柱塞式液壓缸設(shè)計計算說明書

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1、1.1已知數(shù)據(jù):推力載荷：150KN行程：150mm速度：1mm/sec安裝方式：后法蘭12設(shè)計內(nèi)容及完成的工作量1）根據(jù)給定要求完成裝配圖和所有非標(biāo)零件圖2）完成全部零件三維實體造型，并進(jìn)行裝配3）完成標(biāo)準(zhǔn)件的計算選型4）完成非標(biāo)零件精度設(shè)計5）編寫設(shè)計計算說明書一份6）原動機(jī)經(jīng)聯(lián)軸器驅(qū)動泵類負(fù)載、液壓缸主要幾何尺寸的設(shè)計計算2.1液壓缸工作壓力的確定級別低壓中壓中高壓高壓超劇玉壓力范圍（MPa02.52.58816163232在液壓系統(tǒng)中，為了便于液壓元件和管路的設(shè)計選用，往往將壓力分級2.1壓力分級254063(80)100(125)1602002503154005006308002.2

2、液壓缸的公稱壓力系列（GB2346-80）（bar）依據(jù)表2.2所規(guī)定的公稱壓力系列，計算或選擇的柱塞缸的公稱壓力為315bar=31.5MPa2.2柱塞桿直徑的確定由柱塞式液壓缸柱塞外伸時的推力公式:RPAi10(2-1)得:Ai(2-2)式中:片一液壓缸的推力，這里為液壓缸載荷（N）P一工作壓力（MpaA一柱塞桿的作用面積（Ai(2-3)式中：d一柱塞桿的直徑（m將2-3帶入22得d=0.019m=19mm由柱塞桿的標(biāo)準(zhǔn)系列取d=32mm2.3液壓缸行程液壓與氣壓傳動P101機(jī)械設(shè)計手冊第五版第4卷22-245機(jī)械設(shè)計手冊第五版第4卷表22.6-62機(jī)械設(shè)計手冊第五版第5卷機(jī)械設(shè)計手冊第五

3、版第5卷表21-6-25根據(jù)設(shè)計要求，行程取150mm2.4 柱塞缸內(nèi)徑Di的確定查表可得Di=42mm2.5 液壓缸外徑D2的確定查表可得D2=50mm2.6 缸筒壁厚計算得壁厚S=(D2-Di)/2=4mm缸的材料選45鋼2.7 缸底壁厚平行缸底，取缸底無油情況，h0.433DJ衛(wèi)(2-7)式中：h一缸底厚度(mmD液壓缸內(nèi)徑(mr)Py試驗壓力(MPa，工作壓力P16MPa時，Py1.5P江作壓力P16MPa時，Py1.25P一缸底材料的許用應(yīng)力（MPa對于：鍛鋼100-120MPa鑄鋼100-110MPa鋼管100-110MPa鑄鐵60MPa45鋼=120MPa將以上數(shù)據(jù)代入上式得h=

4、10.4mm圓整取15mm2.8 端蓋厚度的確定依據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊22.6-66選擇活套式法蘭缸頭，端蓋的厚度：(2-8)3F（dHdm）（Dgdm2db）式中：D一缸筒內(nèi)徑（mdH一螺釘孔圓周直徑（mdm作用力圓周直徑（m小一螺釘孔直徑（力d一柱塞缸內(nèi)徑（加d2活塞缸筒與缸體配合的外徑（mDg端蓋外徑（mF一缸頭所受到得最大壓力（N）首先來計算缸頭在最大內(nèi)壓的情況下受到的壓力F柱塞的面積是：22Ai=dX-0.0014m箍蘸福曝出最大壓強(qiáng):所以法蘭承受的最大壓力為：F=PmaxAi=55125Ndid2查表得dH=0.085m,dm/_0.046mdb=0.024m,di=0.042m,2d2

5、=0.050m,Dg=0.110m,缸蓋的材料為45鋼，缸筒材料的許用應(yīng)力=s/n=360/5=72MPa代入上式；得h=75mm2.9導(dǎo)向套尺寸的確定導(dǎo)向套滑動面的長度A,A=當(dāng)缸徑大于80mm寸取A=式中：D一缸筒內(nèi)徑(mr)在缸徑小于80mm寸取(0.6-1.0)D(0.6-1.0)dd一柱塞桿直徑(mm(2-9)(2-10)由于缸徑D=42m,則A=(0.6-1.0)42=25.242mm取A=42mm由于安裝與密封原因則套的內(nèi)徑為42mm加工要求：導(dǎo)向套與柱塞桿外圓的配合多為H8/f7H9/f9.2.10 法蘭安裝方式米取如圖所示的后端法蘭安裝方式后端法蘭安裝方式2.11 密封環(huán)本例

6、中選取靜密封的為一般的。型密封圈加擋圈。柱塞桿動密封使用形環(huán)式組合密封，本設(shè)計選用d=85mm形密封圈2.12防塵圈查機(jī)械設(shè)計手冊表21-6-28，選用2型特康防塵2.13各種主要零件名稱和材料件號名稱材料1擋板Q235-F2防塵圈毛氈3法蘭454套ZQSn8-125U形夾織物密封圈橡膠146支承環(huán)Q235-F7導(dǎo)套ZQSn8-122.14進(jìn)出油口大小的確定液壓缸的進(jìn)出油口，可以布置在端蓋或是缸體上。對于活塞桿固定的液壓缸可設(shè)在活塞桿端部，如果液壓缸無專用的排氣裝置，進(jìn)出油口應(yīng)設(shè)在液壓缸的最高處，以便空氣能首先從液壓缸排出。進(jìn)出油口的形式一般選用螺釘或是法蘭連接，依據(jù)查表可知的當(dāng)內(nèi)徑為80mm

7、時，可以選用M27X2的螺孔連接。2.15安裝法蘭設(shè)計由于Dg=110mm查詢國家標(biāo)準(zhǔn)法蘭(GB911-2000)可選安裝法蘭：法蘭外徑250mm內(nèi)徑135mm螺栓孔中心圓直徑210mm螺栓直徑18mm螺栓孔數(shù)8,法蘭厚度24mm、各零部件的校核及驗算3.1 缸筒設(shè)計連接方式如下圖：選取法蘭式連接，并且法蘭和缸筒用焊接方式連接。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，易選取、易裝卸；缺點(diǎn)是外徑較大，比螺紋連接的重量大。有足夠強(qiáng)度，能夠承受動態(tài)工作壓力，長時間工作不會變形；有足夠剛度，承受活塞側(cè)向力和安裝反作用力時不會彎曲；內(nèi)表面和導(dǎo)向件與密封件之間摩擦少，可以保證長期使用；缸筒和法蘭要良好焊接，不產(chǎn)生裂紋。部分材料

8、的機(jī)械性能如下表：本次設(shè)計選取45號鋼從表中可以得至j:缸筒常用無縫鋼管材料機(jī)械性能材料b/MPas/MPa204202502530500300183554032017456103601415MnVn7505002627SiMn10008501230CrMo9508001235CrMo100085012缸筒材料的屈服強(qiáng)度s=360MPa缸筒材料的抗拉強(qiáng)度、b=610MPa現(xiàn)在利用屈服強(qiáng)度來引申出：缸筒材料的許用應(yīng)力=s/n=360/5=72MPa。其中n=5是選取的安全系數(shù)。3.2 缸筒壁厚的驗算F面從以下三個方面進(jìn)行缸筒壁厚的驗算：液壓缸的額定壓力區(qū)值應(yīng)低于一定的極限值，保證工作安全：Pn0

9、.35-(4-(MPaD2(3-1)根據(jù)式3-1得到：Pn54.5MPa,由于Pn=31.5MPa則滿足條件3.3 液壓缸的效率液壓缸的效率由以下三種效率組成：(A)機(jī)械效率m，由各運(yùn)動件摩擦損失所造成，在額定壓力下，通常安取E0.9(B)容積效率v，由各密封件泄露所造成的，通常容積效率v為：裝彈性體密封圈時裝活塞環(huán)時0.98作用力效率d，由出油口背壓所產(chǎn)生的反作用力而造成。m=0.9V=1d=09(3-2)所以總效率=0.8 。3.4法蘭連接螺栓的強(qiáng)度計算連接圖如下：螺栓強(qiáng)度根據(jù)下式計算:螺紋處的拉應(yīng)力(3-3)佇106(MPa-d2Z4螺紋處的剪切應(yīng)力KkFdo0.2d3z10MPa(3-

10、4)(3-5)(MPa式中：F一缸筒端部承受的最大推力（N）；D一缸筒內(nèi)徑（m一螺紋外徑（m5螺紋底徑（mK擰緊螺紋的系數(shù)不變載荷取K1.25-1.5變載荷取K2.54心螺紋連接的摩擦系數(shù)Ki0.12缸筒材料的許用應(yīng)力（MPa；，一缸筒材料的屈服強(qiáng)度（MPa；n安全系數(shù)取n1.5-2.5最大推力為：F=150KN使用8個螺栓緊固缸蓋，即：Z=8螺紋外徑和底徑的選擇：do=24mmdi=20,752mm系數(shù)選擇：考慮到載荷可能有變化，為了安全，選?。篕=3,K1=0.12最大推力理論f=p*A=3L5D2八=43.6KN但實際Fi=F*0.8=34.68KN根據(jù)式3-3得到螺紋處的拉應(yīng)力為：=1

11、03.8MPa根據(jù)式3-4得到螺紋處的剪應(yīng)力為：=55.8MPa根據(jù)式3-5得到合成應(yīng)力為：n=141.8MPa由以上運(yùn)算結(jié)果知，應(yīng)選擇螺栓等級為8.8級：查表的得：抗拉強(qiáng)度極限b=800MPa屈服極限強(qiáng)度s=640MPa不妨取安全系數(shù)n=2可以得到許用應(yīng)力值：=/n=640/2=320MPa由式3-6得到：n=14L8MPa由5口成立證明選用螺栓等級合適。課程設(shè)計是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實踐訓(xùn)練，是我們邁向社會，從事職業(yè)工作前一個必不少的過程，使我們對以前所學(xué)的理論知識進(jìn)行了綜合應(yīng)用。所以經(jīng)過這次課程設(shè)計發(fā)現(xiàn)自己所學(xué)的知識還很貧乏，很多東西都需要去了解，既然從事了這個行業(yè)，那么就要做好，

12、而且要帶動所有同學(xué)做好。由于時間緊迫，掌握的知識還不是太完全，只是粗略的了解柱塞缸的結(jié)構(gòu)及原理計算的數(shù)據(jù)均按照參考資料一步一步設(shè)計計算，在計算的過程中遇到了許多問題，及時查找資料，以及和同學(xué)共同探討。而且在課程設(shè)計過程中，最讓我印象深刻的就是：一個人的力量是有限的，團(tuán)隊的力量是無窮的。經(jīng)過我們共同的努力，才將課程設(shè)計做完、做好。最重要的一點(diǎn)是無論做任何事情都要有顆責(zé)任心，要有上進(jìn)心。只有這樣，困難才會迎刃而解。在整個課程設(shè)計的過程中，我發(fā)現(xiàn)我們光有理論知識，卻缺乏實際的經(jīng)驗。有些地方都是憑想像完成的?？傮w來說，課程設(shè)計對我們的幫助是很大的，它需要我們將學(xué)過的相關(guān)知識系統(tǒng)地聯(lián)系來，從中暴露出自身

13、的不足，以待改進(jìn)，并且提高了我們查閱資料的能力。1J 1J 1J 1J 1J 1J12 3 4 5 6- 一 一 一本次的課程設(shè)計，培養(yǎng)了我綜合應(yīng)用生產(chǎn)實際知識解決工程實際問題的能力；在設(shè)計的過程中還培養(yǎng)出了我們的團(tuán)隊精神，同學(xué)們共同協(xié)作，解決了許多個人無解決的問題；在今后的學(xué)習(xí)過程中我們會更加努力和團(tuán)結(jié)。參考資料閻邦椿.機(jī)械設(shè)計手冊第五版第4卷,機(jī)械工業(yè)出版社,2010.1成大先,機(jī)械設(shè)計手冊第五版第5卷.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008范存德.液壓技術(shù)手冊.遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2004.王守成.容一鳴液壓傳動，2006.8北京科技大學(xué)、東北大學(xué)編材料力學(xué)高等教育出版社.2008劉品李哲機(jī)械精度設(shè)計與檢測基礎(chǔ)第6版哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.2009