液压缸设计.

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1、第一章 液压系统设计1.1液压系统分析1.1.1 液压缸动作过程3150KN热压成型机液压系统属于中高压液压系统，涉及快慢速切换、多级调压、保压补压等多个典型的液压回路。工作过程为电机启动滑块快速下行滑块慢速下行保压预卸滑块慢速回程滑块快速回程推拉缸推出推拉缸拉回循环结束。按液压机床类型初选液压缸的工作压力为28Mpa,根据快进和快退速度要求，采用单杆活塞液压缸。1.1.2液压系统设计参数（1）合模力；（2）最大液压压28Mp；（3）主缸行程700；（4）主缸速度快38/s、慢=4.85/s。1.1.2分析负载（一）外负载压制过程中产生的最大压力，即合模力。 （二）惯性负载设活塞杆的总质量m1

2、00Kg，取t0.25s(三)阻力负载活塞杆竖直方向的自重活塞杆质量m1000Kg，同时设活塞杆所受的径向力等于重力。静摩擦阻力动摩擦阻力由此得出液压缸在各个工作阶段的负载如表*所示。表* 液压缸在各个工作阶段的负载F工况负载组成负载值F工况负载组成负载值F启动981保压3150103加速537补压3150103快速491快退+G10301按上表绘制负载图如图*所示。 F/N v/mms-1 537 491 981 38 4.85 0 l/mm 0 l/mm -491 -981 -38 由已知速度快38/s、慢=4.85/s和液压缸行程s=700mm，绘制简略速度图，如图*所示。1.2确定执行

3、元件主要参数1.2.1 液压缸的计算（一）液压缸承受的合模力为3150KN，最大压力p1=28Mp。鉴于整个工作过程要完成快进、快退以及慢进、慢退，因此液压缸选用单活塞杆式的。在液压缸活塞往复运动速度有要求的情况下，活塞杆直径d根据液压缸工作压力选取。由合模力和负载计算液压缸的面积。 将这些直径按GB/T 23482001以及液压缸标准圆整成就近标准值，得: 由此得液压缸两腔的实际有效面积 （二）确定液压缸壁厚根据公式计算液压缸壁厚。式中：=管壁厚 mm P=最大压力 kg/cm2 D=液压缸内径 mm 许用应力，=,n为安全系数，此处取n=5。 =抗拉强度最低值设定油缸用料45#，抗拉强度6

4、00Mp，最大压力28MP，管内径400mm，则最小壁厚，此处取壁厚=60。(三) 液压缸及活塞杆长度的确定（1）液压缸工作行程长度 =700mm。（2)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的距离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（间隙引起的挠度）增大，影响液压缸的稳定性，因此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应满足以下要求：式中 ：L活塞杆的最大行程； D液压缸的内径。活塞的宽度B一般取B=(0.610)D；缸盖滑动支承面的长度，根据液压缸内径D而定；当D80mm时，取。为保证最小导向长度H，若过分

5、增大和B都是不适宜的，必要时可在缸盖与活塞之间增加一隔套K来增加H的值。隔套的长度C由需要的最小导向长度H决定，即滑台液压缸：最小导向长度：取 H=240mm活塞宽度：B=0.6D=240mm缸盖滑动支承面长度： 隔套长度： 。液压缸缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体外形长度还要考虑到两端端盖的厚度。一般液压缸缸体长度不应大于内径的2030倍。液压缸：缸体内部长度，即活塞杆长度（四）活塞杆稳定性校核活塞杆受轴向负载，其值F超过某一临界值，就会失去稳定。活塞杆稳定性按下式进行校核。式中： 安全系数，一般取2 4，此处取。活塞杆长细比940/280=3.36 当活塞杆的长细比时，且

6、时式中：安装长度，其值与安装方式有关； 活塞杆横截面最小回转半径，； 柔性系数； 由液压缸支撑方式决定的末端系数； E活塞杆材料的弹性模量，对钢，可取 活塞杆横截面惯性矩； 活塞杆横截面积； 由材料强度决定的实验值； 系数。 以上各值参考章宏甲主编液压与气压传动第二版130页液压缸强度校核中表3-4、表3-5所取。2.2 液压缸的结构设计液压缸主要尺寸确定以后，就进行各部分的结构设计。主要包括：缸体与缸盖的连接结构、活塞与活塞杆的连接结构、活塞杆导向部分结构、密封装置、排气装置及液压缸的安装连接结构等。由于工作条件不同，结构形式也各不相同。设计时根据具体情况进行选择。设 计 计 算 过 程1)

7、 缸体与缸盖的连接形式缸体与缸盖的连接形式与工作压力、缸体材料以及工作条件有关。本次设计中采用外半环连接，如下图所示：缸体与缸盖外半环连接方式优点：(1)结构较简单；（2） 加工装配方便。缺点：（1） 外型尺寸大；（2） 缸筒开槽，削弱了强度，需增加缸筒壁厚2)活塞杆与活塞的连接结构。参阅P15表2-8，采用组合式结构中的螺纹连接。如下图2所示：图2 活塞杆与活塞螺纹连接方式特点：结构简单，在振动的工作条件下容易松动，必须用锁紧装置。应用较多，如组合机床与工程机械上的液压缸。2) 活塞杆导向部分的结构(1)活塞杆导向部分的结构，包括活塞杆与端盖、导向套的结构，以及密封、防尘和锁紧装置等。导向套

8、的结构可以做成端盖整体式直接导向，也可做成与端盖分开的导向套结构。后者导向套磨损后便于更换，所以应用较普遍。导向套的位置可安装在密封圈的内侧，也可以装在外侧。机床和工程机械中一般采用装在内侧的结构，有利于导向套的润滑；而油压机常采用装在外侧的结构，在高压下工作时，使密封圈有足够的油压将唇边张开，以提高密封性能。参阅P16表2-9，在本次设计中，采用导向套导向的结构形式，其特点为：导向套与活塞杆接触支承导向，磨损后便于更换，导向套也可用耐磨材料。盖与杆的密封常采用Y形、V形密封装置。密封可靠适用于中高压液压缸。防尘方式常用J形或三角形防尘装置活塞及活塞杆处密封圈的选用活塞及活塞杆处的密封圈的选用

9、，应根据密封的部位、使用的压力、温度、运动速度的范围不同而选择不同类型的密封圈。参阅P17表2-10，在本次设计中采用O形密封圈。活塞杆的计算及校核1.强度校核由以上计算有：活塞杆直径d=0.3m。按公式进行校核。式中：F活塞杆上的作用力。 -活塞杆材料的许用应力，。经过计算得=96.7mm，显然d=300mm96.7mm。 2. 稳定性校核活塞杆受轴向压缩时，其值F就会超过某一临界值Fk,就会失去稳定性。活塞杆的稳定性按下式进行校核。式中：安全系数，一般取24。此处取4。1.强度校核由以上计算有：活塞杆直径d=0.3m。按公式进行校核。式中：F活塞杆上的作用力。 -活塞杆材料的许用应力，经过

10、计算得=96.7mm，显然d=300mm96.7mm。 2. 稳定性校核活塞杆受轴向压缩时，其值F就会超过某一临界值Fk,就会失去稳定性。活塞杆的稳定性按下式进行校核。式中：安全系数，一般取24。此处取4。1.3确定液压系统方案1.3.1设计液压系统方案 由于该热压成型机是固定式机械，且不存在外负载对系统做功的工况，由表*知，此热压机液压系统功率大，运动速度小，工作负载变化也小。表*液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率值 工况负载F/N回油腔压力/Mp进油腔压力/Mp输入流量输入功率P/kW计算式启动98100.508/加速5370.70.811恒速4910.8104.7763.869慢速下

11、0.7200.61212.2/保压0.726.46000/返回103010.71.7962.096.002/注：液压缸的机械效率取，从表中可以看出，在此液压系统的工作循环内，液压缸要求油源交替的提供低压大流量和高压小流量的油液。液压缸完成工作所需的时间范围为：设活塞杆快速行进的长度为620mm，慢速行进的路程为80mm，则有：液压缸一个循环的工时间较长，可选用双联泵的方式进行供油。1.3.2确定系统方案，拟定液压系统图（一）设计液压系统方案由于该液压机是固定式机械，存在负载制动过程，由表*知，此液压机属于中等功率、中高压系统，工作负载变化大，根据液压机设计规范，液压系统宜采用容积调速的开环为宜

12、。为解决系统卸荷后的活塞杆下滑，在回油路上设置单向阀和背压阀。（二）选择基本回路1.选择快速回路和换向回路系统中采用容积调速回路，必须具有单独的油路直接通向液压缸两腔，以实现快速运动。在本系统中，快进、快退换向回路采用图*所示的形式。2.选择速度换接回路由工况图*（图*）中的ql曲线可知，当活塞杆从快进转为慢进时，输入液压缸的流量由286.56L/min降至为36.6L/min，活塞杆的速度变化较大，可选用行程阀来控制速度的换接，以减小液压冲击。当活塞杆由慢退改为快退时，回路中通过的流量很大进油路中通过125.4L/min，回油路中通过125.4（0.1257/0.0550）L/min=286.6L/min。为了保证液压系统平稳起见，采用换向时间可调的电磁换向阀换接回路。3.选择调压和卸荷回路油源中有