液压缸设计.docx
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液压缸设计
液压缸设计
液压缸一般来说是标准件,但有时也需要自行设计。
本节主要介绍液压缸主要尺寸的计算及强度,刚度的验算方法。
液压缸的设计是在对所设计的液压系统进行工况分析、负载计算和确定了其工作压力的基础上进行的。
首先根据使用要求确定液压缸的类型,再按负载和运动要求确定液压缸的主要结构尺寸,必要时需进行强度验算,最后进行结构设计。
液压缸的主要尺寸包括液压缸的内径D、缸的长度L、活塞杆直径d。
主要根据液压缸的负载、活塞运动速度和行程等因素来确定上述参数。
液压缸工作压力确定
液压缸要承受的负载包括有效工作负载、摩擦阻力和惯性力等。
液压缸的工作压力按负载确定。
对于不同用途的液压设备,由于工作条件不同,采用的压力范围也不同。
设计时,液压缸的工作压力可按负载大小及液压设备类型参考表3.2、表3.3来确定。
表3.2 液压缸的公称压力(单位:
MPa,GB7938-87)
0.63
1.0
1.6
2.5
4.0
6.3
10.0
16.0
25.0
31.5
40.0
表3.3 各类液压设备常用的工作压力(单位:
MPa)
设备类型
一般机床
一般冶金设备
农业机械、
小型工程机械
液压机、重型机械、轧机压下、
起重运输机械
工作压力(MPa)
1~6.3
6.3~16
10~16
20~32
液压缸主要尺寸的确定
液压缸内径D和活塞杆直径d可根据最大总负载和选取的工作压力来定,对单杆缸而言,无杆腔进油并不考虑机械效率时,由式(3.4)
(3.14)
有杆腔进油并不考虑机械效率时,由式(3.6)可得
(3.15)
一般情况下,选取回油背压,这时,上面两式便可简化,即无杆腔进油时
(3.16)
有杆腔进油时:
(3.17)
式(3.17)中的杆径d可根据工作压力选取,见表3.4;当液压缸的往复速度比有一定要求时,由式(3.7)得杆径为
(3.18)
推荐液压缸的速度比如表3.5所示。
表3.4液压缸工作压力与活塞杆直径
液压缸工作压力P(MPa)
≤5
5~7
>7
推荐活塞杆直径
(0.5~0.55)D
(0.6~0.7)D
0.7D
表3.5液压缸往复速度比推荐值
液压缸工作压力P(MPa)
≤10
1.25~20
>20
往复速度比ψ
1.33
1.46~2
2
计算所得的液压缸内经D和活塞杆直经d应圆整为标准系列参见《新编液压工程手册》。
液压缸的缸筒长度由活塞最大行程,活塞长度,活塞杆导向套长度,活塞杆密封长度和特殊要求的长度确定。
其中活塞长度为(0.6~1.0)D;导向套长度为(0.6~1.5)d。
为减少加工难度,一般液压缸缸筒长度不应大于内径的20~30倍。
液压缸的校核
1.缸筒壁厚的验算
中、高压液压缸一般用无缝钢管做缸筒,大多属薄壁筒,即δ/D≤0.08,此时,可根据材料力学中薄壁圆筒的计算公式验算缸筒的壁厚,即
(3.19)
当δ/D≥0.3时,可用下式校核缸筒壁厚
(3.20)
当液压缸采用铸造缸筒时,壁厚由铸造工艺确定,这时应按厚壁圆筒计算公式验算壁厚。
当δ/D=0.08~0.3时,可用下式校核缸筒的壁厚
(3.21)
式中:
----缸筒内的最高工作压力
[σ]——缸筒材料的许允应力
2.液压缸稳定性验算
活塞杆长度根据液压缸最大行程L而定。
对于工作行程中受压的活塞杆,当活塞杆长度L与其直径d之比大于15时,应对活塞杆进行稳定性验算,关于稳定性验算的内容可查阅液压设计手册。
冶金设备标准液压缸
型号选择
HSG - L - 01 - D/d × 100 -E 2 5 0 1
HSG-双作用单杆活塞式液压缸
L-缸盖连接方式/:
L=threaded(bore≤Φ80);K=卡键式(缸径≥Φ80)
01 –Designing code
D/d –bore Dia. mm/rod Dia. mm
100-Stroke
E-Pressure grade 16MPa
2 –缸头、缸筒连接方式/End & tube connection:
1=缸头耳环带衬套/End and trunnion with bushing;2=缸头耻环带关节轴承/End, ring with oscillating bearings;3=铰轴/hinge shaft(for cylinders with bore≥Φ80卡键式连接);4=端部法兰/End flange(for cylinders with bore ≥Φ80卡键式连接/pin &key connection);5=middle flange(for cylinders bore≥Φ80卡键式连接/ pin &key connection)
5 –活塞杆端连接方式代号/Piston rod connection code:
1=杆端外螺纹;
2=杆端内螺纹(bore≥63);
3=杆端外螺纹杆头耳环带衬套;
4=杆端内螺纹杆头耳环带衬套; (bore≥63);
5=杆端外螺纹杆头耳环带关节轴承;
6=杆端内螺纹杆头耳环带关节轴承(bore≥63);
7=整体式活塞杆耳环带衬套(bores=40、50);
8=整体式活塞杆耳环带关节轴承(bore=40、50)
0-缓冲部位代号:
0=不带缓冲;1=两端带缓冲;2=缸头端带缓冲;3=杆头端带缓冲
1 –油口连接方式代号:
1=内螺纹
L1-活塞杆端连接方式代号:
L1=杆端外螺纹;L2=杆端外螺纹▲
O –工作介质代号:
O=机油、液压油,;W=高水基(乳化液)(emulsified mixture)
注:
型号说明中凡标有▲的目前均按非标处理。
Model
公称压力/Workingpressure
PMa
BoreDia.
D(mm)
Ψ=1.33
Ψ=1.46
Ψ=2
MinimumStroke
S(mm)
Ψ=1.46
RodDiameter
d(mm)
Max.StrokeS(mm)
RodDiameter
d(mm)
Max.Stroke
S(mm)
RodDiameter
d(mm)
Max.Stroke
S(mm)
Push(N)
Pull(N)
HSGL01-40/dE
16
40
20
320
22
400
25
480
-
20090
14020
HSGL01-50/dE
50
25
400
28
500
32
600
-
31400
21550
HSGL01-63/dE
63
32
500
35
630
45
750
-
49870
34480
HSGL01-80/dE
80
40
640
45
800
55
950
-
49870
54980
HSGL01-80/dE
80
40
640
45
800
-
-
30
80420
54980
HSGL01-90/dE
90
45
720
50
900
63
1080
40
101790
70360
HSGL01-100/dE
100
50
800
55
1000
70
1200
40
125660
87650
HSGL01-110/dE
110
55
880
63
1100
80
1320
45
152050
102180
HSGL01-125/dE
125
63
1000
70
1250
90
1500
35
196350
134770
HSGL01-140/dE
140
70
1120
80
1400
100
1680
50
246300
165880
HSGL01-150/dE
150
75
1200
85
1500
105
1800
55
282600
191850
HSGL01-160/dE
160
80
1280
90
1600
110
1900
45
321700
219910
HSGL01-180/dE
180
90
1450
100
1800
125
2150
45
407150
281500
HSGL01-200/dE
200
100
1600
110
2000
140
2400
50
502660
350600
HSGL01-220/dE
220
110
1760
125
2200
160
2640
60
608200
411860
HSGL01-250/dE
250
125
2000
140
2500
180
3000
60
785600
539100
注:
1.速比Ψ为活塞腔有效面积与活塞杆腔有效面积之比。
2.最大行程原则上是:
Ψ=1.33时,S=8D;Ψ=1.45时,S=10D;Ψ=2时,S=12D;(D为缸径)。
3.最小行程不包括缸头、缸筒连接方式为铰轴及中部法兰型
外形安装连接尺寸图(活塞杆端为内螺纹连接)
Bore
φ
dΨ=1.33
dΨ=1.46
dΨ=2
d1
R×b
L6
M2
L8
L5
L7
L1
2-M1
H1
φ1
40
57
20
22
※25
20orGE20ES
25
30
M16×1.5
30
30
65
225
M14×1.5
15
65
50
68
25
28
※32
30orGE30ES
35
40
M22×1.5
35
40
65
243
M18×1.5
15
75
63
83
32
35
45
30orGE30ES
35
40
M27×1.5
40
40
65
258
M18×1.5
15
90
80
102
40
45
55
40or
GE40ES
45
50
M33×1.5
45
50
75△65
300
M22×1.5
18
110
90
114
45
50
63
40or
GE40ES
45
50
M36×2
45
50
66▲76
305▲325
M22×1.5
18
-
100
127
50
55
70
50or
GE50ES
60
65
M42×2
50
60
72▲82
340▲360
M27×2
20
-
110
140
55
63
80
50or
GE50ES
60
65
M48×2
55
60
77▲87
360▲380
M27×2
20
-
125
152
63
70
90
50or
GE50ES
60
65
M52×2
60
60
78
370
M27×2
20
-
140
168
70
80
100
60or
GE60ES
70
75
M60×1.52
65
70
85▲95
405▲425
M27×2
20
-
150
180
75
85
105
60or
GE60ES
70
75
M64×2
70
75
92▲102
420▲440
M33×2
22
-
160
194
80
90
110
60or
GE60ES
70
75
M68×2
75
70
100
435
M33×2
22
-
180
219
90
100
125
70or
GE70ES
80
85
M76×3
85
89
107
480
M42×2
24
-
200
245
100
110
140
80orGE80ES
90
95
M85×3
95
100
110
510
M42×2
24
-
220
273
110
125
160
90orGE90ES
100
105
M95×3
105
110
120
560
M42×2
24
-
250
299
125
170
180
100orGE100ES
110
120
M105×3
115
122
135
614
M42×2
25
-
Bore
L15
L16
L12
L17
φ3
φ4
φ5
H3
L22
n-φ6
L33
L34
s
80
125
185
322
25
115
145
175
20
128
8-φ13.5
>260<205+S
>240<235+S
55
90
140
200
322▲352
25
130
160
190
20
134▲144
8-φ13.5
>275<215+S
>260<245+S
60
100
155
230
372▲392
30
145
180
210
20
150▲160
8-φ18
>310<230+S
>290<270+S
80
110
170
245
392▲412
30
160
195
225
22
157▲167
8-φ18
>320<250+S
>300<285+S
70
125
185
260
422
30
175
210
240
22
180
10-φ18
>335<280+S
>315<320+S
55
140
200
290
463▲483
35
190
225
260
24
201▲211
10-φ20
>385<305+S
>360<345+S
80
150
215
305
478▲498
35
205
245
285
26
207▲217
10-φ22
>400<320+S
>380<360+S
80
160
230
320
498
35
220
260
300
28
217
10-φ22
>410<340+S
>390<380+S
70
180
255
360
548
42
245
285
325
30
238
10-φ24
>455<365+S
>430<410+S
90
200
285
405
578
40
275
320
365
32
261
10-φ26
>485<365+S
>460<435+S
100
220
320
455
633
53
305
355
405
34
285
10-φ29
Tobecustomized
100
250
350
500
687
53
330
390
450
36
311
12-φ32
105
外形安装连接尺寸图(活塞杆端为外螺纹连接)