液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算簡(jiǎn)介
液壓缸的設(shè)計(jì)是在對(duì)整個(gè)液壓系統(tǒng)進(jìn)行了工況分析、編制了負(fù)載圖,選定了工作壓力之后,先根據(jù)使用要求選擇結(jié)構(gòu)類型,然后按負(fù)載情況、運(yùn)動(dòng)要求,最大行程等確定其主要工作尺寸,進(jìn)行強(qiáng)度、穩(wěn)定性和緩沖驗(yàn)算,最后再進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
1.液壓缸設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題及設(shè)計(jì)步驟
(l)液壓缸設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題不同的液壓缸有不同的設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求,一般在設(shè)計(jì)液壓缸的結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題。
①盡量使液壓缸的活塞桿在受拉狀態(tài)下承受最大負(fù)載,或在受壓狀態(tài)下具有良好的縱向穩(wěn)定性。
②考慮液壓缸行程終了處的制動(dòng)問(wèn)題和液壓缸的排氣問(wèn)題。缸內(nèi)如無(wú)緩沖裝置和排氣裝置,系統(tǒng)中需有相應(yīng)的措施,但是并非所有的液壓缸都要考慮這些問(wèn)題。
③根據(jù)主機(jī)的工作要求和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求,正確確定液壓缸的安裝、固定方式。但液壓缸只能一端定位。
④長(zhǎng)行程液壓缸活塞桿伸出時(shí),應(yīng)盡量避免下垂。
⑤要有可靠的密封,防止泄漏。
⑥液壓缸各部分的結(jié)構(gòu)需根據(jù)推薦的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì),盡可能做到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、加工、裝配和維修方便。
(2)液壓缸的設(shè)計(jì)步驟液壓缸的設(shè)計(jì)步驟沒有硬性規(guī)定,應(yīng)根據(jù)已確定的各種條件,靈活地選擇設(shè)計(jì)程序,一般可參考以下步驟進(jìn)行。
①掌握原始資料和設(shè)計(jì)依據(jù),通常包括如下一些內(nèi)容:主機(jī)的用途和工作條件;工作機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、負(fù)載狀況、行程大小和動(dòng)作要求;液壓系統(tǒng)所選定的工作壓力和流量;材料、配件和加工工藝的現(xiàn)實(shí)狀況;有關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范等。
②根據(jù)主機(jī)的動(dòng)作要求和結(jié)構(gòu)要求,選擇缸的類型和結(jié)構(gòu)形式。
③根據(jù)機(jī)構(gòu)工作力的要求,確定缸的輸出力。
④根據(jù)系統(tǒng)工作壓力和往返速比,確定缸的主要尺寸,如缸徑、活塞桿直徑,并按標(biāo)準(zhǔn)尺寸系列選擇適當(dāng)?shù)某叽纭?span lang="EN-US">
⑤根據(jù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的行程和速度要求,確定缸的長(zhǎng)度和流量,并由此確定缸的通油口尺寸。
⑥根據(jù)工作壓力及材料,進(jìn)行缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),確定缸的壁厚尺寸,活塞桿尺寸、螺釘尺寸及端蓋結(jié)構(gòu)。
⑦選擇適當(dāng)?shù)拿芊饨Y(jié)構(gòu)。
⑧必要時(shí)設(shè)計(jì)緩沖、排氣和防塵等裝置。繪制液壓缸裝配圖和零件圖。
⑨整理設(shè)計(jì)計(jì)算書,審定圖樣及其他技術(shù)文件。
2.液壓缸主要尺寸的確定
液壓缸的主要幾何尺寸,包括液壓缸內(nèi)徑D,缸的長(zhǎng)度L,活塞桿的直徑d和長(zhǎng)度l等。確定上述尺寸的原始依據(jù)是液壓缸的負(fù)載F、運(yùn)動(dòng)速度v和行程長(zhǎng)度s等。
(1)液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d的確定
①液壓缸內(nèi)徑D液壓缸內(nèi)徑D的計(jì)算通常有兩種方法。一種是根據(jù)液壓缸需要產(chǎn)生的推力F和系統(tǒng)選定的工作壓力p來(lái)計(jì)算。對(duì)單桿缸而言,無(wú)桿腔進(jìn)油時(shí),由式 (4-12)得
D= (4-23)
有桿腔進(jìn)油時(shí),由式(4-14)得
D= (4-24)
液壓缸設(shè)計(jì)中,常初步選取回油壓力p2=0,這時(shí),上面兩式可簡(jiǎn)化,即
無(wú)桿腔進(jìn)油時(shí)
D= (4-25)
有桿腔進(jìn)油時(shí)
D= (4-26)
另一種方法是根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度要求和選定的液壓泵流量來(lái)確定,同樣對(duì)單桿缸而言,無(wú)桿腔進(jìn)油時(shí),由式(4-11)得
D= (4-27)
有桿腔進(jìn)油時(shí),由式(4-13)得
D= (4-28)
計(jì)算所得的液壓缸內(nèi)徑D(即活塞直徑)應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列值(可查液壓設(shè)計(jì)手冊(cè))。
②活塞桿直徑d活塞桿直徑d可根據(jù)工作壓力或設(shè)備類型選取,見表1和表2。當(dāng)液壓缸的往復(fù)速度比A,有一定要求時(shí),由式(4-15)得
d= (4-29)
推薦液壓缸的往復(fù)速度比如表3所示。
表1 液壓缸工作壓力與活塞桿直徑
液壓缸工作壓力p/MPa |
≤5 |
5~7 |
>7 |
推薦活塞桿直徑d |
(0.5~0.7)D |
(0.6~0.7)D |
0.7D |
表2 設(shè)備類型與活塞桿直徑
設(shè)備類型 |
磨床、珩磨及研磨機(jī) |
插、拉、刨床 |
鉆、鏜、車、銑床 |
活塞桿直徑 |
(0.2~0.3)D |
0.5D |
0.7D |
表3 液壓缸往復(fù)速度比推薦值
工作壓力p/MPa |
≤10 |
1.25~20 |
>20 |
往復(fù)速度比λv |
1.33 |
1.46,2 |
2 |
計(jì)算所得的活塞桿直徑d亦應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列值(可查液壓設(shè)計(jì)手冊(cè))。
(2)液壓缸長(zhǎng)度L的確定液壓缸的長(zhǎng)度L根據(jù)所需最大工作行程長(zhǎng)度而定,一般長(zhǎng)度L不大于直徑D的20~30倍。
(3)液壓缸壁厚艿的確定在一般中、低壓系統(tǒng)中,液壓缸的壁厚不用計(jì)算的方法確定,而是由結(jié)構(gòu)和工藝上的需要來(lái)確定,在高壓系統(tǒng)中必須進(jìn)行強(qiáng)度校核。
液壓缸缸筒壁厚校核時(shí)分薄壁和厚壁兩種情況。當(dāng)D/δ≥10時(shí)為薄壁,壁厚按式(4-30)進(jìn)行校核
δ≥PyD/2[σ] (4-30)
式中,D為缸筒內(nèi)徑;py為缸筒試驗(yàn)壓力,當(dāng)缸的額定壓力pn≤16MPa時(shí)取py=1.5pn,當(dāng)pn>16MPa時(shí)取py=1.25pn;[σ]為缸筒材料的許用應(yīng)力,[σ]=σb/n,σb為材料抗拉強(qiáng)度,n為安全系數(shù),一般取n=5。
當(dāng)D/δ<10時(shí),壁厚按式(4-31)進(jìn)行校核
δ≥ (4-31)
在進(jìn)行校核時(shí),若液壓缸缸筒與缸蓋采用半環(huán)連接,艿應(yīng)取缸筒壁厚最小處的值。
(4)液壓缸其他尺寸的確定活塞的寬度B,根據(jù)缸的工作壓力和密封方式確定,一般取B=(0.6~1.O)D;導(dǎo)向套滑動(dòng)面的長(zhǎng)度A,當(dāng)D<80mm時(shí)取A=(0.6~1.0)D,當(dāng)D>80mm時(shí)取A=(0.6~1.O)d?;钊麠U的長(zhǎng)度l可根據(jù)液壓缸的長(zhǎng)度L、活塞的寬度B、導(dǎo)向套和端蓋的有關(guān)尺寸及活塞桿的連接方式確定。對(duì)長(zhǎng)徑比l/d≥10的受壓活塞桿,應(yīng)按材料力學(xué)中的有關(guān)公式進(jìn)行穩(wěn)定性校核計(jì)算。液壓缸的端蓋尺寸、緊固螺釘?shù)膫€(gè)數(shù)和尺寸等一般由結(jié)構(gòu)決定。對(duì)工作壓力高的液壓缸,應(yīng)校核螺栓的強(qiáng)度。