液压缸的设计和计算

液压缸设计和计算第1页共6页液压缸的设计和计算液压缸的设计是整个液压系统设计中的一部分,它是在对整个系统进行了工况分析,编制了负载图,选定了工作压力之后进行的。一、设计依据：（1）了解和掌握液压缸在机械上的用途和动作要求；（2）了解液压缸的工作条件；（3）了解外部负载情况；（4）了解液压缸的最大行程，运动速度或时间，安装空间所允许的外形尺寸以及缸本身的动作；（5）设计已知液压系统的液压缸，应了解液压系统中液压泵的工作压力和流量的大小、管路的通径和布置情况、各液压阀的控制情况。（6）了解有关国家标准、技术规范及参考资料。二、设计原则：（1）保证缸运动的出力、速度和行程；（2）保证刚没各零部件有足够的强度、刚度和耐用性；（3）保证以上两个条件的前提下，尽量减小缸的外形尺寸；（4）在保证刚性能的前提下，尽量减少零件数量，简化结构；（5）要尽量避免缸承受横向负载，活塞杆工作时最好承受拉力，以免产生纵向弯曲；（6）缸的安装形式和活塞杆头部与外部负载的连接形式要合理，尽量减小活塞杆伸出后的有效安装长度，增加缸的稳定性；第2页共6页三、设计步骤：（1）根据设计依据，初步确定设计档案，会同有关人员进行技术经济分析；（2）对缸进行受力分析，选择液压缸的类型和各部分结构形式；（3）确定液压缸的工作参数和结构尺寸；（4）结构强度、刚度的计算和校核；（5）根据运动速度、工作出力和活塞直径，确定泵的压力和流量；（6）审定全部设计计算资料，进行修改补充；（7）导向、密封、防尘、排气和缓冲等装置的设计；（8）绘制装配图、零件图、编写设计说明书。四、液压缸设计中应注意的问题液压缸的设计和使用正确与否,直接影响到它的性能和是否易于发生故障。所以,在设计液压缸时,必须注意以下几点:1、尽量使液压缸的活塞杆在受拉状态下承受最大负载，或在受压状态下具有良好的稳定性。2、考虑液压缸行程终了处的制动问题和液压缸的排气问题。3、正确确定液压缸的安装、固定方式。4、液压缸各部分的结构需根据推荐的结构形式和设计标准进行设计，尽可能做到结构简单、紧凑、加工、装配和维修方便。5、在保证能满足运动行程和负载力的条件下，应尽可能地缩小液压缸的轮廓尺寸。6、要保证密封可靠，防尘良好。第3页共6页五、计算液压缸的结构尺寸1、缸筒内径D根据负载的大小来选定工作压力或往返运动速度比,求得液压缸的有效工作面积,从而得到缸筒内径D,再从GB2348-80标准中选取最近的标准值作为所设计的缸筒内径。液压缸的有效工作面积为……24DpFA以无杆腔作工作腔时…………pFD4以有杆腔作工作腔时…………24dpFD2、活塞杆外径d通常先从满足速度或速度比的要求来选择，然后再校核其结构强度和稳定性。若速度比为v，则vvDd1也可根据活塞杆受力状况来确定:受拉力作用时，d=0.3～0.5D。受压力作用时，则有第4页共6页3、缸筒长度L缸筒长度L由最大工作行程长度加上各种结构需要来确定，即：CMABlLl——活塞的最大工作行程；B——活塞宽度，一般为(0.6～1)D；A——活塞杆导向长度，取(0.6～1.5)D；M——活塞杆密封长度，由密封方式定；C——其他长度。注意：从制造工艺考虑，缸筒的长度最好不超过其内径的20倍。六、强度校核对液压缸的缸筒壁厚δ、活塞杆直径d和缸盖固定螺栓的直径，在高压系统中必须进行强度校核。1、缸筒壁厚校核δ缸筒壁厚校核分薄壁和厚壁两种情况。当D/δ≥10时为薄壁，壁厚按下式进行校核：𝛿≥𝑝𝑡𝐷2[𝜎]当D/δ＜10时为厚壁，壁厚按下式进行校核：𝛿≥𝐷2(√[𝜎]+0.4𝑃𝑡[𝜎]−1.3𝑃𝑡−1)pt——缸筒试验压力，随缸的额定压力的不同取不同的值D——缸筒内径[σ]——缸筒材料许用应力第5页共6页2、活塞杆直径校核活塞杆的直径d按下式进行校核：4Fd3、液压缸盖固定螺栓直径校核液压缸盖固定螺栓直径按下式计算：5.2kFdZF——液压缸负载k——螺纹拧紧系数(1.12～1.5)Z——固定螺栓个数[σ]——螺栓材料许用应力七、液压缸稳定性校核活塞杆轴向受压时，其直径d一般不小于长度L的1/15。当L/d≥15时，须进行稳定性校核，应使活塞杆承受的力F不能超过使它保持稳定工作所允许的临界负载Fk,以免发生纵向弯曲，破坏液压缸的正常工作。Fk的值与活塞杆材料性质、截面形状、直径和长度以及缸的安装方式等因素有关，验算可按材料力学有关公式进行。kknFF•当活塞杆细长比21/krl时，则222lEJFk•当活塞杆细长比21/krl且120~2021第6页共6页221kkrlAfFl--安装长度，其值与安装方式有关；Ψ1--柔性系数，对钢取Ψ1=85；Ψ2--末端系数，由液压缸支承方式决定；E--活塞杆材料的弹性模量，对钢取E=2.06×1011Pa；J--活塞杆横截面惯性矩；A--活塞杆横截面面积；f--由材料强度决定的实验数值，对钢取f=4.9×108N／m2；α--系数，对钢取α=1/5000。rk--活塞杆横截面的最小回转半径；八、缓冲计算液压缸的缓冲计算主要是估计缓冲时缸中出现的最大冲击压力，以便用来校核缸筒强度、制动距离是否符合要求。液压缸在缓冲时，缓冲腔内产生的液压能E1和工作部件产生的机械能E2分别为：1cccEpAl22012ppcfcEpAlmvFl当E1=E2时,工作部件的机械能全部被缓冲腔液体所吸收,则有2cccEpAl九、油缸的试验第7页共6页1.油缸试验压力，低于16MPa乘以工作压力的1.5，高于16乘以工作压力的1.25。2.最低启动压力：是指液压缸在无负载状态下的最低工作压力，它是反映液压缸零件制造和装配精度以及密封摩擦力大小的综合指标；3.最低稳定速度：是指液压缸在满负荷运动时没有爬行现象的最低运动速度，它没有统一指标，承担不同工作的液压缸，对最低稳定速度要求也不相同。4.内部泄漏：液压缸内部泄漏会降低容积效率，加剧油液的温升，影响液压缸的定位精度，使液压缸不能准确地、稳定地停在缸的某一位置。