柱塞缸设计步骤概要

2 2、数据、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 3、设计提要、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 0 =120mm； 法兰厚：h=8mm； 二、设计计算步骤二、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 1 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三、液压缸主要几何尺寸的设计计算 1 1 公公称称压压力力的的确确 2 定定 因为推力载荷为 280KN 所以选公称压力为 31.5MP， 见表 2 2 活塞杆直径的确定活塞杆直径的确定 当 F1=280KN，P=31.5MP 算出 d=106mm 查下表 3 选 d=120mm 3 3、液压缸行程、液压缸行程 行程 400mm 属于国标 4 4 4、液压缸内径、液压缸内径 D1D1 的确定的确定 当 F1=280KN，P=31.5MP D1=110.1mm 查下表 选用 D1=125mm 5 5 缸筒壁厚缸筒壁厚  =24.61mm 根据外径和内经的差选=34.5mm 6 6 液压缸外径液压缸外径 D2D2 的确定的确定 D2=174.1mm 查表 5 选用 194mm 7 7 缸底壁厚缸底壁厚 代入计算的 d11=31.08mm 去 32mm 8 8 缸头壁厚缸头壁厚 6 7 算出缸头厚度 h=30mm 9 9 缸筒法兰连接螺栓缸筒法兰连接螺栓 1010、法兰安装方式、法兰安装方式 1111 密封环密封环 8 一般取 O 型密封环 1212 防尘圈防尘圈 1313 各种主要零件名称和材料各种主要零件名称和材料 四、各零部件的校核及验算 1 1、缸筒设计、缸筒设计 ①、缸筒结构的选择 连接方式如下图： 9 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： 10 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 s =250MP； 缸筒材料的抗拉强度 b =420MP； 现在利用屈服强度来引申出： 缸筒材料的许用应力[]= s /n=250/5=50MP。 其中 n=5 是选取的安全系数，来源于下表： 2 2、液压缸的效率、液压缸的效率 液压缸的效率由以下三种效率组成： 11  m =0.9  v =1  d =0.9 所以总效率为 0.8。 3.3.缸筒壁厚的验算缸筒壁厚的验算 下面从以下三个方面进行缸筒壁厚的验算： 根据式 23.3—7 得到： P n 31.5MP 满足条件 4 4、法兰设计、法兰设计 ①、法兰厚度计算 法兰厚度根据下式进行计算： h  4Fb d cp 2 （  d L） 式中： 12 h—法兰厚度（mm） F—法兰受力总和（N） ， d cp—法兰外径（370mm） d L—螺栓直径（24mm）  —法兰材料的许用应力（Pa） b  （D D0 0  D H）/2  35 mm — 螺钉孔分布圆直径（320mm） —密封环外径（250mm） D H 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 1= D2×/4=113.04104m2 缸壁厚度计算中得出最大压强： 13 P max =2.252MP 所以法兰承受的最大压力为： F= P max A 1=25452.45N 接下来选取其它参数： ra=115mmd L =20mm b=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 5 法兰连接螺栓的强度计算法兰连接螺栓的强度计算 连接图如下： 螺栓强度根据下式计算： 14 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： d 0 =20mm d 1 =18.376mm 系数选择：考虑到载荷可能有变化，为了安全，选取： K=3， K 1 =0.12 最大推力理论 F=P*A=31.5MP* D2× /4=356.076KN 15 但实际 F1=F*0.8=284.8608KN 根据式 23.3—20 得到螺纹处的拉应力为：=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 b =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 ： []= s /n=1100/2=540MP 再次使用式 23.3—22 得到： n  []成立 证明选用螺栓等级合适。 四、参考文献四、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 16