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1、液壓缸的設(shè)計計算作為液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件,液壓缸將液壓能轉(zhuǎn)化為機械能去驅(qū)動主機的工作機構(gòu)做功。由于液壓缸使用場合與條件的千差萬別,除了從現(xiàn)有標準產(chǎn)品系列選型外,往往需要根據(jù)具體使用場合自行進行設(shè)計。3.1設(shè)計內(nèi)容 液壓缸的設(shè)計是整個液壓系統(tǒng)設(shè)計中的一部分,它通常是在對整個系統(tǒng)進行工況分析所后進行的。其設(shè)計內(nèi)容為確定各組成部分(缸筒和缸蓋、活塞和活塞桿、密封裝置、排氣裝置等)的 結(jié)構(gòu)形式、尺寸、材料及相關(guān)技術(shù)要求等,并全部通過所繪制的液壓缸裝配圖和非標準零件工作圖反映這些內(nèi)容。3.2液壓缸的類型及安裝方式選擇 液壓缸的輸入是液體的流量和壓力,輸出的是力和直線速速,液壓缸的結(jié)構(gòu)簡單,工作可靠性好,被
2、廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)各個部門。為了滿足各種不同類型機械的各種要求,液壓缸具有多種不同的類型。液壓缸可廣泛的分為通用型結(jié)構(gòu)和專用型結(jié)構(gòu)。而通用型結(jié)構(gòu)液壓缸有三種典型結(jié)構(gòu)形式:(1)拉桿型液壓缸前、后端蓋與缸筒用四根(方形端蓋)或六根(圓形端蓋)拉桿來連接,前、后端蓋為正方形、長方形或圓形。缸筒可選用鋼管廠提供的高精度冷拔管,按行程長度所相應(yīng)的尺寸切割形成,一般內(nèi)表面不需加工(或只需作精加工)即能達到使用要求。前、后端蓋和活塞等主要零件均為通用件。因此,拉桿型液壓缸結(jié)構(gòu)簡單、拆裝簡便、零件通用化程度較高、制造成本較低、適于批量生產(chǎn)。但是,受到行程長度、缸筒內(nèi)徑和額定壓力的限制。如果行程長度過長時,
3、拉桿長度就相應(yīng)偏長,組裝時容易偏歪引起缸筒端部泄漏;如缸筒內(nèi)徑過大和額定壓力偏高時,因拉桿材料強度的要求,選取大直徑拉桿,但徑向尺寸不允許拉桿直徑過大。(2)焊接型液壓缸缸筒與后端蓋為焊接連接,缸筒與前端蓋連接有內(nèi)螺紋、內(nèi)卡環(huán)、外螺紋、外卡環(huán)、法蘭、鋼絲擋圈等多種形式。焊接型液壓缸的特點是外形尺寸較小,能承受一定的沖擊負載和嚴酷的外界條件。但由于受到前端蓋與缸筒用螺紋、卡環(huán)或鋼絲擋圈等連接強度的制約缸筒內(nèi)徑不能太大和額定壓力不能太高。焊接型液壓缸通常額定壓力、缸筒內(nèi)徑,在活塞桿和缸筒的加工條件許可下,允許最大行程。(3)法蘭型液壓缸缸筒與前、后端蓋均為法蘭連接,而法蘭與缸筒有整體、焊接、螺紋等
4、連接方式。法蘭型液壓缸的特點是額定壓力較高,缸筒內(nèi)徑大,外形尺寸大。適用于較嚴酷的沖擊負載和外界工作條件,又稱重載型液壓缸。法蘭型液壓缸通常額定壓力、缸筒內(nèi)徑,在活塞桿和缸筒的加工條件許可下,允許最大行程。由此可知,我們設(shè)計的液壓升降平臺車的液壓缸應(yīng)選擇(2)焊接型液壓缸比較合適。當然對缸筒的連接還需根據(jù)具體情況具體分析確定3.3液壓平臺的運動與負載分析液壓平臺的運動方式主要是實現(xiàn)各個液壓缸的上升和下降,但在上升和下降過程中在起升階段會有一段的加速運動,等到加速到所要求的速度時,平臺將實現(xiàn)一段的勻速運動,隨后減速停止。在整個運動的過程中,液壓升降平臺的外在負載主要由汽車的重力和平臺自身的自重組
5、成。所以外在負載的大小相對來說是穩(wěn)定不變的。3.4液壓缸的設(shè)計計算與選取汽車質(zhì)量四個液壓柱中液壓缸的單缸最大升起的質(zhì)量升降平臺的最大起升高度:上升速度等于下降速度:液壓平臺上升工況的最大負載液壓缸的機械效率:液壓缸的工作壓力由表3-1可知表3-1不同負載條件下的工作壓力負載F/KN50工作壓力p/MPa0.8mm,故強度足夠。3.4.2活塞桿的設(shè)計與計算活塞桿是液壓缸專遞動力的主要零部件,它要承受拉力、壓力、彎力和震動沖擊等多種作用,必須有足夠的強度和剛度。1、活塞桿直徑的計算根據(jù)活塞桿受力狀況來確定,一般為受拉力作用時,d=0.30.5D。受壓力作用時: P5MPa時,d=0.50.55D5
6、MPaP7MPa時,d=0.60.7DP7MPa時,d=0.7D因為P=1.5MPa,D=0.066858mm,故d=0.036771mm根據(jù)下表可知活塞桿直徑d=40mm表3-3活塞桿直徑系列mm(GB/T 2348-93)4568101214161820222528323640455056637080901001101251401601802002202502803203604002、 活塞桿強度校核(1)按強度條件校核由公式 式中 d-活塞桿的直徑; F-活塞桿上的作用力; -活塞桿材料許用應(yīng)力,為材料的抗拉強度,為安全系數(shù),一般取。由45號鋼的許用應(yīng)力,得 ,而,故活塞桿強度符合要求。
7、(2) 按彎曲穩(wěn)定性校核當活塞桿全部伸出后,活塞桿外端到液壓缸支撐點之間的距離時,應(yīng)進行穩(wěn)定性校核。按材料力學(xué)理論,當一根受壓直桿的軸向載荷超過臨界受壓載荷時,即可能失去原有直線狀態(tài)的平衡,稱為失穩(wěn),其穩(wěn)定條件為 式中 -液壓缸的最大推力; -液壓缸的臨界受壓載荷; -穩(wěn)定安全系數(shù),一般取。液壓缸臨界受壓載荷與活塞桿和缸體的材料、長度、剛度以及兩端支撐狀況有關(guān)。的相關(guān)計算如下:由公式 式中 -活塞桿的計算長度; -端點安裝形式系數(shù),兩端固定,故; E-材料的彈性模量,鋼材的 ; J-活塞桿的橫截面轉(zhuǎn)動慣量,實心桿的。而,故,而(當取4時),故活塞桿彎曲穩(wěn)定性符合要求。3.4.3最小導(dǎo)向長度H的
8、確定當活塞桿全部伸出時,從活塞支撐面中點到導(dǎo)向套滑動面中點的距離稱為最小導(dǎo)向長度。如果導(dǎo)向長度過短。將使液壓缸因間隙引起的初始撓度增大,影響液壓缸的工作性能和穩(wěn)定性。因此,在設(shè)計時必須保證液壓缸有一定的最小導(dǎo)向長度。對于一般液壓缸,最小導(dǎo)向長度應(yīng)滿足下式要求:式中 L-最大工作行程; D-缸筒內(nèi)徑。液壓缸工作行程的確定:升降液壓缸的最大升起高度為1.5m,依據(jù)表3-4選取液壓缸工作行程為:800mm。表3-4液壓缸活塞行程參數(shù)系列mm(GB/T 2348-80)2550801001251602002503204005006308001000125016002000250032004000故L=0.8m,D=0.08m,代入公式得: 活塞寬度B的計算: 取。導(dǎo)向套滑動面的長度A,由公式由前面的數(shù)據(jù)可知,故取取。中隔圈K的長度C: 由公式,得:。