液压缸设计说明书(同名22614)

1、目录一、设计要求 -11、目的 12、题目 1 二、总述 -21、作者的话 -22、设计提要 3 三、各零部件的设计及验算 -5 1、缸筒设计 5 2、法兰设计 143、活塞设计 194、活塞杆设计 215、缓冲装置和排气阀设计 26 四、外接线路和程序 -27 1、液压设配外接线路 27 2、操作板 283、程序地址分配 294、芯片接线图 315、PLC程序指令 -33五、参考文献38一、设计要求1、目的 、培养学生综合运用所学的根底理论和专业知识，独立进行机电控 制系统的初步设计工作， 并结合设计或实验研究课题进一步稳固和扩 大知识领域。 、培养学生搜集、阅读和综合分析参考资料，运用各种

2、标准和工具 书籍以及编写技术文件的能力，提高计算、绘图等根本技能。 、培养学生掌握机电产品的一般程序和方法，进行工程师根本素质的训练。 、树立正确的设计思想及严肃认真的工作作风。2、题目液压油缸的压力和速度控制 、执行元件：液压油缸； 、传动方式：电液比例控制； 、控制方式：单片微机控制、PLC空制； 、控制要求：速度控制、推力控制； 、主要设计参数：油缸工作行程 600、 400mm；额定工作油压 4MP；移动负载质量 1000、 2000kg；负载移动阻力 5000、 10000N； 移动速度控制 3、 6m/min。二、总述1、作者的话液压油缸在现代工程中的使用十分频繁， 其工作性能和可

3、靠性直 接影响工程的质量和进度；利用数控电液伺服阀来控制液压油缸， 可以实现输出的线性和实 时控制，在很大程度上改善工程油缸的使用性能；本次设计中使用的电液比例换向阀可以实现电机械转换， 配 合放大器件同时使用，能够对油缸进行良好的控制；实施控制的器件为可编程逻辑控制器 Programmable LogicalController 选用德国西门子STEP7-200进行编程，接口简单易懂。因为说明书比拟长，为了方便阅读，在下面的“设计提要中会 先给出液压油缸设计的主要参数和一些部件的选用， 在后续的“各零 部件设计及验算中再加以具体的说明和验证。2、设计提要 、液压油缸主要参数给定在设计要求中已

4、经提到的参数这里就不再赘述，下面只给出此次设计中液压油缸主要部件的其他参数：缸内径：D=80mm缸外径：D1=90mrn壁厚： =5mm极限推力：Fmax=30162N速比：=2;活塞杆直径：d0=56mm活塞外推流量：q =/s法兰厚：h=8mm 、法兰安装方式 选择后端法兰安装方式，因为是推力，所以选用如下方式: 、缓冲机构的选用一般承压在10MP以上应中选用缓冲机构，本次设计中，工作压 力为4MP因此缓冲机构从略。 、密封装置选用选用Yx型密封圈，聚氨酯PU和聚四氟乙烯PTFE材料联合使用，到达良好的密封效果。 、工作介质的选用因为工作在常温下，所以选用普通的是油型液压油即可。 、液压缸

5、的装配装配前必须对各零件仔细清洗；要正确安装各处的密封装置： 安装形密封圈时， 要注意其安装方 向，防止因装反而漏油，其唇边应对着有压力的油腔。此外，因为是 Yx形密封圈，所以还要注意区分是轴用还是孔用，不要装错；由于密封装置与滑动外表配合，装配时应涂以适量的液压油； 螺纹联接件拧紧时应使用专用扳手，扭力矩应符合标准要求； 活塞与活塞杆装配后， 须设法测量其同轴度和在全长上的直线度 是否超差；装配完毕后活塞组件移动时应无阻滞感和阻力大小不匀等现象。二、各零部件的设计及验算1、缸筒设计 、缸筒结构的选择 连接方式如以下图:1选取法兰式连接，并且法兰和缸筒用焊接方式连接其优点是结构简单，易选取、易

6、装卸；缺点是外径较大，比螺纹连接的重量大。 、缸筒的要求有足够强度，能够承受动态工作压力，长时间工作不会变形;有足够刚度，承受活塞侧向力和安装反作用力时不会弯曲； 内外表和导向件与密封件之间摩擦少，可以保证长期使用； 缸筒和法兰要良好焊接，不产生裂纹。 、缸筒材料的选取及强度给定局部材料的机械性能如下表：缸简*用无缝钢管材M机械性能材料MI-fcT儿吝/MPa204202530 -50030018355403201745blO1360114751)5002627SiMn1000850123OCrM0.佃时(可用薄壁缸简的实用计算式)占，弟竿(血 (23.3-3)仏堀高允许压力见表23* 12和

7、式(23.1 - I) - (1) - CB)i缸简材料的许用应力(MP)TI碍一缸简材斜的息服强度(MPh )； 卅女全系数P根据缸径查手册预取=3此时 满足使用薄壁缸筒计算式的要求，下面利用上式来计算：最高允许压力一般是额定压力的1.5倍，根据给定参数P=4MP所以:Pmax=4 1.5 = 6MP许用应力在选取材料的时候给出:=s/n=360/5=72MP3得到壁厚：为保证平安，取壁厚为5mm、缸筒壁厚的验算 下面从以下三个方面进行缸筒壁厚的验算：(7液匡缸的舸至压力九值应低于一定的极限 值，保证工作平安；PkWO* 35 (MPft) (23.37)7得到：Pn显然，额定油压P=4MP

8、满足条件；(S)为了防止缸简在工作时发生蹩性变瑜液压 缸的额定压力仇值匝勺塑性变形压力有一定的比例 范围：35-0.421 tMPa) C23.3-9) l U3.1 - 2)因为爆裂压力远大于耐压试验压力，所以完全满足条件 f口一缸筒外径EhPL液压缸的锁定压力(MPa);PF-L一一缸简发生完全熾性变瞪的压力(MPmhPT一械压缸耐压试验压力(MPa);Pe缸筒发生爆裂时压力(MP:一缸筒材料的抗拉强:度(MKa);缸筒材料的屈服强JttMPa):F缸简材料的他性饌数阳hv-粧筒材料的汩桑条数钢 U:p = 0.3、缸筒的加工要求缸筒内径D采用H7级配合，外表粗糙度Ra为0.16，需要进行

9、研磨;热处理：调制， HB 240；缸筒内径D的圆度、锥度、圆柱度不大于内径公差之半；刚通直线度不大于 0.03mm; 油口的孔口及排气口必须有倒角，不能有飞边、毛刺； 在缸内外表镀铬，外外表刷防腐油漆。2、法兰设计 、缸筒端部法兰厚度计算 法兰厚度根据下式进行计算:x IOtm)(23.3 - 16) 式中 F法兰在缸简爆大内压下,所承受的轴向力(NG法兰外圆半径(m)o其余符号代表帖意艾亂图25,3-3.首先来计算法兰在最大内压的情况下受到的压力F：在流量的计算中已经得出活塞的面积是:242A = D X /4 10 m缸壁厚度计算中得出最大压强:Pmax=4 1.5 = 6MP所以法兰承

10、受的最大压力为：F=Pmax A1=30162N 接下来选取其它参数： ra =52mm dL =6mm b=5mm 许用应力在选取材料的时候给出： = s /n=360/5=72MP 16 得到： h= 为保证平安，取法兰厚度为 8mm。 、缸筒端部法兰连接螺栓的强度计算连接图如下：疇23.3-6三用S?钉连彊】f前端盖律2虹筒螺栓强度根据下式计算：媒纹处的拉应力6 MPi (23.3-20)轉纹处前剪应力r=y1tr (MPJ (23.3-2DII 卜 M 合成应力片J b 2 4 3 / 蕊e ( VfPa)(23 V 22)最大推力为：F=30162N使用15个螺栓紧固缸盖，即:Z=1

11、5螺纹外径和底径的选择：di =do=6mm系数选择: 考虑到载荷可能有变化，为了平安，选取:K=3Ki式中F-一缸简端部承受的最尢推力(MhD-缸筒內轻(mh叭-一噱纹外轻螺纹底径(nihK拧紧輟纹的系数不变载圖取K-L25-1.5;变载荷 K = 2-54阻一螟纹连接的摩據系效缸简材料的许用应力MPa)门=n-飪筒材料的屈服强度(MPa)jrr平安系数取H-V5-2.5,20得到螺纹处的拉应力为:21得到螺纹处的剪应力为: 22得到合成应力为:n由以上运算结果知，应选择螺栓等级为 12.9级:查表的得：抗拉强度极限 b=1220MP屈服极限强度 s=1100MP不妨取平安系数n=2可以得到

12、许用应力值： = s /n=1100/2=550MP 22 得到：n 成立证明选用螺栓等级适宜。3、活塞设计 、活塞结构的设计活塞分为整体式和组合式，组合式制作和使用比拟复杂，所以在此整体式活塞中，密封环和导向套是分槽安装的 、活塞的密封选用Yx型圈，聚氨酯和聚四氟乙烯密封材料组合使用，可以显著提高密封性能：、降低摩擦阻力，无爬行现象；、具有良好的动态和静态密封性，耐磨损，使用寿命长；、安装沟槽简单，拆装简便。这种组合的特别之处就是允许活塞外园和缸筒内壁有较大间隙，因为组合式密封的密封圈能防止挤入间隙内， 降低了活塞与缸筒的加工要求，密封方式图如下: 、活塞的材料选用高强度球墨铸铁 QT600

13、-3 、活塞的尺寸及加工公差选择活塞厚度为活塞杆直径的1倍，因为活塞杆直径是56mm这 个在后面的活塞杆设计中会给出解释 ，所以活塞的厚度为 56mm。活塞的配合因为使用了组合形式的密封器件， 所以要求不高， 这 里不加表达。活塞外径对内孔的同轴度公差不大于0.02mm断面与轴线的垂直度公差不大于 0.04mm/100mm外外表的圆度和圆柱度不大于外径 公差之半。4、活塞杆的设计、活塞杆杆体的选择此次设计选用的是实心杆件，形式如以下图:、活塞杆与活塞的连接形式 此次设计采用的是锁紧螺母型连接，如以下图: 、活塞杆材料和技术要求、因为没有特殊要求，所以选用 45号钢作为活塞杆的材料， 本次一1m

14、n左右。、安装活塞的轴颈和外圆的同轴度公差不大于0.01mm保证活塞杆外圆和活塞外圆的同轴度， 防止活塞与缸筒、活塞杆和导向的 卡滞现象。安装活塞的轴间端面与活塞杆轴线的垂直度公差不大于 0.04mm/100mm保证活塞安装不产生歪斜。、活塞杆外圆粗糙度Ra m、因为是运行在低载荷情况下，所以省去了外表处理。 、活塞杆的计算、活塞杆直径的计算活塞杆的直径可以根据速比来确定，公式如下:式中 D(23,327)fcWrt径缸径m:遠度比面积比见表23.1-6k速比=2 27计算得d=56mm事实上也可以从下面的表格中直接查取:紅筒内轻I速比21心1,331,251L15Jrum| 28222018

15、14503628252218杆634536322B22m处454036I 2S邁w)(W)5045| 32径100TO565014536(1)0)80(60)5&5D401259070(60)5&X140)IW807050因为缸筒内径为80mm从上表中选取速比为2的活塞杆直径是56mm 这也正是之前在确定活塞厚度的时候所用到的数据。、活塞杆强度的计算活塞杆端部的负载连接点与与液压缸支撑之间的距离为Lb，如果：Lb 10d显然这个是成立的就用下式计算活塞杆强度：jB叭百m23.3 -287 nr式中F液压缸的最大诽力或拉丿N;%材却的JS服强度MTM r第実会系数一般叭二2-4：4活塞杆直轻m人

16、实际上式中的s/n就是材料的许用应力，之前已经给出了 45号钢的许用应力为：=s/n=360/5=72MP最大推力F=30162N28得到活塞杆的直径：d 23mm可知强度符合要求。、活塞杆弯矩稳定性验算当液压紅支承长度LBa=(10- 15)时张需齡算精塞杆穹曲 證定性鼻楝压缸倉曲禾童图如养b(1)假设爱力八完全在轴线上主要是按下式验证:式中(TTTRlTi)1-80103MPa= 0.049m4(b*田中以皿计林一活寿杆弯曲失穩赣界压髓力川叫 一安金系数，通用収mK -液圧缸安装及界向系见哀20OH.实际弹性棋数卫材料组织缺陷系数，钢材一履取e冃1/12 t活Sff而不均匀系一般取6-J/

17、13 材斜的彈性模敎MP.钢材 = 2J0KltfI!SSfF 面惯 先计算活塞杆截面的惯性矩04m4油缸支撑长度LB=1121m见CAD油缸装配图导向系数根据安装方式选择，如以下图第二格所示:刖性固4有导向后端法兰前耳环,王1支承、无将以上各量带入公式中得到活塞杆失稳力:Fk28 105N选取平安系数n =5得到最大承载力的判别式F Fk/ ngo.3M 1 、急停 无论正向还是负向运行，都会立即停止Network 910.3Q03IK1T1Q011 行程始端末端自动停止Netwoik 1010.451QD.3QOlIR )1Network 111 、自动回程如果开始选择了自动回程事实上在油缸运作中也可以对此项进行设置活塞完全伸出后，等待时间为im之后自动返回初始位置。Network 12Q2.31071T371J-PT WO msNetwork 13 、复位 首先全部动作停止之后等待im活塞自动回到初始位置Netwoik. 1511.3139IMTONPT100 msQ1.3110-QL31Network 16I b 71t 却aojif亡 1Q