【文章內(nèi)容簡介】 作壓力/MPa~23~52~88~1010~1820~32由表41和表42可知，組合機(jī)床液壓系統(tǒng)在最大負(fù)載約為26316N時，初定液壓缸的工作壓力為： 液壓缸缸筒的設(shè)計和計算缸筒是液壓缸的主要零件,它與端蓋、缸底、油口等零件構(gòu)成密封的容腔，用以容納壓力油，同時它還是活塞運動的“軌道“。設(shè)計液壓缸缸筒時，應(yīng)該正確確定各部分的尺寸，保證液壓缸有足夠的輸出力、運動速度和有效行程，同時還必須具有一定的強(qiáng)度，能足以承受也壓力、負(fù)載力和意外的沖擊力。另外，缸筒內(nèi)表面應(yīng)具有合適的配合精度、便面粗糙度和幾何精度，以保證液壓缸的密封性、運動平穩(wěn)性和耐用性。液壓缸材料取Q235鋼的無縫鋼管。表43 液壓缸參考背壓[1]系統(tǒng)類型背壓/()回油路上有節(jié)流閥2`5回油路上有調(diào)速閥5~8回油路上裝有背壓閥5~15帶補油泵的閉式回路8~15本例要求動力滑臺的快進(jìn)、快退速度相等，現(xiàn)采用活塞桿固定的單杠式液壓缸[1]?？爝M(jìn)時采用差動聯(lián)接，并取無桿腔有效面積等于有桿腔有效面積的兩倍，即=2。為了防止在鉆孔鉆通時滑臺突然向前沖，在回油路中裝有背壓閥，查表43，初選背壓。按表31可知最大負(fù)載為工進(jìn)階段的負(fù)載F=26316N, 按此計算則 （41）液壓缸直徑按GB/T2348—1993將所計算的D值圓整到標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封裝置。圓整后得： D=10cm按標(biāo)準(zhǔn)直徑算出： 查機(jī)械設(shè)計手冊，取壁厚為12mm。則根據(jù)時； （42）可算出缸體壁厚為：12mm 則液壓缸的外徑式中 ————許用應(yīng)力；（Q235鋼的抗拉強(qiáng)度為375500MPa，取400MPa，為位安全系數(shù)取5，即缸體的強(qiáng)度適中） P————缸筒試驗壓力。缸筒兩端分別與缸蓋和缸底鏈接，構(gòu)成密封的壓力腔，因而它的結(jié)構(gòu)形式往往和缸蓋及缸底密切相關(guān)[6]。因此，在設(shè)計缸筒結(jié)構(gòu)時，應(yīng)根據(jù)實際情況，選用結(jié)構(gòu)便于裝配、拆卸和維修的鏈接形式，缸筒內(nèi)外徑應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整。 活塞桿的設(shè)計與計算活塞桿是液壓缸傳遞力的主要零件，它主要承受拉力、壓力、彎曲力及振動沖擊等多種作用，必須有足夠的強(qiáng)度和剛度。其材料取Q235鋼。[1]由=2 可知活塞桿直徑：按GB/T2348—1993將所計算的d值圓整到標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封裝置。圓整后得：d=8cm=80mm按標(biāo)準(zhǔn)直徑算出：按最低工進(jìn)速度驗算液壓缸尺寸，查產(chǎn)品樣本，調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量，因工進(jìn)速度v=，則由式 （43）本例=，滿足最低速度的要求。： 80mm （44）式中 ————許用應(yīng)力；（Q235鋼的抗拉強(qiáng)度為375500MPa，取400MPa，為位安全系數(shù)取5，即活塞桿的強(qiáng)度適中）3．活塞桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計 活塞桿的外端頭部與負(fù)載的拖動電機(jī)機(jī)構(gòu)相連接，為了避免活塞桿在工作生產(chǎn)中偏心負(fù)載力，適應(yīng)液壓缸的安裝要求，提高其作用效率，應(yīng)根據(jù)負(fù)載的具體情況，選擇適當(dāng)?shù)幕钊麠U端部結(jié)構(gòu)?；钊麠U的密封形式有Y形密封圈、U形夾織物密封圈、O形密封圈、V形密封圈等[6]。采用薄鋼片組合防塵圈時，防塵圈與活塞桿的配合可按H9/f9選取。為方便設(shè)計和維護(hù)，本方案選擇O型密封圈。 液壓缸工作行程的確定 液壓缸工作行程長度可以根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實際工作的最大行程確定，并參照表44選取標(biāo)準(zhǔn)值。液壓缸活塞行程參數(shù)優(yōu)先次序按表44中的a、b、c選用。表44（a）液壓缸形成系列（GB 234980）[6]2550801001251602002503204005006308001000125016002000250032004000表44（b） 液壓缸形成系列（GB 234980）[6] 40 6390110140180220280360450550700900110014001800220028003600表44（c） 液壓缸形成系列（GB 234980）[6]240260300340380420480530600650750850950105012001300150017001900210024002600300034003800根據(jù)設(shè)計要求知，活塞桿最大行程為300mm。根據(jù)表38，可選取液壓缸的工作行程為320mm。 活塞的設(shè)計由于活塞在液壓力的作用下沿缸筒往復(fù)滑動，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，不僅使最低啟動壓力增大，降低機(jī)械效率，而且容易損壞缸筒和活塞的配合表面；間隙過大，會引起液壓缸內(nèi)部泄露，降低容積效率，使液壓缸達(dá)不到要求的設(shè)計性能。活塞與缸體的密封形式分為：間隙密封（用于低壓系統(tǒng)中的液壓缸活塞的密封）、活塞環(huán)密封（適用于溫度變化范圍大、要求摩擦力小、壽命長的活塞密封）、密封圈密封三大類。其中密封圈密封又包括O形密封圈（密封性能好，摩擦因數(shù)小，安裝空間小）、Y形密封圈（用在20Mpa壓力下、往復(fù)運動速度較高的液壓缸密封）、形密封圈（耐高壓，耐磨性好，低溫性能好，逐漸取代Y形密封圈）、V形密封圈（可用于50Mpa壓力下，耐久性好，但摩擦阻力大）。綜合以上因素，考慮選用O型密封圈。 導(dǎo)向套的設(shè)計與計算 當(dāng)活塞桿全部伸出時，從活塞支承面中點到到導(dǎo)向套滑動面中點的距離稱為最小導(dǎo)向長度[1]。如果導(dǎo)向長度過短，將使液壓缸因間隙引起的初始撓度增大，影響液壓缸工作性能和穩(wěn)定性。因此，在設(shè)計時必須保證液壓缸有一定的最小導(dǎo)向長度。根據(jù)經(jīng)驗,當(dāng)液壓缸最大行程為L,缸筒直徑為D時,最小導(dǎo)向長度為: （45）一般導(dǎo)向套滑動面的長度A，在缸徑小于80mm時取A=(~)D，當(dāng)缸徑大于80mm時取A=(~)d.?；钊麑挾菳取B=(~)D。若導(dǎo)向長度H不夠時,可在活塞桿上增加一個導(dǎo)向套K(見圖41)來增加H值。隔套K的寬度。圖41 液壓缸最小導(dǎo)向長度[1]因此:最小導(dǎo)向長度，取H=9cm；導(dǎo)向套滑動面長度A=活塞寬度B=隔套K的寬度 導(dǎo)向套有普通導(dǎo)向套、易拆導(dǎo)向套、球面導(dǎo)向套和靜壓導(dǎo)向套等，可按工作情況適當(dāng)選擇。 1）普通導(dǎo)向套 這種導(dǎo)向套安裝在支承座或端蓋上，油槽內(nèi)的壓力油起潤滑作用和張開密封圈唇邊而起密封作用[6]。 2）易拆導(dǎo)向套 這種導(dǎo)向套用螺釘或螺紋固定在端蓋上。當(dāng)導(dǎo)向套和密封圈磨損而需要更換時，不必拆卸端蓋和活塞桿就能進(jìn)行，維修十分方便。它適用于工作條件惡劣，需經(jīng)常更換導(dǎo)向套和密封圈而又不允許拆卸液壓缸的情況下。 3）球面導(dǎo)向套 這種導(dǎo)向套的外球面與端蓋接觸，當(dāng)活塞桿受一偏心負(fù)載而引起方向傾斜時，導(dǎo)向套可以自動調(diào)位，使導(dǎo)向套軸線始終與運動方向一致，不產(chǎn)生“憋勁“現(xiàn)象。這樣，不僅保證了活塞桿的順利工作，而且導(dǎo)向套的內(nèi)孔磨損也比較均勻。 4）靜壓導(dǎo)向套 活塞桿往復(fù)運動頻率高、速度快、振動大的液壓缸，可以采用靜壓導(dǎo)向套。由于活塞桿與導(dǎo)向套之間有壓力油膜，它們之間不存在直接接觸，而是在壓力油中浮動，所以摩擦因數(shù)小、無磨損、剛性好、能吸收振動、同軸度高，但制造復(fù)雜，要有專用的靜壓系統(tǒng)。 端蓋和缸底的設(shè)計與計算 在單活塞液壓缸中，有活塞桿通過的端蓋叫端蓋，無活塞桿通過的缸蓋叫缸頭或缸底。端蓋、缸底與缸筒構(gòu)成密封的壓力容腔，它不僅要有足夠的強(qiáng)度以承受液壓力，而且必須具有一定的連接強(qiáng)度。端蓋上有活塞桿導(dǎo)向孔（或裝導(dǎo)向套的孔）及防塵圈、密封圈槽，還有連接螺釘孔，受力情況比較復(fù)雜，設(shè)計的不好容易損壞。端蓋厚h為：式中 D1——螺釘孔分布直徑，cm； P——液壓力，； ——密封環(huán)形端面平均直徑，cm； ——材料的許用應(yīng)力。 缸底分平底缸，橢圓缸底，半球形缸底。 端蓋在結(jié)構(gòu)上除要解決與缸體的連接與密封外，還必須考慮活塞桿的導(dǎo)向，密封和防塵等問題[6]。缸體端部的連接形式有以下幾種： A．焊接 特點是結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，質(zhì)量小，使用廣泛。缸體焊接后可能變形，且內(nèi)缸不易加工。主要用于柱塞式液壓缸。 B．螺紋連接（外螺紋、內(nèi)螺紋） 特點是徑向尺寸小，質(zhì)量較小，使用廣泛。缸體外徑需加工，且應(yīng)與內(nèi)徑同軸；裝卸徐專用工具；安裝時應(yīng)防止密封圈扭曲。 C．法蘭連接 特點是結(jié)構(gòu)較簡單，易加工、易裝卸，使用廣泛。徑向尺寸較大，質(zhì)量比螺紋連接的大。非焊接式法蘭的端部應(yīng)燉粗。 D．拉桿連接 特點是結(jié)構(gòu)通用性好。缸體加工容易，裝卸方便，使用較廣。外形尺寸大，質(zhì)量大。用于載荷較大的雙作用缸。 E．半球連接，它又分為外半環(huán)和內(nèi)半環(huán)兩種。外半環(huán)連接的特點是質(zhì)量比拉桿連接小，缸體外徑需加工。半環(huán)槽消弱了缸體，為此缸體壁厚應(yīng)加厚。內(nèi)半環(huán)連接的特點是結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量小。安裝時端部進(jìn)入缸體較深，密封圈有可能被進(jìn)油口邊緣擦傷。F．鋼絲連接 特點是結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，質(zhì)量小。 缸體長度的確定 液壓缸缸體內(nèi)部長度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長度還需要考慮到兩端端蓋的厚度[1]。一般液壓缸缸體長度不應(yīng)大于缸體內(nèi)經(jīng)的20~30倍。取系數(shù)為5,則液壓缸缸體長度：L=5*10cm=50cm。 緩沖裝置的設(shè)計 液壓缸的活塞桿（或柱塞桿）具有一定的質(zhì)量，在液壓力的驅(qū)動下運動時具有很大的動量。在它們的行程終端，當(dāng)桿頭進(jìn)入液壓缸的端蓋和缸底部分時，會引起機(jī)械碰撞，產(chǎn)生很大的沖擊和噪聲。采用緩沖裝置，就是為了避免這種機(jī)械撞擊，但沖擊壓力仍然存在，大約是額定工作壓力的兩倍，這就必然會嚴(yán)重影響液壓缸和整個液壓系統(tǒng)的強(qiáng)度及正常工作。緩沖裝置可以防止和減少液壓缸活塞及活塞桿等運動部件在運動時對缸底或端蓋的沖擊，在它們的行程終端能實現(xiàn)速度的遞減，直至為零。 當(dāng)液壓缸中活塞活塞運動速度在6m/min以下時，一般不設(shè)緩沖裝置，而運動速度在12m/min以上時，不需設(shè)置緩沖裝置。在該組合機(jī)床液壓系統(tǒng)中，動力滑臺的最大速度為4m/min,因此沒有必要設(shè)計緩沖裝置。 排氣裝置 如果排氣裝置設(shè)置不當(dāng)或者沒有設(shè)置排氣裝置，壓力油進(jìn)入液壓缸后，缸內(nèi)仍會存在空氣[6]。由于空氣具有壓縮性和滯后擴(kuò)張性,會造成液壓缸和整個液壓系統(tǒng)在工作中的顫振和爬行,影響液壓缸的正常工作。比如液壓導(dǎo)軌磨床在加工過程中，這不僅會影響被加工表面的光潔程度和精度，而且會損壞砂輪和磨頭等機(jī)構(gòu)。為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，除了防止空氣進(jìn)入液壓系統(tǒng)外，還必須在液壓缸上設(shè)置排氣裝置。配氣裝置的位置要合理，由于空氣比壓力油輕，總是向上浮動，因此水平安裝的液壓缸，其位置應(yīng)設(shè)在缸體兩腔端部的上方；垂直安裝的液壓缸，應(yīng)設(shè)在端蓋的上方。一般有整體排氣塞和組合排氣塞兩種。整體排氣塞如圖42（a）所示。表45 排氣閥（塞）尺寸[6]d閥座閥桿孔cDM1661169323117103484~623M20x281471143392213114594~828 圖42 (a) 整體排氣孔 圖42（b） 組合排氣孔 圖42（c） 整體排氣閥零件結(jié)構(gòu)尺寸由于螺紋與缸筒或端面連接，靠頭部錐面起密封作用。排氣時，擰松螺紋，缸內(nèi)空氣從錐面空隙中擠出來并經(jīng)過斜孔排除缸