柱塞式液壓缸設(shè)計計算說明書
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1、 一、課程設(shè)計任務(wù) 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 1.2 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
2、書一份 6)原動機經(jīng)聯(lián)軸器驅(qū)動泵類負(fù)載 ... 機械基礎(chǔ)綜合課程設(shè)計設(shè)計計算說明書 二、液壓缸主要幾何尺寸的設(shè)計計算 1.3 液壓缸工作壓
3、力的確定 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 級別 低壓 中壓 中高壓 高壓 超高壓 壓力范圍( MPa ) 0~ >2.5 ~ 8 >8~ 16 >16 ~ 32 >32 2.5 2.2 液壓缸的公稱壓力系列( GB2346-80 )(bar ) 25 40 63 (80) 100 ( 125) 160 200 250 315 400 500 630 800 依據(jù)表 2.2
4、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=31.5MPa 2.2 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: F PA10 6 (2-1) 1 1 得: F 6 A1 10 (2-2) 1 P 式中: F —液壓缸的推力,這里為液壓缸載荷 (N) 1 P—工作壓力( Mpa ) 2 A —柱塞桿的作用面積( m ) 1 2 A d 1 4 ( 2-3
5、) 式中: d—柱塞桿的直徑( m) 將 2-3 帶入 2-2 得 d=0.019m=19m ,m 由柱塞桿的標(biāo)準(zhǔn)系列 取 d=32mm 《液壓與 氣壓傳動》 P101 ... ... 2
6、
7、 ... 機械基礎(chǔ)綜合課程設(shè)計設(shè)計計算說明書 1.4 液壓缸行程 根據(jù)設(shè)計要求,行程取 150mm 1.5 柱塞缸內(nèi)徑 D 的確定 1 機械設(shè)計 查表可得 D =42mm 手冊第五 版第 4卷 1 22-245 1.6 液壓缸外徑 D 的確定 2 查表可得 D
8、 =50mm 2 1.7 缸筒壁厚 計算得壁厚 δ =( D - D 1 )/2=4mm 2 缸的材料選 45 鋼 1.8 缸底壁厚 平行缸底,取缸底無油情況, P y h 0.433D (2-7) 式中: h —缸底厚度( mm ) D—液壓缸內(nèi)徑( mm ) P —試驗壓力( MPa ) , 工作壓力 P 16MPa 時, P 1.5P;工作 y y
9、 壓力 P 16MPa 時, Py 1.25 P —缸底材料的許用應(yīng)力( MPa ) 對于:鍛鋼 100 ~ 120MPa 鑄鋼 100 ~ 110MPa ... ... 3
10、 ... 機械基礎(chǔ)綜合課程設(shè)計設(shè)計計算說明書 鋼管 100 ~
11、 110MPa 鑄鐵 60MPa 45 鋼 [ ] =120 MPa 將以上數(shù)據(jù)代入上式得 h=10.4mm ,圓整取 15mm 。 1.9 端蓋厚度的確定 依據(jù)機械設(shè)計手冊 22.6-66 選擇活套式法蘭缸頭, 端蓋的厚度: 3F ( d d ) h ( 2-8) H m ( D d 2d ) g m b 式中: D —缸筒內(nèi)徑( m) d —螺釘孔圓周直徑( m) H d —作用力圓周直徑( m) m
12、 d —螺釘孔直徑( m) b d —柱塞缸內(nèi)徑( m) 1 d —活塞缸筒與缸體配合的外徑( m) 2 D —端蓋外徑( m) g F —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: D =0.0014 2 A = m 1 2 /4 2 /4 缸壁厚度計算中得出最大壓強: P =39.375MPa max 所以法蘭承受的最大壓力為: F=
13、 P A =55125N max 1 ... ... d 1 d d =0.024m , 查表得, d H =0.085m , d m 0.046 m, d1 =0.042m , 2 b 2 d =0.050m , D g =0.110m ,缸蓋的材料為 45 鋼,缸筒材料的許用應(yīng)力 2 4
14、 ... 機械基礎(chǔ)綜合課程設(shè)計設(shè)計計算說明書
15、 [ ]= s /n=360/5=72MPa 代入上式; 得 h=75mm 機械設(shè)計 1.10 導(dǎo)向套尺寸的確定 手 冊 第 五 版第 4 卷 導(dǎo)向套滑動面的長度 A,在缸徑小于 80mm 時取 表 2.2-62 A= ( 0.6~1.0 ) D (2-9) 當(dāng)缸徑大于 時取 80mm A= 0.6~1.0 d 2-10 ( )
16、 ( ) 式中: D mm —缸筒內(nèi)徑( ) d mm —柱塞桿直徑( ) 由于缸徑 ,則 ( ) D=42mmA= 0.6~1.0 *42=25.2~42mm 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/f7 H9/f9. 1.11 法蘭安裝方式 采取如圖所示的后端法蘭安裝方式 機械設(shè)計 手冊第五
17、 版第 5卷 后端法蘭安裝方式 1.12 密封環(huán) 本例中選取靜密封的為一般的 O 型密封圈加擋圈。柱塞桿動密封使用 U 形環(huán)式組合密封圈,本設(shè)計選用 d=85mmU 形密封圈 1.13 防塵圈 ... ... 查機械設(shè)計手冊表 21-6-28 ,選用 2 型特康防塵圈。 5
18、
19、 ... 機械基礎(chǔ)綜合課程設(shè)計設(shè)計計算說明書 1.14 各種主要零件名稱和材料 件號 名稱 材料 1 擋板 Q235-F 2 防塵圈 毛氈 3 法蘭 45 4 套 ZQSn8-12 5 U 形夾織物密封圈 橡膠 1-4 6 支承環(huán) Q235-F 7 導(dǎo)套 ZQSn8-12 1.15 進(jìn)出油口大小的確定
20、 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 時,可以選 用 M27x2 的螺孔連接。 機 械 設(shè) 計 手 冊 第 五 版第 5卷 表 21-6-25 1.16 安裝法蘭設(shè)計 由于 D =110mm ,查詢國家標(biāo)準(zhǔn)法蘭( GB9119 —
21、2000)可選安裝法蘭: 法 g 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 ... ... 6
22、
23、 ... 機械基礎(chǔ)綜合課程設(shè)計設(shè)計計算說明書 三、各零部件的校核及驗算 1.17 缸筒設(shè)計 2.3 缸筒結(jié)構(gòu)的選擇 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)
24、點是結(jié)構(gòu)簡單,易選取、易裝卸;缺點是外徑較大,比螺紋連接的重量大。 2.4 缸筒的要求 有足夠強度,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。 2.5 缸筒材料的選取及強度給定 部分材料的機械性能如下表: 缸筒 材料 常用 無縫 b / MPa s
25、 / MPa s / % 20 420 250 25 鋼管 30 500 300 18 材料 35 540 320 17 機械 45 610 360 14 性能 15MnVn 750 500 26 27SiMn 1000 850 12 ... ... 7
26、
27、 ... 機械基礎(chǔ)綜合課程設(shè)計設(shè)計計算說明書 30CrMo 950 800 12 35CrMo 1000 850 12 本次設(shè)計選取 45 號鋼 從表中可以得到: 缸筒材料的屈服強度 s =360MPa 缸筒材料的抗拉強度、 b =610MP ;a 現(xiàn)在利用屈服強度來引申出: 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)。 1.18 缸筒壁厚
28、的驗算 下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 Pn 值應(yīng)低于一定的極限值,保證工作安全: 2 2 ( D ) 2 1 D 2 s 2 P 0.35 n D 根據(jù)式 3-1 得到: ( MPa ) ( 3- 1) P 54.5MPa ,由于 P =31.5MPa 則滿足條 n 件 n 1.19 液壓缸的效率 液壓缸的效率 由以下三種效率組成: ( A) 機械效率 m
29、,由各運動件摩擦損失所造成,在額定壓力下,通常 取 0.9 m ( 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 1 v 裝活塞環(huán)時 0.98 v ( C) 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 =0.9 v =1 d =0.9 8
30、
31、 ... 機械基礎(chǔ)綜合課程設(shè)計設(shè)計計算說明書 m ( 3-2) v d 所以總效率 =0.8 。 1.20 法蘭連接螺栓的強度計算 連接圖如下: 螺栓強度根據(jù)下式計算: 螺紋處的拉應(yīng)力 KF 6
32、 10 ( MPa ) (3-3) 4 d 12 Z 螺紋處的剪切應(yīng)力 K KFd 6 ( 3- 10 ( MPa ) 1 3 0 4) 2.6 d Z 1 2 2 n 3 ( MPa ) ( 3-5) 式中: F —缸筒端部承受的最大推力( N); D —缸筒內(nèi)徑( m) d —螺紋外徑( m) 0 d —螺紋底徑( m) 1 K—
33、擰緊螺紋的系數(shù) 不變載荷 取 K 1.25 — 1.5 變載荷 取K 2.5—4 ... ... 9
34、 ... 機械基礎(chǔ)綜合課程設(shè)計設(shè)計計算說明書 K —螺紋連接的摩擦系數(shù) K 0.12 1 1 —— 缸筒材料的許用應(yīng)力( MPa ); / n s
35、 s —缸筒材料的屈服強度( MPa ); n —安全系數(shù) 取 n— 1.5-2.5 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 : d =24mm d =20.752mm 0 1 系數(shù)選擇:考慮到載荷可能有變化,為了安全,選?。? K=3 , K =0.12 1 最大推力理論 F=P*A= 31.5 2 =43.6KN D 但實際 F =F*0.8= 34.68KN 4 1 根據(jù)式
36、 3-3 得到螺紋處的拉應(yīng)力為: =103.8MPa 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 由以上運算結(jié)果知,應(yīng)選擇螺栓等級為 8.8 級: 查表的得:抗拉強度極限 b =800MPa 屈服極限強度s =640MPa 不妨取安全系數(shù) n=2 可以得到許用應(yīng)力值: [ ]= s /n=640/2=320MPa 由式 3-6 得到: n =141.8MPa , 則 n [ ] 成立 證明選用螺栓等級合適。
37、 10 ... 機械基礎(chǔ)綜合課程設(shè)計設(shè)計計算說明書 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, 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
38、 個行業(yè),那么就要做好,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,
39、 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, 從中暴露出自身的不足, 以待改進(jìn), 并且 提高了我們查閱資料的能力。 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)。
40、 11 ... 機械基礎(chǔ)綜合課程設(shè)計設(shè)計計算說明書 參考資料 [1] 閻邦椿 . 機械設(shè)計手冊第五版第 4 卷 . 機械工業(yè)出版社 ,2010.1 [2] 成大先 . 機械設(shè)計手冊第五版第 5 卷 . 北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2008 [3] 范存德 . 液壓技術(shù)手冊 . 遼寧科學(xué)技術(shù)出版社,
41、2004. [4] 王守成 . 容一鳴液壓傳動, 2006.8 [5] 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 [6] 劉品 李哲《機械精度設(shè)計與檢測基礎(chǔ)》第 6 版哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 .2009 12 ...
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