单作用高压液压缸说明书

1、工程机械设计说明书设计题目：单作用高压液压缸设计院系：学院专业：机制1701班姓名：卢龙景（设计计算和零件图绘制）王龙龙（设计说明和装配图绘制）学号：201779250129、201779250130指导教师：何忐勇汽车与机械工程学院工程机械设计课程设计任务书课题名称单作用高压液压缸设计指导教师何志勇系部机电工程系学生卢龙景学号201779250129学生王龙龙学号201779250130设计目的：本综合课程设计力求为学生提供一个理论联系实际的机会。通过本课程设计，首先使学生了解高压液压缸的整体构造、工作原理、装配工艺、主要性能参数；其二是熟练掌握工业产品的二维设计；其三通过计算和绘图，学会运

2、用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料等，培养机械产品设计的基本能力。设计内容或技术参数：液压缸额定工作压力20.0MPa,系统流量180L/min,无杆腔最大伸出速度2.2m/s,最大伸出长度1.5m,缸底板式焊接连接，活塞杆头部较接连接，缸筒与端盖螺纹式连接。设计要求：二维装配图1张（A2或A3）,所有零部件图（A3或A4）设计说明书1份（不少于8000字）。第一部分总体计算1.1、压力对于所谓压力，是指作用在单位面积上的负载。从液压原理可知，压力等于负载力与活塞的有效工作面积之比。油液作用在单位面积上的压强PFApa式中：F作用在活塞上的载荷，NA活塞的有效工作面积，m2从上式可知，

3、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面积上，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定，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。通常规定为：Pmax1.5PMPa耐压实验压力Pr,是检验液压缸质量时需承受的实验压力，即在此压力下不出现变形、裂缝或破裂。通常规定为：Pr1.5PNMPa。在液压系统中，为了便于液压元件和管路的设计选用，往往将压力分级。液压缸压力等级见表1。表1液压缸压力等级单位MPa压力范围02.52

4、.588-16163232级别低压中压中高压高压超高压所以根据本次液压缸的设计要求中已知的公称压力为20Mpa,由表1.1可知，本此液压缸属于高压。1.2、流量单位时间内油液通过缸筒有效截面的体积:QVtL/min由于VAt103L则QA-D2103L/min4则理论筒缸内径D为：D=；%_=M(4X180X10)为.14X2.2X1060=41.67mm2.V1对于单活塞杆液压缸：.一._2_3当活塞杆伸出时QD21034当活塞杆缩回时Q(D2d2)1034因为公称压力=20MPM以V2=2V1则理论活塞杆长度d为：d=、符至=，41.6，-(4X180X1向/3.14X2.2X2X3W60

5、=29.47mm2DV2式中：V液压缸活塞一次行程中所消耗的油液体积，L;t液压缸活塞一次彳T程所需的时间，min；D液压缸缸径，色d活塞杆直径，m;活塞运动速度，m/min。由设计要求可知液压缸的系统流量为180L/min杆腔最大伸出速度2.2m/s,最大伸出长度1.5m(确切的液压缸D在缸筒的设计中确定为：)。所以由公式可得单位时间内油液通过缸筒有效截面的体积为：当活塞杆伸出时为当活塞杆缩回时为：1.3、速比液压缸活塞往复运动时的速度之比：2-=41.672/41.672-29.472=2.00v1D2d2式中：vi活塞杆的伸出速度，m/min;V2活塞杆的缩回速度，m/min;D一液压缸

6、缸径，m；d活塞杆直径，m=计算速比主要是为了确定活塞杆的直径和是否设置缓冲装置。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。所以根据上面理论所确定的Dd通过公式计算得少值2.0且同时可根据公称压力表值1.2、 定本次液压缸速比为：2.0表1.2公称压力与速比值公称压力(Mpa1012.52020速比1.331.4621.4、 液压缸的理论推力和拉力活塞杆伸出时的理推力：F1Ap106-D2p106N=3.14/4X(41.67M0-3)220X106=27261.30N活塞杆缩回时的理论拉力：f2F2P106(D2d2)p106N4=3.14/4X(41.67-2

7、9.47)X10-32X20X106=2336.79N式中：Ai活塞无杆腔有效面积，m2；A2活塞有杆腔有效面积，m2；p工作压力，MPaD液压缸缸径，色d活塞杆直径，m)1.5、 液压缸的最大允许行程活塞行程S,在初步确定时，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定是油缸的稳定性所允许的行程。为了计算行程，应首先计算出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=2.1X105MPa.d4I活塞杆横截面惯性矩，mnf;圆截面I-d-64.40.049d。将上式简化后d2Lk320mm.Fk

8、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)d2Lk208.4D.P式中:P-油缸的工作压力;油缸安装形式如图1。安装距M图1液压缸安装形式d2L=Lk208.4DP=208.4%29.472/41.67X皿)=971.22mm,e1行程S-(LI1li)26、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0.6MPa。B.内泄漏输入额定压力1.31.5倍的压力，保压5分钟，测定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面处的漏油、挂油、带油。D.耐压

9、输入额定压力1.31.5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2.1、缸筒结构缸筒结构见表2。表2缸筒结构缸头内螺纹连接缸头法兰连接优点：结构简单，易加工，易拆装。优点：重量轻，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O形圈拧扭曲。缸筒跟缸底采用焊接连接2.2、 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

10、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。所以基于以上要求和材料机械性能则选择45钢为缸筒材料。表3缸筒材料无缝钢管的机械性能材料b/MPas/MPa/%456103601427SiMn1000850122.3、 缸筒计算缸筒要有足够的强度，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；内表面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。A、缸筒内径当油缸的作用力F（F1推力、F2拉力）及工作压力p压力为已知时，则无杆腔的缸筒内径D为m=v427261.30/(20X3.14)*10-3=0.04

11、17m有杆腔的缸筒内径D为m=4x2336.79/(20160(180)200(220)250320400500630注;I.括号内数值为非优先选用者超出本格列630nlm的筒内径尺寸应按GB321-80优先数和优先数系中R1O系列选用所以圆整之后D=40mmB、缸筒壁厚0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2.3p3pmaxPmaxD最高允许的压力一般是额定压力的1.5倍所以Pmax=20x1.5=30.0MPa80m0.0必0/(2.3X52.53X30)=4.91mm式中:Pmax缸筒内最高工作压力，MPap缸筒材料的许用应力，MPa最后将以上式所求得的0值，

12、圆整到标准值位5mm对最终采用的缸筒壁厚应作三方面的验算额定工作压力pn应低于一定的极限值，以保证工作安全：22pn0.35s(12)MPa=Pn=209.35X360(502-402)/502=45.36MPaDi式中：Di缸筒外径；额定工作压力也应与完全塑性变形压力有一定的比例范围，以避免塑性变形的发生：、Dipn(0.350.42)prLprL2.3slg=2.3360lg50/40=80.24MPa则Pn=203X27261.36)/0.2(503-4.83)M0-6=2.36MPa其中螺纹底径d0=6mm,k1=0.12合成应力-=a42.062+3X2.362=42.25MPa司2

13、2MPan0式中:F缸筒端部承受的最大推力，N;D缸筒外径，m；d1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;K1螺纹连接的摩擦因数，一般0.070.2,平均取0.12;b材料的抗拉强度，MPan0安全系数，取35。D缸筒技术要求缸筒技术要求如下:a)缸筒内孔一般采用H8级公差，表面粗糙度一般在0.2m左右；b) 缸筒内径的锥度、圆柱度不大于内径公差的三分之一；c) 缸筒直线度公差在1000mmK度上不大于0.1mm；d) 缸筒端面对内径的垂直度在直径100mm不大于0.04mni为便于装配和不损坏密封件，缸筒内孔口应倒20。角，宽度根据内径大小来选取。通

14、往油口的内孔口必须倒角或开避让槽，过度处需抛光，以免划伤密封件。缸筒上有焊接件时，都必须在半精加工前进行，以免精加工后焊接引起内孔变形。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”。设计液压缸缸筒时，应该正确确定各部分的尺寸，保证液压缸有足够的输出力，运动速度和有效行程，同时还必须有一定的强度，能足够以承受液压力、负载力和意外的冲击力；缸筒的内表面应具有合适的配合公差等级、表面粗糙度和形位公差，以保证液压缸的密封性、运动平稳性和耐用性。第三部分活塞杆计算3.1、 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

15、的形式。3.2、 活塞杆材料一般用中碳钢，调质处理。在旋挖钻机液压缸中大多数采用45钢，在受力特别大的情况也可采用高强度合金钢。活塞杆材料的机械性能见表4。材料b/MPas/MPa/%热处理4560034013调质40Cr9007009调质42CrMo100090012调质表4活塞杆材料的机械性能3.3、 活塞杆的计算A、概述活塞杆是液压缸传递力的重要零件，它承受拉力、压力、弯曲力和震动冲击等多种力,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可根据往复运动速比来确定:1m=40Vz(2-1)/2=28.28mm液压缸的活塞杆外径共寸系列(GB2348

16、-80)(mm)101214161820222528323640455056637Q8090100110125140160180200220250280320所以根据(GB/T23481993)上表选取d=0.028m式中：D液压缸缸径，RT；a) 液压缸活塞往复运动时的速度之比；计算出活塞杆直径后，应将尺寸圆整到标准值并校核其稳定性。doC、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，则按下式核算活塞杆的直径=，(4X27261.3)/3.14后00/1.4=9.0017mm式中：F活塞杆的作用力N;b为活塞杆材料的许用应力b=bb/1.4由于d=28mmC于9mm核算合理

17、。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。当活塞各参数确定好后，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) 其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0.04mm/100mm以保证活塞安装后不产生歪斜；d) 活塞杆外

18、圆粗糙度一般在0.2m左右，太光滑了，表面形成不了油膜，反而不利于润滑；e) 活塞杆表面需进行镀铭处理，镀层后(0.040.05)mm,镀铭前活塞杆表面需要高频淬火处理；f) 活塞杆端的螺纹和缓冲柱塞也要保证与轴线的同轴度。便于装配和不损坏密封件，活塞杆安装缸头的一端倒20角，宽度根据内径大小来选取，过度处需抛光，以免划伤密封件。台阶尖角处需到圆。3.4、 活塞杆的密封和防尘A、活塞杆的密封a)在一定工作压力和温度下具有良好的密封效果，泄漏小b)摩擦系数小，摩擦力均匀，不会引起运动零件的爬行或卡死等现象c)耐磨性好，寿命长，在一定程度上能自动补偿被密封件的磨损和几何精度的误差d)不损坏被密封件

19、表面e)耐油性、抗腐蚀性好，不易老化f)成本低廉，制造容易，使用方便，维护简单g)采用标准化结构和尺寸根据以上要求为了适应液压缸工作条件的特殊要求，所以其密封装置移动部分选用工型聚氨酯密封圈密封；静止部分选用“O型橡胶密封圈密封。B、活塞杆的防尘装置液压缸工作时常有灰尘、沙粒、铁屑等污物落在活塞杆上。若将污物带进液压缸，不仅会加剧零件的磨损、产生划痕，而且会影响液压系统的正常工作，因此需要安装防尘装置。因防尘圈能刮掉落在活塞杆上的污物，则按(QZB336n77)选用“防尘圈115聚氨酯H3”型的密封圈。第四部分活塞的设计和计算4.1、 活塞结构的设计A、活塞的选用由于活塞在液压力的作用下沿缸简

20、往复滑动，因此，它与缸简的配合应适当，既不能过紧也不能间隙过大。配合过紧，不仅使最低启动压力增大，降低机械效率，而丁容易损坏缸筒和活塞的配合表面；间隙过大，会引起液压缸内部泄漏，降低容积效率，使液压缸达不到要求的设计性能。因此在结构上应慎重考虑，活塞分为整体式和组合式，组合式制作和使用比较复杂，所以在此选用整体式活塞（如下图所示），此整体式活塞中，密封环和导向套是分槽安装的,连接奉式箱构席图*注体贴也1用于工作压力整大，而苒事更径又较小的情况B、活塞的材料根据要求，由经验选择可选用高强度球墨铸铁QT600-3C、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28mnW以活

21、塞的厚度为28mm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外表面的圆度和圆柱度不大于外径公差之半。D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：a）降低摩擦阻力，无爬行现象；b）具有良好的动态和静态密封性，耐磨损，使用寿命长；c）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：密封低置性能好.逐渐取尽货代Y影密封E、活塞技术要求a）外径的圆度、圆柱度不大于外径公差之半；b） 外径D对内

22、径d1的径向跳动不大于外径公差之半;,c） 端面T对轴线垂直度在直径100mm不大于0.04mmjd） 活塞外径用橡胶密封时可取一f9配合，内孔与活塞的配合可取H8。第五部分导向套的设计和计算5.1、 最小导向长度的确定导向套对活塞杆起导向和支承的作用，它要求配合精度高，摩擦阻力小，耐磨性好,能承受活塞杆的压力、弯曲力以及冲击振动。当活塞杆全部伸出时，从活塞支撑面的中点到导向套滑动面中点的距离称为最小导向长度(HD,它应满足下式要求:式中:L20Dcm2一最大工作行程=150/20+4/2=9.5cm=95mmcm；L=150cmD液压缸内径cm；D=4cm导向套滑动面的长度A两种确定形式:当

23、缸径小于80时取：A=(0.6s1.0)d当缸径大于80时取：A=(0.6s1.0)d活塞宽度B取:B=(0.6s1.0)D式中：d-活塞杆直径(cm)d=28mmD-液压缸内径(cm)D=40mm所以取A=(0.6s1.0)d=28X0.8=22.4mm所以取B=(0.6s1.0)d=40X0.8=32mm5.2、 导向套的结构选用易拆导向套，因为这种导向套采用螺钉或螺纹固定在缸盖上，当导向套和密封圈磨损而需要更换时，不必拆卸端盖和活塞杆就能进行。维修方便，并且适用于工作条件恶劣，需经常更换导向套和密封圈而又不允许拆卸液压缸的情况。5.3、 导向套的材料及技术要求A.导向套的材料导向套一般采

24、用摩擦系数小、耐磨性好的青铜材料制作，也可以选用铸铁、球铁。B.导向套的技术要求a)外圆与端盖内孔的配合多为H8/f7b）导向套内孔与活塞杆外圆的配合多为H9/f9c）外圆与内孔的同轴度误差不大于0.03d）形状误差不大于公差之半e）内孔中的环形油槽和直油槽要浅而宽，保证润滑条件良好f）表面粗糙度为Ra1.256.3第六部分缸盖和缸底的设计和计算在单活塞杆液压缸中，有活塞杆通过的缸盖叫端盖，无活塞杆通过的缸盖叫缸头或缸底。端盖、缸底与缸筒构成封闭的压力容腔，它不仅要有足够的强度以承受液压力，而且必须具备一定的连接强度。端盖上有活塞杆导向孔（或装导向套的孔）及防尘圈、密封圈果，还有连接螺钉孔，受

25、力情况比较复杂，设计得不好容易损坏。6.1、 缸盖的设计和计算：A、缸盖的厚度计算端盖厚度力为工A=J也丝;式中蟠打孔分布直於，cm*P液压力，kgf/cm11密封环形端面平均直径，cm（司材料的许用应力，kgf/cm1.h=Sx27261.3X31(0.34-0.3)/(3.14X0.3X600/1)415mm所以取端盖厚h=15mmB、缸盖的结构端盖在结构上除要解决与缸体的连接与密封外，还必须考虑活塞杆的导向密封和防尘等问题。缸体端部的连接形式及其结构见下图。6.2、 缸底的设计和计算：A、缸底的厚度计算：缸筒底部为平底面且为有孔底时，其厚度h可以按照下面公式进行计算:h0.443DPyD

26、(Dd0)式中：h一缸筒底部厚度，（mm）do油口直径，（mm）D液压缸内径，（mm）一缸筒底部材料的许用应力，（90Mpa）Py一试验压力，（Mpa）Py=30.0（Mpa）查机械零件设计手册可知：d0=20mm,计算如下:h0.443401031;(4010一一一一一330.040103-33；618mm320103)90106B、缸底的焊接连接计算校核：缸筒与缸底焊接如下图连接时，其焊缝应力计算如下：（7=X1O-6优-片）切4=27261.3/3.14/4（0.052-0.0422）0.7M0-6=67.4MPa600/4=150MPaF制内最大控力（X）；1缸筒外径沁；dl焊缝底轻加

27、）：n一一焊接效率，取。=0.7；5厚条村柱的抗拉强度n一安全系数f参煦缸筒塞的安全案款选取36.3、 端盖的材料及技术要求A、端盖材料本次所设计的液压缸选用材料为球墨铸铁QT500-7，它属于塑性材料，具有良好的焊接性能,缸筒与缸头为法兰连接。缸头：此处缸盖又是导向套，故选用铸铁，QT500-7缸底：缸筒与缸底为螺栓连接，故选用QT500-7B、端盖技术要求a. 活塞杆的直径（缸内径）等各种回转面（不含密封圈）的圆柱度按9级、10级或11级精度b. 缸筒内外经的同轴度公差为0.03mmc.与液压缸的配合端面垂直度按7级精度d.e.铸件时效处理f.棱角倒顿R12563导向面的表面粗糙度为Ra第

28、七部分缸体长度和油口的设计计算2.1、 缺体长度的确定缸体外形长度还要考虑到两液压缸缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。端端盖的厚度。般液压缸缸体长度不应大于缸体内径的2030倍。所以取缸体长度d=1540=600mm2.2、 液压缸油口的直径计算由活塞的最高运动速度U和油口最高流速U0而定。d00.13D,VV0do0.13D、VA/q0.1340,100(22.424)/(180104/60)=6.90mm根据国家标准活塞杆油口取直径为10mm式中：V（油口流速（m/min）V活塞输出速度（m/min）d。一液压缸油口直径（m）D液压缸内径（m）第八部分缓冲装置设计8.1、缓冲装

29、置的选用液压缸和整个液压系统的强度及正常工作。缓冲装置可以防止和减少液压缸活塞及活塞杆等运动部件在运动时对缸底或端盖的冲击，在它们的行程终端能实现速度的递减，直至为零。当液压缸中活塞运动速度在6m/min以下时，一般不设缓冲装置，而运动速度在12m/min以上时,必须设置缓冲装置。缓冲装置的工作原理，是当活塞在到达行程终端之前的一定距离内，回&法把排油腔内油液的一部分或全部封闭起来，使其通过节流小口（或缝随）b,从而使被封闭的油液产生适当的缓冲压力作用在活塞的排油侧上，与活塞的惯性力相对抗，以达到减速制动的目的。由图可见因为阶梯形缓冲装置最接近理想型曲线，所以本次选择阶梯形。第九部分排气装置设

30、计9.1排气装置的选用:如果排气装置设置不当或者没有设置排气装置，压力油进人液压缸后，缸内仍会存有空气。由于空气具有压缩性和滞后扩张性，会造成液压缸和整个液压系统在工作中的颤振和爬行，影响液压缸的正常工作。一般有整体排气塞和组合排气塞两种。整体排气塞如图所示。由螺纹与缸简或端面连接靠头部锥面起密封作用。排气时，拧松螺纹，缸内空气从雕面空隙中挤出并经斜孔排出缸外。这种排气装置简单、方便，但螺纹与锥面密封处同轴度要求较高，否则拧紧排气塞后不能密封造成外泄漏。所以，综合以上选择整体排气塞。整体排气室第十部分课程设计总结由于今年疫情特殊原因，工程机械课程设计选择了线上电子版的上交、老师线上指导、小组线上合作的方式，是本人学习生涯上第一次体验，也是学校老师的一次创新。经过两周的工程机械课程设计终于完成了，即使很很疲劳，但收获很大的。在毕业之际，现在也是深深的能感受到课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。正所谓，“纸上谈来余冬觉浅，不知此事要躬行”要做到真正意义上的“知行合一”方可格物致知，而且作为一名城南学院的学子，更是要有理论走向实践的精神。本次设计通过最初的调研，数值计算零彳的选择，以及