柱塞式液压缸设计计算说明书

1、1.1 已知数据 : 推力载荷： 150KN 行程： 150mm 速度： 1mm/sec 安装方式：后法兰 1.2 设计内容及完成的工作量 1) 根据给定要求完成装配图和所有非标零件图 2) 完成全部零件三维实体造型，并进行装配 3) 完成标准件的计算选型 4) 完成非标零件精度设计 5) 编写设计计算说明书一份 6) 原动机经联轴器驱动泵类负载 液压缸主要几何尺寸的设计计算 2.1液压缸工作压力的确定 在液压系统中，为了便于液压元件和管路的设计选用，往往将压力分级 2.1压力分级 级别 低压 中压 中高压 咼压 超咼压 压力范围（MPa 0? 2.5 2.5 ? 8 8 ? 16 16 ?

2、32 32 2.2液压缸的公称压力系列（GB2346-80）（ bar） 25 40 63 (80) 100 (125) 160 200 250 315 400 500 630 800 依据表2.2所规定的公称压力系列，计算或选择的柱塞缸的公称压力为 315bar=31.5MPa 2.2柱塞杆直径的确定 液压与 气压传动 P101 由柱塞式液压缸柱塞外伸时的推力公式: 6 P A 10 得： 式中: A =旦10 P (2-1) (2-2) 只一液压缸的推力，这里为液压缸载荷（N） P工作压力（Mpa 2 A柱塞杆的作用面积（m） (2-3) 式中： d柱塞杆的直径（m 将 2-3 带入 2-

3、2 得 d=0.019m=19mm 由柱塞杆的标准系列取d=32mm 精选资料，欢迎下载 2.3液压缸行程 根据设计要求，行程取 150mm 2.4柱塞缸内径!的确定 查表可得Di =42mm 2.5液压缸外径D2的确定 机械设计 手册第五 版第4卷 22-245 查表可得D2 =50mm 2.6缸筒壁厚 计算得壁厚S = （ D2- DJ/2=4mm 缸的材料选45钢 2.7缸底壁厚 平行缸底，取缸底无油情况, 式中： h 缸底厚度（mm D 液压缸内径（mrh (2-7) Py 试验压力（MPa ,工作压力PE16MPa时，Py=1.5P ；工作 压力P 16MPa 时，Py =1.25P

4、 匸I 缸底材料的许用应力（MPa 对于：锻钢W=io2oMPa铸 钢丨=100 110MPa 钢管=100 IIOMPa 铸铁山I = 6MPa 45 M 二=120 MPa 将以上数据代入上式得 h=10.4mn ,圆整取15mm 2.8端盖厚度的确定 依据机械设计手册22.6-66选择活套式法兰缸头， 端盖的厚度: (2-8) h3F （ dH -dm） 1 t （ Dg -dm - 2d b）二二 式中： D 缸筒内径（m dH 螺钉孔圆周直径（m dm 作用力圆周直径（m db 螺钉孔直径（m d!柱塞缸内径（m d2 活塞缸筒与缸体配合的外径（m D g 端盖外径（m F 缸头所受

5、到得最大压力（N）首先来计算缸头在最大内压的情况下受到 的压力F： 柱塞的面积是： 2 2 D X /4 A1 =-=0.0014 m 缸壁厚度计算中得出最大压强： P max =39.375MPa 所以法兰承受的最大压力为： F=Pmax A=55125N d1 d 2 查表得，dH=0.085m, dm= 0.046 m db =0.024m, d1=0.042m, 2 d2=0.050m, Dg=0.110m,缸盖的材料为45钢，缸筒材料的许用应力 :匚 =6/n=360/5=72MPa 代入上式; 得 h=75mm 2.9导向套尺寸的确定 机械设计 手册第五 版第4卷表 22.6-62

6、 导向套滑动面的长度A,在缸径小于80mm寸取 A= （0.61.0 ） D （2-9） 当缸径大于 80mm寸取 A= （0.61.0 ） d （2-10） 式中： D -缸筒内径（mr） d 柱塞杆直径（mr） 由于缸径 D=42mm 贝V A= （0.61.0 ）*42=25.242mm 取 A=42mm 由于安装与密圭寸原因则套的内径为42mm 加工要求：导向套与柱塞杆外圆的配合多为H8/f7? H9/f9. 2.10法兰安装方式 米取如图所示的后端法兰安装方式 机械设计 手册第五 版第5卷 止丄 2.11密封环 TH i dJ 后端法兰安装方式 形环式组合密圭寸 本例中选取静密圭寸的

7、为一般的o型密圭寸圈加挡圈。柱塞杆动密圭寸使用 圈，本设计选用 d=85mmU形密圭寸圈 2.12防尘圈 查机械设计手册表 21-6-28，选用2型特康防尘圈。 2.13各种主要零件名称和材料 机械设计手 册第五版第 5卷表 21-6-25 件号 名称 材料 1 2 3 4 5 6 7 挡板防尘圈法兰套 U形夹织物密封圈支承环导套 Q235-F 毛毡 45 ZQS n8-12 橡胶 1 4 Q235-F ZQS n8-12 2.14进出油口大小的确定 液压缸的进出油口，可以布置在端盖或是缸体上。对于活塞杆固定的液压缸可设 在活塞杆端部，如果液压缸无专用的排气装置，进出油口应设在液压缸的最高 处

8、，以便空气能首先从液压缸排出。进出油口的形式一般选用螺钉或是法兰连 接，依据查表可知的当内径为80mmB寸，可以选 用M27x2的螺孔连接。 2.15安装法兰设计 由于Dg=110mm查询国家标准法兰(GB911 2000)可选安装法兰：法 兰外径250mm内径135mm螺栓孔中心圆直径 210mm螺栓直径18mm螺栓 孔数8,法兰厚度24mm 二、各零部件的校核及验算 3.1缸筒设计 3.1.1缸筒结构的选择 连接方式如下图 易选 选取法兰式连接，并且法兰和缸筒用焊接方式连接。其优点是结构简单 取、易装卸；缺点是外径较大，比螺纹连接的重量大。 3.1.2缸筒的要求 有足够强度，能够承受动态工

9、作压力，长时间工作不会变形；有足够刚度，承受 活塞侧向力和安装反作用力时不会弯曲；内表面和导向件与密封件之间摩擦少， 可以保证长期使用；缸筒和法兰要良好焊接，不产生裂纹。 3.1.3缸筒材料的选取及强度给定 部分材料的机械性能如下表: 缸筒 常用 无缝 材料 叭启/MPa S 3/MPa 20 420 250 25 钢管 30 500 300 18 材料 35 540 320 17 机械 45 610 360 14 性能 15MnVn 750 500 26 27SiM n 1000 850 12 30CrMo 950 800 12 35CrMo 1000 850 12 本次设计选取45号钢 从

10、表中可以得到： 缸筒材料的屈服强度礼=360MPa 缸筒材料的抗拉强度、cb =610MPa 现在利用屈服强度来引申出： 缸筒材料的许用应力二=6/n=360/5=72MPa 。 其中n=5是选取的安全系数。 3.2缸筒壁厚的验算 下面从以下三个方面进行缸筒壁厚的验算： 液压缸的额定压力Pn值应低于一定的极限值，保证工作安全： 2 2 |Pn 兰 0.35 皿严(MPa(3-1) D 2 根据式3-1得到： P/A54.5MPa,由于Pn=31.5MPa则满足条件 3.3液压缸的效率 液压缸的效率 由以下三种效率组成： (A)机械效率m，由各运动件摩擦损失所造成，在额定压力下，通常 取 m -

11、 0-9 (B )容积效率v，由各密封件泄露所造成的，通常容积效率V为: 装弹性体密封圈时 V : 1 装活塞环时 v : 0-98 (C)作用力效率d,由出油口背压所产生的反作用力而造成。 (3-2) 所以总效率 =0.8 3.4法兰连接螺栓的强度计算 连接图如下: 虧U简喘部痣三审螺钉遥接 1 一前端盖;2 虹筒 螺栓强度根据下式计算： 螺纹处的拉应力 螺纹处的剪切应力 =KF 10(MPa *: 2 d2z 4 (3-3) (3 -4) (3-5) QKFd 。仃 310 （MPa 0RZ -n 23 2_ t;1 （ MPa 式中： F 缸筒端部承受的最大推力（N） ； D 缸筒内径（

12、m do 螺纹外径（m 螺纹底径（m K拧紧螺纹的系数 不变载荷取K = 1? 25 1? 5 变载荷 取 K=2.5 6 缸筒材料的屈服强度（MPa ; n安全系数 取n 1.5-2.5 最大推力为：F=150KN 使用8个螺栓紧固缸盖，即：Z=8 螺纹外径和底径的选择：do=24mmdi =20.752mm 系数选择：考虑到载荷可能有变化，为了安全，选取： K=3, Ki=0.12 最大推力理论 F=P*A=31.5 D 2二=43.6KN 4 但实际 Fi=F*0.8= 34.68KN 根据式3-3得到螺纹处的拉应力为：二 =103.8MPa 根据式3-4得到螺纹处的剪应力为：？ =55

13、.8MPa 根据式3-5得到合成应力为：s=141.8MPa 由以上运算结果知，应选择螺栓等级为8.8级： 查表的得：抗拉强度极限 6=800MPa屈服极限强度j=640MPa 不妨取安全系数n=2可以得到许用应力值：二=d/n=640/2=320MPa 由式3-6得到：匸n=141.8MPa ,则二n -:-成立 证明选用螺栓等级合适。 课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，是我们迈向社会，从事职业 工作前 一个必不少的过程，使我们对以前所学的理论知识进行了综合应用。所以经过 这次课程设计 发现自己所学的知识还很贫乏，很多东西都需要去了解，既然从事了这个行业，那么就要做 好，而且要带

14、动所有同学做好。 由于时间紧迫，掌握的知识还不是太完全，只是粗略的了解柱塞缸的结构及原理计算的 数据均按照参考资料一步一步设计计算，在计算的过程中遇到了许多问题，及 时查找资料， 以及和同学共同探讨。 而且在课程设计过程中，最让我印象深刻的就是：一个人的力量是有限的，团队的力量 是无穷的。经过我们共同的努力，才将课程设计做完、做好。 最重要的一点是无论做任何事情都要有颗责任心，要有上进心。只有这样，困难 才会迎刃而解。在整个课程设计的过程中，我发现我们光有理论知识，却缺乏实际的经验。有 些地方都是凭想像完成的。总休来说，课程设计对我们的帮助是很大的，它需要我们将学过的 相关知识系统地联系来，从中暴露岀自身的不足，以待改进，并且提高了我们查阅资料的能 力。 本次的课程设计，培养了我综合应用生产实际知识解决工程实际问题的能力；在设计 的过程中还培养岀了我们的团队精神， 同学们共同协作，解决了许多个人无解 决的问题；在 今后的学习过程中我们会更加努力和团结。 参考资料 1