液压缸设计计算

第一部分总体计算1、压力油液作用在单位面积上的压强P FA Pa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 5P11 laxI max . *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 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088 1616 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：Q V t L/min由于 V At 103 L则 Q A D 210 3 L/min4对于单活塞杆液压缸：当活塞杆伸出时Q D21034当活塞杆缩回时Q (D2 d2)1034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/f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:式中：M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/f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：F1 A1 p 106 D2p 106 n4活塞杆缩回时的理论拉力：F2 F2P 106(D2 d2)p 106 n4式中： 2A1 活塞无杆腔有效面积，m ； 2A2 活塞有杆腔有效面积，m ；P工作压力，MP2D液压缸缸径，m；d 活塞/f直径，mi5、液压缸的最大允许行程活塞行程S,在初步确定时，主要是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:式中:Fk 活塞杆弯曲失临界压缩力,E材料的弹性模量。钢材的N;E=5 ;I 活塞杆横截面惯性矩，mn4；圆截面0.049d4 64d2将上式简化后mmLk 320 - 一.F k3)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 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= Lkd2208.4D P，一 1 ,、行程 S -(L 11 ll)6、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 。B.内泄漏输入额定压力 音的压力，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 音的压力，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456103601427SiMn1000850123、缸筒计算缸筒要有足够的强度，能长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( Fl推力、F2拉力)及工作压力p压力为已知时,4Fi10 3 m则无杆腔的缸筒内径D为有杆腔的缸筒内径D为Dd2 m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 D2.3 p3 pmax式中:Pmax 缸筒内最高工作压力，MPap 缸筒材料的许用应力，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 p n应低于一定的极限值，以保证工作安全:s(Di2 D2)pn 0.35 -1-MPaDi式中:D1 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: 式中:prL 缸筒完全发生塑性变形的压力，MPa最后还需对缸筒彳向变形量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。 2_ 2Pr D DiDE Di2 D2式中:v缸筒材料泊松比, C、缸筒螺纹v 二;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4KF(D2 di2)10 6 MPa螺纹处的剪应力合成应力式中:KiKFdo30.2(D3di )610 MPaF缸筒端部承受的最大推力,N;D缸筒外径，m；di螺纹大径，m；4；K螺纹连接的拧紧系数，不变载荷取，变载荷取Ki 螺纹连接的摩擦因数，一般，平均取;b 材料的抗拉强度，MPa；no 安全系数，取 35。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i000mmH度上不大于 0.imm；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热处理4560034013调质40Cr9007009调质42CrMo100090012调质3、活塞杆的计算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：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 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,N m；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/100mrn以保证活塞安装后不产生歪斜；d)活塞杆外圆粗糙度一般在0.2 m左右，太光滑了，表面形成不了油膜，反而不利于润滑；e)活塞杆表面需进行镀铭处理，镀层后() mm,镀铭前活塞杆表面需要高频淬火处理；f) 活塞杆端的螺纹和缓冲柱塞也要保证与轴线的同轴度。便于装配和不损坏密封件，活塞杆安装缸头的一端倒20 角，宽度根据内径大小来选取， 过度处需抛光， 以免划伤密封件。台阶尖角处需到圆。