壓缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度已定，只要按結(jié)構(gòu)要求選定活塞桿直徑d，即可計(jì)算出液壓缸內(nèi)徑D,或按速比Φ值從有關(guān)表格中直接查出D的數(shù)值。或2液壓缸主要尺寸的確定用上述方法計(jì)算出的液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d必須取標(biāo)準(zhǔn)值，然后按標(biāo)準(zhǔn)D、d計(jì)算液壓缸的實(shí)際工作面積，作為以后運(yùn)算的依據(jù)。810121620253240506380（90）100（110）125（140）160（180）200220250320400500630

液壓缸內(nèi)徑尺寸系列mm

活塞桿直徑尺寸系列mm注:括號(hào)內(nèi)數(shù)值為非優(yōu)先使用者。45681012141618`20222528323640455055637080901001101251401601802002202502803201364002液壓缸主要尺寸的確定液壓缸長(zhǎng)度L的確定液壓缸長(zhǎng)度L根據(jù)所需最大工作行程長(zhǎng)度而定，一般長(zhǎng)度L不大于內(nèi)徑D的20～30倍。液壓缸壁厚δ的確定在一般中、低壓液壓系統(tǒng)中，液壓缸的壁厚不用計(jì)算的方法確定，而是由結(jié)構(gòu)和工藝上的需要來(lái)確定。只有當(dāng)液壓缸的工作壓力較高且直徑較大時(shí)，才有必要對(duì)其最薄弱部位的壁厚進(jìn)行強(qiáng)度校核。當(dāng)D/δ≥10時(shí)，可按薄壁圓筒的計(jì)算公式進(jìn)行校核:當(dāng)D/δ<10時(shí)，可按厚壁圓筒的計(jì)算公式進(jìn)行校核:式中δ—缸筒壁厚；D—缸筒內(nèi)徑；py—試驗(yàn)壓力，比最大工作壓力大20%～30%；[σ]—缸筒材料的許用應(yīng)力。鑄鐵［σ］=60～70MPa；鑄鋼、無(wú)縫鋼管［σ］=100～110MPa；鍛鋼［σ］=110～120MPa。2液壓缸主要尺寸的確定液壓缸其他尺寸的確定活塞寬度B根據(jù)缸的工作壓力和密封方式確定，一般取B=（0.6～1）D。導(dǎo)向套滑動(dòng)面的長(zhǎng)度l1與液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d有關(guān)。當(dāng)D<80mm時(shí)，取l1=（0.6～1）D;當(dāng)D>80mm時(shí)，取l1=（0.6～1）d?；钊麠U的長(zhǎng)度l可根據(jù)液壓缸長(zhǎng)度L、活塞寬度B、導(dǎo)向套和端蓋的有關(guān)尺寸及活塞桿的連接方式確定。對(duì)長(zhǎng)徑比l/d>15的受壓活塞桿，應(yīng)按照材料力學(xué)中的有關(guān)公式進(jìn)行穩(wěn)定性校核計(jì)算。液壓缸的端蓋尺