液压缸的设计计算

“流体传动与控制”课程单元探究式教学小组组长：常乐组员：常乐，韦城，曹杰，甘建宇 第四章 液压缸4 .1 液压缸的类型及其特点4 .2 液压缸的设计计算 4 .1 液压缸的类型及其特点 （1 ）液压缸的类型直线运动液压缸单作用缸柱塞式活塞式弹簧复位式多级伸缩式双作用缸单活塞杆式双活塞杆式多级伸缩式特种缸 齿条传动式 摆动液压缸单叶片双叶片 （2 ）常用液压缸及其特点 1 .柱塞式液压缸推力和运动速度计算式：p 2d4ApF 2q4d (N)(m/s) 例图： 2 .活塞式液压缸 1 ）单杆活塞液压缸 （1 ）供油量不变时，活塞往复运动的速度不等活塞杆伸出速度： 211 4 DqAq vv （m/s)活塞杆缩回速度：)( 4 2222 dDqAq vv （m/s） (2 )活塞两方向运动时的作用力不相等 活塞杆推力： 活塞杆拉力： 602221 104D4F mpdDp 602222 1044F mpDpdD (N)(N) （3 ）液压缸的差动连接 单杆活塞液压缸在其左右两腔相互连通并输入压力油时称之为“差动连接”。 不计容积损失时，差动连接缸的伸出速度： 活塞推力： 2213 /4/ dqAAq (m/s) 62213 104/ mm pdAApF （N） 单杆双杆 3 .伸缩式液压缸形式：单作用和双作用特点：总行程较长，收缩后很短，适用于空间小而行程长的场合供油量不变，各级活塞依次伸出速度和推力：双作用缸各级活塞杆缩回运动速度和牵引力：2/4 iii Dq 60222 104/4/ miiiiii pdDpDF （m/s）(N) 22 /4 iii dDq 60222 104/4/ miiii pDpdDF （m/s）(N) 4 .摆动液压缸图（a）为单叶片摆动液压缸，其输出扭矩和回转角速度为： mRR m pRRbprdrbT 222112 2 bdD q 22 8（Nm）(1/s) (3 )其他液压缸及特点 1 .串联液压缸（增力缸）：用于径向尺寸受限制且要求处理较大的情况 2 .增压液压缸 输入输出压力关系： 22 44 dpDp BA AB pdDp 2 3 .齿条液压缸 （4 ）缓冲装置目的：避免造成机械冲击和噪声，引起破坏性事故或严重影响机械精度原理：使活塞在接近缸盖时，在缓冲油腔内产生足够的缓冲压力，即增大缸的回油阻力，降低活塞的移动速度，避免撞击缸盖常用缓冲装置结构简图可调式不可调式 （5 ）排气装置 目的：为及时排除积留在缸内的空气，在两端最高处设计排气装置以避免部件的不均匀运动和油液的氧化以及液压装置元件的腐蚀。 液 压 缸 的 设 计 计 算一 ， 设 计 依 据 、 原 则 和 步 骤二 ， 基 本 参 数 计 算三 ， 液 压 缸 强 度 计 算 一 ， 设 计 依 据 、 原 则 和 步 骤1， 设 计 依 据（ 1） 了 解 和 掌 握 液 压 缸 在 机 械 上 的 用 途 和 动 作 要 求 。（ 2） 了 解 液 压 缸 的 工 作 条 件（ 3） 了 解 外 部 负 载 情 况（ 4） 了 解 液 压 缸 的 最 大 行 程 ， 运 动 速 度 或 时 间 ， 安 装 空 间 所 允许 的 外 形 尺 寸 以 及 缸 本 身 的 动 作（ 5） 设 计 已 知 液 压 系 统 的 液 压 缸 ， 应 了 解 液 压 系 统 中 液 压 泵 的工 作 压 力 和 流 量 大 小 、 管 路 的 通 径 和 布 置 情 况 、 各 种 液 压 阀 的控 制 情 况 。（ 6） 了 解 有 关 国 家 标 准 、 技 术 规 范 及 参 考 资 料 2， 设 计 原 则（ 1） 保 证 缸 运 动 的 出 力 、 速 度 和 行 程（ 2） 保 证 缸 每 个 零 件 有 足 够 的 强 度 、 刚 度 和 耐 用 性（ 3） 在 保 证 以 上 两 个 条 件 的 前 提 下 ， 尽 量 减 小 缸 的 外 形 尺 寸（ 4） 在 保 证 缸 性 能 的 前 提 下 ， 尽 量 减 少 零 件 数 量 ， 简 化 结 构（ 5） 要 尽 量 避 免 缸 承 受 横 向 负 载 ， 活 塞 杆 工 作 时 最 好 承 受 拉 力 ， 以 免 产 生 纵 向 弯 曲（ 6） 缸 的 安 装 形 式 和 活 塞 杆 头 部 与 外 部 负 载 的 连 接 形 式 要 合 理 ， 尽 量 减 小 活 塞 杆 伸出 后 的 有 效 安 装 长 度 ， 增 加 缸 的 稳 定 性 3， 设 计 步 骤（ 1） 根 据 设 计 依 据 ， 初 步 确 定 设 计 方 案 ， 会 同 有 关 人 员 进 行 技 术 经 济 分 析（ 2） 对 缸 进 行 受 力 分 析 ， 选 择 适 当 的 结 构 形 式 、 安 装 方 式（ 3） 根 据 工 作 负 载 、 重 力 、 摩 擦 力 和 惯 性 力 确 定 液 压 缸 在 形 成 各 阶 段 上 负 载 的 变 化规 律 及 有 关 的 技 术 数 据（ 4） 根 据 工 作 负 载 和 选 定 的 额 定 压 力 ， 确 定 活 塞 端 面 面 积 并 计 算 活 塞 直 径 和 缸 筒 外径（ 5） 根 据 缸 径 和 运 动 速 度 之 比 或 者 工 作 负 载 和 材 料 的 许 用 应 力 ， 确 定 活 塞 杆 的 直 径（ 6） 根 据 运 动 速 度 、 工 作 出 力 和 活 塞 直 径 ， 确 定 液 压 泵 的 压 力 和 流 量 （ 7） 选 择 缸 盖 的 结 构 形 式 ， 计 算 厚 度 和 强 度（ 8） 审 定 全 部 设 计 计 算 资 料 ， 进 行 修 改 补 充（ 9） 选 择 适 当 的 密 封 结 构 ， 设 计 缓 冲 、 排 气 和 防 尘 等 装 置（ 10） 绘 制 装 配 图 和 零 件 图 ， 编 制 技 术 文 件 二 ， 基 本 参 数 计 算 1. 工 作 负 载 缸 的 工 作 负 载 包 括 机 构 稳 定 功 能 工 作 状 态 下 的 静 负 载 摩 擦 阻 力 、 和 启 动 惯 性 阻 力 各 项 载 荷 均 应 在 满 负 荷 状 态 下 计 算 ， 其 中 摩 擦 阻 力 按 启 动 状 静 摩 擦 阻 力 计 算 。缸 自 身 的 摩 擦 阻 力 已 经 用 机 械 效 率 的 形 式 在 牵 引 力 计 算 中 加 以 考 虑 ， 故 不再 计 入 。 缸 的 牵 引 力 等 于 工 作 负 载 。RF eFfF iFifeR FFFF m 2， 速 比 速 比 是 指 双 作 用 单 杆 液 压 缸 活 塞 杆 缩 回 速 度 与 伸 出 速 度 之 比 。 可 按 JB 1068 67系 列 标 准 ， 根 据 不 同 的 压 力 级 别 ， 从 下 表 中 选 取 推 荐 值 。2v 1v )/(/ 22212 dDDvv 工 作 压 力 /MPa p 10 10p20速 比 1.33 1.462 2 3， 缸 筒 内 径（ 1） 动 力 较 大 的 液 压 设 备 （ 如 拉 床 、 刨 床 、 车 床 、 组 合 机 床 、 工 程 机 械 及 矿山 机 械 等 ） 的 缸 筒 内 径 ， 通 常 根 据 最 大 牵 引 力 来 确 定 。 然 后 再 按 速 度 要 求计 算 所 需 流 量 ， 或 者 按 已 经 选 定 的 流 量 来 验 算 速 度 。 对 于 无 杆 腔 ： 对 于 有 杆 腔 ： )()( 104 020 6 pppdppFD mR )()( 104 020 6 pppdppFD mR 两 式 中 ， 为 缸 的 最 大 推 力 ， N； 为 缸 的 机 械 效 率 ， 通 常 取 =0.95； 为 回 油 背 压 ， MPa； p为 进 口 工 作 压 力 ， MPa； d为 活 塞 杆 直 径 ， m。 活 塞 干 的 直 径 选 择RF m m0P工 作 压 力 /(MPa) 活 塞 杆 直 径 工 作 压 力 /（ ） 活 塞 杆 直 径 小 于 （ . . ） . . （ 2） 动 力 较 小 的 液 压 设 备 （ 如 磨 床 、 珩 床 及 研 磨 类 机 床 等 ） ， 常 根 据 缸 的 流 量 q和活 塞 的 运 动 速 度 V来 决 定 ， 即 式 中 ， q为 缸 所 需 流 量 ， ； 、 为 活 塞 的 伸 出 、 缩 回 运 动 速 度 ， /s。14vqD 224 dvqD sm 3 21,vv 4.活 塞 杆 直 径 d 活 塞 杆 直 径 通 常 是 先 按 选 定 的 速 比 和 钢 筒 的 内 径 D初 算 ， 然 后 再 检 验 算 其 强 度 和稳 定 性 。 计 算 结 果 亦 应 按 有 关 标 准 圆 整 。 1d D 5.最 小 导 向 长 度 H 最 小 导 向 长 度 是 在 活 塞 杆 全 部 伸 出 时 ， 导 向 套 滑 动 面 中 点 到 活 塞支 撑 面 中 点 的 距 离 。 导 向 长 度 的 大 小 影 响 缸 的 初 始 挠 度 、 稳 定 性和 活 塞 杆 的 强 度 ， 因 此 必 须 使 其 不 小 于 规 定 的 最 小 值 H。 关 于 最小 导 向 长 度 的 精 确 计 算 方 法 ， 还 有 待 于 进 一 步 实 验 研 究 ， 目 前 对于 一 般 的 液 压 缸 ， 可 用 下 面 的 经 验 公 式 计 算 ， 即 式 中 ， L为 缸 的 最 大 工 作 行 程 。220 DLH 三 ， 液 压 缸 强 度 计 算1. 缸 筒 壁 厚 和 外 径 缸 筒 壁 厚 （ 或 缸 外 径 ） 由 缸 的 强 度 条 件 来 确 定 。 由 材 料 力 学 可 知 ， 受 内 力的 圆 筒 ， 其 内 应 力 分 布 规 律 因 壁 厚 的 不 同 而 各 异 。 薄 壁 圆 筒 计 算 公 式 ： 厚 壁 圆 筒 计 算 公 式 ： D外 2 yp D 0.4 12 1.3 yypD p 式 中 ： 为 实 验 压 力 为 缸 筒 材 料 许 用 应 力 。 缸 筒 的 壁 厚 计 算 出 来 以 后 ， 便 可 得 到 缸 筒 的 外 径 ： 通 过 上 式 得 到 缸 体 的 外 径 后 通 过 查 表 ， 将 计 算 出 的 外 径 圆 整 到 标 准 系 列 中 去 ，并 向 大 的 方 向 圆 整 。yp = 2D D 外D外 2， 活 塞 杆 的 计 算1， 活 塞 杆 的 强 度 计 算 活 塞 杆 主 要 受 拉 力 和 压 力 作 用 ， 因 此 ： 64 10RFd 式 中 ： 为 液 压 缸 负 载 ， N; 为 活 塞 杆 的 直 径 ， m； 为 活 塞 杆 材 料 的许 用 应 力 ， Mpa。RF d 2， 稳 定 性 验 算 活 塞 杆 所 能 承 受 的 负 载 ， 应 该 小 于 它 稳 定 工 作 时 的 临 界 负 载 。 另 外 ， 的取 值 与 活 塞 杆 的 材 料 性 质 、 截 面 形 状 、 直 径 和 长 度 ， 以 及 缸 体 的 安 装 方 式 有 关 ， 可按 材 料 力 学 中 的 公 式 计 算 ： 式 中 ： 为 安 全 系 数 ， 。RF kF kF/R k kF F n kn 2 4kn 1， 当 活 塞 杆 的 细 长 比 时 ：1 2/ kl r 22 2k EJF l 2， 当 活 塞 杆 的 细 长 比 时 ：1 2/ kl r 221k kfAF a lr 3， 端 盖 厚 度 计 算法 兰 端 盖 厚 度 计 算 ： be mH ddD ddpDh 2 4,缸 底 厚 度 计 算1， 平 底 缸 ， 无 孔 时 （ a图 ） 有 孔 时 （ b图 ）2， 椭 圆 底 缸 （ c图 ) 其 中 ， V=(2+K2)/6 K=a/b pdh 433.0 0d433.0 D pDDh PDVh p 2.02 3.半 球 形 缸 底 （ d图 ) 当 时 : 当 时 ： 665.0356.0 prh e， ppDh 4.04 h 665.0,356.0 prh e 3131311 11 yyryrh 5， 缸 体 链 接 计 算为 了 保 证 连 接 的 可 靠 性 ， 对 于 工 作 压 力 较 高 的 液 压 缸 ， 应 该 对 缸 体的 连 接 度 进 行 计 算 。 具 体 计 算 方 法 参 考 有 关 设 计 手 册 。 感谢观赏