抬升機(jī)液壓缸各組成部分的設(shè)計(jì)計(jì)算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u6754抬升機(jī)液壓缸各組成部分的設(shè)計(jì)計(jì)算案例 1321411.1液壓缸缸筒的設(shè)計(jì)和核算 1154011.2活塞桿的設(shè)計(jì)與計(jì)算 4170651.3導(dǎo)向套的設(shè)計(jì)與計(jì)算 9143671.4液壓缸油口位置的相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)程 1033401.5設(shè)計(jì)液壓缸的端蓋和缸底 12158211.6密封件的選用 15283191.7防塵圈 16240241.8液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu) 161.1液壓缸缸筒的設(shè)計(jì)和核算液壓缸的缸筒屬于液壓缸的主體部分，缸筒和液壓缸的缸蓋、缸底以及油口等零部件共同構(gòu)建得到密封極好的容腔，其功能是盛放壓力油，此外它能夠保證活塞有正確的運(yùn)動(dòng)軌道。在對(duì)液壓缸缸筒進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中，但對(duì)其每一部分的具體尺寸加以合理確立，從而保證液壓缸具備穩(wěn)定的輸出力，運(yùn)動(dòng)速度適當(dāng)，具備有效行程，此外還要保證足夠的強(qiáng)度，可以對(duì)各種沖擊力予以承受。此外，缸筒的內(nèi)表面要具備恰當(dāng)?shù)呐浜暇?，同時(shí)保證合理的表面粗糙度，滿足幾何精度要求，從而確保液壓缸具有較好的密封性，保證運(yùn)動(dòng)足夠平穩(wěn)，壽命長。（1）液壓缸內(nèi)徑D的核算：針對(duì)液壓缸的內(nèi)徑和活塞桿的直徑進(jìn)行核酸的時(shí)候均要考慮設(shè)備具體類型，譬如機(jī)床類，若體積較大，則要具備足夠的牽引力，核算時(shí)主要考慮其承受的載荷；若機(jī)床承受載荷小運(yùn)轉(zhuǎn)速度高，只要達(dá)到速度要求，核算時(shí)主要考慮其速度參數(shù)，本文核算液壓缸的內(nèi)徑時(shí)主要考慮其承受的載荷。通過上文核算結(jié)果可得液壓缸的直徑D等于,且該核算值要參考國家標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中有關(guān)液壓缸的規(guī)定予以調(diào)整。參考機(jī)械手冊(cè)當(dāng)中工程液壓缸的相關(guān)技術(shù)規(guī)格表37-7-7能夠確定：缸徑等于，工作壓力取值。公式當(dāng)中D表征液壓缸的內(nèi)徑（單位：米）F表征液壓缸的推力（單位：千牛）P表征系統(tǒng)的工作壓力（單位：兆帕）（2）缸筒壁厚及缸筒外徑的核算：在低壓系統(tǒng)當(dāng)中亦或不小于16的情況下，缸筒壁厚δ通常參照薄壁筒進(jìn)行核算公式當(dāng)中δ表征缸筒壁厚（單位：米）；表征缸筒的值內(nèi)徑（單位：米）；Py表征缸筒的試驗(yàn)壓力，單位：兆帕，當(dāng)液壓缸的額定壓力情況下，對(duì)應(yīng)的，當(dāng)額定壓力的情況下，對(duì)應(yīng)的;[σ]表征材料許用應(yīng)力,單位：兆帕表征材料具備的抗拉強(qiáng)度，表征安全系數(shù),n通常取,本文n的取值為。選擇予以調(diào)質(zhì)處理，硬度達(dá)到，參考所著可得材料對(duì)應(yīng)的抗拉強(qiáng)度，本文σb取值為，所以有：因?yàn)橐簤焊拙邆涞墓ぷ鲏毫λ源_定因此得到缸筒外徑D1的核算公式可表達(dá)為：將缸筒內(nèi)徑D還有核算得到的缸壁厚度δ的具體數(shù)據(jù)代到上述公式，核算得：查閱標(biāo)準(zhǔn)液壓缸的缸筒外徑系列值能夠得到，本文設(shè)計(jì)確定液壓缸的缸筒外徑因?yàn)?能夠得到對(duì)應(yīng)的缸筒厚壁δ的值：液壓缸筒每部分的設(shè)計(jì)尺寸在圖5-2加以展示：圖5-2液壓缸筒各部分尺寸（3）缸筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：缸筒的一端和缸蓋連接，另一端和缸底連接，從而組建得到密封性極強(qiáng)的壓力腔，所以其具體結(jié)構(gòu)形式通常都與缸蓋和缸底有著極為密切的聯(lián)系。所以，對(duì)缸筒結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，理當(dāng)參照實(shí)情確定合理的結(jié)構(gòu)形式，確保結(jié)構(gòu)能夠方便裝拆，方便維修，缸筒的內(nèi)徑和外徑理當(dāng)參照相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)予以圓整，得到圖5-3油缸。圖5-3油缸1.2活塞桿的設(shè)計(jì)與計(jì)算在液壓缸內(nèi)如果想要傳遞動(dòng)力的話，就必須要用到活塞桿。他經(jīng)常在各種各樣的外力的作用下工作，比如拉力和彎力或者是震動(dòng)沖擊等，所以它一定要在充足的強(qiáng)度和剛度的條件下才能穩(wěn)定工作。根據(jù)下表中的數(shù)據(jù)，本文采用活塞桿直徑為60的柱塞缸。表5-4活塞桿各個(gè)直徑尺寸（ＧＢ/T2348-1993）mm（1）活塞桿強(qiáng)度校核：許用應(yīng)力的校核材料：45號(hào)鋼[σ]=其中d為是其直徑，F(xiàn)為液壓缸所承受的載荷；[σ]是此桿所用材料的許用應(yīng)力，一般情況下n≥1.4，是安全系數(shù)。d1d≥4Fπ[σ]+d所以選取直徑為60毫米的桿是符合工作要求的。（2）活塞桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：我們需要挑選合適的桿的端頭，因?yàn)橥獠慷祟^是連接著拖動(dòng)機(jī)構(gòu)的，而且桿在工作的過程中會(huì)生成偏載力，影響工作進(jìn)程，而且還需要增強(qiáng)工作的效率，滿足安裝時(shí)的缸體的需求，應(yīng)該按照負(fù)載的實(shí)際需求進(jìn)行具體分析。具體如下表5-5所示：表5-5活塞桿端部的結(jié)構(gòu)我們將單耳環(huán)選取為桿的端頭結(jié)構(gòu)，因?yàn)樵诜治隽司唧w工作中的負(fù)載狀態(tài)和別的影響工作的原因后，單耳環(huán)型的鏈接最為合適。而如何選取此桿端部耳環(huán)的具體數(shù)據(jù)，需要從下表5-6中選擇表5-6端部的相關(guān)尺寸（耳環(huán)型連接）根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，在缸體直徑是60毫米，且工作時(shí)受到的壓力為大小是12兆帕，應(yīng)該選擇45鋼為此次頭部的材料。其他尺寸為：CD=MR1=30mm根據(jù)下表5-7以及圖5-8中，可以選擇缸體以及桿件的螺紋的具體數(shù)據(jù)表5-7液壓缸活塞桿螺紋相關(guān)尺寸（mm）圖5-8液壓缸的活塞桿的各個(gè)螺紋的形式（GB/T2350-1980）按照當(dāng)前設(shè)計(jì)的具體數(shù)據(jù)，需要選擇缸體螺紋的各部分的數(shù)值為DхL與L，分別為M24х2和短型32mm.（3）活塞桿的導(dǎo)向、密封與防塵在生活中，我們經(jīng)常遇到的此類桿的密封與防塵的器材的具體結(jié)構(gòu)如下表5-9中表示：圖5-9活塞桿的防塵以及密封結(jié)構(gòu)將O型密封圈液壓缸，作為此次桿件和防塵器材的具體結(jié)構(gòu)，而此缸體的具體形式便是O型密封圈。具體的數(shù)據(jù)如下表5-10所示：表5-10液壓缸的相關(guān)參數(shù)1.3導(dǎo)向套的設(shè)計(jì)與計(jì)算1、最小導(dǎo)向長度H的確定：所謂的最小導(dǎo)向長度，其實(shí)是兩個(gè)中點(diǎn)之間的距離，分別是導(dǎo)向套滑動(dòng)面以及活塞支撐面這兩個(gè)面的中點(diǎn)，前提是桿體在缸中無剩余部分。如果此長度未能達(dá)到要求，缸體的工作狀態(tài)和穩(wěn)定性就會(huì)變得不那么良好，因?yàn)楦左w中會(huì)產(chǎn)生間隙，而這些間隙就會(huì)讓初始撓度超過額定值。所以缸體內(nèi)部在預(yù)設(shè)的時(shí)候就必須保留一些H。一般來說，H必須要符合：H≥L/20+D/2其中：L是其工作路線的最大值，單位是mD是缸體筒內(nèi)部的直徑，單位是m據(jù)前文所述，L=0.15m,D=0.05m,代入公式H≥L/20+D/2得：H≥L/20+D/2=0.15/20+0.06/2=0.0375m=37.5mm2、導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)：導(dǎo)向套根據(jù)具體情況主要可分為四類，分別是普通、易拆、球面以及靜壓等，而此次分析具體情況之后選擇的是普通導(dǎo)向套，裝配于端蓋上。普通導(dǎo)向套：它主要的功能是起到密封的效用，因?yàn)樗饕潜谎b配于支撐座或者安裝在端蓋上，工作時(shí)它的密封圈會(huì)張開唇邊，并且會(huì)有潤滑壓力油。1.4液壓缸油口位置的相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)程油口設(shè)計(jì)是液壓缸設(shè)備保證活塞正常工作的關(guān)鍵，一般來說，油口孔太小，容易導(dǎo)致進(jìn)油量不足，影響設(shè)備工作狀態(tài)。如設(shè)備內(nèi)的回油受阻的情況就是油孔太小造成的，同理，進(jìn)油量不足也會(huì)影響活塞的退回速度并削弱液壓缸的負(fù)載能力。因此，油口孔的設(shè)計(jì)就變得特別重要了，特別是對(duì)于油口孔徑大小的計(jì)算，設(shè)計(jì)過程一定要科學(xué)有效，設(shè)計(jì)如下圖5-12所示。根據(jù)相關(guān)規(guī)范和要求，進(jìn)出油口應(yīng)該被設(shè)置在缸筒或前后端的蓋子上。因?yàn)橐簤焊妆换钊麠U固定，所以可以根據(jù)活塞桿來確定進(jìn)出油口，并把進(jìn)出油口設(shè)置在活塞桿的端口位置。液壓缸設(shè)備如果沒有安設(shè)排氣裝置，就得把進(jìn)出油口布置在液壓缸體位置的最高處。常見的進(jìn)出油口連接方式有方形、矩形法蘭和螺紋等，具體的進(jìn)出口設(shè)計(jì)如下圖5-11：圖5-11進(jìn)出油口的設(shè)計(jì)樣式圖5-12液壓油口根據(jù)相關(guān)的設(shè)計(jì)要求，最終選擇把油口設(shè)置在缸筒的位置處，設(shè)計(jì)油口孔直徑do與最大活塞運(yùn)動(dòng)速度Vmax和最高油口的流動(dòng)速度Vo有關(guān)，相關(guān)計(jì)算如下：do=0.05(Vmax/vo)0.5D—液壓缸內(nèi)經(jīng)，mVmax—液壓缸正常工作下的最大輸出速度，m/min;Vo油口流速，m/s,正常工作狀態(tài)下小于或等于5m/s.活塞運(yùn)動(dòng)會(huì)受到設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的影響，它的速度一般為：0.1～由公式do=0.05(Vmax/vo)0.5=5mm.國家規(guī)范GB/T2878-93中定義的液壓缸的進(jìn)出口螺紋樣式的油口尺寸規(guī)范如下表5-13表5-13液壓缸油口尺寸規(guī)范表根據(jù)規(guī)范，選用油口尺寸為M14х1.5Do=10mm1.5設(shè)計(jì)液壓缸的端蓋和缸底端蓋一般是指有活塞桿穿過的缸蓋，缸頭或者缸底是指的無活塞桿通過的端蓋。由缸蓋、缸底和缸筒所形成的空間是密封的壓力容腔。該容腔要確保有一定程度的承壓能力，所以要求它一定要有高強(qiáng)度的連接來保證容腔的穩(wěn)定。端蓋的設(shè)計(jì)復(fù)雜，包含了活塞桿和防塵圈等，總體受力較為復(fù)雜且易損性比較高。1、缸底厚底h的計(jì)算規(guī)程：缸底的設(shè)計(jì)分為平底缸、橢圓缸和板球形缸。設(shè)計(jì)選擇為平底缸。平行缸底無油孔設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如下：ｈ=0.433D(P[σ]--缸底位置設(shè)計(jì)材料的許用應(yīng)力，MPa；Py—試驗(yàn)壓力，P[σ]=112MPa;根據(jù)規(guī)程把以上數(shù)據(jù)帶入公式ｈ=0.433D(Py/[σ])0.5ｈ=0.433D(18/112)0.5=0.0087m=9mm2、端蓋設(shè)計(jì)規(guī)程端蓋的作用主要是為了與缸底之間相互密封，所以設(shè)計(jì)要保證端蓋的密封、防塵的問題，除此之外還要考慮活塞桿的導(dǎo)向，具體的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和連接模式如下表5-14：表5-14端部的設(shè)計(jì)連接方式本設(shè)計(jì)的后蓋圖如下5-15所示。圖5-15缸體后蓋部分1.6密封件的選用要想確保液壓系統(tǒng)工作穩(wěn)定，密封系統(tǒng)是非常重要的一個(gè)部件。密封系統(tǒng)需要確保液壓缸不滲漏，還需要確保摩擦力小，具備長時(shí)間使用的效果。因此設(shè)計(jì)中選擇合適的密封方案對(duì)于整個(gè)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)非常重要。當(dāng)前密封技術(shù)形勢(shì)下，液壓密封系統(tǒng)選擇應(yīng)當(dāng)確?；钊?、桿等部件的密封，還需要充分的考慮導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和防塵效果等。因此要想確保液壓缸工作水平需要確保密封系統(tǒng)可靠，還應(yīng)當(dāng)確保液壓缸具備理想的工作狀態(tài)。在整個(gè)液壓系統(tǒng)中，密封要求較高，尤其是特殊型的液壓系統(tǒng)具備更高的密封要求。比如擺動(dòng)型的液壓缸等。液壓缸內(nèi)部存在很多運(yùn)動(dòng)元件，因此密封方案除了考慮靜密封之外還需要充分的考慮動(dòng)態(tài)密封。并且液壓系統(tǒng)內(nèi)部的工作壓力非常高。由此可見，液壓系統(tǒng)的密封方案設(shè)計(jì)需要充分考慮使用壽命、機(jī)械密封性能、彈性、溫度適應(yīng)能力等指標(biāo)，機(jī)械密封需要選擇摩擦力小，強(qiáng)度高，容易清洗和生產(chǎn)的方式，并且還需要具備不同壓力下的密封補(bǔ)償效果。在眾多唇形密封件中，按照其斷面形狀可以將其分成L、U、Y、V等多種形狀，此外還有常見的O型密封件。1.7防塵圈按照一般設(shè)計(jì)分析，系統(tǒng)防塵圈安裝在活塞和柱塞等外圍，主要作用是對(duì)外隔絕塵埃，有阻擋砂礫的作用，防塵圈可以有效的避免液壓油遭到污染，能夠降低元件的磨損程度。有關(guān)防塵圈的設(shè)計(jì)原則可以參考GB/10708.3-89中的數(shù)據(jù)。1.8液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu)液壓系統(tǒng)中設(shè)計(jì)中，缸體安裝結(jié)構(gòu)也是非常重要的一項(xiàng)設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)內(nèi)容包括安裝結(jié)構(gòu)、浸出油口的連接模式等。1.液壓缸安裝類型當(dāng)前技術(shù)影響下，液壓缸固定分成了很多種方法，具體分類可以得出兩種。軸線固定的液壓缸的方法這種液壓缸固定的時(shí)候，軸線為不變位。目前常見的機(jī)床設(shè)計(jì)都是采用這種液壓缸安裝。①使用拉桿方法固定這種液壓缸固定采用的是兩端缸體蓋上的孔位置通過帶螺紋的桿將液壓缸和基座連接緊固。這種固定方法在行程短、低壓類型的液壓系統(tǒng)中普遍存在。②通過法蘭固定這種固定方法需要使用法蘭，將液壓缸和基座固定。③固定在支座上這種固定方法采用支座緊固的方法固定，這種支座兩端具備凸出邊緣。這種支座一般在液壓缸徑向或者是切向方向安裝，也可以放在液壓缸軸向底部和前后端位置。2.軸線擺動(dòng)的液壓缸固定方法液壓缸運(yùn)動(dòng)過程中會(huì)作出往復(fù)運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，因?yàn)楦鞑考南嗷プ饔脮?huì)造成液壓缸的軸線擺動(dòng)，這樣可以實(shí)現(xiàn)方向調(diào)整效果。這種液壓缸在安裝的過程中只能使用軸線擺動(dòng)的方法安裝，因此一般為鉸鏈模式固定。這類液壓缸多見于農(nóng)用設(shè)備、翻斗車和船舶的甲板控制等。①耳軸類型這種液壓缸固定模式下，鉸軸一般在基座中，這樣可以確保被安裝的液壓缸可以