4.2液压缸的几何尺寸的计算

4.2液压缸的几何尺寸的计算4.2.1液压缸内径尺寸与活塞杆直径的确定查阅相关机械液压设计手册，在根据以往冶金行业液压设备工作压力的确定，结合按主机类型选择压力，可知本系统压力范围为10--16Mpa。折中计算后宜取液压缸的工作压力，本次设计液压缸选用单杆式，采用差动连接能够显著提高本系统的运动速度。这是因为在快进阶段，有杆腔和无杆腔被联通，虽然输出压力较小，但速度却得以加快，差动连接是一种有效的增速手段，在保证系统其他动作顺序不变的前提下，提高运动速度，同时还能增强控制精度。液压缸的无杆腔工作面积应当是有杆腔的两倍，回油路上还需维持一定的背压，查阅了相关气压与液压传动资料，知一般中高压系统取值为=11×帕。相关尺寸如图4.2所示：根据冶金行业重型轧机托坯机一般处理的负载20吨以内，本次设计选取负载为11吨，N。图3.8液压缸相关尺寸示意图已知液压缸工作压力大于7兆帕，可知杆径d与缸筒内径D成比例关系，即d约为D的0.7倍。查阅资料可得：(4.1)带入相关已知数据可以算出：D=(4.2)d=0.7D(4.3)依据上两式带入相关已知数据可以算出：当按GB/T2348－1993直径圆取得：D=11cmd=8cm经过取整后可以算出:(4.4)(4.5)依据上两式带入相关已知数据可以算出：。4.2.2液压缸行程的确定执行机构的行程通过执行机构的实际运动方式和运动方法确定。为了避免出现涨缸现象，还需要考虑后期的液压缸的活塞杆和缸筒长度，为了提高选取准确性，查阅相关资料并按照GB/T2349-1980标准，在保障设备正常工作的条件下，液压缸应选用750毫米行程。4.3液压缸结构参数的计算4.3.1缸筒壁厚的计算机械设计传统中，无缝钢管是制造液压缸的首选材料，本设计亦基于此，采用薄壁圆柱模型进行了精确计算：(4.6)式中－设计时的壁厚度－试验压力()，一般是结合最大工作压力14兆帕，此处的试验压力可以取1.5倍工作压力即：应取=1.25P=17.5MpaD－本次设计的缸内径(m)－许用应力（）计算如下：(4.7)－抗拉强度()－安全系数，查阅了相关资料，一般取5查阅相关资料知，此次液压缸的材料选用无缝钢管，无缝钢管的范围：100-110Mpa，本次设计取=110兆帕查阅资料可以得:(4.8)(4.9)依据上面两式带入相关数据计算可得： 查阅相关机械、液压资料可知，本次设计的液压缸壁厚可取11毫米，液压缸外径可以取132mm。4.3.2液压缸油口直径的计算设计液压缸时，其最快运行速度受限于油活塞直径和油口液流速度的精确测算。(4.10)－液压缸油口直径(m)－液压缸内径(m)－液压缸最大输出速度(m/min)－油口液流速度(m/min)，查阅相关资料，取=0.7米每分钟。采用液压缸差动连接时，可以求得活塞实际工作时的最大速度为:(4.11)带入上述数据可得:－液压缸差动连接时，活塞外伸的速度，可视为油口液流的速度(m/min)－液压泵流量(/s)，－活塞杆面积；计算活塞杆面积:(4.12)－活塞杆直径(m)通过带入以上数据，可得：查阅相关资料需要取圆整:4.3.3缸头厚度计算本设计采用的是螺钉联接[17]法兰缸头，设计材料采用无缝钢管，其厚度的计算公式为：(4.13)式中－端盖厚度(m)－法兰内径(m)，查阅相关资料知－螺钉孔分布圆直径(m)，查阅相关资料，取－法兰材料的许用应力(Mpa)，取45钢，－法兰受力总和(N)，其计算公式为：(4.14)－密封环内径(m)，查阅相关资料，取m－密封环外径(m)，根据相关资料，取－系统工作压力(pa)，－附加密封力(pa)，若采用金属材料时，值取屈服点，此处取材料为45钢，则代入数据，求出得：m故取4.3.4最小导向长度的确定在液压缸使用时，为了保证托坯机执行动作时具有一定的稳定性，就需要确定最小导向长度。查阅相关资料可知:(4.15)L为液压缸的最大行程；D为液压缸的内径；带入以上数据可得：查阅相关资料，通常还需设计一个隔套长度为，来确保最小导向长度(4.16)B活塞宽度（）导向套滑动面长度（） 带入数据可知：。4.3.5缸筒长度的确定一般设计时缸筒长度为行程加上活塞的宽度和两端端盖的厚度得：M=H+B+2t=mm。4.3.6活塞的设计本次活塞设计采用的材料是灰铸铁HT200，活塞宽度系数K本次取0.6。按照以上可以列式得：(4.17)带入数据可得：，圆整可取70毫米。托坯机在正常运行时的工作压力较大，泄漏量也会较高，采用Y形密封圈，能承载的压力大，泄漏量小。活塞杆本次设计采用实心杆，制造材料采用45钢，活塞杆长度可以取750mm。4.3.7液压缸的结构设计托坯机在正常运行的情况下，液压缸缸体内部压力很大，缸体与缸盖采用的是螺钉法兰连接，可以很大程度上加强其紧固性、密封性。液压缸的工作压力14兆帕，此次设计采用无缝钢管45为缸体材料。活塞杆与活塞的连接方式选用螺纹连接。4.3.8下盖联接螺钉强度校核计算在本次强度校核计算中，选用高强度M16×1.5螺钉（符合GB/T70.1-2000标准）进行联接，每端各配置24个。此类螺钉的强度等级[16]达到10.9级，确保了连接的可靠性和安全性。对其强度进行校核时，应使用下列计算公式：拉应力：(4.18)带入数据可知。剪应力：(4.19)带入数据可知。式中：螺纹拧紧系数，此处取；:螺纹摩擦系数,一般取；：螺纹外径，查阅相关资料，取；：螺纹内径，查阅相关资料，取；：数量为；：螺钉材料屈服强度，取45钢，则；得：(4.20)经过计算该材料符合设计要求，可以选用。4.3.9活塞杆柔度