液压缸的设计说明书

第3章液压缸的设计3.1液压缸工作压力的确定液压缸的工作压力确实主要根据液压设备的类型和使用条件来选择。不同的液压设备和应用场景，其工作压力的需求也会有所不同。设备类型：不同类型的液压设备，如挖掘机、起重机、压机等，其工作压力需求各不相同。这些设备的工作性质和负载要求决定了其液压缸的工作压力。工作条件：液压缸的工作压力还受到工作条件的影响。例如，工作环境温度、湿度、振动等都会对液压缸的性能产生影响，从而影响其工作压力的选择。安全性考虑：在确定液压缸工作压力时，还需要考虑设备的安全性。过高的压力可能会导致设备损坏或人员伤害，因此需要在保证设备正常运行的前提下，合理选择工作压力。效率与成本：工作压力的选择还需要考虑设备的运行效率和成本。过高的压力可能会增加能耗和维护成本，而过低的压力则可能影响设备的性能和效率。现查阅《液压系统设计简明手册》，根据设备类型、冲击负载等工作条件以及缓冲器的适用场合安全性，根据表3.1选取液压缸工作压力p=30MPa。表3.1液压设备常用的工作压力相关型号机床部分中型工程机械起重机、重型机械、重型运输机械磨床组合机床龙门刨床拉床压力p/0.7-23-52-78-1010-1720-343.2活塞杆组件结构尺寸设计3.2.1结构说明此节流孔多孔式液压缓冲装置中活塞杆组件由活塞、密封圈、导向套和活塞杆构成，查阅《机械设计手册》，选用45钢作为活塞材料和活塞杆材料，由于缓冲过程中的瞬间巨大冲击力，活塞杆需要实心制作。活塞杆和活塞的连接形式分为两种类型，一种是整体式，即活塞和活塞杆是一体的，没有可拆卸的部分；另一种是组合式，即活塞和活塞杆通过半环连接、锥销连接和螺纹连接组合在一起。本论文选用螺纹连接方式，其具有易于实现和制造、稳固性高、能够承受较大的轴向载荷和一定的冲击力、相比其他连接方式螺纹连接的拆卸或维修时更为方便、维修时间和成本减小的特点，此结构在工程机械的液压系统中占据重要地位。然而，在使用时也需要注意其在振动环境下可能出现的松动问题，并采取相应的锁紧措施来确保系统的稳定运行。3.2.2液压缸缸体尺寸液压缸缸筒内部直径计算式为：F=π4转换得：D=4F式中，F——工作循环中最大的外负载，F=30t=2940000N；p——液压缸工作压力；p0ηm——液压缸的机械效率，一般ηm=0.9计算可得缸筒内部直径D=362.5mm，由于内径较大，本文将两个缓冲器固定在一起，并在汽车前防护盖两侧各设置一处缓冲器，总共有四个液压缓冲器共同承受碰撞产生的冲击力。因此，查阅《液压系统常用数据及标准规范》中的表GB2348-80，此处选取D=100mm。3.2.3活塞杆和活塞直径首先查阅《液压系统常用数据及标准规范》中的表液压缸内径D与活塞杆直径d1的关系知d1=0.7D得d1=70mm，查阅在液压系统中，液压缸的稳定速度是由其内部的有效工作面积、系统压力和流量共同决定的。为了确保液压缸在最低稳定速度下能够正常工作，我们需要确保无杆腔的有效工作面积A应比能保证该速度的最小有效面积Amin大Amin=式中，qminvminqmin由产品样本查得其值为0.05L/minA当在液压系统中进行节流控制时，可以通过控制进入液压缸有杆腔的流量进而控制液压缸的运动速度，在此过程中，由于液压缸有杆腔的实际工作面积直接决定了在给定压力下能够产生的力，也就作为了节流腔的有效工作面积，它决定了在给定流量下液压缸能够产生的运动速度。因此有：A因此液压缸满足最小稳定速度要求。对选定后的活塞杆直径，需要进行强度校核，以保证活塞杆在冲击过程中的强度。校核计算式为：d>式中，F1——最大外负载，本文选用四个缓冲器一起进行缓冲，因此Fσ——钢的许用应力，根据国家标准，45号钢的抗拉强度在490MPa-665MPa之间，本文选取600MPa，安全系数nb=1.4，此时许用应力经计算得出d>43.2.4活塞杆长度液压缸最大缓冲行程S为200mm。活塞宽度B一般取B=L式中，L1——缸盖厚度，此处LL2L3——活塞长度，此处L现在对活塞杆进行稳定性校核，3.3液压缸组件结构尺寸设计3.3.1结构说明此液压缓冲装置中液压缸组件由液压缸缸盖、导向套、液压缸缸体和液压缸后盖构成，其中缸体内部由液压缸内缸、储油腔、液压缸外缸、复位活塞、复位弹簧构成，对导向套选材用铸铁QT450-10，液压缸用45钢无缝隙钢管制作，并在导向套和活塞杆之间添加密封圈，液压缸内缸上设置有一系列的节流孔。选择合适的缸体端部与缸盖的连接方式需要综合考虑工作压力、工况和缸体材质等多个因素，本论文在缸体端部与缸盖的连接上采用法兰连接方式，其具有设计简单易于理解实现、材料加工成本低、可通过标准机床进行加工、生产效率高加工精度高、通过拧紧或松开螺栓能方便地实现缸盖与缸体之间的安装和拆卸、可以承受较大压力拉力、适用于高压高负载的液压系统等特点，在法兰连接处，可以采用密封垫或密封胶进行密封，确保系统的密封性能。3.3.2液压缸缸体壁厚对于液压缸的壁厚，它是缸体最薄的部分，因为它需要承受内部液体的压力。根据材料力学，圆筒在受内压作用时，其内部应力会随着壁厚的不同而改变。为了区分薄壁圆筒和厚壁圆筒，我们通常会使用一个比值，即液压缸的内径D与壁厚δ的比值D/δ。这个比值决定了圆筒的应力分布和失效模式。当D/δ较大时（即壁厚相对较薄），称之为薄壁圆筒，应力主要集中在圆筒的壁面上，且沿壁厚方向的变化不大。这种结构在起重运输机械和工程机械中较为常见，因为它们需要承受较大的内压，但不需要特别厚的壁来抵抗压力，反之则为厚壁圆筒。本论文缸体前后缸盖均选用45号钢材料。薄壁圆筒结构的壁厚公式为：δ≥py塑性和脆性材料的壁厚公式为：δ≥D式中，δ——壁厚；pyσ——许用应力，此处其值为σ=试验压力py通常为最大压力pmax的1.25-1.5倍，此处，pmax≥16MPa，因此py=1.25pmax显然，缸体外径D13.3.3缸盖厚度大部分液压缸采用平底缸盖，其厚度t1按当缸盖没有设置孔时：t1≥当缸盖设置了孔时：t1式中，t1D2d0计算得出t13.3.4导向套及最小导向长度的确定缸盖连接于液压缸前端，采用法兰连接，内侧含有导向套，导向套内径与活塞杆直径一致，均为70mm，导向套外径与液压缸内径一致，均为100mm。在活塞杆完全伸出后，由活塞支撑面中心点至缸盖滑动支撑面中点之间的距离H被定义为最小导向长度。这一参数在液压油缸的设计中至关重要，因为它直接影响到液压油缸的稳定性和性能。当导向长度H过小时，液压油缸的初始挠度（即由间隙产生的变形）会增加。这会导致液压油缸的稳定性降低，并可能引发一系列问题，如活塞杆的偏斜、密封失效、磨损加剧等。因此，在液压油缸的设计中，必须保证一定的最小导向长度。普通液压缸的最小引导长度H应符合下列规定：H≥L式中，L——液压缸最大行程，本论文设计要求L=200mm。H缸盖滑动支承面的长度l1如果D<80mm，则取l如果D>80mm本论文中D=100mm，则l在液压油缸设计中，不能简单地通过过度增大缸盖滑动支撑面的长度或活塞宽度来实现最小导向长度H，因为这可能会增加不必要的重量、成本和复杂性。而一个常见的做法是在缸盖和活塞之间设置一个隔套K来增加最小导向长度H的值。隔套K的长度C可以通过以下方式计算：C=H−需注意的是，隔套K的材料和