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3).尾部外法兰式的法兰设置在无杆的缸底,用法兰的外侧与机械安装面接触,工作时安装螺钉受的拉力较小。
轴线摆动式包括轴销式,耳环式和球头式(可在一定圆锥角度内摆动,自由度较大,但稳定性较差)三种。
轴销式又分头部轴销式(稳定性较好,摆动幅度较小);
中间轴销式(稳定性一般,摆动幅度中等)和尾部轴销式(稳定性最差,摆动幅度较大);
耳环式又分单耳环式和双耳环式。
除以上标准形式外,还有中间法兰式,中间球铰式,带加强筋的法兰式,法兰底脚并用式等特殊形式。
设计液压缸的安装形式时应考虑连接零件的受力情况和强度,并尽量提高它的稳定性。
3液压缸零件的设计计算
一、缸筒
1.缸筒内径的计算
D=1.1284(P/p)1/2
式中:
D——缸筒内径(厘米)
p——液压力(公斤力/厘米2)
P——活塞推力(公斤力)
内径算出后,应按标准值圆整。
见下表
液压缸内径系列参安数
16
20
25
32
40
50
55
63
70
80
90
100
110
125
140
160
180
200
220
250
320
400
500
630
2.缸筒强度的计算
低压系统或D/δ≥16时,缸筒壁厚按下式计算
δ=pD/2[σ]
δ——壁厚(厘米)
[σ]——缸筒材料许用应力(公斤力/厘米2)
中高压系统或D/δ<
3.2时,按下式计算
δ=D/2·
{[[σ]/([σ]-1.73p)]1/2-1}(塑性材料)
{[([σ]+0.5p)/([σ]-1.25p)]1/2-1}(脆性材料)
3.缸筒材料和毛坯
常用的铸造毛坯有无缝钢管、铸件和锻件。
无缝钢管准备周期短,加工余量小,工艺性好,适于大批量生产。
一般常用45号调质钢,需要焊接时可采用焊接性能较好的35号钢。
锻造毛坯适用于内径大,行程短,缸筒壁厚的缸筒。
铸件能获得形状复杂的缸筒毛坯,生产率高,但易出现气孔、疏松、偏析、砂眼等缺陷。
4.缸筒的技术条件
它的椭圆度、锥形度、鼓形度不大于内径公差的一半,弯曲度在500毫米长度上不大于0.03毫米,端面摆差在100毫米直径上不大于0.04毫米。
二、活塞杆
1.活塞杆直径的计算
d=D[(φ-1)/φ]1/2
d——活塞杆直径(厘米)
D——缸筒内径(厘米)
φ——液压缸往复运动速比,一般采用2,1.46,1.33,1.25,1.15等数值。
活塞杆直径计算后,应按标准值圆整。
活塞杆、柱塞外径系列参数
10
12
14
18
22
28
35
45
280
360
450
2.活塞杆纵向弯曲强度的校核
液压缸的纵向弯曲强度与液压缸的安装形式,活塞杆直径和长度有关。
当活塞杆直径D与液压缸的安装长度L之比D/L超过1:
10时,必须进行纵向弯曲强度的校核。
在没有偏心载荷和挠曲的情况下,纵向弯曲强度的临界载荷有等截面和非等截面两种计算方法。
1)等截面计算法
当细长比L/K≥m·
n1/2时
Pk=nπ2EI/L2(欧拉公式)
若活塞杆为实心杆并使用钢铁材料时,则上式可简化为
Pk=1.02nd4·
106/L2(欧拉公式)
Pk——活塞杆纵向弯曲破坏的临界载荷(公斤力)
L——活塞杆安装长度(厘米)
K——活塞杆断面回转半径(厘米),实心杆K=d/4;
空心杆K=(d2+d02)1/2/4其中d0为活塞杆内径
m——柔性系数,钢一般取85
n——末端系数,见下表
E——材料弹性模数(钢取E=2.1×
106公斤力/厘米2)
I——活塞杆惯性矩,实心杆I=πd4/64;
空心杆I=π(d4-d04)/64
d——活塞杆直径(厘米)
1
2
3
4
5
液
压
缸
安
装
形
式
n
1/4
R
1.01
1.43
2.02
当细长比L/K<
m·
Pk=fA/[1+a/n·
(L/K)2](公斤力)
f——材料强度实验值,钢取f=4900(公斤力/厘米2)
a——实验常数,钢取a=1/5000
2)非等截面计算法(该计算法所得数值近于实际情况)
活塞杆纵向弯曲临界值按下式计算
Pk=kπ2EI/L2(公斤力)
式中k为形状系数(不是欧拉公式中的末端系数),可从《设计手册》中查找。
一般在实际使用时,为了保证活塞杆不产生纵向弯曲,活塞杆上的实际压力P要比稳定极限力Pk小,其关系为
P≤Pk/nk
nk——纵向弯曲强度安全系数,一般取nk=2~4
3.活塞杆的材料活塞杆一般使用35、45号钢等材料,对冲击振动很大的液压缸,活塞杆也可以使用55号钢或40Cr等合金材料。
一般采用棒材,尤其是冷拉棒材。
4.活塞杆的技术要求活塞杆一般采用D4/dc4级配合精度,椭圆度和锥度不大于直径公差的一半,弯曲度在500mm长度上不大于0.03mm。
安装活塞的轴颈与活塞杆外径的不同心度不大于0.01mm,轴肩对活塞杆外径的外圆摆差在100mm上不大于0.04mm。
光洁度一般在8~9级。
三、活塞
活塞配合应适当,既不能过松,也不能间隙过大。
配合过紧,不仅使最低动作压力增大,降低液压系统的机械效率,且容易损坏缸筒和活塞滑动配合表面;
间隙过大,会引起液压缸内部泄漏,降低液压系统的容积效率。
活塞根据密封件的材料及结构的不同,大致可分为:
橡胶圈密封活塞、活塞环活塞、间隙密封活塞、耐磨环活塞、烧焊铜合金活塞、装配式活塞、整体式活塞。
常用材料有HT15~32至HT21~40的灰铸铁,耐磨铸铁,35、45号钢和铝合金等。
活塞外径一般采用D4/dc4级配合,外径对活塞内孔的跳动不大于外径公差的一半,端面与轴线的不垂直度在100mm处不大于0.04mm,外径的椭圆度、圆锥度不大于外径公差的一半,光洁度为7~8级。
四、缸盖
缸盖(包括缸盖与缸头)一般分为螺钉连接、螺纹连接、卡键连接、钢丝连接、连体缸盖、焊接缸盖、销钉连接、拉杆连接等形式。
1.缸头厚度的计算
1)平形缸头(如右图)
缸头有油孔时h=0.433d{pd/(d-d0)[σ]}1/2
缸头无油孔时h=0.433d{p/[σ]}1/2
h——缸头厚度(厘米)
d——缸头止口内径(厘米)
d0——油口直径(厘米)
[σ]——材料许用应力(公斤力/厘米2)
2)椭圆形缸头(如下图)
h=VpD/(2[σ]-0.2p)(厘米)
V=1/6·
(2+K2)
K=a/b
D——缸头内径(厘米)
a——椭圆半长轴(厘米)
b——椭圆半短轴(厘米)
其它符号同上式
3)准球形缸头(如下图)
当rl/rc>
6%时
h=prcW/(2[σ]-0.2p)
当rl/rc=6%时
h=0.885prc/([σ]-0.1p)
rl——转角半径(厘米)
rc——缸头大半径(厘米)
W=1/4·
[3+(rc/rl)1/2]
4)半球形缸头(如下图)
当h≤0.356或p≤0.665[σ]时
h=pD/(4[σ]-0.4p)
当h>
0.356rc或p>
0.665[σ]时
h=ri(Y1/3-1)=ro[(Y1/3-1)/Y1/3]
rc——半球内半径(厘米)
ri——缸筒外半径(厘米)
ro——缸筒内半径(厘米)
Y=2([σ]+p)/(2[σ]-p)(公斤力/厘米2)
2.缸盖厚度的计算
1)螺钉连接法兰(如右图)
h=[3p(D1-dcp)/πdcp[σ]]1/2
h——法兰厚度(厘米)
P——法兰受力总和(公斤力)
P=P1+P2=0.785d2p+0.785(dH2-d2)q
q——附加密封力(公斤力/厘米2)
采用金属材料密封时q值取其屈服极限
dH——密封环形端面外径(厘米)
d——密封环形端面内径(厘米)
D1——螺钉孔分布直径(厘米)
dcp——密封环形端面平均直径(厘米)
[σ]——材料许用应力(公斤力/厘米2)
2)整体法兰(见右图)
h=[3P(D0-D1)/πD1[σ]]1/2
P——液压缸受力总和(公斤力)
D0——螺钉孔分布直径(厘米)
D1——法兰根部直径(厘米)
3)整体螺纹连接法兰(如右图)
h=[3P(D0-dcp)/π(D-dcp-2d0)[σ]]1/2
D0——螺钉孔分布直径(厘米)
D——法兰外径(厘米)
dcp——螺纹中径(厘米)
d0——螺栓孔直径(厘米)
校核螺纹剪切应力和挤压应力
τ=P/πdcpK≤[τ](公斤力/厘米2)
σcm=P/0.785(d12-d22)Z≤[σcm]
P——螺纹所受剪应力(公斤力)
Z——螺纹工作圈数
4)活套法兰(如下图)
h=[3P(D0-dcp)/π(D-d1-2d0)[σ]]1/2
dcp——支承面平均直径,dcp=(d1+d2)/2(厘米)
d1——法兰内径(厘米)
d2——活套外径(厘米)
其它符号同上
校核支承面挤压应力
σcm=P/0.785(d22-d12)≤[σcm](公斤力/厘米2)
5)椭圆形法兰(如上图)
h=(3PX/b[σ])1/2
P——作用两个螺钉上总的拉力(公斤力)
X——B-B断面弯曲
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