单作用法兰式液压缸设计

1、题目单作用法兰式液压缸设计 第1章 设计参数及工况分析 3 1.1主要设计参数 3 1.2工况分析3 第2章 液压缸的设计计算5 2.1液压缸内径D和活塞杆直径d的计算5 2.1.1液压缸内径D的计算5 2.1.2活塞杆直径d的计算6 2.2液压缸壁厚和外径的计算6 2.3液压缸工作行程的确定 7 2.4缸盖厚度的确定7 2.5最小导向长度的确定7 2.6缸体长度的确定8 2.7法兰的设计8 2.8活塞的设计8 第3章 液压缸的设计计算 10 3.1活塞杆的校核10 3.2缸筒壁厚的校核1.1 3.3法兰螺栓组连接强度校核 12 第4章 液压缸的结构设计 13 4.1液压缸的安装形式 13 4

2、.2缸体与缸盖的连接形式13 4.3 活塞杆与活塞的连接结构 13 4.4活塞杆导向部分的结构 14 4.5活塞及活塞杆处密圭寸圈的选用 14 4.6液压缸的缓冲装置14 4.7液压缸主要零件的材料 15 第1章设计参数及工况分析 1.1主要设计参数 最大输出力：20000N 最大运行速度：0.12m/s ; 运动行程：0.42m( 420mm 1.2工况分析 液压缸所受负载F包括有效工作负载，摩擦阻力和惯性力三种类型，即 F Fw Ff Fa 式中Fw 有效工作负载，在本设计中即为题目给定的最大输出力 Fw=20000N Fa 运动部件速度变化时的惯性负载； Ff 导轨摩擦阻力负载，启动时为

3、静摩擦阻力，启动后为动摩擦阻力，对 于平导轨Ff可由下式求得Ff f G FRn G 运动部件重力； FRn 垂直于导轨的工作负载，本设计中为零； f 导轨摩擦系数，在本设计中取静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1则 求得 Ffs 0.2X9800 1960N Ffa 0.1X9800980N 上式中Ffs为静摩擦阻力, Ffa为动摩擦阻力 Fa 式中m负载质量、t 加速或减速时间，本次设计中取t 0.12s； t时间内的速度变化量,本次设计最大速度为0.12m/s,取 0.12m/s ;先取负 0 12 载质量为 1000kg,故 Fa 1000 1000N 0.12 根据上述计算结果，列

4、出个各工作阶段所受的外负载: 前进时 最大负载 F(N) 启动加速F= Ffs + Fa+Fw22960 匀速移动 减速制动 F Ffa + Fw F F fa + Fw - F a 20980 19980 第2章液压缸的设计计算 2.1液压缸内径D和活塞杆直径d的计算 2.1.1液压缸内径D的计算 由于启动加速阶段工作负载力最大，故按牛顿运动定律，pA-Ffs-Fw=ma ma Ffs Fw A P 式中A 液压缸有效工作面积(m2)。 p 分配给执行元件用于克服执行元件外负载的压力(MPa p -( ps P) 3, p为局部损失和沿程损失之和，初步估算为 0.5MPa. 根据附表1选择工

5、作压力P=3.5Mpa 附表1按负载选择执行元件工作压力 负载F(N 50000 工作压力 p( MPa 57 A60.01148 m2114.8cm2 在本设计中，3 (35 5)10 由此求得，活塞缸内径为 根据附表2缸筒内径尺寸系列GB2348-80(mr)将液压缸内径圆整为标准 系列直径D=125m； 附表2缸筒内径尺寸系列 GB2348-80( mm 810 12 16 20 25 32 40 50 63 80(90)100 (110) 125 (140) 160 (180) 200 (220) 250 320 400 500 630 括号内数值为菲优先选用者 2、超出本系列630m

6、m的缸筒内径尺寸应按GB321-80 t优先数和优 ；数系中R1Q系列选用 2.1.2活塞杆直径d的计算 dD液压缸内径与活塞杆直径的关系。考虑到活塞杆受压，且液压缸工作 压力小于5MPa根据附表3液压缸工作压力与活塞杆直径，取 d/D .55 附表3液压缸工作压力与活塞杆直径 液压缸工作压力 p/MPa 7 推存活塞杆直径d (0.5 0.55)D (0.56 0.6)D 0.65D 活塞杆直径 d 0.55D0.55X125 68.75mm 根据附表4液压缸的活塞杆外径尺寸系列 GB2348-80 (mr)将液压缸内径 圆整为标准系列直径d=70mm 附表4液压缸的活塞杆外径尺寸系列GB2

7、348-80 ( mr) 由此求得液压缸最大工作压力 口 -Fmax22960 2MPa 100A100 114.8 根据附表5液压缸公称压力系列(GB/T7938-1987),取液压缸额定工作压力 为 2.5MP 活塞杆材料的许用应力, 4 22960 648.6mm 100 10 活塞杆直径满足要求 2、活塞杆稳定性的验算 活塞杆受轴向压缩负载时，它所承受的轴向力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、直径和长度以及液压缸的安装方式等因素有关。 活塞杆稳定性的校核依下式（稳定条件）进行: Fk nk 式

8、中：nk为安全系数，一般取nk 24 当活塞杆的细长比 2 2EJ 12时,Fk I2 Fk 当活塞杆的细长比1小 20120，则 fA （丄） 式中：I 安装长度，其值与安装方式有关; 活塞杆截面最小回转半径，rk J A ； 1 柔性系数; 2 由液压缸支承方式决定的末端系数，其值见表3-1 ; 11 2 E活塞杆材料的弹性模量，对钢取E 2.06 10 N m ； J 活塞杆横截面惯性矩；A为活塞杆横截面积； f 由材料强度决定的实验值、a为系数，具体数值均见表3-2 活塞杆的细长比I h为 l/rk I . J / A I d d 73.3 ，-644 柔性系数1取85,采用一端铰接，

9、一端固定的支承方式，末端系数2取2 所以，1rk1 - 2 =120,采用拉金公式计算 LfA F k2 1 a l 2 rk 8 4.9 100.001 318742.9NFk /2 159371.45N d 1/50002 173.3 2 安全系数取n=2则 nk所以，活塞杆稳定 3.2缸筒壁厚的校核 下面从以下三个方面进行缸筒壁厚的校核： (A)掖压肌垂制*堆方扎谊应氈于一眉的概瞪 值保证工作W j( nJ - 口 引 3 怕丄? 根据上式得到：Pn 16.75MPQ显然，额定油压P=2.5MPa满足条件; I (用为了趁至缸閒住T：伟时绘生塑性交形就医 缸的關崖压力g悄喘与奇柠養形压力

10、有-定酣比删 .(0,35-0 42). (MPs) (23.5-9) 阳丄忘2总和輻労 (MPf) (23,3 - 10) 先根据上式10得到：PpL=14.35MPa再将得到结果带入上式9得到: Pn 5.02MPa显然，额定油压P=2.5MPa满足条件; (0】为嵋謀液压竝务全射俺用盘筒的爆舉压 方血应大于矗乐试矜压力p和 牠=乙3巧(MFa)2和3 - 12) 因为b=100MPa已经在选择缸筒材料的时候给出，根据上式得到： FE=71.77MPa至于耐压试验压力应为：Pt=1.5 P=3.75MPa依据为： 暗庄试鵜压力呂.是用压扛隹检葺備曲討雪 护殳的试喷压力。WZ时问内，柬玉辽證

11、此E右小丁 下”全邹專畔畜得有戟仄帆毗夬性蜜总薛异甘現姮口 寻脱純笊粥敦现击询： 当抽总瓯力九吗】帝制丹时 pT = k5 JMPai (23.1 - 2) 因为爆裂压力远大于耐压试验压力，所以完全满足条件。 3.3法兰螺栓组连接强度校核 本次设计中采用法兰型联接方式，根据所选液压缸的结构尺寸要求，选用6 个M25螺栓呈圆周均布布置与阀体连接。阀体内工作压力P=2.5MPa液压缸活 塞杆头部伸入处阀体内径D=125mm对该螺栓组连接进行受力分析，属于典型承 受预紧力和轴向载荷的的紧螺栓连接受力情况。 液压缸尾部螺栓组均匀分布，其每个螺栓承受的平均轴向工作载荷 F： F=P n D74z。式中F

12、每个螺栓承受的平均轴向载荷，(N); P调节阀阀体内工作压 力，已知，P=2.5MPa D液压缸活塞杆头部伸入处阀体内径， D=125mmz螺 栓数目。故 F=Pn D74z=2.5x3.14X125X125/(4x8)=3833N 当承受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接时，此时螺栓所受的轴向总拉力F： 巳=F+F式中巳一每个螺栓所受的轴向总载荷，(N); F每个螺栓承受的平均轴 向载荷，(N); F残余预紧力F。 残余预紧力F, 般可参考以下经验数据来确定：对于气缸、压力容器等 有紧密性要求的螺栓连接，取 F= (1.51.8 ) F。 取 F=1.8，求得 F=1.8x3833=6899.4N

13、。 FE =F+F =3833+6899=10732N 螺栓危险截面能够承载的最大力为12296大于FE,所以螺栓强度满足要求。 第4章液压缸的结构设计 4.1液压缸的安装形式 本次设计负载为直线运动，负载力不是很高，故采用液压缸筒固定，活塞杆 运动的尾部法兰安装方式，其特点为螺钉受力较小。 详細D=W=G图=纸C=AD请J1A：三两1爸爸五四零六 二 3231885406|】室S3胆噌勞 1够 一？月均曰公 巨at座属虎， 请JI*三两1爸爸五四零八 曲昙匚心奇槍爭锣* 椰子拘与奪心廷的空何 4.2缸体与缸盖的连接形式 本设计中选取法兰连接的形式。法兰连接的优点：（1）结构简单、成本低（2）

14、 容易加工、便于装拆（3）强度较大、能承受高压。 4.3活塞杆与活塞的连接结构 活塞杆与活塞的连接结构有几种常用的形式，分整体式结构和组合式结构。 组合式结构又分螺纹连接、半环连接和锥销连接。 1、整体式结构：结构简单，适用于缸径较小的液压缸。 2、螺纹连接：结构简单，在振动的工作条件下容易松动，必须用锁紧装置。 应用较多，如组合机床与工程机械上的液压缸。 3、半环连接：结构简单，装拆方便，不易松动，但会出现轴向间隙。多应 用在压力高、负荷大、有振动的场合 4、锥销连接：结构可靠，用锥销连接销孔必须配铰，销钉连接后必须锁紧, 多用于负荷较小的场合。 综合考虑选用螺纹连接的活塞杆与活塞的连接结构

15、。 4.4活塞杆导向部分的结构 活塞杆导向部分的结构，包括活塞杆与端盖、导向套的结构，以及密封、防 尘和锁紧装置等。导向套的结构可以做成端盖整体式直接导向，也可以做成与端 盖分开的导向套结构。 1、端盖直接导向：(1)端盖与活塞杆直接接触导向，结构简单，但磨损后只 能更换整个缸盖 盖与杆的密封常用0型, Y型等密封圈 防尘圈用无骨架的 防尘圈。 2、导向套导向：(1)导向套与活塞杆接触支承导向，磨损后便于更换，导向 套也可用耐磨材料(2)盖与杆的密圭寸常用丫型等密圭寸装置。密圭寸可靠适用于中高 压液压缸(3)防尘方式常用J型或三角形防尘装置。 由于密封圈的是选用0形圈的密封类型，常于0形圈配合

16、导向套结构为端盖 直接导向，因此本设计选用端盖直接导向的导向部分结构。 4.5活塞及活塞杆处密封圈的选用 由于本设计中液压缸的工作压力为 2.5MPa,速度范围0.5m/s，因此选用缸 体与缸盖的密封形式选用 0形圈的密封形式。活塞杆与缸盖，活塞与缸体的密封 选用丫形圈的密封形式。 详细D=W=G图=紙OAD请J1A；三两1爸爸五四零六 请Jlf：三两1爸爸五四零六 解?洞与弄心延的空何 仝奁幣赳4乔倚拾亓記 4.6液压缸的缓冲装置 本设计中的液压缸运动惯性不大、 速度也不高，因此选用圆柱形环状间隙式 节流缓冲装置。 4.7液压缸主要零件的材料 1、缸筒无缝钢管45钢 无缝钢管作缸体毛坯加工余量小，工艺性能好，生产准备周期断，是与大批 量生产，标准液压缸大部分都采用无缝钢管，一般常用调质的45号钢。 2、活塞铸铁HT200 活塞常用材料灰铸铁，耐磨铸铁、35及40钢和铝合金等。缸径较小的整体