柱塞式液壓缸設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書

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1、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 12設(shè)計(jì)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(shí)體造型，并進(jìn)行裝配 3）完成標(biāo)準(zhǔn)件的計(jì)算選型 4）完成非標(biāo)零件精度設(shè)計(jì) 5）編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書一份 6）原動(dòng)機(jī)經(jīng)聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)泵類負(fù)載 、液壓缸主要幾何尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算 2.1液壓缸工作壓力的確定 級(jí)別 低壓 中壓 中高壓 高壓 超劇玉 壓力范圍（MPa 0? 2.5 >2.5?8 >8?16 >16?32 >32 在液壓系統(tǒng)中，為了便于液壓元件和管路的設(shè)計(jì)選用

2、，往往將壓力分級(jí) 2.1壓力分級(jí) 25 40 63 (80) 100 (125) 160 200 250 315400 500 630800 2.2液壓缸的公稱壓力系列（GB2346-80）（bar） 依據(jù)表2.2所規(guī)定的公稱壓力系列，計(jì)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(shí)的推力公式: RPAi10 (2-1) 得: Ai (2-2) 式中: 片一液壓缸的推力，這里為液壓缸載荷（N） P一工作壓力（Mpa A一柱塞桿的作用面積（ Ai (2-3) 式中：

3、 d一柱塞桿的直徑（m 將2-3帶入2?2得d=0.019m=19mm 由柱塞桿的標(biāo)準(zhǔn)系列 取d=32mm 2.3液壓缸行程 《液壓與氣壓傳動(dòng)》P101 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第五版第4卷22-245 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第五版第4卷表22.6-62 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第五版第5卷機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第五版第5卷表21-6-25

4、 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，行程取150mm 2.4 柱塞缸內(nèi)徑Di的確定 查表可得Di=42mm 2.5 液壓缸外徑D2的確定 查表可得D2=50mm 2.6 缸筒壁厚 計(jì)算得壁厚S=(D2-Di)/2=4mm 缸的材料選45鋼 2.7 缸底壁厚 平行缸底，取缸底無(wú)油情況， h0.433DJ衛(wèi)(2-7) 式中： h一缸底厚度(mm D—液壓缸內(nèi)徑(mr) Py—試驗(yàn)壓力(MPa，工作壓力P16MPa時(shí)，Py1.5P江作壓 力P16MPa時(shí)，Py1.25P 一缸底材料的許用應(yīng)力（MPa 對(duì)于：鍛鋼

5、100-120MPa 鑄鋼 100-110MPa 鋼管 100-110MPa 鑄鐵 60MPa 45鋼[]=120MPa 將以上數(shù)據(jù)代入上式得h=10.4mm圓整取15mm 2.8 端蓋厚度的確定依據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)22.6-66選擇活套式法蘭缸頭，端蓋的厚度： (2-8) 3F（dHdm） （Dgdm2db） 式中： D一缸筒內(nèi)徑（m dH一螺釘孔圓周直徑（m dm—作用力圓周直徑（m 小一螺釘孔直徑（力 d一柱塞缸內(nèi)徑（加 d2—活塞缸筒與缸體配合的外徑（m Dg—端蓋外徑（m F一缸頭所受到得最大壓力（N） 首先來(lái)計(jì)算缸頭在最大內(nèi)壓的情況下受到

6、的壓力 F ■ ■ 柱塞的面積是： 22 Ai=dX-0.0014m 箍蘸福曝出最大壓強(qiáng): 所以法蘭承受的最大壓力為： F=PmaxAi=55125N did2 查表得'dH=0.085m,dm/_0.046mdb=0.024m,di=0.042m,2d2=0.050m,Dg=0.110m,缸蓋的材料為45鋼，缸筒材料的許用應(yīng)力 []=s/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(dòng)面的長(zhǎng)度A,A= 當(dāng)缸徑大于80mm寸取 A= 式中： D一缸筒內(nèi)徑(mr) 在缸徑小于80mm寸取 (0.6-

7、1.0)D (0.6-1.0)d d一柱塞桿直徑(mm (2-9) (2-10) 由于缸徑D=42m,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 米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。型密封圈加擋圈。柱塞桿動(dòng)密封使用 形環(huán)式組合密封 ，本設(shè)計(jì)選用d=85mm形密封圈

8、 2.12防塵圈 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表21-6-28，選用2型特康防塵 2.13各種主要零件名稱和材料 件號(hào) 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 2.14進(jìn)出油口大小的確定 液壓缸的進(jìn)出油口，可以布置在端蓋或是缸體上。對(duì)于活塞桿固定的液壓缸可設(shè)

9、在活塞桿端部，如果液壓缸無(wú)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(shí)，可以選 用M27X2的螺孔連接。 2.15安裝法蘭設(shè)計(jì) 由于Dg=110mm查詢國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)法蘭(GB911-2000)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 、各零部件的校核及驗(yàn)算 3.1 缸筒設(shè)計(jì)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(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易選 取、易裝卸；缺點(diǎn)是外徑較大，比螺紋連接的重

10、量大。 有足夠強(qiáng)度，能夠承受動(dòng)態(tài)工作壓力，長(zhǎng)時(shí)間工作不會(huì)變形；有足夠剛度，承受活塞側(cè)向力和安裝反作用力時(shí)不會(huì)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(zhǎng)期使用；缸筒和法蘭要良好焊接，不產(chǎn)生裂紋。 部分材料的機(jī)械性能如下表： 本次設(shè)計(jì)選取45號(hào)鋼從表中可以得至j: 缸筒常用無(wú)縫鋼管材料機(jī)械性能 材料 b/MPa s/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

11、 30CrMo 950 800 12 35CrMo 1000 850 12 缸筒材料的屈服強(qiáng)度s=360MPa缸筒材料的抗拉強(qiáng)度、b=610MPa 現(xiàn)在利用屈服強(qiáng)度來(lái)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)。 3.2 缸筒壁厚的驗(yàn)算 F面從以下三個(gè)方面進(jìn)行缸筒壁厚的驗(yàn)算： 液壓缸的額定壓力區(qū)值應(yīng)低于一定的極限值，保證工作安全： Pn0.35-(^^4-(MPa D2(3-1) 根據(jù)式3-1得到： Pn54

12、.5MPa,由于Pn=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(jī)械效率m，由各運(yùn)動(dòng)件摩擦損失所造成，在額定壓力下，通常安 取E0.9 (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(shí) 裝活塞環(huán)時(shí)0.98 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=0.9V=1d=09 (3-2) 所以總效率=0.8 。 3.4法蘭連接螺栓的強(qiáng)度計(jì)算 連接圖如下： 螺栓強(qiáng)度根據(jù)下式計(jì)算:螺紋處的拉應(yīng)力 (3-3) 佇106(MPa -d2Z4 螺紋處的剪切應(yīng)力 Kk

13、Fdo0.2d3z 10

14、了安全，選?。? K=3,K1=0.12 最大推力理論f=p*A=3L5D2八=43.6KN 但實(shí)際Fi=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：n=141.8MPa 由以上運(yùn)算結(jié)果知，應(yīng)選擇螺栓等級(jí)為8.8級(jí)： 查表的得：抗拉強(qiáng)度極限b=800MPa屈服極限強(qiáng)度s=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：n=14L8MPa由5口成立 證明選用螺栓等級(jí)合適。 課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程

15、知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，是我們邁向社會(huì)，從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過(guò)程，使我們對(duì)以前所學(xué)的理論知識(shí)進(jìn)行了綜合應(yīng)用。所以經(jīng)過(guò)這次課程設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)自己所學(xué)的知識(shí)還很貧乏，很多東西都需要去了解，既然從事了這個(gè)行業(yè)，那么就要做好，而且要帶動(dòng)所有同學(xué)做好。 由于時(shí)間緊迫，掌握的知識(shí)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(jì)算的數(shù)據(jù)均按照參考資料一步一步設(shè)計(jì)計(jì)算，在計(jì)算的過(guò)程中遇到了許多問(wèn)題，及時(shí)查找資料，以及和同學(xué)共同探討。 而且在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，最讓我印象深刻的就是：一個(gè)人的力量是有限的，團(tuán)隊(duì)的力量是無(wú)窮的。經(jīng)過(guò)我們共同的努力，才將課程設(shè)計(jì)做完、做好。 最重要的一點(diǎn)是無(wú)論做任何事情都要有顆責(zé)任

16、心，要有上進(jìn)心。只有這樣，困難才會(huì)迎刃而解。在整個(gè)課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我發(fā)現(xiàn)我們光有理論知識(shí)，卻缺乏實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)。有些地方都是憑想像完成的?？傮w來(lái)說(shuō)，課程設(shè)計(jì)對(duì)我們的幫助是很大的，它需要我們將學(xué)過(guò)的相關(guān)知識(shí)系統(tǒng)地聯(lián)系來(lái)，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。 1J 1J 1J 1J 1J 1J 12 3 4 5 6 -- 一 一 一 本次的課程設(shè)計(jì)，培養(yǎng)了我綜合應(yīng)用生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力； 在設(shè)計(jì)的過(guò)程中還培養(yǎng)出了我們的團(tuán)隊(duì)精神，同學(xué)們共同協(xié)作，解決了許多個(gè)人無(wú)解決的問(wèn)題；在今后的學(xué)習(xí)過(guò)程中我們會(huì)更加努力和團(tuán)結(jié)。 參考資料 閻邦椿.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第五版第4卷,機(jī)械工業(yè)出版社,2010.1成大先,機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第五版第5卷.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008范存德.液壓技術(shù)手冊(cè).遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2004. 王守成.容一鳴液壓傳動(dòng)，2006.8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劉品李哲《機(jī)械精度設(shè)計(jì)與檢測(cè)基礎(chǔ)》第6版哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.2009