液压缸设计说明书

佳木斯大學
机械设计制造及其自动化专业（卓越工程师）
说明书
题目单杆活塞式液压缸的设计
学院机械工程学院
专业机械设计制造及其自动化（卓越工师）组员曾瑶瑶、王健跃、杨兰、沈宜斌
指导教师臧克江
完成日期2016年6月
佳木斯大学机械工程学院
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)
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)
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)
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。

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。

图1-1安装形式
1.1.2局部结构及选材初选
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；
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；
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：
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=10MPa，查阅机械设计手册【2】查得速比。

带入公式由公式
求得活塞杆直径。

1.2.3 缸筒长度l的确定（如图1-3）
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。

缸体内部长度。

缸体长度
1.2.4 导向套的设计
间隙：
厚度：
轴向长度：
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】。

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。

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。

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—针形节流阀2—单向阀
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。

5、缓冲性能受油温影响。

6、适用范围广。

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。

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； y p ---缸筒试验压力，当缸的额定压力MPa p n 16≤时，取 y
p =1.5n p ； ][σ---缸筒材料的许用应力【9】，n b /][σσ=，b σ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5=n 。

代入上式得。

则缸体外径为。

2.2 缸底厚度计算
式中：2D ---缸底止口内径（平底缸为缸内径D ）；
][σ---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
符合要求
式中:F ---活塞杆上的作用力；
][σ---活塞杆材料的许用应力【10】，][σ=4.1/b σ。

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。

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。

参考文献
[1]许福玲、陈尧明.《液压与气压传动》北京：机械工业出版社2007.
[2]杨培元，朱福元.液压系统设计简明手册[M].北京:机械工业出版社，1994.
[3]贾培起.液压缸[M].北京:北京科学技术出版社,1987.
[4]左健民.液压与气压传动第4版[M].北京:机械工业出版社,2007.
[5]王昆，何小柏，汪信远.机械设计课程设计[M].北京:高等教育出版社,1995.
[6]陈奎生.液压与气压传动传动》，武汉理工大学出版社，2001.8.
[7]雷天觉.新编液压工程手册.北京：北京理工大学出版社.
[8]成大先.机械设计手册(第三版). 北京: 化学工业出版社. 1997.
[9]机械设计手册[M]. 化学工业出版社. 1982.
[10]姜继海，宋锦春.《液压与气压传动》（第二版）.北京高等教育出版社，2009.。