柱塞缸设计步骤(DOC)

2、数据

①、执行元件：液压柱塞缸；

②、主要设计参数：

缸工作行程————400mm；

推力载荷---------280KN；

移动速度————1mm/s；

安装方式-------前法兰。

3、设计提要

①、液压柱塞缸主要参数给定

缸内径：D=125mm；

缸外径：D1 =194mm；

壁厚： =34mm；

活塞杆直径：

d=120mm；

法兰厚：h=8mm；

二、设计计算步骤

1根据机构运动和结构要求，选择液压缸的安装类型和安装方式。

2 确定液压缸的性能参数，如输出力，速度，作用时间，内径和行程。

3根据选定的工作压力，确定液压缸的缸径，活

塞杆直径，并按标准尺寸系列选择尺寸，根据工作压力及材料进行结构设计，如缸壁厚度，缸盖，密封形式，排气与缓冲等。

4液压缸性能的验算。

5选择合适的密封结构

三、液压缸主要几何尺寸的设计计算

1公称压力的确定

2活塞杆直径的确定

当F1=280KN，P=31.5MP 算出d=106mm查下表

选d=120mm

3、液压缸行程

行程400mm属于国标

4、液压缸内径D1的确定

当F1=280KN，P=31.5MP D1=110.1mm查下表

选用D1=125mm

5缸筒壁厚

δ=24.61mm根据外径和内经的差选δ=34.5mm 6液压缸外径D2的确定

D2=174.1mm查表

选用194mm

7缸底壁厚

代入计算的d11=31.08mm去32mm 8缸头壁厚

算出缸头厚度h=30mm 9缸筒法兰连接螺栓

10、法兰安装方式

11密封环

一般取O型密封环

12防尘圈

13各种主要零件名称和材料

四、各零部件的校核及验算

1、缸筒设计

①、缸筒结构的选择

连接方式如下图：

选取法兰式连接，并且法兰和缸筒用焊接方式连接。

其优点是结构简单，易选取、易装卸；

缺点是外径较大，比螺纹连接的重量大。

②、缸筒的要求

有足够强度，能够承受动态工作压力，长时间工作不会变形；有足够刚度，承受活塞侧向力和安装反作用力时不会弯曲；内表面和导向件与密封件之间摩擦少，可以保证长期使用；缸筒和法兰要良好焊接，不产生裂纹。

③、缸筒材料的选取及强度给定

部分材料的机械性能如下表：

本次设计选取20号钢

从表中可以得到：

缸筒材料的屈服强度

σ=250MP；

s

缸筒材料的抗拉强度

σ=420MP；

b

现在利用屈服强度来引申出：

缸筒材料的许用应力[σ]=

σ/n=250/5=50MP。

s

其中n=5是选取的安全系数，来源于下表：

2、液压缸的效率

液压缸的效率η由以下三种效率组成：

m η=0.9 v η=1 d η

=0.9

所以总效率为0.8。

3.缸筒壁厚的验算

下面从以下三个方面进行缸筒壁厚的验算：

根据式23.3—7得到：

n

P ≤31.5MP 满足条件

4、法兰设计

①、法兰厚度计算

法兰厚度根据下式进行计算：

[]σπ）

（

L d 2

4Fb h -=

cp d

式中：

h —法兰厚度（mm ） F —法兰受力总和（N ），

cp

d —法兰外径（370mm ）

L d —螺栓直径（24mm ）

[]σ—法兰材料的许用应力（Pa ）

35）/2D （D

b H 0

=-=mm

D — 螺钉孔分布圆直径（320mm ） H

D —密封环外径（250mm ）

带入数据得h=47.6mm. 圆整取h=48mm

首先来计算法兰在最大内压的情况下受到的压力F ： 在流量的计算中已经得柱塞的面积是：

1A =2×

/4D π=113.044210m -⨯ 缸壁厚度计算中得出最大压强：

max P =2.252MP

所以法兰承受的最大压力为： F=max P ⨯1A =25452.45N 接下来选取其它参数：

a r =115mm L d =20mm b=13mm

许用应力在选取材料的时候给出： [σ]=s σ/n=250/5=50MP

将以上各量带入式23.3—16得到： h=30mm

5法兰连接螺栓的强度计算

连接图如下：

螺栓强度根据下式计算：

最大推力为：F=280KN

使用8个螺栓紧固缸盖，即：Z=8

螺纹外径和底径的选择：

d=20mm 1d=18.376mm

系数选择：考虑到载荷可能有变化，为了安全，选取：

K=3，

K=0.12

1

最大推力理论F=P*A=31.5MP*2×/4

D =356.076KN

但实际F1=F*0.8=284.8608KN

根据式23.3—20得到螺纹处的拉应力为：σ=401.9MP

根据式23.3—21得到螺纹处的剪应力为：τ=192.3MP

根据式23.3—22得到合成应力为：

σ=522.5MP

n

由以上运算结果知，应选择螺栓等级为12.9级：

查表的得：抗拉强度极限

σ=1200MP屈服极限强度sσ=1080MP

b

不妨取安全系数n=2可以得到许用应力值：[σ]=

σ/n=1100/2=540MP

s

再次使用式23.3—22得到：

σ≤[σ]成立

n

证明选用螺栓等级合适。

四、参考文献

1、程大先，《机械设计手册第五版第五卷》，北京，化学工业出版社，2008.3

2、闻邦春，《机械设计手册第五版第4卷》，北京，工业出版社，2010.1

3、王守成，容一鸣液压传动，2006.8