液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算-

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1、液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 作為液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件，液壓缸將液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能去驅(qū)動(dòng)主機(jī)的工作機(jī)構(gòu)做功。由于液壓缸使用場合與條件的千差萬別，除了從現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品系列選型外，往往需要根據(jù)具體使用場合自行進(jìn)行設(shè)計(jì)。 3.1設(shè)計(jì)內(nèi)容 液壓缸的設(shè)計(jì)是整個(gè)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一部分，它通常是在對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行工況分析所后進(jìn)行的。其設(shè)計(jì)內(nèi)容為確定各組成部分（缸筒和缸蓋、活塞和活塞桿、密封裝置、排氣裝置等）的 結(jié)構(gòu)形式、尺寸、材料及相關(guān)技術(shù)要求等，并全部通過所繪制的液壓缸裝配圖和非標(biāo)準(zhǔn)零件工作圖反映這些內(nèi)容。 3.2液壓缸的類型及安裝方式選擇 液壓缸的輸入是液體的流量和壓力，輸出的是力和直線速

2、速，液壓缸的結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠性好，被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)各個(gè)部門。為了滿足各種不同類型機(jī)械的各種要求，液壓缸具有多種不同的類型。液壓缸可廣泛的分為通用型結(jié)構(gòu)和專用型結(jié)構(gòu)。而通用型結(jié)構(gòu)液壓缸有三種典型結(jié)構(gòu)形式： （1）拉桿型液壓缸 前、后端蓋與缸筒用四根（方形端蓋）或六根（圓形端蓋）拉桿來連接，前、后端蓋為正方形、長方形或圓形。缸筒可選用鋼管廠提供的高精度冷拔管，按行程長度所相應(yīng)的尺寸切割形成，一般內(nèi)表面不需加工（或只需作精加工）即能達(dá)到使用要求。前、后端蓋和活塞等主要零件均為通用件。因此，拉桿型液壓缸結(jié)構(gòu)簡單、拆裝簡便、零件通用化程度較高、制造成本較低、適于批量生產(chǎn)。但是，受到行程長度、

3、缸筒內(nèi)徑和額定壓力的限制。如果行程長度過長時(shí)，拉桿長度就相應(yīng)偏長，組裝時(shí)容易偏歪引起缸筒端部泄漏；如缸筒內(nèi)徑過大和額定壓力偏高時(shí)，因拉桿材料強(qiáng)度的要求，選取大直徑拉桿，但徑向尺寸不允許拉桿直徑過大。 （2）焊接型液壓缸 缸筒與后端蓋為焊接連接，缸筒與前端蓋連接有內(nèi)螺紋、內(nèi)卡環(huán)、外螺紋、外卡環(huán)、法蘭、鋼絲擋圈等多種形式。 焊接型液壓缸的特點(diǎn)是外形尺寸較小，能承受一定的沖擊負(fù)載和嚴(yán)酷的外界條件。但由于受到前端蓋與缸筒用螺紋、卡環(huán)或鋼絲擋圈等連接強(qiáng)度的制約缸筒內(nèi)徑不能太大和額定壓力不能太高。 焊接型液壓缸通常額定壓力、缸筒內(nèi)徑，在活塞桿和缸筒的加工條件許可下，允許最大行程。 （3）法蘭型液

4、壓缸 缸筒與前、后端蓋均為法蘭連接，而法蘭與缸筒有整體、焊接、螺紋等連接方式。法蘭型液壓缸的特點(diǎn)是額定壓力較高，缸筒內(nèi)徑大，外形尺寸大。適用于較嚴(yán)酷的沖擊負(fù)載和外界工作條件，又稱重載型液壓缸。 法蘭型液壓缸通常額定壓力、缸筒內(nèi)徑，在活塞桿和缸筒的加工條件許可下，允許最大行程。 由此可知，我們?cè)O(shè)計(jì)的液壓升降平臺(tái)車的液壓缸應(yīng)選擇（2）焊接型液壓缸比較合適。當(dāng)然對(duì)缸筒的連接還需根據(jù)具體情況具體分析確定 3.3液壓平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)與負(fù)載分析 液壓平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)方式主要是實(shí)現(xiàn)各個(gè)液壓缸的上升和下降，但在上升和下降過程中在起升階段會(huì)有一段的加速運(yùn)動(dòng)，等到加速到所要求的速度時(shí)，平臺(tái)將實(shí)現(xiàn)一段的勻速運(yùn)動(dòng)，

5、隨后減速停止。在整個(gè)運(yùn)動(dòng)的過程中，液壓升降平臺(tái)的外在負(fù)載主要由汽車的重力和平臺(tái)自身的自重組成。所以外在負(fù)載的大小相對(duì)來說是穩(wěn)定不變的。 3.4液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算與選取 汽車質(zhì)量 四個(gè)液壓柱中液壓缸的單缸最大升起的質(zhì)量 升降平臺(tái)的最大起升高度: 上升速度等于下降速度: 液壓平臺(tái)上升工況的最大負(fù)載 液壓缸的機(jī)械效率: 液壓缸的工作壓力由表3-1可知 表3-1不同負(fù)載條件下的工作壓力 負(fù)載F/KN <5 5~10 10~20 20~30 30~50 >50 工作壓力p/MPa <0.8~1 1.5~2 2.5~3 3~4 4~5 ≥5

6、 3.4.1液壓缸缸筒的設(shè)計(jì)和計(jì)算 1、液壓缸內(nèi)徑D的計(jì)算 由公式 （；；；） 解得。 根據(jù)表3-2可知，圓整成標(biāo)準(zhǔn)值后，得液壓缸內(nèi)徑D=80mm。 表3-2液壓缸內(nèi)徑尺寸系列mm（GB/T 2348-93） 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 （90） 100 （110） 125 （140） 160 （180） 200 （220） 250 （280） 320 （360） 400 （450） 500 2、缸筒壁厚和外徑計(jì)算 本設(shè)計(jì)的內(nèi)徑D為80mm,查液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)液壓缸的外徑D

7、1為95mm,缸壁的厚度為7.5mm。一般按正規(guī)的方法選取液壓缸壁厚都能滿足其強(qiáng)度，但為安全起見我們還要進(jìn)行校核。 由于D=80mm，外徑D1=95mm，則，可按第一強(qiáng)度理論，即按照薄壁圓筒的中徑公式計(jì)算，則有 式中 ---缸筒壁厚；　 ---缸筒內(nèi)徑；　　 ---缸筒試驗(yàn)壓力，液壓缸的額定壓力時(shí)的，額定壓力時(shí)的； ---材料許用應(yīng)力。 為材料的抗拉強(qiáng)度，n為安全系數(shù),,這里取。選用45號(hào)鋼，并且調(diào)質(zhì)，查閱《工程力學(xué)》劉靜香著可知４５號(hào)鋼的抗拉強(qiáng)度，現(xiàn)取，故： 由于液壓

8、缸的工作壓力,故取 所以 因?yàn)?.5mm>0.8mm，故強(qiáng)度足夠。 3.4.2活塞桿的設(shè)計(jì)與計(jì)算 活塞桿是液壓缸專遞動(dòng)力的主要零部件，它要承受拉力、壓力、彎力和震動(dòng)沖擊等多種作用，必須有足夠的強(qiáng)度和剛度。 1、活塞桿直徑的計(jì)算 根據(jù)活塞桿受力狀況來確定，一般為受拉力作用時(shí)，d=0.3～0.5D。 受壓力作用時(shí)： P＜5MPa時(shí)，d=0.5～0.55D 5MPa＜P＜7MPa時(shí)，d=0.6～0.7D P>7MPa時(shí)，d=0.7D 因?yàn)镻=1.5MPa，D=0.066858mm，故d=0.036771mm 根據(jù)下表可知活塞桿直徑d=40mm 表3-3活塞桿直徑系列m

9、m（GB/T 2348-93） 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 400 2、 活塞桿強(qiáng)度校核 （1）按強(qiáng)度條件校核 由公式 式中 d---活塞桿的直徑； F---活塞桿上的作用力； ---活塞桿材料許用應(yīng)力，，為材料的抗拉強(qiáng)度，為安全系數(shù)，一

10、般取。 由45號(hào)鋼的許用應(yīng)力， 得 ，而，故活塞桿強(qiáng)度符合要求。 （2） 按彎曲穩(wěn)定性校核 當(dāng)活塞桿全部伸出后，活塞桿外端到液壓缸支撐點(diǎn)之間的距離時(shí)，應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定性校核。 按材料力學(xué)理論，當(dāng)一根受壓直桿的軸向載荷超過臨界受壓載荷時(shí)，即可能失去原有直線狀態(tài)的平衡，稱為失穩(wěn)，其穩(wěn)定條件為 式中 ---液壓缸的最大推力； ---液壓缸的臨界受壓載荷； ---穩(wěn)定安全系數(shù)，一般取。 液壓缸臨界受壓載荷與活塞桿和缸體的材料、長度、剛度以及兩端支撐狀況有關(guān)。的相關(guān)計(jì)算如下： 由公式

11、 式中 ---活塞桿的計(jì)算長度； ---端點(diǎn)安裝形式系數(shù)，兩端固定，故； E---材料的彈性模量，鋼材的 ； J---活塞桿的橫截面轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，實(shí)心桿的。 而，， 故， 而（當(dāng)取4時(shí)）， 故活塞桿彎曲穩(wěn)定性符合要求。 3.4.3最小導(dǎo)向長度H的確定 當(dāng)活塞桿全部伸出時(shí)，從活塞支撐面中點(diǎn)到導(dǎo)向套滑動(dòng)面中點(diǎn)的距離稱為最小導(dǎo)向長度。如果導(dǎo)向長度過短。將使液壓缸因間隙引起的初始撓度增大，影響液壓缸的工作性能和穩(wěn)定性。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)必須保證液壓缸有一定的最小導(dǎo)向長度。對(duì)于一般液壓缸，最小導(dǎo)向長度應(yīng)滿足下式要求：

12、 式中 L---最大工作行程； D---缸筒內(nèi)徑。 液壓缸工作行程的確定： 升降液壓缸的最大升起高度為1.5m，依據(jù)表3-4選取液壓缸工作行程為：800mm。 表3-4液壓缸活塞行程參數(shù)系列mm（GB/T 2348-80） 25 50 80 100 125 160 200 250 320 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3200 4000 故L=0.8m,D=0.08m,代入公式 得： 活塞寬度B的計(jì)算： 取。 導(dǎo)向套滑動(dòng)面的長度A,由公式 由前面的數(shù)據(jù)可知，，故取 取。 中隔圈K的長度C: 由公式,得：。