《雙作用單桿活塞缸液壓缸課程設(shè)計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《雙作用單桿活塞缸液壓缸課程設(shè)計（17頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、液壓與氣動技術(shù)課程設(shè)計 設(shè)計題目： 雙作用單桿活塞缸液壓缸姓 名： 劉沖 專 業(yè)： 液 壓 與 氣 動 技 術(shù) 班 級： 10G411班 學(xué) 號： 10號 指導(dǎo)教師： 郝春玲 目 錄單活塞液壓缸簡介-2設(shè)計題目-7液壓缸的選型-7液壓缸主要參數(shù)的計算 液壓缸主要性能參數(shù)-7 缸筒內(nèi)徑（缸徑）計算-7 缸壁壁厚的計算-7 流量的計算-8 底部厚度計算-9 最小導(dǎo)向長度的確定-9主要零部件設(shè)計與校核 缸筒的設(shè)計-10 缸筒端蓋螺紋連接的強度計算-11 缸筒和缸體焊縫連接強度的計算-11 活塞設(shè)計-12 活塞的密封-13 活塞桿桿體的選擇-13 活塞桿強度的校核-13 液壓缸穩(wěn)定性校核-14 活塞桿
2、的導(dǎo)向、密封和防塵-14單活塞液壓缸簡介：單活塞桿液壓缸只有一端有活塞桿。如圖所示是一種單活塞液壓缸。其兩端進(jìn)出口油口A和B都可通壓力油或回油，以實現(xiàn)雙向運動，故又稱為雙作用缸。液壓缸是將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的、做直線往復(fù)運動（或擺動運動）的液壓執(zhí)行元件。它結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠。用它來實現(xiàn)往復(fù)運動時，可免去減速裝置，并且沒有傳動間隙，運動平穩(wěn)，因此在各種機(jī)械的液壓系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用?；靖拍睿簡螚U液壓缸是活塞的一側(cè)有活塞桿的液壓缸?；钊揭簤焊?雙桿液壓缸 液壓缸固定實心雙桿：空間位置為有效行程的三倍。 活塞桿固定空心雙桿：空間位置為有效行程的兩倍。 2. 單桿液壓缸 （1）無桿腔進(jìn)油，有桿腔回油
3、。 （2）有桿腔進(jìn)油，無桿腔回油。 （3）差動連接左右兩腔接通，且都通壓力油。知識拓展其他液壓缸：1.增力缸 2.增壓缸 3.伸縮缸，由兩個或多個活塞缸套裝而成，它的前一級活塞缸的活塞是后一級活塞缸的缸筒。 4.齒條液壓缸 5.定位缸液壓缸簡介液壓缸的組成：1缸體組件 螺栓聯(lián)接、螺釘聯(lián)接、半環(huán)聯(lián)接、焊接、鋼絲擋圈聯(lián)接、拉桿聯(lián)接 液壓缸剖面圖12活塞組件 螺母開口銷、焊接、半環(huán)套環(huán)、半環(huán)、卡簧、雙螺母 3. 密封裝置 （1） 間隙密封（2）活塞環(huán)密封（3）橡膠圈密封 4. 緩沖裝置 （1） 間隙緩沖（2）可變節(jié)流緩沖（3）可調(diào)節(jié)流緩沖 5排氣裝置 （1） 排氣塞（2）排氣閥 液壓缸的靜態(tài)特征1.
4、推力和運動速度 實際推力和速度由于摩擦損失和油液泄漏損失的影響，要比計算值小些。 2.容積效率、機(jī)械效率和總效率 液壓缸的設(shè)計設(shè)計的依據(jù)及注意事項 依據(jù)： （1）設(shè)備的用途工件條件。 （2）工作機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點、負(fù)載情況、速度要求、行程大小和動作要求。 （3）液壓系統(tǒng)所選定的工作壓力。 （4）材料、配件和加工工藝的現(xiàn)狀。 （5）有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范等。 設(shè)計時應(yīng)注意的幾個問題： （1）在保證設(shè)計要求的前提下，盡量使結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、尺寸小，采用標(biāo)準(zhǔn)形式和標(biāo)準(zhǔn)件，使設(shè)計、制造容易，裝配、調(diào)整、維護(hù)方便。 （2）應(yīng)盡量使活塞桿在多拉狀態(tài)下承受最大負(fù)載，在多壓狀態(tài)下具有良好的縱向穩(wěn)定性。 （3）在確定
5、與設(shè)備的固定形式時，必須考慮缸體受熱后的伸長問題，為此，缸體只應(yīng)在一端固定，而讓另一端能自由伸縮。 設(shè)計步驟 （1）選擇液壓缸的類型和各部分的結(jié)構(gòu)形式。 （2）確定基本參數(shù)：P、D、d。 （3）結(jié)構(gòu)計算與驗算：包括缸筒壁厚、外徑、端蓋的強度計算，活塞桿強度和穩(wěn)定性驗算，以及各部分連接結(jié)構(gòu)的強度計算。 （4）導(dǎo)向、密封、緩沖、排氣及防塵裝置設(shè)計。 （5）整理設(shè)計計算書，繪制裝配圖和零件圖。 基本參數(shù)的確定 1工作壓力 根據(jù)工況要求、加工條件及液壓元件來源等因素綜合考慮。 2D、 d的確定。 雙作用單桿活塞式液壓缸：1、雙作用單桿活塞式液壓缸 , 是液壓系統(tǒng)中作往復(fù)運動的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。具有結(jié)構(gòu)簡單，工
6、作可靠，裝拆方便，易于維修，且連接方式多樣等特點。適用于工程機(jī)械，礦山機(jī)械，起重運輸機(jī)械，冶金機(jī)械及其它機(jī)械。 2、 輕型拉桿式液壓缸是我公司吸收日本最新技術(shù)開發(fā)的產(chǎn)品。廣泛用于近年來的各種大型工程項目。該產(chǎn)品與日本 JIS8354-1985 標(biāo)準(zhǔn)安裝型式尺寸完全互換使用，其結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕、安裝形式多樣，并容易變換、易裝易拆，配件及維修方便，具有輕量化、適用化、高可靠性特點。其廣泛用于紡織、塑料、冶金、化工、礦山、行走機(jī)械等行業(yè)。 3、高壓液壓缸適用于各種工業(yè)部門中，如冶金、礦山、起重、運輸、船舶、鍛壓、鑄造、機(jī)床、煤炭、石油、化工、科研、軍工等。密封件、導(dǎo)向件全部國產(chǎn)化，或按用戶要求采用進(jìn)
7、口元件。 可根據(jù)用戶的要求，設(shè)計和制造本系列的特殊派生產(chǎn)品。 4、車輛液壓缸使用于公稱壓力為 8 14MPa ，周圍介質(zhì)溫度 -20 +80 的工程機(jī)械、起重運輸、礦山設(shè)備及其它車輛的液壓傳動。 單桿液壓缸常見故障及修復(fù)工藝單桿液壓缸在使用過程中常由于密封件磨損、缸筒磨損、內(nèi)壁劃傷、內(nèi)壁腐蝕、活塞或活塞桿劃傷等造成故障，液壓設(shè)備執(zhí)行元件涂壓缸的密封性能直接影響到設(shè)備的性能，尤其是較大的液壓缸在其密封性受損后，修復(fù)或更換零部件比較困難且成本較高。 傳統(tǒng)的修復(fù)方法是將損壞的部件進(jìn)行拆卸后外協(xié)修復(fù)，或是進(jìn)行刷鍍及表面的整體刮研，但修復(fù)周期長，修復(fù)費用高。針對上述問題，當(dāng)代最新維修方法是采用高分子復(fù)合
8、材料，應(yīng)用最多的有美國美嘉華應(yīng)用技術(shù)在現(xiàn)場進(jìn)行劃傷尺寸的恢復(fù)修復(fù)。其材料優(yōu)異的附著力和良好的抗壓能力，不但能夠滿足上述的工況要求下的生產(chǎn)使用要求，而且操作工藝簡單易行，既無熱影響，涂層厚度又不受限制。同時涂層本身具有的優(yōu)越的耐油耐腐蝕性能及自潤滑功能，確保了修復(fù)后的耐磨性能，保證了企業(yè)的正常生產(chǎn)，避免了設(shè)備部件的損壞加劇。 修復(fù)工藝如下： 1、表面處理：首先清洗和打磨，用脫脂棉蘸丙酮或無水乙醇將將劃傷部位清洗干凈后進(jìn)行打磨。（若不先清洗而直接進(jìn)行打磨，會使油污浸入缸體，造成粘接不牢，甚至脫落。打磨時先將擠傷部位高出基準(zhǔn)面的部分打磨至基準(zhǔn)面以下，以防止柱塞的再劃傷，再用什錦銼將劃傷溝槽內(nèi)的油污、
9、異物剔出，最后用旋轉(zhuǎn)銼將整個劃傷面打毛。） 清洗和加溫干燥，對已打磨好的劃傷面用丙酮擦試干凈。然后用熱風(fēng)機(jī)或碘鎢燈將水分烤干，同時也對待修復(fù)表面進(jìn)行預(yù)熱，尤其在室溫低于15的情況下，必須對待修復(fù)表面進(jìn)行預(yù)熱。 2、調(diào)和材料：嚴(yán)格按照比例進(jìn)行調(diào)和，并攪拌均勻，直到?jīng)]有色差。 3、涂抹材料：將調(diào)和均勻的2211F涂抹到劃傷表面；第一層要薄，要均勻且全部覆蓋劃傷面，以確保材料與金屬表面最好的粘接，再將材料涂至整個修復(fù)部位后反復(fù)按壓，確保材料填實并達(dá)到所需厚度，使之比缸筒內(nèi)壁表面略高。 4、固化：材料在24下完全達(dá)到各項性能需要24小時，為了節(jié)省時間，可以通過鹵鎢燈提高溫度，溫度每提升11，固化時間就
10、會縮短一半，最佳固化溫度70。 5、材料固化后，用細(xì)磨石或刮刀，將高出表面的材料修復(fù)平整，施工完畢。-參考來至“百度百科”一.設(shè)計題目 雙作用單桿活塞式液壓缸設(shè)計主要設(shè)計參數(shù)： 系統(tǒng)額定工作壓力：p= 16（Mpa） 驅(qū)動的外負(fù)載：F =50（KN) 液壓缸的速度比：=1.33 液壓缸最大行程：L =640 (mm) 液壓缸最大伸出速度：=4 (m/min) 液壓缸最大退回速度：vt =5.32(m/min) 缸蓋連接方式：螺紋連接 液壓缸安裝方式：底座安裝 緩沖型式：桿頭緩沖二.液壓缸的選型液壓缸是液壓裝置中將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，實現(xiàn)直線往復(fù)運動或擺動往復(fù)運動的執(zhí)行元件。按本課題設(shè)計要求，選
11、取主要用于各種工程機(jī)械、起重機(jī)械及礦山機(jī)械等的液壓系統(tǒng)的雙作用單桿活塞缸液壓缸。三.液壓缸主要參數(shù)的計算 1、液壓缸主要性能參數(shù)： 額定壓力：根據(jù)設(shè)計要求，其額定壓力為16MPa，即P=16MPa。 最高允許壓力Pmax：也是動態(tài)實驗壓力，是液壓缸在瞬間所能承受的極限壓力。 Pmax1.5P=25MPa 活塞行程：根據(jù)設(shè)計要求，其行程為640mm. 液壓缸最大退回速度(m/min)2、缸筒內(nèi)徑（缸徑）計算 根據(jù)液壓缸的供油壓力和負(fù)載，缸筒內(nèi)徑D可按下列公式初步計算：液壓缸負(fù)載為推力： 式中：F為液壓缸實際使用推力，單位為N 為液壓缸的負(fù)載率，一般取=0.50.7 為液壓缸的總效率，一般取=0.
12、70.9 P為液壓缸的供油壓力，一般為系統(tǒng)壓力。根據(jù)題目要求，取F為30kN，為0.65，為0.8，P為16Mpa并代入公式 則 又依據(jù)手冊（GB2348-80)對其進(jìn)行圓整，取D=90mm。3、缸壁壁厚的計算 先暫取/D=0.08-0.3,即則可按下列公式計算 式中：D為缸筒內(nèi)徑（m） 為缸筒的最高允許壓力（MPa）為缸筒材料的許用應(yīng)力（MPa）由于采用無縫鋼管做缸筒（見結(jié)構(gòu)設(shè)計部分），查手冊有=100-110MPa,取=110MPa，代入上面公式則由結(jié)果可知在所假設(shè)的范圍內(nèi)圓整，取為12mm?；钊麠U直徑的計算活塞桿的直徑可以根據(jù)速比來確定，公式如下：速比=1.33算得d=44.83mm依照
13、手冊（GB2348-80)進(jìn)行圓整，故取活塞桿直徑d=50mm。4、流量的計算 液壓缸流量根據(jù)下式計算：設(shè)計要求中給定了活塞的平均速度：當(dāng)活塞桿外推時=4m/min而活塞的面積：= 容積效率：取=1根據(jù)公式得到活塞桿外推時的流量：=L/min因為只使用外推方向，所以回程方向的流量從略。5、底部厚度計算為避免活塞與缸的直接接觸而發(fā)生碰撞，故加上緩沖裝置，由設(shè)計要求緩沖形式為桿頭緩沖。故缸筒底部結(jié)構(gòu)形式如下：缸筒底部為平面，其厚度可以按照嵌住的圓盤強度公式進(jìn)行近似的計算： 式中：為缸筒底部厚度（mm） D0為計算厚度處的直徑（mm） P為液壓缸的額定壓力（Mpa） 為缸筒底部材料的許用應(yīng)力在本設(shè)計
14、中,參照活塞直徑和缸筒內(nèi)徑，取 為70mm,已知= =110Mpa,代入數(shù)字進(jìn)行計算,可得 進(jìn)行圓整，取為12mm.缸筒和缸底的連接采用焊接形式。6、最小導(dǎo)向長度的確定 當(dāng)活塞桿全部外伸時，從活塞支承面中點到缸蓋滑動支承面中點的距離 H稱為最小導(dǎo)向長度（見圖）。 如果導(dǎo)向長度過小，將使液壓缸的初始撓度（間隙引起的撓度）增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設(shè)計時必須保證有一定的最小導(dǎo)向長度。對一般的液壓缸，最小導(dǎo)向長度 H應(yīng)滿足以下要求 H L/20D/2 式中L 液壓缸的最大行程； D 液壓缸的內(nèi)徑。故確定液壓缸的導(dǎo)向長度H= 活塞的寬度B一般取B（0610）D故確定活塞寬度B=0.6X90=54m
15、m缸蓋滑動支承面的長度 當(dāng)D80 mm時，取（0.610）d。故確定缸蓋滑動支承面的長度=0.6X50=30mm為保證最小導(dǎo)向長度 H，若過分增大和 B都是不適宜的，在缸蓋與活塞之間增加一隔套 K來增加H的值。隔套的長度 C由最小導(dǎo)向長度H決定，即 CH（B）/2=35mm四、主要零部件設(shè)計與校核1、缸筒的設(shè)計 缸筒的結(jié)構(gòu)與端蓋的連接形式、液壓缸的用途、工作壓力、使用環(huán)境以及安裝要求等因素有關(guān)。端蓋分為前端蓋和后端蓋。前端蓋將液壓缸的活塞杠（柱塞）腔封閉，并起這位活塞桿導(dǎo)向、防塵和密封的作用。后端蓋將缸筒內(nèi)腔一端封閉，并常常起著將液壓缸與其他機(jī)構(gòu)件連接的作用。缸筒與端蓋的連接選用內(nèi)螺紋形式，該
16、形式體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊。缸筒材料缸筒的材料，一般要求有足夠的強度和沖擊韌性。目前，普遍采用的缸筒的材料是熱軋或冷拔無縫鋼管。由于缸壁較薄，鋼筒直徑較小，故采用冷拔無縫鋼管，采用通用材料為45鋼。查表可以得到：缸筒材料的屈服強度=360MP；缸筒材料的抗拉強度=610MP；現(xiàn)在利用屈服強度來引申出：選取安全系數(shù)n=3.6，則缸筒材料的許用應(yīng)力=/n=360/3.2=110MPa。缸筒壁厚驗算液壓缸的額定壓力 式中：為缸筒外徑且：=D+2（mm） D為缸筒內(nèi)徑（mm）D為90mm，D1為115mm，將數(shù)值代入公式可得而題目所給，符合要求。2、缸筒端蓋螺紋連接的強度計算： 連接形式如右圖： 螺
17、紋處的拉應(yīng)力為：剪切應(yīng)力為：式中為螺紋外徑，取缸筒外徑的接近值，即=110mm；為螺紋內(nèi)徑取內(nèi)徑值為106mm；為螺紋內(nèi)摩擦系數(shù)，取0.12；K為螺紋預(yù)緊系數(shù)，取1.5；為液壓缸最大推力，即為則根據(jù)合成應(yīng)力和強度經(jīng)驗公式：則所以缸筒螺紋連接的強度滿足要求。3、缸筒和缸體焊縫連接強度的計算 缸體對焊縫的應(yīng)力要求查手冊有采用T422焊條，則取為0.7，為1200MPa，為100mm。則所以缸筒和缸體焊縫連接強度滿足要求。缸筒的加工要求：缸筒的加工可按照下圖進(jìn)行： 缸筒的加工要求缸筒內(nèi)徑可選用H7配合。內(nèi)徑表面粗糙度Ra=0.4m。內(nèi)徑圓度和圓柱度均選取九級精度。缸筒端面T的垂直度選取七級精度。為防
18、止腐蝕，缸筒內(nèi)表面鍍鉻，厚度為3040m，鍍后拋光。4、活塞設(shè)計活塞的材料由于缸徑較小，故選用45鋼?；钊Y(jié)構(gòu)的設(shè)計 活塞根據(jù)壓力、速度、溫度等工作條件來選用密封件的型式，而選定的密封件型式?jīng)Q定了活塞的結(jié)構(gòu)型式。 常見的活塞結(jié)構(gòu)型式分活塞分為整體式和組合式，組合式制作和使用比較復(fù)雜，又因密封件的安裝要求不是很高，而且缸徑較小，故采用整體式活塞的結(jié)構(gòu)型式，其密封件和導(dǎo)向環(huán)分槽安裝。形式如下圖： 活塞的寬度一般由密封件、導(dǎo)向環(huán)的安裝溝槽尺寸來決定，本課題，依據(jù)結(jié)構(gòu)要求與密封件與導(dǎo)向件的結(jié)構(gòu)，取活塞寬度B為50mm5、活塞的密封活塞的密封選用準(zhǔn)則取決于壓力、速度、溫度和工作介質(zhì)等因素。選用應(yīng)用廣泛的
19、O型密封圈，由于工作壓力大于10MPa，為防止密封圈被擠入間隙而損壞，故選用為副密封件為聚四氟乙烯（PTFE）的擋圈與主密封件組合在一起使用。這種組合式密封圈顯著地提高了密封性能，降低了摩擦阻力，無爬行現(xiàn)象，具有良好的動態(tài)及靜態(tài)密封性，耐磨損，使用壽命長、安裝溝槽簡單、裝坼方便?；钊麠U的設(shè)計6、活塞桿桿體的選擇活塞桿的桿體分為實心桿和空心桿。空心桿多用于d/D比值較大或桿體內(nèi)有位置傳感器等場合。而實心桿加工簡單，采用較多， 故選用實心桿。活塞桿的外端是液壓缸用以與負(fù)載連接的部位，可根據(jù)液壓缸的安裝連接形式有多種結(jié)構(gòu)形式。本課題因液壓缸垂直安裝且活塞桿下端要裝壓板，為方便連接，活塞桿外端采用外螺
20、紋（帶肩）形式。其外螺紋根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB2350-80可選取M451.5。活塞桿材料1、因為沒有特殊要求，所以選用45號鋼作為活塞桿的材料，本次設(shè)計中活塞桿只承受壓應(yīng)力，所以不用調(diào)制處理，但進(jìn)行淬火處理是必要的，淬火深度可以在0.51mm左右。2、安裝活塞的軸頸和外圓的同軸度公差不大于0.01mm，保證活塞桿外圓和活塞外圓的同軸度，避免活塞與缸筒、活塞桿和導(dǎo)向的卡滯現(xiàn)象。安裝活塞的軸間端面與活塞桿軸線的垂直度公差不大于0.04mm/100mm，保證活塞安裝不產(chǎn)生歪斜。3、活塞桿外圓粗糙度選擇為0.34、因為是運行在低載荷情況下，所以省去了表面處理。7、活塞桿強度的校核 由設(shè)計要求有液壓缸最大行
21、程L=640mm 已設(shè)計活塞桿直徑為d=50mm查手冊有校核公式為則而活塞桿的最小直徑為45mm所以活塞桿滿足強度要求8、液壓缸穩(wěn)定性校核： 假設(shè)液壓缸只承受軸向載荷，則它所承受的力F不能超過使它保持穩(wěn)定工作所允許的臨界負(fù)載,以免發(fā)生縱向彎曲，破壞液壓缸正常工作。的值與活塞桿的材料性質(zhì)、截面形狀、直徑和長度以及液壓缸的安裝方式等因素有關(guān)。校核公式為：（式中為安全系數(shù)，取3）查相關(guān)手冊別結(jié)合以設(shè)計數(shù)據(jù)，取=則所以液壓缸的穩(wěn)定性滿足要求。9、活塞桿的導(dǎo)向、密封和防塵1、導(dǎo)向環(huán)在液壓缸的前端蓋內(nèi)，有對活塞桿導(dǎo)向的內(nèi)孔,在這對內(nèi)孔中裝導(dǎo)向環(huán)。本設(shè)計選擇非金屬導(dǎo)向環(huán)，用高強度塑料制成，這種導(dǎo)向環(huán)的優(yōu)點是
22、摩擦阻力小、耐磨、使用壽命長、裝導(dǎo)向環(huán)的溝槽加工簡單，并且磨損后導(dǎo)向環(huán)易于更換。3、防塵使用DH防塵圈，材料是聚氨酯，既有防塵作用，又有潤滑作用。4、 緩沖裝置 由設(shè)計要求選擇的緩沖裝置為桿頭緩沖，緩沖由桿頭和缸底部端蓋共同作用。5、 排氣裝置 液壓缸為雙作用，故需要兩個排氣孔，分別設(shè)置在缸的兩端。均取M16的排氣閥，具體尺寸見裝配圖。液壓缸的安裝由設(shè)計要求有安裝方式為底座安裝，查相關(guān)手冊，選具體安裝方式為底面腳架安裝，安裝圖形如下。致謝本學(xué)期我獨立完成了雙作用單桿活塞缸液壓缸的設(shè)計，通過本次設(shè)計的鍛煉，使我從中受益匪淺。了解到作為一名合格的設(shè)計人員實屬不易。不僅需要具備較為全面的專業(yè)素質(zhì)，還
23、要具備吃苦耐勞，敢于創(chuàng)新等優(yōu)秀品質(zhì)。 在本次設(shè)計的過程中，我得到了很大提升。在設(shè)計能力上有了很大提高。借助老師和圖書館的幫助，我的設(shè)計比較順利的完成，由于缺乏經(jīng)驗，設(shè)計并不是很完善。在設(shè)計過程中也反映出很多問題，首先是設(shè)計經(jīng)驗十分不足，對于實際液壓零件的要求和性能不甚了解，對于設(shè)計人員遵循的設(shè)計流程也不熟悉。另外本次設(shè)計的圖紙繪制主要基于AutoCAD，在此過程中也多次遇到技術(shù)難題，使用制圖軟件不夠熟練，日后我一定會好好學(xué)習(xí)，加強個人能力的培養(yǎng)。本次課程設(shè)計為我提供了一次難得的機(jī)會，是一次對自己本學(xué)期所學(xué)知識的匯總。本著認(rèn)真、科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)和提升自我的態(tài)度，在老師的細(xì)心指導(dǎo)下完成了設(shè)計任務(wù)。相信在本次設(shè)計中所積累的經(jīng)驗和成果會在以后的工作中派上用場。- 16 -
雙作用單桿活塞缸液壓缸課程設(shè)計
