柱塞式液压缸设计计算说明书

1.1已知数据: 推力载荷：150KN行程：150mm速度：1mm/sec安装方式：后法兰12设计内容及完成的工作量1）根据给定要求完成装配图和所有非标零件图2）完成全部零件三维实体造型，并进行装配3）完成标准件的计算选型4）完成非标零件精度设计5）编写设计计算说明书一份6）原动机经联轴器驱动泵类负载二、液压缸主要几何尺寸的设计计算2.1液压缸工作压力的确定级别低压中压中高压高压超咼压压力范围（MPa）02.52.5 88 1616 3232在液压系统中，为了便于液压元件和管路的设计选用，往往将压力分级2.1压力分级2.2液压缸的公称压力系列（GB2346-80）（bar）254063 （80） 100 （125） 160200250315400500630800依据表2.2所规定的公称压力系列，计算或选择的柱塞缸的公称压力为315bar=31.5MPa2.2柱塞杆直径的确定由柱塞式液压缸柱塞外伸时的推力公式:F 二 Px A x 106(2-1)1 1得：式中:X 10-6(2-2)F液压缸的推力，这里为液压缸载荷（N）P工作压力（Mpa）A 柱塞杆的作用面积（m 2）1液压与 气压传动 P101 机械设计 手册第五 版第4卷 22-245 机械设计 手册第五 版第4卷 表 22.6-62 机械设计 手册第五 版第5卷 机械设计 手册第五 版第5卷 表 21-6-25(2-3)式中：d一柱塞杆的直径（m） 将 2-3 带入 2-2 得 d=0.019m=19mm, 由柱塞杆的标准系列取d=32mm2.3液压缸行程 根据设计要求，行程取150mm2.4柱塞缸内径D的确定1查表可得D =42mm2.5液压缸外径D的确定2查表可得D =50mm22.6缸筒壁厚 计算得壁厚（5=（D -D ）/2=4mm2 1缸的材料选45钢2.7缸底壁厚平行缸底，取缸底无油情况,h = 0.433D :(27)式中：h一缸底厚度（mm）工作D一液压缸内径（mm）P 试验压力（MPa）,工作压力P 16MPa 时，P 二 1.25PyL缸底材料的许用应力（MPa）对于：锻钢100 120 MPa铸钢 LL100 110MPa钢管 LL100 110MPa60 MPa45 钢b =120MPa将以上数据代入上式得h=10.4mm，圆整取15mm。2.8端盖厚度的确定 依据机械设计手册22.6-66选择活套式法兰缸头, 端盖的厚度：3F(dH -(2-8) D - d - 2d )兀式中：D缸筒内径（m）d 螺钉孔圆周直径（m）Hd 作用力圆周直径（m）md 螺钉孔直径（m）bd i柱塞缸内径（m）d 活塞缸筒与缸体配合的外径2(m)D 一端盖外径（m）gF缸头所受到得最大压力（N）首先来计算缸头在最大内压的情况下受到的压力F： 柱塞的面积是：A = D2x兀 /4 =0.0014m21缸壁厚度计算中得出最大压强:P =39.375MPamax所以法兰承受的最大压力为:F= P x A =55125Nmax 1查表得，d =0.085m, d = di + d2 = 0.046 m, d =0.024m, d =0.042m,Hm2b1d =0.050m, D =0.110m，缸盖的材料为45钢，缸筒材料的许用应力2gb =b /n=360/5=72MPa 代入上式;s得 h=75mm2.9导向套尺寸的确定导向套滑动面的长度A,在缸径小于80mm时取A= (0.61.0) D (2-9) 当缸径大于80mm时取A= (0.61.0)d (2-10)式中：D 缸筒内径(mm) d柱塞杆直径(mm)由于缸径 D-42mm，则 A= (0.61.0)*42-25.242mm 取 A=42mm由于安装与密封原因则套的内径为42mm。加工要求：导向套与柱塞杆外圆的配合多为H8/f7H9/f9.2.10法兰安装方式采取如图所示的后端法兰安装方式后端法二安装方式2.11密封环本例中选取静密封的为一般的O型密封圈加挡圈。柱塞杆动密封使用U 形环式组合密封圈，本设计选用d=85mmU形密封圈2.12防尘圈查机械设计手册表21-6-28，选用2型特康防尘圈。2.13各种主要零件名称和材料件号名称材料1234567挡板 防尘圈 法兰 套U形夹织物密封圈 支承环 导套Q235-F 毛毡 45 ZQSn8-12 橡胶1-4Q235-FZQSn8-122.14进出油口大小的确定液压缸的进出油口，可以布置在端盖或是缸体上。对于活塞杆固定的液 压缸可设在活塞杆端部，如果液压缸无专用的排气装置，进出油口应设 在液压缸的最高处，以便空气能首先从液压缸排出。进出油口的形式一 般选用螺钉或是法兰连接，依据查表可知的当内径为80mm时，可以选用M27x2的螺孔连接。2.15安装法兰设计由于D =110mm，查询国家标准法兰(GB91192000)可选安装法兰：法 g兰外径250mm，内径135mm，螺栓孔中心圆直径210mm，螺栓直径18mm, 螺栓孔数8,法兰厚度24mm三、各零部件的校核及验算3.1缸筒设计连接方式如下图：选取法兰式连接，并且法兰和缸筒用焊接方式连接。其优点是结构简单, 易选取、易装卸；缺点是外径较大，比螺纹连接的重量大。有足够强度，能够承受动态工作压力，长时间工作不会变形； 有足够刚度，承受活塞侧向力和安装反作用力时不会弯曲； 内表面和导向件与密封件之间摩擦少，可以保证长期使用； 缸筒和法兰要良好焊接，不产生裂纹。部分材料的机械性能如下表：缸筒 常用 无缝 钢管 材料 机械 性能材料b / MPabb / MPas204202502530500300183554032017456103601415MnVn7505002627SiMn10008501230CrMo9508001235CrMo100085012本次设计选取45号钢 从表中可以得到：缸筒材料的屈服强度b =360MPas缸筒材料的抗拉强度、b =610MPa；b现在利用屈服强度来引申出：缸筒材料的许用应力b = b s/n=360/5=72MPa。 其中n=5是选取的安全系数。3.2缸筒壁厚的验算 下面从以下三个方面进行缸筒壁厚的验算：液压缸的额定压力P值应低于一定的极限值，保证工作安全: n (D2 D2)P 0.352 D2)(MPa)(3-1)nD22根据式3-1得到：P 54.5MPa,由于P =31.5MPa则满足条件nn3.3液压缸的效率液压缸的效率由以下三种效率组成:(A) 机械效率Ym，由各运动件摩擦损失所造成，在额定压力下，通常取耳沁0.9m(B) 容积效率耳，由各密封件泄露所造成的，通常容积效率耳为：vv装弹性体密封圈时耳-1v装活塞环时耳沁0.98v(C) 作用力效率耳，由出油口背压所产生的反作用力而造成。dYm =0.9v =1 d =0.9所以总效率耳=0.8。3.4法兰连接螺栓的强度计算连接图如下： 螺栓强度根据下式计算： 螺纹处的拉应力KFc =X10-6(MPa)(3-3)-d2Z4 1螺纹处的剪切应力(MPa) (3-4)KKFd wP = 10 X 10 6OMZ1Q = i：6 + 3p2 la! （MPa） （3-5）n式中：F一缸筒端部承受的最大推力（N）； D缸筒内径（m）d0 螺纹外径（m）d1 螺纹底径（m）K拧紧螺纹的系数不变载荷取K = L25 L5变载荷取K = 2.5 4K1 螺纹连接的摩擦系数K = 0.12缸筒材料的许用应力（MPa）；Q s缸筒材料的屈服强度（MPa）；n安全系数取n1.5-2.5 最大推力为：F=150KN 使用8个螺栓紧固缸盖，即：Z=8螺纹外径和底径的选择：d=24mm=20.752mm 系数选择：考虑到载荷可能有变化，为了安全，选取：K=3，K =0.121兀最大推力理论 F=P*A= 31.5x D2x- =43.6KN4但实际 F =F *0.8=34.68KN根据式3-3得到螺纹处的拉应力为：q =103.8MPa 根据式3-4得到螺纹处的剪应力为：p =55.8MPa根据式3-5得到合成应力为：q =141.8MPan由以上运算结果知，应选择螺栓等级为8.8级：查表的得：抗拉强度极限q =800MPa屈服极限强度a =640MPabs不妨取安全系数n=2可以得到许用应力值：Q = Qs/n=640/2=320MPa由式3-6得到：c =141.8MPa,则c q 成立nn证明选用螺栓等级合适。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，是我们迈向社会，从事职业工作 前一个必不少的过程，使我们对以前所学的理论知识进行了综合应用。所以经过这次课程 设计发现自己所学的知识还很贫乏，很多东西都需要去了解，既然从事了这个行业，那么 就要做好，而且要带动所有同学做好。由于时间紧迫，掌握的知识还不是太完全，只是粗略的了解柱塞缸的结构及原理计算 的数据均按照参考资料一步一步设计计算，在计算的过程中遇到了许多问题，及时查找资 料，以及和同学共同探讨。而且在课程设计过程中，最让我印象深刻的就是：一个人的力量是有限的，团队的力 量是无穷的。经过我们共同的努力，才将课程设计做完、做好。最重要的一点是无论做任何事情都要有颗责任心，要有上进心。只有这样，困难才会 迎刃而解。在整个课程设计的过程中，我发现我们光有理论知识，却缺乏实际的经验。有 些地方都是凭想像完成的。总体来说，课程设计对我们的帮助是很大的，它需要我们将学 过的相关知识系统地联系来，从中暴露出自身的不足，以待改进，并且提高了我们查阅资 料的能力。?本次的课程设计，培养了我综合应用生产实际知识解决工程实际问题的能力；在设计 的过程中还培养出了我们的团队精神，同学们共同协作，解决了许多个人无解决的问题； 在今后的学习过程中我们会更加努力和团结。参考资料1 阎邦椿机械设计手册第五版第4卷.机械工业出版社,2010.12 成大先机械设计手册第五版第5卷北京：化学工业出版社，20083 范存德.液压技术手册.辽宁科学技术出版社，2004.4 王守成容一鸣液压传动，2006.85 北京科技大学、东北大学编材料力学高等教育出版社.20086 刘品李哲机械精度设计与检测基础第6版哈尔滨工业大学出版社.2009