液压缸设计.docx
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液压缸设计
液压缸设计综合训练
学校：
辽宁工程技术大学
班级：
机自
姓名：
学号：
一、训练目的和要求
（一）训练目的
液压缸设计是本课程的一个综合实践性教学环节，通过该教学环节，要求达到以下目的：
巩固和深化学生综合运用所学的液压知识，基于机械设计、制造等方面的基础理论、基本知识和基本技能，较全面地获得液压缸的生产实际知识和综合应用能力，以培养具备具有较强的工程实践能力和创新能力的应用型液压工程师。
（二）设计要求
1.设计时必须从实际出发，综合考虑实用性、经济性和可加工性；
2.独立完成设计。
设计时可以收集、参考同类机械的资料，但必须深入理解，消化后再借鉴，不能简单地抄袭；
3.液压缸设计的题目均为中等复杂的液压缸设计，具体题目由指导老师分配。
5.训练要求学生最终提交计算说明书一份和图纸一份。
二、具体设计内容
一.原始数据
液压缸最大推力F=31KN，液压缸的供油压力pn=15MPa,液压缸行程L=500mm,安装长度l=1.5m,机械效率，容积效率。
类型：
单杆双作用活塞式
二.缸筒的设计计算
1.材料：
选用45钢
2.缸内径的计算
式中：
D：
缸筒内径
：
推力负载
：
供压压力
：
机械效率
查表取D=63mm
表1.液压缸缸筒内径尺寸系列单位：
mm
8
10
12
16
20
25
32
40
50
63
80
（90）
100
（110）
125
（140）
160
（180）
200
（220）
250
（280）
320
（360）
400
（450）
500
（注：
圆括号中尺寸为非优先尺寸）
3.缸筒壁厚的计算
液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。
液压缸的壁厚一般指缸筒结构中最薄处的厚度。
从材料力学可知，承受内压力的圆筒，其内应力分布材料规律因壁厚的不同而各异。
一般计算时可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。
本设计按照薄壁圆筒设计，其壁厚按薄壁圆筒公式计算为:
式中：
选用45钢，查表知，45钢的屈服强度
取安全系数，则
取
4.缸筒外径的计算
5.最小导向长度计算H
三.活塞设计
1.活塞的材料
由于缸径较小，故选用45钢。
2.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。
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
3.活塞宽度：
B=（0.6~1）D=（37.8~63）
取活塞宽度B为50mm
四.活塞杆的设计计算
1.活塞杆的材料
（1）活塞杆常常使用35、45钢等材料，对于冲击振动很大的活塞杆，也可以使用55钢或40钢。
要求耐腐蚀或在海水中工作的活塞杆，有必要采用不锈钢。
活塞杆一般用棒料。
如果釆用冷拉棒材，可以大大减少加工余量，甚至可以不加工。
冷拉棒材的规格及允差见（GB905-66）。
空心活塞杆可使用无缝钢管（参见YB231-70）。
用于冲击振动条件下的活塞样，也可以用锻造毛坯，以提高机械性能。
但它不适用于长活塞杆。
本设计采用45钢。
2.活塞杆的尺寸计算
根据往返运动比计算活塞杆直径
查表得d=32mm
表3.活塞杆外径尺寸
4
16
36
80
180
5
18
40
90
200
6
20
45
100
220
8
22
50
110
250
10
25
56
125
280
12
28
63
140
320
14
32
70
160
360
五.导向套的计算与设计
1.计算
（1）导向套长度对活塞杆或柱塞的支撑能力有一定的影响。
导向套太短，会增加导向套所承受的比压，从而加速磨损。
特别是承受侧向载荷和偏心力矩时，这种现像更明显。
所以在采用活塞的液压缸中，导向套长度一般取活塞直径的0.6倍以上。
立式柱塞液压缸导向套长度，一般取柱塞直径的0.4-0.8倍，卧式柱塞缸则取0.8-1.5倍。
一般可按下面的经验公式分配导向套长度和活塞厚度：
本设计中0.632=19.2mm。
六.缸底盖的设计
（1）盖装在液压缸两端，与缸筒构成紧密的油腔。
在单活塞杆液压缸中，无活塞杆一侧的缸盖也叫缸底。
缸盖、缸底和它们的连接部都应具有足够的强度。
特别是大型高压或超高压液压缸，都必须认真进行览盖、缸底的强度设计。
（2）缸盖的结构形式对液压缸的工作性能和工艺性都有很大影响，因此设计时不仅要求考虑强度，而且要选择工艺性较好的结构形式。
（3）缸底厚度计算：
经查资料得：
七.密封设计
（1）液压缸依靠密闭油液容积的变化传递动力和速度。
密封装置的优劣，将直接影响液压缸的工作性能。
密封不好的液压缸，不仅会污染环境、降低容积效率、增加功率损失，有时还会影响液压缸的正常动作。
当然，绝对的密封是不可能的。
活塞杆往复运动，总要带出油液。
但是，这种渗漏要尽量小。
相反，如果活塞杆往复运动不带出丝毫油液，使活塞杆处于干摩擦，反而会影响液压缸的工作性能和寿命。
（2）分类：
挤压密封：
密封件在液压力的作用下，紧贴于相互配合件之间的间隙实现密封，如O形密封圈和矩形密封圈；唇边密封:
密封件的唇边在液压力作用下贴在互相配合的另一个零件表面上形成密封圈等；压紧密封:
依靠外力或液力压紧密封件，使其产生过盈量贴紧于被密封表面，实现密封；间隙密封:
通过严格控制两个相互配合零件的间隙防止漏油，实现密封；密封装置还可按使用方法不同分为固定密封、往复运动密封和旋转运动密封；按密封件材料不同可分为橡胶、塑料、皮革和金属密封。
（1）O形橡胶密封圈是应用最广泛的挤压密封件。
在没有液压力作用时,O形橡胶密封圈靠预压缩变形实现初始密封。
液压力作用时，O形橡胶密封圈被挤到槽的一侧，贴于槽壁和密封面上，増加了密封面的接触压力，提高密封效果。
0形密封圈的结构简单，密封性好，安装空间小，摩擦力小，易于制造，所以应用较广。
硬度较高的O形橡胶圈，也可以用于旋转运动密封.但运动速度不能太大，一般在2m/s以下。
所以缸体与缸盖的密封方式用O密封。
活塞与活塞杆也采用O密封。
八.防尘装置：
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。
九.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。
十.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5）
查相关手册别结合以设计数据，取=
所以液压缸的稳定性满足要求。
十一.缓冲装置
液压缸中缓冲装置的工作原理是利用活塞或缸筒在其走向行程终端时在活塞和缸盖之间封住一部分油液，强迫它从小孔或细缝中挤出以产生很大的阻力，使工作部件受到制动，逐渐减慢运动速度达到避免活塞和缸盖相互撞击的目的。
液压缸中使用的缓冲装置的工作原理如图1所示。
最常用的是节流口可调式和节流口变化式两种。
其中，节流口可调式缓冲装置在节流口调定后，工作原理上就相当于一个单孔口式的缓冲装置。
表1示节流口可调式和节流口变化式两种缓冲装置的主要性能。
图1液压缸的缓冲装置原理
名称和工作原理图
特点说明
1-针形节流阀2-单向阀
被封在活塞和缸盖间的油液
经针形节流阀流出，节流阀开口可根据负载情况进行调节，起始缓冲效果大，随着活塞的行进，缓冲效果逐渐减弱，故制动行程长，缓冲腔中的冲击压力大缓冲性能受油温影响适用范围广。
1-轴向节流阀
被封在活塞和缸盖间的油液经活塞上的轴向节流槽流出，缓冲过程中节流口通流截面不断减小，当轴向槽的横截面为矩形，纵截面为抛物线形时，缓冲腔可保持恒压，缓冲作用均匀，缓冲腔压力较小，制动位置精度高
表1液压缸中常用的缓冲装置
总结
经过本次单活塞杆双作用液压缸的设计，我掌握了液压缸的设计步骤，对液压系统进行工况分析。
在设计过程中，对液压缸的结构组件的分析、计算、选择、构思、绘图、总体校验，每个过程都经过了反复的审核；液压缸结构参数的计算包括活塞杆直径、缸体内径、外径、厚度等；液压缸结构设计包括缸体和缸盖的连接、活塞和活塞杆的连接、缸底和缸体的连接、活塞等；液压缸结构组件的设计包括对各个组件的选择和配合，对密封装置和缓冲装置进行搭配等；并完成了液压缸的图纸。
在设计中也查阅相关的文献资料，也了解了液压缸设计过程中的一些注意事项。
可能在设计过程中也会有一些不完善的地方，我会从本次设计中汲取经验，使自己有所提高。
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