【文章內(nèi)容簡介】 液壓缸尺寸確定 如下圖 所示為液壓缸的受力分析簡圖。查表 中的設(shè)計參數(shù)可知，由于液壓缸工作 時壓力載荷非常大，取 P=20MPa。 圖 液壓缸受力簡圖 查閱相關(guān)資料、相關(guān)公式，由圖可知： 計算 主缸內(nèi)徑 D： 22212 )(44 PdDFPD ??? ?? 9 D=]})(1[1{42121 DdPPPFcm ???? () 式中： P1—液壓缸 最大 工作壓力； P2—產(chǎn)生的 回路背壓， 在高壓系統(tǒng)計算是 可以 忽略 不計； F—最大負(fù)載； （ 1F =2021kN） ηcm—液壓缸機(jī)械效率，一般 ηcm = ～ 。 可求得液壓缸內(nèi)徑 即： D= 1024 66??? ?? PaN≈358mm 查 柱塞標(biāo)準(zhǔn)直徑表 [13]JB202176，將液壓缸的直徑 D 圓整后， 選取相近的標(biāo)準(zhǔn) 系列 直徑 ，得 1D =360mm。 液壓 主缸活塞桿直徑計算公式如下 所示 ： pFDd ?221 4?? （ ） 式中： F2為主缸回程 時，最大 壓力，（ 2F =400kN） 代入數(shù)據(jù)得 d=，按標(biāo)準(zhǔn)取整 d=250mm。 液壓機(jī)主缸內(nèi)部尺寸設(shè)計 通過 上述初步設(shè)計計算 ， 得到缸體 內(nèi)徑 D、活塞桿直徑 d。 接下來對主缸其他參數(shù)進(jìn)行設(shè)計計算。 1) 主缸缸體材料 的 選擇 及其工藝要求 液壓缸的 構(gòu)造 一般有厚壁圓筒 、 薄壁圓 筒兩種 不同結(jié)構(gòu) 。 當(dāng)滿足 D/δ≥10 時則 為薄壁圓筒 液壓缸，反之則為厚壁圓筒液壓缸 。 缸體材料較多，比如有 高強(qiáng)度鑄鐵 、 灰鑄鐵 、 鍛鋼 等。本次設(shè)計的液壓缸材料選用無縫45鋼。 10 表 鋼筒材料的參數(shù) 型號 b? ≥／ MPa s? ≥／ MPa s? ≥／ % 45 610 360 14 2) 設(shè)計 主缸壁厚 計算公式如下 所示 ： ][2?? Dpy? （ ） 式中： δ—液壓缸壁厚； D—液壓缸內(nèi)徑； yP —實驗壓力，最大工作壓力的（ ～ ）倍； [σ]—缸筒材料的許用應(yīng)力。無縫鋼管： [σ]=100～ 110MPa 。 主缸壁厚 δ 計算，將 D= ； [σ]= 110MPa ； Py==代入公式（ ）中， 即： mMP a mMP a ?? ??? 計算缸體的外徑 D： D 外 ≥D＋ 2δ （ ） 將參數(shù)代入式（ ）得： D 外 ≥＋ 2? ＝ 外徑取標(biāo)準(zhǔn)直徑系列，得主缸缸體外徑 D 外 ＝ 460mm。 4) 缸蓋厚度計算 缸蓋材料選用 35鋼，查資料，缸蓋厚度計算公式如下： ][ 2 ?yPDt ? （ ） 式中： t—缸蓋的厚度 (mm)； 2D —缸蓋止口直徑 (mm)； [σ]—材料許用應(yīng)力。 即： 11 mMP aMP at ???? 選取缸蓋厚度 t=60mm。 4) 計算主缸最小導(dǎo)向長度 通常液壓缸的最小導(dǎo)向長度符合如下計算公式 ： 220 DLH ?? （ ） 如 下 圖 ： 活塞隔套 圖 式中： L—主缸 最大行程； D—液壓缸的內(nèi)徑。 查表 中參數(shù)可知，主缸的最大行程 H=710mm，液壓缸內(nèi)徑 D=360mm代入公式（ ）中，得主缸最小導(dǎo)向長度。 即： mmmmmmH ??? 查 閱 相關(guān)資料，不 能 過分增大 l1 和 B 的數(shù)值來 保證 最小導(dǎo)向長度。 計算 隔套的 長度 C，即： )(21 1 BlHC ??? （ ） 式中： B—活塞的寬度，取 B=（ ～ ） D； l1—缸蓋滑動支承面的長度， 當(dāng) D＞ 80mm時，取 l1=（ ～ ） d。 12 代 入公式： mmC 2)250360( ?????? 5) 主缸活塞設(shè)計 主缸活塞材料選用 HT200。 活塞寬度系數(shù)取 ，則活塞的寬度為： B==360mm =288mm 取 B=290mm。 6) 計算 主缸長度 缸體內(nèi)部長度 為 活塞的行程 長度加上 活塞的 長度 。缸體的長度 L 小于或者等 于內(nèi)徑 D 的 20～ 30 倍，即： L≤（ 20～ 30） D () 由于 L=710mm， B=290mm， t=60mm，主缸的長度取 L 缸 =1200mm。 主缸設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖 所示： 圖 主缸 13 頂出缸計算 查表 21，選取 頂出缸的工作壓力 為 12MPa, 頂出缸的負(fù)載最大 為 350kN， d/D 為 ，取液壓缸的機(jī)械效率 ηcm = 。液壓缸受力如圖 所示。 圖 液壓機(jī)頂出缸缸受力簡圖 將參數(shù)代入公式（ ），求得液壓缸內(nèi)徑 D： D= 66??? ?? Pa Nmm≈198mm （ ） 查 資料 [10],將液壓缸的內(nèi)徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑，取 D=200mm； 由 d/D= 得活塞桿直徑 ， 即： d==≈138mm 同理查表 25 [14]。 將活塞桿直徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列，取 d=140mm。 頂出缸各部件計算 1) 頂出缸缸體材料 選擇 表 鋼筒所選材料 型號 b? ≥／ MPa s? ≥／ MPa s? ≥／ % 45 610 360 14 2) 頂出缸壁厚的確定 將 D= ； [σ]= 110MPa ； yP == 代入公式（ ）中，即： mMP amMP a ?? ??? 14 將 D= ；取 δ= D 外 ≥＋ ＝ 圓整得 D 外＝ 240mm。 3) 頂出缸缸蓋材料、厚度的確定 缸蓋選用 35 鋼。缸蓋厚度計算公式見式（ ）： 即： mMP aMP at ???? （ ） 取缸蓋厚度 t=25mm。 4) 頂出缸最小導(dǎo)向長度 由表 知頂出活塞行程 L=250mm，缸內(nèi)徑 D=200mm，代入公式 ()， 即： mmmmmmH ??? （ ） 5) 頂出缸活塞方 案擬定，技術(shù)要求 頂出缸活塞選用 HT200。 活塞寬度系數(shù)為 ，則 B==200mm =160mm 取活塞 B=160mm。 查表 210 [16]， 液壓機(jī)頂出缸工作壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于主缸壓力， 故 選用 O 形密封圈。 6) 頂出缸長度的確定 液壓缸缸體內(nèi)部長度等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體的外形尺寸應(yīng)考慮兩端端蓋的厚度，長度 L 小于等于缸體內(nèi)徑 D 的 20～ 30 倍，即： L≤（ 20～30） D 。 由主缸行程為 250mm，活塞寬度為 160mm,缸蓋厚度為 25mm， 通過計算取 L=650mm。 主機(jī)負(fù)載受力分析 導(dǎo)柱設(shè)計計算 本設(shè)計 最大 的 工作負(fù)載為 200T（ 2021kN） ，主缸回程力 為 400kN，頂出缸頂出力為 350kN。 因為 工作時的 載荷 遠(yuǎn) 遠(yuǎn)超過 其它工況時的負(fù)載， 故在 進(jìn)行載荷 的設(shè)計 計算 時，取負(fù)載 200T 對液壓機(jī) 中導(dǎo)柱 進(jìn)行受力 分析 計算。 15 在 “三梁四柱式結(jié)構(gòu) ”中 ， 對導(dǎo)柱做如下受力分析，如下圖 所示， 當(dāng)力作用在橫梁和導(dǎo)柱上， 此 時橫梁受壓， 由于反作用力， 導(dǎo)柱受 到相應(yīng)的拉力。 橫梁導(dǎo)柱 F最大受力 負(fù)載 T導(dǎo)柱拉力 圖 、導(dǎo)柱受力 分析 圖 材料選擇：由受力分析可知，在負(fù)載時，導(dǎo)柱受到較強(qiáng)的拉力，故在選擇材料是應(yīng)具備較強(qiáng)的抗拉強(qiáng)度，故選擇 45 號鋼。 加工工藝：在工作時，導(dǎo)柱不僅僅有拉力的存在，還有與上下滑塊之間的摩擦力，為了減少導(dǎo)柱表明的磨損程度，增加受用壽命，通過金屬表明熱處理能有效的增加導(dǎo)柱的耐磨性和表明硬度，表面淬火和表明熱處理。 導(dǎo)柱設(shè)計計算： 液壓機(jī)最大受到 2021kN 的負(fù)載，作用在 4根導(dǎo)柱上，這每根導(dǎo)柱 受 到 500kN的拉力，由許用拉應(yīng)力公式 ()，計算出導(dǎo)柱的安全直徑 D。 AF?][? (） 式中： ][? — 許用應(yīng)力； 45 鋼 ][? =80～ 100MPa； F— 導(dǎo)柱 軸向拉力； A— 導(dǎo)柱 橫截面積。 即： mPaNFD ][466 ????????? 取 D=90mm， 為防止液壓機(jī)工作時導(dǎo)柱 受力斷裂，為了液壓機(jī)安全性、可靠 16 性 ， 選取導(dǎo)柱直徑時，可以 適當(dāng)加大導(dǎo)柱直徑，取 D=110mm。 立柱的連接形式 比較選擇 如圖所示， 通常 連接形式有 如下三種 ： 圖 立柱與橫梁的連接形式 （ 1） 雙螺母式 特點：加工 較 方便。 但 螺母 必須有 良好 的 預(yù)緊， 否則會造成螺母的松動，從而導(dǎo)致機(jī)架的不穩(wěn)定。一般應(yīng)用在 小型液壓機(jī)。 （ 2） 錐臺式 特點：剛性 較好 ，但 加工相對復(fù)雜 ， 一旦 裝配 完成不能做相應(yīng)的調(diào)整 。 （ 3） 錐套式 特點：可 以 消除立柱與橫梁 之間的 間隙， 有利于安裝與配合 。但長 期使用 會使 錐套松動，影響機(jī)架剛性 [17]。 綜上所述，本次設(shè)計選擇錐臺式立柱聯(lián)結(jié) 。 活動橫梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計 活動橫梁的結(jié)構(gòu)如 下 所示 圖 結(jié)構(gòu)圖 17 作用 ：通過與主缸活塞缸聯(lián)結(jié)傳遞工作壓力，四角開有導(dǎo)向孔，可以沿導(dǎo)向柱方向運(yùn)動。橫梁下面開有凹槽，可以安裝上模具，所以需要有較強(qiáng)的剛度和導(dǎo)向性能。初步設(shè)計橫梁的長為 1310mm，寬 1050mm，高 350mm。 工作臺的設(shè)計 材料選用鑄鋼 45。 設(shè)計 工藝要求： 為了在加工時，能很好的將 所需加工的模具固定在工作臺上，可以選擇將工作臺表面設(shè)計成 T 形槽 的樣式 圖 工作臺 T形槽 18 第 4 章 四柱式 液壓機(jī)強(qiáng)度計算與校核 缸體強(qiáng)度的計算與校核 主缸中段強(qiáng)度 選用 45 鋼作缸體材料，對缸筒做初步受力分析，最大應(yīng)力應(yīng)該出現(xiàn)在缸內(nèi)壁，應(yīng)用第四強(qiáng)度理論進(jìn)行計算。 圖 缸體 MP apD D 120~100][D3 22121m a x ???? ?? （ ） 式中 D1=， D0= m； P=20MPa 帶入數(shù)據(jù)得： 22 2m a x ????? = ? ???? 經(jīng)上述計算，故強(qiáng)度小于缸筒材料的許用應(yīng)力，設(shè)計合理，滿足要求。 支承臺肩計算 支承臺肩接觸面擠壓壓力計算公式如下： ? ??? ????? ])2()2[( 2322 SDSD P （ ） 式中 [σ]——材料 許用應(yīng)力 19 S——支承臺 肩倒角或圓角半徑 D2 ——主缸體上螺紋外徑 8 2 MPP ????主 [σ]=100MPa 圖 油缸支承臺肩尺寸 式中： P=2021kN ， 3D =460mm S=2mm 由上式可得 ? ? ? ? SSDPD ??????? 222 ?主 （ ） 代入數(shù)據(jù) ? ? 22 ????????D 取 D3=50 cm 缸底強(qiáng)度校核 按圓形平板彎曲計算，公式如下： ? ???? ?? BpD=100MPa （ ） 式中： D=360mm B=110mm P=20MPa 20 圖 缸底簡圖 D DD i??＝? （ ） 式中 D1= 7 0 ???