《液壓缸設(shè)計(jì)計(jì)算》由會(huì)員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《液壓缸設(shè)計(jì)計(jì)算(8頁珍藏版)》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、第一部分 總體計(jì)算
1、 壓力
油液作用在單位面積上的壓強(qiáng)
Pa
式中:
F——作用在活塞上的載荷,N
A——活塞的有效工作面積,
從上式可知,壓力值的建立是載荷的存在而產(chǎn)生的。在同一個(gè)活塞的有效工作面積上,載荷越大,克服載荷所需要的壓力就越大。換句話說,如果活塞的有效工作面積一定,油液壓力越大,活塞產(chǎn)生的作用力就越大。
額定壓力(公稱壓力)PN,是指液壓缸能用以長期工作的壓力。
最高允許壓力 ,也是動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)壓力,是液壓缸在瞬間所能承受的極限壓力。通常規(guī)定為: MPa。
耐壓實(shí)驗(yàn)壓力,是檢驗(yàn)液壓缸質(zhì)量時(shí)需承受的實(shí)驗(yàn)壓力,即在此壓力下不出現(xiàn)變形、裂縫或破裂。通
2、常規(guī)定為: MPa。
液壓缸壓力等級(jí)見表1。
表1 液壓缸壓力等級(jí) 單位MPa
壓力范圍
0~2.5
>2.5~8
>8~16
>16~32
>32
級(jí) 別
低 壓
中 壓
中高壓
高壓
超高壓
2、 流量
單位時(shí)間內(nèi)油液通過缸筒有效截面的體積:
L/min
由于 L 則 L/min
對于單活塞桿液壓缸:
當(dāng)活塞桿伸出時(shí)
當(dāng)活塞桿縮回時(shí)
式中:
V——液壓缸活塞一次行程中所消耗的油液體積,L;
t——液壓缸活塞一次行程所需的時(shí)間,min;
3、D——液壓缸缸徑,m;
d——活塞桿直徑,m;
——活塞運(yùn)動(dòng)速度,m/min。
3、速比
液壓缸活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度之比:
式中:
——活塞桿的伸出速度,m/min;
——活塞桿的縮回速度,m/min;
D——液壓缸缸徑,m;
d——活塞桿直徑,m。
計(jì)算速比主要是為了確定活塞桿的直徑和是否設(shè)置緩沖裝置。速比不宜過大或過小,以免產(chǎn)生過大的背壓或造成因活塞桿太細(xì)導(dǎo)致穩(wěn)定性不好。
4、液壓缸的理論推力和拉力
活塞桿伸出時(shí)的理推力: N
活塞桿縮回時(shí)的理論拉力: N
式中:
——活塞無桿腔有效面積,;
——活塞有桿腔有效面積,;
P——工作壓
4、力,MPa;
D——液壓缸缸徑,m;
d——活塞桿直徑,m。
5、液壓缸的最大允許行程
活塞行程S,在初步確定時(shí),主要是按實(shí)際工作需要的長度來考慮的,但這一工作行程并不一定是油缸的穩(wěn)定性所允許的行程。為了計(jì)算行程,應(yīng)首先計(jì)算出活塞的最大允許計(jì)算長度。因?yàn)榛钊麠U一般為細(xì)長桿,由歐拉公式推導(dǎo)出:
mm
式中:
——活塞桿彎曲失臨界壓縮力,N;
E——材料的彈性模量。鋼材的E=2.1X10MPa;
I——活塞桿橫截面慣性矩,mm;圓截面 。
將上式簡化后 mm
由于旋挖鉆機(jī)液壓缸基本上是一端耳環(huán)、一端缸底安裝,所以油缸的最大計(jì)算長度(安全系數(shù)
5、取3)
式中:
P——油缸的工作壓力;
油缸安裝形式如圖1。
圖1 液壓缸安裝形式
L=
行程
6、液壓缸主要參數(shù)
A.液壓缸產(chǎn)品啟動(dòng)壓力
起動(dòng)時(shí),記錄下的油缸起動(dòng)壓力為最低起動(dòng)壓力.判斷基準(zhǔn)起動(dòng):壓力<0.6MPa。
B.內(nèi)泄漏
輸入額定壓力1.3~1.5倍的壓力,保壓5分鐘,測定經(jīng)活塞泄至未加壓腔的泄漏量。
C.外泄漏
全程往復(fù)運(yùn)行多次,觀察焊接各處及活塞桿密封處及各結(jié)合面處的漏油、掛油、帶油。
D. 耐壓
輸入額定壓力1.3~1.5倍的壓力,保壓5分鐘. 所有零件均無松動(dòng)、異常磨損、破壞或永久變形異
6、?,F(xiàn)金蟬脫殼的外滲漏現(xiàn)象。
E.緩沖
調(diào)整溢流閥使其試驗(yàn)壓力為公稱壓力的50%,使液壓缸作全行程動(dòng)作,同時(shí),觀看緩沖效果和緩沖長度。
第二部分 缸筒計(jì)算
1、 缸筒結(jié)構(gòu)
缸筒結(jié)構(gòu)見表2。
表2 缸筒結(jié)構(gòu)
缸頭法蘭連接
缸頭內(nèi)螺紋連接
優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡單,易加工,易拆裝。
優(yōu)點(diǎn):重量輕,外徑較小
缺點(diǎn):重量比螺紋連接的大
缺點(diǎn):裝卸時(shí)要用專用的工具,擰端部時(shí),有可能把O形圈擰扭曲。
缸筒跟缸底采用焊接連接
2、缸筒材料
缸筒材料要求有足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性,對焊接缸筒還要求有良好的焊接性能,缸筒主要材料有,45、27SiMn。缸筒毛坯采用退火的冷拔或熱扎
7、無縫鋼管。缸筒材料無縫鋼管的機(jī)械性能見表3。
表3 缸筒材料無縫鋼管的機(jī)械性能
材料
45
610
360
14
27SiMn
1000
850
12
3、缸筒計(jì)算
缸筒要有足夠的強(qiáng)度,能長期承受最高工作壓力及短期動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)壓力而不致產(chǎn)生永久變形;有足夠的剛度,能承受側(cè)向力和安裝的反作用力而不致產(chǎn)生彎曲;內(nèi)表面與活塞密封件及導(dǎo)向環(huán)的摩擦力作用下,能長期工作而磨損少。
A、 缸筒內(nèi)徑
當(dāng)油缸的作用力F(推力、拉力)及工作壓力p壓力為已知時(shí),
則無桿腔的缸筒內(nèi)徑D為
m
有桿腔的缸筒內(nèi)徑D為
8、 m
最后將以上各式所求得的D值,選擇其中最大者,圓整到標(biāo)準(zhǔn)值。
B、 缸筒壁厚
在不考慮缸筒外徑公差余量和腐蝕余量的情況下,缸筒壁厚可按下式計(jì)算
m
式中:
——缸筒內(nèi)最高工作壓力,MPa;
——缸筒材料的許用應(yīng)力,MPa;
最后將以上式所求得的值,圓整到標(biāo)準(zhǔn)值。
對最終采用的缸筒壁厚應(yīng)作三方面的驗(yàn)算
額定工作壓力應(yīng)低于一定的極限值,以保證工作安全:
MPa
式中:
——缸筒外徑;
額定工作壓力也應(yīng)與完全塑性變形壓力有一定的比例范圍,以避免塑性變形的發(fā)生:
式中:
——缸
9、筒完全發(fā)生塑性變形的壓力,MPa;
最后還需對缸筒徑向變形量進(jìn)行驗(yàn)算,如果徑向變形量超過密封件允許范圍,液壓缸就會(huì)發(fā)生內(nèi)泄。
m
式中:
——缸筒材料泊松比,=0.3;
C、缸筒螺紋
缸筒與缸頭部分采用螺紋,壓樁機(jī)液壓缸一般采用內(nèi)螺紋連接,螺紋處的強(qiáng)度計(jì)算:
螺紋處的拉應(yīng)力
MPa
螺紋處的剪應(yīng)力
MPa
合成應(yīng)力
式中:
F——缸筒端部承受的最大推力,N;
D——缸筒外徑,m;
——螺紋大徑,m;
K——螺紋連接的擰緊系數(shù),不變載荷取1.25~1.5,變載荷取2
10、.5~4;
——螺紋連接的摩擦因數(shù),一般0.07~0.2,平均取0.12;
——材料的抗拉強(qiáng)度,MPa;
——安全系數(shù),取3~5。
D、 缸筒技術(shù)要求
缸筒技術(shù)要求如下:
a) 缸筒內(nèi)孔一般采用H8級(jí)公差,表面粗糙度一般在左右;
b) 缸筒內(nèi)徑的錐度、圓柱度不大于內(nèi)徑公差的三分之一;
c) 缸筒直線度公差在1000mm長度上不大于0.1mm;
d) 缸筒端面對內(nèi)徑的垂直度在直徑100mm上不大于0.04mm。
為便于裝配和不損壞密封件,缸筒內(nèi)孔口應(yīng)倒20角,寬度根據(jù)內(nèi)徑大小來選取。通往油口的內(nèi)孔口必須倒角或開避讓槽,過度處需拋光,以免劃傷密封件。缸筒上有
11、焊接件時(shí),都必須在半精加工前進(jìn)行,以免精加工后焊接引起內(nèi)孔變形。
總之,缸筒是液壓缸的主要零件,它與缸頭、缸底、油口等零件構(gòu)成密封容腔,用以容納壓力油液,同時(shí)它還是活塞的運(yùn)動(dòng)“軌道”。設(shè)計(jì)液壓缸缸筒時(shí),應(yīng)該正確確定各部分的尺寸,保證液壓缸有足夠的輸出力,運(yùn)動(dòng)速度和有效行程,同時(shí)還必須有一定的強(qiáng)度,能足夠以承受液壓力、負(fù)載力和意外的沖擊力;缸筒的內(nèi)表面應(yīng)具有合適的配合公差等級(jí)、表面粗糙度和形位公差,以保證液壓缸的密封性、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和耐用性。
第三部分 活塞桿計(jì)算
1、 活塞桿結(jié)構(gòu)
活塞桿一般采用實(shí)心桿,跟桿頭耳環(huán)采用焊接或螺紋連接的形式。
2、 活塞桿材料
一般用中碳鋼,
12、調(diào)質(zhì)處理。在旋挖鉆機(jī)液壓缸中大多數(shù)采用45鋼,在受力特別大的情況也可采用高強(qiáng)度合金鋼。活塞桿材料的機(jī)械性能見表4。
表4 活塞桿材料的機(jī)械性能
材料
熱處理
45
600
340
13
調(diào)質(zhì)
40Cr
900
700
9
調(diào)質(zhì)
42CrMo
1000
900
12
調(diào)質(zhì)
3、 活塞桿的計(jì)算
A、慨述
活塞桿是液壓缸傳遞力的重要零件,它承受拉力、壓力、彎曲力和震動(dòng)沖擊等多種力,必須有足夠的強(qiáng)度和剛度。
B、活塞桿桿徑計(jì)算
旋挖鉆機(jī)液壓缸一般都是差動(dòng)缸,其活塞桿直徑d可根據(jù)往復(fù)運(yùn)動(dòng)速比來確定:
m
式中:
D—
13、—液壓缸缸徑,m;
——液壓缸活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度之比;
計(jì)算出活塞桿直徑后,應(yīng)將尺寸圓整到標(biāo)準(zhǔn)值并校核其穩(wěn)定性。
C、活塞桿的強(qiáng)度計(jì)算
壓樁機(jī)液壓缸工作時(shí),活塞桿承受的彎曲力矩很大,則按下式計(jì)算活塞桿的應(yīng)力。
式中:
F——活塞桿的作用力,N;
A——活塞桿橫斷面積,;
M——活塞桿承受的彎曲力矩,;
W——活塞桿斷面模數(shù),。
活塞桿與活塞一般都靠螺紋連接,所以都設(shè)有螺紋、退刀槽等結(jié)構(gòu)。這些部位往往是活塞上的危險(xiǎn)截面,也要進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)活塞各參數(shù)確定好后,可以對活塞桿進(jìn)行三維建模,利用有限元分析軟件對活塞桿進(jìn)行應(yīng)力分析。
D、 活塞桿技術(shù)要求
活塞
14、桿技術(shù)要求如下:
a) 活塞桿在導(dǎo)向套中滑動(dòng),一般采用H8/f7配合。太緊了,摩擦力大,太松了,容易引起卡滯現(xiàn)象和單邊磨損;
b) 其圓度和圓柱度不大于直徑公差的三分之一,.外圓直線度公差在1000mm長度上不大于0.02mm;
c) 安裝活塞的軸勁與外圓的同軸度公差不大于0.02mm,軸肩端面與活塞桿軸線的垂直度公差不大于0.04mm/100mm,以保證活塞安裝后不產(chǎn)生歪斜;
d) 活塞桿外圓粗糙度一般在左右,太光滑了,表面形成不了油膜,反而不利于潤滑;
e) 活塞桿表面需進(jìn)行鍍鉻處理,鍍層后(0.04~0.05)mm, 鍍鉻前活塞桿表面需要高頻淬火處理;
f) 活塞桿端的螺紋和緩沖柱塞也要保證與軸線的同軸度。
便于裝配和不損壞密封件,活塞桿安裝缸頭的一端倒20角,寬度根據(jù)內(nèi)徑大小來選取,過度處需拋光,以免劃傷密封件。臺(tái)階尖角處需到圓。