双作用单杆活塞式液压缸设计毕业论文.doc

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1、 目 录设计题目-2液压缸的选型-2液压缸主要参数的计算 液压缸主要性能参数-2 缸筒内径（缸径）计算-2 缸壁壁厚的计算-2 流量的计算-3 底部厚度计算-4 最小导向长度的确定-4主要零部件设计与校核 缸筒的设计-5 缸筒端盖螺纹连接的强度计算-6 缸筒和缸体焊缝连接强度的计算-6 活塞设计-7 活塞的密封-8 活塞杆杆体的选择-8 活塞杆强度的校核-8 液压缸稳定性校核-9 活塞杆的导向、密封和防尘-9致谢-10参考文献-一.设计题目双作用单杆活塞式液压缸设计主要设计参数： 系统额定工作压力：p= 25（Mpa） 驱动的外负载：F =50（KN) 液压缸的速度比：=1.33 液压缸最大行

2、程：L =640 (mm) 液压缸最大伸出速度：=4 (m/min) 液压缸最大退回速度：vt =5.32(m/min) 缸盖连接方式：螺纹连接 液压缸安装方式：底座安装 缓冲型式：杆头缓冲二.液压缸的选型液压缸是液压装置中将液压能转换为机械能，实现直线往复运动或摆动往复运动的执行元件。按本课题设计要求，选取主要用于各种工程机械、起重机械及矿山机械等的液压系统的双作用单杆活塞缸液压缸。三.主液压缸主要参数的计算 1、液压缸主要性能参数： 额定压力：根据设计要求，其额定压力为25MPa，即P=25MPa。 最高允许压力Pmax：也是动态实验压力，是液压缸在瞬间所能承受的极限压力。 Pmax1.5

3、P=37.5MPa 活塞行程：根据设计要求，其行程为800mm. 液压缸最大退回速度(m/min)2、主液压缸缸筒内径（缸径）计算 根据液压缸的供油压力和负载，缸筒内径D可按下列公式初步计算：液压缸负载为推力： 式中：F为液压缸实际使用推力，单位为N P为液压缸的供油压力，一般为系统压力。根据题目要求，取F为30kN，为0.65，为0.8，P为16Mpa并代入公式 则 又依据手册（GB2348-80)对其进行圆整，取D=400mm。3、缸壁壁厚的计算 先暂取/D=0.08-0.3,即则可按下列公式计算 式中：D为缸筒内径（m） 为缸筒的最高允许压力（MPa）为缸筒材料的许用应力（MPa）由于采

4、用无缝钢管做缸筒（见结构设计部分），查手册有=100-110MPa,取=110MPa，代入上面公式则由结果可知在所假设的范围内圆整，取为60mm。活塞杆直径的计算根据GB/T2346-1993，取标准d顶=250mm。1、顶出液压缸主要性能参数： 额定压力：根据设计要求，其额定压力为25MPa，即P=25MPa。 最高允许压力Pmax：也是动态实验压力，是液压缸在瞬间所能承受的极限压力。 Pmax1.5P=37.5MPa 活塞行程：根据设计要求，其行程为800mm. 液压缸最大退回速度(m/min)2、主液压缸缸筒内径（缸径）计算 根据液压缸的供油压力和负载，缸筒内径D可按下列公式初步计算：液

5、压缸负载为推力： 式中：F为液压缸实际使用推力，单位为N P为液压缸的供油压力，一般为系统压力。根据题目要求，取F为30kN，为0.65，为0.8，P为16Mpa并代入公式 则 又依据手册（GB2348-80)对其进行圆整，取D=140mm。3、缸壁壁厚的计算 先暂取/D=0.08-0.3,即则可按下列公式计算 式中：D为缸筒内径（m） 为缸筒的最高允许压力（MPa）为缸筒材料的许用应力（MPa）由于采用无缝钢管做缸筒（见结构设计部分），查手册有=100-110MPa,取=110MPa，代入上面公式则由结果可知在所假设的范围内圆整，取为27mm。活塞杆直径的计算根据GB/T2346-1993，

6、取标准d顶=80mm4、流量的计算 液压缸流量根据下式计算：设计要求中给定了活塞的平均速度：当活塞杆外推时=2.4m/min而活塞的面积：= 容积效率：取=1根据公式得到活塞杆外推时的流量：=L/min因为只使用外推方向，所以回程方向的流量从略。5、最小导向长度的确定 当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到缸盖滑动支承面中点的距离 H称为最小导向长度。如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度（间隙引起的挠度）增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一定的最小导向长度。对一般的液压缸，最小导向长度 H应满足以下要求 H L/20D/2 式中L 液压缸的最大行程； D 液压缸的内径。故确定液压

7、缸的导向长度H= 活塞的宽度B一般取B（0610）D故确定活塞宽度B=0.7X400=280mm缸盖滑动支承面的长度 当D80 mm时，取（0.610）d。故确定缸盖滑动支承面的长度=0.6X50=30mm为保证最小导向长度 H，若过分增大和 B都是不适宜的，在缸盖与活塞之间增加一隔套 K来增加H的值。隔套的长度 C由最小导向长度H决定，即 CH（B）/2=35mm四、主要零部件设计与校核1、缸筒的设计 缸筒的结构与端盖的连接形式、液压缸的用途、工作压力、使用环境以及安装要求等因素有关。端盖分为前端盖和后端盖。前端盖将液压缸的活塞杠（柱塞）腔封闭，并起这位活塞杆导向、防尘和密封的作用。后端盖将

8、缸筒内腔一端封闭，并常常起着将液压缸与其他机构件连接的作用。缸筒与端盖的连接选用内螺纹形式，该形式体积小，重量轻，结构紧凑。缸筒材料缸筒的材料，一般要求有足够的强度和冲击韧性。目前，普遍采用的缸筒的材料是热轧或冷拔无缝钢管。由于缸壁较薄，钢筒直径较小，故采用冷拔无缝钢管，采用通用材料为45钢。查表可以得到：缸筒材料的屈服强度=484MP；缸筒材料的抗拉强度=610MP；现在利用屈服强度来引申出：选取安全系数n=3.6，则缸筒材料的许用应力=/n=484/4=121MPa。缸筒壁厚验算液压缸的额定压力 式中：D1为缸筒外径且： D1=D+2（mm） D为缸筒内径（mm）D为400mm，D1为45

9、4mm，将数值代入公式可得而题目所给，符合要求。2、活塞设计活塞的材料由于缸径较小，故选用45钢。活塞结构的设计 活塞根据压力、速度、温度等工作条件来选用密封件的型式，而选定的密封件型式决定了活塞的结构型式。 常见的活塞结构型式分活塞分为整体式和组合式，组合式制作和使用比较复杂，又因密封件的安装要求不是很高，而且缸径较小，故采用整体式活塞的结构型式，其密封件和导向环分槽安装。形式如下图： 活塞的宽度一般由密封件、导向环的安装沟槽尺寸来决定，本课题，依据结构要求与密封件与导向件的结构，取活塞宽度B为280mm5、活塞的密封活塞的密封选用准则取决于压力、速度、温度和工作介质等因素。选用应用广泛的O

10、型密封圈，由于工作压力大于10MPa，为防止密封圈被挤入间隙而损坏，故选用为副密封件为聚四氟乙烯（PTFE）的挡圈与主密封件组合在一起使用。这种组合式密封圈显著地提高了密封性能，降低了摩擦阻力，无爬行现象，具有良好的动态及静态密封性，耐磨损，使用寿命长、安装沟槽简单、装坼方便。活塞杆的设计6、活塞杆杆体的选择活塞杆的杆体分为实心杆和空心杆。空心杆多用于d/D比值较大或杆体内有位置传感器等场合。而实心杆加工简单，采用较多， 故选用实心杆。活塞杆的外端是液压缸用以与负载连接的部位，可根据液压缸的安装连接形式有多种结构形式。本课题因液压缸垂直安装且活塞杆下端要装压板，为方便连接，活塞杆外端采用外螺纹

11、（带肩）形式。其外螺纹根据国家标准GB2350-80可选取M451.5。活塞杆材料1、因为没有特殊要求，所以选用45号钢作为活塞杆的材料，本次设计中活塞杆只承受压应力，所以不用调制处理，但进行淬火处理是必要的，淬火深度可以在0.51mm左右。2、安装活塞的轴颈和外圆的同轴度公差不大于0.01mm，保证活塞杆外圆和活塞外圆的同轴度，避免活塞与缸筒、活塞杆和导向的卡滞现象。安装活塞的轴间端面与活塞杆轴线的垂直度公差不大于0.04mm/100mm，保证活塞安装不产生歪斜。3、活塞杆外圆粗糙度选择为0.34、因为是运行在低载荷情况下，所以省去了表面处理。7、活塞杆强度的校核 由设计要求有液压缸最大行程

12、L=640mm 已设计活塞杆直径为d=50mm查手册有校核公式为则而活塞杆的最小直径为45mm所以活塞杆满足强度要求8、液压缸稳定性校核： 假设液压缸只承受轴向载荷，则它所承受的力F不能超过使它保持稳定工作所允许的临界负载,以免发生纵向弯曲，破坏液压缸正常工作。的值与活塞杆的材料性质、截面形状、直径和长度以及液压缸的安装方式等因素有关。校核公式为：（式中为安全系数，取3）查相关手册别结合以设计数据，取=则所以液压缸的稳定性满足要求。9、活塞杆的导向、密封和防尘1、导向环在液压缸的前端盖内，有对活塞杆导向的内孔,在这对内孔中装导向环。本设计选择非金属导向环，用高强度塑料制成，这种导向环的优点是摩

13、擦阻力小、耐磨、使用寿命长、装导向环的沟槽加工简单，并且磨损后导向环易于更换。3、防尘使用DH防尘圈，材料是聚氨酯，既有防尘作用，又有润滑作用。4、 缓冲装置 由设计要求选择的缓冲装置为杆头缓冲，缓冲由杆头和缸底部端盖共同作用。5、 排气装置 液压缸为双作用，故需要两个排气孔，分别设置在缸的两端。均取M16的排气阀，具体尺寸见装配图。液压缸的安装由设计要求有安装方式为底座安装，查相关手册，选具体安装方式为底面脚架安装，安装图形如下。致谢本学期我独立完成了双作用单杆活塞缸液压缸的设计，通过本次设计的锻炼，使我从中受益匪浅。了解到作为一名合格的设计人员实属不易。不仅需要具备较为全面的专业素质，还要

14、具备吃苦耐劳，敢于创新等优秀品质。 在本次设计的过程中，我得到了很大提升。在设计能力上有了很大提高。借助老师和图书馆的帮助，我的设计比较顺利的完成，由于缺乏经验，设计并不是很完善。在设计过程中也反映出很多问题，首先是设计经验十分不足，对于实际液压零件的要求和性能不甚了解，对于设计人员遵循的设计流程也不熟悉。另外本次设计的图纸绘制主要基于AutoCAD，在此过程中也多次遇到技术难题，使用制图软件不够熟练，日后我一定会好好学习，加强个人能力的培养。本次课程设计为我提供了一次难得的机会，是一次对自己本学期所学知识的汇总。本着认真、科学、严谨和提升自我的态度，在老师的细心指导下完成了设计任务。相信在本次设计中所积累的经验和成果会在以后的工作中派上用场。 参考文献1、陈奎生，液压与气压传动传动，武汉理工大学出版社，2001.82、成大先.机械设计手册（单行本.液压传动）.北京：化学工业出版社3、宋学义.袖珍液压气动手册.北京：机械工业出版社，19954、雷天觉.新编液压工程手册.北京：北京理工大学出版社， 5、成大先. 机械设计手册(第三版). 北京: 化学工业出版社. 1997 6、机械设计手册M. 化学工业出版社. 1982.- 8 -