【正文】 式（ 22） 由于速比 過大時會使無桿腔 產(chǎn)生過大的回油壓力，過小時則活塞桿太細(xì)，穩(wěn)定性差，所以，當(dāng)液壓缸沒有速比要求時，可根據(jù)液壓缸的工作壓力參照表 11 來確定速比，然后根據(jù)選擇的速比進行計算。所以本次設(shè)計查表可選速比 =； 表 22液壓缸的工作壓力與速比 液壓缸工作壓力 /MPa 小于等于 10 10～ 20 大于等于 20 速比 ～ 2 2 所以由式 （ 22） 得： 0 .8m v d? ? ? ???566014 4 4 . 0 1 01 0 1 0 2 7 5 . 30 . 7 3 . 1 4 0 . 8 1 2FD m mP? ? ? ????? ? ? ? ?? ? ?01F?? ? ?ppDd?1dD??????1p?1dD???? 1280 ?? ? 11 計算得到的活塞桿直徑 應(yīng)按照表 12 圓整為標(biāo)準(zhǔn)值。 表 23 活塞桿直徑系列 活塞桿直徑系列 /mm (GB/T 23481993) 1 1 1 2 2 2 3 3 4 50、 5 6 70、80、 90、 100、 1 12 1 160、 180、 200、 2 250、 280、 3 360 所以取 d=180mm 流量的計算 液壓缸流量根據(jù)下式計算： 當(dāng)活塞桿外推時： （ ） 式（ 23） 當(dāng)活塞桿內(nèi)拉時： （ ） 式（ 24） 設(shè)計要求中給定了活塞的平均 工進 速度： =而活塞的面積： = = 容積效率： =1 根據(jù)式 （ 23） 得到活塞桿外推時的流量： =所以總系統(tǒng)工作流量 Q=2 =105 L/min 根據(jù)式 （ 24） 的活塞桿回程時的速度： =d11 mvAvq ?? 3/ms222vAvq ?? 3/ms1v1A 2/4D ? 2m222 ( ) / 4 36 1A D d m m?? ? ? ?v?1q1q222vqv A?? 12 最小導(dǎo)向長度的確定 當(dāng)活塞桿全部外伸時，從活塞支承面中點到缸蓋滑動支承面中點距離為 H，稱為最小導(dǎo)向長度。如果導(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，因此在設(shè)計時必須保證有一定的最小導(dǎo)向長度。 圖 23 液壓缸最小導(dǎo)向長度 對一般的液壓缸，最小導(dǎo)向長度 應(yīng)滿足： 式中： — 液壓缸的最大行程 (mm) 設(shè)計要求 =200mm — 液壓缸內(nèi)徑 (mm) 取 H=150mm 活塞寬度 的確定 活塞的寬度 一般取 =（ ） 即 =（ ） 280=（ 168280） mm 取 =200mm 缸體長度的確定 液壓缸缸體內(nèi)部的長度應(yīng)等于活塞的行程與活塞寬度的和。缸體外部尺寸還要考慮到兩端端蓋的厚度，一般液壓缸缸體的長度不應(yīng)大于缸體內(nèi)徑 的 2030 倍。 即：缸體內(nèi)部長度 200+150=350mm 缸體長度≤（ 2030） =（ 56008400） mm 即取缸體長度為 550mm H2 0 0 2 8 0 1502 0 2 2 0 2lDH m m m m? ? ? ? ?l lDBB B DBBDD 13 缸筒壁厚的計算 在中、低壓系統(tǒng)中，液壓缸的壁厚基本上由結(jié)構(gòu)和工藝上的要求確定，壁厚通常都能滿足強度要求，一般不需要計算。但是，當(dāng)液壓缸的工作壓力較高和缸筒內(nèi)徑較大時，必須進行強度校核。 當(dāng) 時，稱為薄壁缸筒，按材料力學(xué)薄壁圓筒公式計算，計算公式為： ⑥式中， — 缸筒內(nèi)最高壓力； — 缸筒材料的許用壓力。 = , 為材料的抗拉強度， n 為安全系數(shù)，當(dāng)時，一般取 。 當(dāng) 時 ,按式 （ 25） 計算 (該設(shè)計采用無縫鋼管 ) 式（ 25） 根據(jù)缸徑查手冊預(yù)取 =30 此時 最高允許壓力一般是額定壓力的 倍，根據(jù)給定參數(shù) ，所以： =12 =18MP [? ]=100～ 110MPa （無縫鋼管），取 [? ]=100MPa ，其壁厚按公式 （ 25） 計算為 滿足要求，就取壁厚為 40mm。 缸體外徑尺寸的計算 缸體 外徑 查機械手冊表：外徑 取 340mm ?? ? ?max2pD? ??maxp??? ??? /b n? b??? 5n? ???? ?m a x m a x2 .3 3pDp? ?? ??300 .0 8 0 .1 0 7 0 .3280D?? ? ? ?12P MPa? maxP ?? ?m a x m a x 1 8 2 8 0 2 8 . 62 . 3 3 2 . 3 1 0 0 3 1 8pD mmp? ? ?? ? ?? ? ?1 2 2 8 0 2 4 0 3 6 0D D m m?? ? ? ? ? ?1D 14 活塞桿強度和液壓缸穩(wěn)定性計算 活塞桿的直徑 按下式進行校核 ][4?? Fd? 式中， 為活塞桿上的作用力； ][? 為活塞桿材料的許用應(yīng)力， ][? = ,n 一般取 。 滿足要求 活塞桿受軸向壓縮負(fù)載時，它所承受的力 F 不能超過使它保持穩(wěn)定工作所允許的臨界負(fù)載 kF ，以免發(fā)生縱向彎曲，破壞液壓缸的正常工作。 kF 的值與活塞桿材料性質(zhì)、截面形狀、直徑和長度以及液壓缸的安裝方式等因素有關(guān)。若活塞桿的長徑比 且桿件承受壓負(fù)載時，則必須進行液壓缸穩(wěn)定性校核?；钊麠U穩(wěn)定性的校核依下式進行 kknFF? 式中， kn 為安全系數(shù)，一般取 kn =2~4。 時 時 式中， l 為安裝長度，其值與安裝方式有關(guān)，見表 1； kr 為活塞桿橫截面最小回轉(zhuǎn)半徑，dF/b n?564 4 1 01 8 0 3 43 . 1 4 5 9 8 1 0 / 1 . 4d m m m m??? ? ???/ 10ld?/ kl r m i?22k i EJF l??/ kl r m i?21 ( )kkfAF alir? ? 15 AJrk /? ； 為柔性系數(shù)，其值見表 24； 為由液壓缸支撐方式?jīng)Q定的末端系數(shù)，其值見表 1；為活塞桿材料的彈性模量，對鋼取 ； 為活塞桿橫截面慣性矩； 為活塞桿橫截面積； 為由材料強度決定的實驗值， 為系數(shù)，具體數(shù)值見表 25。 表 24 液壓缸支承方式和末端系數(shù) 的值 支承方式 支承說明 末端系數(shù) 一端自由一端固定 1/4 兩端鉸接 1 一端鉸接一端固定 2 兩端固定 4 表 25 f 、 ? 、 的值 材料 28 /10 mNf ? ? 鑄鐵 1/1600 80 鍛鐵 1/9000 110 鋼 1/5000 85 時 ,缸已經(jīng)足夠穩(wěn)定，不需要進行校核。 此設(shè)計安裝方式采取一段固定，一段自由的安裝方式。 所以 取 則 m iE 211 / mNE ?? Af ?iimm20lk?1/4i?223 . 1 4 0 . 1 8 0 . 0 2 544dA ? ?? ? ?40 0 0. 4l mm m?? / / 5 4k l A? ? ? 16 由于 ，此缸已經(jīng)足夠穩(wěn)定，不需要進行穩(wěn)定性校核。 缸筒壁厚的驗算 下面從以下三個方面進行缸筒壁厚的驗算： A液壓缸的額定壓力 值應(yīng)低于一定的極限值，保證工作安全： 式（ 26） 根據(jù)式 （ 26） 得到： 顯然，額定油壓 = =12MP，滿足條件； B 為了避免缸筒在工作時發(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： 式（ 27） 式（ 28） 先根據(jù)式 （ 28） 得到： = 再將得到結(jié)果帶入 （ 27） 得到： 顯然，滿足條件； C 耐壓試驗壓力 ，是液壓缸在檢查質(zhì)量時需承受的試驗壓力。在規(guī)定的時間內(nèi)，液壓缸在此壓力 下，全部零件不得有破壞或永久變形等異?，F(xiàn)象。 各國規(guī)范多數(shù)規(guī)定 : 204lk ? ? ?np22121()0 .3 5 sn DDp D? ?? ()MPa2223 5 3 ( 0 . 3 6 0 . 2 8 )0 . 3 5 4 8 . 8 1 ( )0 . 3 6np M p a??? ? ?np pnp( ~ )n plpp? logpl s Dp D?? logpl s Dp D?? ()MPa12 ( 5 ~ 2) 88. 61 31. 0 ~ 37. 2np p M pa M P a M P a? ? ? ? ?TPTP 17 當(dāng)額定壓力 時 （ MPa） D為了確保液壓缸安全的使用，缸筒的爆裂壓力 應(yīng)大于耐壓試驗壓力 ： (MPa） 式（ 29） 因為查表已知 =596MPa，根據(jù)式 （ 210） 得到： 至于耐壓試驗壓力應(yīng)為： 因為爆裂壓力遠(yuǎn)大于耐壓試驗壓力，所以完全滿足條件。 以上所用公式中各量的意義解釋如下： 式中 : — 缸筒內(nèi)徑（ ）； — 缸筒外徑（ ）； — 液壓缸的額定壓力（ ） — 液壓缸發(fā)生完全塑形變形的壓力（ ）； — 液壓缸耐壓試驗壓力（ ）； — 缸筒發(fā)生爆破時壓力（ ）； — 缸筒材料抗拉強度（ ）； — 缸筒材料的屈服強度（ ； — 缸筒材料的彈性模量（ ）； — 缸筒材料的泊桑系數(shù) 鋼材： = 16np MPa??Ep Tp12 .3 lo gEb Dp D??b? MPa? 18TP P M Pa? ? ?D m1D mnp MPaplp MPaTp MPaEp MPab? MPas? MPaE MPa?? 18 缸筒的加工要求 缸筒內(nèi)徑 采用 H7級配合，表面粗糙度 為 ，需要進行研磨； 熱處理：調(diào)制， HB 240； 缸筒內(nèi)徑 的圓度、錐度、圓柱度不大于內(nèi)徑公差之半； 剛通直線度不大于 ； 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。 法蘭設(shè)計 液壓缸的端蓋形式有很多，較為常見的是法蘭式端蓋。本次設(shè)計選擇法蘭式端蓋 （缸筒端部）法蘭厚度 根據(jù)下式進行計算： 式中， 法蘭厚度（ m）； — 密封環(huán)內(nèi)經(jīng) d=260（ m）； 密封環(huán)外徑（ m）； =280mm 系統(tǒng)工作壓力（ pa）； =12MPa 附加密封力（ Pa）； 值取其材料屈服點 353MPa； 螺釘孔分布圓直徑（ m）； =300mm 密封環(huán)平均直徑（ m）； =270mm 法蘭材料的許用應(yīng)力（ Pa）； [ ]= /n=353/5= — 法蘭受力總合力（ m） D aR?D? ?04 ( ) cpcpF D dh d???hdHd? Hdp? pq? q0D? 0Dcpd? cpd???? ? s?F 19 所以 =38mm 為了安全取 =40mm 缸底厚度設(shè)計 A．缸底無孔時，缸底厚度 為 式中， — 緩沖槽直徑。 B．缸底有孔時，缸底厚度 為 式中， — 油口直徑。 圖 24 缸底 本設(shè)計選取有孔平面缸底；油口直徑 2 2 2 2 6 2 2 63 . 1 4 3 . 1 4( ) 0 . 2 6 1 2 1 0 ( 0 . 2 8 0 . 2 6 ) 1 2 1 04 4 4 4HF d p d d q??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ?04 ( ) cpcpF D dh d???? 3 64 7 3 8 .5 1 0 ( 0 .3 0 .2 7 )3 .1 4 0 .2 7 7 0 .6 1 0? ? ?? ? ?hh? ? phd??dh? ? 00 .4 3 3 ()pDhD Dd?? ?0d0d 20 缸的油口直徑 可用公式⑤計算。