【正文】 (522) (523)則截面所受到軸向拉應(yīng)力與彎曲應(yīng)力合成后有: (524)由于剪應(yīng)力的大小相對(duì)于彎矩所產(chǎn)生的彎曲正應(yīng)力要小得多，為簡(jiǎn)化計(jì)算，在計(jì)算中簡(jiǎn)應(yīng)力忽略不計(jì)，僅在校核中用，則有： (525)由525252 52525解得h=780mm，h=1040mm,h=1496mm。有了危險(xiǎn)截面的結(jié)構(gòu)尺寸，再結(jié)合前面的基本尺寸，就可以利用CAD軟件將斗桿繪制出來。這樣斗桿的所有尺寸已經(jīng)基本確定。 ：由于銷軸與襯套的配合間隙較小，故以剪應(yīng)力強(qiáng)度作為銷軸的基本尺寸的設(shè)計(jì)，抗壓強(qiáng)度與抗彎強(qiáng)度用于校核用。由有[1]： （281）在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，應(yīng)以所有工況中銷軸所受到的剪應(yīng)力最大值對(duì)銷軸進(jìn)行設(shè)計(jì)。在本設(shè)計(jì)中，銷軸所選用的材料為40CrMnMo，其耐磨，在熱處理后有著良好的綜合機(jī)械性能。由于銷軸在重載的較惡劣工況中工作，故選擇。代入式281有：斗桿各銷軸的尺寸： d1=d2=65mm d3=d4=50mm d5=70mm：螺栓選用的直徑由銷軸的直徑選擇系列螺栓。、、（淬火、回火），通稱為高強(qiáng)度螺栓，其余通稱為普通螺栓。螺栓性能等級(jí)標(biāo)號(hào)有兩部分?jǐn)?shù)字組成，分別表示螺栓材料的公稱抗拉強(qiáng)度值和屈強(qiáng)比值。，具體尺寸根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸而定。，其材料經(jīng)過熱處理后，能達(dá)到：　　螺栓材質(zhì)公稱抗拉強(qiáng)度達(dá)1000MPa級(jí)；　　2；　　螺栓材質(zhì)的公稱屈服強(qiáng)度達(dá)1000=900MPa級(jí)：襯套的作用：磨損了，可以方便更換。如果不用襯套，磨損后，更換的是零件。現(xiàn)在更換的是襯套（設(shè)計(jì)時(shí)，就將襯套硬度降低，使其在摩擦副中成為承磨件。）。因其加工方便，更換成本低，也易換。當(dāng)然，還有導(dǎo)引作用等，是其次的。為使襯套耐磨、減震與潤(rùn)滑性能好，選擇襯套的材料為銅基合金。，與銷軸和圓筒分別采用過渡和過盈配合，如圖281。則各銷軸的尺寸為：圖224 襯套斗桿各襯套的尺寸： d5=105mm：油缸工作行程————802mm；移動(dòng)速度控制————6m/min；額定工作油壓————25MP；試驗(yàn)油壓————。安全閥壓力————27MP；銷軸剪力————108MP；a缸筒的焊接通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料和液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)，最終確定采用如下連接方式：1 缸體，2缸底 圖31缸體與缸底的焊接選用焊接連接方式，該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外形尺寸小。缺點(diǎn)是：焊后易變形，清洗，裝拆有一些困難。b缸筒的要求有足夠強(qiáng)度，能夠承受動(dòng)態(tài)工作壓力，長(zhǎng)時(shí)間工作不會(huì)變形；有足夠剛度，承受活塞側(cè)向力和安裝反作用力時(shí)不會(huì)彎曲；內(nèi)表面和導(dǎo)向件與密封件之間摩擦少，可以保證長(zhǎng)期使用；缸筒和法蘭要良好焊接，不產(chǎn)生裂紋。c缸筒材料的選取及強(qiáng)度給定缸筒材料一般要求有足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性，對(duì)焊接的缸筒還要求有良好的焊接性能。本次設(shè)計(jì)選取27SiMn鋼，從表1中可以得到：缸筒材料的屈服強(qiáng)度=850MPa；缸筒材料的抗拉強(qiáng)度=1000MPa。表31 缸筒常用無縫鋼管材料的機(jī)械性能缸 筒 常 用 無 縫 鋼 管 材 料 機(jī) 械 性 能材 料204202502530500300183554032017456103601415MnVn7505002627SiMn10008501230CrMo9508001235CrMo100085012現(xiàn)在利用材料屈服強(qiáng)度來引申出缸筒材料的許用應(yīng)力：[] =/n=1000/5=200MPa其中n=5是選取的安全系數(shù)，來源于下表。表32 液壓缸的安全系數(shù)液壓缸的安全系數(shù)材料名稱靜載荷交變載荷沖擊載荷不對(duì)稱對(duì)稱鋼，鍛鋼35812d缸筒的計(jì)算（1） 液壓缸的效率油缸的效率由以下三種效率組成： (A) 機(jī)械效率 ，由各運(yùn)動(dòng)件摩擦損失所造成的，在額定壓力下，；(B) 容積效率 ，由各密封件泄漏所造成，通常容積效率 為：裝彈性體密封圈時(shí) 1。裝活塞環(huán)時(shí) ；(C) 作用力效率 ，由出油口背壓所產(chǎn)生的反作用力造成的，=。則液壓缸的效率為：求得=。（2） 液壓缸缸徑的計(jì)算液壓缸的缸筒內(nèi)徑D可按下列給出的公式進(jìn)行初步計(jì)算：液壓缸的負(fù)載為推力時(shí)液壓缸的負(fù)載為拉力時(shí)注:雙活塞桿液壓缸其缸筒內(nèi)徑D由后一公式計(jì)算。式中： ——液壓缸的實(shí)際推力，拉力（N）； ——液壓缸的負(fù)載率，一般取=； ——液壓缸的總效率； P——液壓缸的供油壓力，一般為系統(tǒng)壓力（MPa）； d——活塞桿直徑（m）。而且有公式如下 和 ==P=25MPaF01=79000N本次設(shè)計(jì)中液壓負(fù)載力為推力，因此可根據(jù)上述公式求得內(nèi)徑：D=由以上計(jì)算的結(jié)果可以取缸筒內(nèi)經(jīng)為85mm。（3） 流量的計(jì)算液壓缸流量根據(jù)下式計(jì)算：當(dāng)活塞桿外伸時(shí) 當(dāng)活塞桿內(nèi)拉時(shí) 式中 、——分別為活塞無桿側(cè)及有桿側(cè)有效面積（） ——活塞平均線速度（）查閱參考文獻(xiàn)，而活塞的面積：== 容積效率：=1有公式可得到活塞桿外推時(shí)的流量：=因?yàn)橹皇褂猛馔品较颍曰爻谭较虻牧髁繌穆?。A. 缸筒壁厚的計(jì)算根據(jù)缸徑查閱手冊(cè)預(yù)取=9，此時(shí)/D=9/85=，因此缸筒壁厚可以使用下式進(jìn)行計(jì)算：，根據(jù)給定參數(shù)P=25MP，所以：==許用應(yīng)力在選取材料的時(shí)候給出：[]=/n=1000/5=200MPa根據(jù)公式可得到壁厚：=為保證安全，取壁厚為10mm。B. 缸筒壁厚的驗(yàn)算下面從以下三個(gè)方面進(jìn)行缸筒壁厚的驗(yàn)算：a) 液壓缸的額定壓力 值應(yīng)低于一定的極限值，以保證工作安全：根據(jù)上式可得到：顯然，額定油壓P=25MP，所以滿足該條件；b) 為了避免缸筒在工作時(shí)發(fā)生塑性變形，液壓缸的額定壓力值應(yīng)與塑性變形壓力有一定的比例范圍： 先根據(jù)第二個(gè)公式得到：=再將得到結(jié)果帶入前一個(gè)公式，得到：顯然，額定油壓P=25MP，滿足這一條件；c) 為了確保液壓缸安全的使用，缸筒的爆裂壓力應(yīng)大于耐壓試驗(yàn)壓力：因?yàn)?1000MP已經(jīng)在選擇缸筒材料的時(shí)候給出，根據(jù)上述公式可求得：=至于耐壓試驗(yàn)壓力應(yīng)為：==依據(jù)為：耐壓試驗(yàn)壓力是液壓缸在檢查質(zhì)量時(shí)所需承受的試驗(yàn)壓力。在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，液壓缸在此壓力下，全部零件不得有破壞或永久性變形等異常現(xiàn)象。各國(guó)規(guī)范多數(shù)規(guī)定為：=因?yàn)楸褖毫h(yuǎn)大于耐壓試驗(yàn)壓力。以上所用公式中各量的意義解釋如下：——缸筒內(nèi)徑（）；——缸筒外徑（）；——液壓缸的額定壓力（MP）；——缸筒發(fā)生完全塑性變形的壓力（MP）；——液壓缸耐壓試驗(yàn)壓力（MP）；——缸筒發(fā)生爆裂時(shí)的壓力（MP）；——缸筒材料的抗拉強(qiáng)度（MP）；——缸筒材料的屈服強(qiáng)度（MP）；——缸筒材料的彈性模數(shù)；——缸筒材料的泊桑系數(shù) 鋼材：=C. 缸筒的材料缸筒材料一般要求有足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性，對(duì)焊接的缸筒還要求有良好的焊接性能。根據(jù)液壓缸的參數(shù)、用途和毛坯的來源等，來確定選用：缸筒毛坯普遍采用冷拔或熱軋無縫鋼管，國(guó)際市場(chǎng)上已有內(nèi)圓珩磨，外圓精加工，只需要按所要求的長(zhǎng)度切割的無縫鋼管供應(yīng)，此外，較厚壁毛坯仍用鑄件或鍛件，或用厚鋼板卷成筒形，焊接后退火，焊縫須用X光或磁力探傷。D. 缸筒的加工要求缸筒內(nèi)徑D采用H7級(jí)配合，需要進(jìn)行研磨；熱處理：調(diào)制，HB240；缸筒內(nèi)徑D的圓度、錐度、圓柱度不大于內(nèi)徑公差之半；；油口的孔口及排氣口必須有倒角，不能有飛邊、毛刺；在缸內(nèi)表面鍍鉻，外表面刷防腐油漆。（1）缸筒焊接連接，在計(jì)算缸筒與端部用焊接連接時(shí)，其焊縫應(yīng)力計(jì)算如下：式中——缸內(nèi)最大推力（）；——缸筒外徑（）；——焊縫底徑（）；——焊接效率，取 =；——焊條材料的抗拉強(qiáng)度（）；——安全系數(shù)（參照缸筒壁的安全系數(shù)選取）。=5F=212812 =105mm =420由下表查出。帶入公式求得=，=表33常用碳鋼焊條型號(hào)焊條型號(hào)焊條牌號(hào)抗拉強(qiáng)度屈服點(diǎn)E4303J422420330E5003J502490400E5015J507490400E5016J506490400選用J422焊條（2）缸筒螺紋連接部分強(qiáng)度計(jì)算螺紋處的拉應(yīng)力 ：螺紋處的剪應(yīng)力：合成應(yīng)力：許用應(yīng)力：式中F——缸筒端部承受的最大推力（N）；D——缸筒內(nèi)徑（m）；d0——螺紋外徑（m）；d1——螺紋底徑（m）；K——擰緊螺紋的系數(shù)。不變載荷取K=，變載荷取K1=；K1——螺紋連接的摩擦系數(shù)，K1=，平均取K1=；σs——缸筒材料的屈服極限（MPa）；ns——安全系數(shù)，取ns=。將F=212812N；d0=93。d1=90代入公式求得σ=；τ=；σn=[σ]=。（1） 活塞結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)活塞分為整體式和組合式，組合式制作和使用比較復(fù)雜，所以在此選用整體式活塞，形式如下圖：1是擋圈，2是密封件，3是導(dǎo)向環(huán)（支撐環(huán)） 圖32活塞結(jié)構(gòu)此整體式活塞中，密封環(huán)和導(dǎo)向套是分槽安裝的。（2） 活塞的密封選用Yx型圈，聚氨酯和聚四氟乙烯密封材料組合使用，可以顯著提高密封性能：A. 降低摩擦阻力，無爬行現(xiàn)象；B. 具有良好的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)密封性，耐磨損，使用壽命長(zhǎng)；C. 安裝溝槽簡(jiǎn)單，拆裝簡(jiǎn)便。這種組合的特別之處就是允許活塞外園和缸筒內(nèi)壁有較大間隙，因?yàn)榻M合式密封的密封圈能防止擠入間隙內(nèi)，降低了活塞與缸筒的加工要求，密封方式圖如下：圖33活塞的密封（3） 活塞的材料選用高強(qiáng)度球墨鑄鐵QT6003。（4） 活塞的尺寸及加工公差，前面的計(jì)算中已得到缸筒內(nèi)徑為85mm， ，所以取活塞厚度為56活塞的配合因?yàn)槭褂昧私M合形式的密封器件，所以要求不高，這里不加敘述。，外表面的圓度和圓柱度不大于外徑公差之半。 （1）活塞桿桿體的選擇此次設(shè)計(jì)選用的是實(shí)心桿件活塞桿與活塞的密封件此次設(shè)計(jì)采用的是O型密封圈加擋圈，連接形式采用螺紋連接并用緊定螺栓固型連接，如下圖：圖34活塞的密封件（2）活塞桿材料和技術(shù)要求因?yàn)闆]有特殊要求，所以選用45號(hào)鋼作為活塞桿的材料，本次設(shè)計(jì)中活塞桿只承受壓應(yīng)力，所以不用調(diào)制處理，但進(jìn)行淬火處理是必要的，—1mm左右。A. ，保證活塞桿外圓和活塞外圓的同軸度，避免活塞與缸筒、活塞桿和導(dǎo)向的卡滯現(xiàn)象。，保證活塞安裝不產(chǎn)生歪斜。B. 。C. 因?yàn)槭沁\(yùn)行在低載荷情況下，所以省去了表面處理。（3）活塞桿的計(jì)算根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，參照下表可得出活塞桿的直徑d表34工作壓力與活塞桿直徑的關(guān)系工作壓力（）的關(guān)系70隨著工作壓力的增大，即工作強(qiáng)度的增加，為了增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度，活塞桿的直徑會(huì)越來越接近油缸的內(nèi)徑。在此，我們選用=，由此得出，,查閱液壓缸活塞桿外徑尺寸系列（GB/T23481993）,我們最終確定活塞桿的直徑為。通常以液壓缸前后鉸接作為基本情況考慮，并令LB=活塞桿全部伸出時(shí)、活塞桿頂端連接點(diǎn)與液壓缸支撐點(diǎn)之間的距離。主要須驗(yàn)算活塞桿壓縮或拉伸強(qiáng)度：表35活塞桿壓縮或拉伸強(qiáng)度代入數(shù)據(jù)得 顯然活塞桿直徑滿足要求。1. 活塞桿彎曲穩(wěn)定性驗(yàn)算表36活塞桿彎曲穩(wěn)定性驗(yàn)算主要是按下式驗(yàn)證：代入數(shù)據(jù)得： 滿足要求。（4）活塞前進(jìn)與后退的速度比計(jì)算 液壓缸左右兩個(gè)腔的有效面積和不相等，因此，當(dāng)進(jìn)油腔和回油腔的流量都是Q時(shí)（簡(jiǎn)便起見，一個(gè)進(jìn)油時(shí)，另一個(gè)回油壓力可以忽略），左右兩個(gè)方向的推力、拉力和速度不同。則 帶入數(shù)據(jù)：，得出，此結(jié)果在可接受范圍內(nèi)。（5）活塞桿的表面處理活塞桿的表面須鍍硬鉻，厚為15～25，也有的要求鍍鉻厚度為30～50。防腐的要求特別高的則要求先鍍一層軟鉻或鎳，后鍍硬鉻，鍍后拋光。用于低負(fù)載（如低活塞速度，低工作壓力）和良好環(huán)境條件的液壓缸，活塞桿可不做表面處理。（6）活塞桿的加工要求活塞桿外徑的公差f7～f9。直線度≤表面粗糙度：一般為Ra ≤～，精度要求高時(shí)Ra ≤～。（7）活塞桿的導(dǎo)向、密封和防塵A. 導(dǎo)向環(huán)選擇非金屬導(dǎo)向環(huán)，用高強(qiáng)度塑料制成，這種導(dǎo)向環(huán)的優(yōu)點(diǎn)是摩擦阻力小、耐磨、使用壽命長(zhǎng)、裝導(dǎo)向環(huán)的溝槽加工簡(jiǎn)單，并且磨損后導(dǎo)向環(huán)易于更換。B. 密封Yx型軸用密封圈加軸用階梯圈組合使用，這樣比起單獨(dú)密封，可以減小摩擦，減少泄漏量，增加壽命。C. 防塵使用DH防塵圈，材料是聚氨酯，既有防塵作用，又有潤(rùn)滑作用。由一般認(rèn)為普通液壓缸在工作壓力﹥10MPa、活塞速度﹥，應(yīng)當(dāng)采用緩沖裝置或其他緩沖辦法。這只是一個(gè)參