【正文】 則 A=(~)d=(~)100=60~100mm (282)取A=80mm圖217 缸筒 活塞寬度。對于一般的液壓缸，最小導(dǎo)向長度H(mm)應(yīng)滿足下式： (280)式中： L——液壓缸最大行程(mm)；D——缸筒內(nèi)徑(mm)由L=1000mm,D=100mm。 缸筒長度L的計(jì)算缸筒長度L由最大工作行程長度加上各種結(jié)構(gòu)需要來確定，即 S = L +B+A+M+C (279)式中： L——活塞的最大工作行程；B——活塞的寬度，一般為(~1)D；A——活塞桿導(dǎo)向長度，取(~)D； M——活塞桿密封長度，由密封方式?jīng)Q定；C——其他長度。故，取缸筒壁厚=8mm。(1)本設(shè)計(jì)按照薄壁圓筒設(shè)計(jì)，其壁厚(m)按薄壁圓筒公式計(jì)算為： (277)式中：p——為液壓缸最高工作壓力(MPa)；D——液壓缸內(nèi)徑(m)；[σ]活塞桿材料許用應(yīng)力(MPa)； 45號鋼的抗拉強(qiáng)度=610MPa，n為安全系數(shù)n=5；由計(jì)算的公式所得的液壓缸的壁厚厚度很小，使缸體的剛度不夠，如在切削加工過程中的變形，安裝變形等引起液壓缸工作過程中卡死或漏油。從材料力學(xué)可知，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應(yīng)力分布材料規(guī)律因壁厚的不同而各異。液壓缸的壁厚取d=25mm。對于雙作用單活塞桿液壓缸，可按照活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的速比來確定活塞桿的直徑： (276)式中：——往返速比；D——液壓缸內(nèi)徑；按照GB234880《液壓氣動(dòng)系統(tǒng)及元件——缸徑及活塞桿外徑系列》圓整為標(biāo)準(zhǔn)值。參考《液壓氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊》見附表11及附表12，故取液壓缸的公稱壓力p=4MPa，內(nèi)徑D=100mm。圓整后，液壓缸的工作壓力應(yīng)作相應(yīng)的調(diào)整。(參考《液壓氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊》P75)。圖216 工況圖 確定液壓缸內(nèi)徑D液壓缸的選材為45號鋼無縫鋼管。如圖所示為組合機(jī)床執(zhí)行元件工況圖。執(zhí)行元件的工作壓力可根據(jù)總負(fù)載或主機(jī)設(shè)備類型選取 ，參考《液壓傳動(dòng)》表114見下表：故取工作壓力為P=4MPa。若壓力過高，則密封要求就高，元件的制造精度也高，成本也高。當(dāng)負(fù)載確定后，工作壓力就決定了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和合理性。所以應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選取適當(dāng)?shù)墓ぷ鲏毫?。工作壓力低，則執(zhí)行元件的尺寸和體積都較大，完成給定的速度所需流量也大。液壓缸在不同的工作階段，應(yīng)根據(jù)液壓缸的具體工作情況來確定液壓缸負(fù)載大小。在未完成液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前，不知道密封裝置的參數(shù)，其值無法計(jì)算，一般通過液壓缸的機(jī)械效率加以考慮，常取液壓缸的機(jī)械效率為=～。由于是水平放置故此時(shí)取=0N。液壓缸工況分析圖負(fù)載分析圖215 液壓缸三運(yùn)動(dòng)分析圖a)液壓缸工作循環(huán)圖 b)液壓缸速度圖(2)摩擦阻力負(fù)載摩擦阻力負(fù)載 是指運(yùn)動(dòng)部件與支承面間的摩擦力。負(fù)載由以下計(jì)算可知：當(dāng)執(zhí)行元件為液壓缸時(shí)，在往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)時(shí)所受負(fù)載包括工作負(fù)載、摩擦阻力負(fù)載、慣性負(fù)載Fa、重力負(fù)載、密封阻力負(fù)載Fm、背壓負(fù)載等，其總負(fù)載為所有負(fù)載之和，即 (264)(1)工作負(fù)載工作負(fù)載與設(shè)備的工作情況有關(guān)，對切削機(jī)床來說，工作負(fù)載為沿執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方向上的切削分力，當(dāng)切削力與運(yùn)動(dòng)方向相反時(shí)為正值，相同時(shí)為負(fù)值。對于不同用途的液壓設(shè)備，由于工作條件不同，采用的壓力范圍也不同。 液壓缸要承受的負(fù)載包括有效工作負(fù)載、摩擦阻力和慣性力等。 負(fù)載與運(yùn)動(dòng)分析和計(jì)算按工作要求和執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，繪制出執(zhí)行元件的工作循環(huán)圖和速度－位移(或時(shí)間)曲線圖，即速度圖?；钊麠U的直徑按下式進(jìn)行校核： (262)式中：F——液壓缸的負(fù)載力；[σ]——活塞桿材料許用應(yīng)力； 45號鋼的抗拉強(qiáng)度=610MPa，由于d=，故滿足設(shè)計(jì)要求。 缸的有效面積的計(jì)算無桿腔工作時(shí)的面積 (255)有桿腔工作時(shí)的面積 (256) 液壓缸流量的確定無桿腔工作時(shí)的流量 (257)有桿腔工作時(shí)的流量 (258) 缸筒法蘭厚度h查[1]b=20mm，， (259)故，取h=22mm。則： M=+3+8+3+10=27mm (252)取M=30mm。參考《液壓氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊》見表621及表623(P255)。則： (248)故取H=100mm.圖211 后缸蓋三位圖 圖212活塞與活塞桿的組裝圖213 后蓋蓋二位圖 一般導(dǎo)向套滑動(dòng)面的長度A的確定：一般導(dǎo)向套滑動(dòng)面的長度A在D80mm時(shí)，取A=(~)D在D80mm時(shí)，取A=(~)d。 最小導(dǎo)向長度H的計(jì)算導(dǎo)向長度過小，將使液壓缸的初始撓度增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性。(2) 缸筒外徑 (245)故，取缸筒外徑=150mm。所以用經(jīng)驗(yàn)法。一般計(jì)算時(shí)可分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。般指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度。圖210 活塞桿 缸筒壁厚及缸筒外徑的計(jì)算液壓缸的壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件來計(jì)算。對d圓整,見附表13。 活塞桿直徑d的計(jì)算活塞桿的選材為45號鋼。液壓缸的內(nèi)徑系列見附錄5節(jié)。按上述公式計(jì)算的缸筒內(nèi)徑中，取其中較大者并按照GB234880《液壓氣動(dòng)系統(tǒng)及元件——缸徑及活塞桿外徑系列》圓整為標(biāo)準(zhǔn)值。對無活塞桿腔工作時(shí) (240)對有活塞桿腔工作時(shí) (241)式中：F——液壓缸的負(fù)載力；[σ]——活塞桿材料許用應(yīng)力；P——為液壓缸最高工作壓力；——液壓缸的機(jī)械效率。(參考《液壓氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊》P75)。 確定液壓缸內(nèi)徑D液壓缸的選材為45號鋼無縫鋼管。 繪制液壓執(zhí)行元件工況圖液壓執(zhí)行元件的工況圖指的是壓力圖、流量圖和功率圖。所以應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選取適當(dāng)?shù)墓ぷ鲏毫?。工作壓力低，則執(zhí)行元件的尺寸和體積都較大，完成給定的速度所需流量也大。執(zhí)行元件的工作壓力可根據(jù)總負(fù)載或主機(jī)設(shè)備類型選取 ，參考《液壓傳動(dòng)》表113見下表：按負(fù)載選擇執(zhí)行元件的工作壓力。若壓力過高，則密封要求就高，元件的制造精度也高，成本也高。 啟動(dòng)時(shí)： (236)加速時(shí)： (237)前進(jìn)時(shí)： (238)快退時(shí)： (239) 選定工作壓力當(dāng)負(fù)載確定后，工作壓力就決定了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和合理性。故取=(6)背壓負(fù)載Fb背壓負(fù)載Fb為液壓缸回油腔的背壓所產(chǎn)生阻力，在系統(tǒng)方案及液壓缸結(jié)構(gòu)尚未確定之前也無法計(jì)算，因此在負(fù)載計(jì)算時(shí)可暫不考慮。(5)密封阻力負(fù)載Fm密封阻力負(fù)載Fm為液壓缸密封裝置所產(chǎn)生的摩擦阻力。參考《液壓機(jī)械手冊》表21 取f=對于平導(dǎo)軌 (232)d對于V形導(dǎo)軌 (233)此處采用平導(dǎo)軌 故： (234) (3)慣性負(fù)載Fa慣性負(fù)載Fa是由運(yùn)動(dòng)部件的速度變化所引起的，可根據(jù)牛頓第二定律確定，即 (235)一般機(jī)械=~(4)重力負(fù)載重力負(fù)載為垂直放置的移動(dòng)部件本身的重力，當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)向上運(yùn)動(dòng)時(shí)重力負(fù)載為正值，向下則為負(fù)值，移動(dòng)部件水平放置時(shí)重力負(fù)載為零。由于負(fù)載質(zhì)量為500kg，液壓缸1的質(zhì)量為1000kg， (231)故，工作負(fù)載=14700N。該設(shè)計(jì)是液壓傳動(dòng)型工業(yè)機(jī)器人。液壓缸的工作壓力按負(fù)載確定。如圖所示為液壓傳動(dòng)型工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)分析圖。 缸筒底部厚度的校核 (229)由于=，故滿足設(shè)計(jì)要求。 缸的有效面積的計(jì)算無桿腔工作時(shí)的面積 (224)有桿腔工作時(shí)的面積 (225)圖27 幾種缸底結(jié)構(gòu) 液壓缸流量的確定無桿腔工作時(shí)的流量 (226)有桿腔工作時(shí)的流量 (227) 活塞桿強(qiáng)度的校核。則 M=2+5=+5= (221) 取M=。參考《液壓氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊》見表621及表623(P255)。則： (217)故取H=100mm.圖25 液壓缸內(nèi)部結(jié)構(gòu) 一般導(dǎo)向套滑動(dòng)面的長度A的確定：一般導(dǎo)向套滑動(dòng)面的長度A在D80mm時(shí)，取A=(~)D在D80mm時(shí)，取A=(~)d。 最小導(dǎo)向長度H的計(jì)算導(dǎo)向長度過小，將使液壓缸的初始撓度增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性。所以用經(jīng)驗(yàn)法。一般計(jì)算時(shí)可分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。般指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度。 缸筒壁厚的計(jì)算液壓缸的壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件來計(jì)算。對d圓整,見附表13。 活塞桿直徑d的計(jì)算活塞桿的選材為45號鋼。液壓缸的內(nèi)徑系列見附錄5節(jié)。圖24 液壓缸執(zhí)行元件工況圖對無活塞桿腔工作時(shí) (210)對有活塞桿腔工作時(shí) (211)式中：F ——液壓缸的負(fù)載力；[σ] ——活塞桿材料許用應(yīng)力；P ——為液壓缸最高工作壓力； ——液壓缸的機(jī)械效率為 ——往返速比，取=《液壓氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊》表34表23 速比系列25按上述公式計(jì)算的缸筒內(nèi)徑中，取其中較大者并按照GB234880《液壓氣動(dòng)系統(tǒng)及元件——缸徑及活塞桿外徑系列》圓整為標(biāo)準(zhǔn)值。(參考《液壓氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊》P75)。 確定液壓缸內(nèi)徑D液壓缸的選材為45號鋼無縫鋼管。 繪制液壓執(zhí)行元件工況圖液壓執(zhí)行元件的工況圖指的是壓力圖、流量圖和功率圖。所以應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選取適當(dāng)?shù)墓ぷ鲏毫?。工作壓力低，則執(zhí)行元件的尺寸和體積都較大，完成給定的速度所需流量也大。執(zhí)行元件的工作壓力可根據(jù)總負(fù)載或主機(jī)設(shè)備類型選取 ，參考《液壓傳動(dòng)》表113見下表：按負(fù)載選擇執(zhí)行元件的工作壓力。若壓力過高，則密封要求就高，元件的制造精度也高，成本也高。 啟動(dòng)時(shí)： (26)加速時(shí)： (27)前進(jìn)時(shí)： (28)快退時(shí)： (29) 選定工作壓力當(dāng)負(fù)載確定后，工作壓力就決定了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和合理性。故取=(6)背壓負(fù)載Fb背壓負(fù)載Fb為液壓缸回油腔的背壓所產(chǎn)生阻力，在系統(tǒng)方案及液壓缸結(jié)構(gòu)尚未確定之前也無法計(jì)算，因此在負(fù)載計(jì)算時(shí)可暫不考慮。(5)密封阻力負(fù)載Fm密封阻力負(fù)載Fm為液壓缸密封裝置所產(chǎn)生的摩擦阻力。參考《液壓機(jī)械手冊》表21 取f=對于平導(dǎo)軌 (22)d對于V形導(dǎo)軌 (23)此處采用平導(dǎo)軌 故： (24)(3)慣性負(fù)載Fa慣性負(fù)載Fa是由運(yùn)動(dòng)部件的速度變化所引起的，可根據(jù)牛頓第二定律確定，即 (25)一般機(jī)械=~(4)重力負(fù)載重力負(fù)載為垂直放置的移動(dòng)部件本身的重力，當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)向上運(yùn)動(dòng)時(shí)重力負(fù)載為正值，向下則為負(fù)值，移動(dòng)部件水平放置時(shí)重力負(fù)載為零。負(fù)載由以下計(jì)算可知：當(dāng)執(zhí)行元件為液壓缸時(shí)，在往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)時(shí)所受負(fù)載包括工作負(fù)載、摩擦阻力負(fù)載、慣性負(fù)載Fa、重力負(fù)載、密封阻力負(fù)載Fm、背壓負(fù)載等，其總負(fù)載為所有負(fù)載之和，即 (21)(1)工作負(fù)載工作負(fù)載與設(shè)備的工作情況有關(guān)，對切削機(jī)床來說，工作負(fù)載為沿執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方向上的切削分力，當(dāng)切削力與運(yùn)動(dòng)方向相反時(shí)為正值，相同時(shí)為負(fù)值。對于不同用途的液壓設(shè)備，由于工作條件不同，采用的壓力范圍也不同。 液壓缸工況分析圖負(fù)載分析返回返回圖23 液壓缸運(yùn)動(dòng)分析圖a)液壓缸工作循環(huán)圖 b)液壓缸速度圖液壓缸要承受的負(fù)載包括有效工作負(fù)載、摩擦阻力和慣性力等。(1)結(jié)構(gòu)布局主視圖(2)結(jié)構(gòu)布局俯視圖圖22 液壓缸布局圖 負(fù)載與運(yùn)動(dòng)分析和計(jì)算按工作要求和執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，繪制出執(zhí)行元件的工作循環(huán)圖和速度－位移(或時(shí)間)曲線圖，即速度圖。8)繪制液壓缸裝配圖和零件圖，編制技術(shù)文件。液壓缸速度、時(shí)不需要設(shè)計(jì)緩沖裝量。6)必要時(shí)設(shè)計(jì)緩沖和排氣裝置。即時(shí)，應(yīng)進(jìn)行活塞桿縱向彎曲強(qiáng)度校核及液壓缸穩(wěn)定性校核。5)活塞組件設(shè)計(jì)，包括活塞的寬度B、密封和支承形式、與活塞桿的連接方式；活塞桿與負(fù)載的連接形式和尺寸；根據(jù)負(fù)載F校核活塞桿的強(qiáng)度。無焊接要求時(shí)通常可選用45號鋼，有特殊要求的，可選用合金鋼。缸筒通常選擇冷撥或熱軋無縫鋼管，以節(jié)省加工費(fèi)用，特殊要求時(shí)選用鍛件或鑄件。3)選擇缸筒材料，計(jì)算缸筒厚度或外徑。比較方便的方法是根據(jù)液壓計(jì)算的相關(guān)圖表或液壓缸性能參數(shù)表，由選定的額定(工作)壓力或負(fù)載確定D和d。圖21常見液壓缸1)根據(jù)設(shè)計(jì)依據(jù)和負(fù)載機(jī)構(gòu)的動(dòng)作要求，初步確定設(shè)計(jì)方案：缸體結(jié)構(gòu)形式、安裝方式、連接方式等。一般情況下，應(yīng)根據(jù)已確定的工作條件和掌握的設(shè)計(jì)資料，靈活地選擇設(shè)計(jì)程序和步驟，反復(fù)推敲和計(jì)算，直到獲得滿意的設(shè)計(jì)結(jié)果。 設(shè)計(jì)的一般步驟不同類型、用途和結(jié)構(gòu)的液壓缸，設(shè)計(jì)內(nèi)容是不同的。9)各種零件的結(jié)構(gòu)形式和尺寸設(shè)計(jì)，應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)形式和規(guī)范系列尺寸，盡量選用標(biāo)準(zhǔn)件。8)根據(jù)液壓缸的工作條件和具體情況設(shè)置適當(dāng)?shù)呐艢?、緩沖和防塵措施。7)密封部位的設(shè)計(jì)和密封件的選用要合理，保證性能可靠、泄漏量少、摩擦力小、壽命長、更換方便。5)盡量避免液壓缸承受橫(側(cè))向負(fù)載和偏心負(fù)載，活塞桿工作時(shí)最好受拉力，以免產(chǎn)生縱向彎曲而引發(fā)穩(wěn)定問題。一般說來，在外負(fù)載一定的條件下，提高液壓缸的額定工作壓力可減小液壓缸的外形尺寸。2)保證液壓缸的每個(gè)零件有足夠的強(qiáng)度、剛度和耐用性(壽命)。1)保證液壓缸的輸出力推力、拉力(或轉(zhuǎn)矩)、行程和往返運(yùn)動(dòng)速度滿足要求。借鑒已有的液壓缸的設(shè)計(jì)是十分必要的。設(shè)計(jì)已知液壓系統(tǒng)的液壓缸，應(yīng)了解液壓泵的工作壓力和流量大小，管路的通徑和布置情況，各種液壓閥的安裝和控制情況等。以作用力為主要要求的液壓缸與以運(yùn)動(dòng)速度或時(shí)間為主要要求的液壓缸，設(shè)計(jì)考慮