液壓缸課程設(shè)計DOC

河南理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院課程設(shè)計說明書題目名稱：單柱壓力機(jī)的液壓缸設(shè)計學(xué) 院：機(jī)械及動力工程學(xué)院班 級：機(jī)電11-1姓名： 邱曉學(xué)號：311104001017指導(dǎo)教師：劉俊利2 / 18目錄一、課程設(shè)計的目的及要求 二、課程設(shè)計內(nèi)容及參數(shù)確定 三、液壓缸主要尺寸的確定四、液壓缸的密封設(shè)計 五、支承導(dǎo)向的設(shè)計六、防塵圈的設(shè)計七、液壓缸材料的選用 八、課程設(shè)計總結(jié)九、參考文獻(xiàn)說明書一、 課程設(shè)計的目的油缸是液壓傳動系統(tǒng)中實現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動和小于360回擺運(yùn)動的液壓 執(zhí)行元件。具有結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，制造容易以及使用維護(hù)方便、低速 穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。因此，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)各部門，如：工程機(jī)械中挖 掘機(jī)和裝載機(jī)的鏟裝機(jī)構(gòu)和提升機(jī)構(gòu)，起重機(jī)械中汽車起重機(jī)的伸縮臂和 支腿機(jī)構(gòu)，礦山機(jī)械中的液壓支架及采煤機(jī)的滾筒調(diào)高裝置，建筑機(jī)械中 的打樁機(jī)，冶金機(jī)械中的壓力機(jī)，汽車工業(yè)中自卸式汽車和高空作業(yè)車， 智能機(jī)械中的模擬駕駛艙、機(jī)器人，火箭的發(fā)射裝置等。它們所用的都是 直線往復(fù)運(yùn)動油缸，即推力油缸。所以，研究和改進(jìn)液壓缸的設(shè)計制造， 提高液壓缸的工作壽命及其性能，對于更好的利用液壓傳動具有十分重要 的意義。設(shè)計要求1、每個參加課程設(shè)計的學(xué)生，都必須獨(dú)立按期完成設(shè)計任務(wù)書所規(guī) 定的設(shè)計任務(wù)。2、設(shè)計說明書和設(shè)計計算書要層次清楚，文字通順，書寫工整，簡 明扼要，論據(jù)充分。計算公式不必進(jìn)行推導(dǎo)，但應(yīng)注明公式中各符號的意義，代入數(shù)據(jù)得出結(jié) 果即可。3、說明書要有插圖，且插圖要清晰、工整，并選取適當(dāng)此例。說明 書的最后要附上草圖。4、繪制工作圖應(yīng)遵守機(jī)械制圖的有關(guān)規(guī)定，符合國家標(biāo)準(zhǔn)。5、繪制液壓缸總圖;6、一份設(shè)計說明書 二、課程設(shè)計內(nèi)容及所給參數(shù)1、設(shè)計參數(shù)主要技術(shù)參數(shù)：壓力機(jī)額定輸出力：20噸；液壓缸安裝方式：豎直布置，法蘭固定;液壓缸行程:250 mm；液壓缸額定壓力：lOMPa；液壓缸背壓：1 MPa；環(huán)境溫度：-1070 0 三、液壓缸主要尺寸的確定1 .液壓缸的工作壓力主要是根據(jù)液壓設(shè)備的類型來確定的，對于不同用 途的液壓設(shè)備，由于實際的工作條件不同，通常采用的壓力范圍也不同。 液壓缸的工作壓力為P=lOMpao2 .液壓缸缸筒內(nèi)徑D的計算根據(jù)已知條件，工作最大負(fù)載F=120000N,工作壓力P=10MPa 液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d的確定:已知：F=120000N, P=10MPa,=123.6nimi，4F = 4x120000 成 xlOxlO6d=0. 75D=0. 75 X 123. 6mm=92. 7mm 式中:1 / 18F 一液壓缸的理論作用力，N；P 供油壓力，MPa；d 一活塞桿的直徑，mo查表得：D= 125mm, d= 100mm3、液壓缸活塞桿直徑d的確定由已知條件查表(GB/T2348-1993),取d= 100mm選用45號鋼查表知，45鋼的屈服強(qiáng)度 =355MPa 按強(qiáng)度條件校核：“ I 4F (4x120000.因為由上面的計算所選擇的活塞桿直徑d=l25mm遠(yuǎn)大于按強(qiáng)度條件校核的最小直徑29mm,所以計算選擇的直徑d符合要求。4、液壓缸壁厚的計算液壓缸的壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件來計算。液壓缸的壁厚一般指缸筒 結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度。從材料力學(xué)可知，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應(yīng)力分 布材料規(guī)律因壁厚的不同而各異。一般計算時可分為薄壁圓筒和厚壁圓 筒。本設(shè)計按照薄壁圓筒設(shè)計，其壁厚按薄壁圓筒公式計算為：(該設(shè)計材料采用無縫鋼管)py = 1. 5 x 10 = 15MPab=100MPa式中，。為缸筒內(nèi)徑；P，為缸筒試驗壓力，當(dāng)缸的額定壓力P”“16M2時, 取P-L5P"；而當(dāng)P">16MPa時,取、二1.25”； 為缸筒材料的許用應(yīng) 力，6二%/，%為材料抗拉強(qiáng)度，為安全系數(shù)，一般取二5。由計算的公式所得的液壓缸的壁厚厚度很小，使缸體的剛度不夠，如在切 削加工過程中的變形，安裝變形等引起液壓缸工作過程中卡死或漏油。所 以用經(jīng)驗法選取壁厚：3二125、缸體外徑尺寸的計算缸體夕卜徑 QNO + 26 = 125+2xl2 = 149 nvn查機(jī)械設(shè)計手冊：液壓缸的外徑"取160mll1；液壓缸的材料為S45；液壓 缸的產(chǎn)品系列代號為A型即工程液壓缸。6、液壓缸工作行程的確定由于在液壓缸工作時要完成如下的幾個動作：快進(jìn)150I-|匚 進(jìn)50IJ工進(jìn)50I快 退11即可根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實際工作的最大長度確定。由上述動作和已知參數(shù)可以得出液壓缸的工作行程為250mm7、缸底厚度的確定一般液壓缸多為平底缸底，其有效厚度按強(qiáng)度要求可用下式進(jìn)行近4 N 0.4330>0,433xI25x似計算:=17 mm式中:D一缸蓋止口內(nèi)徑（mm）；01 一缸底厚（mm）；P 一缸內(nèi)最大壓力，MPa;一缸底材料許用應(yīng)力，MPa,其選用方法及上面缸筒厚度的 計算是相同的。由上面的計算得出，缸底的厚度217mll1。8、最小導(dǎo)向長度當(dāng)活塞桿全部外伸時，從活塞支承面中點(diǎn)到導(dǎo)向套滑動面中點(diǎn)的距離稱為 最小導(dǎo)向長度（如圖4所示），若導(dǎo)向長度太小，將使油缸因間隙引起的 初始撓度增大，從而影響油缸的工作穩(wěn)定性。對于一般油缸，其最小導(dǎo)向 長度H應(yīng)滿足下式要求:=75mm L D 250 125H> + =+ 20 2202式中：L一油缸最大工作行程 向）D缸筒內(nèi)徑（m）一般導(dǎo)向套滑面的長度A,在缸筒內(nèi)徑。V80mm取缸筒內(nèi)徑。的0. 61. 0倍;在缸筒內(nèi)徑。80mm時則取活塞桿直徑的0. 6-1. 0倍?；钊?寬度8取缸筒內(nèi)徑。的0. 61. 0倍,為了保證最小導(dǎo)向長度而過份地增大 導(dǎo)向套長度和活塞寬度都是不適宜的。最好的方法是在導(dǎo)向套及活塞之間 裝一隔套K,其長度。由所需的最小導(dǎo)向長度決定。采用隔套不僅能保證 最小導(dǎo)向長度，而且可以擴(kuò)大導(dǎo)向套及活塞的通用性。9、活塞寬度B的確定活塞的寬度B一般取B二(0.61.0) D即 B二(0. 61.0)X125 = (75125) mm10、缸體長度的確定液壓缸缸體內(nèi)部的長度應(yīng)等于活塞的行程及活塞寬度的和。缸體外部 尺寸還要考慮到兩端端蓋的厚度，一般液壓缸缸體的長度不應(yīng)大于缸體內(nèi) 徑D的20-30倍。即：缸體內(nèi)部長度250+75=325mm缸體長度 W (2030) D=(25003750) mm即取缸體長度為510mm11液壓缸進(jìn)、出油口尺寸的確定液壓缸的進(jìn)、出油口可布置在端蓋或缸筒上，進(jìn)、出油口處的流速不 大于5m/s,油口的連接形式為螺紋連接或法蘭連接。根據(jù)液壓缸螺紋連接的油口尺寸系列(摘自GB/T2878-93)及16MPa 小型系列單桿；自(GB/T2878-93 )及16MPa小型系列的單桿液壓缸油口安裝尺寸 (IS08138-1986)確定。進(jìn)出油口的尺寸為M16xl.5。連接方式為螺紋連接。12、活塞桿強(qiáng)度和液壓缸穩(wěn)定性計算1)活塞桿強(qiáng)度計算活塞桿的宜徑”按下式進(jìn)行校核,| 4F 4x100x1()3d > I>、> 35mm、川b V 3.14x100 符合要求式中，尸為活塞桿上的作用力；6為活塞桿材料的許用應(yīng)力，2)液壓缸穩(wěn)定性計算活塞桿受軸向壓縮負(fù)載時，它所承受的力尸不能超過使它保持穩(wěn)定工作所 允許的臨界負(fù)載招，以免發(fā)生縱向彎曲，破壞液壓缸的正常工作。居的值 及活塞桿材料性質(zhì)、截面形狀、直徑和長度以及液壓缸的安裝方式等因素 有關(guān)?；钊麠U穩(wěn)定性的校核依下式進(jìn)行：心人區(qū)任= 3.9x101%4式中，如為安全系數(shù)，一般取仁24。當(dāng)活塞桿的細(xì)長比 &G弧時：4.9xl0x 返F,=，八月 =1.57x106%4 1062 21+ (廠1 +(廠A 45000 25.r I/a/4 ml1 d _ _rk =/j/A = J/= = 25 6444式中，/為安裝長度，其值及安裝方式有關(guān)，見表1; 為活塞桿橫截面最 小回轉(zhuǎn)半徑，"=皿；外為柔性系數(shù)，其值見表2；弧為由液壓缸支 撐方式?jīng)Q定的末端系數(shù)，其值見表1;七為活塞桿材料的彈性模量，對鋼取E = 2.06x10"N/；J為活塞桿橫截面慣性矩；A為活塞桿橫截面積；/為由材料強(qiáng)度決定的實驗值，。為系數(shù)，具體數(shù)值見表2。表2 /、。、仇的值材料/xlO87V/nraa鑄鐵5.61/160080鍛鐵2.51/9000110鋼4.91/500085表1液壓缸支承方式和末端系數(shù)的值支承方式支承說明末端系數(shù)小一端自由一端固定 4兩端錢接1一端錢接一端固定2兩端固定413、緩沖裝置設(shè)計計算液壓缸中緩沖裝置的工作原理是利用活塞或缸筒在其走向行程終端時在活塞和缸蓋之間封住一部分油液，強(qiáng)迫它從小孔或細(xì)縫中擠出以產(chǎn)生很大的阻力，使工作部件受到制動，逐漸減慢運(yùn)動速度達(dá)到避免活塞和缸蓋相 互撞擊的目的。液壓缸中使用的緩沖裝置的工作原理如圖9所示。最常用的是節(jié)流口可調(diào) 式和節(jié)流口變化式兩種。其中，節(jié)流口可調(diào)式緩沖裝置在節(jié)流口調(diào)定后， 工作原理上就相當(dāng)于一個單孔口式的緩沖裝置。表3示節(jié)流口可調(diào)式和節(jié)流口變化式兩種緩沖裝置的主要性能。圖9液壓缸的緩沖裝置原理表3液壓缸中常用的緩沖裝置名稱和工作原理圖1-針形節(jié)流閥2單向閥特點(diǎn)說明被封在活塞和缸蓋間的油液經(jīng) 針形節(jié)流閥流出節(jié)流閥開口可根據(jù)負(fù)載情況進(jìn) 行調(diào)節(jié)起始緩沖效果大，隨著活塞的行 進(jìn)，緩沖效果逐漸減弱，故制動 行程長緩沖腔中的沖擊壓力大緩沖性能受油溫影響適用范圍廣1-軸向節(jié)流閥被封在活塞和缸蓋間的油液經(jīng) 活塞上的軸向節(jié)流槽流出緩沖過程中節(jié)流口通流截面不 斷減小，當(dāng)軸向槽的橫截面為矩 形，縱截面為拋物線形時，緩沖 腔可保持恒壓緩沖作用均勻，緩沖腔壓力較 小，制動位置精度高四：液壓缸的密封設(shè)計 液壓缸要求低摩擦，無外漏，無爬行，無滯澀，高響應(yīng)，長壽命，要滿足 伺服系統(tǒng)靜態(tài)精度，動態(tài)品質(zhì)的要求，所以它的密封及支承導(dǎo)向的設(shè)計極 為重要，不能簡單的延用普通液壓缸的密封和支承導(dǎo)向。因此設(shè)計密封時 應(yīng)考慮的因素：用于微速運(yùn)動（3-bmm/s）的場合時，不得有爬行，粘著滯澀現(xiàn)象。工作在高頻振動的場合的，密封摩擦力應(yīng)該很小且為恒值。要低摩擦，長 壽命。工作在食品加工、制藥及易燃環(huán)境的伺服液壓缸，對密封要求尤為突出， 不得有任何的外滲漏，否則會直接威脅人體健康和安全。工作在諸如冶金、電力等工業(yè)部門的，更換密封要停產(chǎn)，會造成重大經(jīng)濟(jì) 損失，所以要求密封長壽命，伺服液壓缸要耐磨。對于高速輸出的伺服液壓缸，要確保局部過熱不會引起密封失效，密封件 要耐高溫，要有良好的耐磨性。工作在高溫、熱輻射場合的伺服液壓缸，其密封件的材料要有長期耐高溫 的特性。工作介質(zhì)為磷酸酯或抗燃油的，不能用礦物油的密封風(fēng)材料，要考慮他們 的相容性。伺服液壓缸的密封設(shè)計不能單獨(dú)進(jìn)行，要和支承導(dǎo)向設(shè)計統(tǒng)一進(jìn)行統(tǒng)籌安 排。（1）靜密封的設(shè)計靜密封的設(shè)計要確保固定密封處在正常工作壓力的1. 5倍工作壓力下均無 外泄露。靜密封通常選用0形橡膠密封圈。根據(jù)GB3452. 1-92標(biāo)準(zhǔn)，查通用0形密封圈系列（代號G）的內(nèi)徑、截面及公差。由液壓缸裝配草圖確定：選用 125X3. 55 G GB3452. 1 一個36X2.65 G GB3452. 1 一個（2）動密封的設(shè)計動密封的設(shè)計直接關(guān)系著伺服液壓缸性能的優(yōu)劣，其設(shè)計必須結(jié)合支承導(dǎo) 向的設(shè)計統(tǒng)籌進(jìn)行?；钊案淄仓g用Y型密封圈。根據(jù)液壓傳動及控制手冊表13-23,查得用226編號的0型密封圈, 其尺寸為50. 39X3. 53.活塞桿及端蓋之間用Y型密封圈，它使雙作用元件具有良好的性能,抗擠壓 性好，尺寸穩(wěn)定，摩擦力小,耐磨、耐腐蝕性強(qiáng).五、支承導(dǎo)向的設(shè)計伺服液壓缸的支承導(dǎo)向裝置就是為了防止活塞及缸筒、活塞活塞桿及端蓋 之間的直接接觸,相互摩擦,產(chǎn)生磨損,從而達(dá)到降低摩擦,減少磨損，延長 壽命,起到導(dǎo)向和支承側(cè)向力的作用.導(dǎo)向環(huán)的特點(diǎn)：避免了金屬之間的接觸；具有高的徑向交荷承觸力；能補(bǔ)償邊界力；具有強(qiáng)耐磨性和高壽命；摩擦力??；能抑制機(jī)械振動；有良好的防塵效果,不允許外界異物嵌入；保護(hù)密封件不受過分?jǐn)D壓；導(dǎo)向時即使無潤滑也沒有液動力方面的問題；結(jié)構(gòu)簡單,安裝方便；維修費(fèi)用小.導(dǎo)向環(huán)的作用：導(dǎo)向環(huán)安裝在活塞外圈的溝槽內(nèi)或活塞桿導(dǎo)向套內(nèi)圓的溝 槽內(nèi)，以保證活塞及缸筒或活塞桿及其導(dǎo)向套的同軸度，并用以承受活塞 或活塞桿的側(cè)向力,用來對活塞桿導(dǎo)向.根據(jù)新編液壓工程手冊(下冊)表24. 7-13查得選用GST5908-0630 的導(dǎo)向環(huán).導(dǎo)向套的選用為其導(dǎo)向長度A=(0. 6-1. 0)D= (75-125)mm,取 A=100mm六：防塵圈的設(shè)計為防止落入活塞桿的塵埃，隨著活塞桿的伸縮運(yùn)動被帶進(jìn)端蓋和缸筒 內(nèi)，從而使密封件和支承導(dǎo)向環(huán)受到損失和過早的磨損，所以，伺服液壓 缸還設(shè)計安裝防塵圈。防塵圈的選擇原則：不給伺服液壓缸增加摩擦；不產(chǎn)生爬行；不粘著滯澀；不磨損活塞桿。防塵圈的選擇不當(dāng)，會引起摩擦力的增加，將保護(hù)活塞桿表面起潤滑 作用的粘附性油膜層刮下來，造成粘附性滲漏，這種滲漏在原理上是允許 的。防塵圈的作用：以防止活塞桿內(nèi)縮時把雜質(zhì)、灰塵及水分帶到密封裝置區(qū), 損傷密封裝置。綜上所述，經(jīng)查表13-28 (液壓傳動及控制手冊)，選用丁型無 骨架防塵圈，尺寸為125mm。七：液壓缸材料的選用缸筒：缸筒材料：常用20、35和45號鋼的無縫鋼管。由于缸筒要及法蘭焊 接在一起，故選用45號鋼的無縫鋼管。缸筒和缸蓋的連接方式：法蘭連 接；特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較簡單、易加工、易裝卸，使用廣泛，外形尺寸大，重量 大。缸蓋的材料為HT200,液壓缸內(nèi)圓柱表面粗糙度為RaO. 2-0.4皿。 內(nèi)徑用H8的配合；內(nèi)徑圓度、圓柱度不大于直徑公差之半；內(nèi)表面母線直線度在45. 0mm長度上，不大于0. 03mm；缸體端面對軸線的垂直度在直徑上每100mm上不大于0. 04mm：缸體和端蓋采用螺紋連接，用內(nèi)六角螺栓?；钊夯钊慕Y(jié)構(gòu)形式應(yīng)根據(jù)密封裝置的形式來選擇，密封形式根據(jù)工件條 件而定?；钊麠U：活塞桿的外端結(jié)構(gòu)：活塞桿外端及負(fù)重連接，其結(jié)構(gòu)形式根據(jù)工作要求而定?；钊麠U的內(nèi)端結(jié)構(gòu)：活塞桿的內(nèi)端及活塞連接。所有形式均需有鎖緊措施，以防止工作時 由于往復(fù)運(yùn)動而松開?；钊麠U及活塞之間還需安裝密封，采用緩沖套的螺 紋連接?；钊麠U導(dǎo)向套：活塞桿導(dǎo)向套裝在液壓缸的有桿腔一側(cè)的端蓋內(nèi)，用來對活塞桿導(dǎo) 向，其內(nèi)側(cè)裝有密封裝置，保證缸筒有桿腔的密封性。外側(cè)裝有防塵圈， 防止活塞桿內(nèi)縮時把雜質(zhì)、灰塵和水分帶進(jìn)密封裝置區(qū)，損傷密封裝置。緩沖裝置當(dāng)工作機(jī)構(gòu)質(zhì)量較大，運(yùn)動速度較高時，液壓缸有較大的動量。為了 減少液壓缸在行程終端由于大的動量造成的液壓沖擊和噪音，必須采用緩 沖裝置。當(dāng)停止位置不要求十分準(zhǔn)確時，可在回路中設(shè)置減速閥和制動閥, 也可以在缸的末端設(shè)置緩沖裝置。八：總結(jié)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.”千里之行始于足下”，通過這 次課程設(shè)計，我深深體會到這句千古名言的真正含義.我今天認(rèn)真的進(jìn)行 課程設(shè)計，學(xué)會腳踏實地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中 奔跑打下堅實的基礎(chǔ).我認(rèn)為，在這學(xué)期的學(xué)習(xí)中，不僅培養(yǎng)了獨(dú)立思考、 動手操作的能力，在各種其它能力上也都有了提高。更重要的是，在設(shè)計 過程中，我們學(xué)會了很多學(xué)習(xí)的方法。而這是日后最實用的，真的是受益 匪淺。要面對社會的挑戰(zhàn)，只有不斷的學(xué)習(xí)、實踐，再學(xué)習(xí)、再實踐。這 對于我們的將來也有很大的幫助。以后，不管有多苦，我想我們都能變苦 為樂，找尋有趣的事情，發(fā)現(xiàn)其中珍貴的事情。就像中國提倡的艱苦奮斗 一樣，我們都可以在實驗結(jié)束之后變的更加成熟，會面對需要面對的事情。16 / 181楊培元、 1994何存興.3雷天覺.4李壽剛.5張利平.6許福玲、九：參考文獻(xiàn) 朱福元.液壓系統(tǒng)設(shè)計簡明手冊北京.機(jī)械工業(yè)出版社液壓元件北京.機(jī)械工業(yè)出版社 1982新編液壓工程手冊北京.北京理工大學(xué)出版社 2005液壓傳動北京.北京理工大學(xué)出版社1981液壓氣動技術(shù)速查手冊北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2006陳堯明.液壓及氣壓傳動北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2007