液压缸课程设计文档格式.docx
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3、说明书要有插图，且插图要清晰、工整，并选取适当此例。
说明书的最后要附上草图。
4、绘制工作图应遵守机械制图的有关规定，符合国家标准。
5、绘制液压缸总图；
6、一份设计说明书
二、课程设计内容及所给参数
1、设计参数主要技术参数：
压力机额定输出力：
20吨；
液压缸安装方式：
竖直布置，法兰固定；
液压缸行程：
250mm；
液压缸额定压力：
10MPa；
液压缸背压：
1MPa；
环境温度：
-10～70℃。
三、液压缸主要尺寸确实定
1.液压缸的工作压力主要是根据液压设备的类型来确定的，对于不同用途的液压设备，由于实际的工作条件不同，通常采用的压力范围也不同。
液压缸的工作压力为P=10Mpa。
2.液压缸缸筒内径D的计算
根据条件，工作最大负载F=120000N，工作压力P=10MPa
液压缸内径D和活塞杆直径d确实定：
:
F=120000N,P=10MPa，
d==×
=
式中：
F—液压缸的理论作用力，N；
P—供油压力，MPa；
d—活塞杆的直径，m。
查表得：
D=125mm,d=100mm
3、液压缸活塞杆直径d确实定
由条件查表〔GB/T2348-1993〕，取d=100mm
选用45号钢查表知，45钢的屈服强度
s355MPa
按强度条件校核：
因为由上面的计算所选择的活塞杆直径
d=125mm远大于按强度条件
校核的最小直径29mm，所以计算选择的直径d符合要求。
4、液压缸壁厚的计算
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：
PyD
2[]（该设计材料采用无缝钢管）
[]=100MPa
式中，D为缸筒内径；
py为缸筒试验压力，当缸的额定压力
pn16MPa时，取py=pn；
而当pn16MPa时，取py=pn；
[]为缸筒材
料的许用应力，[]=b/n，b为材料抗拉强度，n为平安系数，一般取n=5。
由计算的公式所得的液压缸的壁厚厚度很小，使缸体的刚度不够，
如在切削加工过程中的变形，安装变形等引起液压缸工作过程中卡
死或漏油。
所以用经验法选取壁厚：
δ=12
5、缸体外径尺寸的计算
缸体外径D1D2125212149mm
查机械设计手册：
液压缸的外径D1取160mm；
液压缸的材料为S45；
液压缸的产品系列代号为A型即工程液压缸。
6、液压缸工作行程确实定
由于在液压缸工作时要完成如下的几个动作：
快进150
┏━━━━→┓工
进50
┃
┗┓工
┃快
退
┗━━━━→┓
┗━━━━━━━←━━━━━━━━━━┛
即可根据执行机构实际工作的最大长度确定。
由上述动作和已
知参数可以得出液压缸的工作行程为250mm
7、缸底厚度确实定
一般液压缸多为平底缸底，其有效厚度按强度要求可用下式进
行近似计算：
D—缸盖止口内径（mm）；
1—缸底厚（mm）；
P—缸内最大压力，MPa;
[]—缸底材料许用应力，MPa,其选用方法与上面缸筒
厚度的计算是相同的。
由上面的计算得出，缸底的厚度≥17mm。
8、最小导向长度
当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到导向套滑动面中点的距
离称为最小导向长度〔如图4所示〕，假设导向长度太小，将使油缸因
间隙引起的初始挠度增大，从而影响油缸的工作稳定性。
对于一般
油缸，其最小导向长度H应满足下式要求:
式中:
L---油缸最大工作行程（m）
D---缸筒内径（m）
一般导向套滑面的长度A,在缸筒内径D＜80mm取缸筒内径D
的～倍;
在缸筒内径D>
80mm时那么取活塞杆直径的～倍。
活塞宽度B
取缸筒内径D的～倍,为了保证最小导向长度而过份地增大导向套长
度和活塞宽度都是不适宜的。
最好的方法是在导向套与活塞之间装
一隔套K，其长度C由所需的最小导向长度决定。
采用隔套不仅能保
证最小导向长度，而且可以扩大导向套及活塞的通用性。
9、活塞宽度B确实定
活塞的宽度B一般取B=〔~〕D
即B=〔~×
125=〔75~125〕mm
10、缸体长度确实定
液压缸缸体内部的长度应等于活塞的行程与活塞宽度的和。
缸
体外部尺寸还要考虑到两端端盖的厚度，一般液压缸缸体的长度不
应大于缸体内径D的20-30倍。
即：
缸体内部长度250+75=325mm
缸体长度≤〔20~30〕D=〔2500~3750〕mm
即取缸体长度为510mm
11、液压缸进、出油口尺寸确实定
液压缸的进、出油口可布置在端盖或缸筒上，进、出油口处的
流速不大于5m/s，油口的连接形式为螺纹连接或法兰连接。
根据液压缸螺纹连接的油口尺寸系列〔摘自GB/T2878-93〕及
16MPa小型系列单杆；
自〔GB/T2878-93〕及16MPa小型系列的单杆液压缸油口安装尺寸
（ISO8138-1986〕确定。
进出油口的尺寸为。
连接方式为螺纹连接。
12、活塞杆强度和液压缸稳定性计算
1〕活塞杆强度计算
活塞杆的直径d按下式进行校核
4F
4
100
103
35mm
d
[]
符合要求
式中，F为活塞杆上的作用力；
[]为活塞杆材料的许用应力，
2〕液压缸稳定性计算
活塞杆受轴向压缩负载时，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Fk，以免发生纵向弯曲，破坏液压缸的正常工作。
Fk的值与活塞杆材料性质、截面形状、直径和长度以及液压
缸的安装方式等因素有关。
活塞杆稳定性的校核依下式进行:
式中，nk为平安系数，一般取nk=2~4。
当活塞杆的细长比l/rk
1
2时：
式中，l为安装长度，其值与安装方式有关，见表
1；
rk为活塞杆横
截面最小回转半径，rk
J/A；
1为柔性系数，其值见表2；
2为
由液压缸支撑方式决定的末端系数，其值见表
E为活塞杆材料的
弹性模量，对钢取E
1011N/m2；
J为活塞杆横截面惯性矩；
A
为活塞杆横截面积；
f
为由材料强度决定的实验值，
为系数，具
体数值见表2。
表2
f、、1的值
材料
铸铁
1/1600
80
锻铁
1/9000
110
钢
1/5000
85
表1
液压缸支承方式和末端系数2的值
支承方式
支承说明
末端系数2
一端自由一端固定
两端铰接1
一端铰接一端固定2
两端固定4
13、缓冲装置设计计算
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局部油液，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，逐渐减慢运动速度到达防止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9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3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9液压缸的缓冲装置原理
表3液压缸中常用的缓冲装置
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
四：
液压缸的密封设计
液压缸要求低摩擦，无外漏，无爬行，无滞涩，高响应，长寿命，
要满足伺服系统静态精度，动态品质的要求，所以它的密封与支承
导向的设计极为重要，不能简单的延用普通液压缸的密封和支承导
向。
因此设计密封时应考虑的因素：
用于微速运动〔3-5mm/s〕的场合时，不得有爬行，粘着滞涩现象。
工作在高频振动的场合的，密封摩擦力应该很小且为恒值。
要低摩
擦，长寿命。
工作在食品加工、制药及易燃环境的伺服液压缸，对密封要求尤为突出，不得有任何的外渗漏，否那么会直接威胁人体健康和平安。
工作在诸如冶金、电力等工业部门的，更换密封要停产，会造成重大经济损失，所以要求密封长寿命，伺服液压缸要耐磨。
对于高速输出的伺服液压缸，要确保局部过热不会引起密封失效，密封件要耐高温，要有良好的耐磨性。
工作在高温、热辐射场合的伺服液压缸，其密封件的材料要有长期耐高温的特性。
工作介质为磷酸酯或抗燃油的，不能用矿物油的密封风材料，要考虑他们的相容性。
伺服液压缸的密封设计不能单独进行，要和支承导向设计统一进行统筹安排。
（1〕静密封的设计
静密封的设计要确保固定密封处在正常工作压力的倍工作压力下均无外泄露。
静密封通常选用O形橡胶密封圈。
根据标准，查通用O形密封圈系列〔代号G〕的内径、截面及公差。
由液压缸装配草图确定：
选用125×
G一个
36×
G
一个
〔2〕动密封的设计
动密封的设计直接关系着伺服液压缸性能的优劣，其设计必须结合
支承导向的设计统筹进行。
活塞与缸筒之间用Y型密封圈。
根据?
液压传动与控制手册?
表13-23，查得用226编号的O型密封
圈,其尺寸为×
.
活塞杆与端盖之间用Y型密封圈,它使双作用元件具有良好的性能,抗挤压性好,尺寸稳定,摩擦力小,耐磨、耐腐蚀性强.
五、支承导向的设计
伺服液压缸的支承导向装置就是为了防止活塞与缸筒、活塞活塞杆
与端盖之间的直接接触,相互摩擦,产生磨损,从而到达降低摩擦,减少磨损,延长寿命,起到导向和支承侧向力的作用.导向环的特点:
防止了金属之间的接触;
具有高的径向交荷承触力;
能补偿边界力;
具有强耐磨性和高寿命;
摩擦力小;
能抑制机械振动;
有良好的防尘效果,不允许外界异物嵌入;
保护密封件不受过分挤压;
导向时即使无润滑也没有液动力方面的问题;
结构简单,安装方便;
维修费用小.
导向环的作用:
导向环安装在活塞外圈的沟槽内或活塞杆导向套内圆
的沟槽内,以保证活塞与缸筒或活塞杆与其导向套的同轴度,并用以
承受活塞或活塞杆的侧向力,用来对活塞杆导向.
根据<
新编液压工程手册（下册）>
表查得选用GST5908-0630的导
向环.导向套的选用为其导向长度A=取A=100mm
六：
防尘圈的设计
为防止落入活塞杆的尘埃，随着活塞杆的伸缩运动被带进端盖
和缸筒内，从而使密封件和支承导向环受到损失和过早的磨损，所
以，伺服液压缸还设计安装防尘圈。
防尘圈的选择原那么：
不给伺服液压缸增加摩擦；
不产生爬行；
不粘着滞涩；
不磨损活塞
杆。
防尘圈的选择不当，会引起摩擦力的增加，将保护活塞杆外表
起润滑作用的粘附性油膜层刮下来，造成粘附性渗漏，这种渗漏在
原理上是允许的。
防尘圈的作用：
以防止活塞杆内缩时把杂质、灰尘及水分带到密封
装置区，损伤密封装置。
综上所述，经查表13-28〔?
〕，选用丁
型无骨架防尘圈，尺寸为125mm。
七：
液压缸材料的选用
缸筒：
缸筒材料：
常用20、35和45号钢的无缝钢管。
由于缸筒要与法兰焊接在一起，应选用45号钢的无缝钢管。
缸筒和缸盖的连接方式：
法兰连接；
特点是结构较简单、易加工、易装卸，使用广泛，
外形尺寸大，重量大。
缸盖的材料为HT200，液压缸内圆柱外表粗糙度为。
内径用H8的配合；
内径圆度、圆柱度不大于直径公差之半；
内外表母线直线度在长度上，不大于；
缸体端面对轴线的垂直度在直径上每100mm上不大于；
缸体和端盖采用螺纹连接，用内六角螺栓。
活塞：
活塞的结构形式应根据密封装置的形式来选择，密封形式根据
工件条件而定。
活塞杆：
活塞杆的外端结构：
活塞杆外端与负重连接，其结构形式根据工作要求而定。
活塞杆的内端结构：
活塞杆的内端与活塞连接。
所有形式均需有锁紧措施，以防止
工作时由于往复运动而松开。
活塞杆与活塞之间还需安装密封，采
用缓冲套的螺纹连接。
活塞杆导向套：
活塞杆导向套装在液压缸的有杆腔一侧的端盖内，用来对活塞
杆导向，其内侧装有密封装置，保证缸筒有杆腔的密封性。
外侧装
有防尘圈，防止活塞杆内缩时把杂质、灰尘和水分带进密封装置
区，损伤密封装置。
缓冲装置
当工作机构质量较大，运动速度较高时，液压缸有较大的动
量。
为了减少液压缸在行程终端由于大的动量造成的液压冲击和噪
音，必须采用缓冲装置。
当停止位置不要求十分准确时，可在回路
中设置减速阀和制动阀，也可以在缸的末端设置缓冲装置。
八：
总结
课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，是我们迈
向社会，从事职业工作前一个必不少的过程.〞千里之行始于足
下〞，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义.
我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明
天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的根底.我认为，在这学期的
学习中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力
上也都有了提高。
更重要的是，在设计过程中，我们学会了很多学
习的方法。
而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。
要面对社会的
挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。
这对于我们的将
来也有很大的帮助。
以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，
找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。
就像中国提倡的艰苦奋斗
一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对
的事情。
九：
参考文献
[1]杨培元、朱福元.?
液压系统设计简明手册?
北京.机械工业出版社1994
[2]何存兴.?
液压元件?
北京.机械工业出版社1982
[3]雷天觉.?
新编液压工程手册?
北京.北京理工大学出版社
2005
[4]李寿刚.?
液压传动?
北京.北京理工大学出版社1981
[5]张利平.液压气动技术速查手册北京：
化学工业出版社.2006
[6]许福玲、陈尧明.液压与气压传动北京：
机械工业出版社.
2007
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