《液压缸的结构设计案例》

液压缸的结构设计案例综述

目录

液压缸的结构设计案例综述..........................................................1

1.1缸筒..........................................................................1

1.1.1缸筒与缸盖的连接形式.....................................................1

1.1.2强度计算.................................................................2

1.1.3缸筒材料及加工要求......................................................3

1.1.4缸盖材料及加工要求......................................................3

1.2活塞和活塞杆..................................................................4

121活塞和活塞杆的结构形式...................................................4

1.2.2活塞、活塞杆材料及加工要求................................................5

13活塞杆导向套...................................................................5

1.4进出油口尺寸的确定............................................................6

15控制系统的应用.................................................................6

1.6液压系统性能验算..............................................................7

（I）系统压力损失验算........................................................7

（2）系统的总效率验算........................................................8

液压缸是将液压系统的压力能转化为机械能的装置，在该举升机系统中，液

压缸将活塞杆的伸缩运动通过一系列的机械结构组合转化为平台的举升，实现举

升机举升。

1.1缸筒

1.1.1缸筒与缸盖的连接形式

缸筒与刚盖的连接形式如下：

缸筒和前端盖的连接采用螺栓连接，其特点是径向尺寸小，重量轻，使用广

泛，端部结构复杂,缸筒外径需加工，且应于内径同轴，装卸需要用专门的T.具，

安装时应防止密封圈扭曲。

缸盖与后端盖的连接采用焊接形式，特点为结构简单尺寸小，重量轻，使用

广泛，缸筒焊后可能变形，且内径不易加工图1.1所示。

图1.1缸筒的连接形式结构图

1.1.2强度计算

缸筒底部强度计算

缸筒底部为平面射，可由下式计算厚度:

5>0.433D区

7团

式中：6一缸筒底部厚度m；

D一缸筒内径m；

p—筒内最大工作压力MPa；

M一缸筒材料的许用应力MPa。

代入数据：

院0.433x0.09J弥6.2mm

缸筒底部厚度应根据工艺要求适当加厚，如在缸筒上设置油口或排气隔，均

应增大缸筒底部厚度。

缸筒连接螺纹的计算

当缸筒与刚盖采用螺纹连接时，钢筒螺纹处的强度按下式进行校核：

螺纹处的拉应力：

端扃'IMPa

螺纹处的切应力：工=」：1总乂10-6MPa

合成应力：an=7八+3T2MPa

式中：D一缸筒直径m；

产一缸筒底部承受的最大推力N；

d—螺纹小径m；

K—拧紧螺纹的系数，不变载荷取K=L25-1.5；

K_螺纹连接的摩擦系数1=0.07—().2,通常取(M2；

a_材料的屈服极限35钢正火为=27MPa：

1.3X10.3X103

代入数据:o=X10-6=14MPQ

岩(0.09)-0.00376，)

、/.

,T,—1.3x0.12x10.3x1()3x0.088X]UU=1.8MPQ

0.2(0.093-0.0883763)

合成应力为：%=V142+3x1.82=14.3MPQ<27MPa

1.1.3缸筒材料及加工要求

缸筒材料通常选用20、35、45号钢，当缸筒、缸盖、挂街头等焊接在一起

时，采用焊接性能较好的35号钢，在粗加工之后调质。另外缸筒也可以采用铸

铁、铸钢、不锈钢、青铜和铝合金等材料加工。

缸筒与活塞采用橡胶密封圈时，其配合推荐采用H9/f8,缸筒内径表面粗糙

度取心=0.1-0.4〃如若采用活塞环密封时，推荐采用H7/g6配合，缸筒内径表

面粗糙度取心=0.2-0.4卬%

缸筒内径应进行研磨。

为防止腐蚀,提高寿命，缸筒内表面应进行渡路，渡谿层厚度应在30-40um,

渡路后缸筒内表面进行抛光。

缸筒内径的圆度及圆柱度误差不大于直径公差的一半，缸体内表面的公差度

误差在500mm上不大于0.03mm。

缸筒缸盖采用螺纹连接时，其螺纹采用中等精度。

1.1.4缸盖材料及加工要求

缸盖材料可以用35,45号钢，或ZG270-500,以及HT250,HT350等材料。

当缸盖自身作为活塞杆导向套时，最好用铸铁，并在导向表面堆铸黄铜，青

铜和其他耐磨材料。当单独设置导向套时，导向材料为耐磨铸铁，青铜或黄铜等，

导向套压入缸盖。

缸盖的技术要求：与缸筒内径配合的直径采用和h8,与活塞杆上的缓冲柱

塞配合的直径取H9,与活塞密封圈外径配合的直径采用h9,这三个尺寸的圆度

和圆柱度误差不大于各自直径的公差的一半，三个直径的同轴度误差不大于

0.03nim。

1.2活塞和活塞杆

1.2.1活塞和活塞杆的结构形式

(1)活塞的结构形式

活塞的结构形式应根据密封装置的形式来选择，本设计中选用形式如图:

图1.1活塞的结构形式图

(2)活塞杆

活塞杆的外部与负载相连接，其结构形式根据工作需要而定，本设计中如图

1.2所示。

图1.2活塞砰结构图

内部结构如图1.3所示:

A

图1.3活塞杆的内部结构图

1.2.2活塞、活塞杆材料及加工要求

活塞材料及加工要求

有导向环的活塞用20,35或45号钢制成。

活塞外径公差招，与活塞杆的配合一般为H8/h8,外径粗糙度

Ra=0.4-0.8Am,外径对活塞孔的跳动不大于外径公差的一半，外径的圆度和

圆柱度不大于外径公差的一半。

活塞两端面对活塞轴线的垂直度误差在100mm上不大于0.04mm。

活塞杆及加工要求

活塞杆常用材料为35、45号钢。

活塞杆的工作部分公差等级可以取f7■阶表面粗糙度不大于Ra=0.4〃m,工

作表面的直线度误差在500mm上不大于0.03mm。

活塞杆在粗加工后调质，硬度为229-285HB,必要时可以进行高频淬火.厚

度0.5-1mm,硬度为45-55HRC。

1.3活塞杆导向套

活塞杆导向套装在液压缸有杆腔一侧的端盖内，用来对活塞杆导向，其内侧

装有密封装置，保证缸筒有杆腔的密封性，外侧装有防尘圈，以防止活塞杆内缩

时把杂质，灰尘及水分带到密封装置，损坏密封装置。

导向套的结构有端盖式和插件式两种，插件式导向套装拆方便，拆卸时不需

要拆端盖，故应用较多。本设计采用端盖式。结构见装配图。

导向套尺寸主要是指支撑长度，通常根据活塞杆直径，导向套形式，导向套

材料的承压能力，可能遇到的最大侧向负载等因素确定。一般采用两个导向段,

每段宽度均为d/3,两段中间线间距为.2d/3,导向套总长度不宜过大，以免磨擦

太大。

1.4进出油口尺寸的确定

进出油口尺寸按照下式确定:

d=

式中:Q一流经液压缸的最大流量“min；

V—油液进入液压缸是的流速m/s；

代入数据:

d=J3.1txo.1325=90mm

根据GB2878-81油口连接螺纹尺寸，取M12xl.5螺纹连接。

1.5控制系统的应用

举升机控制系统的技术是一门古老的学科，从控制系统的发展史可见，控制

系统代替人类从事各种有益的工作，弥补了人类体力和能力的不足。特别是作为

工业革命象征的蒸汽机的发明，使控制系统技术得到了快速的发展，为人类社会

的进步与发展做出了卓越的贡献。直到今天控制系统仍然是现代工业的基殆。

随着社会的进步，特别是生产工艺的发展，人们对举刀机控制系统也提出越

来越高的要求，如一些精密机床的加工精度要求达到百分之几亳米，甚至几微米,

人们认识到有些问题单从机械角度进行解决是越来越难了。20世纪60年代以来，

一系列高新技术，如微电子技术、信息技术、自动化技术、生物技术、传感技术、

光纤通信技术等，都以空前的速度向前发展，同时新材料、新能源的运用，也使

得高新技术逐渐向传统产业渗透，并引起传统产业的深刻变革。

1.5.1控制装置

控制装置是机电控制系统的中枢部分和控制核心，用以实现对给定控制信息

和检测的反馈信息的综合处理，并向执行机构发出命令。

随着微电子和计算机技术的发展，计算机技术在机电控制系统中起着越来越

重要的作用。目前机电系统的控制装置广泛采用计算机技术。20世纪70年代

以来，单片微机发展很快，由于单片微机优越的控制性能，以及计算机强大的信

息处理能力使得控制技术提高到一个新的水平，计算机的引入对控制系统的性能、

结构及控制理论都产生了深远的影响如图1.4所示。

图L4控制装置结构图

1.6液压系统性能验算

液压系统性能估算的目的在于评估设计质量，估算内容一般包括：系统压力损失,

系统效率，系统发热与温升，液压冲击等。对于大多数要求一般的系统来讲，

只采用一些简化公式进行验算，定性说明情况。

（1）系统压力损失验算

系统压力损失包括管道内沿程损失和局部损失以及法类元件的局部损失之和，

计算时不同的工作阶段要分开来计算，回油路上的压力损失要折算到进油路

上去，因此某一阶段的系统总的压力损失为：

£功=£俎+X.P2第

式中：£州1系统进油路的压力总损失

£外2系统回油路的压力总损失

24P2=E4P2a+24P2q+24P2V

现在根据上式计算液压系统工作过程中的压力损失。

液压油在管内的流速：

根据油管尺寸的计算项目，取i；=3m/s

则雷诺数：

心=%=黑吉=400(<2300)

可见液流为层流。

摩擦阻力系数:

管子当量长度及总长度：90"标