液压缸设计计算

1、.第一部分总体计算1、 压力油液作用在单位面积上的压强PF APa式中：F作用在活塞上的载荷，NA活塞的有效工作面积，m2从上式可知，压力值的建立是载荷的存在而产生的。在同一个活塞的有效工作面积上，载荷越大， 克服载荷所需要的压力就越大。换句话说，如果活塞的有效工作面积一定，油液压力越大，活塞产生的作用力就越大。额定压力（公称压力）PN,是指液压缸能用以长期工作的压力。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。通常规定为： Pmax 1.5P MPa。耐压实验压力Pr ，是检验液压缸质量时需承受的实验压力，即在此压力下不出现变形、裂缝或破裂。通常规定为：Pr

2、1.5PN MPa。液压缸压力等级见表1。表 1液压缸压力等级单位 MPa压力范围02.52.5 8 816 16 3232级 别低 压中 压中高压高压超高压2、 流量单位时间内油液通过缸筒有效截面的体积：QVL/mint由于 VAt103 L则QAD 210 3L/min4对于单活塞杆液压缸：当活塞杆伸出时QD 21034当活塞杆缩回时Q( D 2d 2 )10 34式中：V液压缸活塞一次行程中所消耗的油液体积，L；.t 液压缸活塞一次行程所需的时间，min；D液压缸缸径，m；d活塞杆直径，m；活塞运动速度，m/min 。3、速比液压缸活塞往复运动时的速度之比：v2D 2v1D 2d 2式中

3、：v1 活塞杆的伸出速度，m/min；v2 活塞杆的缩回速度，m/min ；D液压缸缸径，m；d活塞杆直径，m。计算速比主要是为了确定活塞杆的直径和是否设置缓冲装置。速比不宜过大或过小，以免产生过大的背压或造成因活塞杆太细导致稳定性不好。4、液压缸的理论推力和拉力活塞杆伸出时的理推力：F1A1 p10 6D 2 p106N4活塞杆缩回时的理论拉力：F2F2 p106( D 2d 2 ) p 10 6 N4式中：A1 活塞无杆腔有效面积，m2 ；A2 活塞有杆腔有效面积，m2 ；P工作压力， MPa；D液压缸缸径， m；d活塞杆直径，m。5、液压缸的最大允许行程活塞行程 S，在初步确定时，主要是

4、按实际工作需要的长度来考虑的，但这一工作行程并不一定是油缸的稳定性所允许的行程。为了计算行程， 应首先计算出活塞的最大允许计算长度。因为活塞杆一般为细长杆，由欧拉公式推导出：Lk2 EImmFk式中：.Fk 活塞杆弯曲失临界压缩力，N；E材料的弹性模量。钢材的E=2.1X10 5 MPa；4d 44。I 活塞杆横截面惯性矩， mm ；圆截面I0.049d64将上式简化后L k 320 d 2mmFk由于旋挖钻机液压缸基本上是一端耳环、一端缸底安装， 所以油缸的最大计算长度（安全系数取 3）Lk208.4d 2DP式中：P油缸的工作压力；油缸安装形式如图1。图 1液压缸安装形式L= Lk208.

5、4d 2D P行程 S1 (Ll1 l l )26、液压缸主要参数A. 液压缸产品启动压力起动时，记录下的油缸起动压力为最低起动压力. 判断基准起动：压力<0.6MPa。B. 内泄漏输入额定压力1.31.5倍的压力 , 保压 5 分钟 , 测定经活塞泄至未加压腔的泄漏量。C.外泄漏全程往复运行多次, 观察焊接各处及活塞杆密封处及各结合面处的漏油、挂油、带油。.D. 耐压输入额定压力1.31.5倍的压力 , 保压 5 分钟 .所有零件均无松动、异常磨损、破坏或永久变形异常现金蝉脱壳的外渗漏现象。E. 缓冲调整溢流阀使其试验压力为公称压力的50%，使液压缸作全行程动作，同时，观看缓冲效果和缓

6、冲长度。第二部分缸筒计算1、缸筒结构缸筒结构见表2。表 2缸筒结构缸头法兰连接缸头内螺纹连接优点：结构简单，易加工，易拆装。优点：重量轻，外径较小缺点：重量比螺纹连接的大缺点：装卸时要用专用的工具，拧端部时，有可能把O形圈拧扭曲。缸筒跟缸底采用焊接连接2、缸筒材料缸筒材料要求有足够的强度和冲击韧性，对焊接缸筒还要求有良好的焊接性能，缸筒主要材料有， 45、27SiMn。缸筒毛坯采用退火的冷拔或热扎无缝钢管。缸筒材料无缝钢管的机械性能见表3。表 3缸筒材料无缝钢管的机械性能材料b / MPas / MPa/ %456103601427SiMn1000850123、缸筒计算缸筒要有足够的强度，能长

7、期承受最高工作压力及短期动态实验压力而不致产生永久变形；有足够的刚度， 能承受侧向力和安装的反作用力而不致产生弯曲；内表面与活塞密封件及导向环的摩擦力作用下，能长期工作而磨损少。.A、 缸筒内径当油缸的作用力 F( F1推力、 F2 拉力 ) 及工作压力 p 压力为已知时，则无杆腔的缸筒内径 D 为D4F110 3mp有杆腔的缸筒内径D 为Dp4F2d 2 m106最后将以上各式所求得的D 值，选择其中最大者，圆整到标准值。B、 缸筒壁厚0在不考虑缸筒外径公差余量和腐蚀余量的情况下，缸筒壁厚可按下式计算pmax D02.3mp3 pmax式中：pmax 缸筒内最高工作压力，MPa；p 缸筒材料

8、的许用应力，MPa；最后将以上式所求得的0 值，圆整到标准值。对最终采用的缸筒壁厚应作三方面的验算额定工作压力pn 应低于一定的极限值，以保证工作安全：pn 0.35 s (D12D 2 )MPaD12式中：D 1 缸筒外径；额定工作压力也应与完全塑性变形压力有一定的比例范围，以避免塑性变形的发生：pn (0.35 0.42） prLprL 2.3D1s lgD式中：prL 缸筒完全发生塑性变形的压力，MPa；最后还需对缸筒径向变形量D 进行验算，如果径向变形量D 超过密封件允许范围，液压缸就会发生内泄。.Pr DD12D 2v mDD12D 2E式中：v 缸筒材料泊松比，v =0.3 ；C、

9、缸筒螺纹缸筒与缸头部分采用螺纹，压桩机液压缸一般采用内螺纹连接，螺纹处的强度计算：螺纹处的拉应力4KF10 6MPa(D 2d12 )螺纹处的剪应力K 1 KFd 010 6MPa0.2(D3d13 )合成应力232b合、n0式中：F缸筒端部承受的最大推力，N；D缸筒外径， m；d1 螺纹大径， m；K螺纹连接的拧紧系数，不变载荷取1.25 1.5 ，变载荷取2.5 4；K1 螺纹连接的摩擦因数，一般0.07 0.2 ，平均取0.12 ；b 材料的抗拉强度， MPa；n0 安全系数，取3 5。D、 缸筒技术要求缸筒技术要求如下：a) 缸筒内孔一般采用 H8级公差，表面粗糙度一般在 0.2 m

10、左右；b) 缸筒内径的锥度、圆柱度不大于内径公差的三分之一；c) 缸筒直线度公差在 1000mm长度上不大于 0.1mm；d) 缸筒端面对内径的垂直度在直径100mm上不大于 0.04mm。为便于装配和不损坏密封件，缸筒内孔口应倒20°角，宽度根据内径大小来选取。通往油口的内孔口必须倒角或开避让槽，过度处需抛光， 以免划伤密封件。 缸筒上有焊接件时，都必须在半精加工前进行，以免精加工后焊接引起内孔变形。.总之，缸筒是液压缸的主要零件，它与缸头、缸底、油口等零件构成密封容腔，用以容纳压力油液，同时它还是活塞的运动“轨道”。设计液压缸缸筒时，应该正确确定各部分的尺寸，保证液压缸有足够的输

11、出力，运动速度和有效行程，同时还必须有一定的强度，能足够以承受液压力、负载力和意外的冲击力；缸筒的内表面应具有合适的配合公差等级、表面粗糙度和形位公差，以保证液压缸的密封性、运动平稳性和耐用性。第三部分活塞杆计算1、 活塞杆结构活塞杆一般采用实心杆，跟杆头耳环采用焊接或螺纹连接的形式。2、 活塞杆材料一般用中碳钢， 调质处理。 在旋挖钻机液压缸中大多数采用45 钢 , 在受力特别大的情况也可采用高强度合金钢。活塞杆材料的机械性能见表4。表 4活塞杆材料的机械性能材料b / MPas/ MPa/ %热处理4560034013调质40Cr9007009调质42CrMo100090012调质3、 活

12、塞杆的计算A、慨述活塞杆是液压缸传递力的重要零件，它承受拉力、压力、弯曲力和震动冲击等多种力，必须有足够的强度和刚度。B、活塞杆杆径计算旋挖钻机液压缸一般都是差动缸，其活塞杆直径d 可根据往复运动速比来确定：d D1m式中：D液压缸缸径，m；液压缸活塞往复运动时的速度之比；计算出活塞杆直径后，应将尺寸圆整到标准值并校核其稳定性。C、活塞杆的强度计算.压桩机液压缸工作时，活塞杆承受的弯曲力矩很大，则按下式计算活塞杆的应力。FM10 6pAW式中：F活塞杆的作用力，N；A活塞杆横断面积，m2 ；M活塞杆承受的弯曲力矩，Nm；W活塞杆断面模数，m3 。活塞杆与活塞一般都靠螺纹连接，所以都设有螺纹、退刀槽等结构。 这些部位往往是活塞上的危险截面，也要进行计算。当活塞各参数确定好后，可以对活塞杆进行三维建模，利用有限元分析软件对活塞杆进行应力分析。D、 活塞杆技术要求活塞杆技术要求如下：a) 活塞杆在导向套中滑动，一般采用 H8/f7 配合。太紧了，摩擦力大，太松了，容易引起卡滞现象和单边磨损；b) 其圆度和圆柱度不大于直径公差的三分之一， . 外圆直线度公差在 1000mm长度上不大于 0.02mm；c) 安装活塞的轴劲与外圆的同轴度公差不大于 0.02mm,轴肩端面与活塞杆轴线的垂直度公差不大于 0.04mm/100mm，以保证活塞安装后不