單作用法蘭式液壓缸設(shè)計

題目 單作用法蘭式液壓缸設(shè)計目 錄第1章設(shè)計參數(shù)及工況分析31.1 主要設(shè)計參數(shù)31.2 工況分析3第2章液壓缸的設(shè)計計算52.1 液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d的計算52.1.1液壓缸內(nèi)徑D的計算52.1.2 活塞桿直徑d的計算62.2 液壓缸壁厚和外徑的計算62.3 液壓缸工作行程的確定72.4 缸蓋厚度的確定72.5 最小導(dǎo)向長度的確定72.6 缸體長度的確定82.7 法蘭的設(shè)計82.8 活塞的設(shè)計8第3章液壓缸的設(shè)計計算103.1 活塞桿的校核103.2 缸筒壁厚的校核113.3 法蘭螺栓組連接強度校核12第4章液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計134.1 液壓缸的安裝形式134.2 缸體與缸蓋的連接形式134.3 活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)134.4 活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)134.5 活塞及活塞桿處密封圈的選用144.6 液壓缸的緩沖裝置144.7 液壓缸主要零件的材料1416第1章 設(shè)計參數(shù)及工況分析1.1 主要設(shè)計參數(shù)最大輸出力：20000N；最大運行速度：0.12m/s；運動行程：0.42m（420mm）1.2 工況分析液壓缸所受負載F包括有效工作負載，摩擦阻力和慣性力三種類型，即式中有效工作負載，在本設(shè)計中即為題目給定的最大輸出力Fw=20000N；運動部件速度變化時的慣性負載；導(dǎo)軌摩擦阻力負載，啟動時為靜摩擦阻力，啟動后為動摩擦阻力，對于平導(dǎo)軌可由下式求得運動部件重力；垂直于導(dǎo)軌的工作負載，本設(shè)計中為零；導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，在本設(shè)計中取靜摩擦系數(shù)為0.2，動摩擦系數(shù)為0.1則求得 上式中為靜摩擦阻力，為動摩擦阻力。 式中m負載質(zhì)量、加速或減速時間，本次設(shè)計中??；時間內(nèi)的速度變化量,本次設(shè)計最大速度為0.12m/s,??；先取負載質(zhì)量為1000kg，故根據(jù)上述計算結(jié)果，列出個各工作階段所受的外負載：前進時最大負載 啟動加速F=+22960勻速移動+20980減速制動+- Fa19980第2章 液壓缸的設(shè)計計算2.1 液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d的計算2.1.1液壓缸內(nèi)徑D的計算由于啟動加速階段工作負載力最大，故按牛頓運動定律，pA-=ma 式中液壓缸有效工作面積(m2)。分配給執(zhí)行元件用于克服執(zhí)行元件外負載的壓力（MPa）,為局部損失和沿程損失之和，初步估算為0.5MPa.根據(jù)附表1 選擇工作壓力P=3.5Mpa附表1 按負載選擇執(zhí)行元件工作壓力負載F（N）<5000500010000100002000020000300003000050000>50000工作壓力P（MPa）<0.811.522.533445>57在本設(shè)計中，由此求得，活塞缸內(nèi)徑為根據(jù)附表2 缸筒內(nèi)徑尺寸系列GB2348-80（mm），將液壓缸內(nèi)徑圓整為標準系列直徑D=125mm；附表2 缸筒內(nèi)徑尺寸系列GB2348-80（mm）2.1.2 活塞桿直徑d的計算液壓缸內(nèi)徑與活塞桿直徑的關(guān)系。考慮到活塞桿受壓，且液壓缸工作壓力小于5MPa，根據(jù)附表3液壓缸工作壓力與活塞桿直徑，取。附表3 液壓缸工作壓力與活塞桿直徑液壓缸工作壓力p/MPa<557>7推薦活塞桿直徑d(0.50.55)D(0.560.6)D0.65D活塞桿直徑根據(jù)附表4 液壓缸的活塞桿外徑尺寸系列GB2348-80（mm），將液壓缸內(nèi)徑圓整為標準系列直徑d=70mm；附表4 液壓缸的活塞桿外徑尺寸系列GB2348-80（mm）由此求得液壓缸最大工作壓力根據(jù)附表5液壓缸公稱壓力系列（GB/T7938-1987），取液壓缸額定工作壓力為2.5MPa。附表5液壓缸公稱壓力系列（GB/T7938-1987）2.2 液壓缸壁厚和外徑的計算液壓缸的壁厚由液壓缸的強度條件來計算。工程機械的液壓缸，一般是用無縫鋼管材料，大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，其壁厚按薄壁圓筒公式計算式中液壓缸壁厚(m)； 液壓缸內(nèi)徑(m)； 試驗壓力，取最大工作壓力的1.5倍（MPa）； 缸筒材料的許用應(yīng)力。無縫鋼管45鋼。 液壓缸壁厚取液壓缸壁厚算出后，可求出缸體的外徑根據(jù)附表5 工程機械用標準油缸的缸體外徑(JBIO68-67)mm，將液壓缸缸體外徑圓整為標準系列直徑D1=152mm；附表5 工程機械用標準油缸的缸體外徑(JBIO68-67)mm2.3 液壓缸工作行程的確定根據(jù)題目給定運動行程0.42m，參照液壓缸行程系列選用工作行程為450mm。2.4 缸蓋厚度的確定一般液壓缸多為平底缸蓋，有孔時式中t缸蓋有效厚度(m)；缸蓋止口內(nèi)徑(m)；缸蓋孔的直徑(m)。 取缸蓋厚度為25mm。2.5 最小導(dǎo)向長度的確定活塞寬度，取值B=80mm。缸蓋滑動支承面的長度，在缸徑小于150mm時取隔套的長度2.6 缸體長度的確定液壓缸缸體內(nèi)部長度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長度還要考慮到兩短端蓋的厚度。一般液壓缸缸體長度不應(yīng)大于內(nèi)徑的20倍。因此取缸體長度為600mm。2.7 法蘭的設(shè)計法蘭承受的最大壓力為：F=22960N經(jīng)估算可以確定以下參數(shù)：=150mm、=25mm、b=10mm許用應(yīng)力在選取材料的時候給出：=100MPa將以上各量帶入式上式得到：h=38.65mm為保證安全，取法蘭厚度為40mm。2.8 活塞的設(shè)計1、活塞結(jié)構(gòu)的設(shè)計活塞分為整體式和組合式，組合式制作和使用比較復(fù)雜，所以在此選用組合式活塞。此組合式活塞中，密封環(huán)和導(dǎo)向套是分槽安裝的。2、活塞的尺寸及加工公差選擇活塞厚度為和缸筒內(nèi)徑形成間隙配合，因為缸體內(nèi)徑是125mm（這個在前面的活塞桿設(shè)計中已經(jīng)給出解釋），根據(jù)密封圈的尺寸及其結(jié)構(gòu)特點活塞寬度為80mm。活塞的配合因為使用了組合形式的密封器件，所以要求不高，這里不加敘述?；钊鈴綄?nèi)孔的同軸度公差不大于0.02mm，斷面與軸線的垂直度公差不大于0.04mm/100mm，外表面的圓度和圓柱度不大于外徑公差的一半。第3章 液壓缸的設(shè)計計算3.1 活塞桿的校核活塞桿直徑d，在高壓系統(tǒng)中必須進行強度校核?；钊麠U需要進行穩(wěn)定性的校核。1、 活塞桿直徑校核 活塞桿直徑的校核按下式進行式中F 活塞桿上的作用力；活塞桿材料的許用應(yīng)力，活塞桿直徑滿足要求。2、 活塞桿穩(wěn)定性的驗算活塞桿受軸向壓縮負載時，它所承受的軸向力不能超過使它保持穩(wěn)定工作所允許的臨界負載，以免發(fā)生縱向彎曲，破壞液壓缸的正常工作。的值與活塞桿材料性質(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)。活塞桿穩(wěn)定性的校核依下式（穩(wěn)定條件）進行： 式中：為安全系數(shù)，一般取。當(dāng)活塞桿的細長比時,當(dāng)活塞桿的細長比時，且，則 式中：安裝長度，其值與安裝方式有關(guān)；活塞桿截面最小回轉(zhuǎn)半徑，；柔性系數(shù)；由液壓缸支承方式?jīng)Q定的末端系數(shù)，其值見表3-1；活塞桿材料的彈性模量，對鋼??；活塞桿橫截面慣性矩；為活塞桿橫截面積；由材料強度決定的實驗值、為系數(shù)，具體數(shù)值均見表3-2?；钊麠U的細長比為73.3柔性系數(shù)取85，采用一端鉸接，一端固定的支承方式，末端系數(shù)取2所以，=120，采用拉金公式計算 安全系數(shù)取n=2 則 所以，活塞桿穩(wěn)定。3.2 缸筒壁厚的校核下面從以下三個方面進行缸筒壁厚的校核：根據(jù)上式得到：16.75MPa，顯然，額定油壓P=2.5MPa，滿足條件；先根據(jù)上式10得到：=14.35MPa，再將得到結(jié)果帶入上式9得到：5.02MPa。顯然，額定油壓P=2.5MPa，滿足條件；因為=100MPa已經(jīng)在選擇缸筒材料的時候給出，根據(jù)上式得到：=71.77MPa。至于耐壓試驗壓力應(yīng)為：=1.5P=3.75MPa。依據(jù)為：因為爆裂壓力遠大于耐壓試驗壓力，所以完全滿足條件。3.3 法蘭螺栓組連接強度校核本次設(shè)計中采用法蘭型聯(lián)接方式，根據(jù)所選液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸要求，選用6個M25螺栓呈圓周均布布置與閥體連接。閥體內(nèi)工作壓力P=2.5MPa，液壓缸活塞桿頭部伸入處閥體內(nèi)徑D=125mm。對該螺栓組連接進行受力分析，屬于典型承受預(yù)緊力和軸向載荷的的緊螺栓連接受力情況。液壓缸尾部螺栓組均勻分布，其每個螺栓承受的平均軸向工作載荷F：F=PD2/4z。式中F每個螺栓承受的平均軸向載荷，（N）；P調(diào)節(jié)閥閥體內(nèi)工作壓力，已知，P=2.5MPa；D液壓缸活塞桿頭部伸入處閥體內(nèi)徑，D=125mm。z螺栓數(shù)目。故F=PD2/4z=2.5x3.14X125X125/(4x8)=3833N當(dāng)承受預(yù)緊力和工作拉力的緊螺栓聯(lián)接時，此時螺栓所受的軸向總拉力F： F=F+F´式中F每個螺栓所受的軸向總載荷，（N）；F每個螺栓承受的平均軸向載荷，（N）；F´殘余預(yù)緊力F´。殘余預(yù)緊力F´，一般可參考以下經(jīng)驗數(shù)據(jù)來確定：對于氣缸、壓力容器等有緊密性要求的螺栓連接，取F´=（1.51.8）F。取F´=1.8，求得F´=1.8x3833=6899.4N。F=F+F´=3833+6899=10732N螺栓危險截面能夠承載的最大力為12296大于F，所以螺栓強度滿足要求。第4章 液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計4.1 液壓缸的安裝形式本次設(shè)計負載為直線運動，負載力不是很高，故采用液壓缸筒固定，活塞桿運動的尾部法蘭安裝方式，其特點為螺釘受力較小。4.2 缸體與缸蓋的連接形式本設(shè)計中選取法蘭連接的形式。法蘭連接的優(yōu)點：(1)結(jié)構(gòu)簡單、成本低(2)容易加工、便于裝拆(3)強度較大、能承受高壓。4.3 活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)有幾種常用的形式，分整體式結(jié)構(gòu)和組合式結(jié)構(gòu)。組合式結(jié)構(gòu)又分螺紋連接、半環(huán)連接和錐銷連接。1、整體式結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)簡單，適用于缸徑較小的液壓缸。2、螺紋連接：結(jié)構(gòu)簡單，在振動的工作條件下容易松動，必須用鎖緊裝置。應(yīng)用較多，如組合機床與工程機械上的液壓缸。3、半環(huán)連接：結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，不易松動，但會出現(xiàn)軸向間隙。多應(yīng)用在壓力高、負荷大、有振動的場合4、錐銷連接：結(jié)構(gòu)可靠，用錐銷連接銷孔必須配鉸，銷釘連接后必須鎖緊，多用于負荷較小的場合。綜合考慮選用螺紋連接的活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)。4.4 活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)，包括活塞桿與端蓋、導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)，以及密封、防塵和鎖緊裝置等。導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)可以做成端蓋整體式直接導(dǎo)向，也可以做成與端蓋分開的導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)。1、端蓋直接導(dǎo)向：(1)端蓋與活塞桿直接接觸導(dǎo)向，結(jié)構(gòu)簡單，但磨損后只能更換整個缸蓋(2)蓋與桿的密封常用O型，Y型等密封圈(3)防塵圈用無骨架的防塵圈。2、導(dǎo)向套導(dǎo)向：(1)導(dǎo)向套與活塞桿接觸支承導(dǎo)向，磨損后便于更換，導(dǎo)向套也可用耐磨材料(2)蓋與桿的密封常用Y型等密封裝置。密封可靠適用于中高壓液壓缸(3)防塵方式常用J型或三角形防塵裝置。由于密封圈的是選用O形圈的密封類型，常于O形圈配合導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)為端蓋直接導(dǎo)向，因此本設(shè)計選用端蓋直接導(dǎo)向的導(dǎo)向部分結(jié)構(gòu)。4.5 活塞及活塞桿處密封圈的選用由于本設(shè)計中液壓缸的工作壓力為2.5MPa，速度范圍<0.5m/s，因此選用缸體與缸蓋的密封形式選用O形圈的密封形式?；钊麠U與缸蓋，活塞與缸體的密封選用Y形圈的密封形式。4.6 液壓缸的緩沖裝置本設(shè)計中的液壓缸運動慣性不大、速度也不高，因此選用圓柱形環(huán)狀間隙式節(jié)流緩沖裝置。4.7 液壓缸主要零件的材料1、缸筒 無縫鋼管 45鋼無縫鋼管作缸體毛坯加工余量小，工藝性能好，生產(chǎn)準備周期斷，是與大批量生產(chǎn)，標準液壓缸大部分都采用無縫鋼管，一般常用調(diào)質(zhì)的45號鋼。2、活塞 鑄鐵HT200活塞常用材料灰鑄鐵，耐磨鑄鐵、35及40鋼和鋁合金等。缸徑較小的整體式活塞用35、45鋼，其他多用灰鑄鐵。3、活塞桿 45鋼活塞桿常使用35、45鋼等材料。對于沖擊震動很大的活塞桿，也可以使用55鋼。一般實心的活塞桿用35、45鋼。4、前缸蓋 35鋼缸蓋常用35、45鋼的短劍或鑄造毛坯，也可以使用鑄鐵材料。5、后缸蓋 鑄鐵HT2006、缸頭 45鋼7、導(dǎo)向套 QT500-7球墨鑄鐵