【文章內(nèi)容簡介】 系統(tǒng)的繁簡，借鑒的多寡，設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)的不同而做法上呈現(xiàn)出差異來。下圖這種設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容和一般流程。這里除了最末一項(xiàng)外全都是屬于性能設(shè)計(jì)的范圍。這些步驟相互關(guān)聯(lián)，彼此影響，因此常需要穿插進(jìn)行，交叉展開。最末一項(xiàng)屬于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容，則須要仔細(xì)查閱產(chǎn)品樣本、手冊(cè)和資料，選定元件的結(jié)構(gòu)和配置的型式，才能布局繪圖。 13 圖 7 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)流程 液壓缸的設(shè)計(jì) 液壓缸的載荷組成及計(jì)算 設(shè)機(jī)械手抓刀重約 20Kg，作用在活塞桿上的外部載荷包括工作載荷，導(dǎo)軌的摩擦力和由于速度變化而產(chǎn)生的慣性力。 w g a fF F F F? ? ? （ 3） （ 1）常見 的工作載荷有作用于活塞桿軸線 上的重力，切削力，擠壓力等，而該設(shè)計(jì)中只有重力 ： 2 0 9 .8 1 9 6 ( )gF m g N? ? ? ? （ 2）導(dǎo)軌摩擦載荷 fF 0 .0 6 1 9 6 1 2 ( )fgF F N?? ? ? ?（ ? 的取值參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表 ） （ 3）慣性載荷 aF 2 0 1 2 0a GvF gt?? ? ? ?? （ N ）一般機(jī)械取 stv ~??? ，所以， 1 9 6 1 2 2 0 2 2 8 ( )WFN? ? ? ? 除外載荷 WF 外，作用于活塞桿上的載荷 F 還包括液壓密封處的摩擦阻力 mF ，一般估算為： 14 (1 )mmFF??? （ 4） 液壓缸的機(jī)械效率，一般取 ~ ； 則： 228 2 4 8 ( )0 .9 2W mFFN?? ? ? ( 1 ) ( 1 0 .9 2 ) 2 4 8 2 0 ( )mmF F N?? ? ? ? ? ? 液壓缸不同負(fù)載時(shí)的工作壓力表 2 如下： 表 2 液壓缸不同載荷時(shí)的工作壓力表 載荷 410N ? 1~ 2~1 3~2 5~3 5? 工作壓力 MP 1~? 2~ 3~ 4~3 5~4 7~5? 故取工作壓力 58 10P Pa?? . 升降缸的設(shè)計(jì) 圖 8 為 活塞桿受壓狀 態(tài)，圖 9 為受拉狀態(tài) 圖 8 活塞桿受力圖（ a） 圖 9 活塞桿受力圖 (b) 活塞桿受壓時(shí) ： 1 1 2 2WmFF P A P A?? ? ?， 活塞桿受拉時(shí) ： 1 2 2 1WmFF P A P A?? ? ? 式中 1A —— 無桿腔活塞有效作用面積； 2A —— 有桿腔活塞有效 作用面積； 1P —— 液壓缸工作腔壓力； 2P —— 液壓缸回油壓力； 15 一般液壓缸在受力狀態(tài)下工作，其活塞面積為： 2211F PAA P?? （ 5） 運(yùn)用 1A 和 2A 關(guān)系令 ? ??，其值是由下表選擇。如表 3 所示： 表 3 按工作壓力選取 d/D 工作壓力 MPa ＜ ~ ＞ d/D ~ ~ 所以可以得出活塞的直徑： 21243 .1 4 ( (1 ) )FD PP ?? ?? （ 6） 22124 4 2 4 8 503 . 1 4 ( ( 1 ) ) 3 . 1 4 (0 . 8 0 . 9 ( 1 0 . 5 ) )FD m mPP ? ?? ? ?? ? ? ? ? 所以 25d D mm??，（ 1 P 與 P 的值是在機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表 和 選取的）， 根據(jù)所計(jì)算出的結(jié)果表 4 中選擇標(biāo)準(zhǔn)的尺寸。 表 4 活塞桿和液壓缸直徑 速比 缸徑 2 40 22 50 28 63 35 45 80 45 56 90 56 60 100 60 70 110 63 80 速比 缸徑 2 125 70 90 140 80 100 160 90 100 180 100 125 200 110 140 220 125 250 140 所以選擇 80D mm? ， 45d mm? 。 活塞桿直徑的強(qiáng)度在高壓系統(tǒng)中要進(jìn)行校核： 64 4 2 4 8 1 . 9 83 . 1 4 8 0 1 0Fd m m?? ?? ? ???「 」 ?「 」 —— 活塞桿材料的許用應(yīng)力，初選材料為 20 鋼，則許用應(yīng)力為 80MPa。 16 又根據(jù)設(shè)計(jì)需要，（軸承的配合，螺釘?shù)陌惭b等）此活塞桿為空心桿。令空心桿內(nèi)徑 52d mm? ，空心桿外徑 39。 72d mm? 。 由于 ttTTWW?空實(shí) （ 7） 2 39。4 411()1 6 1 6d d d??? ? d —— 空心桿直徑； d —— 空心桿內(nèi)徑； 39。d —— 空心桿外徑 ； tW—— 抗扭矩截面系數(shù)； 所以有 6 4 .7 7 1 .9 8d m m m m?? 空心桿壁厚 39。 7 2 5 2 1022dd mm? ??? ? ?。 則設(shè)計(jì)符合要求。 油缸壁厚的設(shè)計(jì) 對(duì)于低壓系統(tǒng)或當(dāng) 16AL? ? ? 時(shí)，油缸的壁厚有： 2[ ]yP AL? ??? （ 8） yP —— 缸筒試壓力，當(dāng) 16nP? 時(shí)， ? ，當(dāng) 16nP? 時(shí)， ? [? ]—— 缸筒材料的許用應(yīng)力， 20 鋼， [? ]=100Mpa,所以， 561 . 5 8 1 0 8 0 0 . 0 4 82 [ ] 2 1 0 0 1 0yP A L mm?? ? ? ? ?? ? ???， 根據(jù)結(jié)構(gòu)需要取 8mm?? 。 油缸長度的確定 液壓缸的缸筒長度由最大工作行程決定，缸筒的長度一般最好不超過其內(nèi)徑 20 倍。即 mmL 24 00~16 0080)30~20( ??? ，設(shè)計(jì)任務(wù)書上給定了伸縮單行程為 100m，即取 L=135mm。 油口直徑的計(jì)算 液壓缸的油口直徑根據(jù)活塞最高運(yùn)動(dòng)速 V 和油口最高液流速度 39。V 而定， 0 39。 VdDV? （ 9） 因?yàn)?1212 ??，其中 21 4AD??， 222 4A D d???； 17 式中 1A—— 無桿腔活塞有效作用面積； 2A —— 有桿腔活塞有效作用面積； D—— 活塞直徑 （ m ）； d—— 活塞桿直徑 （ m ）； 由行程 L 初定換刀過程所用時(shí)間為 1 秒 ,則平均速度為 。令無肛腔進(jìn)油速1 m s? ，則有桿腔進(jìn)油速度 2 m s? 。 所以 2 2 2 2m a x 1 2 0 . 1 0 . 1 6 0 . 1 8V V V V m s? ? ? ? ? ?，液流速度 39。V 大小等于有桿腔進(jìn)油速 , 即 39。 /V m s? . 故 30 39。 0 . 1 80 . 1 3 0 . 1 3 8 0 1 0 1 1 . 0 30 . 1 6Vd D m mV ?? ? ? ? ?。 缸底厚度計(jì)算（缸底有油孔） 因?yàn)榭紤]到缸底有油孔，所以計(jì)算公式有： 圖 10 液壓缸缸底 00 . 4 3 3 [ ] ( )yPDhD Dd?? ? （ 10） 式中 h—— 缸底厚度； D —— 液壓缸內(nèi)徑； yP —— 試驗(yàn)壓力； []? —— 缸底材料許用應(yīng)力；選取材料為 20 無縫鋼管，[ ] 100MPa? ? 18 6336301 .5 0 .8 1 0 8 0 1 00 .4 3 3 0 .4 3 3 8 0 1 0 4 .0 8[ ] ( ) 1 0 0 1 0 ( 8 0 1 1 .0 3 ) 1 0yPDh D m mDd? ???? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ?。 液壓回轉(zhuǎn)缸的設(shè)計(jì) 回轉(zhuǎn)缸內(nèi)徑的計(jì)算 作用在動(dòng)片上的載荷力矩 M驅(qū) 有以下關(guān)系： ZM M M M M? ? ? ?驅(qū) 回封 慣， （ 11） 式中 ZM —— 工作阻力矩（ /kg cms? ） M慣 —— 所有回轉(zhuǎn) 缸密封處的摩擦阻力矩（ /kg cms? ） 39。M M M??封 封 封， 39。 1M bbPR??封 ， 12 ( ) cdM b R r FR???封 ， 2cdR R r?? ； M慣 —— 參與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零部件，在啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力矩（ /kg cms? ）；tJJM ???? /00 ??慣 ； （ 12） ? —— 齒輪回轉(zhuǎn)時(shí)，在啟動(dòng)運(yùn)動(dòng)過程中的角加速度（ 2/rad s ）； w? —— 角速度變化量（ /rads ）， 2/??? w ； t? —— 啟動(dòng)過程時(shí)間，一般為 )~(??t 令 st ?? ； 0J —— 參與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)零部件，對(duì)回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ 2kgcm? ）20 GeJJ g?? ； J —— 參與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的刀柄對(duì)重心轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ 2kgcm? ）； G —— 刀柄與機(jī)械手的總重量（ kg ）； e —— 刀柄與機(jī)械手的重心到回轉(zhuǎn)軸的距離（ cm ） 由理論力學(xué)得公式 20 12MlJJ??，則 120 10 ( 4 8 2 1 0 ) 1 9 5 2 .12J k g c m?? ? ? ? scmkgtvJJM /.3 0 6 4 ???????? ??慣 22()2Rr bM b P d P R r??? ? ??回 回 回 （ 13） 由于 背壓力有如下規(guī)定：回油路上有節(jié)流閥的調(diào)速閥背壓力為 ，回油路中設(shè)有背壓閥的系統(tǒng)背壓力為 ，采用輔助油泵的閉式回路背壓力為。 故 P回 取 。 回轉(zhuǎn)液壓缸的進(jìn)油腔壓力油液，作用在動(dòng)片上的合成液壓力矩即驅(qū)動(dòng)力矩 39。M驅(qū) ， 39。 2 2()2Rr pdM p b d D d??? ? ??驅(qū) 回轉(zhuǎn)缸內(nèi)徑 D 的計(jì)算： 19 根據(jù) 39。MM?驅(qū) 驅(qū) 22()8pb D dM ??驅(qū) 28MDdpb??驅(qū) （ 14） 式中 D—— 回轉(zhuǎn)缸內(nèi)徑（ m ）； M驅(qū) —— 作用在動(dòng)片的外載荷力矩； p—— 回轉(zhuǎn)液壓缸的工作壓力（ Pa ）； b—— 動(dòng)片寬度（ m ）； d —— 輸出軸與動(dòng)片聯(lián)接處的直徑（ m ）；初步設(shè)計(jì)時(shí)按~?dD 選取。 為減少動(dòng)片與輸出軸的聯(lián)接螺釘所受的載荷與動(dòng)片的懸 伸長度，選擇動(dòng)片寬度（即液壓缸寬度）時(shí)，可選用 22bDd?? D —— 回轉(zhuǎn)液壓缸的內(nèi)徑（ m ）； 由于慣性力矩必須大于所有摩擦力矩才能使回轉(zhuǎn)葉片動(dòng)，即 2M M M??回慣 所以由以上代數(shù)式子可以得到： ? ， ?回 代入上面的式子得，得出： 0 cm? ；根據(jù)所選花鍵軸與之配合取 0 36d mm? ，則