【正文】 4375 = () t? 2820?? = () 圓整后 可取管子的壁厚為 3mm (4) 硬管的安裝 1) 兩固定點之間需要直管連接，且有一個松彎部位。這不僅便于拆裝，同時也不會因熱脹冷縮導致嚴重的拉應力。 2) 管子的彎曲半徑應盡可能大。 液壓缸設計 15 5 液壓缸設計 液壓缸的類型和安裝形式 液壓缸分為 單作用液壓缸 、雙作用液壓缸和組合式液壓缸三種形式。單作用液壓缸又分為單作用活塞液壓缸、單作用伸縮液壓缸和單作用柱塞液壓缸；雙作用液壓缸分為雙作用無緩沖式液壓缸、可調(diào)單向緩沖式 、可調(diào)雙向緩沖式、不可調(diào)單向緩沖式、不可調(diào)雙向緩沖式液壓缸、雙作用伸縮液壓缸和雙活塞桿液壓缸；組合液壓缸分為單聯(lián)式、雙向式和多工位式。 這里選擇單作用活塞式液壓缸。 液壓缸的常用安裝形式有腳架型、耳環(huán)型 、 法蘭型和耳軸型安裝，這里選擇耳軸型安裝。 通用型液壓缸結構比較簡單，零部件已達到標準化，因此，用途較為廣泛，使用于各種液壓系統(tǒng)。它一般有拉桿型、法蘭型和焊接型液壓缸。其中焊接型液壓缸的尺寸外形較小，暴露在外面的零件也少，能承受一定的沖擊負載和惡劣的外部環(huán)境。但由于受到前端蓋與缸筒連接強度的限制，缸的內(nèi)徑不能 太大，額定壓力不能太高。額定壓力 小于 25Ｍ pa，缸筒內(nèi)徑小于 320mm，活塞桿和缸筒加工條件許可時允許最大行程 15m，多用于車輛、船舶和礦山等機械。拉桿型液壓缸的端蓋有方形和圓形兩種。一般來說 ,方形用四根拉桿 ,圓形用 6 根拉桿 ,前后端蓋和活塞等零件均為通用件。制造成本較低 ,適用于批量生產(chǎn)。法蘭型液壓缸的缸筒和前端蓋、后端蓋均用法蘭連接。法蘭與缸筒有整體結構式 ,也有采用焊接和螺紋等方式。法蘭型液壓缸的缸筒內(nèi)徑大于 100mm,外形尺寸大 ,額定壓力高 ,能承受較大的沖擊負載 ,屬重型液壓缸 ,多用于重型機械 ,冶金機械。法 蘭型液壓缸的通常額定壓力小于35Mpa,缸筒內(nèi)徑小于 320mm,允許最大行程 10m。 這次設計的液壓缸 ,是用于牽引皮帶前后運動 ,活塞桿的行程為 ,牽引力大約 600KN 左右 ,選取單作用活塞式液壓缸 ,液壓缸的安裝選用銷軸型 ,液壓缸連接方式前端蓋采用卡環(huán)式連接 ,后端蓋采用焊接方式。 液壓缸主要零部件結構、材料和技術要求 缸筒與缸蓋 (1) 結構 缸筒的結構與端蓋的連接形式 ,液壓缸的用途 ,工作壓力 ,環(huán)境以及安裝要求等因素有關。端蓋分為前端蓋和后端蓋兩種，前者將液壓缸的活塞桿腔封閉 ,起著為活 塞桿導向 、 防塵和密封作用。后者將缸筒底腔封閉 ,并起著將液壓缸和其它機件連接的作用。常用的缸筒與缸蓋的有拉桿 、 法蘭 、 內(nèi)外螺紋 、 內(nèi)外卡環(huán)及擋圈等連接方式。前端蓋與缸筒采用法蘭連接 ,如下圖 商丘工學院本科畢業(yè)論文（設計） 16 圖 1. 前缸蓋 2. 法蘭 3. 螺栓 后端蓋與缸筒采用法蘭連接 ,如下圖 圖 法蘭連接圖 （ 2) 材料和技術要求 缸筒材料要求具有足夠的強度和沖擊韌性 ,能夠長 期承受較大的工作壓力及短期動態(tài)試驗壓力下不致產(chǎn)生變形 ,有足夠的剛度 ,毛坯可采用退火的冷拔或熱軋無縫鋼管。材料機械性能如下表所示： 1) 缸筒壁厚及驗算： 表 缸筒壁厚 參查 《 機械設計手冊 》 液壓傳動表 2069選擇合適的產(chǎn)品系列。 2) 缸筒底部厚度計算： 因本次設計為單作用液壓缸，在無桿側沒有壓力油，而且缸筒聯(lián)結形式選用前端法蘭。底部足夠承受液壓沖擊，故不需考慮厚度。 3) 缸筒頭部法蘭厚度： 材料 σ b最小值 σ s最小值 δ s最小值 45 610 360 14 液壓缸設計 17 參照 《 機械設計手 冊 》 第二版下冊選擇合適的法蘭，法蘭為凸面對焊剛質(zhì)管 B型法蘭。具體尺寸見下表： 表 法蘭尺寸 公稱通徑 法蘭焊端外徑 法蘭外徑 螺栓孔中心圓直徑 螺栓孔徑 螺栓 數(shù)量 螺紋 80 89 270 203 33 8 M30 字母標記見 《 機械設計手冊 》 第二版下冊 —— 機械工業(yè)出版社出版。 4) 缸筒與端部焊接應力計算： 因為本次設計為 單作用液壓缸，在無桿側沒有壓力油，而且缸筒聯(lián)結形式選用前端法蘭。所以不必計算，采用一般焊接即可。 缸筒制造加工要求： 缸筒內(nèi)徑 D采用 H7級配合，表面粗糙度值為 微米，需進行研磨。采用調(diào)質(zhì)熱處理，硬度 HB不小于 241。缸筒內(nèi)徑 D的圓度、錐度、圓柱度不大于內(nèi)徑公差之半。缸筒直線度公差在 500mm長度上不大于 。缸筒端面 T對內(nèi)徑的垂直度在 100mm上不大于 。 活塞 (1) 活塞結構型式： 選用組合活塞。組合式活塞結構多樣，該活塞可多次拆裝，密封件使用壽命長。密封圈可與導向環(huán) 聯(lián)合使用，降低活塞的加工成本。 (2) 活塞與活塞桿的連接： 選用卡環(huán)式，用鎖緊機構防止工作時因往復運動松開。 (3) 活塞的密封： 采用車氏組合密封角形滑環(huán)式。 (4) 活塞尺寸與加工公差： 活塞寬度取值為活塞外徑的 ?；钊鈴降呐浜喜捎?f9，外徑對內(nèi)孔的同密封圈 法蘭厚度 法蘭高度 法蘭外徑 法蘭內(nèi)徑 d X Y f2 48 118 133 70 138 127 12806 5 商丘工學院本科畢業(yè)論文（設計） 18 軸度公差不大于 ，端面與軸線的垂直度公差不大于 ，外表面的圓度和圓柱度不大于外徑公差之半。 (5) 活塞的材料 液壓缸活塞常用材料為耐磨鑄鐵、灰鑄鐵 (HT300、 HT350)、鋼 (有的在外徑上套有尼龍 6 尼龍 1010 或夾布酚醛塑料的耐磨環(huán) )及鋁合金等。 選擇 45 作為液壓缸活塞的材料。 活塞桿 活塞桿的端部結構形式選擇外螺紋。 (1) 活塞桿結構 活塞桿有 空 心桿 與實 心桿兩種，見圖 。空心活塞桿的一端，要留出焊接和熱處理時用的通氣孔 d2。 圖 a)實心活塞桿 b)空心活塞桿 這里選擇實心活塞桿。 (2) 活塞桿材料 實心桿材料為 3 45 鋼；空心桿材料為 3 45 無縫鋼管。 本設計選擇 45 鋼作為活塞桿材料。 (3) 活塞桿的技術要求 1) 活塞桿的熱處理：粗加工后調(diào)質(zhì) 處理 到 229～ 285HB,必要時，再淬火，硬度達 45～ 55HRC。 2) 活塞桿 d和 d1的圓度公差值， 可 按 10或 11級精度。 選取 10級精度。 3) 活塞桿 d的圓柱度公差值，應按 8級精度選取。 4) 活塞桿 d對 d1的徑向跳動公差值，應為 。 5) 端面 T 的垂直度公差值，則應按 7級精度選取。 液壓缸設計 19 6) 活塞桿上的螺紋，一般應按 6級精度加工 。 7) 活塞桿上若有聯(lián)接銷孔時，該孔徑按 H11 級加工。孔軸線與活塞桿軸線垂直公差值，按 6級精度選取。 8) 活塞桿上下工作表面的粗糙度為 m，必要時，可以鍍鉻，鍍層厚度約為,鍍后拋光 。 (4) 活塞桿的尺寸。 活塞桿直徑計算： MFdP3104 ??? ?? () F —— 液壓缸的推力 ， N σ p —— 材料的許用應力， Mpa nSP ?? ? ， d —— 活塞桿直徑， m 活塞桿彎曲穩(wěn)定性驗算： 采用實用驗算法。已知作用力和活塞桿直徑，可以校驗出穩(wěn)定性程度，經(jīng)過校驗，活塞桿彎曲穩(wěn)定性良好。 活塞桿的導向套、密封和防塵 活塞桿導向套在液壓缸的有桿側端蓋內(nèi)，用以對活塞桿進行導向，內(nèi)裝有密封裝置以保證缸筒有桿側的密封。外側裝有防塵圈，以防止活塞桿在后退時把雜質(zhì)、灰塵和水分帶到密封裝置處，損壞密封裝置。導向套的結構采用軸套式。 導向套材料選用摩擦系數(shù)小、耐磨性好 的青銅材料。 導向套長度的確定：通常采用兩段導向段，每段寬度為 d/3，兩段中線距離為2d/3。 受力分析：分析導向套的受力情況。本次設計的液壓缸主要受拉力，與活塞桿軸線重合，所以外力作用在活塞上的力矩主要由安裝形式?jīng)Q定，導向套所受支撐壓應力很小。遠遠小于材料的許用壓應力，可以不進行驗算。 導向長度的確定：導向長度過短，將使液壓缸因的初始撓度增大，影響液壓缸的工作性能，因此，設計必須保證缸的最小導向長度，一般缸的最小導向長度須滿足： H≥ A 導向套滑動面的長度 A，在缸徑小 于 80mm時，取 A=(～ )D 當缸徑大于 80mm時，取 A=(～ )d 商丘工學院本科畢業(yè)論文（設計） 20 本次設計液壓缸缸徑為 220mm。大于 80mm。所以代入第二個公式，即 A=(～)d。選擇 A=,d= 70=56mm。 加工要求：導向套外圓與端蓋內(nèi)孔的配合多為 H8/f7，內(nèi)孔與活塞桿外圓的配合多為 H9/f9。外圓與內(nèi)孔的同軸度公差不大于 ，圓度和圓柱度公差不大于直徑公差之半。 排氣閥 如果排氣閥設置不當或沒有設置，壓力油進入液壓缸后，缸內(nèi)仍會有空氣，由于空氣具有壓縮性和滯后擴張性，易造成液壓缸和整個液壓系統(tǒng)在工作中的顫振和爬行，影響液壓缸的正常工作。 為了避免這種情況的發(fā)生，除了防止空氣進入液壓系統(tǒng)外，必須在液壓缸上安裝排氣閥。排氣閥的位置要合理。由于空氣比油液輕，總是向上飄浮，所以排氣閥要與壓力腔相通，設置在端蓋的上方。這樣在安裝后調(diào)試前排除液壓缸內(nèi)之空氣。 排氣閥的結構形式：采用整體式結構。該結構閥體與閥針合為一體。用螺紋與缸筒或端蓋連接，靠頭部錐面起密封作用。排氣時，擰松螺母，缸內(nèi)空氣從錐面間隙中擠出，并經(jīng)過斜孔排出缸外。 這種排氣閥簡單、方便，但 螺紋與錐面密封處同心度要求高，否則擰緊排氣閥后密封不當，會造成外泄露。閥的材料用 45鋼，錐部熱處理硬度 38～ 44HRC。整體排氣閥的實際結構尺寸如下圖。 整體式排氣閥 圖 排氣閥 圖 排氣閥 a)閥體 b)閥針 油口 油口包括油口孔和油口連 接螺紋。設計液壓缸為單作用液壓缸，故只有一個油口，油口可布置于端蓋和缸筒上。 表 油口尺寸 D (螺紋精度 6H) J min K+ E P min S max U+ Y min Z ?1? M18 150 密封圈、防塵圈的選用 o 形密封圈是一種橫斷面形狀為圓形的耐油橡膠形（簡稱 o 形圈），是液壓設液壓缸設計 21 備中使用最多，最廣泛的一種密封 件，可用靜密封和動密封。為減少或避免運動時o 形圈發(fā)生扭曲和變形，用于動密封的 o 形圈的斷面直徑較靜密封的斷面直徑大。用于動密封的 o 形圈同樣也可用于靜密封。與其它的密封圈相比， o 形圈具有如下優(yōu)點： 1) 密封性能好，單圈即可對兩個方向起密封作用； 2) 密封部位的結構簡單、所占空間小、方便拆裝； 3) 對油液、壓力和溫度的適應性好； 4) 動摩擦阻力小，既可做動密封，又可做靜密封，但其缺點是作動密封時，啟動摩擦阻力大，壽命短。 銷軸的安裝 液壓缸為銷軸的主要安裝尺寸 (mm) 表 銷 軸結構尺寸 直徑 D 銷 軸 結 構 尺 寸 壓力 20MPa TD 60 220 TL 60 液壓缸的主要性能參數(shù) (1) 壓力 p 1) 公稱壓力 np 公稱壓力 np 也稱額定壓力 ,即在正常工作條件下 ,液壓缸用來工作的最大壓力 ,按國家標準 GB/T79381987,并結合實際情況選公稱壓力為 np =20Mpa。 2) 最高允許壓力 maxp 液壓缸在超過額定壓力短暫運行的最大壓力稱為最高允許壓力。 通常規(guī)定為 maxp ≤ np ，此最高額定壓力為 maxp =25Mpa 3) 耐壓試驗壓力 Tp 耐壓試驗壓力指的是液壓缸在檢查時要承受的壓力。在規(guī)定時內(nèi) ,液壓缸在該壓力作用下 ,所有零件不得破壞或變形等出現(xiàn)。 額定壓力 np ≤16Mpa時， Tp = np ，額定壓力 np 16Mpa時， Tp = np ，對軍用產(chǎn)品規(guī)定 Tp =() np ，顯然此處耐壓的試驗壓力 ??? 30Mpa。 (2) 液壓缸活塞之理論推力 1F 2F 商丘工學院本科畢業(yè)論文（設計） 22 圖 1F 受力示意圖 當活塞桿向外伸出時的理論推力 1F =A1 p=4? ?? 2D p 實際推力為 1F = ? ?2220 20≈ 760000N=760KN （ ） 當活塞縮回時的理論拉力 2F = ?2A p=4?