双作用单杆活塞缸液压缸课程设计.doc

液压与气动技术课程设计 设计题目： 双作用单杆活塞缸液压缸姓 名： 刘冲 专 业： 液 压 与 气 动 技 术 班 级： 10G411班 学 号： 10号 指导教师： 郝春玲 目 录单活塞液压缸简介-2设计题目-7液压缸的选型-7液压缸主要参数的计算 液压缸主要性能参数-7 缸筒内径（缸径）计算-7 缸壁壁厚的计算-7 流量的计算-8 底部厚度计算-9 最小导向长度的确定-9主要零部件设计与校核 缸筒的设计-10 缸筒端盖螺纹连接的强度计算-11 缸筒和缸体焊缝连接强度的计算-11 活塞设计-12 活塞的密封-13 活塞杆杆体的选择-13 活塞杆强度的校核-13 液压缸稳定性校核-14 活塞杆的导向、密封和防尘-14单活塞液压缸简介：单活塞杆液压缸只有一端有活塞杆。如图所示是一种单活塞液压缸。其两端进出口油口A和B都可通压力油或回油，以实现双向运动，故又称为双作用缸。液压缸是将液压能转变为机械能的、做直线往复运动（或摆动运动）的液压执行元件。它结构简单、工作可靠。用它来实现往复运动时，可免去减速装置，并且没有传动间隙，运动平稳，因此在各种机械的液压系统中得到广泛应用。基本概念：单杆液压缸是活塞的一侧有活塞杆的液压缸。活塞式液压缸1双杆液压缸 液压缸固定实心双杆：空间位置为有效行程的三倍。 活塞杆固定空心双杆：空间位置为有效行程的两倍。 2. 单杆液压缸 （1）无杆腔进油，有杆腔回油。 （2）有杆腔进油，无杆腔回油。 （3）差动连接左右两腔接通，且都通压力油。知识拓展其他液压缸：1.增力缸 2.增压缸 3.伸缩缸，由两个或多个活塞缸套装而成，它的前一级活塞缸的活塞是后一级活塞缸的缸筒。 4.齿条液压缸 5.定位缸液压缸简介液压缸的组成：1缸体组件 螺栓联接、螺钉联接、半环联接、焊接、钢丝挡圈联接、拉杆联接 液压缸剖面图12活塞组件 螺母开口销、焊接、半环套环、半环、卡簧、双螺母 3. 密封装置 （1） 间隙密封（2）活塞环密封（3）橡胶圈密封 4. 缓冲装置 （1） 间隙缓冲（2）可变节流缓冲（3）可调节流缓冲 5排气装置 （1） 排气塞（2）排气阀 液压缸的静态特征1.推力和运动速度 实际推力和速度由于摩擦损失和油液泄漏损失的影响，要比计算值小些。 2.容积效率、机械效率和总效率 液压缸的设计设计的依据及注意事项 依据： （1）设备的用途工件条件。 （2）工作机构的结构特点、负载情况、速度要求、行程大小和动作要求。 （3）液压系统所选定的工作压力。 （4）材料、配件和加工工艺的现状。 （5）有关国家标准和技术规范等。 设计时应注意的几个问题： （1）在保证设计要求的前提下，尽量使结构简单、紧凑、尺寸小，采用标准形式和标准件，使设计、制造容易，装配、调整、维护方便。 （2）应尽量使活塞杆在多拉状态下承受最大负载，在多压状态下具有良好的纵向稳定性。 （3）在确定与设备的固定形式时，必须考虑缸体受热后的伸长问题，为此，缸体只应在一端固定，而让另一端能自由伸缩。 设计步骤 （1）选择液压缸的类型和各部分的结构形式。 （2）确定基本参数：P、D、d。 （3）结构计算与验算：包括缸筒壁厚、外径、端盖的强度计算，活塞杆强度和稳定性验算，以及各部分连接结构的强度计算。 （4）导向、密封、缓冲、排气及防尘装置设计。 （5）整理设计计算书，绘制装配图和零件图。 基本参数的确定 1工作压力 根据工况要求、加工条件及液压元件来源等因素综合考虑。 2D、 d的确定。 双作用单杆活塞式液压缸：1、双作用单杆活塞式液压缸 , 是液压系统中作往复运动的执行机构。具有结构简单，工作可靠，装拆方便，易于维修，且连接方式多样等特点。适用于工程机械，矿山机械，起重运输机械，冶金机械及其它机械。 2、 轻型拉杆式液压缸是我公司吸收日本最新技术开发的产品。广泛用于近年来的各种大型工程项目。该产品与日本 JIS8354-1985 标准安装型式尺寸完全互换使用，其结构紧凑、质量轻、安装形式多样，并容易变换、易装易拆，配件及维修方便，具有轻量化、适用化、高可靠性特点。其广泛用于纺织、塑料、冶金、化工、矿山、行走机械等行业。 3、高压液压缸适用于各种工业部门中，如冶金、矿山、起重、运输、船舶、锻压、铸造、机床、煤炭、石油、化工、科研、军工等。密封件、导向件全部国产化，或按用户要求采用进口元件。 可根据用户的要求，设计和制造本系列的特殊派生产品。 4、车辆液压缸使用于公称压力为 8 14MPa ，周围介质温度 -20 +80 的工程机械、起重运输、矿山设备及其它车辆的液压传动。 单杆液压缸常见故障及修复工艺单杆液压缸在使用过程中常由于密封件磨损、缸筒磨损、内壁划伤、内壁腐蚀、活塞或活塞杆划伤等造成故障，液压设备执行元件涂压缸的密封性能直接影响到设备的性能，尤其是较大的液压缸在其密封性受损后，修复或更换零部件比较困难且成本较高。 传统的修复方法是将损坏的部件进行拆卸后外协修复，或是进行刷镀及表面的整体刮研，但修复周期长，修复费用高。针对上述问题，当代最新维修方法是采用高分子复合材料，应用最多的有美国美嘉华应用技术在现场进行划伤尺寸的恢复修复。其材料优异的附着力和良好的抗压能力，不但能够满足上述的工况要求下的生产使用要求，而且操作工艺简单易行，既无热影响，涂层厚度又不受限制。同时涂层本身具有的优越的耐油耐腐蚀性能及自润滑功能，确保了修复后的耐磨性能，保证了企业的正常生产，避免了设备部件的损坏加剧。 修复工艺如下： 1、表面处理：首先清洗和打磨，用脱脂棉蘸丙酮或无水乙醇将将划伤部位清洗干净后进行打磨。（若不先清洗而直接进行打磨，会使油污浸入缸体，造成粘接不牢，甚至脱落。打磨时先将挤伤部位高出基准面的部分打磨至基准面以下，以防止柱塞的再划伤，再用什锦锉将划伤沟槽内的油污、异物剔出，最后用旋转锉将整个划伤面打毛。） 清洗和加温干燥，对已打磨好的划伤面用丙酮擦试干净。然后用热风机或碘钨灯将水分烤干，同时也对待修复表面进行预热，尤其在室温低于15的情况下，必须对待修复表面进行预热。 2、调和材料：严格按照比例进行调和，并搅拌均匀，直到没有色差。 3、涂抹材料：将调和均匀的2211F涂抹到划伤表面；第一层要薄，要均匀且全部覆盖划伤面，以确保材料与金属表面最好的粘接，再将材料涂至整个修复部位后反复按压，确保材料填实并达到所需厚度，使之比缸筒内壁表面略高。 4、固化：材料在24下完全达到各项性能需要24小时，为了节省时间，可以通过卤钨灯提高温度，温度每提升11，固化时间就会缩短一半，最佳固化温度70。 5、材料固化后，用细磨石或刮刀，将高出表面的材料修复平整，施工完毕。-参考来至“百度百科”一.设计题目 双作用单杆活塞式液压缸设计主要设计参数： 系统额定工作压力：p= 16（Mpa） 驱动的外负载：F =50（KN) 液压缸的速度比：=1.33 液压缸最大行程：L =640 (mm) 液压缸最大伸出速度：=4 (m/min) 液压缸最大退回速度：vt =5.32(m/min) 缸盖连接方式：螺纹连接 液压缸安装方式：底座安装 缓冲型式：杆头缓冲二.液压缸的选型液压缸是液压装置中将液压能转换为机械能，实现直线往复运动或摆动往复运动的执行元件。按本课题设计要求，选取主要用于各种工程机械、起重机械及矿山机械等的液压系统的双作用单杆活塞缸液压缸。三.液压缸主要参数的计算 1、液压缸主要性能参数： 额定压力：根据设计要求，其额定压力为16MPa，即P=16MPa。 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。 Pmax1.5P=25MPa 活塞行程：根据设计要求，其行程为640mm. 液压缸最大退回速度(m/min)2、缸筒内径（缸径）计算 根据液压缸的供油压力和负载，缸筒内径D可按下列公式初步计算：液压缸负载为推力： 式中：F为液压缸实际使用推力，单位为N 为液压缸的负载率，一般取=0.50.7 为液压缸的总效率，一般取=0.70.9 P为液压缸的供油压力，一般为系统压力。根据题目要求，取F为30kN，为0.65，为0.8，P为16Mpa并代入公式 则 又依据手册（GB2348-80)对其进行圆整，取D=90mm。3、缸壁壁厚的计算 先暂取/D=0.08-0.3,即则可按下列公式计算 式中：D为缸筒内径（m） 为缸筒的最高允许压力（MPa）为缸筒材料的许用应力（MPa）由于采用无缝钢管做缸筒（见结构设计部分），查手册有=100-110MPa,取=110MPa，代入上面公式则由结果可知在所假设的范围内圆整，取为12mm。活塞杆直径的计算活塞杆的直径可以根据速比来确定，公式如下：速比=1.33算得d=44.83mm依照手册（GB2348-80)进行圆整，故取活塞杆直径d=50mm。4、流量的计算 液压缸流量根据下式计算：设计要求中给定了活塞的平均速度：当活塞杆外推时=4m/min而活塞的面积：= 容积效率：取=1根据公式得到活塞杆外推时的流量：=L/min因为只使用外推方向，所以回程方向的流量从略。5、底部厚度计算为避免活塞与缸的直接接触而发生碰撞，故加上缓冲装置，由设计要求缓冲形式为杆头缓冲。故缸筒底部结构形式如下：缸筒底部为平面，其厚度可以按照嵌住的圆盘强度公式进行近似的计算： 式中：为缸筒底部厚度（mm） D0为计算厚度处的直径（mm） P为液压缸的额定压力（Mpa） 为缸筒底部材料的许用应力在本设计中,参照活塞直径和缸筒内径，取 为70mm,已知= =110Mpa,代入数字进行计算,可得 进行圆整，取为12mm.缸筒和缸底的连接采用焊接形式。6、最小导向长度的确定 当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到缸盖滑动支承面中点的距离 H称为最小导向长度（见图）。 如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度（间隙引起的挠度）增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一定的最小导向长度。对一般的液压缸，最小导向长度 H应满足以下要求 H L/20D/2 式中L 液压缸的最大行程； D 液压缸的内径。故确定液压缸的导向长度H= 活塞的宽度B一般取B（0610）D故确定活塞宽度B=0.6X90=54mm缸盖滑动支承面的长度 当D80 mm时，取（0.610）d。故确定缸盖滑动支承面的长度=0.6X50=30mm为保证最小导向长度 H，若过分增大和 B都是不适宜的，在缸盖与活塞之间增加一隔套 K来增加H的值。隔套的长度 C由最小导向长度H决定，即 CH（B）/2=35mm四、主要零部件设计与校核1、缸筒的设计 缸筒的结构与端盖的连接形式、液压缸的用途、工作压力、使用环境以及安装要求等因素有关。端盖分为前端盖和后端盖。前端盖将液压缸的活塞杠（柱塞）腔封闭，并起这位活塞杆导向、防尘和密封的作用。后端盖将缸筒内腔一端封闭，并常常起着将液压缸与其他机构件连接的作用。缸筒与端盖的连接选用内螺纹形式，该形式体积小，重量轻，结构紧凑。缸筒材料缸筒的材料，一般要求有足够的强度和冲击韧性。目前，普遍采用的缸筒的材料是热轧或冷拔无缝钢管。由于缸壁较薄，钢筒直径较小，故采用冷拔无缝钢管，采用通用材料为45钢。查表可以得到：缸筒材料的屈服强度=360MP；缸筒材料的抗拉强度=610MP；现在利用屈服强度来引申出：选取安全系数n=3.6，则缸筒材料的许用应力=/n=360/3.2=110MPa。缸筒壁厚验算液压缸的额定压力 式中：为缸筒外径且：=D+2（mm） D为缸筒内径（mm）D为90mm，D1为115mm，将数值代入公式可得而题目所给，符合要求。2、缸筒端盖螺纹连接的强度计算： 连接形式如右图： 螺纹处的拉应力为：剪切应力为：式中为螺纹外径，取缸筒外径的接近值，即=110mm；为螺纹内径取内径值为106mm；为螺纹内摩擦系数，取0.12；K为螺纹预紧系数，取1.5；为液压缸最大推力，即为则根据合成应力和强度经验公式：则所以缸筒螺纹连接的强度满足要求。3、缸筒和缸体焊缝连接强度的计算 缸体对焊缝的应力要求查手册有采用T422焊条，则取为0.7，为1200MPa，为100mm。则所以缸筒和缸体焊缝连接强度满足要求。缸筒的加工要求：缸筒的加工可按照下图进行： 缸筒的加工要求缸筒内径可选用H7配合。内径表面粗糙度Ra=0.4m。内径圆度和圆柱度均选取九级精度。缸筒端面T的垂直度选取七级精度。为防止腐蚀，缸筒内表面镀铬，厚度为3040m，镀后抛光。4、活塞设计活塞的材料由于缸径较小，故选用45钢。活塞结构的设计 活塞根据压力、速度、温度等工作条件来选用密封件的型式，而选定的密封件型式决定了活塞的结构型式。 常见的活塞结构型式分活塞分为整体式和组合式，组合式制作和使用比较复杂，又因密封件的安装要求不是很高，而且缸径较小，故采用整体式活塞的结构型式，其密封件和导向环分槽安装。形式如下图： 活塞的宽度一般由密封件、导向环的安装沟槽尺寸来决定，本课题，依据结构要求与密封件与导向件的结构，取活塞宽度B为50mm5、活塞的密封活塞的密封选用准则取决于压力、速度、温度和工作介质等因素。选用应用广泛的O型密封圈，由于工作压力大于10MPa，为防止密封圈被挤入间隙而损坏，故选用为副密封件为聚四氟乙烯（PTFE）的挡圈与主密封件组合在一起使用。这种组合式密封圈显著地提高了密封性能，降低了摩擦阻力，无爬行现象，具有良好的动态及静态密封性，耐磨损，使用寿命长、安装沟槽简单、装坼方便。活塞杆的设计6、活塞杆杆体的选择活塞杆的杆体分为实心杆和空心杆。空心杆多用于d/D比值较大或杆体内有位置传感器等场合。而实心杆加工简单，采用较多， 故选用实心杆。活塞杆的外端是液压缸用以与负载连接的部位，可根据液压缸的安装连接形式有多种结构形式。本课题因液压缸垂直安装且活塞杆下端要装压板，为方便连接，活塞杆外端采用外螺纹（带肩）形式。其外螺纹根据国家标准GB2350-80可选取M451.5。活塞杆材料1、因为没有特殊要求，所以选用45号钢作为活塞杆的材料，本次设计中活塞杆只承受压应力，所以不用调制处理，但进行淬火处理是必要的，淬火深度可以在0.51mm左右。2、安装活塞的轴颈和外圆的同轴度公差不大于0.01mm，保证活塞杆外圆和活塞外圆的同轴度，避免活塞与缸筒、活塞杆和导向的卡滞现象。安装活塞的轴间端面与活塞杆轴线的垂直度公差不大于0.04mm/100mm，保证活塞安装不产生歪斜。3、活塞杆外圆粗糙度选择为0.34、因为是运行在低载荷情况下，所以省去了表面处理。7、活塞杆强度的校核 由设计要求有液压缸最大行程L=640mm 已设计活塞杆直径为d=50mm查手册有校核公式为则而活塞杆的最小直径为45mm所以活塞杆满足强度要求8、液压缸稳定性校核： 假设液压缸只承受轴向载荷，则它所承受的力F不能超过使它保持稳定工作所允许的临界负载,以免发生纵向弯曲，破坏液压缸正常工作。的值与活塞杆的材料性质、截面形状、直径和长度以及液压缸的安装方式等因素有关。校核公式为：（式中为安全系数，取3）查相关手册别结合以设计数据，取=则所以液压缸的稳定性满足要求。9、活塞杆的导向、密封和防尘1、导向环在液压缸的前端盖内，有对活塞杆导向的内孔,在这对内孔中装导向环。本设计选择非金属导向环，用高强度塑料制成，这种导向环的优点是摩擦阻力小、耐磨、使用寿命长、装导向环的沟槽加工简单，并且磨损后导向环易于更换。3、防尘使用DH防尘圈，材料是聚氨酯，既有防尘作用，又有润滑作用。4、 缓冲装置 由设计要求选择的缓冲装置为杆头缓冲，缓冲由杆头和缸底部端盖共同作用。5、 排气装置 液压缸为双作用，故需要两个排气孔，分别设置在缸的两端。均取M16的排气阀，具体尺寸见装配图。液压缸的安装由设计要求有安装方式为底座安装，查相关手册，选具体安装方式为底面脚架安装，安装图形如下。致谢本学期我独立完成了双作用单杆活塞缸液压缸的设计，通过本次设计的锻炼，使我从中受益匪浅。了解到作为一名合格的设计人员实属不易。不仅需要具备较为全面的专业素质，还要具备吃苦耐劳，敢于创新等优秀品质。 在本次设计的过程中，我得到了很大提升。在设计能力上有了很大提高。借助老师和图书馆的帮助，我的设计比较顺利的完成，由于缺乏经验，设计并不是很完善。在设计过程中也反映出很多问题，首先是设计经验十分不足，对于实际液压零件的要求和性能不甚了解，对于设计人员遵循的设计流程也不熟悉。另外本次设计的图纸绘制主要基于AutoCAD，在此过程中也多次遇到技术难题，使用制图软件不够熟练，日后我一定会好好学习，加强个人能力的培养。本次课程设计为我提供了一次难得的机会，是一次对自己本学期所学知识的汇总。本着认真、科学、严谨和提升自我的态度，在老师的细心指导下完成了设计任务。相信在本次设计中所积累的经验和成果会在以后的工作中派上用场。- 16 -