液压油缸的设计-机械类论文

液压油缸的设计-机械类论文

　　摘 要：本文主要论述液压油缸的设计方法及密封选用，装配及试验，简单，方便易懂。

　　关键词：油缸，法兰;缓冲;活塞杆;密封

　　1 设计参数给定

　　首先给定油缸直径、活塞杆直径、缸外径、油缸行程、液压系统压力、法兰厚、缸筒壁厚、工作介质普通液压油。

　　油缸活塞面积A=πd2/4 m2、油缸推力F=PA N

　　(1)法兰安装方式：油缸安装方式为前端法兰固定。

　　(2)缓冲机构选用：在承压10MPa以上应当选用缓冲机构，本次设计工作压力25MPa，因有钻孔机构，所以前端忽略，采用后缓冲。

　　(3)密封装置的选用：选用Y型轴孔通用密封圈，材质聚氨酯(PU)，因压力超过16MPa，故Y形密封圈加挡圈。

　　2 液压缸的装配

　　装配前先检查各零件尺寸，然后对各零件去除飞边，毛刺，然后用煤油清洗，清洗完后，放在干燥环境中自然风干，或用气泵风吹干。装配前各滑动部位涂抹润滑油，装配时要轻拿轻放，不允许划伤和碰伤。

　　活塞与活塞杆装配后，应测量同轴度，圆度及圆柱度，直线度，不能超差。装配完毕后各相对运动部件间运动灵活，无卡滞发生。

　　3 液压缸各部的设计与计算方法

　　3.1 缸筒设计

　　①缸筒结构的选择：选取卡键式连接，参照国家标准，外形尺寸小，结构简单。

　　②缸筒的要求：缸筒一般采用20#或35#，特殊要求及强度的采用特殊材质，要求在动态工作压力下，长时间工作不变形;活塞杆要有足够刚度，在伸出中不允许有弯曲及扭动;缸筒内表面光滑，并镀铬。

　　③缸筒材料的选取及强度给定：材料的机械性能参照机械手册，本次设计选20号钢，从表中得到：缸筒材料的屈服强度=300MP;缸筒材料抗拉强度=480MP;进而用屈服强度来计算得到，缸筒材料的许用应力[]=/n=320/5=64MPa。安全系数取5，参照机械设计手册。

　　④缸筒的计算。1)液压缸的效率：油缸的效率由以下三种效率组成：(A)机械效率由各运动件摩擦损失所造成，在额定压力下，通常可取≈0.9。(B)容积效率由各密封件泄漏所造成，通常容积效率为：装弹性体密封圈时： ≈1。装活塞环时：≈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 所以η=，所以总效率为0.8。

　　2)流量计算。液压缸流量根据机械设计手册计算。设计要求中给定了活塞的平均速度：初定油缸进给量1-10 mm/s，所以=0.1m/s。容积效率：=1。根据机械设计手册得到活塞杆外推时的流量：=AV=1.54*10-2m2x1*10-2*6*104=9.24L/min，因只使用推力，回程方向的流量忽略。3)缸筒壁厚的计算。缸筒壁厚可以根据机械设计手册按薄壁缸筒进行计算：根据缸径查手册预取=11，此时/D=11/140=0.10.789，满足使用薄壁缸筒计算式的要求，缸筒最高允许使用压力取额定压力的1.5倍，根据给定参数P=25MP，所以：=251.5=37.5MPa许用应力在选取材料的时候给出：[]=/n=320/2.5=128MP，根据机械设计手册得到壁厚：=13.1mm，取壁厚为15mm。缸筒的加工要求：缸筒的内表面先粗车，然后衍磨，表面粗糙度为0.16，最后进行研磨;缸筒内径D的圆度、圆柱度不大于内径公差之半;缸筒直线度不大于0.03mm。

　　3.2 法兰设计

　　采用前法兰，并钻6-18孔，用来与部件连接法兰厚度根据机械设计手册计算：法兰在最大内压的情况下受到的压力F==369600N。

　　接下来选取其它参数：=135mm、=22mm、b=51mm。许用应力在选取材料的时候给出：[]=/n=320/2.5=128MP，根据以上各量可以得到：h=40.7mm，为保证安全，取法兰厚度为42mm。

　　3.3 活塞设计

　　①活塞结构的设计：采用分体式活塞，密封圈和导向环安装后，两端压盖夹紧。

　　②活塞的密封：选用进口U形密封圈，材质为橡塑复合材料和PTFE，优质的密封材质，克服了缸筒，缸头及活塞杆装配的误差，能有效减少摩擦及提高运性能。

　　③活塞的材料：选用HT200。

　　④活塞的尺寸及加工公差：选择活塞厚度为活塞杆直径的0.8-1倍，所以计算活塞厚度近似为100mm。活塞密封圈孔径加工精度0.8。活塞外径对内孔的同轴度公差不大于0.02mm，端面与活塞孔轴线的垂直度公差不大于0.04mm/100mm。

　　3.4 活塞杆的设计

　　为了加强杆的强度，采用空心杆，设计形式为空心两端加堵，焊接后，先粗车，再精车，最后磨。活塞杆与活塞采用卡键连接固定，最后用外用轴用弹性挡圈锁紧，端部加锁紧螺母锁死。

　　活塞杆的材料选用40Cr调质，调质后回火，保证其性能，本次设计中活塞杆只承受推力，磨削后电镀，镀层深度为表面0.03，镀后做抛光处理。活塞杆表面粗糙度选择为0.3。

　　1)活塞杆的计算。活塞杆直径的计算：活塞杆的直径根据速比及具体工况而定，具体计算公式参见机械手册，所以计算得出：d=74.83mm，也可以从机械设计手册的表格中直接查取，但此油缸为非标，所以计算得出。缸筒内径为140mm，选取活塞杆直径是80mm;活塞杆强度的计算。活塞杆端部的负载连接点与与液压缸支撑之间的距离为，因活塞杆10d，不属于细长杆，参见机械手册计算活塞杆强度。根据最大推力F，得到活塞杆的直径：d72mm，强度完全符合要求。

　　2)活塞杆的导向、密封和防尘的选用。导向环选用聚四氟乙烯，优点是摩擦阻力小、耐侧压，强度高，耐用、且沟槽不需要高精度，拆换方便。密封：选用进口U形密封圈，材质为橡塑复合材料和PTFE，使摩擦阻力小，密封性能好，抗冲击。防尘：使用J形加四氟防尘圈，材料是聚氨酯+PTFE。

　　3.5 缓冲装置

　　由于油缸缓冲装置要求不高，利用间隙困油即可，前端下行为慢速，无需缓冲装置。

　　参考文献：

　　[1]贾培起.液压缸[M].北京：科学技术出版社，1987(06).

　　[2]刘贤波，宋风，王玉宝.液压油缸结构的改进[J].煤矿机械，2008(11).

　　[3]边辉，李震.液压油缸密封支承材料的选用[J].中国设备工程，2005(05).

　　[4]张书奇.液压自动往复液压缸的设计[J].液压气动与密封，2003(10).

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