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液壓缸是液壓傳動(dòng)的執(zhí)行元件，它和主機(jī)工作機(jī)構(gòu)有直接的聯(lián)系，對(duì)于不同的機(jī)種和機(jī)構(gòu)，液壓缸具有不同的用途和工作要求。因此，在設(shè)計(jì)液壓缸之前，必須對(duì)整個(gè)液壓系統(tǒng)進(jìn)行工況分析，編制負(fù)載圖，選定系統(tǒng)的工作壓力(詳見(jiàn)第九章)，然后根據(jù)使用要求選擇結(jié)構(gòu)類(lèi)型，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)。 根據(jù)一覽旗下液壓英才網(wǎng)資深顧問(wèn)理工分析有以下幾大要點(diǎn)： 1.液壓油缸的設(shè)計(jì)內(nèi)容和步驟 (1)選擇液壓缸的類(lèi)型和各部分結(jié)構(gòu)形式。 (2)確定液壓缸的工作參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸。 (3)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度的計(jì)算和校核。 (4)導(dǎo)向、密封、防塵、排氣和緩沖等裝置的設(shè)計(jì)。 (5)繪制裝配圖、零件圖、編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。 （液壓招聘）下面只著重介紹幾項(xiàng)設(shè)計(jì)工作。 2.計(jì)算液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸主要有三個(gè)：缸筒內(nèi)徑D、活塞桿外徑d和缸筒長(zhǎng)度L。 (1)缸筒內(nèi)徑D。液壓缸的缸筒內(nèi)徑D是根據(jù)負(fù)載的大小來(lái)選定工作壓力或往返運(yùn)動(dòng)速度比，求得液壓缸的有效工作面積，從而得到缸筒內(nèi)徑D，再?gòu)腉B2348—80標(biāo)準(zhǔn)中選取最近的標(biāo)準(zhǔn)值作為所設(shè)計(jì)的缸筒內(nèi)徑。 根據(jù)負(fù)載和工作壓力的大小確定D： ①以無(wú)桿腔作工作腔時(shí) (4-32) ②以有桿腔作工作腔時(shí) (4-33) 式中：pI為缸工作腔的工作壓力，可根據(jù)機(jī)床類(lèi)型或負(fù)載的大小來(lái)確定；Fmax為最大作用負(fù)載。 (2)活塞桿外徑d?；钊麠U外徑d通常先從滿足速度或速度比的要求來(lái)選擇，然后再校核其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性。若速度比為λv，則該處應(yīng)有一個(gè)帶根號(hào)的式子： (4-34) 也可根據(jù)活塞桿受力狀況來(lái)確定，一般為受拉力作用時(shí)，d=0.3～0.5D。 受壓力作用時(shí)： pI＜5MPa時(shí)，d=0.5～0.55D 5MPa＜pI＜7MPa時(shí)，d=0.6～0.7D pI＞7MPa時(shí),d=0.7D (3)缸筒長(zhǎng)度L。缸筒長(zhǎng)度L由最大工作行程長(zhǎng)度加上各種結(jié)構(gòu)需要來(lái)確定，即： L=l+B+A+M+C 式中：l為活塞的最大工作行程；B為活塞寬度，一般為(0.6-1)D;A為活塞桿導(dǎo)向長(zhǎng)度，取(0.6-1.5)D;M為活塞桿密封長(zhǎng)度，由密封方式定；C為其他長(zhǎng)度。 一般缸筒的長(zhǎng)度最好不超過(guò)內(nèi)徑的20倍。 另外，液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸還有最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H。 (4)最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定。 當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支承面中點(diǎn)到導(dǎo)向套滑動(dòng)面中點(diǎn)的距離稱(chēng)為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H(如圖4-19所示)。如果導(dǎo)向長(zhǎng)度過(guò)小，將使液壓缸的初始撓度(間隙引起的撓度)增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設(shè)計(jì)時(shí)必須保證有一最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。 圖4-19油缸的導(dǎo)向長(zhǎng)度 K—隔套 對(duì)于一般的液壓缸，其最小導(dǎo)向長(zhǎng)度應(yīng)滿足下式： H≥L/20+D/2 (4-35) 式中：L為液壓缸最大工作行程(m);D為缸筒內(nèi)徑(m)。 一般導(dǎo)向套滑動(dòng)面的長(zhǎng)度A，在D＜80mm時(shí)取A=(0.6-1.0)D,在D＞80mm時(shí)取A=(0.6-1.0)d；活塞的寬度B則取B=(0.6-1.0)D。為保證最小導(dǎo)向長(zhǎng)度，過(guò)分增大A和B都是不適宜的，最好在導(dǎo)向套與活塞之間裝一隔套K，隔套寬度C由所需的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度決定，即：C=H- (4-36) 采用隔套不僅能保證最小導(dǎo)向長(zhǎng)度，還可以改善導(dǎo)向套及活塞的通用性。 3.強(qiáng)度校核? 對(duì)液壓缸的缸筒壁厚δ、活塞桿直徑d和缸蓋固定螺栓的直徑，在高壓系統(tǒng)中必須進(jìn)行強(qiáng)度校核。 (1)缸筒壁厚校核。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，壁厚按下式進(jìn)行校核： δ＞=ptD/2［σ］ (4-37) 式中：D為缸筒內(nèi)徑；pt為缸筒試驗(yàn)壓力，當(dāng)缸的額定壓力pn≤16MPa時(shí)，取pt=1.5pn，pn為缸生產(chǎn)時(shí)的試驗(yàn)壓力;當(dāng)pn＞16MPa時(shí)，取 pv=1.25 pn;［σ］為缸筒材料的許用應(yīng)力，［σ］=σb/n,σb為材料的抗拉強(qiáng)度，n為安全系數(shù)，一般取n=5。 當(dāng)D/σ＜10時(shí)為厚壁，壁厚按下式進(jìn)行校核： δ≥ (4-38) 在使用式(4-37)、式(4-38)進(jìn)行校核時(shí)，若液壓缸缸筒與缸蓋采用半環(huán)連接，δ應(yīng)取缸筒壁厚最小處的值。 (2)活塞桿直徑校核?；钊麠U的直徑d按下式進(jìn)行校核： d≥ (4-39) 式中：F為活塞桿上的作用力；［σ］為活塞桿材料的許用應(yīng)力，［σ］=σb/1.4。 (3)液壓缸蓋固定螺栓直徑校核。 液壓缸蓋固定螺栓直徑按下式計(jì)算： ?d≥ 4-40) 式中：F為液壓缸負(fù)載；Z為固定螺栓個(gè)數(shù)；k為螺紋擰緊系數(shù)，k=1.12～1.5,［σ］= σs/(1.2-2.5),σs為材料的屈服極限。 4.液壓缸穩(wěn)定性校核? 活塞桿受軸向壓縮負(fù)載時(shí)，其直徑d一般不小于長(zhǎng)度L的1/15。當(dāng)L/d≥15時(shí)，須進(jìn)行穩(wěn)定性校核，應(yīng)使活塞桿承受的力F不能超過(guò)使它保持穩(wěn)定工作所允許的臨界負(fù)載Fk,以免發(fā)生縱向彎曲，破壞液壓缸的正常工作。Fk的值與活塞桿材料性質(zhì)、截面形狀、直徑和長(zhǎng)度以及缸的安裝方式等因素有關(guān)，驗(yàn)算可按材料力學(xué)有關(guān)公式進(jìn)行。 5.緩沖計(jì)算? 液壓缸的緩沖計(jì)算主要是估計(jì)緩沖時(shí)缸中出現(xiàn)的最大沖擊壓力，以便用來(lái)校核缸筒強(qiáng)度、制動(dòng)距離是否符合要求。緩沖計(jì)算中如發(fā)現(xiàn)工作腔中的液壓能和工作部件的動(dòng)能不能全部被緩沖腔所吸收時(shí)，制動(dòng)中就可能產(chǎn)生活塞和缸蓋相碰現(xiàn)象。 液壓缸在緩沖時(shí)，緩沖腔內(nèi)產(chǎn)生的液壓能E1和工作部件產(chǎn)生的機(jī)械能E2分別為： E1=pcAclc (4-41) E2=ppAplc+mV2-Fflc (4-42) 式中：pc為緩沖腔中的平均緩沖壓力；pp為高壓腔中的油液壓力；Ac、Ap為緩沖腔、高壓腔的有效工作面積；Lc為緩沖行程長(zhǎng)度；m為工作部件質(zhì)量；v0為工作部件運(yùn)動(dòng)速度；Ff為摩擦力。 式(4-42)中等號(hào)右邊第一項(xiàng)為高壓腔中的液壓能，第二項(xiàng)為工作部件的動(dòng)能，第三項(xiàng)為摩擦能。當(dāng)E1=E2時(shí)，工作部件的機(jī)械能全部被緩沖腔液體所吸收，由上兩式得： Pc=E2/Aclc (4-43) 如緩沖裝置為節(jié)流口可調(diào)式緩沖裝置，在緩沖過(guò)程中的緩沖壓力逐漸降低，假定緩沖壓力線性地降低，則最大緩沖壓力即沖擊壓力為： Pcmax=Pc+mυ02/2Aclc (4-44) 如緩沖裝置為節(jié)流口變化式緩沖裝置，則由于緩沖壓力Pc始終不變，最大緩沖壓力的值如式(4-43)所示。 6.液壓缸設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題? 液壓缸的設(shè)計(jì)和使用正確與否，直接影響到它的性能和易否發(fā)生故障。在這方面，經(jīng)常碰到的是液壓缸安裝不當(dāng)、活塞桿承受偏載、液壓缸或活塞下垂以及活塞桿的壓桿失穩(wěn)等問(wèn)題。所以，在設(shè)計(jì)液壓缸時(shí)，必須注意以下幾點(diǎn)： (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)正確確定液壓缸的安裝、固定方式。如承受彎曲的活塞桿不能用螺紋連接，要用止口連接。液壓缸不能在兩端用鍵或銷(xiāo)定位。只能在一端定位，為的是不致阻礙它在受熱時(shí)的膨脹。如沖擊載荷使活塞桿壓縮。定位件須設(shè)置在活塞桿端，如為拉伸則設(shè)置在缸蓋端。 (4)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。 (5)在保證能滿足運(yùn)動(dòng)行程和負(fù)載力的條件下，應(yīng)盡可能地縮小液壓缸的輪廓尺寸。 (6)要保證密封可靠，防塵良好。液壓缸可靠的密封是其正常工作的重要因素。如泄漏嚴(yán)重，不僅降低液壓缸的工作效率，甚至?xí)蛊洳荒苷９ぷ?如滿足不了負(fù)載力和運(yùn)動(dòng)速度要求等)。良好的防塵措施，有助于提高液壓缸的工作壽命。 液壓英才網(wǎng)資深顧問(wèn)理工總結(jié)，液壓缸的設(shè)計(jì)內(nèi)容不是一成不變的，根據(jù)具體的情況有些設(shè)計(jì)內(nèi)容可不做或少做，也可增大一些新的內(nèi)容。設(shè)計(jì)步驟可能要經(jīng)過(guò)多次反復(fù)修改，才能得到正確、合理的設(shè)計(jì)結(jié)果。在設(shè)計(jì)液壓缸時(shí)，正確選擇液壓缸的類(lèi)型是所有設(shè)計(jì)計(jì)算的前提。在選擇液壓缸的類(lèi)型時(shí)，要從機(jī)器設(shè)備的動(dòng)作特點(diǎn)、行程長(zhǎng)短、運(yùn)動(dòng)性能等要求出發(fā)，同時(shí)還要考慮到主機(jī)的結(jié)構(gòu)特征給液壓缸提供的安裝空間和具體位置。如：機(jī)器的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)直接采用液壓缸來(lái)實(shí)現(xiàn)是最簡(jiǎn)單又方便的。對(duì)于要求往返運(yùn)動(dòng)速度一致的場(chǎng)合，可采用雙活塞桿式液壓缸；若有快速返回的要求，則宜用單活塞桿式液壓缸，并可考慮用差動(dòng)連接。行程較長(zhǎng)時(shí)，可采用柱塞缸，以減少加工的困難；行程較長(zhǎng)但負(fù)載不大時(shí)，也可考慮采用一些傳動(dòng)裝置來(lái)擴(kuò)大行程。往復(fù)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)既可用擺動(dòng)式液壓缸，也可用直線式液壓缸加連桿機(jī)構(gòu)或齒輪——齒條機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。