单作用高压液压缸说明书

工程机械设计说明书

设计题目：单作用高压液压缸设计

院系：学院

专业：机制1701班

姓名：卢龙景（设计计算和零件图绘制）

王龙龙（设计说明和装配图绘制）学号： 201779250129、201779250130

指导教师：何志勇

汽车与机械工程学院

工程机械设计课程设计任务书

第一部分 总体计算

1.1、 压力

对于所谓压力，是指作用在单位面积上的负载。从液压原理可知，压力等于负载力与活塞的有效工作面积之比。油液作用在单位面积上的压强

A

F

P = Pa

式中：

F ——作用在活塞上的载荷，N A ——活塞的有效工作面积，2

m

从上式可知，压力值的建立是载荷的存在而产生的。在同一个活塞的有效工作面积上，载荷越大，克服载荷所需要的压力就越大。换句话说，如果活塞的有效工作面积一定，油液压力越大，活塞产生的作用力就越大。

额定压力（公称压力） PN,是指液压缸能用以长期工作的压力。

最高允许压力 P max ，也是动态实验压力，是液压缸在瞬间所能承受的极限压力。通常规定为：P P 5.1max ≤ MPa 。

耐压实验压力P r ，是检验液压缸质量时需承受的实验压力，即在此压力下不出现变形、裂缝或破裂。通常规定为：PN P r 5.1≤ MPa 。

在液压系统中，为了便于液压元件和管路的设计选用，往往将压力分级。液压缸压力等级见表1。

所以根据本次液压缸的设计要求中已知的公称压力为20Mpa ，由表1.1可知，本此液压缸属于高压。

1.2、 流量

单位时间内油液通过缸筒有效截面的体积： t

V Q = L/min

由于310⨯=At V

ν L 则 32104

⨯=

=νπ

νD A Q L/min

则理论筒缸内径D 为：D =14V Q π= √（4×180×106）/3.14×2.2×102×60 =41.67mm 2

对于单活塞杆液压缸： 当活塞杆伸出时

32104

⨯=

νπ

D Q

当活塞杆缩回时 32210)(4

⨯-=

νπ

d D Q

因为公称压力=20MPa 所以V2=2V1 则理论活塞杆长度d 为： d =2

42

V Q

D

π-

=√41.67-（4×180×106）/3.14×2.2×2×103×60 =29.47mm 2 式中：

V ——液压缸活塞一次行程中所消耗的油液体积，L ； t ——液压缸活塞一次行程所需的时间，min ； D ——液压缸缸径，m ； d ——活塞杆直径，m ； ν——活塞运动速度，m/min 。

由设计要求可知液压缸的系统流量为180L/min 杆腔最大伸出速度2.2 m/s ，最大伸出长度1.5m(确切的液压缸D 在缸筒的设计中确定为：）。所以由公式可得单位时间内油液通过缸筒有效截面的体积为：当活塞杆伸出时为 当活塞杆缩回时为：

1.3、速比

液压缸活塞往复运动时的速度之比：

2

2

2

12d

D D v v -==ϕ=41.672/41.672-29.472=2.00 式中：

1v ——活塞杆的伸出速度，m/min ； 2v ——活塞杆的缩回速度，m/min ；

D ——液压缸缸径，m ； d ——活塞杆直径，m 。

计算速比主要是为了确定活塞杆的直径和是否设置缓冲装置。速比不宜过大或过小，以免产生过大的背压或造成因活塞杆太细导致稳定性不好。

所以根据上面理论所确定的D 、d 通过公式计算得ψ值2.0且同时可根据公称压力表值1.2选定本次液压缸速比为：2.0

1.4、液压缸的理论推力和拉力

活塞杆伸出时的理推力：

626

11104

10⨯=

⨯=p D p A F π

N

=3.14/4×（41.67×10-3）2×20×106=27261.30 N

活塞杆缩回时的理论拉力：

6226

2210)(4

10⨯-=

⨯=p d D p F F π

N

=3.14/4× [（41.67-29.47）×10-3]2×20×106

=2336.79 N

式中：

1A ——活塞无杆腔有效面积，2

m ； 2A ——活塞有杆腔有效面积，2m ；

P ——工作压力，MPa ； D ——液压缸缸径，m ； d ——活塞杆直径，m 。

1.5、液压缸的最大允许行程

活塞行程S ，在初步确定时，主要是按实际工作需要的长度来考虑的，但这一工作行程并不一定是油缸的稳定性所允许的行程。为了计算行程，应首先计算出活塞的最大允许计算长度。因为活塞杆一般为细长杆，由欧拉公式推导出： k

k F EI

L 2π= mm

式中：

k F ——活塞杆弯曲失临界压缩力，N ；

E ——材料的弹性模量。钢材的E=2.1X105MPa ； I ——活塞杆横截面惯性矩，mm 4；圆截面 44

049.064

d d I ==

π。

将上式简化后 k

k F d L 2320

≈ mm

由于旋挖钻机液压缸基本上是一端耳环、一端缸底安装，所以油缸的最大计算长度（安全系数取3）

P

D d L k 24.208=