液压缸的计算要点

3液压缸的设计及计算

3.1液压缸的负载力分析和计算

本课题任务要求设备的主要系统性能参数为：

铝合金板材的横截面积为2400mm

铝合金板材的强度极限为212/kg mm

型材长度1000mm ≤

（1）工作载荷R F

常见的工作载荷为活塞杆上所受的挤压力，弹力，拉力等，在这里我们可得 铝合金板材所受的最大外力为：

4604101201048F A KN σ-=⨯=⨯⨯⨯= (3-1) 式中 0σ----强度极限，Pa ；

A -----截面面积，2m 。

由上式得液压缸所受工作载荷约为48KN

（2）单活塞杆双作用缸液压缸作伸出运动时的一般模型如图3-1所示，其阻力F 或所需提供的液压力可表示为

2L a f p F F F F F F μ=++++ （3-2）

式中 L F -----作用在活塞上的工作阻力，N ；

a F -----液压缸起动（或制动）时的惯性力，N ；

f F -----运动部件处的摩擦阻力，N ；

G F -----运动部件的自重（含活塞和活塞杆自重），N ； F μ-----液压缸活塞及活塞杆处的密封摩擦阻力，N ；通常以液压缸

的机械效率来反映，一般取机械效率 0.95m η=；

2p F -----回油管背压阻力，N 。

在上述诸阻力中，在不同条件下是不同的，因此液压缸的工作阻力往往是变化的。因为此处液压缸只是作拉伸板材变形作用，故其运动速度较小，惯性力和摩擦阻力都较小，得

50F KN ≤ （3-3）

3.2液压缸的液压力计算和工作压力选择

根据表4-3 根据负载选择压力，初选系统压力为8MPa

根据表4-5 液压缸速比与工作压力的关系，得出速比ϕ=1.33

d =(3-4)

式中 d -----活塞杆直径，mm ；

D -----液压缸内径，mm 。

根据表4-4 液压缸输出液压力，选择液压缸的内径140D mm =，活塞杆直径70d mm =

2

114F A p D p F π==

≥ (3-5) 2222()'4

F A p D d p F π

==-≥ (3-6) 式中 1F -----作用在活塞上的液压力（推力），N ；

2F -----作用爱活塞杆侧环形面积上的液压力（拉力），N ； p -----进液腔压力（产生推力时液压缸无杆腔进液；产生拉力时有杆

腔进液），Pa ；

1A -----活塞（无杆腔）面积，2m ；

2A -----有杆腔面积（活塞杆侧环形面积），222()4A D d π=

-，2m ；

D -----液压缸内径（活塞外径），m ；

d -----活塞杆直径，m ；

F -----被推动的负载阻力（与1F 反向），N ；

'F -----被拉动的负载阻（与2F 反向），N 。

因为本课题主要是拉力作用，所以用公式（3-5）得：

3.3液压缸综合结构参数及安全系数的选择

活塞外径D和活塞杆直径d是液压缸的基本结构参数，D与d的选择与液压缸的负载和速度要求相关；选择出适当的工作压力和供液流量满足负载和速度要求后，D和d可初步确定下来。除D和d外，液压缸的结构参数尚有活塞行程S、导向距离H和油口直径d等。液压缸的行程应根据工作需要设定，为简化制造工艺和节约制造成本，应采用标准化行程尺寸系列参数。为减小活塞杆伸出时与缸体轴线的偏斜，液压缸应有合理的导向长度。

3.4缸筒设计与计算

3.4.1缸筒与缸盖的连接方式

端盖分为前端盖和后端盖。前端盖将活塞杆（柱塞）腔封闭，并起着为活塞杆导向、密封和防尘之作用。后端盖即缸底一端封闭，通常起着将液压缸与其他机件的作用。

缸筒与端盖常见的连接方式有8种：拉杆式、法兰式、焊接式、内螺纹式、外螺纹式、内卡环式、外卡环式和钢丝挡圈式，其中焊接式只适应缸筒与后端盖的连接。

3.4.2对缸筒的要求

缸筒是液压缸的主要零件，有时还是液压缸的直接做功部件（活塞杆或柱塞固定时）；它与端盖、活塞（柱塞）构成密封容腔，用以容纳压力油液、驱动负载而做功，因而对其有强度、刚度、密封等方面的要求。

3.4.3缸筒的材料选择

缸筒的毛坯普遍采用退火的冷拔或热轧的无缝钢管，市场上已有内孔经过珩磨或内孔经过精加工的半成品，只需要按所要求的长度切割无缝钢管，材料有20、35、45号钢和27SiMn合金钢。

3.4.4缸筒的计算

本课题中液压缸承受压力负载，缸筒内径可根据下式求出：

D=（3-7）

式中

2

F-----拉力负载（取最大值），N；

p-----供液压力（假定回液压力为大气压），Pa；

d-----活塞杆直径，m。

由于该式中活塞杆直径为未定值，可根据确定的速度比ϕ及将()

221/

d Dϕϕ

=-代入可求D值，再进一步确定活塞杆直径d。D和d应圆整到标准系列尺寸值。

0.1055

D m

==圆整取0.125

D m

=

在初步确定缸筒内径D后，下一步的工作是确定液压缸的壁厚δ。

当液压缸为薄壁液压缸（/0.08

D

δ≤）,δ可按下式计算：

[]

max

2

p D

δ

σ

=（3-8）

式中

max

p-----液压缸最高（或设计或额定）工作压力，MPa；

D -----液压缸筒内径（活塞外径），m；

[]σ-----缸筒材料的许用应力，MPa。

对于脆性材料，许用应力[]σ可表示为

[]b

b

n

σ

σ=（3-9）

式中

b

σ-----材料的抗拉强度或断裂强度（表4-13）；

b

n-----安全系数，通常可取n=5，见表4-14 。

[]600120

5

b

b

MPa

n

σ

σ===

因为

[]max0.0330.08

2

p

D

δ

σ

==≤所以

[]

max

80.125

0.00420.004

22120

p D

m m

δ

σ

⨯

===≈

⨯

通过上述计算，可得液压缸缸筒外径

1

D为

1

2

D Dδ

=+（3-10）