【文章內(nèi)容簡介】 1. 圓 筒筒壁 一般裂紋首先出現(xiàn)在內(nèi)壁，逐漸向外發(fā)展，裂紋多方位縱向分布，或與缸壁母線成 45176。 2. 缸的法蘭部分 首先在缸外部法蘭過渡的圓弧處出現(xiàn)裂紋，逐漸沿著環(huán)向及向內(nèi)壁擴展，最后裂透，或者裂紋擴展到螺釘孔，使法蘭局部脫落，個別嚴重情況，甚至沿過渡圓角處法蘭整園開裂而脫落。 燕山大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 3. 缸底 首先在內(nèi)部過渡圓角處開始出現(xiàn)環(huán)形裂紋，逐漸向外壁擴展而裂透。 液壓缸也有因氣蝕產(chǎn)生蜂窩狀麻點而損壞，尤其在進水孔內(nèi)壁，容易產(chǎn)生氣蝕。 損 壞 的原因 影響液壓缸壽命的因素是多方面的，必須結(jié)合具體情況分 析，但歸納起來主要有以下幾個方面： 結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計的不合理，如法蘭高度太小或法蘭外徑過大，使綜合應(yīng)力過高而損壞。從缸壁到法蘭的過渡區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，也會引起很大的應(yīng)力集中。在結(jié)構(gòu)允許而又能加工的情況下，過渡區(qū)應(yīng)盡可能的光滑，圓弧半徑也應(yīng)盡可能的增大。從缸底到缸壁的過渡區(qū)會產(chǎn)生彎曲應(yīng)力并有應(yīng)力集中，此外圓弧半徑太小是缸底破裂的主要原因之一，一般不應(yīng)小于 1/8 液壓缸的缸內(nèi)直徑。 由于法蘭基缸底圓弧過渡區(qū)有應(yīng)力集中，如加工光潔度很差，有明顯刀痕，會對應(yīng)力集中很敏感，降低疲勞強度。特別是 缸底的過渡圓弧，加工比較困難，更應(yīng)注意。圓筒筒壁部分的損壞多半是制造過程中引起的，如整體鍛造或鑄造 毛坯本身存在嚴重缺陷；鍛焊結(jié)構(gòu)中鍛焊質(zhì)量不好；焊后熱處理不恰當?shù)鹊?。并一定要對焊縫附近熱影響區(qū)采取相應(yīng)的措施，以消除焊接過程中引起的熱應(yīng)力和不利的結(jié)晶組織，在采用補焊時也要進行同樣的處理。 液壓缸法蘭與橫梁接觸面應(yīng)要求 80%以上的面積接觸，即在累計 4/5 圓周長度上間隙不大于 。橫梁剛度不夠或安裝水缸處筋板布置不合理，也會導致法蘭接觸面上支反力分布不均，引起 過大的工作應(yīng)力。工作液體往往 對缸壁有腐蝕作用，會降低疲勞強度，因此必須對乳化液的成分及配制予以足夠的重視，直接用工業(yè)用水而不加處理是不允許的。 鐓鍛缸的設(shè)計 內(nèi)徑的確定 第 2章 液壓缸的設(shè)計與校核 7 設(shè)鐓鍛缸的內(nèi)徑為 D1 ，內(nèi)半徑為 R1，由公式可得： P1=P*S=P*Π R12 式中 P1為鐓鍛缸的公稱壓力， P為介質(zhì)壓力 由公式變形得： πPPR 11? 式中 P1=2MN=2 106 N P= 帶入公式得 R1 == 圓整后，取 R1=145mm 即 D1=2 R1=290mm 活塞桿的直徑 由給定 的 設(shè)計參數(shù)知回程力 F1==2 105N 依據(jù)公式 F1=π (R12r12)P 式中 r1設(shè)為活塞桿半徑 公式變形得 PFRr π 1211 ?? 代入數(shù)據(jù) F1=2 105N R1=145mm P= 得 r1== 從適當增大回程力考慮，圓整取 r1=135mm 燕山大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 所以，鐓鍛缸活塞桿 d1=270mm 缸壁的厚度 液壓缸常用的材料有 ZG35， 35， 45， 20MnM。本液壓缸采用 45鋼。 有經(jīng)驗公式得： a154mm/154][ 2ss MPN ???? ησσ 52122212221 10)1(RR PRr ??? RRσ 52122212221t 10)1( ???? RRRR PRσ 5212221z 10??? RR PRσ 式中 P為介質(zhì)壓力 R為所求應(yīng)力點位置的半徑 R1為缸內(nèi)半徑 R2為缸外半徑 強度核算時，應(yīng)力第四強度理論 212z2t2tz ][(21 ）σ（ σ）σ（ σ）σσσ ττ ??? 最大合成當量應(yīng)力發(fā)生在缸內(nèi)壁， 5212222m a x 103 ??? PRR Rσ σ max應(yīng)該小于許用應(yīng)力 [σ ] ][103 5212222 σ??? PRR R 第 2章 液壓缸的設(shè)計與校核 9 現(xiàn)已知缸的內(nèi)半徑 R1以及 [σ ]，由上式導出計算液壓缸外半徑 R2的公式 512 103][][ ?? PRR σ σ 將數(shù)值 R1=145mm [σ ]=154Mpa P= 代入上式 R2= 考慮到整個缸體結(jié)構(gòu)尺寸及其安裝，取 R2=205mm 故鐓鍛缸壁厚 δ =R2R1=60mm 支撐形式選擇 液壓缸直接靠缸底固定在橫梁上，這種缸不需要法蘭，消除了法蘭區(qū)的應(yīng)力集中，并可減小缸體毛坯尺寸。確點是壓力機高度有較大增加，缸底與橫梁的接觸情況不易 測量。目前這種支承型式在大型模鍛液壓機上使用較多。 液壓缸以法蘭支承并安裝在橫梁上由缸外壁的兩個環(huán)形面積與橫梁相配合。缸內(nèi)進入高壓液體時，通過法蘭與橫梁的接觸面將反作用力傳遞給橫梁，液壓缸本身則靠法蘭上的一圈螺釘固定在橫梁上。這種結(jié)構(gòu)的缺點是缸壁法蘭過度區(qū)存在應(yīng)力集中，易于疲勞損壞。本設(shè)計選用此種支承，使得結(jié)構(gòu)合理，滿足工藝要求。 考慮到安裝要求和強度需求，鐓鍛液壓缸采用法蘭固定方式， 以其法蘭部分支承并固定在梁下表面，由法蘭的環(huán)形上表面與梁配合。鐓鍛液壓缸缸本身依靠法蘭上的一圈螺栓固定在梁上， 工作時的作用力通過環(huán)形接觸面?zhèn)鬟f，因此法蘭到缸外壁的過渡處存在應(yīng)力集中，易疲勞破壞，以往液壓缸破壞也多出現(xiàn)在這個部位。 燕山大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 缸體法蘭的尺寸 外半徑 r4的確定 查《機械手冊》 σ y=(FH／ An) 104≤ [σ y] 其中 FH——該缸能發(fā)出的最大能量 An——法蘭接觸橫梁面積 [σ y]——許用應(yīng)力 FH=2MN 由公式得到： {2／ [π (r42222)]} 104≤ 80 計算得到： r4≥ 考慮到法蘭 的安裝，及其穩(wěn)定性，可靠性等因素取 r4=280mm 法蘭高度 h 一般有 H=(:2)δ , 其中 δ =60mm 第 2章 液壓缸的設(shè)計與校核 11 故 h=90:120mm 取 h=105mm 過渡圓角 一般有 R=(:)δ 有 R=9:15mm 故 R=15mm 缸底部件的設(shè)計及計算 由經(jīng)驗公式知： t=（ ）δ 所以 缸底厚度 t取 t=120mm 鐓鍛 缸強度的校核 總體受力分析 液壓缸的一般形式是一端開口一端封閉的后壁高壓容器。當高壓液體作用在柱塞上時候，反作用力作用于缸底。通過缸壁傳到法蘭部分，靠法蘭與橫梁支撐面上的支撐反力來平衡。 液壓缸按受力情況可以分成三部分，即缸底，法蘭和中間厚壁圓筒。 中端圓筒部分 液壓缸內(nèi)徑 r 內(nèi) =145mm，液壓缸外徑 r 外 =205mm 所產(chǎn)生當量應(yīng)力 Pr ??? 222 rr3 外內(nèi)外? 帶入數(shù)據(jù)求得 31. 5205145205 3 222 ???? ? 因為許用應(yīng)力 [σ ]=140MPa, 燕山大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 所以 σ [σ ] 所以經(jīng)過校核，缸壁部分是安全的。 法蘭部分 經(jīng)常用來核算法蘭部分強度的方法主要有米海耶夫方法、羅薩諾夫方法、環(huán)殼聯(lián)解法、簡化計算法和有線單元法。這里使用簡化計算法進行理論力學粗略強調(diào)校核。 采用簡化算法，有如下假設(shè)： 元 集中力，作用在法蘭觸面上， 平均半徑為 r3 的半徑上， 的彎曲時，認為內(nèi)力 P 作用在缸壁的平均半徑為 5r 的圓周上， ； ，因此由力及力偶引起的徑向位移可以忽略不計。 法蘭外半徑為 560mm 所以得到 )(21 243 Rrrr ????)(21 215 rrr ???145205l)145205()145205()(6rln)()()(64324 312212???????????????nrrrrr 內(nèi)外? 第 2章 液壓缸的設(shè)計與校核 13 P平均半徑為 r5 的圓周上的單位長度上的軸向力 h1 為板厚， P=2MN/m. h1=60mm 代入上式得到 M=根據(jù) 板的圓柱面彎 曲公式在法蘭 與缸體圓筒連 接處表面由彎 矩產(chǎn)生的軸向應(yīng)力為： 由軸向力引起的軸向拉應(yīng)力為： 總的軸向拉應(yīng)力為 ? ?mm1 75)(21mm2 5021r215243?????????rrrRrr143152 53 ln)(2)1(21)(rrhhrhrrPM??????????? 2 5239。 ?????? hMZ?M P aZZZ 8 8 039。 ????? ???M P )1 4 0 (102)(102262122????????rrP HZ ??燕山大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 所以法蘭部分經(jīng)校核是安全的。 缸底部分 將缸底部分簡化為受均布載荷作用周邊剛性固定的中心孔有空的圓板來考慮。最大彎曲應(yīng)力發(fā)生在圓板的周邊，根據(jù)第三強度理論，最大當量應(yīng)力為 圖 33 缸底部分簡圖 其中 P為缸內(nèi)液體壓力， r1為缸的內(nèi)半徑 為 t 缸低厚度。 φ 為缸底因開口而引入的削弱系數(shù)， 11222rar? ?? 2a為缸底進油口直徑。 工作流量 2trP ???? ??? ??? ?Z 第 2章 液壓缸的設(shè)計與校核 15 m / s/m)10410(410604q332332?????????? ?? ?? DVVS 管內(nèi)流速 V0 =管徑 30??????? ?V? 油口直徑取 50mm 油口型式選 GB/T 2878 A 型油口。 所以，經(jīng)過校核，缸底部分是安全的。 經(jīng)過校核，液壓缸的強度符合要求。 缸的附件及密封形式 密封件 密封用來防止高壓液體的泄漏，如質(zhì)量不好，會直接影響生產(chǎn)。對密封的基本要求是：密封性能好，能隨著液體壓力增高自動提高密封性能，摩擦阻力小，磨損小，壽命長，使用維修方便，易拆換，成本低，制造容易。 基于上 述要求，密封材料應(yīng)具有以下特點：在一定溫度使用范圍內(nèi)有良 好的化學穩(wěn)定性，不溶于工作液體，與金屬接觸不相互其作用，不軟化或硬 化，彈性好，永久變形小，有適當?shù)臋C械強度，耐磨性好，摩擦系數(shù)小，易于壓制變形，價格低廉等。 在工作缸與柱塞之間，我國目前采用的是夾布人字形密封，由支撐環(huán)、? ?????????????????101453155522221trP燕山大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 人字形密封圈及壓環(huán)組成。在高壓液體作用下，密封圈自動貼緊密封件，起 到密封作用。人字形密封的具體尺寸可查標準 HG433766。設(shè)計中必須采用非標準時，允許采用相鄰較大一檔的密封圈，以 45176。剖口切去一段使用。 導套 導套在柱塞往復運動時起導向作用，一般用抗壓耐磨的 ZQSn663青銅鑄造。導套的長度與工作柱塞直徑比值 H/d 一般為 ，小值用于大型液壓機。我國已擬定了工作缸導套標準 JB20xx76。導套與液壓缸內(nèi)壁的配合在柱塞直徑小于 500mm 時為 D/gc，大于 500mm 時為 D/db，與柱塞 的配合為 44/dcD 。 根據(jù)標準 選擇導套。