液压缸设计计算

由天下分享时间：2024/9/14 13:12:17 加入收藏我要投稿点赞

液压缸设计计算

第四章液压缸的设计计算

在上一章液压系统的设计中，已对液压缸的主要结构尺寸作了计算，本章继续对液压缸的其余主要尺寸及结构进行设计计算。

液压缸是液压传动的执行元件，它和主机工作机构有直接的联系，对于不同的机种和机构，液压缸具有不同的用途和工作要求。因此，在设计液压缸之前，必须对整个液压系统进行工况分析，编制工况图，选定系统的工作压力(详见第三章)，然后根据使用要求进行结构设计。本章只对抬升缸做上述设计计算。 4.1计算液压缸的结构尺寸

液压缸的结构尺寸主要有三个:缸筒内径D、活塞杆外径d和缸筒长度L。在上一章中已经作过缸筒内径D及活塞杆外径的计算，此处从略。缸筒内径D—80?

活塞杆外径d—45?(详见第三章) 4.1.1缸筒长度L

缸筒长度由最大工作行程长度加上各种结构需要来确定，即:

L=l+B+A+M+C (4-1) 式中: l—活塞的最大工作行程;l=450?

B—活塞宽度，一般为(0.6-1)D;取B=1×80=80? A—活塞杆导向长度，取(0.6-1.5)D;取A=1×80=80? M—活塞杆密封长度，由密封方式定; C—其他长度，取C=35?

故缸筒长度为:L=80+35+450+80+15=660? 4.2.2.最小导向长度的确定

当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到导向套滑动面中点的距离称为最小导向长度H(如图4-1所示)。如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度(间隙引起的挠度)增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一最小导向长度。图4-1 油缸的导向长度

对于一般的液压缸，其最小导向长度应满足下式: H?L/20+D/2 (4-2)

式中: L—液压缸最大工作行程(m);L=0.45m

D—缸筒内径(m)，D=0.08m。故最小导向长度H?62.5? 4.2.液压缸主要零部件设计 4.2.1缸筒 1.缸筒结构

缸筒与缸头的连接用法兰连接，其优点是:结构简单，易加工，易装卸;缺点是重量比螺纹连接的大，但比拉杆连接的小;外径较大。图4.1 缸筒的法兰连接 2.缸筒材料

一般要求有足够的强度和冲击韧性，对焊接的缸筒还要求有良好的焊接性能。故选用30钢的无缝钢管。 3.对缸筒的要求

1)有足够的强度，能长期承受最高工作压力和短期动态试验压力而不致产生永久变形; 2)有足够的刚度，能承受活塞的侧向力和安装的反作用力而不致弯曲; 3)内表面与活塞密封件及导向环的摩擦力作用下，能长期工作而摩擦少，尺寸公差等级和形位公差等级足以保证活塞密封件的密封性;

4)需要焊接的缸筒还要求有良好的可焊性，以便再焊上法兰或管接头后不至于产生裂纹或过大的变形。

总之，缸筒是液压缸的主要零件，它与缸盖，缸底，油口等零件构成密封的容腔，用以容纳压力油液，同时它还是活塞运动的“轨道”。设计液压缸缸筒时，应该正确确定各部分尺寸，保证液压缸有足够的输出力，运动速度和有效行程。同时必须具有一定的强度，能足以承受液压力，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，以保证液压缸的密封性，运动平稳性和耐用性。 4.缸筒计算 1)缸筒外径

按《机械设计手册》第四卷P212 表19-6-12 缸筒厚度δ计算公式 δ= δ0 + C1 + C2 (,) (4-3) 式中: δ0 —— 为缸筒材料强度要求的最小值(,); C1 —— 缸筒外径公差余量(,); C2 —— 腐蚀余量(,);

经分析δ/D ? 0.08，可用薄壁缸筒的实用计算式:

δ? Pmax×D/(2[б]) (m) (4-4)

式中:Pmax —— 缸筒内最大工作压力(Mpa);Pmax=20.2Mpa [б] —— 缸筒材料的许用应力(Mpa); [б] = б/n b

б—— 缸筒材料的抗拉强度(Mpa);б=500 Mpa b b n —— 安全系数，通常取n = 5 计算得:δ= 0.00808 (m)

缸筒的外径为 D1 =D，2δ=96(mm)

按《机械设计手册》第四卷P214 表19-6-13活塞缸外径尺寸系列取D1 =102(mm) 2)缸筒壁厚度验算

对最终采用的缸筒厚度主要应做两方面的验算:

?、额定工作压力Pn 应低于一定的极限值，以保证工作安全: Pn ? 0.35δs (D1? – D0?)/D1? (MPa) (4-5) = 0.35×290×(0.102? – 0.08?)/0.102? = 39.0(MPa)

δs —— 为缸筒材料的屈服强度(MPa)，δs=290(MPa) 由于7MPa <39.0 MPa所以上述参数选择合理

?、额定工作压力也应与完全塑性变形有一定的比例范围，以免塑性变形的发生:

Pn ?(0.35 , 0.42)PPL (MPa) (4-6) PPL —— 缸筒发生完全塑性变形的压力 δ=18%。