【文章內容簡介】 1液壓傳動系統(tǒng)的設計與計算現(xiàn)設計一臺多功能翻身的病床，工作要求如下：Ⅰ液壓缸伸進→左側床板緩慢勻速升起達到規(guī)定的角度停止→保持在此角度一段時間后Ⅰ液壓缸退回→左側床板勻速緩慢下降，與床板齊平→停留一段時間后Ⅱ液壓缸伸進→右側床板緩慢勻速升起到達定的角度停止→保持在此角度一段時間后Ⅱ液壓缸退回→右側床板勻速緩慢下降，與床板齊平→Ⅲ液壓缸伸進→左側床板緩慢勻速升起達到規(guī)定的角度停止→保持在此角度一段時間Ⅲ液壓缸退回→仰座床板勻速緩慢下降，與床板齊平。該液壓系統(tǒng)的液壓缸的伸進和退回均為勻速4mm/s，工作負載為2000N，啟動換向時間△t=5s，a=4毫米每平方，靜摩擦系數(shù)Fs==。速度循環(huán)圖和負載循環(huán)圖如下圖示液壓系統(tǒng)圖： ①.初選液壓缸的工作壓力液壓缸工作壓力主要根據(jù)液壓設備的類型來確定的，對于不同用途的液壓缸，由于工作條件不同，通常采用的壓力范圍也不同。參考同類設計，初定液壓缸的工作壓力為= MPa。②.確定液壓缸的主要結構尺寸本設計系統(tǒng)選用單作用、液壓缸固定的單桿式液壓缸。設計取液壓缸缸體內徑等于活塞桿的直徑的三倍，即=3。取液壓缸回油腔背壓為=。當壓力油進入無桿腔時，對活塞產生的推力： () () 式中 —工作過程中最大的外負載，即活塞桿伸出時最大的推力； —液壓缸密封處的摩擦力它的精確值不易求得，常用液壓缸的機械效率來進行估算；—液壓缸的機械效率，一般=～，設計取 =；將各數(shù)值代入公式（）、（），可計算液壓缸無桿腔的有效面積： === cm 則液壓缸的直徑： === cm= mm 由=3，可求活塞桿的直徑 =/2=設計考慮實際工作條件，設計取液壓缸缸體內徑=63 mm、活塞桿直徑=32mm。可計算液壓缸實際的無桿腔的有效面積：cm③．活塞桿彎曲穩(wěn)定性的驗算活塞桿完全伸出時需考慮活塞桿彎曲穩(wěn)定性，設定受力完全作用在活塞桿軸線上，主要驗算： N 圓截面： m 式中 MPa—活塞桿彎曲失穩(wěn)臨界的壓縮力，N；—安全系數(shù)，設計取=4；—實際彈性模數(shù)；—材料組織缺陷系數(shù)，鋼材一般??；—活塞桿截面不均勻系數(shù)，一般??；—材料的彈性模數(shù)，MPa,鋼材 =；—液壓缸安裝及導向系數(shù)，根據(jù)實際安裝取 =2；—活塞桿橫截面慣性矩，m； —液壓缸的支承長度，根據(jù)設計 =62mm將各數(shù)據(jù)上述公式，可求得： = N N = kN＞=2 kN ∴ 活塞桿彎曲穩(wěn)定性滿足設計要求。④.液壓缸的工作壓力的確定根據(jù)設計選取缸徑和活塞桿的直徑，計算無桿腔有效面積= cm 有桿腔有效面積= cm。計算出活塞桿伸出時所需液壓油的壓力： MPa 根據(jù)計算結果，設計取液壓缸的工作壓力 = MPa。⑤.液壓缸工作速度確定液壓缸處于工作行程時：其活塞桿的行進速度 v為:式中：v—活塞桿的行進速度Q―進入有桿腔的流量A—活塞面積代入數(shù)據(jù)計算，得：同上當液壓缸處于回程時：其活塞桿的行進速度 v為: 液壓缸壁厚和外徑的計算①.液壓缸壁厚和外徑的計算液壓缸的壁厚由液壓缸的強度條件來計算。液壓缸的壁厚一般是指缸筒結構中最薄處的厚度。從材料力學可知，承受壓力的圓筒，其內應力分布規(guī)律因壁厚不同而各異。一般設計可分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。液壓缸的內徑與其壁厚的比值的圓筒稱為薄壁圓筒。工程機械的液壓缸一般用無縫鋼管材料，大多數(shù)屬于薄壁圓筒結構，其壁厚按薄壁圓筒公式計算： ()式中 —液壓缸的壁厚，m； —液壓缸的內徑，m； —試驗壓力，MPa ,一般取最大工作壓力的（～）倍，設計取 ==； []—缸筒的材料的許用應力, MPa, 缸筒的材料選用無縫鋼[]=100～110 MPa,設計取 []=100 MPa。將各數(shù)據(jù)代入上式()，計算出液壓缸的壁厚為： 設計取 =12 mm。則液壓缸缸體的外徑： mm ②.液壓缸壁厚的驗算液壓缸壁厚的驗算應包括以下四個方面：（1）額定工作壓力應低于一定的極限值，以保證工作安全： MPa ()式中 —額定工作壓力，MPa； —缸筒材料的屈服強度，MPa，設計選用缸筒材料為：45鋼，則[]=335 MPa。 —液壓缸缸體的外徑； —液壓缸缸體的內徑；將各已知數(shù)據(jù)代入上式()，得： 計算知：額定工作壓力遠小于一定的極限值。（2）額定壓力也應與完全塑性變形壓力有一定的比例范圍，以避免塑性變形的發(fā)生： （～） MPa （～）=（～）=（～）MPa = 式中 —缸筒發(fā)生完全塑性變形的壓力，MPa；（3）驗算缸筒徑向變形應處在允許的范圍內： △ D= ()式中 —缸筒耐壓試驗壓力，MPa，設計取 = MPa；—缸筒材料的彈性模數(shù)，MPa，設計取 MPa；—缸筒材料的泊松比，鋼材：=；將已知各數(shù)據(jù)代入上式()，求得： = mm 查手冊，變形量沒有超出密封圈的允許范圍。（4）驗算缸筒的爆裂壓力是否遠大于耐壓試驗壓力： = = MPa﹥﹥= MPa式中 —缸筒的爆裂壓力；—缸筒材料的抗拉強度，MPa，設計取 =610 MPa；通過以上四方面的計算知：液壓缸壁厚滿足要求。液壓缸工作行程的長度，可根據(jù)執(zhí)行機構實際工作的最大行程來確定，選取L=。最小導向長度H的確定當活塞桿全部外伸時，從活塞支承面中點到缸蓋滑動支承面中點的距離H稱為最小導向長度。如果導向長度過小，將使液壓缸的初始撓度（間隙引起的撓度）增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設計時必須保證有一定的最小導向長度。對于一般的液壓缸，最小導向長度H應滿足以下要求: 式中： L—液壓缸的最大行程； D—液壓缸的內徑。 液壓缸缸蓋厚度的確定液壓缸多為平底缸蓋，其有效厚度按強度要求進行近似計算：無孔時： 有孔時： 式中 —缸蓋的有效厚度，m； —缸蓋止口內徑，m； —缸蓋孔的直徑，m； —試驗壓力，MPa ,設計取 = MPa；則液壓缸無孔后缸蓋的厚度： = mm 液壓缸前缸蓋的厚度： = mm 將計算的數(shù)據(jù)圓整設計取值：后缸蓋的厚度=4 mm；前缸蓋的厚度=5 mm。液壓缸缸體內部長度應大于活塞的行程、缸蓋滑動支承面的長度與活塞的寬度之和。缸體外形長度還要考慮端蓋的厚度?；钊男谐痰扔诨钊麠U的行程為： mm；缸蓋滑動支承面的長度，根據(jù)液壓缸的內徑而定：當D〈80mm時，取=（）D ，設計= mm；活塞的寬度一般取=（）D ，故設計= mm。則液壓缸缸體內部長度： ＋＋= mm 考慮實際，取液壓缸缸體內部長度=770 mm，則缸體外形長度=780 mm。 液壓缸是將液壓能轉變?yōu)闄C械能的裝置，它將液壓能轉變?yōu)橹本€運動的機械能。液壓缸的結構形式為活塞缸，其作用方式為單作用液壓缸，即一個方向的運動依靠液壓作用力實現(xiàn)，另一個方向依靠重力實現(xiàn)。液壓缸結構簡圖如下：液壓缸結構簡圖1—活塞桿；2—法蘭蓋；3—缸蓋；7—密封圈；缸體端部與缸蓋的連接形式與工作壓力、缸體材料以及工作條件有關。設計選用缸體與缸蓋的連接形式：法蘭連接，結構形式簡圖如圖法蘭連接結構形式簡圖 法蘭連接結構的優(yōu)點：結構簡單、成本低、易于加工、便于裝拆、強度較大、能承受高壓?；钊麠U與活塞的連接形式分：整體式結構和組合式結構；組合式結構 又分為螺紋連接、半環(huán)連接和錐銷連接。設計選用：螺紋連接形式。其特點：結構簡單、在振動的工作條件下容易松動，必須用鎖緊裝置、應用較多。活塞桿導向部分的結構采用：端蓋整體式直接導向。其特點：端蓋與活塞桿直接接觸導向，結構簡單，但磨損后只能更換整個端蓋。 活塞及活塞桿處密封圈的選用活塞及活塞桿處的密封圈的選用，應根據(jù)密封的部位、使用壓力、溫度、運動速度的范圍不同而選擇不同類型的密封圈。選用密封圈密封的優(yōu)點：（1）結構簡單，制造方便，成本低；（2）能自動補償磨損；（3）密封性能可隨壓力加大而提高，密封可靠；（4）被密封的部位，表面不直接接觸，所以加 工精度可以放低（5）既可用于固定件，也可用于運動件。設計選用：O 型密封圈，其截面結構簡圖如圖O 型密封圈截面簡圖 液壓缸的安裝連接結構液壓缸的安裝連接結構包括液壓缸的安裝結構、液壓缸進出油口的連接等。根據(jù)設計的工作要求和安裝位置，選用：首、尾部均采用耳環(huán)的安裝形式。即缸體固定，活塞桿運動。、出油口形式及大小的確定液壓缸進、出油口設計布置在缸體上，液壓缸設計無專用的排氣裝置，進、出油口設在液壓缸的側面，以便空氣能首先從液壓缸排出。進、出油口的形式選用：螺孔連接，安裝尺寸：M18。 液壓缸主要零件的材料和技術要求液壓缸主要零件如缸體、活塞、活塞桿、缸蓋的材料和技術要求如下：材料：QT60002；主要表面粗糙度：液壓缸內圓柱表面粗糙度為Ra=；技術要求：（1）內徑用H9的配合；（2）內徑圓度、圓柱度不大于直徑公差之半；（3）缸體與端蓋采用螺紋連接時，螺紋采用H6級精度；（4）為防止腐蝕和提高壽命，～ mm厚的硬鉻，再進行拋光，缸體外涂耐腐蝕油漆。材料：45鋼；主要表面粗糙度：活塞外圓柱表面粗糙度為Ra=；技術要求：（1）外徑D的圓度、圓柱度不大于外徑公差之半；（2）活塞外徑用橡膠密封圈密封時可取f7f9配合，內徑與活塞桿的配合可取H8。材料：45鋼；主要表面粗糙度：桿外圓柱表面粗糙度為Ra=；技術要求：（1）材料熱處理：調質2025HRC；（2）；（3）與活塞的連接可采用H8/h8配合。其簡圖如圖 活塞桿簡圖材料：HT200；主要表面粗糙度：配合表面粗糙度為Ra= um；技術要求：（1）配合表面的圓度、圓柱度不大于直徑公差之半；（2）端面A、B對孔軸線的垂直度在直徑1000 mm；（3） mm液壓缸固定處銷軸的材料均采用45號調質鋼，其許用彎曲應力 []=60Mpa，剪切疲勞極限為1)液壓缸上部的銷軸 （1）求支反力根據(jù)靜力平衡方程求得支反力: Fra=F/2=1000N Frb=F/2=1000N Fs=F/2=1000N（2）繪制軸的剪力圖和彎矩圖