自卸汽車舉升機(jī)構(gòu)的機(jī)械及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

.摘要自卸汽車是利用發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)液壓舉升機(jī)構(gòu)，將貨箱傾斜一定角度從而達(dá)到自動(dòng)卸貨的目的，并依靠貨箱自重使其復(fù)位。因此，液壓舉升機(jī)構(gòu)是自卸汽車的重要工作系統(tǒng)之一，其結(jié)構(gòu)形式、性能好壞直接影響自卸汽車的使用性能和安全性能。本論文首先對自卸式汽車進(jìn)行了說明，同時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)需要對液壓系統(tǒng)進(jìn)行了簡要的闡述，并設(shè)計(jì)液壓舉升機(jī)構(gòu)及液壓系統(tǒng)。液壓缸是一種配置靈活、設(shè)計(jì)制造比較容易而應(yīng)用廣泛的液壓執(zhí)行元件。盡管液壓缸有系列化標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品和專用系列產(chǎn)品,但由于用戶對液壓機(jī)械的功能要求千差萬別,因而非標(biāo)準(zhǔn)液壓元件的設(shè)計(jì)是不可避免的。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容集中于自卸汽車液壓缸的機(jī)械結(jié)構(gòu)和液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，介紹了自卸汽車的整個(gè)工作原理以及舉升機(jī)構(gòu)的工作原理，按照設(shè)計(jì)的一般原則和步驟對液壓缸的機(jī)械結(jié)構(gòu)和液壓系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算，并對其附屬部件也進(jìn)行了合適的選擇。最終得到一整套符合要求的汽車自卸系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：自卸汽車，液壓缸機(jī)械設(shè)計(jì)，液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì).目錄1 緒論11.1 自卸汽車的作用11.2 自卸汽車的分類11.3 常見自卸汽車分類舉例21.4 自卸汽車的舉升機(jī)構(gòu)31.5 自卸汽車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)3 1.6 小結(jié)42 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)5 2.1 液壓概述5 2.1.1 液壓技術(shù)的發(fā)展52.1.2 液壓傳動(dòng)52.2 自卸汽車液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)62.2.1 液壓缸概述62.2.2 液壓系統(tǒng)原理圖72.2.3 液壓系統(tǒng)圖82.3 小結(jié)93 液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)10 3.1 液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)、原則和步驟113.1.1 設(shè)計(jì)依據(jù)113.1.2 設(shè)計(jì)的一般原則12 3.1.3 設(shè)計(jì)的一般步驟123.2 液壓缸基本結(jié)構(gòu)參數(shù)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 13 3.2.1 液壓缸的液壓力分析和額定壓力的選擇143.2.2 液壓缸內(nèi)徑和外徑16 3.2.3 活塞桿外徑（桿徑）17 3.2.4 液壓缸基本參數(shù)的校核18 3.3 液壓缸綜合結(jié)構(gòu)參數(shù)及安全系數(shù)的選擇 19 3.3.1 液壓缸綜合結(jié)構(gòu)參數(shù)19 3.3.2 安全系數(shù)的選擇19 3.4 液壓缸底座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)21 3.5 缸體設(shè)計(jì)與計(jì)算22 3.5.1 缸筒設(shè)計(jì)233.5.2 缸頭和油口設(shè)計(jì)26 3.6 活塞組件設(shè)計(jì)28 3.6.1 活塞桿設(shè)計(jì)28 3.6.2 活塞設(shè)計(jì)30 3.6.3 活塞與活塞桿的連接結(jié)構(gòu)31 3.7 缸蓋設(shè)計(jì)32 3.7.1缸蓋材料和技術(shù)要求32 3.7.2 缸蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)33 3.8 焊接強(qiáng)度及螺紋連接計(jì)算34 3.8.1焊接強(qiáng)度計(jì)算32 3.8.2缸蓋螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算352.9 小結(jié)354 液壓原件選擇364.1 液壓泵的確定364.2 閥類元件的確定37 4.2.1 選擇閥類元件應(yīng)注意的問題374.2.2 閥類元件的選擇384.3 油箱的選擇394.4 濾油器的選擇394.5 管路的選擇394.6 小結(jié)40設(shè)計(jì)小結(jié)41致 謝 辭42參考文獻(xiàn)44.1 緒論1.1 自卸汽車的作用 自卸車的出現(xiàn)是隨著時(shí)代的發(fā)展，搬運(yùn)工作已經(jīng)不是人力可以解決的情況下，使用高科技而開發(fā)的搬運(yùn)器械。自卸汽車又稱翻斗車(tipper，dump car)，它是依靠發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)液壓舉升機(jī)構(gòu)，將貨箱傾斜一定角度從而達(dá)到自動(dòng)卸貨的目的，并依靠貨箱自重使其復(fù)位的一種重要專用汽車。其最大優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了卸貨的機(jī)械化，從而提高卸貨效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約勞動(dòng)力。因此，幾十年來它在國內(nèi)外獲得迅速發(fā)展與普及，至今其保有量大約占專用汽車的25，并日趨完善，成為系列化多品種的產(chǎn)品。自卸汽車主要運(yùn)輸散裝并可散堆的貨物（如砂、石、土、垃圾、建材、煤、礦石、糧食和農(nóng)產(chǎn)品等），還可以運(yùn)輸成件的貨物；自卸汽車主要服務(wù)于建材場、礦山、工地等，一般是和裝載車、挖掘機(jī)進(jìn)行，挖、搬、卸三位一體的一條龍服務(wù)。在進(jìn)行大型工程的時(shí)候，都需要使用到自卸車。自卸車也需要定時(shí)定期的進(jìn)行維護(hù)，以免在作業(yè)過程中出現(xiàn)意外。自卸車在每次作業(yè)前，要進(jìn)行一次簡單的檢查，確保各個(gè)部件正常使用，首先要檢查車子的性能是否出現(xiàn)故障，檢查車子的車身是否出現(xiàn)不正常，車子檢查后就可以正常的進(jìn)行作業(yè)了。做好是一周進(jìn)行一次全身檢查，對車子的內(nèi)部和外部進(jìn)行一次檢查，一個(gè)月進(jìn)行一次維護(hù)，對車子的部件、性能進(jìn)行專業(yè)的測試，需要更換的部件需要及時(shí)更換。這樣不僅可以保證車子正常的工作，也可以延長車子的使用年限。自卸車是大型的器械，價(jià)格也是相當(dāng)昂貴的，所以要經(jīng)常的維護(hù)，確保車子的質(zhì)量問題，避免意外的發(fā)生 。1.2 自卸汽車的分類 自卸汽車的分類較多，一般按下述方法分類： 1） 按用途分類：公路運(yùn)輸?shù)钠胀ㄗ孕盾嚕环枪愤\(yùn)輸?shù)闹匦妥孕盾?；專用自卸汽車?公路運(yùn)輸?shù)钠胀ㄗ孕盾嚰摧p、中、重型（裝載質(zhì)量在220t）的普通自卸車，主要承擔(dān)沙石、泥土、煤炭等松散貨物運(yùn)輸，通常是與裝載機(jī)配套使用。 非公路運(yùn)輸?shù)闹匦停ㄑb載質(zhì)量在20t以上）的自卸汽車，即礦用自卸車。礦用自卸汽車是在礦山或大型工地使用的大噸位的自卸車；主要承擔(dān)大型礦山、水利工地等運(yùn)輸任務(wù)，通常是與挖掘機(jī)配套使用。它的長、寬、高以及軸荷等不受公路法規(guī)的限制，但它只能在礦山、工地上使用。專用自卸汽車是指具有專用車廂，以滿足所裝運(yùn)貨物的特性或特殊要求的自卸汽車；而一般用途的自卸汽車均為普通自卸車。某些自卸汽車是針對專門用途設(shè)計(jì)的，故稱專用自卸車，如擺臂式自動(dòng)裝卸車、自裝卸垃圾汽車等。 2） 按裝載質(zhì)量級別分類：輕型自卸車；中型自卸車；重型自卸車。 按我國規(guī)定，最大總質(zhì)量1.8t以上，6t及6t以下的為輕型自卸汽車；最大總質(zhì)量6t以上，14t及14t以下的為中型自卸汽車；最大總質(zhì)量大于14t的為重型自卸汽車。 3） 按傳動(dòng)類型分類：機(jī)械傳動(dòng)；液力機(jī)械傳動(dòng)；電傳動(dòng)。 中型以下自卸汽車多為機(jī)械傳動(dòng)，重型汽車為了改善其使用性能往往采用液力機(jī)械傳動(dòng)，而礦用超重型自卸汽車往往采用電力傳動(dòng)。 4） 按卸貨方式分類：后傾式；側(cè)傾式；三面傾卸式；底卸式；貨箱升高后傾式等。 后傾式自卸車的車廂向后翻傾卸貨。這類自卸汽車應(yīng)用廣泛。 側(cè)傾式自卸汽車的車廂向左或向右翻傾卸貨。這種自卸汽車適用于道路狹窄、卸貨方向交換困難的地方。其結(jié)構(gòu)較后傾式自卸汽車復(fù)雜，造價(jià)高，運(yùn)載量少，生產(chǎn)效率低，使用較少。也有單側(cè)傾斜的自卸汽車，其車廂只能向某一側(cè)翻傾。這種自卸汽車駛?cè)胴泩龅姆较蚝托敦浀奈恢镁艿较拗疲虼撕苌俨捎谩?三面傾卸式自卸汽車的車廂可以向左右兩側(cè)和向后三個(gè)方向翻傾卸貨。這種自卸汽車雖有三個(gè)方向卸貨的優(yōu)點(diǎn)，但其結(jié)構(gòu)較后傾式自卸汽車更復(fù)雜，整備質(zhì)量增大，裝載質(zhì)量減少，造價(jià)高，汽車運(yùn)輸發(fā)達(dá)國家使用量逐漸減少。 底卸式用于少數(shù)特殊場合。 貨箱升高后傾式適用于貨物堆集、變換貨位和往高處卸貨的場合。 5） 按傾卸機(jī)構(gòu)分類：直推式自卸車；杠桿舉升式自卸車。直推式又可細(xì)分為單缸式、雙缸式、多級式等。杠桿式又可細(xì)分為杠桿前置式、杠桿后置式、杠桿中置式等。 6） 按車廂結(jié)構(gòu)分類：按欄板結(jié)構(gòu)分一面開啟式、三面開啟式、與無后欄板式(簸箕式)；按底板橫斷面形狀分矩形式、船底式、弧底式。1.3 常見自卸汽車的分類舉例 常見自卸汽車的分類舉例如下： 1）東風(fēng)雙橋密封自卸車。是東風(fēng)雙橋自卸加裝密封蓋后的延伸車型。密封蓋展翼式開閉，在駕駛室內(nèi)電動(dòng)液壓控制，操作簡單方便，密封嚴(yán)格，是運(yùn)輸?shù)V產(chǎn)、沙石、垃圾等物料的首選車型。2）東風(fēng)3055自卸車。平頭帶臥駕駛室，廣西玉林135馬力柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，3t級前橋，8t級后橋。此車是應(yīng)市場需求2006年研發(fā)上市的新車型，媲美東風(fēng)五噸車的承載配置，實(shí)惠的價(jià)格及運(yùn)營費(fèi)用，造就極高的性價(jià)比，是中小城鎮(zhèn)建設(shè)主力軍。3）東風(fēng)五噸自卸車。尖頭單排駕駛室，玉柴143馬力歐二排放發(fā)動(dòng)機(jī)，直通加厚大梁，8t級后橋，為東風(fēng)五噸這種老款車型注入了新的活力。4）東風(fēng)工程車。平頭帶臥駕駛室，康明斯160馬力環(huán)保柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，加強(qiáng)大梁，9t級后橋，中噸位自卸車的代表車型之一。 5）東風(fēng)雙橋自卸車。平頭帶臥的駕駛室，康明斯210/230馬力的環(huán)保發(fā)動(dòng)機(jī)，雙10t級貫通后橋，中置前推液壓頂，此車是最暢銷的中大噸位自卸車。1.4 自卸汽車的舉升機(jī)構(gòu) 1) 直推式傾斜機(jī)構(gòu)（液壓舉升缸直接作用于車廂底架上） 2） 連桿式傾斜機(jī)構(gòu)（液壓舉升缸通過連桿機(jī)構(gòu)作用于車廂底架上能以較小的液壓缸行程實(shí)現(xiàn)車廂的傾翻）圖1-1 液壓舉升缸直接作用于車廂底架上 圖1-2 液壓舉升缸通過連桿機(jī)構(gòu)作用于車廂底架上1.5 自卸汽車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)普通自卸車一般是在載貨汽車二類底盤(當(dāng)載貨汽車拆除貨廂后便稱為二類底盤)的基礎(chǔ)上，經(jīng)變型設(shè)計(jì)而成。通常由底盤、動(dòng)力傳動(dòng)裝置、液壓傾卸機(jī)構(gòu)、副車架以及專用貨箱等主要部分組成?？傎|(zhì)量小于19t的普通自卸車，一般采用FR42式二類底盤，即發(fā)動(dòng)機(jī)前置后軸驅(qū)動(dòng)的布置形式?？傎|(zhì)量超過19t的自卸車多采用64或62的驅(qū)動(dòng)形式。舉升機(jī)構(gòu)的動(dòng)力傳動(dòng)裝置一般從變速器總成的頂部或側(cè)面安裝取力器輸出動(dòng)力。取力器直接帶動(dòng)油泵或通過傳動(dòng)軸帶動(dòng)油泵，從而產(chǎn)生液壓驅(qū)動(dòng)力。1.6 小結(jié)在進(jìn)入自卸汽車液壓缸結(jié)構(gòu)及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)正題前，了解一下與之密切相關(guān)的自卸汽車的作用、分類、結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)對以后的設(shè)計(jì)是有益的。自卸汽車的介紹為液壓缸及液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。.2 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 液壓概述2.1.1 液壓技術(shù)的發(fā)展液壓技術(shù)源于古老的水力學(xué)，它的發(fā)展是與流體力學(xué)的研究成果、工程材料、液壓介質(zhì)等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展緊密聯(lián)系的。液壓技術(shù)的迅速發(fā)展是在世紀(jì)中葉前后。目前已成為比較成熟的基礎(chǔ)學(xué)科。隨著近50年來的科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，液壓技術(shù)已成為包括傳動(dòng)、控制和檢測在內(nèi)，對現(xiàn)代機(jī)械裝備的技術(shù)進(jìn)步有重要影響的基礎(chǔ)技術(shù)和基礎(chǔ)學(xué)科；隨著近20年來的電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的迅速發(fā)展，液壓技術(shù)不僅是一種傳動(dòng)方式，更多地是作為一種控制手段，作為連接微電子技術(shù)和大功率控制對象之間的橋梁，成為現(xiàn)代控制工程中重要的、不可缺少的環(huán)節(jié)和手段。因而采用液壓傳動(dòng)的程度已成為衡量一個(gè)國家工業(yè)化水平的重要標(biāo)志，世界上各先進(jìn)國家都對液壓技術(shù)的發(fā)展給予了高度重視。當(dāng)前液壓技術(shù)向高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、高可靠性、高集成化方向發(fā)展并取得重大進(jìn)展，同時(shí)在完善比例控制、伺服控制、數(shù)字控制和機(jī)電一體化方向也取得了許多重大成果。新材料和新介質(zhì)方向的研究也為液壓技術(shù)的發(fā)展和完善提供了新的動(dòng)力。2.1.2 液壓傳動(dòng) 1）液壓傳動(dòng)概述傳動(dòng)的含義是能量（動(dòng)力）形式的轉(zhuǎn)換、傳遞和控制。液壓傳動(dòng)是以密閉在管路中的受壓液體（主要形式為液壓油）為工作介質(zhì)，進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換、傳遞、分配和控制的技術(shù)，稱之液壓傳動(dòng)或液壓技術(shù)。在這種傳動(dòng)方式中，由于能量形式的轉(zhuǎn)換和動(dòng)力傳遞是依靠密閉管中受壓液體容積變化完成的，又稱之容積式液壓傳動(dòng)或靜壓傳動(dòng)。 2）液壓系統(tǒng)的組成部分及作用由若干液壓元件和管路組成以完成一定動(dòng)作的整體稱液壓系統(tǒng)。如果液壓系統(tǒng)中含有伺服控制元件（如伺服閥和伺服變量泵）則稱液壓伺服（控制）系統(tǒng)。如果不使用或明確說明使用了伺服控制元件，則稱液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)功能不一、形式各異，無論是簡單的液壓千斤頂，還是其他的復(fù)雜的液壓系統(tǒng)，都包括如下部分（見圖2-1）。圖2-1 液壓系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換及構(gòu)成元件示意圖 （1） 動(dòng)力元件動(dòng)力元件又稱液壓泵，其作用是利用密封的容積變化，將原動(dòng)機(jī)(如內(nèi)燃機(jī)，電動(dòng)機(jī))的輸入機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ饕后w的壓力能（即液壓能），是液壓系統(tǒng)的能源(動(dòng)力)裝置。（2） 執(zhí)行元件將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置稱為執(zhí)行元件。它是與液壓泵作用相反的能量轉(zhuǎn)換裝置，是液壓缸和液壓馬達(dá)的總稱。前者是將液壓能轉(zhuǎn)成往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行元件，它輸出力和速度;后者是將液壓能轉(zhuǎn)換成連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行元件，它輸出扭矩和轉(zhuǎn)速。擺動(dòng)液壓馬達(dá)（習(xí)慣稱擺動(dòng)液壓缸）不可連續(xù)回轉(zhuǎn)，只能往復(fù)擺動(dòng)（擺動(dòng)角小于）。（3） 控制元件液壓系統(tǒng)中控制液體壓力、流量和流動(dòng)方向的元件，總稱為控制元件，通常稱為液壓控制閥，簡稱液壓閥，控制閥或閥。（4） 輔助元件輔助元件包括油箱、管道、管接頭、濾油器、蓄能器、加熱器、冷卻器等。它們雖然稱為輔助元件，但在液壓系統(tǒng)中是必不可少的。它們的功能是多方面的，各不相同。 （5） 工作介質(zhì)液壓系統(tǒng)中工作介質(zhì)為液體，通常是液壓油，它是能量的載體，也是液壓傳動(dòng)系統(tǒng)最本質(zhì)的組成部分。液壓系統(tǒng)沒有工作介質(zhì)也就不能構(gòu)成液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，其重要性不言而喻。2.2 自卸汽車液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.2.1 液壓缸概述自卸汽車是依靠發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)液壓舉升機(jī)構(gòu)，將貨箱傾斜一定角度從而達(dá)到自動(dòng)卸貨的目的，并依靠貨箱自重使其復(fù)位的一種重要專用汽車。根據(jù)自卸汽車的這一特點(diǎn)，自卸汽車的液壓缸可以設(shè)計(jì)成單活塞桿單作用式的。前端蓋為法蘭的焊接型液壓缸如圖2-1所示，這也是工程機(jī)械上常用的液壓缸，可以作為自卸汽車液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的參考圖。圖2-2的液壓缸額定工作較高，可達(dá)25MPa。 1缸底；2缸筒；3活塞；4、5、6、10密封圈；7活塞桿；8導(dǎo)向套；9前端蓋（法蘭）；11活塞鉸連組件。圖2-2 焊接型液壓缸2.2.2液壓系統(tǒng)原理圖 1）液壓缸控制回路液壓回路能量轉(zhuǎn)換圖2）液壓回路選擇（圖2-3）調(diào)速回路：系統(tǒng)分析采用節(jié)流調(diào)速，循環(huán)形式為開式。方向控制回路 ：本設(shè)計(jì)采用手控三位三通換向閥對油路進(jìn)行方向控制。節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，通常由定量泵供油，用溢流閥調(diào)節(jié)所需的壓力，并保持恒定 。油泵輸出的油液在換向閥內(nèi)部卸荷，本設(shè)計(jì)用三位三通換向閥的中位進(jìn)行卸荷。（a）換向閥換向回路圖 （b）溢流閥限壓回路 （c）換向閥中位置卸荷圖2-3 液壓回路2.2.3 液壓系統(tǒng)圖 利用液壓缸實(shí)現(xiàn)車廂的舉升、中停、下降過程三過程液壓系統(tǒng)圖如下各圖所示。各構(gòu)件的名稱為：1-單活塞桿液壓缸，2-節(jié)流閥，3-手動(dòng)換向閥，4-油箱，5-溢流閥，6-液壓泵，7-單向閥，8-過濾器 1）舉升時(shí)（圖2-4） 換向閥3處于舉升位置，油泵將高壓油通過單向閥7進(jìn)入油缸下腔，推動(dòng)活塞上升通過三角臂機(jī)構(gòu)使車廂后翻，直到活塞上的限位閥打開，油泵輸出的壓力油流回油箱，停止舉升，溢流閥可用來調(diào)節(jié)系統(tǒng)最大壓力。 2）中停時(shí)（圖2-5） 換向閥處于中停位置，油泵輸出的油液在換向閥內(nèi)部卸荷，無壓力，油缸內(nèi)油液無壓力，不能舉升油缸，同時(shí)油缸內(nèi)油液已封閉，所以自卸車處于中停，車廂靜止?fàn)顟B(tài)。 3）下降時(shí)（圖2-6）換向閥處于下降位置，油缸下腔油路與油箱相通，車廂在自重下，活塞下移。油缸下腔油液經(jīng)節(jié)流閥2留回油箱，下降速度可用節(jié)流閥調(diào)節(jié)，這個(gè)過程中可以讓油泵停止轉(zhuǎn)動(dòng)。 圖2-4 舉升時(shí)自卸汽車舉升機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)圖 圖2-5 中停時(shí)自卸汽車舉升機(jī)構(gòu)液壓系 統(tǒng)圖 圖2-6 下降時(shí)自卸汽車舉升機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)圖2.3 小結(jié) 本章確定了自卸汽車液壓系統(tǒng)，對液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也有重要的作用，是本次設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵就是確定各個(gè)回路，從而實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的功能。在該液壓系統(tǒng)中通過手動(dòng)換向閥實(shí)現(xiàn)液壓缸的三個(gè)工作位置，使自卸汽車順利完成工作任務(wù)。.3 液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)、原則和步驟3.1.1 設(shè)計(jì)的依據(jù)液壓缸與機(jī)器及機(jī)器上的機(jī)構(gòu)直接相聯(lián)系，對于不同的機(jī)構(gòu)，液壓缸的具體用途和工作性能也不同，因此設(shè)計(jì)之前，要進(jìn)行全面地分析和研究，收集必要的原始資料并加以整理作為設(shè)計(jì)的依據(jù)。1) 了解和掌握液壓缸在機(jī)器上的用途和工作要求滿足機(jī)構(gòu)的動(dòng)作要求和用途是設(shè)計(jì)液壓缸的主要目的。比如，液壓翻斗自卸汽車的液壓缸的作用是將翻斗（車廂）舉升成傾斜狀態(tài)，使所載的物料自動(dòng)卸掉，其回程可在翻斗（車廂）的重力作用下而完成。這種情況下的液壓缸可設(shè)計(jì)成單（活塞）桿單作用液壓缸，也可設(shè)計(jì)成柱塞缸。再如汽車起重機(jī)的吊臂液壓缸，為適應(yīng)不同的起吊高度要求和工作場地的轉(zhuǎn)換，其吊臂液壓缸必須采用伸縮式多級液壓缸，具體結(jié)構(gòu)形式可以是單作用的柱塞式多級液壓缸，或活塞式多縮液壓缸，或末級活塞式的多級液壓缸。2) 了解液壓缸工作環(huán)境條件工作環(huán)境條件不同，液壓缸的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)參數(shù)也不盡相同。比如用于采煤工作面液壓支架上的立（支）柱缸，工作條件惡劣，粉塵大，支護(hù)（工作）壓力變化大（負(fù)載變化大），要求立（支）柱缸絕對安全可靠，不允許有泄漏。針對這種工作條件，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮防塵措施；缸體和柱塞的強(qiáng)度和穩(wěn)定性要絕對可靠，安全系數(shù)就要取大些，密封性能要好。象精密外（內(nèi)）圓磨床用的液壓缸，工作環(huán)境比較清潔，負(fù)載穩(wěn)定并且較小，結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)參數(shù)就應(yīng)當(dāng)適應(yīng)它的工作條件。3) 了解外部負(fù)載情況主要指外部負(fù)載的質(zhì)量、幾何形狀、空間體積大小、運(yùn)動(dòng)軌跡、摩擦阻力及連接部位的連接形式等。例如液壓翻斗自卸汽車，液壓缸的外負(fù)載是翻斗（車廂）和所裝的貨物，翻斗（車廂）上升傾斜時(shí)，液壓缸的軸線發(fā)生擺動(dòng)，這就要求活塞桿頭部與翻斗（車廂）的連接采用耳環(huán)式或銷軸式，液壓缸底座與車身的安裝形式也要采用耳環(huán)式或耳軸式。4) 了解液壓缸運(yùn)動(dòng)形態(tài)及安裝約束條件包括了解液壓缸的最大行程、運(yùn)動(dòng)速度或時(shí)間、安裝空間所允許的外形尺寸及液壓缸的運(yùn)動(dòng)形式，例如液壓缸軸線固定或擺動(dòng)，作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)或往復(fù)擺動(dòng)，連續(xù)運(yùn)動(dòng)還是間歇周期運(yùn)動(dòng)，缸體運(yùn)動(dòng)或活塞桿運(yùn)動(dòng)。以作用力為主要要求的液壓缸與以運(yùn)動(dòng)速度或時(shí)間為主要要求的液壓缸，設(shè)計(jì)考慮的出發(fā)點(diǎn)也是不同的。5) 了解液壓系統(tǒng)的情況液壓缸的設(shè)計(jì)是液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一部分。設(shè)計(jì)已知液壓系統(tǒng)的液壓缸，應(yīng)了解液壓泵的工作壓力和流量大小，管路的通徑和布置情況，各種液壓閥的安裝和控制情況等。6) 了解有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)定和其它參考資料。借鑒已有的液壓缸的設(shè)計(jì)是十分必要的。3.1.2 設(shè)計(jì)的一般原則液壓缸設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意如下問題。1) 保證液壓缸的輸出力推力、拉力(或轉(zhuǎn)矩)、行程和往返運(yùn)動(dòng)速度滿足要求。液壓缸的工作壓力（輸出力的折算值）以液壓泵的額定工作壓力的為宜。2) 保證液壓缸的每個(gè)零件有足夠的強(qiáng)度、剛度和耐用性（壽命）。3) 在保證上述兩個(gè)條件的前提下，盡量減小液壓缸的外形尺寸和重(質(zhì))量。一般說來，在外負(fù)載一定的條件下，提高液壓缸的額定工作壓力可減小液壓缸的外形尺寸。4) 在保證液壓缸性能的前提下，盡量減少零件數(shù)量，簡化結(jié)構(gòu)。5) 盡量避免液壓缸承受橫（側(cè)）向負(fù)載和偏心負(fù)載，活塞桿工作時(shí)最好受拉力，以免產(chǎn)生縱向彎曲而引發(fā)穩(wěn)定問題。6) 液壓缸的安裝形式、活塞桿頭部與外負(fù)載的連接形式要合理，盡量減小活塞桿伸出后的有效安裝長度，避免產(chǎn)生“憋勁”現(xiàn)象，增加液壓缸的穩(wěn)定性。7) 密封部位的設(shè)計(jì)和密封件的選用要合理，保證性能可靠、泄漏量少、摩擦力小、壽命長、更換方便。密封部位的設(shè)計(jì)是保證液壓缸性能的重要一環(huán)，對所選用的密封件，應(yīng)使其壓縮量和壓縮率在合理范圍內(nèi)。8) 根據(jù)液壓缸的工作條件和具體情況設(shè)置適當(dāng)?shù)呐艢狻⒕彌_和防塵措施。在工作條件惡劣的情況下應(yīng)考慮活塞桿的防護(hù)措施。9) 各種零件的結(jié)構(gòu)形式和尺寸設(shè)計(jì)，應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)形式和規(guī)范系列尺寸，盡量選用標(biāo)準(zhǔn)件。10) 液壓缸應(yīng)做到成本低、制造容易、維修方便。3.1.3 設(shè)計(jì)的一般步驟不同類型、用途和結(jié)構(gòu)的液壓缸，設(shè)計(jì)內(nèi)容是不同的。由于液壓缸各參數(shù)之間往往具有內(nèi)在聯(lián)系，所以液壓缸的設(shè)計(jì)沒有硬性規(guī)定或統(tǒng)一的格式。一般情況下，應(yīng)根據(jù)已確定的工作條件和掌握的設(shè)計(jì)資料，靈活地選擇設(shè)計(jì)程序和步驟，反復(fù)推敲和計(jì)算，直到獲得滿意的設(shè)計(jì)結(jié)果。一般設(shè)計(jì)工作可參考下列步驟進(jìn)行。1） 根據(jù)設(shè)計(jì)依據(jù)和負(fù)載機(jī)構(gòu)的動(dòng)作要求，初步確定設(shè)計(jì)方案：缸體結(jié)構(gòu)形式、安裝方式、連接方式等。2） 在以輸出力為主的液壓缸設(shè)計(jì)中，根據(jù)負(fù)載和選定的額定（工作）壓力，確定缸筒內(nèi)徑（即活塞外徑）和活塞桿直徑。比較方便的方法是根據(jù)液壓計(jì)算的相關(guān)圖表或液壓缸性能參數(shù)表，由選定的額定（工作）壓力或負(fù)載確定和。和應(yīng)符合系列尺寸之規(guī)定，兩者是液壓缸設(shè)計(jì)的基本參數(shù)。3） 選擇缸筒材料，計(jì)算缸筒厚度或外徑。缸筒外徑要符合系列尺寸之規(guī)定。缸筒通常選擇冷撥或熱軋無縫鋼管，以節(jié)省加工費(fèi)用，特殊要求時(shí)選用鍛件或鑄件。有焊接要求時(shí)，選用焊接性能較好的號鋼或。無焊接要求時(shí)通?？蛇x用號鋼，有特殊要求的，可選用合金鋼。4） 選擇缸底和缸蓋的結(jié)構(gòu)形式，計(jì)算缸底厚度、缸筒與缸蓋的連接強(qiáng)度；確定具體安裝型式及結(jié)構(gòu)尺寸；確定缸筒上油口的位置、尺寸和連接形式。5） 活塞組件設(shè)計(jì)，包括活塞的寬度、密封和支承形式、與活塞桿的連接方式；活塞桿與負(fù)載的連接形式和尺寸；根據(jù)負(fù)載校核活塞桿的強(qiáng)度。根據(jù)行程、活塞寬度等確定活塞的長度。對于活塞桿直徑與液壓缸行程之比小于，即時(shí)，應(yīng)進(jìn)行活塞桿縱向彎曲強(qiáng)度校核及液壓缸穩(wěn)定性校核。僅承受拉負(fù)載的液壓缸可不作上述校核。6） 必要時(shí)設(shè)計(jì)緩沖和排氣裝置。當(dāng)液壓運(yùn)動(dòng)速度較高或運(yùn)動(dòng)部質(zhì)量較大時(shí)，為防止活塞在行程末端與缸蓋或缸底發(fā)生機(jī)械碰撞而引起沖擊或造成液壓缸及被驅(qū)動(dòng)件的損壞，必須設(shè)計(jì)緩沖裝置。液壓缸速度時(shí)不需要設(shè)計(jì)緩沖裝量。7） 審定全部設(shè)計(jì)資料及其他技術(shù)文件，對圖紙進(jìn)行修改和補(bǔ)充。8） 繪制液壓缸裝配圖和零件圖，編制技術(shù)文件。當(dāng)根據(jù)選擇的液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑進(jìn)行結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和校核，液壓缸設(shè)計(jì)的步驟也可簡單劃分為三個(gè)階段：基本性能參數(shù)的計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算和設(shè)計(jì)文件的編制。3.2 液壓缸基本結(jié)構(gòu)參數(shù)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)有：液壓缸的液壓力、液壓缸的額定壓力、液壓缸的內(nèi)徑（活塞外徑），缸筒外徑、活塞桿直徑d等。這些結(jié)構(gòu)型式、尺寸參數(shù)的選擇或確定的依據(jù)是液壓缸的負(fù)載力和運(yùn)動(dòng)速度，這些基本參數(shù)是設(shè)計(jì)或選用液壓缸時(shí)必須知曉的。 在以輸出力為主要要求的液壓缸設(shè)計(jì)中，性能參數(shù)（或性能參數(shù)）計(jì)算的第一步是進(jìn)行負(fù)載分析，選擇適當(dāng)?shù)念~定（設(shè)計(jì)）壓力和相匹配的液壓缸內(nèi)徑，以滿足負(fù)載要求；根據(jù)活塞桿伸出速度要求選擇液壓泵的供液流量；根據(jù)速比要求確定活塞桿直徑；再根據(jù)選擇的液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d進(jìn)行結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和校核。3.2.1 液壓缸的液壓力分析和額定壓力的選擇 1）液壓力分析 假定不計(jì)液壓缸回液腔壓力，液壓缸的液壓力有兩種形式，一是作用在活塞上的液壓力即推力；二是作用在活塞桿側(cè)環(huán)形面積上的液壓力即拉力。有些液壓缸主要做功力為推力，如自卸汽車的液壓缸，有些則是以拉力為主要做功力，如皮帶機(jī)液壓張緊裝置的張緊液壓缸。單活塞桿單作用液壓缸作伸出運(yùn)動(dòng)時(shí)的一般模型如圖3-1所示。 圖3-1 單活塞桿單作用液壓缸伸出運(yùn)動(dòng)模型液壓力計(jì)算式如下： （3-1）式中 作用在活塞上的液壓力（推力），；進(jìn)液腔壓力(產(chǎn)生推力時(shí)液壓缸無桿腔進(jìn)液），；活塞(無桿腔面積），,；有桿腔面積(活塞桿側(cè)環(huán)形面積），；液壓缸內(nèi)徑（活塞外徑），；活塞桿直徑，；由式（3-1）知，當(dāng)較大時(shí)，在負(fù)載相同的條件下，液壓缸所需的額定壓力較低；反之，則需要的額定壓力較高。一些在重載荷下工作的液壓機(jī)械，為減小液壓裝置的重量和體積，都趨向于采用高壓或超高壓，但過高的工作壓力就要對液壓缸強(qiáng)度、剛度、密封的可靠性及液壓泵的品質(zhì)提出更高的要求，反而提高了制造成本。國內(nèi)外對液壓缸的綜合經(jīng)濟(jì)性研究表明，以優(yōu)質(zhì)碳素鋼制造的液壓缸最佳工作壓力為。綜合經(jīng)濟(jì)性包括液壓缸重量與工作壓力的關(guān)系，液壓缸制造成本與工作壓力的關(guān)系。由于液壓缸設(shè)計(jì)是液壓系統(tǒng)的一部分，液壓缸的綜合經(jīng)濟(jì)性并不能保證整機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。另外，在一定的外負(fù)荷條件下，工作壓力較低則液壓缸的直徑較大，工作時(shí)有較多的油液通過，易于精確地控制流量，以獲得平穩(wěn)的低速運(yùn)動(dòng)。2） 額定壓力也稱公稱壓力，是液壓缸能以長期工作的壓力。國家標(biāo)準(zhǔn)（等效）規(guī)定了液壓缸的公稱壓力系列，見表3-1所列。液壓缸的實(shí)際工作壓力決定于負(fù)載，一般以為宜。選擇液壓缸的工作壓力可以采用類比的方法，參照其他同類機(jī)械設(shè)備的工作壓力，并按實(shí)際情況加以適當(dāng)調(diào)整，可參看表3-2和表3-3。表3-1 液壓缸的公稱壓力(GB7938-1987)1.0 1.62.54.06.310.016.025.031.540.0表3-2 各類液壓設(shè)備常用的設(shè)計(jì)壓力主機(jī)類型設(shè)計(jì)壓力機(jī)床精加機(jī)床如磨床）0.82半精加機(jī)床如組合機(jī)床）35龍門刨床28拉床810農(nóng)業(yè)機(jī)械、小型工程機(jī)械、工程機(jī)械輔助機(jī)構(gòu)1016液壓機(jī)、大中型挖掘機(jī)、中型機(jī)械、起重運(yùn)輸機(jī)械2032表3-3 根據(jù)負(fù)載選擇壓力負(fù)載/KN<551010202030305050設(shè)計(jì)壓力/MPa<0.811.522.53344550由已知推舉力為2t得，同時(shí)由于自卸汽車屬于小型工程機(jī)械，故由表3-2知液壓缸的工作壓力在1016MPa間選取。由表3-1查得液壓缸的公稱壓力。3.2.2 液壓缸內(nèi)徑和外徑 1) 缸筒內(nèi)徑（缸徑）對于推力負(fù)載的液壓缸，可根據(jù)下式計(jì)算缸筒內(nèi)徑并把它圓整到規(guī)定的系列尺寸： （3-2） （3-3） 式中 缸筒內(nèi)徑，； 推力負(fù)載（取最大負(fù)載值），；供液壓力（回液壓力為大氣壓），；液壓缸總效率； 機(jī)械效率（初算時(shí)可取）； 密封效率（活塞密封為彈性材料可?。?； 回油效率（排油直接回油箱可?。?，代入式 （3-2）得 （3-4）將 ,， 代入式（3-4）得 由表3-4所列，缸筒內(nèi)徑即活塞直徑（名義尺寸相同，公差不同），國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2348-1993（等效于ISO3320-1987）規(guī)定了液壓缸內(nèi)徑（缸徑）尺寸系列。 表3-4 液壓缸內(nèi)徑系列GB/T2348-1993/mm810121620253240506380（90）100110125140160（180）200（220）250280320360400450500注釋括號尺寸為非優(yōu)選系列綜上可知缸筒內(nèi)徑。2） 缸筒外徑 根據(jù)額定工作壓力及液壓缸內(nèi)徑選擇 所以，3.2.3 活塞桿外徑（桿徑）國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2348-1993（等效于ISO3320-1987）規(guī)定了液壓缸活塞桿外徑（桿徑）尺寸系列，見表3-5所列。表3-5 液壓缸活塞桿（桿徑）系列456810121416182022252832364045505660708090100110125140160180200220250280320360由前面敘述可以看出，除額定壓力與活塞外徑外，液壓缸基本參數(shù)還有一個(gè)即活塞桿直徑。的取值總是與活塞外徑的取值相聯(lián)系。這種聯(lián)系可用液壓缸速度比來表示。液壓缸速比可用活塞（桿）退回速度（有桿）腔供液與活塞（桿）伸出速度（無桿）腔供液表示為 得， （3-5）速比是在設(shè)計(jì)時(shí)要確定的參數(shù)之一。而的取值與工作壓力相關(guān)，一般來說，工作壓力小時(shí)可取較小的值，工作壓力高時(shí)可取較大的值，可參照表3-6確定之。表3-6 液壓缸速比與工作壓力的關(guān)系工作壓力/<1012.520>20速比1.331.46,22由于，故取。確定速度比的主要目的是為了計(jì)算活塞桿的直徑及考慮液壓缸是否要設(shè)計(jì)緩沖裝置。速度比不宜過大，過大時(shí)，雖然活塞桿直徑也較大，有利于穩(wěn)定性，但導(dǎo)致活塞桿側(cè)環(huán)形面積變小而引起壓力升高（拉力）時(shí)，同時(shí)也導(dǎo)致（回液）時(shí)速度升高，容易產(chǎn)生較大的背壓或引起壓力沖擊（無緩沖裝置）時(shí)。反之，速度比過小時(shí)，則導(dǎo)致活塞桿較細(xì)，對穩(wěn)定性不利。液壓缸速度比的取值應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)（等效于之規(guī)定）；根據(jù)式（3-5）和國家標(biāo)準(zhǔn)之規(guī)定計(jì)算的活塞桿直徑與液壓缸內(nèi)徑的關(guān)系如表3-7所列；在設(shè)計(jì)時(shí)，表3-7中的計(jì)算值應(yīng)圓整到國家標(biāo)準(zhǔn)（等效于規(guī)定）的活塞桿直徑尺寸系列值。表3-7 根據(jù)速度比計(jì)算的與的關(guān)系速度比值1.061.121.251.331.461.6122.5活塞桿直徑d0.24D0.36D0.45D0.5D0.56D0.62D0.7D0.77D由 查上表得，最后查國家標(biāo)準(zhǔn)定出?；钊麠U有實(shí)心式（整體式）和空心式（分體焊接式）兩種情況，一般情況下應(yīng)采用實(shí)心式?？招氖匠Ｓ糜谔厥庖蟮那闆r下（如伺服液壓缸中的活塞桿內(nèi)必須裝有傳感器）。為節(jié)約材料，有些文獻(xiàn)是推薦或時(shí)采用空心結(jié)構(gòu)，但會(huì)造成生產(chǎn)成本的增加。所以，該活塞桿做成實(shí)心式的。3.2.4 液壓缸基本參數(shù)的校核 1) 缸筒厚度強(qiáng)度校核 由于，得 當(dāng) 時(shí)， 校核公式： （3-6） 式中 缸筒厚度，； 最大工作壓力，； 液壓缸內(nèi)徑，； 缸體材料許用應(yīng)力， 安全系數(shù)，一般； 缸體材料抗拉強(qiáng)度，。綜合考慮選擇缸筒材料為，故將，代入式（3-6）得 所以，滿足條件 2）活塞桿直徑強(qiáng)度校核 校核公式如下： (3-7)式中 活塞桿直徑，； 外負(fù)載力，； 活塞桿材料許用應(yīng)力，； 安全系數(shù)，一般； 活塞桿材料抗拉強(qiáng)度，。綜合考慮選擇活塞桿材料為35號鋼，故將，代入式（3-7）得 所以，滿足條件3.3 液壓缸綜合結(jié)構(gòu)參數(shù)及安全系數(shù)的選擇3.3.1 液壓缸綜合結(jié)構(gòu)參數(shù)活塞外徑和活塞桿直徑是液壓缸的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)，除和外，液壓缸的結(jié)構(gòu)參數(shù)尚有活塞行程、缸體長度、活塞寬度B、活塞桿長度及活塞桿頭部及尾部的結(jié)構(gòu)型式及尺寸、導(dǎo)向距離、油口直徑及接口螺紋（或法蘭）尺寸。液壓缸的行程應(yīng)根據(jù)工作需要設(shè)定，為簡化制造工藝和節(jié)約制造成本，應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)化行程尺寸系列參數(shù)。為減小活塞桿伸出時(shí)與缸體軸線的偏斜，液壓缸應(yīng)有合理的導(dǎo)向長度。3.3.2 安全系數(shù)的選擇液壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)確定下來之后（最終定下來至少要反復(fù)一次）便可進(jìn)行結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)：零件的形狀、尺寸和加工要求、材料、連接方式并進(jìn)行強(qiáng)度校核，為做到設(shè)計(jì)合理化，這時(shí)涉及到安全系數(shù)的選擇。安全系數(shù)的選擇并沒有硬性規(guī)定，但必須在保證安全的條件下，盡量選擇較小的數(shù)值。安全系數(shù)過大，不僅造成不必要的浪費(fèi)，提高了成本，而且導(dǎo)致所設(shè)計(jì)的液壓缸外形尺寸大，重量也較大，常常不能適應(yīng)工作要求。但安全系數(shù)也不能取得太低，以免發(fā)生事故。影響液壓缸安全性因素多，可大致歸為五個(gè)方面：(1) 液壓沖擊。高壓或高速液壓缸急劇換向、液壓缸進(jìn)入緩沖行程瞬間、液壓缸運(yùn)行中突然制動(dòng)（或油路突然阻切斷），都會(huì)產(chǎn)生液壓沖擊。假設(shè)靜負(fù)荷時(shí)液壓沖擊因素所決定的安全系數(shù)為，那么有輕度液壓沖擊時(shí)安全系數(shù)取,較強(qiáng)液壓沖擊取安全系數(shù)，特強(qiáng)液壓沖擊安全系數(shù)可取。(2) 機(jī)械沖擊。液壓缸承受強(qiáng)的沖擊載荷(如鍛壓機(jī)或活塞活塞桿承受較大的慣性力負(fù)載)運(yùn)動(dòng)到行程末端時(shí)（無緩沖裝置），容易發(fā)生機(jī)械沖擊。輕度的機(jī)械沖擊安全系數(shù)可取，沖擊較大時(shí)安全系數(shù)可取。(3) 材料。液壓缸零件的材料是決定液壓缸安全系數(shù)的重要因素之一。脆性材料(如鑄鐵)承受沖擊的能力差，安全系數(shù)要取大一些，一般可取。塑料材料承受沖擊的能力優(yōu)于脆性材料，在斷裂之前要經(jīng)過塑性變形，安全系數(shù)可取低些，一般為。如果采用鍛造或冷擠壓的材料，安全系數(shù)可取更小些。液壓缸常用材料的安全系數(shù)及許用應(yīng)力可參看表3-8所列。表3-8 液壓缸常用材料的安全系數(shù)和許用應(yīng)力機(jī)械類型材料缸筒缸底平底）活塞桿n許用應(yīng)力n許用應(yīng)力n許用應(yīng)力工程機(jī)械碳鋼20碳鋼45鑄鋼352541051681201409011023195203注釋1. 此表根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料整理，僅供參考；2. 缸蓋的安全系數(shù)可參考缸底；3. 連接和緊固件安全系數(shù)為1.52.5。 (4) 其他因素。如液壓缸的工作溫度較低時(shí)，材料性質(zhì)變脆，在高溫下零件容易發(fā)生蠕變；液壓缸尺寸較大時(shí)，安全系數(shù)可小些，小型零件的安全系數(shù)要取大些；液壓缸承受偏心或橫向負(fù)載時(shí)安全系數(shù)要取大些等。(5) 不可預(yù)見的因素。除前面所列的影響液壓缸安全的因素外，液壓缸的破壞因素尚有許多不可預(yù)見的因素。由不可預(yù)見的因素決定的安全系數(shù)一般可取。上述的諸多因素也不一定對每一個(gè)零件都產(chǎn)生影響，這需要對每一個(gè)零件的工作情況作具體分析，但液壓缸的關(guān)鍵零件及連接部位的安全系數(shù)要取大些。液壓缸的綜合安全系數(shù)可按下式計(jì)算 式中 材料因素決定的安全系數(shù)（最重要）；機(jī)械沖擊因素決定的安全系數(shù)； 液壓沖擊因素決定的安全系數(shù)；不可預(yù)見的因素決定的安全系數(shù)；其它因素決定的安全系數(shù)3.4 液壓缸底座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖3-2所示的液壓缸底座是為底部鉸支安裝的液壓缸而設(shè)計(jì)的，相應(yīng)的尺寸見表3-9所列。它與缸筒為焊接連接，材料為焊接性能較好的。技術(shù)要求：（1）正火處理；（2）鑄件不得有裂紋、氣孔、夾渣等缺陷；（3）鑄造圓角R=35；（4）未注明倒角245。圖3-2 液壓缸底座3.5 缸體設(shè)計(jì)與計(jì)算 液壓缸的設(shè)計(jì)相對較簡單，但并不是輕而易舉的，而是一件細(xì)致的工作。如果白手起家設(shè)計(jì)一臺(tái)液壓缸，那也是相當(dāng)耗時(shí)和費(fèi)力的。尤其對第一次從事液壓元件設(shè)計(jì)的新手來說，最大的困難并不是理論計(jì)算，而是零件圖的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)：結(jié)構(gòu)形狀的構(gòu)思、配合精度等級的選擇、形位公差的確定、工藝要求和技術(shù)要求等。液壓缸設(shè)計(jì)是一個(gè)交叉設(shè)計(jì)過程，不是一次設(shè)計(jì)可以完成的，只有經(jīng)過多次反復(fù)才能最終確定下來。 對單活塞桿液壓缸來說，缸體通常由缸底（底蓋）、缸筒、缸頭（與前端蓋的連接部位）組成。缸體的結(jié)構(gòu)要根據(jù)安裝或工作要求確定。對于缸體軸線擺動(dòng)的液壓缸，可采用兩端鉸支安裝或中間耳軸支承安裝型式。兩端鉸支安裝或中間耳軸支承（鉸支）安裝的液壓缸，缸底通常為平底，與缸筒焊接連接。缸頭結(jié)構(gòu)形式有多種，不主張使用卡環(huán)式或螺紋式，建議使用法蘭式，以利于液壓缸的密封。對端部法蘭型液壓缸，缸頭采用焊接法蘭比較方便，特殊需要時(shí)，可將頭部墩粗，加工螺紋孔以安裝法蘭的前端蓋。對于耳軸安裝方式，一般應(yīng)將耳軸設(shè)置在液壓缸頭部位置，以利于液壓缸的穩(wěn)定。圖3-3為工程機(jī)械中常用的焊接式法蘭缸體，它與圖3-2所示的底座焊接在一起，則構(gòu)成了液壓缸完整的缸體組件。缸筒與頭部法蘭座材料為，油口為35號鋼。缸筒、頭部法蘭座、油口結(jié)構(gòu)及相應(yīng)尺寸見零件圖所示。有關(guān)配合精度等級可參照類似零件選擇之。序號名稱件數(shù)材料1缸筒12油口1353法蘭座1 圖3-3 法蘭式缸體3.5.1 缸筒設(shè)計(jì) 1）缸筒與缸蓋的連接形式缸體的結(jié)構(gòu)型式即缸筒與端蓋的連接方式，它與液壓缸的用途、工作壓力、使用環(huán)境及安裝要求等因素有關(guān)。端蓋分為前端蓋和后端蓋。前端蓋將活塞桿（柱塞）腔封閉，并起著為活塞桿導(dǎo)向、密封和防塵之作用。后端蓋即缸底將缸筒內(nèi)腔一端封閉，并通常起著將液壓缸與其他機(jī)件連接的作用。缸筒與端蓋常見的連接方式有八種：拉桿式、法蘭式、焊接式、內(nèi)螺紋和外螺紋式、內(nèi)卡環(huán)和外卡環(huán)式和鋼絲擋圈式，其中焊接式只適應(yīng)缸筒與后端蓋的連接。對于固定機(jī)械，若尺寸與質(zhì)量沒有特殊要求時(shí)，建議采用法蘭式連接，該連接方式結(jié)構(gòu)較簡單、易加工、易裝卸、使用廣泛，如圖3-3所示。故該液壓缸缸筒與缸蓋采用焊接法蘭式連接。圖3-4 缸筒與缸蓋法蘭式連接 2） 對缸筒的要求缸筒是液壓缸的主要零件，它與端蓋、活塞構(gòu)成密封容腔，用以容納壓力油液、驅(qū)動(dòng)負(fù)載而做功，因而對其有強(qiáng)度、剛度、密封等方面的要求。 (1) 要有足夠的強(qiáng)度，在長期承受額定工作壓力和短期動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)壓力下而不致產(chǎn)生永久變形。 (2) 要有足夠的剛度，能承受活塞側(cè)向力和安裝時(shí)的反作用力而不致產(chǎn)生彎曲。(3) 密封的可靠性。缸筒內(nèi)表面與活塞密封組件、支承環(huán)處的尺寸公差等級、形位公差精度設(shè)計(jì)要合理，既要保證可靠的密封要求，又要減小磨損。(4) 需要焊接的缸筒要有良好的可焊性，以便在焊接法蘭或缸底或接頭后不致于產(chǎn)生裂紋或過大的變形。以上要求靠缸筒材料的適當(dāng)選擇和設(shè)計(jì)制造時(shí)的合理工藝要求來保證。 3) 缸筒的材料選擇(1) 缸筒的毛坯普遍采用退火的冷拔或熱軋的無縫鋼管，市場上已有內(nèi)孔經(jīng)過珩磨或內(nèi)孔經(jīng)過精加工的半成品，只需按所要求的長度切割無縫鋼管，材料有、號鋼和合金鋼。 （2） 對于工作溫度低于的液壓缸缸筒，必須用或號鋼，且要作調(diào)質(zhì)處理。(3) 與缸蓋或法蘭焊接的缸筒，使用號鋼，機(jī)械預(yù)加工后再調(diào)質(zhì)。不與其他零件焊接的缸筒，使用調(diào)質(zhì)的號鋼。 （4） 缸壁較厚的缸筒，采用鑄鐵或鍛件，或用厚鋼板卷成筒形，焊接后退火，焊縫需用光射線或磁力探傷檢查。常用的材料有碳素鋼：、號等；普通低合金結(jié)構(gòu)鋼如、等；合金結(jié)構(gòu)鋼如、35CrMo-ALA等；不銹鋼如等；鋁合金：、等；鑄鋼如ZG230-450、ZG310-500等；防銹鋁合金如、等。 4) 缸筒加工的技術(shù)要求缸筒的技術(shù)要求高，工藝過程復(fù)雜，是液壓缸中最難加工的零件。缸筒的技術(shù)要求要合理，過高時(shí)將會(huì)導(dǎo)致制造成本的大幅提高，過低時(shí)又將影響液壓缸的工作性能和使用壽命。一般來說可分為如下幾個(gè)方面：(1) 缸筒內(nèi)徑公差等級和表面粗糙度缸筒與活塞一般采用基孔制的間隙配合?；钊捎孟鹉z、塑料、皮革材質(zhì)密封件時(shí)，缸筒內(nèi)孔可采用，公差等級，與活塞組成、等不同的間隙配合。缸筒內(nèi)孔粗糙度為。采用活塞環(huán)密封時(shí)，缸筒內(nèi)孔公差等級一般要取，與活塞組成、等不同的間隙配合，內(nèi)孔表面粗糙度為。 采用間隙密封時(shí)，缸筒內(nèi)孔公差等級一般取，與活塞組成的間隙配合，表面粗糙度為。 以上配合應(yīng)盡量不采用對的配合，因?yàn)樗锌赡艹霈F(xiàn)配合過緊的現(xiàn)象。 (2) 缸筒的形位公差(圖3-5)缸筒內(nèi)徑的圓度、錐度、圓柱度不大于內(nèi)徑公差之半；缸筒軸線的直線度誤差不大于，缸筒端面對軸線的圓跳動(dòng)不大于。 (a) 缸筒加工要求； (b) 安裝部位要求。圖3-5 缸筒的加工和安裝部位要求(3) 安裝部位的技術(shù)要求（圖3-5）缸筒端面和端蓋接合面對缸筒軸線的垂直度誤差不大于；安裝缸蓋的螺紋應(yīng)采用級精度的公制螺紋；采用耳環(huán)（軸）安裝時(shí)，耳環(huán)（軸）軸線對缸筒軸線的位置誤差不大于，垂直度誤差不大于；采用銷軸安裝時(shí)，位置誤差不大于，垂直度誤差不大于。(4) 其他技術(shù)要求（圖3-5）缸筒內(nèi)徑端部倒角，或倒以上的圓角，表面粗糙度不低于，以免裝配時(shí)損傷密封件。缸筒端部需要焊接時(shí)，缸筒內(nèi)部工作表面到焊縫的距離不得小于。熱處理調(diào)質(zhì)硬度。為防腐蝕和提高壽命，缸筒內(nèi)孔鍍鉻厚度，然后進(jìn)行研磨式拋光。需要在缸筒上焊接法蘭、油口、排氣閥座時(shí)，都必須在半精加工之前進(jìn)行，以免精加工后焊接而引起內(nèi)孔變形。缸筒外表面涂油漆。 5） 缸筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(見零件圖) 技術(shù)要求：除及其面外，其余焊后加工圖3-6 缸筒3.5.3 缸頭和油口設(shè)計(jì)1） 油口設(shè)計(jì)液壓缸進(jìn)出油口如圖3-7所示，油口的設(shè)計(jì)涉及的問題有：油口尺寸、位置尺寸、與外界的連接方式。油口的對外連接方式多為普通的細(xì)牙螺紋，液壓缸油口連接螺紋應(yīng)符合GB/T2878-1993之規(guī)定，見表3-9所示。該液壓缸油口油口通常開設(shè)在缸筒上，其結(jié)構(gòu)及尺寸見零件圖所示。 （a）進(jìn)油口 （b）出油口 圖3-7 油口表3-9 液壓缸油口連接螺紋GB/T2878-1993）/mmM50.8M81M101M121.5M141.5M161.5M181.5M201.5M221.5M272M332M422M502M602油口多采用螺紋連接，推薦使用快速管接頭，安裝拆卸方便。油口開設(shè)在缸筒上時(shí)，要加焊凸臺(tái)，增加螺紋長度；管接頭處要注意加密封圈。2） 缸筒頭部設(shè)計(jì) 缸筒頭部即缸筒與前端蓋的連接處結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖3-7所示；其機(jī)構(gòu)尺寸見零件圖。 技術(shù)要求：（1）采用鑄鋼件時(shí)需正火處理；（2）鑄件不得有裂紋、氣孔、夾渣等缺陷；（3）2及面焊后加工。圖3-8 法蘭座3.6 活塞組件設(shè)計(jì) 除非有特殊要求或說明，一般通常默認(rèn)活塞組件是液壓缸的直接做功元件?；钊M件的主體是活塞與活塞桿。除此之外，還有活塞支承環(huán)和密封件、活塞與活塞桿的密封件、活塞桿與活塞的連接件及活塞桿頭部連接件、活塞桿的導(dǎo)向環(huán)與密封件及防塵圈（三者都在液壓缸的端蓋中）。3.6.1 活塞桿設(shè)計(jì) 1）活塞桿的材料和技術(shù)要求