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 液压缸内径D和活塞杆直径d的计算 (5)

2.1.1液压缸内径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 (14)

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 (15)

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 ∆时间内的速度变化量,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 液压缸内径D 和活塞杆直径d 的计算

2.1.1液压缸内径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

负载F （N ） <5000 5000~10000 10000~20000 20000~30000 30000~50000 >50000 工作压力P （MPa ）

<0.8~1 1.5~2 2.5~3 3~4 4~5 >5~7 在本设计中，

22623229600.01148114.8(3.50.5)10A m cm ===⨯-⨯ 由此求得，活塞缸内径为

44114.812.09120.9A D cm mm ππ⨯⨯====

根据附表2 缸筒内径尺寸系列GB2348-80（mm ），将液压缸内径圆整为标准系列直径D=125mm ；

附表2 缸筒内径尺寸系列GB2348-80（mm ）

2.1.2 活塞杆直径d 的计算

d D —液压缸内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/0.55d 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

<5 5～7 >7 推荐活塞杆直径d (0.5～0.55)D (0.56～0.6)D 0.65D

活塞杆直径0.550.5512568.75d D X mm ===

根据附表4 液压缸的活塞杆外径尺寸系列GB2348-80（mm ），将液压缸内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 11229602100100114.8F 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 —液压缸内径(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=。