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1、柱塞式液压缸设计计算说明书 （同名 17115）1-1已知数据:推力载荷：150KN行程：150mm速度：lmm/sec安装方式：后法兰1.2设计内容及完成的工作量1）根据给定要求完成装配图和所有非标零件图2）完成全部零件三维实体造型，并进行装配3）完成标准件的计算选型4）完成非标零件精度设计5）编写设计计算说明书一份6）原动机经联轴器驱动泵类负载液压缸主要几何尺寸的设计计算2.1液压缸工作压力的确定在液压系统中，为了便于液压元件和管路的设计选用，往往将压力分级2.1压力分级级别低压中压中高压高压超高压压力范围(MPG02.52.588 1616 32322. 2液压缸的公称压力系列(GB23
2、46-80) (bar)254063(80)100(125)160200250315400500630800依据表2. 2所规定的公称压力系列，计算或选择的柱塞缸的公称压力为 315bar=31. 5MPa2.2柱塞杆直径的确定液压与 气压传 动P101由柱塞式液压缸柱塞外伸时的推力公式：f； = PxA1xlO5得：A =Axio-61 P式中：耳一液压缸的推力，这里为液压缸载荷(N)P工作压力(Mpa)人一柱塞杆的作用面积(”)(2-1)(2-2)式中：d柱塞杆的直径(m) 将 2-3 带入 2-2 得 d=0 019m=19nnn, 由柱塞杆的标准系列取d=32mni钢管 M = I 1
3、10MPa铸铁b= 60/WPa45 钢c =120 MPa将以上数据代入上式得h=10. 4mm,圆整取15mm。2.8端盖厚度的确定(2-8)依据机械设计手册22. 6-66选择活套式法兰缸头, 端盖的厚度：-心一 2心）兀式中：D缸筒内径（m）心一螺钉孔圆周直径（m）血一作用力圆周直径（m）心一螺钉孔直径（m）/柱塞缸内径（m）久一活塞缸筒与缸体配合的外径（m）2 端盖外径（m）F缸头所受到得最大压力（N） 首先来计算缸头在最大内压的情况下受到的压力F： 柱塞的面积是：A=d2x=Q. 0014 m2缸壁厚度计算中得出最大压强：ax=39. 375MPa所以法兰承受的最大压力为：F=ax
4、xA=55125N査表得，心=0.085皿，dm = 0.046 m, db =0. 024m, d严0. 042m,d. =0. 050m, 2=0.110m,缸盖的材料为45钢，缸筒材料的许用应力。=7 /n=360/5=72MPa 代入上式；得 h=75mm29导向套尺寸的确定导向套滑动面的长度A,在缸径小于80mm时取A= (0. 61. 0) D(2-9)当缸径大于80mm时取A= (0. 61. 0) d(2-10)式中：D筒内径(mm) d-柱塞杆直径(mm)由于缸径 D=42mm,则 A= (0. 61. 0) *42=25. 242mm 取 A=42mm由于安装与密封原因则套
5、的内径为42mm。 加工要求：导向套与柱塞杆外圆的配合多为H8/f7H9/f9.210法兰安装方式采取如图所示的后端法兰安装方式后端法兰安装方式2.11密封环本例中选取静密封的为一般的o型密封圈加挡圈。柱塞杆动密封使用u 形环式组合密封圈，本设计选用d=85nnnU形密封圈2.12防尘査机械设计手册表21-6-28,选用2型特康防尘圈。213各种主要零件名称和材料机械设计 手册第五 版第4卷 表22. 6-62机械设计 手册第五 版第5卷件号名称材料1234567挡板 防尘圈法兰套U形夹织物密封圈 支承环导套Q235-F 毛毡 45 ZQSn8-12 橡胶1-4Q235-F ZQSn8-122
6、/I4进出油口大小的确定液压缸的进出油口，可以布置在端盖或是缸体上。对于活塞杆固定的液 压缸可设在活塞杆端部，如果液压缸无专用的排气装置，进出油口应设 在液压缸的最高处，以便空气能首先从液压缸排出。进出油口的形式一 般选用螺钉或是法兰连接，依据査表可知的当内径为80mm时，可以选 用M27x2的螺孔连接。2/I5安装法兰设计由于=U0mm,査询国家标准法兰(GB91192000)可选安装法兰： 法兰外径250mm,内径135mm,螺栓孔中心圆直径210mm,螺栓直径18mm, 螺栓孔数8,法兰厚度24mm 三、各零部件的校核及验算3.1缸筒设计3丄1缸筒结构的选择连接方式如下图:计五卷讼第5-
7、25械册第-6机手版表21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。3丄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丄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:材料/MPa6 /MPa /%-204202502530500300183554032017456103601415MnVn7505002627SiMn10008501230CrMo95
8、08001235CrMo100085012本次设计选取45号钢从表中可以得到：缸筒材料的屈服强度7s=360MPa缸筒材料的抗拉强度、o-b=610MPa；现在利用屈服强度来引申出：缸筒材料的许用应力”=兀/n=360/5=72MPao 其中n=5是选取的安全系数。3.2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：液压缸的额定压力匕值应低于一定的极限值，保证工作安全:0.35(MPa)(3-1)根据式3-1得到:Pn 54. 5MPa,由于Pa=31. 5MPa则满足条件3.3液压缸的效率液压缸的效率由以下三种效率组成：(A) 机械效率仏，由各运动件摩擦损失所造成，在额定压力下，通常取
9、 .9(B) 容积效率几，由各密封件泄露所造成的，通常容积效率伏为：装弹性体密封圈时久心1装活塞环时久-0.98(C) 作用力效率“由出油口背压所产生的反作用力而造成。,”=0. 9 =1=0.9 =J77d所以总效率 =0.8。(3-2)3.4法兰连接螺栓的强度计算连接图如下:国23.3-5制筒端部姦三用媒钉遥接1 一前端盖沒一缸筒螺栓强度根据下式计算： 螺纹处的拉应力(3-3)(3-4)(3-5)KFb =xlO (MPa)螺纹处的剪切应力心砂叽10一6 (MPa) 0.2d：Zaa =+ 3r2 a (MPa)式中：F缸筒端部承受的最大推力(N)； D缸筒内径(m)比一螺纹外径(m)螺纹
10、底径(m)K拧紧螺纹的系数不变载荷取K = 1.25_1.5变载荷取K = 2.5 4K螺纹连接的摩擦系数0=0.12W筒材料的许用应力（MPJ；y= cr./n一缸筒材料的屈服强度（MPa）；n安全系数 取n1. 5-2. 5最大推力为：F=150KN使用8个螺栓紧固缸盖，即：Z=8螺纹外径和底径的选择：血=24皿d产20. 752mm系数选择：考虑到载荷可能有变化，为了安全，选取：K=3, K1 =0.12最大推力理论 F=P*A= 31.5xD2x- =43. 6KN4但实际 F产p*o.8= 34. 68KN根据式3-3得到螺纹处的拉应力为：b =103. 8MPa根据式3-4得到螺纹
11、处的剪应力为：r=55. 8MPa根据式3-5得到合成应力为：crn=141.8MPa由以上运算结果知，应选择螺栓等级为8. 8级：査表的得：抗拉强度极限匕=800MPa屈服极限强度=640MPa不妨取安全系数n=2可以得到许用应力值：=T7n=640/2=320MPa由式3-6得到：o-a=141.8MPa ,则毎 刃成立证明选用螺栓等级合适。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，是我们迈向社会，从事职 业工作前一个必不少的过程，使我们对以前所学的理论知识进行了综合应用。所以 经过这次课程设计发现自己所学的知识还很贫乏，很多东西都需要去了解，既然从 事了这个行业，那么就要做好，而且要
12、带动所有同学做好。由于时间紧迫，掌握的知识还不是太完全，只是粗略的了解柱塞缸的结构及原 理计算的数据均按照参考资料一步一步设计计算，在计算的过程中遇到了许多问题, 及时査找资料，以及和同学共同探讨。而且在课程设计过程中，最让我印象深刻的就是：一个人的力量是有限的，团 队的力量是无穷的。经过我们共同的努力，才将课程设计做完、做好。最重要的一点是无论做任何事情都要有颗责任心，要有上进心。只有这样，困 难才会迎刃而解。在整个课程设计的过程中，我发现我们光有理论知识，却缺乏实 际的经验。有些地方都是凭想像完成的。总体来说，课程设计对我们的帮助是很大 的，它需要我们将学过的相关知识系统地联系来，从中暴露
13、出自身的不足，以待改 进，并且提高了我们査阅资料的能力。本次的课程设计，培养了我综合应用生产实际知识解决工程实际问题的能力; 在设计的过程中还培养出了我们的团队精神，同学们共同协作，解决了许多个人无 解决的问题；在今后的学习过程中我们会更加努力和团结。参考资料1 阎邦椿机械设计手册第五版第4卷.机械工业出版社,2010.12 成大先机械设计手册第五版第5卷北京：化学工业出版社，20083 范存德液压技术手册.辽宁科学技术出版社，2004.4 王守成容一鸣液压传动，2006. 85 北京科技大学、东北大学编材料力学高等教育出版社.20086 刘品李哲机械精度设计与检测基础第6版哈尔滨工业大学出版社.2009
