液压缸设计说明书

液压传动课程设计说明书
第 1 章 缸的设计
1.1 液压缸类型和结构型式的确定
1.1.1 结构类型
1、 采用单作用单杆活塞缸； 2、液压缸的安装形式采用轴线固定类中的头部内法兰式安装在机器上。法兰设置在活塞 杆端的缸头上，内侧面与机械安装面贴紧，这叫头部内法兰式。液压缸工作时，安装螺栓受 力不大，主要靠安装支承面承受，所以法兰直径较小，结构较紧凑【1】。这种安装形式在固定安 装形式中应用得最多。而且压力机的工作时的作用力是推力，则采用图 1-1 的安装形式。
1.1.2 局部结构及选材初选
图 1-1 安装形式
1、 缸筒的材料采用 45 号无缝钢管（如图 1-2）；
图 1-2 缸筒的设计
2、 缸底的材料：采用 45号钢，与缸筒采用法兰连接 ； 【2】 3、 缸盖：采用 45号钢，与缸筒采用法兰连接；
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4、 缸体与外部的链接结构为刚性固定：采用头部内法兰式连接；
液压缸中，缺点是泄漏较大，必须成组使用，加工工艺比较复杂，所以成本较高
。 【 7】
图 1-4 O 形圈示意图
由于本设计中液压缸的工作压力为 10 MPa，速度范围 <0.5m/s，因此选用缸体与缸 盖的密封形式选用 O 形圈的密封形式（如图 1-4）。活塞杆与缸盖，活塞与缸体的密封 选用 Y 形圈的密封形式。
式中： q--- 系统流量，单位为
；
v--- 活塞杆运动速度，单位为
根据设计要求，取 F为5000N，P为10Mpa并代入公式，则
1.2.2 活塞杆直径 d 的确定
根据提供的系统压力 P=10MP，a 查阅机械设计手册 【2】查得速比 式由公式
。带入公
求得活塞杆直径
。
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1.2.3 缸筒长度 l 的确定（如图 1-3）
。
则缸体外径为
。
2.2 缸底厚度 计算
式中： D2 --- 缸底止口内径（平底缸为缸内径 D ）； [ ] --- 缸底材料的许用应力；
2.3 活塞杆强度计算
活塞杆的直径 d 按下式进行校核
式中 : F --- 活塞杆上的作用力； [ ] --- 活塞杆材料的许用应力 ， [ 【10】 ] = b / 1.4 。
佳木斯大學
机械设计制造及其自动化专业
（卓越工程师）
题目 学院 专业 组员 指导教师 完成日期
说明书
单杆活塞式液压缸的设计 机械工程学院
机械设计制造及其自动化（卓越工师） 曾瑶瑶、王健跃、杨兰、沈宜斌 臧克江 2016 年 6 月
佳木斯大学机械工程学院
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目录
设计要求 ............................................................................................................................ II 第 1 章 缸的设计 ................................................................................................................ 1
1.1 液压缸类型和结构型式的确定 ............................................................................. 1 1.1.1 结构类型 .................................................................................................. 1 1.1.2 局部结构及选材初选 .............................................................................. 1
图 1-3 缸筒简图
(1) 最小导向长度 H
H 式中 : L --- 油缸最大工作行程
D --- 缸筒内径 (2) 导向套滑面的长度 A
(3) 活塞宽度 B
(4) 导向套与活塞之间隔套长度 C
(5) 缸体长度 l 液压缸缸体内部的长度应等于活塞的行程与活塞宽度的和
【4】。缸体外部尺寸还要考
虑到两端端盖的厚度，一般液压缸缸体的长度不应大于缸体内径 D 的 20-30 倍。
5、 活塞：活塞采用铸铁；
6、 活塞杆：活塞缸采用 45 号钢，设计为实心；
7、 排气装置：在缸筒尾端采用组合排气塞； 8、 密封件的选用：活塞和活塞杆的密封件采用
O 形密封圈加挡圈 。 【3】
1.2 液压缸主要尺寸的确定 1.2.1 液压缸筒的内径 D的确定
根据液压缸的供油压力和负载，缸筒内径 D 可按下列公式初步计算：
5、缓冲性能受油温影响。
6、适用范围广。
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1—轴向节流阀
1、被封在活塞和缸盖间的油液 经活塞上的轴向节流槽流出。
2、缓冲过程中节流口通流截面 不断减小，当轴向槽的横截面为矩 形，纵截面为抛物线形时，缓冲腔 可保持恒压。
3、缓冲作用均匀， 缓冲腔压力 较小，制动位置精度高。
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图 1-5 缓冲装置
表 1 液压缸中常用的缓冲装置
名称和工作原理图
特点说明
1、被封在活塞和缸盖间的油液 经针形节流阀流出。
2、节流阀开口可根据负载情况
进行调节。
3、起始缓冲效果大， 随着活塞
1—针形节流阀 2—单向阀
的行进，缓冲效果逐渐减弱，故制 动行程长。
4、缓冲腔中的冲击压力大。
1.2 液压缸主要尺寸的确定 ........................................................................................ 2 1.2.1 液压缸筒的内径 D 的确定 ...................................................................... 2 1.2.2 活塞杆直径 d 的确定 .............................................................................. 2 1.2.3 缸筒长度 l 的确定（如图 1-3） ............................................................. 3 1.2.4 导向套的设计 .......................................................................................... 3
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设计要求
设计单杆活塞式液压缸；系统压力： 10MPa；系统流量： 100L/min ；液压缸行程： 450mm；速度： 30mm/s；液压缸输出力： 5000N；油口尺寸： M24*1.5 ，且两油口尽可 能在缸筒的缸底侧；液压缸与外界联接方式缸底固定，活塞杆为耳环联接。
II
第 2 章 强度和稳定性计算
2.1 缸筒壁厚 和外径 计算
,(
)
式中： D --- 缸筒内径；
py --- 缸筒试验压力，当缸的额定压力 pn 16MPa 时，取 py =1.5 pn ；
[ ] --- 缸 筒 材 料 的 许 用 应 力 【 9 】， [ ]
Βιβλιοθήκη Baidu
b / n ， b 为材 料抗拉强度。
45 号钢退火后抗拉强度为 550MPa， n 为安全系数，一般取 n 5 。代入上式得
O 形圈的结构简单， 密封性好， 安装空间小， 摩擦力小， 易于制造， 所以应用较广，
但运动速度不能太大。
Y 形圈适用于压力在 20MPa 以下、往返速度较高的液压缸，密封性能可靠。
V 形圈耐高压性能好，耐久性也好，缺点是安装空间大，调整困难，摩擦阻力大，
只适用于运动速度较低的液压缸。活塞环寿命长，不容易损坏，常常用在不便于拆卸的
1.4 缓冲装置设计计算
液压缸中缓冲装置的工作原理是利用活塞或缸筒在其走向行程终端时在活塞和缸 盖之间封住一部分油液，强迫它从小孔或细缝中挤出以产生很大的阻力，使工作部件受 到制动， 逐渐减慢运动速度达到避免活塞和缸盖相互撞击的目的 【8】。液压缸中使用的缓 冲装置的工作原理如图 1-5 所示。最常用的是节流口可调式和节流口变化式两种。 其中， 节流口可调式缓冲装置在节流口调定后，工作原理上就相当于一个单孔口式的缓冲装 置。表 1 示节流口可调式和节流口变化式两种缓冲装置的主要性能。
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符合要求
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致谢
本学期完成了双作用单杆活塞缸液压缸的设计，通过本次设计的锻炼，使我从中受 益匪浅。了解到作为一名合格的设计人员实属不易。 不仅需要具备较为全面的专业素质， 还要具备吃苦耐劳，敢于创新等优秀品质。
在本次设计的过程中，我得到了很大提升。在设计能力上有了很大提高。借助老师 和图书馆的帮助，我的设计比较顺利的完成，由于缺乏经验，设计并不是很完善。
缸体内部长度
。
缸体长度
1.2.4 导向套的设计
间隙：
厚度：
3
轴向长度：
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1.3 活塞及活塞杆处密封圈的选用
活塞及活塞杆处的密封圈的选用 【5】，根据密封的部位、使用的压力、温度、运动速
度的范围不同而选择不同类型的密封圈。 常用的密封圈类型有 O 形圈、 Y 形圈、 V 型和 活塞环 。 【6】
1.3 活塞及活塞杆处密封圈的选用 .......................................................................... 4 1.4 缓冲装置设计计算................................................................................................ 4 第 2 章 强度和稳定性计算 ................................................................................................. 7 2.1 缸筒壁厚 和外径 计算 ................................................................................... 7 2.2 缸底厚度 计算 .................................................................................................. 7 2.3 活塞杆强度计算 ................................................................................................... 7 致 谢 .................................................................................................................................. 8 参考文献 ............................................................................................................................ 9
在设计过程中也反映出很多问题，首先是设计经验十分不足，对于实际液压零件的 要求和性能不甚了解，对于设计人员遵循的设计流程也不熟悉。另外本次设计的图纸绘 制主要基于 AutoCAD ，在此过程中也多次遇到技术难题，使用制图软件不够熟练，日 后我一定会好好学习，加强个人能力的培养。
本次课程设计为我提供了一次难得的机会，是一次对自己本学期所学知识的汇总。 本着认真、科学、严谨和提升自我的态度，在老师的细心指导下完成了设计任务。相信 在本次设计中所积累的经验和成果会在以后的工作中派上用场。