液壓缸設(shè)計(jì)指導(dǎo)書

液壓缸設(shè)計(jì)指導(dǎo)書,液壓缸,設(shè)計(jì),指導(dǎo)書 液壓缸設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 機(jī)械工程學(xué)院 機(jī)設(shè)教研室 一、設(shè)計(jì)目的 油缸是液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)和小于360°回?cái)[運(yùn)動(dòng)的液壓執(zhí)行元件。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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。其主要應(yīng)用有：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(dòng)油缸，即推力油缸。所以進(jìn)一步研究和改進(jìn)液壓缸的設(shè)計(jì)制造，提高液壓缸的工作壽命及其性能，對(duì)于更好的利用液壓傳動(dòng)具有十分重要的意義。 通過學(xué)生自己獨(dú)立地完成指定的課程設(shè)計(jì)任務(wù)，提高理論聯(lián)系實(shí)際、分析問題和解決問題的能力，學(xué)會(huì)查閱參考書和工具書的方法，提高編寫技術(shù)文件的能力，進(jìn)一步加強(qiáng)設(shè)計(jì)計(jì)算和制圖等基本技能的訓(xùn)練，為畢業(yè)后成為一名出色的機(jī)械工程師打好基礎(chǔ)。 為此，編寫了這本“液壓缸設(shè)計(jì)指導(dǎo)書”，供機(jī)械專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)液壓傳動(dòng)課程及課程設(shè)計(jì)時(shí)參考。 二、設(shè)計(jì)要求 1、每個(gè)參加課程設(shè)計(jì)的學(xué)生，都必須獨(dú)立按期完成設(shè)計(jì)任務(wù)書所規(guī)定的設(shè)計(jì)任務(wù)。 2、設(shè)計(jì)說明書和設(shè)計(jì)計(jì)算書要層次清楚，文字通順，書寫工整，簡(jiǎn)明扼要，論據(jù)充分。計(jì)算公式不必進(jìn)行推導(dǎo)，但應(yīng)注明公式中多符號(hào)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。 5、學(xué)生在完成說明書、圖紙后，準(zhǔn)備進(jìn)行答辯，最后進(jìn)行成績(jī)?cè)u(píng)定。 三、設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)任務(wù)由指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生實(shí)際情況及所收集資料情況確定。最后人均一題，避免重復(fù)。 四、設(shè)計(jì)依據(jù)和設(shè)計(jì)步驟 油缸是液壓傳動(dòng)的執(zhí)行元件，它與主機(jī)及主機(jī)的工作結(jié)構(gòu)有著直接的聯(lián)系。不同的機(jī)型和工作機(jī)構(gòu)對(duì)油缸則有不同的工作要求。因此在設(shè)計(jì)油缸之前，首先應(yīng)了解下列這些作為設(shè)計(jì)原始依據(jù)的主要內(nèi)容。主機(jī)的用途和工作條件，工作機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，負(fù)載值，速度，行程大小和動(dòng)作要求，液壓系統(tǒng)所選定的工作壓力和流量等。 油缸的設(shè)計(jì)內(nèi)容和步驟大致如下： 1、液壓缸類型和多部分結(jié)構(gòu)的選擇。 2、確定基本參數(shù)。主要包括工作負(fù)載、工作速度（當(dāng)有速度要求時(shí)）、工作行程、導(dǎo)向長(zhǎng)度、缸筒內(nèi)徑及活塞桿直徑等。 3、強(qiáng)度和穩(wěn)定性計(jì)算。其中包括缸筒壁厚、外徑和缸底厚度的強(qiáng)度計(jì)算，活塞桿強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算，以及各連接部分的強(qiáng)度計(jì)算。 4、導(dǎo)向、密封、防塵、排氣和緩沖等裝置的設(shè)計(jì)。 5、整理設(shè)計(jì)說明書。繪制工作圖。 應(yīng)該指出，不同類型和結(jié)構(gòu)的油缸，其設(shè)計(jì)內(nèi)容量是不同的，而且各參數(shù)之間需要綜合考慮反復(fù)驗(yàn)算才能得出比較滿意的結(jié)果。因此設(shè)計(jì)步驟不可能是固定不變的。 五、結(jié)構(gòu)型式的確定 1、結(jié)構(gòu)初型： 根據(jù)設(shè)計(jì)原始依據(jù)和設(shè)計(jì)任務(wù)書，查閱有關(guān)參考資料設(shè)計(jì)或選擇油缸的結(jié)構(gòu)初型（畫圖附于說明書中）。 液壓缸的安裝形式很多，但大致可分為兩類： 1）軸線固定類 這類安裝形式的液壓缸在工作時(shí)，軸線位置固定不變。機(jī)床上的液壓缸大多是采用這種安裝形式。 （1）通用拉桿式 在兩端缸蓋上鉆出通孔，用雙頭螺桿將缸和安裝座連接拉緊。一般用于短行程、壓力低的液壓缸。 （2）法蘭式 用液壓缸上的法蘭將其固定在機(jī)器上。法蘭設(shè)置在活塞桿端的缸頭上，外側(cè)面與機(jī)械安裝面貼緊，這叫頭部外法蘭式。由于液壓缸工作時(shí)反作用力的作用，安裝螺栓承受液壓力的拉伸作用，因而安裝螺栓的直徑較大，并且要求強(qiáng)度計(jì)算。 法蘭設(shè)置在活塞桿端的缸頭上，內(nèi)側(cè)面與機(jī)械安裝面貼緊，這叫頭部?jī)?nèi)法蘭式。液壓缸工作時(shí)，安裝螺栓受力不大，主要靠安裝支承面承受，所以法蘭直徑較小，結(jié)構(gòu)較緊湊。這種安裝形式在固定安裝形式中應(yīng)用得最多。 法蘭設(shè)置在缸的底部，與機(jī)械安裝面用螺栓緊固，這叫尾部法蘭式。這種安裝形式使液壓缸懸伸，安裝長(zhǎng)度較大，穩(wěn)定性差。 （3）支座式 將液壓缸頭尾兩端的凸緣與支座緊固在一起。支座可置于液壓缸左右的徑向、切向，也可置于軸向底部的前后端。徑向安裝時(shí)，安裝面與活塞桿軸線在同一平面上，液壓缸工作時(shí)，安裝螺栓只承受剪切力；切向和軸向安裝時(shí)，活塞的軸線與支座底面有一定的距離，安裝螺栓既受剪切力，又承受因存在傾翻力矩而產(chǎn)生的彎曲力。切向安裝時(shí)傾翻力矩比軸向安裝時(shí)要小一些。 對(duì)于支座安裝形式，GS3766—83的2.2.2條規(guī)定：“支座式液壓缸如不采用鍵或銷承受剪切力時(shí)，則底腳固定螺栓必須經(jīng)受全部剪切力而不致引起危險(xiǎn)”。 2）軸線擺動(dòng)類 液壓缸在往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于機(jī)構(gòu)的相互作用使其軸線產(chǎn)生擺動(dòng)，達(dá)到調(diào)整位置和方向的要求。安裝這類液壓缸，安裝形式也只能采用使其能擺動(dòng)的鉸接方式。工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、翻斗汽車和船舶甲板機(jī)械等所用的液壓缸多用這類安裝形式。 （1）耳軸式 將固定在液壓缸上的鉸軸安裝在機(jī)械的軸座內(nèi)，使液壓缸軸線能在某個(gè)平面內(nèi)自由擺動(dòng)。 耳軸設(shè)置在液壓缸頭部的叫頭部耳軸式。這種安裝形式的液壓缸，擺動(dòng)幅度較小，但穩(wěn)定性較好。 耳軸設(shè)置在液壓缸尾部的尾部耳軸式。這種安裝形式的液壓缸，擺動(dòng)幅度較大，但穩(wěn)定性較差。 耳軸設(shè)置在液壓缸中部的叫中間耳軸式，其擺動(dòng)幅度和穩(wěn)定性一般。 （2）耳環(huán)式 將液壓缸的耳環(huán)與機(jī)械上的耳環(huán)用銷軸連接在一起，使液壓缸能在某個(gè)平面內(nèi)自由擺動(dòng)。耳環(huán)在液壓缸的尾部，可以是單耳環(huán)，也可以是雙耳環(huán)，還可以做成帶關(guān)節(jié)軸承的單耳環(huán)或雙耳環(huán)。 （3） 球頭式 將液壓缸尾部的球頭與機(jī)械上的球座連接在一起，使液壓缸能在一定的空間錐角范圍內(nèi)任意擺動(dòng)。這種安裝形式自由度大，但穩(wěn)定性差。船舶起貨吊桿液壓缸多用這種形式。 應(yīng)該指出，軸線擺動(dòng)安裝的液壓缸往往工作時(shí)都是傾斜的，隨著活塞桿的逐漸伸出，軸線與水平面的夾角也逐漸變化，其工作出力隨著夾角的變化而變化，因此，計(jì)算液壓缸的有效工作出力時(shí)，一定要以夾角處于最小時(shí)能推動(dòng)的負(fù)載為依據(jù)。 2、局部結(jié)構(gòu)初選 根據(jù)設(shè)計(jì)條件，查閱資料確定油缸各零件的結(jié)構(gòu)、材料及聯(lián)接方式。（畫簡(jiǎn)圖附于說明書中） 1）缸筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 缸筒的兩端分別與缸蓋相連，構(gòu)成密閉的壓力腔，因而它的結(jié)構(gòu)形式往往和缸蓋及缸底密切相關(guān)。設(shè)計(jì)缸筒的結(jié)構(gòu)時(shí)，也應(yīng)該一起加以考慮。 缸筒是液壓缸的主體，其余零件裝配其上，它的結(jié)構(gòu)形式對(duì)加工和裝配有很大影響，因此其結(jié)構(gòu)必須盡量便于裝配、拆卸和維修。 缸筒與缸蓋、缸底的連接形式很多，不少于60多種，把他們按連接方法分類，大致有以下幾種。 （1） 法蘭連接 缸筒端部設(shè)計(jì)有法蘭，用螺栓將其與端蓋連接起來。法蘭連接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工和裝拆都很方便，只是外形尺寸和重量都較大。法蘭與缸筒為整體式（見圖1-a）的多為鑄件和鑄件缸筒，加工余量較大，浪費(fèi)材料；焊接法蘭式（見圖1-b）多為鋼質(zhì)缸筒，將無縫鋼管制成的缸筒與法蘭焊接在一起，其焊縫要進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。法蘭連接是液壓缸中使用最普遍的結(jié)構(gòu)形式。 圖1 缸筒與端蓋（或缸底）的連接形式 （2） 螺釘連接 將缸蓋用螺釘固定在缸筒端部（見圖1-c）。這種連接方式簡(jiǎn)單，但因缸筒壁薄，需要數(shù)量較多的螺釘才能承受液壓力。這種方式多用于柱塞液壓缸和低壓液壓缸。 （3） 外螺紋連接 這種方式裝拆方便，但需要專用工具。它使缸筒端部結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，螺紋要與缸筒的內(nèi)徑同心。螺紋對(duì)缸筒壁厚尺寸要求不大，很適合無縫鋼管做缸筒的液壓缸。密封槽一般都設(shè)置在缸筒端面或端蓋上，以免削弱缸筒強(qiáng)度。為了防止螺紋因沖擊震動(dòng)而松動(dòng)，往往增加鎖緊螺母或緊定螺釘，如圖1-d所示。 （4）內(nèi)螺紋連接 在缸筒端部加工出內(nèi)螺紋和退刀槽，雖然會(huì)削弱缸筒強(qiáng)度，而且螺紋與缸筒要求同心，但其結(jié)構(gòu)緊湊，外形美觀，不易損壞。連接螺紋可以設(shè)計(jì)在端蓋上，也可以用螺紋壓圈緊固，如圖1-e所示。 （5）外卡鍵連接 這種連接的強(qiáng)度好，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，裝拆容易，但缸筒端部要切出卡鍵槽，使強(qiáng)度有所降低。外卡鍵一般由兩個(gè)半環(huán)卡鍵組成，固定卡鍵可以用卡鍵帽，如圖1-f所示。 （6）內(nèi)卡鍵連接 這種連接方式的優(yōu)缺點(diǎn)同外卡鍵差不多，但裝拆不便。為了便于裝拆，卡鍵一般由三瓣組成，第三瓣的剖切口平面必須與軸線平行，否則是裝不進(jìn)去的。裝配卡鍵時(shí)，端蓋外端面不能高出卡鍵槽，裝好卡鍵后，端蓋才能裝到位，如圖1-g所示。卡鍵與卡鍵槽的配合精度要適當(dāng)，間隙過大，缸筒卡鍵槽處會(huì)因受到?jīng)_擊而產(chǎn)生剪切破壞。 （7） 彈性卡圈式 彈性卡圈有孔用彈性卡圈和鋼絲彈性卡圈兩種，如圖1-h和圖1-i所示。由于它們都是標(biāo)準(zhǔn)件，因此使用方便，裝拆容易。但因厚度較薄，只能用于中低壓缸筒上。 （8）焊接式 如圖1-j所示，將端蓋直接焊在缸筒上，強(qiáng)度高，制造簡(jiǎn)單，但容易引起焊接變形，維修時(shí)需破壞端蓋才行。 （9）銷釘式 如圖1-k所示，將端蓋裝入缸筒后，相配鉆鉸，裝上銷釘。這種連接方式簡(jiǎn)單方便，但銷釘承受的剪切力較大，要校核強(qiáng)度和銷釘數(shù)量。 （10）拉桿式 如圖1-l所示，起結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性好，通用性大，但端蓋的體積和重量較大，拉桿受力后會(huì)拉伸變長(zhǎng)，影響密封效果，只適用于中低壓液壓缸。 除了缸筒與缸蓋和缸底的結(jié)構(gòu)形式外，安裝液壓缸時(shí)，如結(jié)構(gòu)允許，進(jìn)出油口位置必須在最上面。液壓缸必須裝成使其能自動(dòng)放氣或裝有方便的放氣口。缸筒上的進(jìn)出油口和排氣閥的閥座，一般都焊接在缸筒的最上面，以利于安裝和空氣的排除。 2）缸筒的材料 缸筒常用20、35、45號(hào)無縫鋼管，當(dāng)缸筒上需要焊接缸底、耳軸或管接頭時(shí)，多采用35號(hào)鋼管。在承受的負(fù)載很大時(shí)，如液壓支架中的立柱等，常用低合金無縫鋼管，如27SiMn和30CrMnSi等。 3）缸底 缸底的材料常用35號(hào)或45號(hào)鋼。缸筒采用無縫鋼管時(shí)，缸底與缸筒多采用焊接結(jié)構(gòu)，它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，加工簡(jiǎn)單，工作可靠，但容易產(chǎn)生焊接變形。通常缸底上口與缸筒內(nèi)孔間采用過渡配合，以限制焊接后的變形。除焊接結(jié)構(gòu)外，缸底與缸筒可采用螺紋連接、半環(huán)連接和法蘭連接等多種連接方式。要根據(jù)具體設(shè)計(jì)要求靈活選擇。 4）缸蓋 缸口部分一般由密封圈、導(dǎo)向套、防塵圈和鎖緊裝置等組成，用作活塞桿的導(dǎo)向和密封等。缸孔和活塞桿直徑不同，缸口部分的結(jié)構(gòu)也有所不同，缸蓋與缸筒的典型連接結(jié)構(gòu)有，外螺紋連接，它的外徑小，質(zhì)量輕，但結(jié)構(gòu)工藝性較差；內(nèi)半環(huán)連接，內(nèi)卡環(huán)常由三個(gè)半環(huán)組成，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而且緊湊，拆裝也較方便，但缸壁上的環(huán)槽削弱了缸筒的強(qiáng)度；法蘭連接，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而且緊湊，拆裝和加工容易。缺點(diǎn)是外形和質(zhì)量都比較大；鋼絲連接，這種連接方式的結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單、緊湊，已逐漸被推廣使用。值得注意的是缸蓋與缸筒的連接很少采用焊接結(jié)構(gòu)。 缸蓋材料一般用35、45號(hào)鋼鍛件。當(dāng)缸蓋兼作導(dǎo)向套時(shí)，應(yīng)采用鑄鐵并在其工作表面堆焊青銅，黃銅或其它耐磨材料，導(dǎo)向套也可單獨(dú)制成后壓入缸蓋內(nèi)孔。 5）缸體與外部的連接結(jié)構(gòu) 油缸依與機(jī)器的設(shè)置與固定方式可分為兩大類： a、剛性固定：采用底座或法蘭連接 b、鉸接固定：采用耳環(huán)或鉸軸 油缸的安裝一般是通過兩端的耳環(huán)或中部鉸軸與工作機(jī)構(gòu)連接。缸底耳環(huán)通常做成整體或焊接?；钊麠U耳環(huán)可做成整體或采用焊接或螺紋連接。鉸軸可根據(jù)工作機(jī)構(gòu)的要求焊接在缸體的頭部、尾部或任意中間位置，其中以頭部鉸軸對(duì)活塞桿的彎曲作用最小。耳環(huán)與鉸軸的材料可采用45號(hào)鋼或ZG35鑄鋼。 6）活塞 活塞材料通常用鋼或鑄鐵，也有用鋁合金制成的，它的結(jié)構(gòu)上主要考慮的問題是：活塞與缸筒的滑動(dòng)和密封，活塞與活塞桿之間的連接與密封。 7）活塞桿 活塞桿是油缸的主要傳力零件，必須有足夠的強(qiáng)度和剛性?；钊麠U有空心和實(shí)心兩種結(jié)構(gòu)。空心活塞桿的一端留有透氣孔，使焊接和熱處理時(shí)能排出熱氣。實(shí)心活塞桿的材料多用35、45號(hào)鋼，空心活塞桿一般用35、45號(hào)無縫鋼管。有特殊用途的油缸（如液壓支架）應(yīng)按照使用條件來選定材料、結(jié)構(gòu)和尺寸?；钊麠U頭部與工作機(jī)械的連接，根據(jù)不同的要求，選擇符合要求的結(jié)構(gòu)型式。 8）緩沖裝置 一般的油缸可以不考慮緩沖要求。當(dāng)活塞的運(yùn)動(dòng)速度很高和運(yùn)動(dòng)部分質(zhì)量很大時(shí)，就有很大的慣性力。如果活塞在行程終端與缸底（或缸蓋）產(chǎn)生機(jī)械碰撞，會(huì)出現(xiàn)沖擊和噪聲，甚至導(dǎo)致油缸、管路以及閥類元件的破壞，為了防止或緩和這種沖擊，可以在液壓回路中設(shè)置減速閥和制動(dòng)閥，使活塞減速制動(dòng)，也可在液壓缸內(nèi)部設(shè)置緩沖裝置。 9）排氣裝置 液壓系統(tǒng)在安裝過程中或長(zhǎng)時(shí)間停止工作之后會(huì)滲入空氣，油中也會(huì)混入空氣，由于氣體具有較大的可壓縮性，將使油缸工作中產(chǎn)生振動(dòng)、顫抖和爬行，并伴隨有噪聲和發(fā)熱等系列不正?，F(xiàn)象。因此在設(shè)計(jì)油缸結(jié)構(gòu)時(shí)，要保證能及時(shí)排除積聚在缸內(nèi)的氣體。 一般利用空氣比重較油輕的特點(diǎn)，在油缸內(nèi)腔的最高部位設(shè)置進(jìn)出油口或?qū)ｉT的排氣裝置如排氣螺釘、排氣閥等，使積聚于缸內(nèi)的氣體排出缸外。 圖2 排氣裝置的形式 排氣裝置的形式和結(jié)構(gòu)見圖2，一般有整體排氣塞和組合排氣塞兩種。整體排氣塞（圖c、e）由螺紋與缸筒或端蓋連接，靠頭部錐面起密封作用。排氣時(shí)，擰松螺紋，缸內(nèi)空氣從錐面空隙中擠出并經(jīng)斜孔排出缸外。這種排氣裝置簡(jiǎn)單方便，但螺紋與錐面密封處同心度要求較高，否則擰緊排氣塞后不能密封，會(huì)造成外泄漏。組合排氣塞一般由螺塞和錐閥組成。螺塞擰松后，錐閥在壓力的推動(dòng)下脫離密封面而排出空氣。錐閥可以采用圖a所示的錐面密封，也可以采用圖b所示的錐面密封，還可以采用圖g所示的鋼珠密封。后兩種排氣密封形式對(duì)高壓缸比較適用。 10）耳環(huán)和鉸軸 耳環(huán)和鉸軸是液壓缸的安裝連接零件，見圖3，液壓缸的全部出力和負(fù)載重力 全靠耳環(huán)或鉸軸承載或傳遞，所以要保證其有足夠的強(qiáng)度。 圖3 耳環(huán)和鉸軸的形式 a）不帶襯套單耳環(huán) b）帶襯套單耳環(huán) c）球鉸形單耳環(huán) d）、e）、f）鉸軸 一般情況下，不帶襯套的單耳環(huán)尺寸，，；帶襯套的單耳環(huán)尺寸，其余同不帶襯套的；球鉸型單耳環(huán)尺寸，，，鉸軸尺寸。 11）油口 油口有油口孔和油口連接螺紋。油口孔是壓力油進(jìn)出的直接通道，如果孔小了，不僅造成進(jìn)油時(shí)流量供不應(yīng)求，影響液壓缸的活塞運(yùn)動(dòng)速度，而且會(huì)造成回油時(shí)受阻，形成背壓，影響活塞的退回速度，減少液壓缸的負(fù)載能力。 油口孔大多數(shù)屬于薄壁孔（孔的長(zhǎng)度與直徑之比的孔）。通過薄壁空的流量按下式計(jì)算 式中 ——流量系數(shù)，接頭處大孔與小孔之比大于7時(shí)為0.6—0.62，小于7時(shí)為0.7—0.8。 ——油孔的截面積 ——液體的密度 ——油孔前腔壓力 ——油孔后腔壓力 從式中可見，、是常量，對(duì)流量影響最大的因素是油孔的面積。根據(jù)此式，可以求出孔的直徑大小，以滿足流量的需要，從而保證液壓缸的正常工作運(yùn)動(dòng)速度。 12）密封件的選用 （1）對(duì)密封件的要求 在液壓元件中，液壓缸的密封要求是比較高的，特別是一些特殊液壓缸，如擺動(dòng)液壓缸等。液壓缸不僅有靜密封，更多的部位是動(dòng)密封，而且工作壓力高，這就要求密封件的密封性能要好，耐磨損，對(duì)溫度的適應(yīng)范圍大，要求彈性好，永久變形小，有適當(dāng)?shù)臋C(jī)械強(qiáng)度，摩擦阻力小，容易制造和裝拆，能隨壓力的升高而提高密封能力和利于自動(dòng)補(bǔ)償磨損。密封件一般以斷面形狀分類，有O形、Y形、U形、V形和Yx形等。除O形外，其他都屬于唇形密封件。 （2）O形密封圈的選用 液壓缸的靜密封部位主要有活塞內(nèi)孔與活塞桿、支撐座外圓與缸筒內(nèi)孔、端蓋與缸體端面等處。靜密封部位使用的密封件基本上都是O形密封圈。 （3）動(dòng)密封部位密封圈的選用 由于O型密封圈用于往復(fù)運(yùn)動(dòng)存在起動(dòng)阻力大的缺點(diǎn)，所以用于往復(fù)運(yùn)動(dòng)的密封件一般不用O形圈，而使用唇形密封圈或金屬密封圈。 液壓缸動(dòng)密封部位主要有活塞與缸筒內(nèi)孔的密封、活塞桿與支撐座（或?qū)蛱祝┑拿芊獾取? 活塞環(huán)是具有彈性的金屬密封圈，摩擦阻力小，耐高溫，使用壽命長(zhǎng)，但密封性能差，內(nèi)泄漏量大，而且工藝復(fù)雜，造價(jià)高。對(duì)內(nèi)泄漏量要求不嚴(yán)而要求耐高溫的液壓缸，使用這種密封圈較合適。 V形圈的密封效果一般，密封壓力通過壓圈可以調(diào)節(jié)，但摩擦阻力大，溫升嚴(yán)重。因其是成組使用，模具多，也不經(jīng)濟(jì)。對(duì)于運(yùn)動(dòng)速度不高、出力大的大直徑液壓缸，用這種密封圈較好。 U形圈雖是唇形密封圈，但安裝時(shí)需用支撐環(huán)壓住，否則就容易卷唇，而且只能在工作壓力低于10MPa時(shí)使用，對(duì)壓力高的液壓缸不適用。 比較而言，能保證密封效果，摩擦阻力小，安裝方便，制造簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的密封圈就屬Yx型密封圈了。它屬于不等高雙唇自封壓緊式密封圈 ，分軸用和孔用兩種。 六、確定基本參數(shù) 1、工作負(fù)載的計(jì)算 計(jì)算工作負(fù)載是為了確定油缸所需的牽引力，油缸的工作負(fù)載是指工作機(jī)構(gòu)在滿負(fù)載情況下，以一定的加速度起動(dòng)時(shí)，對(duì)液壓缸產(chǎn)生的總阻力，即 （N） 式中——工作機(jī)構(gòu)的工作阻力及自重（當(dāng)油缸垂直安裝時(shí)）等對(duì)油缸產(chǎn)生的作用力（N） ——工作機(jī)構(gòu)滿載起動(dòng)時(shí)靜摩擦力對(duì)油缸產(chǎn)生的作用力（N） ——工作機(jī)構(gòu)滿載起動(dòng)時(shí)的慣性力對(duì)油缸產(chǎn)生的作用力（N） 2、工作速度和速比 當(dāng)無桿腔進(jìn)油時(shí)，活塞（或缸體）的工作速度為 （m/s） 當(dāng)有桿端進(jìn)油時(shí)的速度 （m/s） 式中Q——泵的流量（m/s）； D——缸筒內(nèi)徑（m）； d——活塞桿直徑（m）； ——容積效率。 如果工作機(jī)構(gòu)對(duì)油缸的工作速度有一定要求時(shí)，應(yīng)根據(jù)所需的工作速度和已選定的流量來確定缸徑。推力和速度都有要求時(shí)，可根據(jù)速度和缸徑來選擇壓力和流量。速度沒有要求時(shí)，則可根據(jù)已選定的流量和缸徑來確定工作速度。對(duì)于雙作用油缸，其往復(fù)運(yùn)動(dòng)的速比為： 速比不宜取過小或過大，以免產(chǎn)生過大的背壓或活塞桿太細(xì)，穩(wěn)定性不好。值可按JB2183-77中所制定的標(biāo)準(zhǔn)選用，為了不使往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度相差太大，一般推薦。一般來說，工作壓力高的油缸選用大值，工作壓力低的選小值，特殊情況可另作考慮。 3、缸筒內(nèi)徑 對(duì)于負(fù)載較大的工程、礦山機(jī)械用的油缸，在系統(tǒng)給定的工作壓力情況下，常以保證油缸有足夠的牽引力，能驅(qū)動(dòng)工作負(fù)載為確定缸筒內(nèi)徑的重要條件，如果尚有運(yùn)動(dòng)速度要求時(shí)，則往往在校核時(shí)通過選擇適當(dāng)流量油泵的辦法來解決。 但是當(dāng)系統(tǒng)的工作壓力尚未確定的時(shí)候，必須首先根據(jù)負(fù)載的大小合理地選擇油缸的工作壓力（見附表7），選定的工作壓力應(yīng)符合GB2346-80的規(guī)定值。（見附表1） 對(duì)于雙作用單桿活塞缸，當(dāng)壓力油輸入無桿腔，活塞桿以推力驅(qū)動(dòng)工作負(fù)載時(shí)，其推力為 由此得缸筒內(nèi)徑 （m） 式中——工作壓力（Pa）； ——回油背壓（Pa），若回油直接通油箱，可取≈0； ——機(jī)械效率，考慮密封件的摩擦阻力損失，橡膠密封通常??； ——活塞桿直徑（m），通常 。 當(dāng)活塞桿以拉力驅(qū)動(dòng)負(fù)載時(shí)，則壓力油進(jìn)入有桿腔，其拉力為 由此得缸筒內(nèi)徑 (m) 由上式計(jì)算所得的缸筒內(nèi)徑，需按GB2348-80規(guī)定的液壓缸內(nèi)徑尺寸系列圓整成標(biāo)準(zhǔn)值。（見附表2） 4、活塞桿直徑 油缸內(nèi)徑確定后，若單桿活塞缸的雙向運(yùn)動(dòng)有一定速比要求時(shí)，可按速比的關(guān)系式求出活塞桿的直徑為 (m) 式中的值可根據(jù)需要或從有關(guān)資料的推薦值選取。 對(duì)于一般無速比要求的油缸，也可按下式初步定出活塞桿直徑 （m） 以上計(jì)算所得的活塞桿直徑，均需按GB2348-80規(guī)定的活塞桿外徑尺寸系列圓整成標(biāo)準(zhǔn)值。（見附表3） 5、最小導(dǎo)向長(zhǎng)度 當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支承面中點(diǎn)到導(dǎo)向套滑動(dòng)面中點(diǎn)的距離稱為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度（如圖4所示），若導(dǎo)向長(zhǎng)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(duì)于一般油缸，其最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H應(yīng)滿足下式要求 (m) 式中 ---油缸最大工作行程 (m) ---缸筒內(nèi)徑 (m) 圖4 液壓缸最小導(dǎo)向長(zhǎng)度 一般導(dǎo)向套滑面的長(zhǎng)度A,在缸筒內(nèi)徑＜80mm取缸筒內(nèi)徑的 0. 6～1.0倍;在缸筒內(nèi)徑>80mm時(shí)則取活塞桿直徑的0.6～1.0倍?；钊麑挾热「淄矁?nèi)徑的0.6～1.0倍,為了保證最小導(dǎo)向長(zhǎng)度而過份地增大導(dǎo)向套長(zhǎng)度和活塞寬度都是不適宜的。最好的方法是在導(dǎo)向套與活塞之間裝一隔套K，其長(zhǎng)度由所需的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度決定。采用隔套不僅能保證最小導(dǎo)向長(zhǎng)度，而且可以擴(kuò)大導(dǎo)向套及活塞的通用性。 七、強(qiáng)度和穩(wěn)定性計(jì)算 1、 缸筒壁厚和外徑計(jì)算。 缸筒壁厚校核時(shí)分薄壁和厚壁兩種情況。當(dāng)時(shí)為薄壁，壁厚按下式進(jìn)行校核 式中，為缸筒內(nèi)徑；為缸筒試驗(yàn)壓力，當(dāng)缸的額定壓力時(shí)，取=1.5；而當(dāng)時(shí)，取=1.25；為缸筒材料的許用應(yīng)力，=，為材料抗拉強(qiáng)度，為安全系數(shù)，一般取=5。 當(dāng)時(shí)，壁厚按下式進(jìn)行校核 在壁厚和內(nèi)徑確定的基礎(chǔ)上，求出缸筒的計(jì)算外徑，然后圓整為標(biāo)準(zhǔn)外徑。 2、缸底厚度 1）如圖（a）所示的平底缸底，按下式計(jì)算： 2）如圖（b）所示的帶孔的平底缸底，按下式計(jì)算： （a） （b） （c） 圖5 幾種缸底結(jié)構(gòu) 3）如圖（c）所示的半球形缸底，按下式計(jì)算： 式中 ——缸底止口內(nèi)徑（m）； []——缸底材料的許用應(yīng)力， ——缸底材料抗拉強(qiáng)度（Pa）； ——安全系數(shù)， 其它符號(hào)意義同前。算得的缸底厚度按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定系列選取。 3、活塞桿強(qiáng)度和液壓缸穩(wěn)定性計(jì)算 1）活塞桿強(qiáng)度計(jì)算 活塞桿的直徑按下式進(jìn)行校核 式中，為活塞桿上的作用力； 為活塞桿材料的許用應(yīng)力，=。 2）液壓缸穩(wěn)定性計(jì)算 活塞桿受軸向壓縮負(fù)載時(shí)，它所承受的力不能超過使它保持穩(wěn)定工作所允許的臨界負(fù)載，以免發(fā)生縱向彎曲，破壞液壓缸的正常工作。的值與活塞桿材料性質(zhì)、截面形狀、直徑和長(zhǎng)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 式中，為安全系數(shù)，一般取=2~4。 當(dāng)活塞桿的細(xì)長(zhǎng)比時(shí) 當(dāng)活塞桿的細(xì)長(zhǎng)比時(shí) 式中，為安裝長(zhǎng)度，其值與安裝方式有關(guān)，見表1；為活塞桿橫截面最小回轉(zhuǎn)半徑，；為柔性系數(shù)，其值見表2； 為由液壓缸支撐方式?jīng)Q定的末端系數(shù)，其值見表1；為活塞桿材料的彈性模量，對(duì)鋼取；為活塞桿橫截面慣性矩；為活塞桿橫截面積；為由材料強(qiáng)度決定的實(shí)驗(yàn)值，為系數(shù)，具體數(shù)值見表2。 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) 一端自由一端固定 兩端鉸接 1 一端鉸接一端固定 2 兩端固定 4 表2 、、的值 材料 鑄鐵 5.6 1/1600 80 鍛鐵 2.5 1/9000 110 鋼 4.9 1/5000 85 4、連接零件的強(qiáng)度計(jì)算 對(duì)于重要的液壓缸，它的各部分連接零件都應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。 1） 缸筒和缸底焊縫強(qiáng)度的計(jì)算 如圖6所示，其對(duì)接焊縫的應(yīng)力為： 式中——液壓缸最大推力（N）； ——焊接效率，取=0.7； ——焊縫的許用應(yīng)力（Pa）； 圖6焊接缸筒和缸底 ，當(dāng)采用T422焊條時(shí)， ，取安全系數(shù)n=3.3~4。 2） 缸蓋連接螺紋的強(qiáng)度計(jì)算 如圖7所示，缸筒和缸蓋采用螺紋連接時(shí)，其強(qiáng)度計(jì)算如下： 螺紋處的拉力和剪應(yīng)力分別為： 圖7 螺紋連接的缸體 其合成應(yīng)力和強(qiáng)度驗(yàn)算公式為 式中——螺紋外徑； ——螺紋內(nèi)徑。采用普通螺紋尺寸時(shí)，可近似地按下式計(jì)算，（t為螺距）； ——螺紋內(nèi)摩擦系數(shù)（），一般??； ——螺紋預(yù)緊力系數(shù)，取； ——缸筒材料的許用應(yīng)力（Pa），，安全系數(shù)，為缸筒材料的屈服極限（Pa）； ——液壓缸最大推力（N）； ——缸筒內(nèi)徑（m）。 3） 缸蓋連接螺栓的強(qiáng)度計(jì)算 缸蓋與缸筒采用法蘭和固定螺栓連接時(shí)，其螺栓螺紋處的拉應(yīng)力和剪應(yīng)力分別為 其合成應(yīng)力和強(qiáng)度驗(yàn)算公式為 （Pa） 以上各式中的Z為螺栓或拉桿數(shù)量，其它符號(hào)意義同前。 4） 卡鍵連接強(qiáng)度的計(jì)算 圖8 卡鍵連接 外卡鍵連接見圖8，卡鍵a-a截面上的剪應(yīng)力為 （N/cm2） 卡鍵a-b側(cè)面的擠壓應(yīng)力為 （N/cm2） 缸筒危險(xiǎn)截面（A-A截面）的拉應(yīng)力為 （N/cm2） 內(nèi)卡鍵連接見圖，卡鍵a-a截面上的剪應(yīng)力為 （N/cm2） 卡鍵a-b側(cè)面的擠壓應(yīng)力為 （N/cm2） 缸筒危險(xiǎn)截面（A-A截面）的拉應(yīng)力為 （N/cm2） 式中 ——液壓缸的最大出力（N）； ——缸筒外徑（cm）； ——缸筒內(nèi)徑（cm）； ——卡鍵厚度（cm）； ——卡鍵寬度（cm）。 5、緩沖裝置設(shè)計(jì)計(jì)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(shí)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(dòng)，逐漸減慢運(yùn)動(dòng)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(gè)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 特點(diǎn)說明 1—針形節(jié)流閥 2—單向閥 1. 被封在活塞和缸蓋間的油液經(jīng)針形節(jié)流閥流出 2. 節(jié)流閥開口可根據(jù)負(fù)載情況進(jìn)行調(diào)節(jié) 3. 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(dòng)行程長(zhǎng) 4. 緩沖腔中的沖擊壓力大 5. 緩沖性能受油溫影響 6. 適用范圍廣 1—軸向節(jié)流閥 1. 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 2. 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(shí)，緩沖腔可保持恒壓 3. 緩沖作用均勻，緩沖腔壓力較小，制動(dòng)位置精度高 八、總體尺寸確定 根據(jù)上述的設(shè)計(jì)計(jì)算，確定各零部件的尺寸和總體尺寸。 1、缸筒內(nèi)徑、外徑、筒長(zhǎng)的確定。 2、確定缸蓋的外徑、內(nèi)徑、蓋長(zhǎng)及其它尺寸。 3、確定缸底的底厚、缸出口內(nèi)徑、高度等。 4、活塞桿外徑、內(nèi)徑、長(zhǎng)度等尺寸的確定。 5、活塞各部分尺寸的確定。 6、確定各密封件尺寸，查工具書選擇密封元件及防塵圈。 7、連接件及其它零件尺寸的確定。 九、結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì) 繪制油缸部件裝配圖一張，具體要求如下： 1、必須遵守機(jī)械制圖的有關(guān)規(guī)定，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。 2、合理布置圖面，選擇適當(dāng)比例尺。 3、圖面干凈，正確，必須能夠真實(shí)、準(zhǔn)確地表示各零件的結(jié)構(gòu)。 4、標(biāo)注尺寸齊全。凡是必須保證一定的配合要求的尺寸都要標(biāo)注尺寸數(shù)值及相應(yīng)的配合。 5、標(biāo)題欄和技術(shù)要求書寫工整，格式正確。 附表7 按負(fù)載選擇執(zhí)行元件工作壓力 負(fù)載F（N） <5000 5000~10000 10000~20000 20000~30000 30000~50000 >50000 工作壓力P（MPa） <0.8~1 1.5~2 2.5~3 3~4 4~5 >5~7 附表8 附表9 附圖1 附圖2 附圖3