单作用法兰式液压缸设计
题目单作用法兰式液压缸设计
目录
第1章设计参数及工况分析 (3)
1.1 主要设计参数 (3)
1.2 工况分析 (3)
第2章液压缸的设计计算 (5)
2.1 液压缸径D和活塞杆直径d的计算 (5)
2.1.1液压缸径D的计算 (5)
2.1.2 活塞杆直径d的计算 (6)
2.2 液压缸壁厚和外径的计算 (6)
2.3 液压缸工作行程的确定 (7)
2.4 缸盖厚度的确定 (7)
2.5 最小导向长度的确定 (7)
2.6 缸体长度的确定 (8)
2.7 法兰的设计 (8)
2.8 活塞的设计 (8)
第3章液压缸的设计计算 (10)
3.1 活塞杆的校核 (10)
3.2 缸筒壁厚的校核 (11)
3.3 法兰螺栓组连接强度校核 (12)
第4章液压缸的结构设计 (13)
4.1 液压缸的安装形式 (13)
4.2 缸体与缸盖的连接形式 (13)
4.3 活塞杆与活塞的连接结构 (13)
4.4 活塞杆导向部分的结构 (13)
4.5 活塞及活塞杆处密封圈的选用 (14)
4.6 液压缸的缓冲装置 (14)
4.7 液压缸主要零件的材料 (14)
第1章 设计参数及工况分析
1.1 主要设计参数
最大输出力：20000N ；
最大运行速度：0.12m/s ；
运动行程：0.42m （420mm ）
1.2 工况分析
液压缸所受负载F 包括有效工作负载，摩擦阻力和惯性力三种类型，即
=++w f a F F F F
式中w F —有效工作负载，在本设计中即为题目给定的最大输出力
F w =20000N ；
a F —运动部件速度变化时的惯性负载；
f F —导轨摩擦阻力负载，启动时为静摩擦阻力，启动后为动摩擦阻力，对
于平导轨f F 可由下式求得()=+f Rn F f G F
G —运动部件重力；
Rn F —垂直于导轨的工作负载，本设计中为零；
f —导轨摩擦系数，在本设计中取静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1则求得
0.298001960fs F X N == 0.19800980fa F X N ==
上式中fs F 为静摩擦阻力，fa F 为动摩擦阻力。a v F m t
?=? 式中m —负载质量、t ?—加速或减速时间，本次设计中取0.12t s ?=；υ?—
t ?时间的速度变化量,本次设计最大速度为0.12m/s,取0.12/m s υ?=；
先取负载质量为1000kg ，故0.12100010000.12
a F N == 根据上述计算结果，列出个各工作阶段所受的外负载：
前进时
最大负载 ()F N 启动加速
F=fs F +a F +w F 22960 匀速移动
fa F F =+w F 20980 减速制动 fa F F =+w F - F a 19980
第2章 液压缸的设计计算
2.1 液压缸径D 和活塞杆直径d 的计算
2.1.1液压缸径D 的计算
由于启动加速阶段工作负载力最大，故按牛顿运动定律，pA-fs F -w F =ma fs w ma F F A p
++= 式中A —液压缸有效工作面积(m 2)。
p —分配给执行元件用于克服执行元件外负载的压力（MPa ）
)(32p p p s ?-=,p ?为局部损失和沿程损失之和，初步估算为0.5MPa.
根据附表1 选择工作压力P=3.5Mpa
附表1 按负载选择执行元件工作压力
在本设计中，
22623229600.01148114.8(3.50.5)10A m cm ===?-? 由此求得，活塞缸径为
12.09120.9D cm mm ====
根据附表2 缸筒径尺寸系列GB2348-80（mm ），将液压缸径圆整为标准系列直径D=125mm ；
附表2 缸筒径尺寸系列GB2348-80（mm ）
2.1.2 活塞杆直径d的计算
d D—液压缸径与活塞杆直径的关系。考虑到活塞杆受压，且液压缸工作压力小于5MPa，根据附表3液压缸工作压力与活塞杆直径，取/0.55
d D=。
附表3 液压缸工作压力与活塞杆直径
液压缸工作压力p/MPa<55～7>7推荐活塞杆直径d(0.5～0.55)D(0.56～0.6)D0.65D 活塞杆直径0.550.5512568.75
d D X mm
===
根据附表4 液压缸的活塞杆外径尺寸系列GB2348-80（mm），将液压缸径圆整为标准系列直径d=70mm；
附表4 液压缸的活塞杆外径尺寸系列GB2348-80（mm）
由此求得液压缸最大工作压力max
1
1
22960
2
100100114.8
F
p MPa
A
===
?
根据附表5液压缸公称压力系列（GB/T7938-1987），取液压缸额定工作压力为2.5MPa。
附表5液压缸公称压力系列（GB/T7938-1987）
2.2 液压缸壁厚和外径的计算
液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。工程机械的液压缸，一般是用无
缝钢管材料，大多属于薄壁圆筒结构，其壁厚按薄壁圆筒公式计算[]y p D 2δσ≥
式中δ—液压缸壁厚(m)；
D —液压缸径(m)；
y p —试验压力，取最大工作压力的1.5倍（MPa ）；
[]σ—缸筒材料的许用应力。无缝钢管45钢[]100MPa σ=。 31.5 2.5712.3102100
m δ-??≥=?? 液压缸壁厚取13mm δ=
液压缸壁厚算出后，可求出缸体的外径12125213151D D mm δ≥+=+?= 根据附表5 工程机械用标准油缸的缸体外径(JBIO68-67)[mm]，将液压缸缸体外径圆整为标准系列直径D1=152mm ；
附表5 工程机械用标准油缸的缸体外径(JBIO68-67)[mm]
2.3 液压缸工作行程的确定
根据题目给定运动行程0.42m ，参照液压缸行程系列选用工作行程为450mm 。
2.4 缸盖厚度的确定
一般液压缸多为平底缸盖，有孔时[].y p t 0433D σ≥
式中t —缸盖有效厚度(m)；2D —缸盖止口径(m)；0d —缸盖孔的直径(m)。 0.43323.87[]y
p t D mm σ≥= 取缸盖厚度为25mm 。
2.5 最小导向长度的确定
45012585202202
L D H mm ≥+=+= 活塞宽度0.30.612575B D mm ==?=，取值B=80mm 。
缸盖滑动支承面的长度，在缸径小于150mm 时
取10.60.612575l D mm ==?=
隔套的长度
()11185(7575)1022
C H l B mm =-+=-+= 2.6 缸体长度的确定
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短端盖的厚度。一般液压缸缸体长度不应大于径的20倍。因此取缸体长度为600mm 。
2.7 法兰的设计
法兰承受的最大压力为：F=22960N
经估算可以确定以下参数：a r =150mm 、L d =25mm 、b=10mm
许用应力在选取材料的时候给出：[σ]=100MPa