液压缸设计

第一章液压系统设计

1.1液压系统分析

1.1.1 液压缸动作过程

3150KN热压成型机液压系统属于中高压液压系统，涉及快慢速切换、多级调压、保压补压等多个典型的液压回路。工作过程为电机启动滑块快速下行滑块慢速下行保压预卸滑块慢速回程滑块快速回程推拉缸推出推拉缸拉回循环结束。按液压机床类型初选液压缸的工作压力为28Mpa,根据快进和快退速度要求，采用单杆活塞液压缸。1.1.2液压系统设计参数

（1）合模力；

（2）最大液压压28Mp；

（3）主缸行程700㎜；

（4）主缸速度υ

快＝38㎜/s、

υ

慢=4.85㎜/s。

1.1.2分析负载

（一）外负载压制过程中产生的最大压力，即合模力。

（二）惯性负载

设活塞杆的总质量m＝100Kg，取△t＝0.25s

(三)阻力负载

活塞杆竖直方向的自重

活塞杆质量m≈1000Kg，同时设活塞杆所受的径向力等于重力。

静摩擦阻力

动摩擦阻力

由此得出液压缸在各个工作阶段的负载如表****所示。

工况负载组成负载值F 工况负载组成负载值F 启动981 保压3150×103加速537 补压3150×103快速491 快退+G 10301 按上表绘制负载图如图***所示。

F/N v/mm s-1

537 491

981 38

4.85

0 l/mm 0 l/mm

-491 -981

由已知速度υ

快＝38㎜/s、

υ

慢=4.85㎜/s和液压缸行程s=700mm，绘制简略速度图，如

图***所示。

1.2确定执行元件主要参数

1.2.1 液压缸的计算

（一）液压缸承受的合模力为3150KN，最大压力p1=28Mp。

鉴于整个工作过程要完成快进、快退以及慢进、慢退，因此液压缸选用单活塞杆式的。在液压缸活塞往复运动速度有要求的情况下，活塞杆直径d根据液压缸工作压力选取。

由合模力和负载计算液压缸的面积。

将这些直径按GB/T 2348—2001以及液压缸标准圆整成就近标准值，得:

由此得液压缸两腔的实际有效面积

（二）确定液压缸壁厚

根据公式计算液压缸壁厚。

式中：δ=管壁厚 mm

P=最大压力 kg/cm2

D=液压缸径 mm

许用应力，[]=,n为安全系数，此处取n=5。

=抗拉强度最低值

设定油缸用料45#，抗拉强度600Mp，最大压力28MP，管径400mm，则最小壁厚

，此处取壁厚δ=60㎜。

(三) 液压缸及活塞杆长度的确定

（1）液压缸工作行程长度 =700mm。

（2)最小导向长度的确定

当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到缸盖滑动支承面中点的距离H称为最小导向长度。如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度（间隙引起的挠度）增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一定的最小导向长度。

对一般的液压缸，最小导向长度H应满足以下要求：

式中：L——活塞杆的最大行程；

D——液压缸的径。

l，根据液压缸径D而定；

活塞的宽度B一般取B=(0.610)D；缸盖滑动支承面的长度

1

当D<80mm时，取；

当D>80mm时，取。

l和B都是不适宜的，必要时可在缸盖与活塞之间为保证最小导向长度H，若过分增大

1

增加一隔套K来增加H的值。隔套的长度C由需要的最小导向长度H决定，即

滑台液压缸：

最小导向长度：

取 H=240mm

活塞宽度：B=0.6D=240mm

缸盖滑动支承面长度：㎜

隔套长度：。

液压缸缸体部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体外形长度还要考虑到两端端盖的厚度。一般液压缸缸体长度不应大于径的2030倍。

液压缸：

缸体部长度，即活塞杆长度

（四）活塞杆稳定性校核

活塞杆受轴向负载，其值F超过某一临界值，就会失去稳定。活塞杆稳定性按下式进行校核。

式中：——安全系数，一般取2 4，此处取。

活塞杆长细比940/280=3.36

当活塞杆的长细比时，且时

式中：——安装长度，其值与安装方式有关；

——活塞杆横截面最小回转半径，；

——柔性系数；

——由液压缸支撑方式决定的末端系数；

E——活塞杆材料的弹性模量，对钢，可取

——活塞杆横截面惯性矩；

——活塞杆横截面积；

——由材料强度决定的实验值；

——系数。

以上各值参考章宏甲主编《液压与气压传动》第二版130页液压缸强度校核中表3-4、表3-5所取。

2.2 液压缸的结构设计

液压缸主要尺寸确定以后，就进行各部分的结构设计。主要包括：缸体与缸盖的连接结构、活塞与活塞杆的连接结构、活塞杆导向部分结构、密封装置、排气装置及液压缸的安装连接结构等。由于工作条件不同，结构形式也各不相同。设计时根据具体情况进行选择。设计计算过程

1)缸体与缸盖的连接形式

缸体与缸盖的连接形式与工作压力、缸体材料以及工作条件有关。

本次设计中采用外半环连接，如下图所示：

缸体与缸盖外半环连接方式优点：

(1)结构较简单；

（2）加工装配方便。

缺点：

（1）外型尺寸大；

（2）缸筒开槽，削弱了强度，需增加缸筒壁厚2)活塞杆与活塞的连接结构。