液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算

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1、“流體傳動與控制”課程單元探究式教學(xué)小組組長：常樂組員：常樂，韋城，曹杰，甘建宇 第四章 液壓缸4 .1 液壓缸的類型及其特點(diǎn)4 .2 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 4 .1 液壓缸的類型及其特點(diǎn) （1 ）液壓缸的類型直線運(yùn)動液壓缸單作用缸柱塞式活塞式彈簧復(fù)位式多級伸縮式雙作用缸單活塞桿式雙活塞桿式多級伸縮式特種缸 齒條傳動式 擺動液壓缸單葉片雙葉片 （2 ）常用液壓缸及其特點(diǎn) 1 .柱塞式液壓缸推力和運(yùn)動速度計(jì)算式：p 2d4ApF 2q4d (N)(m/s) 例圖： 2 .活塞式液壓缸 1 ）單桿活塞液壓缸 （1 ）供油量不變時，活塞往復(fù)運(yùn)動的速度不等活塞桿伸出速度： 211 4 DqAq vv （m

2、/s)活塞桿縮回速度：)( 4 2222 dDqAq vv （m/s） (2 )活塞兩方向運(yùn)動時的作用力不相等 活塞桿推力： 活塞桿拉力： 602221 104D4F mpdDp 602222 1044F mpDpdD (N)(N) （3 ）液壓缸的差動連接 單桿活塞液壓缸在其左右兩腔相互連通并輸入壓力油時稱之為“差動連接”。 不計(jì)容積損失時，差動連接缸的伸出速度： 活塞推力： 2213 /4/ dqAAq (m/s) 62213 104/ mm pdAApF （N） 單桿雙桿 3 .伸縮式液壓缸形式：單作用和雙作用特點(diǎn)：總行程較長，收縮后很短，適用于空間小而行程長的場合供油量不變，各級活塞依

3、次伸出速度和推力：雙作用缸各級活塞桿縮回運(yùn)動速度和牽引力：2/4 iii Dq 60222 104/4/ miiiiii pdDpDF （m/s）(N) 22 /4 iii dDq 60222 104/4/ miiii pDpdDF （m/s）(N) 4 .擺動液壓缸圖（a）為單葉片擺動液壓缸，其輸出扭矩和回轉(zhuǎn)角速度為： mRR m pRRbprdrbT 222112 2 bdD q 22 8（Nm）(1/s) (3 )其他液壓缸及特點(diǎn) 1 .串聯(lián)液壓缸（增力缸）：用于徑向尺寸受限制且要求處理較大的情況 2 .增壓液壓缸 輸入輸出壓力關(guān)系： 22 44 dpDp BA AB pdDp 2 3

4、.齒條液壓缸 （4 ）緩沖裝置目的：避免造成機(jī)械沖擊和噪聲，引起破壞性事故或嚴(yán)重影響機(jī)械精度原理：使活塞在接近缸蓋時，在緩沖油腔內(nèi)產(chǎn)生足夠的緩沖壓力，即增大缸的回油阻力，降低活塞的移動速度，避免撞擊缸蓋常用緩沖裝置結(jié)構(gòu)簡圖可調(diào)式不可調(diào)式 （5 ）排氣裝置 目的：為及時排除積留在缸內(nèi)的空氣，在兩端最高處設(shè)計(jì)排氣裝置以避免部件的不均勻運(yùn)動和油液的氧化以及液壓裝置元件的腐蝕。 液 壓 缸 的 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算一 ， 設(shè) 計(jì) 依 據(jù) 、 原 則 和 步 驟二 ， 基 本 參 數(shù) 計(jì) 算三 ， 液 壓 缸 強(qiáng) 度 計(jì) 算 一 ， 設(shè) 計(jì) 依 據(jù) 、 原 則 和 步 驟1， 設(shè) 計(jì) 依 據(jù)（ 1） 了 解

5、和 掌 握 液 壓 缸 在 機(jī) 械 上 的 用 途 和 動 作 要 求 。（ 2） 了 解 液 壓 缸 的 工 作 條 件（ 3） 了 解 外 部 負(fù) 載 情 況（ 4） 了 解 液 壓 缸 的 最 大 行 程 ， 運(yùn) 動 速 度 或 時 間 ， 安 裝 空 間 所 允許 的 外 形 尺 寸 以 及 缸 本 身 的 動 作（ 5） 設(shè) 計(jì) 已 知 液 壓 系 統(tǒng) 的 液 壓 缸 ， 應(yīng) 了 解 液 壓 系 統(tǒng) 中 液 壓 泵 的工 作 壓 力 和 流 量 大 小 、 管 路 的 通 徑 和 布 置 情 況 、 各 種 液 壓 閥 的控 制 情 況 。（ 6） 了 解 有 關(guān) 國 家 標(biāo) 準(zhǔn) 、

6、 技 術(shù) 規(guī) 范 及 參 考 資 料 2， 設(shè) 計(jì) 原 則（ 1） 保 證 缸 運(yùn) 動 的 出 力 、 速 度 和 行 程（ 2） 保 證 缸 每 個 零 件 有 足 夠 的 強(qiáng) 度 、 剛 度 和 耐 用 性（ 3） 在 保 證 以 上 兩 個 條 件 的 前 提 下 ， 盡 量 減 小 缸 的 外 形 尺 寸（ 4） 在 保 證 缸 性 能 的 前 提 下 ， 盡 量 減 少 零 件 數(shù) 量 ， 簡 化 結(jié) 構(gòu)（ 5） 要 盡 量 避 免 缸 承 受 橫 向 負(fù) 載 ， 活 塞 桿 工 作 時 最 好 承 受 拉 力 ， 以 免 產(chǎn) 生 縱 向 彎 曲（ 6） 缸 的 安 裝 形 式 和

7、活 塞 桿 頭 部 與 外 部 負(fù) 載 的 連 接 形 式 要 合 理 ， 盡 量 減 小 活 塞 桿 伸出 后 的 有 效 安 裝 長 度 ， 增 加 缸 的 穩(wěn) 定 性 3， 設(shè) 計(jì) 步 驟（ 1） 根 據(jù) 設(shè) 計(jì) 依 據(jù) ， 初 步 確 定 設(shè) 計(jì) 方 案 ， 會 同 有 關(guān) 人 員 進(jìn) 行 技 術(shù) 經(jīng) 濟(jì) 分 析（ 2） 對 缸 進(jìn) 行 受 力 分 析 ， 選 擇 適 當(dāng) 的 結(jié) 構(gòu) 形 式 、 安 裝 方 式（ 3） 根 據(jù) 工 作 負(fù) 載 、 重 力 、 摩 擦 力 和 慣 性 力 確 定 液 壓 缸 在 形 成 各 階 段 上 負(fù) 載 的 變 化規(guī) 律 及 有 關(guān) 的 技 術(shù) 數(shù)

8、 據(jù)（ 4） 根 據(jù) 工 作 負(fù) 載 和 選 定 的 額 定 壓 力 ， 確 定 活 塞 端 面 面 積 并 計(jì) 算 活 塞 直 徑 和 缸 筒 外徑（ 5） 根 據(jù) 缸 徑 和 運(yùn) 動 速 度 之 比 或 者 工 作 負(fù) 載 和 材 料 的 許 用 應(yīng) 力 ， 確 定 活 塞 桿 的 直 徑（ 6） 根 據(jù) 運(yùn) 動 速 度 、 工 作 出 力 和 活 塞 直 徑 ， 確 定 液 壓 泵 的 壓 力 和 流 量 （ 7） 選 擇 缸 蓋 的 結(jié) 構(gòu) 形 式 ， 計(jì) 算 厚 度 和 強(qiáng) 度（ 8） 審 定 全 部 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 資 料 ， 進(jìn) 行 修 改 補(bǔ) 充（ 9） 選 擇 適 當(dāng) 的 密

9、 封 結(jié) 構(gòu) ， 設(shè) 計(jì) 緩 沖 、 排 氣 和 防 塵 等 裝 置（ 10） 繪 制 裝 配 圖 和 零 件 圖 ， 編 制 技 術(shù) 文 件 二 ， 基 本 參 數(shù) 計(jì) 算 1. 工 作 負(fù) 載 缸 的 工 作 負(fù) 載 包 括 機(jī) 構(gòu) 穩(wěn) 定 功 能 工 作 狀 態(tài) 下 的 靜 負(fù) 載 摩 擦 阻 力 、 和 啟 動 慣 性 阻 力 各 項(xiàng) 載 荷 均 應(yīng) 在 滿 負(fù) 荷 狀 態(tài) 下 計(jì) 算 ， 其 中 摩 擦 阻 力 按 啟 動 狀 靜 摩 擦 阻 力 計(jì) 算 。缸 自 身 的 摩 擦 阻 力 已 經(jīng) 用 機(jī) 械 效 率 的 形 式 在 牽 引 力 計(jì) 算 中 加 以 考 慮 ， 故 不再

10、 計(jì) 入 。 缸 的 牽 引 力 等 于 工 作 負(fù) 載 。RF eFfF iFifeR FFFF m 2， 速 比 速 比 是 指 雙 作 用 單 桿 液 壓 缸 活 塞 桿 縮 回 速 度 與 伸 出 速 度 之 比 。 可 按 JB 1068 67系 列 標(biāo) 準(zhǔn) ， 根 據(jù) 不 同 的 壓 力 級 別 ， 從 下 表 中 選 取 推 薦 值 。2v 1v )/(/ 22212 dDDvv 工 作 壓 力 /MPa p 10 10p20速 比 1.33 1.462 2 3， 缸 筒 內(nèi) 徑（ 1） 動 力 較 大 的 液 壓 設(shè) 備 （ 如 拉 床 、 刨 床 、 車 床 、 組 合 機(jī)

11、床 、 工 程 機(jī) 械 及 礦山 機(jī) 械 等 ） 的 缸 筒 內(nèi) 徑 ， 通 常 根 據(jù) 最 大 牽 引 力 來 確 定 。 然 后 再 按 速 度 要 求計(jì) 算 所 需 流 量 ， 或 者 按 已 經(jīng) 選 定 的 流 量 來 驗(yàn) 算 速 度 。 對 于 無 桿 腔 ： 對 于 有 桿 腔 ： )()( 104 020 6 pppdppFD mR )()( 104 020 6 pppdppFD mR 兩 式 中 ， 為 缸 的 最 大 推 力 ， N； 為 缸 的 機(jī) 械 效 率 ， 通 常 取 =0.95； 為 回 油 背 壓 ， MPa； p為 進(jìn) 口 工 作 壓 力 ， MPa； d為

12、活 塞 桿 直 徑 ， m。 活 塞 干 的 直 徑 選 擇RF m m0P工 作 壓 力 /(MPa) 活 塞 桿 直 徑 工 作 壓 力 /（ ） 活 塞 桿 直 徑 小 于 （ . . ） . . （ 2） 動 力 較 小 的 液 壓 設(shè) 備 （ 如 磨 床 、 珩 床 及 研 磨 類 機(jī) 床 等 ） ， 常 根 據(jù) 缸 的 流 量 q和活 塞 的 運(yùn) 動 速 度 V來 決 定 ， 即 式 中 ， q為 缸 所 需 流 量 ， ； 、 為 活 塞 的 伸 出 、 縮 回 運(yùn) 動 速 度 ， /s。14vqD 224 dvqD sm 3 21,vv 4.活 塞 桿 直 徑 d 活 塞 桿

13、直 徑 通 常 是 先 按 選 定 的 速 比 和 鋼 筒 的 內(nèi) 徑 D初 算 ， 然 后 再 檢 驗(yàn) 算 其 強(qiáng) 度 和穩(wěn) 定 性 。 計(jì) 算 結(jié) 果 亦 應(yīng) 按 有 關(guān) 標(biāo) 準(zhǔn) 圓 整 。 1d D 5.最 小 導(dǎo) 向 長 度 H 最 小 導(dǎo) 向 長 度 是 在 活 塞 桿 全 部 伸 出 時 ， 導(dǎo) 向 套 滑 動 面 中 點(diǎn) 到 活 塞支 撐 面 中 點(diǎn) 的 距 離 。 導(dǎo) 向 長 度 的 大 小 影 響 缸 的 初 始 撓 度 、 穩(wěn) 定 性和 活 塞 桿 的 強(qiáng) 度 ， 因 此 必 須 使 其 不 小 于 規(guī) 定 的 最 小 值 H。 關(guān) 于 最小 導(dǎo) 向 長 度 的 精 確 計(jì)

14、 算 方 法 ， 還 有 待 于 進(jìn) 一 步 實(shí) 驗(yàn) 研 究 ， 目 前 對于 一 般 的 液 壓 缸 ， 可 用 下 面 的 經(jīng) 驗(yàn) 公 式 計(jì) 算 ， 即 式 中 ， L為 缸 的 最 大 工 作 行 程 。220 DLH 三 ， 液 壓 缸 強(qiáng) 度 計(jì) 算1. 缸 筒 壁 厚 和 外 徑 缸 筒 壁 厚 （ 或 缸 外 徑 ） 由 缸 的 強(qiáng) 度 條 件 來 確 定 。 由 材 料 力 學(xué) 可 知 ， 受 內(nèi) 力的 圓 筒 ， 其 內(nèi) 應(yīng) 力 分 布 規(guī) 律 因 壁 厚 的 不 同 而 各 異 。 薄 壁 圓 筒 計(jì) 算 公 式 ： 厚 壁 圓 筒 計(jì) 算 公 式 ： D外 2 yp D

15、 0.4 12 1.3 yypD p 式 中 ： 為 實(shí) 驗(yàn) 壓 力 為 缸 筒 材 料 許 用 應(yīng) 力 。 缸 筒 的 壁 厚 計(jì) 算 出 來 以 后 ， 便 可 得 到 缸 筒 的 外 徑 ： 通 過 上 式 得 到 缸 體 的 外 徑 后 通 過 查 表 ， 將 計(jì) 算 出 的 外 徑 圓 整 到 標(biāo) 準(zhǔn) 系 列 中 去 ，并 向 大 的 方 向 圓 整 。yp = 2D D 外D外 2， 活 塞 桿 的 計(jì) 算1， 活 塞 桿 的 強(qiáng) 度 計(jì) 算 活 塞 桿 主 要 受 拉 力 和 壓 力 作 用 ， 因 此 ： 64 10RFd 式 中 ： 為 液 壓 缸 負(fù) 載 ， N; 為 活

16、塞 桿 的 直 徑 ， m； 為 活 塞 桿 材 料 的許 用 應(yīng) 力 ， Mpa。RF d 2， 穩(wěn) 定 性 驗(yàn) 算 活 塞 桿 所 能 承 受 的 負(fù) 載 ， 應(yīng) 該 小 于 它 穩(wěn) 定 工 作 時 的 臨 界 負(fù) 載 。 另 外 ， 的取 值 與 活 塞 桿 的 材 料 性 質(zhì) 、 截 面 形 狀 、 直 徑 和 長 度 ， 以 及 缸 體 的 安 裝 方 式 有 關(guān) ， 可按 材 料 力 學(xué) 中 的 公 式 計(jì) 算 ： 式 中 ： 為 安 全 系 數(shù) ， 。RF kF kF/R k kF F n kn 2 4kn 1， 當(dāng) 活 塞 桿 的 細(xì) 長 比 時 ：1 2/ kl r 22 2

17、k EJF l 2， 當(dāng) 活 塞 桿 的 細(xì) 長 比 時 ：1 2/ kl r 221k kfAF a lr 3， 端 蓋 厚 度 計(jì) 算法 蘭 端 蓋 厚 度 計(jì) 算 ： be mH ddD ddpDh 2 4,缸 底 厚 度 計(jì) 算1， 平 底 缸 ， 無 孔 時 （ a圖 ） 有 孔 時 （ b圖 ）2， 橢 圓 底 缸 （ c圖 ) 其 中 ， V=(2+K2)/6 K=a/b pdh 433.0 0d433.0 D pDDh PDVh p 2.02 3.半 球 形 缸 底 （ d圖 ) 當(dāng) 時 : 當(dāng) 時 ： 665.0356.0 prh e， ppDh 4.04 h 665.0,356.0 prh e 3131311 11 yyryrh 5， 缸 體 鏈 接 計(jì) 算為 了 保 證 連 接 的 可 靠 性 ， 對 于 工 作 壓 力 較 高 的 液 壓 缸 ， 應(yīng) 該 對 缸 體的 連 接 度 進(jìn) 行 計(jì) 算 。 具 體 計(jì) 算 方 法 參 考 有 關(guān) 設(shè) 計(jì) 手 冊 。 感謝觀賞