液压缸设计.docx

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液压缸设计

课程设计的目的………………………………………………1

课程设计内容及所给参数……………………………………1

液压缸主要尺寸的确定………………………………………2

液压缸的密封设计……………………………………………6

支承导向的设计………………………………………………7

防尘圈的设计…………………………………………………8

液压缸材料的选用……………………………………………9

课程设计小结…………………………………………………13

参考文献…………………………………………………………14

说明书

一、课程设计的目的

现代机械一般多为机械、电气、液压三者紧密相连结合的一个综合体。

液压传动与机械传动、电气传动并列为三大传统形式。

液压传动系统的设计在现代机械的设计工作中占有重要的地位。

因此，《液压传动》课程是工科机械类各专业都开设的一门重要课程。

它既是一门理论课，也与生产实际有着密切的联系。

为了学好这样一门重要课程，除了在教学中系统讲授以外，还应该设置课程设计教学环节，使学生理论联系实际，掌握液压传动系统设计的技能与方法。

课程设计的目的主要有以下几点：

1、综合运用液压传动课程及其他有关先修课程的理论知识和生产实习知识，进行液压传动设计实践，使理论知识和生产实践紧密结合起来，从而使这些知识得到进一步地巩固，加深、提高和扩展。

2、在设计实践中学习和掌握通用液压元件，尤其是各类标准元件的选用原则和回路的组合方式，培养设计技能，提高学生分析和嫁接生产实际问题的能力，为今后的设计工作打下良好的基础。

3、通过设计，学生应在计算、绘图、运用和熟悉设计资料（包括设计手册，产品样本，标准和规范等）以及进行估算方面得到实际训练。

二、课程设计内容及所给参数

1、设计内容

（1）液压缸内径D，活塞杆直径d的确定及绘制液压缸总图；

（2）液压泵及匹配的电动机选择；

（3）液压元件的选择；

（4）按规定机械动作要求，设计液压传动系统原理图，设计电气控制系统；

（5）液压传动装置的安装及电气控制系统的连接；

（6）调试。

2、设计参数

液压缸系统供油P=6.3Mpa；

液压缸最大推力Fmax=5KN；

缸的最大行程L=100mm；

三、液压缸主要尺寸的确定

1、液压缸工作压力的确定

液压缸的工作压力主要根据液压设备的类型来确定，对于不通用途的液压设备，由于工作条件不同，通常采用的压力范围也不同。

根据负载F=5KN,查附表7可知液压缸的工作压力为1.5~2Mpa,由附表1确定液压缸的工作压力P=2.5Mpa。

2、液压缸缸筒内径D的计算

根据已知条件，工作最大负载F=1500N，工作压力P=1.6MPa可得

液压缸内径D和活塞杆直径d的确定：

已知:

F=1500N,

=1.6MPa，

=

=39.5mm

查表得：

D=40

，d=32mm

则

故必须进行最小稳定速度的验算，要保证液压缸工作面积A必须大于保证最小稳定速度的最小有效面积

又：

式中：

—流量阀的最小稳定流量，由设计要求给出。

—液压缸的最小速度，由设计要求给出。

故查表取D=63

当D=63

的时

，保证了

>

3、液压缸活塞杆直径d的确定

由已知条件可查表23.6—33（GB/T2348-1993），取d=45mm。

查表知，45钢的屈服强度

按强度条件校核：

所以符合要求。

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：

（该设计采用无缝钢管）

[

]=100～110

（无缝钢管），取[

]=100

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=8mm

5、缸体外径尺寸的计算

缸体外径

查机械手册表：

外径

取76mm

6、液压缸工作行程的确定

由于在液压缸工作时要完成如下动作

快进150

┏━━━━→┓工进50

┃┗┓工进50

┃快退┗━━━━→┓

┗━━━━━━━←━━━━━━━━━━┛

即可根据执行机构实际工作的最大长度确定。

由上述动作可知工作行程为250mm。

7、缸盖厚度的确定

一般液压缸多为平底缸盖，其有效厚度按强度要求可用下式进行近似计算：

式中：

D—缸盖止口内径（mm）

T—缸盖有效厚度（mm）

T≥4.74mm

8、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距离为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增大，影响液压缸的稳定性，因此在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：

式中：

L—液压缸的最大行程（mm）

D—液压缸内径（mm）

取H=65mm

9、活塞宽度B的确定

活塞的宽度B一般取B=（0.6-1.0）D

即B=（0.6-1.0）×63=（37.8-63）mm

取B=60mm

10、缸体长度的确定

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+55=305mm

缸体长度≤（20-30）D=（1260-1890）mm

即取缸体长度为510mm

11、液压缸进、出油口尺寸的确定

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M16x1.5。

连接方式为螺纹连接。

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：

1　用于微速运动（3-5mm/s）的场合时，不得有爬行，粘着滞涩现象。

2　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。

3　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，否则会直接威胁人体健康和安全。

4　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。

5　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。

6　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。

7　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。

8　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1.5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GB3452.1-92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63×3.55GGB3452.1一个

36×2.65GGB3452.1一个

（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50.39×3.53.

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,从而达到降低摩擦,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:

1）避免了金属之间的接触;

2）具有高的径向交荷承触力;

3）能补偿边界力;

4）具有强耐磨性和高寿命;

5）摩擦力小;

6）能抑制机械振动;

7）有良好的防尘效果,不允许外界异物嵌入;

8）保护密封件不受过分挤压;

9）导向时即使无润滑也没有液动力方面的问题;

10）结构简单,安装方便;

11）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24.7-13查得选用GST5908-0630的导向环.

导向套的选用为其导向长度A=（0.6-1.0）D=（37.8-63）mm,

取A=40mm

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。

防尘圈的选择原则：

●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，将保护活塞杆表面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（《液压传动与控制手册》），选用丁型无骨架防尘圈，尺寸为45mm

七：

液压缸材料的选用

1、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，故选用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，液压缸内圆柱表面粗糙度为Ra0.2-0.4um。

（1）内径用H8的配合；

（2）内径圆度、圆柱度不大于直径公差之半；

（3）内表面母线直线度在45.0mm长度上，不大于0.03mm；

（4）缸体端面对轴线的垂直度在直径上每100mm上不大于0.04mm；

（5）缸体和端盖采用螺纹连接，用内六角螺栓。

2、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。

3、活塞杆

（1）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。

（2）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。

4、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。

5、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：

液压泵的选择

差动进给：

工进1：

工进2：

快退：

液压泵的参数计算：

取进油路总压力损失为

因此泵的额定压力可取

快进时泵的流量为：

工进1时泵的流量为：

工进2时泵的流量为：

根据上面计算的压力和流量，查产品样本，选用

型的限压式变量叶片泵，排量为

，该泵的压力调节范围为

，额定转速

。

九：

电机的选择

根据以上计算，知道快进时功率最大，故按快进时估算电机功率。

差动快进时，压力油经三位四通阀，二位二通阀1和二位二通阀2进入液压缸大腔，大腔压力

由已知条件知

于是泵的出口压力为

总效率

。

查手册，选用Y90S-4型电动机，其额定功率为1.1KW，额定转速为1400r/min。

课程设计小结

两周的机电液综合设计与实验终于结束了，虽然很忙碌很疲劳，但感觉收获还是蛮大的。

为了使液压缸各个结构设计的精确，我查阅了许多手册和参考书，为我以后的毕业设计打下了牢固的基础。

我几乎每天的专注和辛劳，唤回了我对液压与气压传动的重新认识，对液压缸结构的深刻理解，还有一种对设计制图工作的热情和认真态度，我的细心再次发挥了优势，我不敢说我的这份设计图一定会得优秀，但看着图纸上的每一个细节，我觉得没有枉费这两周来的心血。

同时也让我觉得大学里学到了很多知识，我的大学生活没有浪费。

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.张利平编著液压气动技术速查手册北京：

化学工业出版社。

2006

6.许福玲、陈尧明主编液压与气压传动北京：

机械工业出版社。

2007