雙作用單桿活塞式液壓缸畢業(yè)論文

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1、 目 錄 設計題目 ---------------------------------------------------------------------------2 液壓缸的選型 ---------------------------------------------------------------------2 液壓缸主要參數(shù)的計算 液壓缸主要性能參數(shù) -----------------------------------------------------2 缸筒內(nèi)徑（缸徑

2、）計算 --------------------------------------------------2 缸壁壁厚的計算 ------------------------------------------------------------2 流量的計算 ------------------------------------------------------------------3 底部厚度計算 ---------------------------------------------------------------4 最小導向長度的確定 -----

3、-------------------------------------------------4 主要零部件設計與校核 缸筒的設計 ------------------------------------------------------------------5 缸筒端蓋螺紋連接的強度計算 -----------------------------------------6 缸筒和缸體焊縫連接強度的計算 --------------------------------------6 活塞設計 --------------------------------

4、--------------------------------------7 活塞的密封 -------------------------------------------------------------------8 活塞桿桿體的選擇 ----------------------------------------------------------8 活塞桿強度的校核 ----------------------------------------------------------8 液壓缸穩(wěn)定性校核 --------------------------

5、--------------------------------9 活塞桿的導向、密封和防塵 ---------------------------------------------9 致謝 -----------------------------------------------------------------------------10 參考文獻 ------------------------- 一 .設計題目 雙作用單桿活塞式液壓缸設計 主要設計參數(shù)： 系統(tǒng)額定工作壓力： p= 25（ Mpa） 驅(qū)動的外負載： F =50（KN)

6、 液壓缸的速度比：λ=1.33 液壓缸最大行程： L =640 (mm) 液壓缸最大伸出速度：λ =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)換為機械能， 實現(xiàn)直線往復運動或擺動往復 運動的執(zhí)行元件。 按本課題設計要求， 選取主要用于各種工程機械、 起重機械及礦山機械等的液壓系統(tǒng)的雙作用單桿活塞缸液壓缸。 三 .主液壓缸主要參數(shù)的計算 1、液壓缸主要性能參數(shù)： 額定壓

7、力：根據(jù)設計要求，其額定壓力為 25MPa，即 P=25MPa。 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。 Pmax≤1.5P=37.5MPa 活塞行程：根據(jù)設計要求，其行程為 800mm. 液壓缸最大退回速度 vt v 1.33 4 5.32 (m/min) 2、主液壓缸缸筒內(nèi)徑（缸徑）計算 根據(jù)液壓缸的供油壓力和負載，缸筒內(nèi)徑 D 可按下列公式初步計算： 液壓缸負載為推力： D 4 F1 ( m ) P 式中： F為液壓缸實際使用推力，單位為 N P為液壓缸的供油壓力，一般為系統(tǒng)壓力。 根據(jù)

8、題目要求，取 F為30kN， 為0.65， 為0.8，P為16Mpa并代入公式 則 4 315 103 1000 400.6(mm) D 25 106 又依據(jù)手冊（ GB2348-80)對其進行圓整，取 D=400mm。 3、缸壁壁厚的計算 先暫取 /D=0.08--0.3,即 (7.2,27) 則可按下列公式計算 pmax D (mm) 2[ ] 式中： D為缸筒內(nèi)徑（ m） pm ax 為缸筒的最高允許壓力（ MPa） [ ] 為缸筒材料的許用應力（ MPa） 由于采用無縫鋼管做缸筒（見結(jié)構(gòu)

9、設計部分） ，查手冊有 [ ] =100--110MPa, 取 [ ] =110MPa，代入上面公式 37.5 0.4 則 57(mm) 2 110 由結(jié)果可知在所假設的范圍內(nèi)圓整，取為 60mm。 活塞桿直徑的計算 2 4R回 2 4 600 103 d主D P 0.4 3.14 25 1060.2536m 253.6mm 根據(jù) GB/T2346-1993，取標準 d 頂 =250mm 。 1、頂出液壓缸主要性能參數(shù) ： 額定壓力：根據(jù)設計要求，其額定壓

10、力為 25MPa，即 P=25MPa。 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。Pmax≤1.5P=37.5MPa 活塞行程：根據(jù)設計要求，其行程為 800mm. 液壓缸最大退回速度 vtv 1.33 4 5.32 (m/min) 2、主液壓缸缸筒內(nèi)徑（缸徑）計算 根據(jù)液壓缸的供油壓力和負載，缸筒內(nèi)徑 D 可按下列公式初步計算： 液壓缸負載為推力： D 4 F1 ( m ) P 式中： F為液壓缸實際使用推力，單位為 N 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，

11、取 F為30kN， 為0.65， 為0.8，P為16Mpa并代入公式 則 D 4 400 103 1000 143(mm) 25 106 又依據(jù)手冊（ GB2348-80)對其進行圓整，取 D=140mm。 3、缸壁壁厚的計算 先暫取 /D=0.08--0.3,即 (7.2,27) 則可按下列公式計算 pmax D (mm) 2[ ] 式中： D為缸筒內(nèi)徑（ m） pm ax 為缸筒的最高允許壓力（ MPa） [ ] 為缸筒材料的許用應力（ MPa） 由于采用無縫鋼管做缸筒（見結(jié)構(gòu)

12、設計部分） ，查手冊有σ=100--110MPa,取σ σ =110M Pa，代 入 上面 公式 則 由 結(jié)果可知在所假設的范圍內(nèi)圓整，取為 27mm。 活塞桿直徑的計算 4R回 3 d主D 2 0.1424 250 10 0.083m 83mm P 3.14 25 106 根據(jù) GB/T2346-1993，取標準 d 頂 =80mm 4、流量的計算 液壓缸流量根據(jù)下式計算： 設計要求中給定了活塞的平均速度：

13、 當活塞桿外推時 vm =2.4m/min 而活塞的面積： A1 = D 2 /4 0.1256m2 容積效率：取 v =1 根據(jù)公式得到活塞桿外推時的流量： q1 = A1 V 快 0.1256 2.4 60 10 3 0.301 L/min V 1 因為只使用外推方向，所以回程方向的流量從略。 5、最小導向長度的確定 當活塞桿全部外伸時，從活塞支承面中點到缸蓋滑動支承面中點的距離 H 稱為最小導向長度。 如果導向長度過小，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，因此設計時

14、必須保證有一定的最小導向長度。 對一般的液壓缸，最小導向長度 H應滿足以下要求 H ≥ L/20 ＋D/2 式中 L ———液壓缸的最大行程； D ———液壓缸的內(nèi)徑。 800 400 240mm 故確定液壓缸的導向長度 H= 20 2 活塞的寬度 B一般取 B＝（ 0．6～1． 0） D  37.5 0.1 2 110 故確定活塞寬度 B=0.7X400=280mm 缸蓋滑動支承面的長度 l1 當 D＞80 mm

15、時，取 l1 ＝（ 0.6～1． 0） d。 故確定缸蓋滑動支承面的長度 l1 =0.6X50=30mm 為保證最小導向長度 H ，若過分增大 l1 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由最小導向長度 H 決定，即 C＝H －（ l1 ＋B）/2=35mm 四、主要零部件設計與校核 1、缸筒的設計 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，并起這位活塞桿導向、 防塵和密封的作用。 后端蓋將缸筒內(nèi)腔

16、一端封閉，并常常起著將液壓缸與其他機構(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  s =484MP； 缸筒材料的抗拉強度 b =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力 [ ]= s /n=484

17、/4=121MPa 。 缸筒壁厚驗算 液壓缸的額定壓力 ( D12 D 2 ) p (MPa ) D12 式中： D1為缸筒外徑且： D 1=D+2 δ（mm） D為缸筒內(nèi)徑（ mm） D為400mm，D1 為454mm，將數(shù)值代入公式可得 p 121 106 [454 2 400 2 ] 27 10 6 Pa 454 2 而題目所給 p 25MPa 27 MPa ，符合要求。 2、活塞設計 活塞的材料 由于缸徑較小，故選用 45 鋼。 活塞結(jié)構(gòu)的設計

18、 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，其密封件和導向環(huán)分槽安裝。 形式如下圖： 活塞的寬度一般由密封件、 導向環(huán)的安裝溝槽尺寸來決定， 本課題，依據(jù)結(jié)構(gòu)要求與密封件與導向件的結(jié)構(gòu)，取活塞寬度 B 為 280mm 5、活塞的密封 活塞的密封選用準則取決于壓力、

19、 速度、溫度和工作介質(zhì)等因素。 選用應用廣泛的 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?？招臈U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載連接的部位， 可根據(jù)液壓缸

20、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紋（帶肩）形式。其外螺紋根據(jù)國家標準 GB2350-80 可選取 M45 1.5。 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，本次設計中活塞桿只承受壓應力， 所以不用調(diào)制處理， 但進行淬火處理是必要的， 淬火深度可以在 0.5—1mm 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

21、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 Ra 選擇為 0.3 m 4、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 由設計要求有液壓缸最大行程 L=640mm 已設計活塞桿直徑為 d=50mm 查手冊有校核公式為 d  4F 則 4 902 25 / 4 110 42.9mm 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： 假設液壓缸只承受軸向載荷， 則它

22、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載 F k ,以免發(fā)生縱向彎曲，破壞液壓缸正常工作。 F k 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： F Fk （式中 nk 為安全系數(shù)，取 3） nk 查相關(guān)手冊別結(jié)合以設計數(shù)據(jù)，取 F k = Pmax .A 則 Fk 25 902 / 4 53KN F 50KN nk 3 所以液壓缸的穩(wěn)定性滿足要求。 9、活塞桿的導向、密封和防塵 1、導向環(huán) 在液壓缸的前端蓋內(nèi)，有對

23、活塞桿導向的內(nèi)孔 ,在這對內(nèi)孔中裝導向環(huán)。本設計選擇非金屬導向環(huán)，用高強度塑料制成，這種導向環(huán)的優(yōu)點是摩擦阻力小、耐磨、使用壽命長、裝導向環(huán)的溝槽加工簡單，并且磨損后導向環(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。

24、 致謝 本學期我獨立完成了雙作用單桿活塞缸液壓缸的設計，通過本次設計的鍛 煉，使我從中受益匪淺。 了解到作為一名合格的設計人員實屬不易。 不僅需要具備較為全面的專業(yè)素質(zhì)，還要具備吃苦耐勞，敢于創(chuàng)新等優(yōu)秀品質(zhì)。 在本次設計的過程中， 我得到了很大提升。 在設計能力上有了很大提高。 借助老師和圖書館的幫助， 我的設計比較順利的完成， 由于缺乏經(jīng)驗， 設計并不是很完善。 在設計過程中也反映出很多問題， 首先是設計經(jīng)驗十分不足， 對于

25、實際液壓零件的要求和性能不甚了解， 對于設計人員遵循的設計流程也不熟悉。 另外本次設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習，加強個人能力的培養(yǎng)。 本次課程設計為我提供了一次難得的機會， 是一次對自己本學期所學知識的匯總。本著認真、科學、嚴謹和提升自我的態(tài)度，在老師的細心指導下完成了設計任務。相信在本次設計中所積累的經(jīng)驗和成果會在以后的工作中派上用場。 參考文獻 1、陳奎生，《液壓與氣壓傳動傳動》 ，武漢理工大學出版社， 2001.8 2、成大先 .機械設計手冊（單行本 .液壓傳動） .北京：化學工業(yè)出版社 3、宋學義 .袖珍液壓氣動手冊 .北京：機械工業(yè)出版社， 1995 4、雷天覺 .新編液壓工程手冊 .北京：北京理工大學出版社， 5、成大先 . 機械設計手冊 (第三版 ). 北京 : 化學工業(yè)出版社 . 1997 6、機械設計手冊 [M]. 化學工業(yè)出版社 . 1982.