液压缸设计计算

1、第一部分总体计算1、压力油液作用在单位而积上的压强p=7a Pa式中：F一一作用在活塞上的载荷，NA活塞的有效工作而积，m2从上式可知，压力值的建立是载荷的存在而产生的。在同一个活塞的有效工作而积上， 载荷越大，克服载荷所需要的压力就越大。换句话说，如果活塞的有效工作面积一泄，油液 压力越大，活塞产生的作用力就越大。额定压力(公称压力)PN,是指液压缸能用以长期工作的压力。最高允许压力pmax ,也是动态实验压力，是液压缸在瞬间所能承受的极限压力。通 常规泄为：pniax<1.5P MPao耐压实验压力是检验液压缸质量时需承受的实验压力，即在此压力下不岀现变形、 裂缝或破裂。通常规定为：

2、p.S1.5PN MPa。液压缸压力等级见表1。表1液压缸压力等级单位MPa乐力圉0-2.5>2. 58>8-16>16 32>32级别低压中压中高压高压超高压2流量单位时间油液通过缸筒有效截面的体枳：Q = 7人L/min由于v =vAt xio3 L贝I Q = vA = -D2vxO3 L/min4对于单活塞杆液压缸：当活塞杆伸岀时Q = D2vx10'当活塞杆缩回时e = -(D2-J2)vxlO34式中：V液压缸活塞一次行程中所消耗的汕液体积，L；t液压缸活塞一次行程所需的时间，min；D液压缸缸径，m；d活塞杆直径，m；V活塞运动速度，m/mino3

3、、速比液压缸活塞往复运动时的速度之比：式中:V(活塞杆的伸出速度,m/min：v2活塞杆的缩回速度，m/min；D液压缸缸径，m；d活塞杆直径，mo讣算速比主要是为了确左活塞杆的直径和是否设置缓冲装苣。速比不宜过大或过小，以 免产生过大的背压或造成因活塞杆太细导致稳定性不好。4、液压缸的理论推力和拉力活塞杆伸出时的理推力：Fi = Apx106=-D2/x106 N活塞杆缩回时的理论拉力：F2 = PX1O6 =(D2-J2)/?x106 N式中：A, 活塞无杆腔有效而积，m2:生一一活塞有杆腔有效而积，加2；P工作压力，MPa；D液压缸缸径，m；d活塞杆直径，IDo5、液压缸的最大允许行程活

4、塞行程S,在初步确龙时，主要是按实际工作需要的长度来考虑的，但这一工作行程并不一左是油缸的稳泄性所允许的行程。为了计算行程，应首先计算岀活塞的最大允许计算长度。因为活塞杆一般为细长杆，由欧拉公式推导出：式中:Fk活塞杆弯曲失临界压缩力.N：E材料的弹性模量。钢材的E=2. 1X105 MPa；4I一一活塞杆横截面惯性矩，圆截而/= = 0.04964将上式简化后 L.心320上=mm由于旋挖钻机液压缸基本上是一端耳环、一端缸底安装，所以油缸的最大计算长度（安全系数取3）.2厶=208.4-=DyP式中：P一油缸的工作压力；油缸安装形式如图安装距二人图1液压缸安装形式L二厶=208.4DyP行程

5、S亠L-h-G26、液压缸主要参数A.液压缸产品启动压力起动时，记录下的油缸起动压力为最低起动压力判断基准起动：压力06MPa“B. 泄漏输入额左压力1. 3'15倍的压力，保压5分钟，测立经活塞泄至未加压腔的泄漏量。C. 外泄漏全程往复运行多次，观察焊接各处及活塞杆密封处及各结合而处的漏汕、挂油、带汕。D耐压输入额左压力1. 315倍的压力，保压5分钟.所有零件均无松动.异常磨损、破坏或 永久变形异常现金蝉脱壳的外渗漏现象。E.缓冲调整溢流阀使其试验压力为公称压力的50%,使液压缸作全行程动作，同时，观看缓 冲效果和缓冲长度。第二部分缸筒计算1、缸筒结构缸筒结构见表2。表2缸筒结构缸

6、头法兰连接缸头螺纹连接优点：结构简敢.易加工易拆装。优点：車址轻，外径较小缺点：重量比螺纹连接的大缺点：装卸时要用专用的工具，拧端部时， 有可能把0形圈拧扭曲。缸筒跟缸底采用焊接连接2、缸筒材料缸筒材料要求有足够的强度和冲击韧性，对焊接缸筒还要求有良好的焊接性能，缸筒主 要材料有，45、27SiMn。缸筒毛坯采用退火的冷拔或热扎无缝钢管。缸筒材料无缝钢管的机 械性能见表3。表3缸筒材料无缝钢管的机械性能材料> / MPab $ > / MPa5>/%456103601427SiMn1000S50123、缸筒计算缸简要有足够的强度，能长期承受最高工作压力及短期动态实验压力而不致

7、产生永久变 形：有足够的刚度，能承受侧向力和安装的反作用力而不致产生弯曲；表而与活塞密封件及 导向环的摩擦力作用下，能长期工作而磨损少。Av缸筒径当油缸的作用力F（仟推力、竹拉力）及工作压力P压力为已知时, 则无杆腔的缸简径D为有杆腔的缸筒径D为D=：一地,+2 m Y p/rxlO最后将以上各式所求得的D值，选择其中最大者，圆整到标准值。B、缸筒壁厚在不考虑缸筒外径公差余量和腐蚀余量的情况下，缸筒壁厚可按下式计算Q _ m2眄,一3%式中：/?max一一缸筒最髙工作压力，MPa：J一一缸筒材料的许用应力，MPa： 最后将以上式所求得的久值，圆整到标准值。 对最终采用的缸筒壁厚应作三方而的验算

8、MPa额左工作压力几应低于一立的极限值，以保证工作安全:Ph § 0.35式中:卩一一缸筒外径:额左工作圧力也应与完全塑性变形压力有一泄的比例国，以避免塑性变形的发生:pn < (0.35 0.42) prLPrL - 2.3b、lg式中:prL一一缸筒完全发生塑性变形的压力，MPa：最后还需对缸筒径向变形量£进行验算，如果径向变形量£超过密封件允许用.液 压缸就会发生泄。式中:v缸筒材料泊松比，v =0. 3；C、缸筒螺纹缸筒与缸头部分采用螺纹，圧桩机液压缸一般采用螺纹连接，螺纹处的强度计算: 螺纹处的拉应力MPa螺纹处的剪应力0.2（"-

9、9;）合成应力% = Jb j +3卄 < ,?（）式中：F缸筒端部承受的最大推力，N：D缸筒外径，m；J,一一螺纹大径，m：K螺纹连接的拧紧系数，不变载荷取1.251.5,变载荷取2. 54；K、一一螺纹连接的摩擦因数，一般0. 07-0.2,平均取0. 12：crb材料的抗拉强度，MPa：心一一安全系数，取35。D、缸筒技术要求缸筒技术要求如下：a）缸筒孔一般采用H8级公差，表而粗糙度一般在0.2“左右：b）缸筒径的锥度、圆柱度不大于径公差的三分之一：c）缸简直线度公差在1000mm长度上不大于0. lmm；d）缸筒端而对径的垂直度在直径100mm上不大于0. 04mm。为便于装配和

10、不损坏密封件，缸筒孔口应倒20°角，宽度根据径大小来选取。通往汕 口的孔口必须倒角或开避让槽，过度处需抛光，以免划伤密封件。缸简上有焊接件时，都必 须在半精加工前进行，以免精加工后焊接引起孔变形。总之，缸筒是液压缸的主要零件，它与缸头.缸底、油口等零件构成密封容腔，用以 容纳压力油液，同时它还是活塞的运动“轨道”。设汁液压缸缸筒时，应该正确确左各部分 的尺寸，保证液压缸有足够的输出力，运动速度和有效行程，同时还必须有一泄的强度，能 足够以承受液压力、负载力和意外的冲击力；缸筒的表面应具有合适的配合公差等级、表而 粗糙度和形位公差，以保证液压缸的密封性、运动平稳性和耐用性。第三部分活塞

11、杆计算1v活塞杆结构活塞杆一般采用实心杆，跟杆头耳环采用焊接或螺纹连接的形式。2、活塞杆材料一般用中碳钢，调质处理。在旋挖钻机液压缸多数采用45钢，在受力特别大的情况也可 采用髙强度合金钢。活塞杆材料的机械性能见表4。表4活塞杆材料的机械性能材料(rb>/ MPacrv > / MPa6>!%热处理4560034013调质40Cr9007009调质42CrMo100090012调质3v活塞杆的计算Av慨述活塞杆是液压缸传递力的重要零件，它承受拉力、压力、弯曲力和箴动冲击等多种力, 必须有足够的强度和刚度。B. 活塞杆杆径计算旋挖钻机液压缸一般都是差动缸，其活塞杆直径d可根据往

12、复运动速比来确左:式中：D液压缸缸径，m；(P一一液压缸活塞往复运动时的速度之比：计算岀活塞杆直径后，应将尺寸圆整到标准值并校核其稳泄性。C. 活塞杆的强度计算压桩机液压缸工作时，活塞杆承受的弯曲力矩很大，则按下式计算活塞杆的应力。U w） p式中：F一一活塞杆的作用力，N：A活塞杆横断面积，m2:M活塞杆承受的弯曲力矩，NgW活塞杆断而模数，m3 o活塞杆与活塞一般都靠螺纹连接，所以都设有螺纹、退刀槽等结构。这些部位往往是活 塞上的危险截面，也要进行计算。当活塞各参数确泄好后，可以对活塞杆进行三维建模，利 用有限元分析软件对活塞杆进行应力分析。D、活塞杆技术要求活塞杆技术要求如下：a）活塞杆在导向套中滑动，一般采用H8/f7配合。太紧了，摩擦力大，太松了，容易 引起卡滞现象和单边磨损：b）苴圆度和圆柱度不大于直径公差的三分之一，.外圆直线度公差在1000mm长度上不 大于 0. 02mm：c）安装活塞的轴劲与外圆的同轴度公差不大于0. 02mm,轴肩端面与活塞杆轴线的垂直 度公差不大于0. 04nm）/100mm,以保证活塞安装后不