【正文】 沖裝置等 51 主液壓缸的總體設(shè)計(jì) 缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ①根據(jù)主缸的總體設(shè)計(jì)要求按文獻(xiàn) [2]表 23639 選擇液壓缸類型為雙作用液壓缸緩沖式根據(jù)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)要求按文獻(xiàn) [2]表 23640 選擇液壓缸的安裝方式為尾部法蘭型 ②液壓缸的主要性能參數(shù)和主要尺寸前面已確 定 缸的參數(shù)計(jì)算 ①缸筒壁厚的計(jì)算 由于該系統(tǒng)為中低壓系統(tǒng)按公式計(jì)算所得的液壓缸厚度往往很小使缸體的剛度往往很不夠如在切削過程中變形安裝變形等引起液壓缸工作過程卡死或漏油因此一般不作公式計(jì)算按經(jīng)驗(yàn)選取然后按以下公式進(jìn)行校核 式 51 式中 液壓缸缸筒的厚度 試驗(yàn)壓力 Mpa 當(dāng)工作壓力時(shí)工作壓力時(shí) D 液壓缸內(nèi)徑 m 缸體的許用應(yīng)力 Mpa 式 52 式中缸體材料的抗拉強(qiáng)度 Mpa 安全系數(shù)一般取 n 5 由文獻(xiàn) [2]表 23659 工程機(jī)械液壓缸外徑系列根據(jù)內(nèi)徑為 80mm 取外徑為95mm 則厚度 75mm 同時(shí)按表備注選取液壓缸體為無縫鋼管材料為 20 鋼 由文獻(xiàn) [10]表 14 得 20 鋼的抗拉強(qiáng)度為 420Mpa 所以 式 53 由于上不等式成立故所選壁厚滿足要求 2 液壓缸油口直 徑的計(jì)算 由文獻(xiàn) [2]公式 23626 得 式 54 式中 液壓缸油口直徑 m 液壓缸內(nèi)徑 m 液壓缸最大輸出速度 mmin 油口液流速度 ms 所以 以上結(jié)果現(xiàn)圓整取 11mm 根據(jù)油缸的整體設(shè)計(jì)將液壓缸進(jìn)出油口分別設(shè)計(jì)在缸底和缸頭上同時(shí)進(jìn)出口連接形式采用螺孔聯(lián)接由文獻(xiàn) [5]表 61 選取油口安裝尺寸為 M18X15 ③缸底缸蓋厚度計(jì)算 一般液壓缸為平底缸當(dāng)缸底 要設(shè)計(jì)油孔時(shí)由文獻(xiàn) [2]公式 23628 得 式 55 式中 h 缸底厚度 m D 液壓缸內(nèi)徑 m 試驗(yàn)壓力當(dāng)工作壓力時(shí) 缸底材料的許用應(yīng)力 Mpa 缸底孔直徑 m 根據(jù)文獻(xiàn) [2]第二十三篇 選取缸底材料為鑄鋼 ZG230450 由文獻(xiàn) [10]表 14得鑄鋼 ZG230450的抗拉強(qiáng)度為 450Mpa 再根據(jù)手冊(cè)取安全系數(shù) n 為 5 故其 考慮到缸底還設(shè)有緩沖裝置進(jìn)油口排氣閥連接螺栓孔所以 設(shè)計(jì)缸頭法蘭厚度為 70mm 由于在液壓缸缸蓋上有活塞桿導(dǎo)向孔因此其厚度的計(jì)算方法與缸底略有所不同但考慮到缸蓋在缸頭之后只起到固定導(dǎo)向套密封圈防塵圈的作用其所受的壓力比缸底的小得多在此為了簡(jiǎn)化計(jì)算與缸底有計(jì)算方法一致同時(shí)考慮到密封圈防塵圈的尺寸取缸頭法蘭的厚度 H 20mm ④缸頭厚度計(jì)算 對(duì)于缸頭選用螺栓連接式法蘭同時(shí)選用材料鑄鋼 ZG230450 由文獻(xiàn) [2]公式 23628 得 式 56 式中 h 法蘭厚度 m 缸底材料的許用應(yīng)力 Mpa由文獻(xiàn) [10]表 14得鑄鋼 ZG230450的抗拉強(qiáng)度為 450Mpa 再根據(jù)手冊(cè)取安全系數(shù) n 為 5 故其 螺栓孔分布圓直徑 m 根據(jù)液壓缸外徑為 95mm 和選用的 M10 螺栓的螺帽最大半徑為 9mm 現(xiàn)取螺栓孔分布圓直徑為 115mm 密封環(huán)平均直徑 F 法蘭受力總和 N 式 57 d 密封環(huán)內(nèi)徑 m 由于只采用了一個(gè) O 型密封圈密封故取密封環(huán)內(nèi)徑為 液壓缸內(nèi)徑 d 80mm 密封環(huán)外徑 m 取缸頭 外徑為 135mm P 系統(tǒng)工作壓力 q附加密封力 pa由于采用的是金屬材料密封故取 q值為其材料屈服點(diǎn)為 230M pa 所以 綜合考慮到缸頭還設(shè)有排氣閥緩沖裝置和導(dǎo)向套根據(jù)后面的設(shè)計(jì)可得緩沖裝置長(zhǎng)度 C 為 20mm 導(dǎo)向套長(zhǎng)度為 48mm 所以設(shè)計(jì)缸頭法蘭厚度為 70mm ⑤最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的計(jì)算 當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)從活塞支承面中點(diǎn)到缸蓋滑動(dòng)支承面中點(diǎn)到的距離 H稱為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度如果導(dǎo)向長(zhǎng)度過小將使液壓缸的初始撓度間隙引起的撓度增大影響液壓缸的的穩(wěn)定性因此 設(shè)計(jì)時(shí)必須保證有一定的最小 導(dǎo)向長(zhǎng)度 對(duì)一般的液壓缸最小導(dǎo)向長(zhǎng)度 H 應(yīng)滿足以下要求 式 58 式中 L 液壓缸的最大行程 D 液壓缸的內(nèi)徑 所以 活塞的寬度 B 一般取根據(jù)實(shí)際需要現(xiàn)取 圓整取 B 65mm 導(dǎo)向套支承面長(zhǎng)度根據(jù)液壓缸的內(nèi)徑 D 和液壓缸蓋孔來共同確定 當(dāng)時(shí)取 當(dāng)時(shí)取 根據(jù)實(shí)際需要現(xiàn)取 另外考慮到該液壓缸端蓋處還采用了緩沖裝置從而增加了導(dǎo)向長(zhǎng)度根據(jù)緩沖裝置的設(shè)計(jì)可知緩沖裝置長(zhǎng)度 C 為 10mm 根據(jù)最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的定義 得 式 59 所以完全能滿足最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的要求 ⑥缸體長(zhǎng)度的確定 液壓缸缸體的內(nèi)部長(zhǎng)度應(yīng)等于活塞的行程和活塞寬度之和缸體外形長(zhǎng)度還要考慮到兩端蓋的厚度同時(shí)液壓缸缸體的長(zhǎng)度不應(yīng)大于內(nèi)徑的 2030 倍 所以缸體內(nèi)部長(zhǎng)度為 缸體外形長(zhǎng)度為 式 510 液壓缸長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于缸體內(nèi)徑的 2030 倍因此滿足設(shè)計(jì)要求 52 主液壓缸活塞的設(shè)計(jì) 由于活塞在液體壓力的作用下沿缸筒往復(fù)滑動(dòng)因此它與缸筒的配合應(yīng)適當(dāng)既不能過緊也不能間隙過大配 合過緊不僅使最低啟動(dòng)壓力增大降低機(jī)械效率而且容易損壞缸筒和活塞的滑動(dòng)配合表面間隙過大會(huì)引起液壓缸內(nèi)部泄漏降低容積效率使液壓缸達(dá)不到要求的設(shè)計(jì)性能 程的確定 因?yàn)樗鹦兜能囕喛偤穸葹?118mm 再考慮到拉推爪缸長(zhǎng)度機(jī)械結(jié)構(gòu)中容腔縫隙鋼板厚度等因素現(xiàn)由文獻(xiàn) [2]23． 635 液壓缸活塞第一行程系列選取活塞行程為 250mm51 所示 圖 51 活塞與活塞桿的連接圖 根據(jù)后面液壓元件的設(shè)計(jì)中密封件的設(shè)計(jì)活塞與活塞桿的密封選用 O 型密封圈密封見圖 52 圖 52 O 型密封圈 由文獻(xiàn) [2]表 238110 至表 238113 選根據(jù)表 238111 查得溝槽寬度 b 48mm槽底圓角半徑 R1 06mm 溝槽深度 h 285mm 料 無導(dǎo)向套環(huán)活塞用高強(qiáng)度鑄鐵 HT202100 或墨鑄鐵 有導(dǎo)向套環(huán)活塞用優(yōu)質(zhì)碳素鋼 20 號(hào) 35 號(hào)及 45 號(hào) 因在設(shè)計(jì)為有導(dǎo)向環(huán)活塞故選用 45 號(hào)鋼 寸及加工公差 活塞寬度一般為活塞外徑的 0610 倍根據(jù)設(shè)計(jì)要求 取 64mm 活塞外徑的配合一般采用 f9 外徑對(duì)內(nèi)孔的同軸度公差不大于 002mm 端面與軸線的垂直度公差不大于 004mm100mm 外表面的圓度和圓柱度一般不大于外徑公差之差表面粗糙度結(jié)構(gòu)型式不同而異 圓整取 65f9mm 53 主液壓缸活塞桿的設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu) 活塞桿要通過螺紋連接拉 推 爪缸且其傳遞的拉 推 力也較大所以選用實(shí)心活塞桿 活塞桿的外端頭部與拉 推 爪缸螺紋連接同時(shí)活塞桿的外端頭部還要設(shè) 計(jì)拉 推 爪缸進(jìn)出油口和行程開關(guān)用螺釘為了適應(yīng)液壓缸的安裝要求提高作用效率根據(jù)載荷的具體情況設(shè)計(jì)活塞桿結(jié)構(gòu)草圖如下圖 53 圖 53 活塞桿結(jié)構(gòu)圖 活塞桿兩頭螺紋根據(jù)設(shè)計(jì)要求和由文獻(xiàn) [12]附表 25 分別選用 M25 和 M32 的材料和技術(shù)要求 由文獻(xiàn) [2]23181 敘述選用 45 號(hào)鋼需要淬火淬火深度為 051mm 活塞桿要在導(dǎo)向套中滑動(dòng)一般采用 H8h7 太緊了摩擦力大太松了容易引起卡滯現(xiàn)象和單邊磨損其圓度和圓柱度公差不大于直徑公差之半安裝活塞的軸頸與外圓 的同軸度公差不大于 001mm 取 001mm 活塞桿的外圓粗糙度 Ra取 16活塞桿內(nèi)端的卡環(huán)槽螺紋和緩沖柱塞也要保證與軸線同心 的強(qiáng)度計(jì)算 由文獻(xiàn) [2] 塞桿直徑 式 511 式中 d 活塞桿直徑 F 液壓缸負(fù)載 空心活塞桿孔徑實(shí)心桿取 0 []活塞桿材料的許用應(yīng)力由文獻(xiàn) [10]表 1445 鋼為 610Mpa 取 n 5[] Mpa 所以 157mm 前面計(jì)算得活塞桿直徑 d 45 157mm 滿足設(shè)計(jì)要求 穩(wěn)定性驗(yàn)算 當(dāng)液壓缸支承長(zhǎng)度即活塞桿桿直徑 d 與活 塞桿長(zhǎng)度 L 之比大于 10Ld 10 時(shí)需要驗(yàn)算活塞桿彎曲穩(wěn)定性 活塞桿長(zhǎng)度大約為行程約為液壓缸外形長(zhǎng)度即取 L 435mm 則 所以活塞桿穩(wěn)定性不需要驗(yàn)算 的導(dǎo)向套密封和防塵 ①結(jié)構(gòu) 活塞導(dǎo)向套裝在液壓缸的有桿側(cè)缸頭內(nèi)用以對(duì)活塞進(jìn)行導(dǎo)向同時(shí)導(dǎo)向套旁還應(yīng)裝有密封裝置以保證缸筒有桿腔的密封內(nèi)應(yīng)裝密封圈以防泄漏外側(cè)應(yīng)裝防塵圈以防止活塞桿在后退時(shí)把雜質(zhì)灰塵及水分帶到密封裝置處損壞密封裝置當(dāng)導(dǎo)向套采用非耐磨材料時(shí)其內(nèi)圈還可以裝設(shè)導(dǎo)向環(huán)用作活塞的導(dǎo)向 導(dǎo)向套的典型結(jié)構(gòu)型式有軸套式和端蓋式選用軸套式導(dǎo)向套如下圖 54②導(dǎo)向 套的材料 根據(jù)文獻(xiàn) [2]采用金屬導(dǎo)向套選用摩擦系數(shù)小耐磨性好的青銅材料制作 ③導(dǎo)向套的長(zhǎng)度的確定 圖 54 活塞桿的導(dǎo)向密封防塵結(jié)構(gòu)圖 1 導(dǎo)向套的尺寸配置 導(dǎo)向套的主要尺寸是支承長(zhǎng)度按活塞桿直徑導(dǎo)向套的型式導(dǎo)向套材料的承壓能力可能遇到的最大側(cè)向負(fù)載等因素來考慮導(dǎo)向套的長(zhǎng)度已由前面算出為 L1 48mm 2 加工要求 導(dǎo)向套外圓與端蓋內(nèi)徑的配合取 H8f7內(nèi)孔與活塞桿外圓的配合取 H9f9外圓與內(nèi)孔的同軸度公差不大于 003mm取 002mm圓度和圓柱度公不大于直徑公差之半內(nèi)孔中的環(huán)形油槽和直油槽要淺而寬以保證良好的潤(rùn)滑 54 液壓缸緩沖裝置的設(shè)計(jì) 置作用 當(dāng)液壓缸驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)的質(zhì)量較大并作快速往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)所具有的動(dòng)量很大由于慣性往往會(huì)使活塞到達(dá)終點(diǎn)時(shí)與端蓋發(fā)生機(jī)械碰撞產(chǎn)生很大的沖擊和噪音嚴(yán)重影響機(jī)械精度甚至引起破壞性事故為此在高速高精度及大型的液壓設(shè)備中常常需要采取緩沖措施 緩沖裝置一般是利用對(duì)油液的節(jié)流原理來實(shí)現(xiàn)的利用活塞將要達(dá)到行程終點(diǎn)時(shí)使回油腔的回油阻力增大活塞在回油腔受到較大的反壓力從而減緩了活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度達(dá)到避免撞擊缸蓋的目的 置結(jié)構(gòu) 緩沖裝置的形式很多常用的有間隙緩沖和閥式緩沖兩種 ①間隙緩沖 間隙緩沖裝置是利用活塞頂端的凸臺(tái)和缸蓋上的凹槽夠成的其縫隙大小和緩沖力是不可調(diào)節(jié)的當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到靠近缸蓋時(shí)凸合逐漸進(jìn)入凹槽將存于凹槽中的油液經(jīng)凸臺(tái)與凹槽間的間隙逐漸擠出凹槽由于內(nèi)部油液受到擠壓產(chǎn)生反壓力活塞受到這個(gè)壓力的作用使運(yùn)動(dòng)速度減慢下來 間隙緩沖裝置的緩沖效果與間隙的大小有關(guān)間隙過大起不到緩沖作用間隙過小則緩沖時(shí)間太長(zhǎng)效果也不好一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定通常取間隙 ②閥式緩沖 這種緩沖裝置的特點(diǎn)是在液壓缸的兩端裝上單向閥和節(jié)流閥如圖 55 所示當(dāng)活塞運(yùn)行到行程末端接近缸蓋時(shí)將缸蓋的回油道堵死這時(shí)活塞凸臺(tái)與缸蓋間的油液只有經(jīng)缸蓋上的節(jié)流閥流回油箱由于節(jié)流閥的阻尼作用使活塞緩慢地接近缸蓋避免了撞擊并且改變節(jié)流閥開口大小就可改變緩沖作用的大小 圖 55 閥式緩沖緩沖裝置結(jié)構(gòu)原理圖 在該設(shè)計(jì)中活塞的運(yùn)動(dòng)速度不大動(dòng)力部件的質(zhì)量較小慣性就小且液壓系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了蓄能器吸收沖擊鑒于間隙緩沖經(jīng)濟(jì)實(shí)用且液壓缸的加工工藝簡(jiǎn)單所以通過比較選用間隙緩沖裝置由文獻(xiàn) [5]表 356 取間隙為 07mm 55 液壓缸排氣閥的設(shè)計(jì) 作用 液壓缸中或液壓系統(tǒng)混入了空氣會(huì)產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象引起活塞