双作用单杆活塞式液压缸设计说明书.docx

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双作用单杆活塞式液压缸设计说明书

设计题目---------------------------------------------------------------------------2

液压缸的选型---------------------------------------------------------------------2

液压缸主要参数的计算

液压缸主要性能参数-----------------------------------------------------2

缸筒内径（缸径）计算--------------------------------------------------2

缸壁壁厚的计算------------------------------------------------------------2

流量的计算------------------------------------------------------------------3

底部厚度计算---------------------------------------------------------------4

最小导向长度的确定------------------------------------------------------4

主要零部件设计与校核

缸筒的设计------------------------------------------------------------------5

缸筒端盖螺纹连接的强度计算-----------------------------------------6

缸筒和缸体焊缝连接强度的计算--------------------------------------6

活塞设计----------------------------------------------------------------------7

活塞的密封-------------------------------------------------------------------8

活塞杆杆体的选择----------------------------------------------------------8

活塞杆强度的校核----------------------------------------------------------8

液压缸稳定性校核----------------------------------------------------------9

活塞杆的导向、密封和防尘---------------------------------------------9

致谢-----------------------------------------------------------------------------10

参考文献-------------------------

一.设计题目

双作用单杆活塞式液压缸设计

主要设计参数：

系统额定工作压力：

p=25（Mpa）驱动的外负载：

F=50（KN）

液压缸的速度比：

λ=1.33液压缸最大行程：

L=640（mm）

液压缸最大伸出速度：

λ=4（m/min）液压缸最大退回速度：

vt=5.32（m/min）

缸盖连接方式：

螺纹连接

液压缸安装方式：

底座安装

缓冲型式：

杆头缓冲

二.液压缸的选型

液压缸是液压装置中将液压能转换为机械能，实现直线往复运动或摆动往复运动的执行元件。

按本课题设计要求，选取主要用于各种工程机械、起重机械及矿山机械等的液压系统的双作用单杆活塞缸液压缸。

三.主液压缸主要参数的计算

1、液压缸主要性能参数：

额定压力：

根据设计要求，其额定压力为25MPa，即P=25MPa。

最高允许压力Pmax：

也是动态实验压力，是液压缸在瞬间所能承受的极限压力。

Pmax≤1.5P=37.5MPa

活塞行程：

根据设计要求，其行程为800mm.

液压缸最大退回速度

（m/min）

2、主液压缸缸筒内径（缸径）计算

根据液压缸的供油压力和负载，缸筒内径D可按下列公式初步计算：

液压缸负载为推力：

式中：

F为液压缸实际使用推力，单位为N

P为液压缸的供油压力，一般为系统压力。

根据题目要求，取F为30kN，

为0.65，

为0.8，P为16Mpa并代入公式

则

又依据手册（GB2348-80）对其进行圆整，取D=400mm。

3、缸壁壁厚的计算

先暂取

/D=0.08--0.3,即

则可按下列公式计算

式中：

D为缸筒内径（m）

为缸筒的最高允许压力（MPa）

为缸筒材料的许用应力（MPa）

由于采用无缝钢管做缸筒（见结构设计部分），查手册有

=100--110MPa,取

=110MPa，代入上面公式

则

由结果可知在所假设的范围内圆整，取为60mm。

活塞杆直径的计算

根据GB/T2346-1993，取标准d顶=250mm

。

1、顶出液压缸主要性能参数：

额定压力：

根据设计要求，其额定压力为25MPa，即P=25MPa。

最高允许压力Pmax：

也是动态实验压力，是液压缸在瞬间所能承受的极限压力。

Pmax≤1.5P=37.5MPa

活塞行程：

根据设计要求，其行程为800mm.

液压缸最大退回速度

（m/min）

2、主液压缸缸筒内径（缸径）计算

根据液压缸的供油压力和负载，缸筒内径D可按下列公式初步计算：

液压缸负载为推力：

式中：

F为液压缸实际使用推力，单位为N

P为液压缸的供油压力，一般为系统压力。

根据题目要求，取F为30kN，

为0.65，

为0.8，P为16Mpa并代入公式

则

又依据手册（GB2348-80）对其进行圆整，取D=140mm。

3、缸壁壁厚的计算

先暂取

/D=0.08--0.3,即

则可按下列公式计算

式中：

D为缸筒内径（m）

为缸筒的最高允许压力（MPa）

为缸筒材料的许用应力（MPa）

由于采用无缝钢管做缸筒（见结构设计部分），查手册有σ=100--110MPa,取σ

σ=110MPa，代入上面公式

则

由结果可知在所假设的范围内圆整，取为27mm。

活塞杆直径的计算

根据GB/T2346-1993，取标准d顶=80mm

4、流量的计算

液压缸流量根据下式计算：

设计要求中给定了活塞的平均速度：

当活塞杆外推时

=2.4m/min

而活塞的面积：

=

容积效率：

取

=1

根据公式得到活塞杆外推时的流量：

=

L/min

因为只使用外推方向，所以回程方向的流量从略。

5、最小导向长度的确定

当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到缸盖滑动支承面中点的距离H称为最小导向长度。

如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度（间隙引起的挠度）增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一定的最小导向长度。

对一般的液压缸，最小导向长度H应满足以下要求

H≥L/20＋D/2

式中　L———液压缸的最大行程；

D———液压缸的内径。

故确定液压缸的导向长度H=

活塞的宽度B一般取B＝（0．6～1．0）D

故确定活塞宽度B=0.7X400=280mm

缸盖滑动支承面的长度

当D＞80mm时，取

＝（0.6～1．0）d。

故确定缸盖滑动支承面的长度

=0.6X50=30mm

为保证最小导向长度H，若过分增大

和B都是不适宜的，在缸盖与活塞之间增加一隔套K来增加H的值。

隔套的长度C由最小导向长度H决定，即

C＝H－（

＋B）/2=35mm

四、主要零部件设计与校核

1、缸筒的设计

缸筒的结构与端盖的连接形式、液压缸的用途、工作压力、使用环境以及安装要求等因素有关。

端盖分为前端盖和后端盖。

前端盖将液压缸的活塞杠（柱塞）腔封闭，并起这位活塞杆导向、防尘和密封的作用。

后端盖将缸筒内腔一端封闭，并常常起着将液压缸与其他机构件连接的作用。

缸筒与端盖的连接选用内螺纹形式，该形式体积小，重量轻，结构紧凑。

缸筒材料

缸筒的材料，一般要求有足够的强度和冲击韧性。

目前，普遍采用的缸筒的材料是热轧或冷拔无缝钢管。

由于缸壁较薄，钢筒直径较小，故采用冷拔无缝钢管，采用通用材料为45钢。

查表可以得到：

缸筒材料的屈服强度

=484MP；

缸筒材料的抗拉强度

=610MP；

现在利用屈服强度来引申出：

选取安全系数n=3.6，则缸筒材料的许用应力[

]=

/n=484/4=121MPa。

缸筒壁厚验算

液压缸的额定压力

式中：

D1为缸筒外径且：

D1=D+2δ（mm）

D为缸筒内径（mm）

D为400mm，D1为454mm，将数值代入公式可得

而题目所给

，符合要求。

2、活塞设计

活塞的材料

由于缸径较小，故选用45钢。

活塞结构的设计

活塞根据压力、速度、温度等工作条件来选用密封件的型式，而选定的密封件型式决定了活塞的结构型式。

常见的活塞结构型式分活塞分为整体式和组合式，组合式制作和使用比较复杂，又因密封件的安装要求不是很高，而且缸径较小，故采用整体式活塞的结构型式，其密封件和导向环分槽安装。

形式如下图：

活塞的宽度一般由密封件、导向环的安装沟槽尺寸来决定，本课题，依据结构要求与密封件与导向件的结构，取活塞宽度B为280mm

5、活塞的密封

活塞的密封选用准则取决于压力、速度、温度和工作介质等因素。

选用应用广泛的O型密封圈，由于工作压力大于10MPa，为防止密封圈被挤入间隙而损坏，故选用为副密封件为聚四氟乙烯（PTFE）的挡圈与主密封件组合在一起使用。

这种组合式密封圈显著地提高了密封性能，降低了摩擦阻力，无爬行现象，具有良好的动态及静态密封性，耐磨损，使用寿命长、安装沟槽简单、装坼方便。

活塞杆的设计

6、活塞杆杆体的选择

活塞杆的杆体分为实心杆和空心杆。

空心杆多用于d/D比值较大或杆体内有位置传感器等场合。

而实心杆加工简单，采用较多，故选用实心杆。

活塞杆的外端是液压缸用以与负载连接的部位，可根据液压缸的安装连接形式有多种结构形式。

本课题因液压缸垂直安装且活塞杆下端要装压板，为方便连接，活塞杆外端采用外螺纹（带肩）形式。

其外螺纹根据国家标准GB2350-80可选取M45

1.5。

活塞杆材料

1、因为没有特殊要求，所以选用45号钢作为活塞杆的材料，本次设计中活塞杆只承受压应力，所以不用调制处理，但进行淬火处理是必要的，淬火深度可以在0.5—1mm左右。

2、安装活塞的轴颈和外圆的同轴度公差不大于0.01mm，保证活塞杆外圆和活塞外圆的同轴度，避免活塞与缸筒、活塞杆和导向的卡滞现象。

安装活塞的轴间端面与活塞杆轴线的垂直度公差不大于0.04mm/100mm，保证活塞安装不产生歪斜。

3、活塞杆外圆粗糙度

选择为0.3

4、因为是运行在低载荷情况下，所以省去了表面处理。

7、活塞杆强度的校核

由设计要求有液压缸最大行程L=640mm已设计活塞杆直径为d=50mm

查手册有校核公式为

则

而活塞杆的最小直径为45mm

所以活塞杆满足强度要求

8、液压缸稳定性校核：

假设液压缸只承受轴向载荷，则它所承受的力F不能超过使它保持稳定工作所允许的临界负载

以免发生纵向弯曲，破坏液压缸正常工作。

的值与活塞杆的材料性质、截面形状、直径和长度以及液压缸的安装方式等因素有关。

校核公式为：

（式中

为安全系数，取3）

查相关手册别结合以设计数据，取

=

则

所以液压缸的稳定性满足要求。

9、活塞杆的导向、密封和防尘

1、导向环

在液压缸的前端盖内，有对活塞杆导向的内孔,在这对内孔中装导向环。

本设计选择非金属导向环，用高强度塑料制成，这种导向环的优点是摩擦阻力小、耐磨、使用寿命长、装导向环的沟槽加工简单，并且磨损后导向环易于更换。

3、防尘

使用DH防尘圈，材料是聚氨酯，既有防尘作用，又有润滑作用。

4、缓冲装置

由设计要求选择的缓冲装置为杆头缓冲，缓冲由杆头和缸底部端盖共同作用。

5、排气装置

液压缸为双作用，故需要两个排气孔，分别设置在缸的两端。

均取M16的排气阀，具体尺寸见装配图。

液压缸的安装

由设计要求有安装方式为底座安装，查相关手册，选具体安装方式为底面脚架安装，安装图形如下。

致谢

本学期我独立完成了双作用单杆活塞缸液压缸的设计，通过本次设计的锻炼，使我从中受益匪浅。

了解到作为一名合格的设计人员实属不易。

不仅需要具备较为全面的专业素质，还要具备吃苦耐劳，敢于创新等优秀品质。

在本次设计的过程中，我得到了很大提升。

在设计能力上有了很大提高。

借助老师和图书馆的帮助，我的设计比较顺利的完成，由于缺乏经验，设计并不是很完善。

在设计过程中也反映出很多问题，首先是设计经验十分不足，对于实际液压零件的要求和性能不甚了解，对于设计人员遵循的设计流程也不熟悉。

另外本次设计的图纸绘制主要基于AutoCAD，在此过程中也多次遇到技术难题，使用制图软件不够熟练，日后我一定会好好学习，加强个人能力的培养。

本次课程设计为我提供了一次难得的机会，是一次对自己本学期所学知识的汇总。

本着认真、科学、严谨和提升自我的态度，在老师的细心指导下完成了设计任务。

相信在本次设计中所积累的经验和成果会在以后的工作中派上用场。

参考文献

1、陈奎生，《液压与气压传动传动》，武汉理工大学出版社，2001.8

2、成大先.机械设计手册（单行本.液压传动）.北京：

化学工业出版社

3、宋学义.袖珍液压气动手册.北京：

机械工业出版社，1995

4、雷天觉.新编液压工程手册.北京：

北京理工大学出版社，

5、成大先.机械设计手册（第三版）.北京:

化学工业出版社.1997

6、机械设计手册[M].化学工业出版社.1982.

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