液压油缸的设计内容和步骤

液压缸是液压传动的执行元件 它和主机工作机构有直接的联系 对于不 同的机种和机构 液压缸具有不同的用途和工作要求 因此 在设计液压缸之 前 必须对整个液压系统进行工况分析 编制负载图 选定系统的工作压力 详 见第九章 然后根据使用要求选择结构类型 按负载情况 运动要求 最大行 程等确定其主要工作尺寸 进行强度 稳定性和缓冲验算 最后再进行结构设 计 根据一览旗下液压英才网资深顾问理工分析有以下几大要点 1 液压油缸的设计内容和步骤 1 选择液压缸的类型和各部分结构形式 2 确定液压缸的工作参数和结构尺寸 3 结构强度 刚度的计算和校核 4 导向 密封 防尘 排气和缓冲等装置的设计 5 绘制装配图 零件图 编写设计说明书 液压招聘 下面只着重介绍几项设计工作 2 计算液压缸的结构尺寸液压缸的结构尺寸主要有三个 缸筒内径 D 活塞杆 外径 d 和缸筒长度 L 1 缸筒内径 D 液压缸的缸筒内径 D 是根据负载的大小来选定工作压力或往返 运动速度比 求得液压缸的有效工作面积 从而得到缸筒内径 D 再从 GB2348 80 标准中选取最近的标准值作为所设计的缸筒内径 根据负载和工作压力的大小确定 D 以无杆腔作工作腔时 4 32 以有杆腔作工作腔时 4 33 式中 pI 为缸工作腔的工作压力 可根据机床类型或负载的大小来确定 Fmax 为最大作用负载 2 活塞杆外径 d 活塞杆外径 d 通常先从满足速度或速度比的要求来选择 然 后再校核其结构强度和稳定性 若速度比为 v 则该处应有一个带根号的式子 4 34 也可根据活塞杆受力状况来确定 一般为受拉力作用时 d 0 3 0 5D 受压力作用时 pI 5MPa 时 d 0 5 0 55D 5MPa pI 7MPa 时 d 0 6 0 7D pI 7MPa 时 d 0 7D 3 缸筒长度 L 缸筒长度 L 由最大工作行程长度加上各种结构需要来确定 即 L l B A M C 式中 l 为活塞的最大工作行程 B 为活塞宽度 一般为 0 6 1 D A 为活塞杆导 向长度 取 0 6 1 5 D M 为活塞杆密封长度 由密封方式定 C 为其他长度 一般缸筒的长度最好不超过内径的 20 倍 另外 液压缸的结构尺寸还有最小导向长度 H 4 最小导向长度的确定 当活塞杆全部外伸时 从活塞支承面中点到导向套滑动面中点的距离称为最小 导向长度 H 如图 4 19 所示 如果导向长度过小 将使液压缸的初始挠度 间隙 引起的挠度 增大 影响液压缸的稳定性 因此设计时必须保证有一最小导向长 度 图 4 19 油缸的导向长度 K 隔套 对于一般的液压缸 其最小导向长度应满足下式 H L 20 D 2 4 35 式中 L 为液压缸最大工作行程 m D 为缸筒内径 m 一般导向套滑动面的长度 A 在 D 80mm 时取 A 0 6 1 0 D 在 D 80mm 时 取 A 0 6 1 0 d 活塞的宽度 B 则取 B 0 6 1 0 D 为保证最小导向长度 过 分增大 A 和 B 都是不适宜的 最好在导向套与活塞之间装一隔套 K 隔套宽度 C 由所需的最小导向长度决定 即 C H 4 36 采用隔套不仅能保证最小导向长度 还可以改善导向套及活塞的通用性 3 强度校核 对液压缸的缸筒壁厚 活塞杆直径 d 和缸盖固定螺栓的直径 在高压系统中必须进行强度校核 1 缸筒壁厚校核 缸筒壁厚校核时分薄壁和厚壁两种情况 当 D 10 时为薄 壁 壁厚按下式进行校核 ptD 2 4 37 式中 D 为缸筒内径 pt 为缸筒试验压力 当缸的额定压力 pn 16MPa 时 取 pt 1 5pn pn 为缸生产时的试验压力 当 pn 16MPa 时 取 pv 1 25 pn 为缸筒材料的许用应力 b n b 为材料的抗拉强度 n 为安全系数 一般取 n 5 当 D 10 时为厚壁 壁厚按下式进行校核 4 38 在使用式 4 37 式 4 38 进行校核时 若液压缸缸筒与缸盖采用半环连接 应取缸筒壁厚最小处的值 2 活塞杆直径校核 活塞杆的直径 d 按下式进行校核 d 4 39 式中 F 为活塞杆上的作用力 为活塞杆材料的许用应力 b 1 4 3 液压缸盖固定螺栓直径校核 液压缸盖固定螺栓直径按下式计算 d 4 40 式中 F 为液压缸负载 Z 为固定螺栓个数 k 为螺纹拧紧系数 k 1 12 1 5 s 1 2 2 5 s 为材料的屈服极限 4 液压缸稳定性校核 活塞杆受轴向压缩负载时 其直径 d 一般不小于长度 L 的 1 15 当 L d 15 时 须进行稳定性校核 应使活塞杆承受的力 F 不能超过 使它保持稳定工作所允许的临界负载 Fk 以免发生纵向弯曲 破坏液压缸的正 常工作 Fk 的值与活塞杆材料性质 截面形状 直径和长度以及缸的安装方式 等因素有关 验算可按材料力学有关公式进行 5 缓冲计算 液压缸的缓冲计算主要是估计缓冲时缸中出现的最大冲击压力 以便用来校核缸筒强度 制动距离是否符合要求 缓冲计算中如发现工作腔中 的液压能和工作部件的动能不能全部被缓冲腔所吸收时 制动中就可能产生活 塞和缸盖相碰现象 液压缸在缓冲时 缓冲腔内产生的液压能 E1 和工作部件产生的机械能 E2 分别 为 E1 pcAclc 4 41 E2 ppAplc mV2 Fflc 4 42 式中 pc 为缓冲腔中的平均缓冲压力 pp 为高压腔中的油液压力 Ac Ap 为 缓冲腔 高压腔的有效工作面积 Lc 为缓冲行程长度 m 为工作部件质量 v0 为工作部件运动速度 Ff 为摩擦力 式 4 42 中等号右边第一项为高压腔中的液压能 第二项为工作部件的动能 第三项为摩擦能 当 E1 E2 时 工作部件的机械能全部被缓冲腔液体所吸收 由上两式得 Pc E2 Aclc 4 43 如缓冲装置为节流口可调式缓冲装置 在缓冲过程中的缓冲压力逐渐降低 假定缓冲压力线性地降低 则最大缓冲压力即冲击压力为 Pcmax Pc m 02 2Aclc 4 44 如缓冲装置为节流口变化式缓冲装置 则由于缓冲压力 Pc 始终不变 最大缓 冲压力的值如式 4 43 所示 6 液压缸设计中应注意的问题 液压缸的设计和使用正确与否 直接影响到它 的性能和易否发生故障 在这方面 经常碰到的是液压缸安装不当 活塞杆承 受偏载 液压缸或活塞下垂以及活塞杆的压杆失稳等问题 所以 在设计液压 缸时 必须注意以下几点 1 尽量使液压缸的活塞杆在受拉状态下承受最大负载 或在受压状态下具有良 好的稳定性 2 考虑液压缸行程终了处的制动问题和液压缸的排气问题 缸内如无缓冲装置 和排气装置 系统中需有相应的措施 但是并非所有的液压缸都要考虑这些问 题 3 正确确定液压缸的安装 固定方式 如承受弯曲的活塞杆不能用螺纹连接 要用止口连接 液压缸不能在两端用键或销定位 只能在一端定位 为的是不 致阻碍它在受热时的膨胀 如冲击载荷使活塞杆压缩 定位件须设置在活塞杆 端 如为拉伸则设置在缸盖端 4 液压缸各部分的结构需根据推荐的结构形式和设计标准进行设计 尽可能做 到结构简单 紧凑 加工 装配和维修方便 5 在保证能满足运动行程和负载力的条件下 应尽可能地缩小液压缸的轮廓尺 寸 6 要保证密封可靠 防尘良好 液压缸可靠的密封是其正常工作的重要因素 如泄漏严重 不仅降低液压缸的工作效率 甚至会使其不能正常工作 如满足不 了负载力和运动速度要求等 良好的防尘措施 有助于提高液压缸的工作寿命 液压英才网资深顾问理工总结 液压缸的设计内容不是一成不变的 根据具体 的情况有些设计内容可不做或少做 也可增大一些新的内容 设计步骤可能要 经过多次反复修改 才能得到正确 合理的设计结果 在设计液压缸时 正确 选择液压缸的类型是所有设计计算的前提 在选择液压缸的类型时 要从机器 设备的动作特点 行程长短 运动性能等要求出发 同时还要考虑到主机的结 构特征给液压缸提供的安装空间和具体位置 如 机器的往复直线运动直接