柱塞式液壓缸設(shè)計計算說明書

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1、機械基礎(chǔ)綜合課程設(shè)計設(shè)計計算說明書 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零件圖 2） 完成全部零件三維實體造型，并進行裝配 3） 完成標準件的計算選型 4） 完成非標零件精度設(shè)計 5） 編寫設(shè)計計算說明書一份 6） 原動機經(jīng)聯(lián)軸器驅(qū)動泵類負載 二、液壓缸主要幾何尺寸的設(shè)計計算 2.1液壓缸工作壓力的確定 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

2、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 >2.5～8 >8～16 >16～32 >32 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

3、柱塞式液壓缸柱塞外伸時的推力公式： （2-1） 得： （2-2） 式中： —液壓缸的推力，這里為液壓缸載荷(N) P—工作壓力（Mpa） —柱塞桿的作用面積（） （2-3） 式中： d—柱塞桿的直徑（m） 將2-3帶入2-2得d=0.019m=19mm， 由柱塞桿的標準系列 取d=32mm 2.3液壓缸行程 根據(jù)設(shè)計要求，行

4、程取150mm 2.4柱塞缸內(nèi)徑的確定 查表可得=42mm 2.5液壓缸外徑的確定 查表可得=50mm 2.6缸筒壁厚 計算得壁厚δ=(-)/2=4mm 缸的材料選45鋼 2.7缸底壁厚 平行缸底，取缸底無油情況， （2-7） 式中： h—缸底厚度（mm） D—液壓缸內(nèi)徑（mm） —試驗壓力（MPa）,工作壓力時，；工作壓力時， —缸底材料的許用應(yīng)力（MPa） 對于：鍛鋼 鑄鋼 鋼管 鑄鐵 45鋼[] =120 MPa 將以上數(shù)據(jù)代入

5、上式得h=10.4mm，圓整取15mm。 2.8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： （2-8） 式中： D—缸筒內(nèi)徑（m） —螺釘孔圓周直徑（m） —作用力圓周直徑（m） —螺釘孔直徑（m） —柱塞缸內(nèi)徑（m） —活塞缸筒與缸體配合的外徑（m） —端蓋外徑（m） 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： ==0.0014

6、 缸壁厚度計算中得出最大壓強： =39.375MPa 所以法蘭承受的最大壓力為： F==55125N 查表得，=0.085m，m，=0.024m，=0.042m，=0.050m，=0.110m，缸蓋的材料為45鋼，缸筒材料的許用應(yīng)力[]=/n=360/5=72MPa代入上式； 得h=75mm 2.9導(dǎo)向套尺寸的確定 導(dǎo)向套滑動面的長度A，在缸徑小于80mm時取 A=（0.6~1.0）D （2-9） 當缸徑大于80mm時取 A=（0.6~1.0）d

7、 （2-10） 式中： D—缸筒內(nèi)徑（mm） d—柱塞桿直徑（mm） 由于缸徑D=42mm，則A=（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. 2.10法蘭安裝方式 采取如圖所示的后端法蘭安裝方式 后端法蘭安裝方式 2.11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 2.12防塵圈 查機械設(shè)計手冊表21-6-28，選用2型特康防塵圈。 2.13各

8、種主要零件名稱和材料 件號 名稱 材料 1 2 3 4 5 6 7 擋板 防塵圈 法蘭 套 U形夾織物密封圈 支承環(huán) 導(dǎo)套 Q235-F 毛氈 45 ZQSn8-12 橡膠1-4 Q235-F ZQSn8-12 2.14進出油口大小的確定 液壓缸的進出油口，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)查表可知的當內(nèi)徑為80mm時，可以選用M27x2的螺孔連接。 2.15安裝法蘭設(shè)計 由于=

9、110mm，查詢國家標準法蘭（GB9119—2000）可選安裝法蘭：法蘭外徑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 三、各零部件的校核及驗算 3.1缸筒設(shè)計 3.1.1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)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。 3.1.2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

10、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。 3.1.3缸筒材料的選取及強度給定 部分材料的機械性能如下表： 缸筒常用無縫鋼管材料機械性能 材料 MPa MPa 20 420 250 25 30 500 300 18 35 540 320 17 45 610 360 14 15MnVn 750 500 26 27SiMn 1000 850 12 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

11、： 缸筒材料的屈服強度=360MPa 缸筒材料的抗拉強度、=610MPa； 現(xiàn)在利用屈服強度來引申出： 缸筒材料的許用應(yīng)力[]=/n=360/5=72MPa。 其中n=5是選取的安全系數(shù)。 3.2缸筒壁厚的驗算 下面從以下三個方面進行缸筒壁厚的驗算： 液壓缸的額定壓力值應(yīng)低于一定的極限值，保證工作安全： （MPa） （3-1） 根據(jù)式3-1得到： 54.5MPa，由于=31.5MPa則滿足條件 3.3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，由各運動件摩擦損失所造成，在額定壓力下，通常取

12、（B） 容積效率，由各密封件泄露所造成的，通常容積效率為： 裝彈性體密封圈時 裝活塞環(huán)時 （C） 作用力效率，由出油口背壓所產(chǎn)生的反作用力而造成。 =0.9 =1 =0.9 （3-2） 所以總效率=0.8。 3.4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 （MPa） （3-3） 螺紋處的剪切應(yīng)力 （MPa） （3-4）

13、 （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） —螺紋外徑（m） —螺紋底徑（m） K—擰緊螺紋的系數(shù) 不變載荷 取 變載荷 取 —螺紋連接的摩擦系數(shù) ——缸筒材料的許用應(yīng)力（MPa）； —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： =24mm

14、 =20.752mm 系數(shù)選擇：考慮到載荷可能有變化，為了安全，選?。? K=3， =0.12 最大推力理論F=P*A==43.6KN 但實際=F*0.8= 34.68KN 根據(jù)式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：=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=800MPa屈服極限強度=640MPa 不妨取安全系數(shù)n=2可以得到許用應(yīng)力值：[]=/n=640/2=320MPa 由式3-6得到：=141.8MPa ,則 []成立 證

15、明選用螺栓等級合適。 《液壓與氣壓傳動》P101 機械設(shè)計手冊第五版第4卷22-245

16、 機械設(shè)計手冊第五版第4卷表22.6-62 機械設(shè)計手冊第五版第5卷 機械設(shè)計手冊第五版第5卷表21-6-25 總 結(jié) 課程設(shè)計是我們專業(yè)

17、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

18、責任心，要有上進心。只有這樣，困難才會迎刃而解。在整個課程設(shè)計的過程中，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，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結(jié)。 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，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