柱塞缸设计步骤DOC.docx

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柱塞缸设计步骤DOC

2、数据

1、执行元件：

液压柱塞缸；

2、主要设计参数：

缸工作行程400mm

推力载荷280KN；

移动速度1mm/s；

安装方式前法兰。

3、设计提要

①、液压柱塞缸主要参数给定

缸内径：

D=125mm

缸外径：

D1=194mm

壁厚：

、=34mm活塞杆直径：

d°=120mm法兰厚：

h=8mm

二、设计计算步骤

1根据机构运动和结构要求，选择液压缸的安装类型和安装方式。

2确定液压缸的性能参数，如输出力，速度，作用时间，内径和行程。

3根据选定的工作压力，确定液压缸的缸径，活

塞杆直径，并按标准尺寸系列选择尺寸，根据工作压力及材料进行结构设计，如缸壁厚度，缸盖，密封形式，排气与缓冲等。

4液压缸性能的验算。

5选择合适的密封结构

三、液压缸主要几何尺寸的设计计算

1公称压力的确

W3-1压力分«l

就别

申压

fiMJX

酿力椎曲（MFH）

小~2•岳

>春5~&

>B^1B

>sa

计算或选揮的液压系统和元件的公称压力”应符合或靠拢表3-乞所规定的数值。

«32力兼列（GD2346—80）（t»f>

10O

<125）

164

200

315

400

500

BSO

800

注*XfS号内的厘育奪优先矗JDSh

札1Z・。

」3＜叫

因为推力载荷为280KN所以选公称压力为31.5MP,见表

2活塞杆直径的确定

«22.«64筋压粧性能參魏计算

计算公式

说明

草杆活蟹式液压蚯和柱蓦式液压缸體寒

片一就压缸推力Z內一蔽压缸拉力（?

（或柱窒）骨忡时的撻力齐为

形一液压値甦动遂接时的推力fN）

Fj屮“10*

L工作压力（MPa）

单杆佶基式威屈缸的拉力虽为

扒一活蓦或柱塞的柞用面祖5巧，*产于肝

液压虹的

F2"jvL3k10s

為一橄压扛有杆腔柞用而积（川）“八子

辙出力

单杆活塞式液压虹養动连接时，渣压虹的

推力丹为

屯一槪压缸差动时的柞用面飙（X〉.嘉=尹

片=时1k10*

。

一活SE或柱空直©（™）

圧一话嘉杆建径（町

当F1=280KNP=31.5MP算出d=106mm查下表

柱塞直径

斷

巧

比

职头嫌拴

HedEX{

too

102

its

125

ITO

210

SxM20m55

195

120

I20

I22

140

150

190

230

SjcJCOX55

240

150

ISO

I52

I'JO

LSO

230

270

gmM2Cn^Q

270

厠

他

L82

210

260

3JO

$xM24x65

290

190

200

202

220

230

340

»xM34X65

310

200

220

222

Z4O

250

320

370

&»M^4x65

330

220

260

沁

280

290

350

400

L0xM24X7O

370

260

282

迦

310

370

420

L0mM24x70

390

280

320

322

360

430

490

&xM30kS5

440

320

卿

册

385

400

4sa

550

10xM^m90

480

340

400

4CH

425

440

510

10mM30x90

520

36Q

选d=120mm

3、液压缸行程

LA渡压缸行程靈列（摘自GB/T2349^1980）（见裘22.1"1」乙13）

£3

IOD

125

200

250

320

400

500

630

soo

1000

1250

1600

2000

2500

400）

（nun）

S22.141液压缸话銮行磊第一聚列（mm）

]L0

140

ISO

220

290

360

450

550

700

1100

1400

itoo

2200

2800

3«00

—

^22,1-12施JEfiffi［活班齐程第二爲詞

240

260

ioa

340

3B0

42Q

4腑

530

600

650

750

850

950

1050

1200

1300

5tW

1700

1900

2HW

2400

2600

300C

3400

3800

«2XM3產压扫话豪行程第三黑列

行程400mm属于国标

4、液压缸内径D1的确定

参数名称

计算公式

说明

液压缸内径®

很据载荷为的大小和选定的系址压力来计算液压缸内径D为

13xUT、勺仔

iLbbfah■■■sn=n.a.一_——”._.

D—液压缸内免（m）

F-液压齟椎力（町

厂一选定的工作压力（MPa）

备一进人（或渡岀［液压缸的流垢（寸•广J

L液圧虹输出锤度（昭・S'J）

当F1=280KNP=31.5MPD仁110.1mm查下表

15液压缸内胫及活塞杆外径尺寸泵列（摘自GB/T2348—1993）（见表22.1-9JO）

表港压缸内径尺寸蔡列（mm）

125

（280）

（90）

200

（450）

体

（140）

32D

J00

（220）

SOO

160

（珈）

（U0）

15t）

<>80）

400

桂：

圆括兮内的尺寸为非挽先选用尺寸O

选用D1=125mm

5缸筒壁厚

漉圧缸的结构捱数，主要包括缸簡堕厚、油口直

ftixe-w菠压虹酪构•数的计算

書数容称

计算公式

说明

1灌压缸註筒厚度（血

叭一试验压力山刊）・工作压力pwWMP.时"厂

LSp；工作fii^Tf?

16MPa时*py■].23p

对于低压蹇嫌我当#3昭时.港压肛肛简厚

0—議压fit内轻fm）

Tm1

［口］-位休材料的许用应力（UPa）,［＜7J-

度一般按薄镰倚计算，此时

4縉

ETt-toff材將的扰拉强度（MP*）

“一絶慕数・j»=^3-3,一Kt取“5

对于；舉輛

[

[tr]=100-|10MPi

[a]^IOO^JLOMFa

[tr]-60MPii

-=24.61mm根据外径和内经的差选-=34.5mm

6液压缸外径D2的确定

D2=174.1mm查表

験22托•旳工程机械用涯压飪外径蔡列

缸從

/mm

灌压缸外径/mm

缸輕

/mm

液压玄卯靈mm

pSlfiMPa

31r5

psQ16MPa

31.5

133

140

63-5

125

146

152

140

刚

16B

诲

102

1舛

194

IDS

倔

114

ISO

219

2J9

219

100

121

127

200

245

如

注:

1.鳌体为无缝钢彗。

2.工作压力卩忑体跑厲时，无■钢管材料为20钢；其余压力下，无堆钢管材料为紳粥＜■

选用194mm

7缸底壁厚

平形缸底，当缸底无油札时

肖缸底痛衲孔时

代入计算的di仁31.08mm去32mm

8缸头壁厚

由于在権压缸£［头上有活塞杆导向乳，因此其哪度的计算方法与缸底有斯不同°对于常用的讎兰式桓头.其怦算方怯如下

螺灯连接社兰式缸头如下图所示

一D

A-&兰厚度（mJ

F—涨竺受力总和的+尸■于丹*于G4亠於”

d—密封开内径5）

%—密封环外径fm）

L系统工柞压力E

甜抑爲封力（P*）,若采用金属材羁密封时宀馆取菽屈腫点

孔井布圆直轻（曲）

比卩一密封环平均直桎⑴）

【也一法拦材料的沖用应力f?

•）

2.3*10柱處式液压虹的端部型式及尺寸（吨表22,6』2）

荘塞直径

耳

込

飆头眾栓

n,=<£xZ

110

6xM12x3O

）10

6xh（12x3O

110

150

&kML6x4O

135

£2

120

）60

KxM16x4S

150

5K>

105

150

190

8xM16m5Q

175

ilO

-—

二"

■!

■■■>■■BklZ.jfUf/r

柱幕直径

•

标记就号

£06

Bl.LOO

1.42

BLXOO

4.93

BL100

乱99

BL4.W）

阴

9.74

BL5.00

L00

12.70

BL6.00

120

19.44

BL7+00

150

100

27.55

BLft.00

180

105

34.0

BL9.00

200

110

40,5

01UO.QO

220

110'

46.7

Bt[LOO

260

115

110

55.7

B1.L2

280

52.7

B1J100

320

125

102

BL14.00

360

140

137

B1.L5

400

160

155

149

Bl.16

柱塞直栓

込

比

爲

双头堀桂

n"xI

100

102

125

ITO

210

SxM20x55

195

I2D

I2C

122

140

ISO

190

230

«kM20x55

240

ISO

150

152

180

230

270

SxM20x60

2TO

JEG

ISO

182

200

210

260

310

4xM24xM

2S0

19G

200

202

220

230

290

340

9.kM24x&5

310

200

220

222

240

250

320

370

&xM2A曲

230

2加

260

262

280

290

350

40Q

10xM24x70

370

260

250

2S2

300

310

370

420

10xM24x?

390

280

320

322

340

360

430

490

SxM30xS5

440

320

360

364

385

400

48C

550

10xM3

4«0

34Q

斗00

404

440

S10

580

10xM3Om?

520

獅

算出缸头厚度h=30mm

9缸筒法兰连接螺栓

计算舍式

说齟

其他箝号同拯纹连接时的计算公式

astM的切血力为

T=0.2<^Z合成应力均““

（7.=//+3*sl、3cr^【（r]

10、法兰安装方式

也憩兰安转：

作用力与支承中心处矗网釉戏上*社兰弓支祇屋的黑It尚桶检兰面承愛阵用力*而不应便闪定««r＜受拴力’例刘前站东竺安越.in作用力足推力•应探用囲新召加所示堂式・倉免采用圈2】召北所示型盍’如帏用力是F』力，则反之，后報法兰安裳•如件用力聚雅力・应址用M示SI式*査免農用卽幷Nb浙示塩式.列杵用力是枪办，丽反龙“

11密封环

帯if

AS佗

4E血虑农

帚对

（I蜕柚曲

/mn

特点

更力

/MPp

SS/七

連度

/nr■'11

单作用

—

程40

----

-30-100

话止3

。

懵■!

»目HL以齡（J弗HI応曲人的喩中

Mgtf~ir-we.1.■_■lm■j■r■jwc*buiir*3iira

ft21>6*27

般取0型密封环

12防尘圈

第称

■囲暦tt

作用

/mcr

特点

速慣

/m"di1

特«康苗肪轿

6…1000

-54-200

VI1）瞄■为#性尤件AJ特事的吐・

成0憲■楼骷生贰章站盘構动報面"毘列険好前制尘作用，知与k用挣廉斷特封和恢康arn対4＜験生nk取脾阴主in的密捕宿起壽r辅谢帯

13各种主要零件名称和材料

表22.6-63液压缸蠕部主要零件名称和材料

件号

名称

材料

挡板

Q235-F

防尘圈

毛毡

法兰

|45

套

ZQSn8>12

U形夹织物密封圈

橡胶1*

支承环

Q235-F

导套

ZQSng-12

四、各零部件的校核及验算

1、缸筒设计

①、缸筒结构的选择

连接方式如下图：

选取法兰式连接，并且法兰和缸筒用焊接方式连接。

其优点是结构简单，易选取、易装卸；

缺点是外径较大，比螺纹连接的重量大。

2、缸筒的要求

有足够强度，能够承受动态工作压力，长时间工作不会变形;

有足够刚度，承受活塞侧向力和安装反作用力时不会弯曲；

内表面和导向件与密封件之间摩擦少，可以保证长期使用；缸筒和法兰要良好焊接，不产生裂纹。

3、缸筒材料的选取及强度给定

部分材料的机械性能如下表：

缸筒常用无缝钢骨材料机械性能

材料

血鼻/MPr

/MPa

420

250

SOO

300

540

320

610

360

15MnVn

175（）

500

1000

S5（J

i12

30CrMo

950

80C

35CrMu

1000

850

i12

本次设计选取20号钢

从表中可以得到：

缸筒材料的屈服强度j=250MR

缸筒材料的抗拉强度6=420MP

现在利用屈服强度来引申出：

缸筒材料的许用应力［二］=j/n=250/5=50MP

其中n=5是选取的安全系数，来源于下表：

液压缸的安全系数

材料名称

静栽荷

交变載荷

沖击载荷

不对称

对称

钢漲铁

2、液压缸的效率

液压缸的效率由以下三种效率组成:

（A）机械效率伽■曲各运动件摩擦损失所造成,在额定压为I—適常可取伽*0.9或

（B）容积效率％，由各封密件泄漏所造成•通常容积效率加为：

装弹性体密封圈时粘心1

装活塞环时瞎2山％

（C）作用力效率％，由岀油口背压所产生的反作用力而适成占

m=0.9v=1d=0.9

¥二啊皿

所以总效率为0.8

3.缸筒壁厚的验算

F面从以下三个方面进行缸筒壁厚的验算:

（A）液压缸的蒲宗乐力九值应低干一定的桅限

沁35^^

（MPa）（23.3-7）

根据式23.3—7得到:

P兰31.5MP满足条件

4、法兰设计

①、法兰厚度计算

法兰厚度根据下式进行计算:

.I4Fbh=丨~d

字（~2p-%）】式中:

h—法兰厚度（mm）

F—法兰受力总和（N）,

dcp—法兰外径（370mm）

Pa）

dL—螺栓直径（24mm

法兰材料的许用应力（

b=（Do-Dh）/2=35mm

—螺钉孔分布圆直径

320mm

250mm

带入数据得h=47.6mm.圆整取h=48mm

首先来计算法兰在最大内压的情况下受到的压力F:

在流量的计算中已经得柱塞的面积是：

A=D2X兀/4=113.04x10Um2

缸壁厚度计算中得出最大压强:

Pmax=2.252MP

所以法兰承受的最大压力为：

F=Pmax汇A=25452.45N

接下来选取其它参数：

ra=115mmdL=20mmb=13mm

许用应力在选取材料的时候给出：

[-]=-s/n=250/5=50MP

将以上各量带入式23.3—16得到:

h=30mm

5法兰连接螺栓的强度计算

连接图如下：

螺纹处的拉应力

"KFX］。

小（MPa）（23.3-20）

螺纹处的剪应力

T=~^jxi（r6（MPQ（23.3-21）

合成应力口寸—//+3卫W［审］（X4P&）

（23.3-22）

最大推力为：

F=280KN

使用8个螺栓紧固缸盖，即：

Z=8

螺纹外径和底径的选择：

d0=20mmd1=18.376mm

系数选择：

考虑到载荷可能有变化，为了安全，选取：

K=3，Ki=0.12

式中F—

-缸筒端部承受的最大推^（N）;

D—

缸简內径（m”

一螺纹外径（m）;

右一

一螺纹底径（m）;

一拧紧爆纹的系数

不变载荷取K=l.25〜1.5*变载荷取K-2.5〜4

一螺统连接的摩撩系致K^O.lZi

川-

—缸简材料的许用应力（MPa）Ltr］=（ts/w

—缸筒材料的屈服强度（MPa）j

rr—

—安全系数取科二1.5-2「生

最大推力理论F=P*A=31.5MP*d2x/4=356.076KN但实际F仁F*0.8=284.8608KN

根据式23.3—20得到螺纹处的拉应力为：

二=401.9MP

根据式23.3—21得到螺纹处的剪应力为：

.=192.3MP

根据式23.3—22得到合成应力为：

；「n=522.5MP

由以上运算结果知，应选择螺栓等级为12.9级：

查表的得：

抗拉强度极限r=1200MP屈服极限强度s=1080MP不妨取安全系数n=2可以得到许用应力值：

［二］=d/n=1100/2=540MP

再次使用式23.3—22得到：

6乞［匚］成立

证明选用螺栓等级合适。

四、参考文献

1、程大先，《机械设计手册第五版第五卷》，北京，化学工业出版社，2008.3

2、闻邦春，《机械设计手册第五版第4卷》，北京，

工业出版社，2010.1

3、王守成，容一鸣液压传动，2006.8

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