液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)案例綜述

目錄

液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)案例綜述..........................................................1

1.1缸筒..........................................................................1

1.1.1缸筒與缸蓋的連接形式.....................................................1

1.1.2強(qiáng)度計(jì)算.................................................................2

1.1.3缸筒材料及加工要求......................................................3

1.1.4缸蓋材料及加工要求......................................................3

1.2活塞和活塞桿..................................................................4

121活塞和活塞桿的結(jié)構(gòu)形式...................................................4

1.2.2活塞、活塞桿材料及加工要求................................................5

13活塞桿導(dǎo)向套...................................................................5

1.4進(jìn)出油口尺寸的確定............................................................6

15控制系統(tǒng)的應(yīng)用.................................................................6

1.6液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算..............................................................7

（I）系統(tǒng)壓力損失驗(yàn)算........................................................7

（2）系統(tǒng)的總效率驗(yàn)算........................................................8

液壓缸是將液壓系統(tǒng)的壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置，在該舉升機(jī)系統(tǒng)中，液

壓缸將活塞桿的伸縮運(yùn)動(dòng)通過(guò)一系列的機(jī)械結(jié)構(gòu)組合轉(zhuǎn)化為平臺(tái)的舉升，實(shí)現(xiàn)舉

升機(jī)舉升。

1.1缸筒

1.1.1缸筒與缸蓋的連接形式

缸筒與剛蓋的連接形式如下：

缸筒和前端蓋的連接采用螺栓連接，其特點(diǎn)是徑向尺寸小，重量輕，使用廣

泛，端部結(jié)構(gòu)復(fù)雜,缸筒外徑需加工，且應(yīng)于內(nèi)徑同軸，裝卸需要用專門的T.具，

安裝時(shí)應(yīng)防止密封圈扭曲。

缸蓋與后端蓋的連接采用焊接形式，特點(diǎn)為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單尺寸小，重量輕，使用

廣泛，缸筒焊后可能變形，且內(nèi)徑不易加工圖1.1所示。

圖1.1缸筒的連接形式結(jié)構(gòu)圖

1.1.2強(qiáng)度計(jì)算

缸筒底部強(qiáng)度計(jì)算

缸筒底部為平面射，可由下式計(jì)算厚度:

5>0.433D區(qū)

7團(tuán)

式中：6一缸筒底部厚度m；

D一缸筒內(nèi)徑m；

p—筒內(nèi)最大工作壓力MPa；

M一缸筒材料的許用應(yīng)力MPa。

代入數(shù)據(jù)：

院0.433x0.09J彌6.2mm

缸筒底部厚度應(yīng)根據(jù)工藝要求適當(dāng)加厚，如在缸筒上設(shè)置油口或排氣隔，均

應(yīng)增大缸筒底部厚度。

缸筒連接螺紋的計(jì)算

當(dāng)缸筒與剛蓋采用螺紋連接時(shí)，鋼筒螺紋處的強(qiáng)度按下式進(jìn)行校核：

螺紋處的拉應(yīng)力：

端扃'IMPa

螺紋處的切應(yīng)力：工=」：1總乂10-6MPa

合成應(yīng)力：an=7八+3T2MPa

式中：D一缸筒直徑m；

產(chǎn)一缸筒底部承受的最大推力N；

d—螺紋小徑m；

K—擰緊螺紋的系數(shù)，不變載荷取K=L25-1.5；

K_螺紋連接的摩擦系數(shù)1=0.07—().2,通常取(M2；

a_材料的屈服極限35鋼正火為=27MPa：

1.3X10.3X103

代入數(shù)據(jù):o=X10-6=14MPQ

巖(0.09)-0.00376，)

、/.

,T,—1.3x0.12x10.3x1()3x0.088X]UU=1.8MPQ

0.2(0.093-0.0883763)

合成應(yīng)力為：%=V142+3x1.82=14.3MPQ<27MPa

1.1.3缸筒材料及加工要求

缸筒材料通常選用20、35、45號(hào)鋼，當(dāng)缸筒、缸蓋、掛街頭等焊接在一起

時(shí)，采用焊接性能較好的35號(hào)鋼，在粗加工之后調(diào)質(zhì)。另外缸筒也可以采用鑄

鐵、鑄鋼、不銹鋼、青銅和鋁合金等材料加工。

缸筒與活塞采用橡膠密封圈時(shí)，其配合推薦采用H9/f8,缸筒內(nèi)徑表面粗糙

度取心=0.1-0.4〃如若采用活塞環(huán)密封時(shí)，推薦采用H7/g6配合，缸筒內(nèi)徑表

面粗糙度取心=0.2-0.4卬%

缸筒內(nèi)徑應(yīng)進(jìn)行研磨。

為防止腐蝕,提高壽命，缸筒內(nèi)表面應(yīng)進(jìn)行渡路，渡谿層厚度應(yīng)在30-40um,

渡路后缸筒內(nèi)表面進(jìn)行拋光。

缸筒內(nèi)徑的圓度及圓柱度誤差不大于直徑公差的一半，缸體內(nèi)表面的公差度

誤差在500mm上不大于0.03mm。

缸筒缸蓋采用螺紋連接時(shí)，其螺紋采用中等精度。

1.1.4缸蓋材料及加工要求

缸蓋材料可以用35,45號(hào)鋼，或ZG270-500,以及HT250,HT350等材料。

當(dāng)缸蓋自身作為活塞桿導(dǎo)向套時(shí)，最好用鑄鐵，并在導(dǎo)向表面堆鑄黃銅，青

銅和其他耐磨材料。當(dāng)單獨(dú)設(shè)置導(dǎo)向套時(shí)，導(dǎo)向材料為耐磨鑄鐵，青銅或黃銅等，

導(dǎo)向套壓入缸蓋。

缸蓋的技術(shù)要求：與缸筒內(nèi)徑配合的直徑采用和h8,與活塞桿上的緩沖柱

塞配合的直徑取H9,與活塞密封圈外徑配合的直徑采用h9,這三個(gè)尺寸的圓度

和圓柱度誤差不大于各自直徑的公差的一半，三個(gè)直徑的同軸度誤差不大于

0.03nim。

1.2活塞和活塞桿

1.2.1活塞和活塞桿的結(jié)構(gòu)形式

(1)活塞的結(jié)構(gòu)形式

活塞的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)根據(jù)密封裝置的形式來(lái)選擇，本設(shè)計(jì)中選用形式如圖:

圖1.1活塞的結(jié)構(gòu)形式圖

(2)活塞桿

活塞桿的外部與負(fù)載相連接，其結(jié)構(gòu)形式根據(jù)工作需要而定，本設(shè)計(jì)中如圖

1.2所示。

圖1.2活塞砰結(jié)構(gòu)圖

內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1.3所示:

A

圖1.3活塞桿的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

1.2.2活塞、活塞桿材料及加工要求

活塞材料及加工要求

有導(dǎo)向環(huán)的活塞用20,35或45號(hào)鋼制成。

活塞外徑公差招，與活塞桿的配合一般為H8/h8,外徑粗糙度

Ra=0.4-0.8Am,外徑對(duì)活塞孔的跳動(dòng)不大于外徑公差的一半，外徑的圓度和

圓柱度不大于外徑公差的一半。

活塞兩端面對(duì)活塞軸線的垂直度誤差在100mm上不大于0.04mm。

活塞桿及加工要求

活塞桿常用材料為35、45號(hào)鋼。

活塞桿的工作部分公差等級(jí)可以取f7■階表面粗糙度不大于Ra=0.4〃m,工

作表面的直線度誤差在500mm上不大于0.03mm。

活塞桿在粗加工后調(diào)質(zhì)，硬度為229-285HB,必要時(shí)可以進(jìn)行高頻淬火.厚

度0.5-1mm,硬度為45-55HRC。

1.3活塞桿導(dǎo)向套

活塞桿導(dǎo)向套裝在液壓缸有桿腔一側(cè)的端蓋內(nèi)，用來(lái)對(duì)活塞桿導(dǎo)向，其內(nèi)側(cè)

裝有密封裝置，保證缸筒有桿腔的密封性，外側(cè)裝有防塵圈，以防止活塞桿內(nèi)縮

時(shí)把雜質(zhì)，灰塵及水分帶到密封裝置，損壞密封裝置。

導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)有端蓋式和插件式兩種，插件式導(dǎo)向套裝拆方便，拆卸時(shí)不需

要拆端蓋，故應(yīng)用較多。本設(shè)計(jì)采用端蓋式。結(jié)構(gòu)見裝配圖。

導(dǎo)向套尺寸主要是指支撐長(zhǎng)度，通常根據(jù)活塞桿直徑，導(dǎo)向套形式，導(dǎo)向套

材料的承壓能力，可能遇到的最大側(cè)向負(fù)載等因素確定。一般采用兩個(gè)導(dǎo)向段,

每段寬度均為d/3,兩段中間線間距為.2d/3,導(dǎo)向套總長(zhǎng)度不宜過(guò)大，以免磨擦

太大。

1.4進(jìn)出油口尺寸的確定

進(jìn)出油口尺寸按照下式確定:

d=

式中:Q一流經(jīng)液壓缸的最大流量“min；

V—油液進(jìn)入液壓缸是的流速m/s；

代入數(shù)據(jù):

d=J3.1txo.1325=90mm

根據(jù)GB2878-81油口連接螺紋尺寸，取M12xl.5螺紋連接。

1.5控制系統(tǒng)的應(yīng)用

舉升機(jī)控制系統(tǒng)的技術(shù)是一門古老的學(xué)科，從控制系統(tǒng)的發(fā)展史可見，控制

系統(tǒng)代替人類從事各種有益的工作，彌補(bǔ)了人類體力和能力的不足。特別是作為

工業(yè)革命象征的蒸汽機(jī)的發(fā)明，使控制系統(tǒng)技術(shù)得到了快速的發(fā)展，為人類社會(huì)

的進(jìn)步與發(fā)展做出了卓越的貢獻(xiàn)。直到今天控制系統(tǒng)仍然是現(xiàn)代工業(yè)的基殆。

隨著社會(huì)的進(jìn)步，特別是生產(chǎn)工藝的發(fā)展，人們對(duì)舉刀機(jī)控制系統(tǒng)也提出越

來(lái)越高的要求，如一些精密機(jī)床的加工精度要求達(dá)到百分之幾亳米，甚至幾微米,

人們認(rèn)識(shí)到有些問(wèn)題單從機(jī)械角度進(jìn)行解決是越來(lái)越難了。20世紀(jì)60年代以來(lái)，

一系列高新技術(shù)，如微電子技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、生物技術(shù)、傳感技術(shù)、

光纖通信技術(shù)等，都以空前的速度向前發(fā)展，同時(shí)新材料、新能源的運(yùn)用，也使

得高新技術(shù)逐漸向傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)滲透，并引起傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的深刻變革。

1.5.1控制裝置

控制裝置是機(jī)電控制系統(tǒng)的中樞部分和控制核心，用以實(shí)現(xiàn)對(duì)給定控制信息

和檢測(cè)的反饋信息的綜合處理，并向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出命令。

隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)電控制系統(tǒng)中起著越來(lái)越

重要的作用。目前機(jī)電系統(tǒng)的控制裝置廣泛采用計(jì)算機(jī)技術(shù)。20世紀(jì)70年代

以來(lái)，單片微機(jī)發(fā)展很快，由于單片微機(jī)優(yōu)越的控制性能，以及計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的信

息處理能力使得控制技術(shù)提高到一個(gè)新的水平，計(jì)算機(jī)的引入對(duì)控制系統(tǒng)的性能、

結(jié)構(gòu)及控制理論都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響如圖1.4所示。

圖L4控制裝置結(jié)構(gòu)圖

1.6液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算

液壓系統(tǒng)性能估算的目的在于評(píng)估設(shè)計(jì)質(zhì)量，估算內(nèi)容一般包括：系統(tǒng)壓力損失,

系統(tǒng)效率，系統(tǒng)發(fā)熱與溫升，液壓沖擊等。對(duì)于大多數(shù)要求一般的系統(tǒng)來(lái)講，

只采用一些簡(jiǎn)化公式進(jìn)行驗(yàn)算，定性說(shuō)明情況。

（1）系統(tǒng)壓力損失驗(yàn)算

系統(tǒng)壓力損失包括管道內(nèi)沿程損失和局部損失以及法類元件的局部損失之和，

計(jì)算時(shí)不同的工作階段要分開來(lái)計(jì)算，回油路上的壓力損失要折算到進(jìn)油路

上去，因此某一階段的系統(tǒng)總的壓力損失為：

￡功=￡俎+X.P2第

式中：￡州1系統(tǒng)進(jìn)油路的壓力總損失

￡外2系統(tǒng)回油路的壓力總損失

24P2=E4P2a+24P2q+24P2V

現(xiàn)在根據(jù)上式計(jì)算液壓系統(tǒng)工作過(guò)程中的壓力損失。

液壓油在管內(nèi)的流速：

根據(jù)油管尺寸的計(jì)算項(xiàng)目，取i；=3m/s

則雷諾數(shù)：

心=%=黑吉=400(<2300)

可見液流為層流。

摩擦阻力系數(shù):

管子當(dāng)量長(zhǎng)度及總長(zhǎng)度：90"標(biāo)