【文章內(nèi)容簡介】 驅(qū)動工作負載時： F=Wmax=π/4[D2（P－P0）＋d2P0]η 由此可求出缸筒內(nèi)徑為： 其中Wmax=50400 N， P為系統(tǒng)最高壓力 P=30MPa 因為上式中系統(tǒng)背壓，所以取P0為1MPa， 取速比ψ=2， η為機械效率，取 η=， 將各值代入上式中，得 D=㎜， 根據(jù)查表GB/T2348—1993，得到D=63㎜ (2) 活塞桿的直徑為： 所以直徑d=㎜, 查表GB/T23481993規(guī)定的活塞桿尺寸圓整為d=45㎜ (3) 最大工作行程為： 當(dāng)ψ=2時，行程 S=10D=630㎜， 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1980規(guī)定的液壓缸行程系列圓整到S=630㎜ (4) 活塞有效計算長度液壓缸的安裝尺寸，可查設(shè)計手冊得： 安裝尺寸=L1＋S =295+630 =925㎜ 當(dāng)液壓缸的活塞桿全部滲出來時，有效計算長度為： L=L1+2S =295+630+630 =1555㎜S液壓缸的安裝尺寸（查設(shè)計手冊得到）（7） 活塞寬度： 查表得 B=（~）D =(~63)㎜此時選取活塞桿的寬度 B=50㎜式中 D為液壓缸缸筒的內(nèi)徑(8) 最小導(dǎo)向長度 當(dāng)S=10D時，查設(shè)計手冊，得最小導(dǎo)向距離H≥50㎜ (7) 缸筒壁厚： 因為缸筒材料選用無縫鋼管45＃，所以бb=800MPa, n安全系數(shù)，一般取 n=5 該材料的許用應(yīng)力計算為： [б]=бb/n =800/5 =160MPa 由壁厚計算公式 所以查標(biāo)準(zhǔn)壁厚表，取φ=㎜ (8) 缸筒外頸 De=D+2φ =78㎜ 因為液壓缸的缸筒是無縫鋼管，因此加工內(nèi)部要留出（5~10）㎜的加工余量 （9） 動臂缸的流量計算：（設(shè)計要求每缸伸縮速度Vmax=6000㎜/min） 當(dāng)活塞桿前進時： Q= πD2V/4 = L/min 當(dāng)活塞桿后退時： Q=π(D2－d2)V/4 = L/min (10) 動臂缸運動時間計算： a. 鏟斗油缸全伸最短時間T1計算： T1 = πD2S/ 4Q = (秒) b. 鏟斗油缸全縮最短時間T2計算： T2 = π（D2－d2）S/4Q = (秒) 缸筒、活塞桿強度校核 （1） 已知尺寸參數(shù)如下： 缸筒內(nèi)徑 D=63 ㎜ , 活塞桿直徑 d= 45㎜， 行程 S=630㎜， 缸筒內(nèi)壁厚 φ= ㎜， 有效計算長度 L=1540㎜(2) 活塞桿應(yīng)力校核： б= PgD2/ d2 （Pg 為油缸最大閉鎖壓力） = 活塞桿的材質(zhì)采用45＃調(diào)質(zhì)處理，查表得該材料的強度極限 [бb] = 800MPa ， 所以該材料的許用應(yīng)力為：[б] = бb/n =800/5 =160MPa (n為安全系數(shù)，一般n=5)由此可見，б[б] ，應(yīng)力狀況滿足要求。 （3） 缸筒強度驗算： 因為壁厚 φ= ㎜，缸筒內(nèi)徑 D = 63 ㎜，所以壁厚與缸筒內(nèi)徑之比： ≤D/φ = ≤ 16 ,屬于中等壁厚缸筒，可按材料學(xué)第二強度理論驗算。 = ㎜， 上式中 P為系統(tǒng)最高壓力 P = 30MPa， 所以 φ1 ≤ φ，該缸筒強度滿足要求。 缸筒、活塞桿穩(wěn)定性校核 （1） 活塞桿的壓穩(wěn)定性校核： ① 活塞桿斷面最小慣性矩： =106 （m4） ② 活塞桿橫斷面的回轉(zhuǎn)半徑： = m =㎜ ③ 活塞桿柔性系數(shù)： = ≈ 137 式中 υ為長度折算系數(shù)，對于兩端鉸接約束方式υ一般取 1， L為有效計算長度 ④ 鋼材柔度極限值： =≈ 式中 бP45號鋼材的比例極限； E為材料的彈性模量，E = 105MPa； ⑤ 根據(jù)上面的計算可知，λ≥λ1時，用歐拉公式計算臨界力 FK =105 (N) 式中 υ為長度折算系數(shù)，對于兩端鉸接約束方式υ一般取 1， L為有效計算長度 ⑥ 油缸最大閉鎖力： =104 （N） 式中 Pg油缸最大閉鎖壓力 D為缸筒內(nèi)徑 ⑦ 求該活塞桿穩(wěn)定性系數(shù)： = ≥ 1 所以，該活塞桿的穩(wěn)定性滿足要求。 液壓缸安裝方式及結(jié)構(gòu)確定 由于小型挖掘機工作裝置液壓缸需要直線運動，并實際參觀挖掘機液壓桿的安裝方式，最終確定三個均采用鉸接的方式，其中液壓缸活塞桿上端開有螺紋，和帶有鉸接安裝方式的螺帽配合，液壓缸底端蓋采用帶有鉸接的單耳環(huán)形式，其具體結(jié)構(gòu)在第三章中會具體介紹。其中單耳環(huán)用柱銷尺寸系列： 型號缸筒內(nèi)徑（㎜） 額定作用（N）柱銷長最小值（㎜）柱銷直徑(㎜)10258000291012321250037121640200004514205032000662025635000066203080800008728401001250001073650125200000129456016050000014956 單耳環(huán)用柱銷尺寸系列 液壓缸前端蓋和缸筒采用螺栓聯(lián)接，缸筒和后端蓋采用螺釘聯(lián)接，后端蓋開有螺紋孔，前端蓋裝有一個防塵槽和兩個密封槽，活塞和活塞桿的聯(lián)接也采用螺紋固定，活塞外壁和缸筒內(nèi)壁帶有密封槽。 整個液壓缸通過銷和動臂鉸接在一起，實現(xiàn)液壓缸的直線往復(fù)運動。 3 液壓缸三維模型建立 Pro/e繪圖軟件及其介紹 Pro/e軟件簡介 1985年，PTC公司成立于美國波士頓，開始參數(shù)化建模軟件的研究。1988年。經(jīng)過了10余年的發(fā)展，Pro/ENINEER已經(jīng)成為三維建模軟件的領(lǐng)頭羊。目前已經(jīng)發(fā)布了Pro/，還包括對大型裝配體的管理、功能仿真、制造、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等等。Pro/ENINEER還提供了目前所能達到的最全面、集成最緊密的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境。 Pro/e軟件特性 全相關(guān)性：Pro/ENGINEER的所有模塊都是全相關(guān)的。這就意味著在產(chǎn)品開發(fā)過程中某一處進行的修改，能夠擴展到整個設(shè)計中，同時自動更新所有的工程文檔，包括裝配體、設(shè)計圖紙，以及制造數(shù)據(jù)。全相關(guān)性鼓勵在開發(fā)周期的任一點進行修改，卻沒有任何損失，并使并行工程成為可能，所以能夠使開發(fā)后期的一些功能提前發(fā)揮其作用?；谔卣鞯膮?shù)化造型：Pro/ENGINEER使用用戶熟悉的特征作為產(chǎn)品幾何模型的構(gòu)造要素。這些特征是一些普通的機械對象，并且可以按預(yù)先設(shè)置很容易的進行修改。例如：設(shè)計特征有弧、圓角、倒角等等，它們對工程人員來說是很熟悉的，因而易于使用。裝配、加工、制造以及其它學(xué)科都使用這些領(lǐng)域獨特的特征。通過給這些特征設(shè)置參數(shù)（不但包括幾何尺寸，還包括非幾何屬性），然后修改參數(shù)很容易的進行多次設(shè)計疊代，實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)。數(shù)據(jù)管理：加速投放市場，需要在較短的時間內(nèi)開發(fā)更多的產(chǎn)品。為了實現(xiàn)這種效率，必須允許多個學(xué)科的工程師同時對同一產(chǎn)品進行開發(fā)。數(shù)據(jù)管理模塊的開發(fā)研制，正是專門用于管理并行工程中同時進行的各項工作，由于使用了Pro/ENGINEER獨特的全相關(guān)性功能，因而使之成為可能。裝配管理：Pro/ENGINEER的基本結(jié)構(gòu)能夠使您利用一些直觀的命令，例如“嚙合”、“插入”、“對齊”等很容易的把零件裝配起來，同時保持設(shè)計意圖。高級的功能支持大型復(fù)雜裝配體的構(gòu)造和管理，這些裝配體中零件的數(shù)量不受限制。易于使用：菜單以直觀的方式聯(lián)級出現(xiàn)，提供了邏輯選項和預(yù)先選取的最普通選項，同時還提供了簡短的菜單描述和完整的在線幫助，這種形式使得容易學(xué)習(xí)和使用。 挖掘機鏟斗液壓缸三維模型建立 鏟斗缸缸筒結(jié)構(gòu)設(shè)計 = 50 mm,參考壁厚表格取 φ=9 mm，所以缸筒外徑De = 68 mm,同時設(shè)計缸筒端的法蘭外徑D1 = 100 mm，其上均勻分布四個d = 11mm的孔，選定缸筒長度L= 600 mm，缸筒身上加工有進出油口，用M22。具體結(jié)構(gòu)如下圖所示： 缸筒的結(jié)構(gòu)尺寸 圖 缸筒的三維結(jié)構(gòu)圖 圖 活塞桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計活塞桿直徑為36 mm，長度為650 mm?；钊麠U與活塞的連接方法為簡單的螺母連接。活塞桿兩端分別加工M22，他們的作用分別是，前端連接單耳環(huán)，后端擰緊螺母，用來固定活塞。查標(biāo)準(zhǔn)表格，確定兩端螺紋長分別為44mm、30mm。螺紋后緊跟有退刀槽，后端安裝活塞的軸端直徑為26 mm，其配套的活塞上開有密封槽。其具體結(jié)構(gòu)如下所示： 活塞桿的結(jié)構(gòu)尺寸 活塞桿的三維結(jié)構(gòu)圖 活塞的結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)活塞的計算公式，得活塞的厚B = 40 mm，外徑D = 50 mm，內(nèi)徑為26mm， mm，寬 5 mm， mm，直徑 mm的O形橡膠密封圈進行密封。 mm，寬 mm， mm， mm，外徑為50 mm的擋圈進行密封。用螺帽將活塞固定在活塞桿上?；钊唧w結(jié)構(gòu)如下圖示： 活塞的結(jié)構(gòu)尺寸 活塞的三維結(jié)構(gòu)圖 前端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計選用前端蓋與缸筒的連接方式為法蘭式連接， mm， mm， mm， mm的O形橡膠密封圈進行密封。端蓋內(nèi)孔加工了一個密封槽和一個防塵圈。 mm，寬5 mm， mm， mm的O形橡膠密封圈。防塵槽深度為2 mm，寬度為3 mm，安裝內(nèi)外徑分別為26 mm，28 mm的5型特康防塵圈。其具體結(jié)構(gòu)如下圖所示： 前端蓋的結(jié)構(gòu)尺寸 前端蓋的三維結(jié)構(gòu)圖 后端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計因為鏟斗液壓缸與鏟斗和斗桿的聯(lián)接，均為鉸接，所以液壓缸的后端蓋與斗桿采用單耳環(huán)的形式，其耳環(huán)的具體結(jié)構(gòu)和尺寸查表設(shè)計可得，缸筒與后端蓋的聯(lián)接采用法蘭連接，其中螺紋孔為M8，螺紋孔深11 mm，裝配后端蓋在缸筒內(nèi)的厚度為10mm，缸筒外的厚度為16 mm，耳環(huán)的厚度為30 mm，耳環(huán)孔的直徑為20mm，其具體結(jié)構(gòu)如下所示： 后端蓋的結(jié)構(gòu)尺寸 后端蓋三維結(jié)構(gòu)圖 液壓缸部件組合裝配 因為鏟斗液壓缸的運動為直線往復(fù)運動，所以液壓缸與鏟斗和斗桿的聯(lián)接均采用鉸接方式，前后端蓋與缸筒采用螺紋連接，可以承受較大的力作用。并綜上液壓缸各個部件的選用，將各個部件安裝在一起，便成為整體的液壓缸，其具體裝配圖如下所示： 液壓缸裝配后的三維結(jié)構(gòu)圖4 液壓缸主要部件的有限元分析有限元分析即利用數(shù)學(xué)近似的方法對真實物理系統(tǒng)（幾何和載荷工況）進行模擬。還利用簡單而又相互作用的元素，即單元，就可以用有限