液压缸的计算.doc
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3液压缸的设计及计算3.1液压缸的负载力分析和计算本课题任务规定设备的重要系统性能参数为:铝合金板材的横截面积为铝合金板材的强度极限为型材长度(１)工作载荷常用的工作载荷为活塞杆上所受的挤压力，弹力,拉力等,在这里我们可得铝合金板材所受的最大外力为： （3-1）式中 ---－强度极限， ; －----截面面积, 由上式得液压缸所受工作载荷约为48KN（２)单活塞杆双作用缸液压缸作伸出运动时的一般模型如图3－1所示,其阻力或所需提供的液压力可表达为 （3-2）式中 -----作用在活塞上的工作阻力, ; -－－－－液压缸起动（或制动）时的惯性力, ； －－－－－运动部件处的摩擦阻力, ; ---－-运动部件的自重(含活塞和活塞杆自重), ; -----液压缸活塞及活塞杆处的密封摩擦阻力， ;一般以液压缸的机械效率来反映,一般取机械效率 ; -－---回油管背压阻力,在上述诸阻力中，在不同条件下是不同的，因此液压缸的工作阻力往往是变化的。
由于此处液压缸只是作拉伸板材变形作用，故其运动速度较小,惯性力和摩擦阻力都较小,得 （３-3)３．２液压缸的液压力计算和工作压力选择根据表4－3 根据负载选择压力,初选系统压力为根据表4-５ 液压缸速比与工作压力的关系，得出速比=1.33 (3－4）式中 ----－活塞杆直径, ;－----液压缸内径, 根据表4-４ 液压缸输出液压力，选择液压缸的内径，活塞杆直径 (3-5) (３-6)式中 －-－－-作用在活塞上的液压力（推力), ; －----作用爱活塞杆侧环形面积上的液压力(拉力), ; -----进液腔压力(产生推力时液压缸无杆腔进液；产生拉力时有杆腔进液)， ； --－--活塞(无杆腔)面积， ； -－-－－有杆腔面积（活塞杆侧环形面积)，, ; －--－-液压缸内径（活塞外径), ； －----活塞杆直径， ; -----被推动的负载阻力（与反向)， ; －－---被拉动的负载阻(与反向）, 。
由于本课题重要是拉力作用,因此用公式(3-5)得： 3.3液压缸综合构造参数及安全系数的选择活塞外径D和活塞杆直径d是液压缸的基本构造参数，Ｄ与d的选择与液压缸的负载和速度规定有关;选择出合适的工作压力和供液流量满足负载和速度规定后,D和d可初步拟定下来除D和ｄ外,液压缸的构造参数尚有活塞行程Ｓ、导向距离H和油口直径d等液压缸的行程应根据工作需要设定,为简化制造工艺和节省制导致本,应采用原则化行程尺寸系列参数为减小活塞杆伸出时与缸体轴线的偏斜,液压缸应有合理的导向长度３.4缸筒设计与计算３.４.1缸筒与缸盖的连接方式端盖分为前端盖和后端盖前端盖将活塞杆(柱塞）腔封闭,并起着为活塞杆导向、密封和防尘之作用后端盖即缸底一端封闭,一般起着将液压缸与其她机件的作用缸筒与端盖常用的连接方式有８种：拉杆式、法兰式、焊接式、内螺纹式、外螺纹式、内卡环式、外卡环式和钢丝挡圈式,其中焊接式只适应缸筒与后端盖的连接３.4．2对缸筒的规定缸筒是液压缸的重要零件,有时还是液压缸的直接做功部件（活塞杆或柱塞固定期）;它与端盖、活塞（柱塞)构成密封容腔,用以容纳压力油液、驱动负载而做功，因而对其有强度、刚度、密封等方面的规定。
3.4.3缸筒的材料选择缸筒的毛坯普遍采用退火的冷拔或热轧的无缝钢管,市场上已有内孔通过珩磨或内孔通过精加工的半成品，只需要按所规定的长度切割无缝钢管，材料有２０、3５、４５号钢和27SｉＭn合金钢3．4．4缸筒的计算本课题中液压缸承受压力负载，缸筒内径可根据下式求出： (3-7)式中 -－－-－拉力负载(取最大值),； －-－-－供液压力(假定回液压力为大气压)，; －---－活塞杆直径,由于该式中活塞杆直径为未定值,可根据拟定的速度比 及将 代入可求D值，再进一步拟定活塞杆直径ｄＤ和ｄ应圆整到原则系列尺寸值 圆整取 在初步拟定缸筒内径D后，下一步的工作是拟定液压缸的壁厚 当液压缸为薄壁液压缸（ ）, 可按下式计算： （3-8）式中 -－－--液压缸最高(或设计或额定)工作压力, ； ---－-液压缸筒内径(活塞外径), ； -－-－-缸筒材料的许用应力， 对于脆性材料，许用应力可表达为 （３-9)式中 ---－－材料的抗拉强度或断裂强度(表4－13） ； ---－-安全系数,一般可取n=5,见表4-１4 。
由于因此通过上述计算,可得液压缸缸筒外径 为 (3-１0）3.４.５缸筒壁厚的验算计算求得缸筒壁厚 值后,还应进行一下4个方面的验算，以保证液压缸安全可靠的工作1） 液压缸的额定工作压力 应低于一定的极限值，以保证工作安全,即 （3－11）式中 －----液压缸外径和内径, 或 ; -----缸筒材料的屈服强度, 因此 （2） 为了避免缸筒工作时发生塑性变形，液压缸的额定工作压力 应与塑性变形压力 有一定的比例关系： (3-12) (3-13) 由于（3） 缸筒的径向变形量 值应当在容许范畴内，而不能超过密封件容许的范畴: （3－1４)式中 -－－－-液压缸耐压实验压力,,取 ; --－－-缸筒材料的弹性模数, ;-----缸筒材料的泊松比,对钢材 。
（4） 为保证液压缸安全的使用,缸筒的爆裂压力应不小于耐压实验压力 (３－15）因此缸筒壁厚符合哟求3.4．6缸筒底部厚度缸底构造形式有四种:ａ. 平面缸底,有凹口,无孔; b.平面缸底，无口;c．半椭球形缸底;ｄ.半环形缸底 本课题选择b． 平面缸底，无口 (3-１6) 式中 -----缸底止口外径, ； -----油口直径， ； -----工作压力, ; －-－-材料许用应力安全系数( ), ３．4.７缸筒头部法兰厚度选择螺钉连接法兰,法兰厚度 为 （3-１7）式中 ---－-法兰厚度, ； --－--法兰受力总和， ; ; ----密封环平均直径, ; ； -－---工作压力，; -----密封环内径， ， ; -－-－密封环外径, , ; －－-－-附加密封压力, ，若采用金属材料时, 值即屈服极限点； -－-－螺钉孔分布圆直径, ; －－-法兰材料的许用应力, 。
圆整取 3.4．8缸筒－缸盖的连接计算缸筒与缸盖采用螺栓连接,螺纹处拉应力为 (３－1８)螺纹处的切应力为 (3-19）合应力 (３-２0)式中 ----－螺纹拧紧系数,静载时,取 ,动载时,取 ; -－-－螺纹内摩擦系数,一般取 ; ----螺纹外径， ; ---－螺纹内径， ,采用一般螺纹时, ; --－--螺纹螺距, ; -－--螺栓数量 ;-－－螺纹材料的许用应力, , 这里选择６个 的螺栓 合应力因此即3．5活塞组件设计３.５.1活塞设计（1)活塞的构造形式和密封件形式活塞的密封件形式要根据液压缸的设计(额定)压力、速度和温度等工作条件来选择,而选择的密封件形式则决定了活塞的构造形式活塞常用的构造形式可分为整体式和分体(组合)式两种整体式活塞要在活塞圆周上开沟槽以安装密封件和支承环,架构简朴，件活塞加工困难,此外,密封件安装时也容易拉伤和扭曲,影响密封性能和密封件使用寿命。
分体（组合)式活塞大多数可以多次拆装,密封件使用寿命长在一般状况下,支承环是活塞件的不可缺少的构造原件,它不仅可以精确雕像，还可以吸取活塞运动时随时产生的侧向力,因而大多数密封件都与支承环联合使用,大大减少了活塞加工成本2）活塞的常用材料活塞材料选用的根据重要从活塞构造形式来考虑对于有支承环的活塞,常用２0号、３5号及４5号优质碳素钢对于未采用支承环的活塞多采用高强度铸铁HT２0０-３００、耐磨铸铁、球墨铸铁及锡青铜、铝合金，某些持续工作的高耐久性活塞外表面长烧锡青铜合金或喷镀尼龙等材料本课题选用分体式,其材料选用35号钢３．5.2活塞与活塞杆的连接构造活塞与活塞杆的连接构造有多种形式,常用的有螺纹型,其长处是连接稳固可靠，活塞与活塞杆之间无轴向公差规定，缺陷是螺纹的加工和装配比较麻烦尚有焊接型，这在构造简朴，施工比较以便，但不易拆除,并且，对活塞内外径、活塞杆直径及断面接合处的四个面的同轴度垂直度规定较高此外有卡环式,这种构造简朴,拆装以便,活塞借助径向间隙有少量浮动,不易卡滞,但活塞与活塞杆之间有轴向公差,该轴向公差会导致活塞与活塞杆的不必要的窜动该种构造形式在低速液压缸中得到广泛使用。
３.5.3活塞杆设计(1)基本构造活塞杆有实心杆和空心杆两种，实心杆强度较高,加工简朴,应用较多空心活塞杆多用于活塞杆与缸径比值d/D较大的大型液压缸中，以减轻活塞杆的重量，或用于缸筒带动工作机构的场合如机床中，或用于活塞杆必须带有传感器的伺服液压缸中本课题选用实心杆。
