柱塞式液壓缸設(shè)計(jì)計(jì)算說明書

1、1.1 已知數(shù)據(jù)：推力載荷： 150KN行程： 150mm速度： 1mm/sec安裝方式：后法蘭1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容及完成的工作量1）根據(jù)給定要求完成裝配圖和所有非標(biāo)零件圖2）完成全部零件三維實(shí)體造型，并進(jìn)行裝配3）完成標(biāo)準(zhǔn)件的計(jì)算選型4）完成非標(biāo)零件精度設(shè)計(jì)5）編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書一份6）原動機(jī)經(jīng)聯(lián)軸器驅(qū)動泵類負(fù)載.二、液壓缸主要幾何尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算2.1 液壓缸工作壓力的確定在液壓系統(tǒng)中，為了便于液壓元件和管路的設(shè)計(jì)選用，往往將壓力分級2.1 壓力分級級別低壓中壓中高壓高壓超高壓壓力范圍（ MPa）02.5 88161632322.52.2 液壓缸的公稱壓力系列（ GB2346-80）（ bar

2、）254063（80）100（125）160200250315400500630800依據(jù)表 2.2 所規(guī)定的公稱壓力系列，計(jì)算或選擇的柱塞缸的公稱壓力為315bar=31.5MPa2.2 柱塞桿直徑的確定由柱塞式液壓缸柱塞外伸時(shí)的推力公式：F1PA1106得：A1F110 6P式中：F1 液壓缸的推力，這里為液壓缸載荷(N)P工作壓力（ Mpa）A1 柱塞桿的作用面積（m2 ）A1d 24式中：d柱塞桿的直徑（ m）將 2-3 帶入 2-2 得 d=0.019m=19mm，由柱塞桿的標(biāo)準(zhǔn)系列取 d=32mm2.3 液壓缸行程液壓與氣壓傳動P101（2-1 ）（2-2 ）（2-3 ）.根據(jù)設(shè)計(jì)

3、要求，行程取150mm2.4 柱塞缸內(nèi)徑D1 的確定查表可得 D1 =42mm機(jī)械設(shè)計(jì)2.5 液壓缸外徑D2 的確定手 冊 第 五版第 4卷22-245查表可得 D 2 =50mm2.6 缸筒壁厚計(jì)算得壁厚 =( D 2 - D1 )/2=4mm缸的材料選 45 鋼2.7 缸底壁厚平行缸底，取缸底無油情況，Py（2-7 ）h 0.433D式中：h缸底厚度（ mm）D液壓缸內(nèi)徑（ mm）Py 試驗(yàn)壓力（ MPa）, 工作壓力 P16MPa 時(shí)， Py1.5P ；工作壓力 P16MPa 時(shí)， Py 1.25P缸底材料的許用應(yīng)力（ MPa）對于：鍛鋼100 120MPa鑄鋼100 110MPa鋼管1

4、00 110MPa鑄鐵60MPa45 鋼 =120 MPa.將以上數(shù)據(jù)代入上式得h=10.4mm，圓整取 15mm。2.8 端蓋厚度的確定依據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 22.6-66 選擇活套式法蘭缸頭，端蓋的厚度：3F (dHdm )（2-8）h2db )( Dg dm式中：D 缸筒內(nèi)徑（ m）d H 螺釘孔圓周直徑（ m）dm 作用力圓周直徑（ m）db 螺釘孔直徑（ m）d1 柱塞缸內(nèi)徑（ m）d2 活塞缸筒與缸體配合的外徑（m）D g 端蓋外徑（ m）F 缸頭所受到得最大壓力（ N）首先來計(jì)算缸頭在最大內(nèi)壓的情況下受到的壓力F：柱塞的面積是：A1 = D 2 /4 =0.0014 m2缸壁厚度計(jì)算

5、中得出最大壓強(qiáng)：Pm ax =39.375MPa所以法蘭承受的最大壓力為：F=PmaxA1 =55125Nd1d20.046 m， db =0.024m， d1 =0.042m，查表得， d H =0.085m， dm2d2 =0.050m， D g =0.110m，缸蓋的材料為45 鋼，缸筒材料的許用應(yīng)力 =s /n=360/5=72MPa 代入上式；得 h=75mm.2.9 導(dǎo)向套尺寸的確定導(dǎo)向套滑動面的長度 A，在缸徑小于 80mm時(shí)取機(jī)械設(shè)計(jì)手冊第五A=（0.61.0 ）D（2-9 ）版第 4卷當(dāng)缸徑大于 80mm時(shí)取表A=（ 0.61.0 ） d（2-10 ）22.6-62式中：D缸

6、筒內(nèi)徑（ mm）d柱塞桿直徑（ mm）由于缸徑 D=42mm，則 A=（0.61.0 ） *42=25.242mm取 A=42mm由于安裝與密封原因則套的內(nèi)徑為 42mm。加工要求：導(dǎo)向套與柱塞桿外圓的配合多為H8/f7 H9/f9.2.10 法蘭安裝方式采取如圖所示的后端法蘭安裝方式機(jī)械設(shè)計(jì)手冊第五版第 5卷后端法蘭安裝方式2.11 密封環(huán)本例中選取靜密封的為一般的 O 型密封圈加擋圈。柱塞桿動密封使用 U 形環(huán)式組合密封圈，本設(shè)計(jì)選用 d=85mmU形密封圈2.12 防塵圈查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表21-6-28 ，選用 2 型特康防塵圈。2.13 各種主要零件名稱和材料.件號名稱材料1擋板Q235

7、-F2防塵圈毛氈3法蘭454套ZQSn8-125U形夾織物密封圈橡膠 1-46支承環(huán)Q235-F7導(dǎo)套ZQSn8-122.14 進(jìn)出油口大小的確定液壓缸的進(jìn)出油口，可以布置在端蓋或是缸體上。對于活塞桿固定的液壓缸可設(shè)在活塞桿端部，如果液壓缸無專用的排氣裝置，進(jìn)出油口應(yīng)設(shè)在液壓缸的最高處，以便空氣能首先從液壓缸排出。進(jìn)出油口的形式一般選用螺釘或是法蘭連接，依據(jù)查表可知的當(dāng)內(nèi)徑為 80mm時(shí)，可以選用 M27x2的螺孔連接。2.15 安裝法蘭設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊第五版第 5卷表21-6-25由于 D g =110mm，查詢國家標(biāo)準(zhǔn)法蘭（ GB91192000）可選安裝法蘭：法蘭外徑 250mm，內(nèi)徑

8、135mm，螺栓孔中心圓直徑 210mm，螺栓直徑 18mm，螺栓孔數(shù) 8，法蘭厚度 24mm.三、各零部件的校核及驗(yàn)算3.1 缸筒設(shè)計(jì)3.1.1 缸筒結(jié)構(gòu)的選擇連接方式如下圖：選取法蘭式連接， 并且法蘭和缸筒用焊接方式連接。 其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，易選取、易裝卸；缺點(diǎn)是外徑較大，比螺紋連接的重量大。3.1.2 缸筒的要求有足夠強(qiáng)度，能夠承受動態(tài)工作壓力，長時(shí)間工作不會變形；有足夠剛度，承受活塞側(cè)向力和安裝反作用力時(shí)不會彎曲；內(nèi)表面和導(dǎo)向件與密封件之間摩擦少，可以保證長期使用；缸筒和法蘭要良好焊接，不產(chǎn)生裂紋。3.1.3 缸筒材料的選取及強(qiáng)度給定部分材料的機(jī)械性能如下表：缸筒材料b / MPas

9、/ MPas / %常用無縫2042025025鋼管3050030018材料3554032017機(jī)械4561036014性能15MnVn7505002627SiMn10008501230CrMo9508001235CrMo100085012.本次設(shè)計(jì)選取 45 號鋼從表中可以得到：缸筒材料的屈服強(qiáng)度s =360MPa缸筒材料的抗拉強(qiáng)度、b =610MPa；現(xiàn)在利用屈服強(qiáng)度來引申出：缸筒材料的許用應(yīng)力 =s /n=360/5=72MPa。其中 n=5 是選取的安全系數(shù)。3.2 缸筒壁厚的驗(yàn)算下面從以下三個方面進(jìn)行缸筒壁厚的驗(yàn)算：液壓缸的額定壓力Pn 值應(yīng)低于一定的極限值，保證工作安全：（s22D

10、 2D1）（3-1 ）Pn 0.352（MPa）D 2根據(jù)式 3-1 得到：n54.5MPa，由于 n=31.5MPa則滿足條件PP3.3 液壓缸的效率液壓缸的效率由以下三種效率組成：（A） 機(jī)械效率m ，由各運(yùn)動件摩擦損失所造成，在額定壓力下，通常取 m 0.9（B） 容積效率v ，由各密封件泄露所造成的，通常容積效率v 為：裝彈性體密封圈時(shí)v1裝活塞環(huán)時(shí)v 0.98（C） 作用力效率d ，由出油口背壓所產(chǎn)生的反作用力而造成。m =0.9v =1d =0.9m v d（3-2 ）.所以總效率=0.8 。3.4 法蘭連接螺栓的強(qiáng)度計(jì)算連接圖如下：螺栓強(qiáng)度根據(jù)下式計(jì)算：螺紋處的拉應(yīng)力KF610

11、（MPa）4螺紋處的剪切應(yīng)力K 1 KFd 0106（MPa）0.2d13 Zn23 2（MPa）式中：F 缸筒端部承受的最大推力（ N）； D 缸筒內(nèi)徑（ m）d0 螺紋外徑（m）d1 螺紋底徑（m）K擰緊螺紋的系數(shù)不變載荷取 K1.25 1.5變載荷取 K2.5 4K 1 螺紋連接的摩擦系數(shù)K 10.12.（3-3 ）（ 3-4 ）（ 3-5 ）.缸筒材料的許用應(yīng)力（MPa）；s / ns 缸筒材料的屈服強(qiáng)度（ MPa）；n 安全系數(shù) 取 n1.5-2.5 最大推力為： F=150KN使用 8 個螺栓緊固缸蓋，即： Z=8螺紋外徑和底徑的選擇 ： d0 =24mm d1 =20.752mm

12、 系數(shù)選擇：考慮到載荷可能有變化，為了安全，選?。篕=3， K 1 =0.12最大推力理論 F=P*A=31.5D 2=43.6KN但實(shí)際 F1 =F*0.8= 34.68KN根據(jù)式 3-3得到螺紋處的拉應(yīng)力為：=103.8MPa根據(jù)式 3-4得到螺紋處的剪應(yīng)力為：=55.8MPa根據(jù)式 3-5得到合成應(yīng)力為： n =141.8MPa由以上運(yùn)算結(jié)果知，應(yīng)選擇螺栓等級為8.8 級：查表的得：抗拉強(qiáng)度極限b =800MPa屈服極限強(qiáng)度s =640MPa不妨取安全系數(shù)n=2 可以得到許用應(yīng)力值： =s /n=640/2=320MPa由式 3-6 得到：n =141.8MPa , 則n 成立證明選用螺

13、栓等級合適。.總結(jié)課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練， 是我們邁向社會， 從事職業(yè)工作前一個必不少的過程， 使我們對以前所學(xué)的理論知識進(jìn)行了綜合應(yīng)用。 所以經(jīng)過這次課程設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)自己所學(xué)的知識還很貧乏， 很多東西都需要去了解， 既然從事了這個行業(yè)，那么就要做好，而且要帶動所有同學(xué)做好。由于時(shí)間緊迫， 掌握的知識還不是太完全， 只是粗略的了解柱塞缸的結(jié)構(gòu)及原理計(jì)算的數(shù)據(jù)均按照參考資料一步一步設(shè)計(jì)計(jì)算， 在計(jì)算的過程中遇到了許多問題， 及時(shí)查找資料，以及和同學(xué)共同探討。而且在課程設(shè)計(jì)過程中， 最讓我印象深刻的就是： 一個人的力量是有限的， 團(tuán)隊(duì)的力量是無窮的。經(jīng)過我們共同的努力，才將課程設(shè)計(jì)做完、做好。最重要的一點(diǎn)是無論做任何事情都要有顆責(zé)任心， 要有上進(jìn)心。 只有這樣，困難才會迎刃而解。 在整個課程設(shè)計(jì)的過程中， 我發(fā)現(xiàn)我們光有理論知識， 卻缺乏實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)。有些地方都是憑想像完成的?？傮w來說，課程設(shè)計(jì)對我們的幫助是很大的，它需要我們將學(xué)過的相關(guān)知識系統(tǒng)地聯(lián)系來， 從中暴露出自身的不足， 以待改進(jìn)，并且提高了我們查閱資料的能力。本次的課程設(shè)計(jì)，培養(yǎng)了我綜合應(yīng)用生產(chǎn)實(shí)際知識解決工程實(shí)際問題的能力；在設(shè)計(jì)的過程中還培養(yǎng)出了我們的團(tuán)隊(duì)精神， 同學(xué)們共同協(xié)作， 解決了許多個人無解決的問題；在今后的學(xué)習(xí)過程中我們會更加努力