选择活塞厚度为和缸筒内径形成间隙配合,因为缸体内径是125mm(这个在前面的活塞杆设计中已经给出解释),根据密封圈的尺寸及其结构特点活塞宽度为80mm。
活塞外径对内孔的同轴度公差不大于,断面与轴线mm,外表面的圆度和圆柱度不大于外径公差的一半。
活塞杆常使用35、45钢等材料。对于冲击震动很大的活塞杆,也能够正常的使用55钢。一般实心的活塞杆用35、45钢。
式中 —有效工作负载,在本设计中即为题目给定的最大输出力Fw=20000N;
液压缸尾部螺栓组均匀分布,其每个螺栓承受的平均轴向工作载荷F:F=PπD2/4z。式中F—每个螺栓承受的平均轴向载荷,(N);P—调节阀阀体内工作所承受的压力,已知,P=;D—液压缸活塞杆头部伸入处阀体内径,D=125mm。z—螺栓数目。故F=PπD2/4z=当承受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接时,此时螺栓所受的轴向总拉力F:F∑=FF´式中F∑—每个螺栓所受的轴向总载荷,(N);F—每个螺栓承受的平均轴向载荷,(N);F´—残余预紧力F´。
无缝钢管作缸体毛坯加工余量小,工艺性能好,生产准备周期断,是与大批量生产,标准液压缸大部分都采用无缝钢管,一般常用调质的45号钢。
活塞常用材料灰铸铁,耐磨铸铁、35及40钢和铝合金等。缸径较小的整体式活塞用35、45钢,其他多用灰铸铁。
3、半环连接:结构相对比较简单,装拆方便,不易松动,但会出现轴向间隙。多应用在压力高、负荷大、有振动的场合
4、锥销连接:结构可靠,用锥销连接销孔必须配铰,销钉连接后必须锁紧,多用于负荷较小的场合。
活塞杆导向部分的结构,包括活塞杆与端盖、导向套的结构,以及密封、防尘和锁紧装置等。导向套的结构能做成端盖整体式直接导向,也能做成与端盖分开的导向套结构。
残余预紧力F´,一般可参考以下经验数据来确定:对于气缸、能承受压力的容器等有紧密性要求的螺栓连接,取F´=(~)F。
螺栓危险截面能够承载的最大力为12296大于F∑,所以螺栓强度满足要求。
本次设计负载为直线运动,负载力不是很高,故采取了液压缸筒固定,活塞杆运动的尾部法兰安装方法,其特点为螺钉受力较小。
根据附表2 缸筒内径尺寸系列GB2348-80(mm),将液压缸内径圆整为标准系列直径D=125mm;
—液压缸内径与活塞杆直径的关系。考虑到活塞杆受压,且液压缸工作所承受的压力小于5MPa,根据附表3液压缸工作所承受的压力与活塞杆直径,取 。
根据附表5 工程机械用标准油缸的缸体外径(JBIO68-67)[mm],将液压缸缸体外径圆整为标准系列直径D1=152mm;
本设计中选取法兰连接的形式。法兰连接的优点:(1)结构相对比较简单、成本低(2)容易加工、便于装拆(3)强度较大、能承受高压。
活塞杆与活塞的连接结构有几种常用的形式,分整体式结构和组合式结构。组合式结构又分螺纹连接、半环连接和锥销连接。
2、螺纹连接:结构相对比较简单,在振动的工作条件下容易松动,必须用锁紧装置。应用较多,如组合机床与工程机械上的液压缸。
活塞杆直径d,在高压系统中一定要进行强度校核。活塞杆有必要进行稳定性的校核。
活塞杆受轴向压缩负载时,它所承受的轴向力 不能超过使它保持稳定工作所允许的临界负载 ,以免发生纵向弯曲,破坏液压缸的正常工作。 的值与活塞杆材料性质、截面形状、直径和长度和液压缸的安装方法等因素有关。
先根据上式10得到: =,再将得到结果带入上式9得到: 。显然,额定油压P=,满足条件;
因为 =100MPa已经在选择缸筒材料的时候给出,根据上式得到: =。至于耐压试验压力应为: = =。依据为:
本次设计中采用法兰型联接方式,根据所选液压缸的结构尺寸要求,选用6个M25螺栓呈圆周均布布置与阀体连接。阀体内工作所承受的压力P=,液压缸活塞杆头部伸入处阀体内径D=125mm。对该螺栓组连接进行受力分析,属于典型承受预紧力和轴向载荷的的紧螺栓连接受力情况。
液压缸缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体外形长度还要考虑到两短端盖的厚度。一般液压缸缸体长度不应大于内径的20倍。因此取缸体长度为600mm。
由于密封圈的是选用O形圈的密封类型,常于O形圈配合导向套结构为端盖直接导向,因此本设计选用端盖直接导向的导向部分结构。
由于本设计中液压缸的工作所承受的压力为,速度范围0.5m/s,因此选用缸体与缸盖的密封形式选用O形圈的密封形式。活塞杆与缸盖,活塞与缸体的密封选用Y形圈的密封形式。
本设计中的液压缸运动惯性不大、速度也不高,因此选用圆柱形环状间隙式节流缓冲装置。
活塞分为整体式和组合式,组合式制作和使用很复杂,所以在此选用组合式活塞。此组合式活塞中,密封环和导向套是分槽安装的。
—导轨摩擦阻力负载,启动时为静摩擦阻力,启动后为动摩擦阻力,对于平导轨 可由下式求得
式中m—负载质量、 —加速或减速时间,本次设计中取 ; — 时间内的速度变化量,本次设计最大速度为s,取 ;先取负载质量为1000kg,故
液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。工程机械的液压缸,一般是用无缝钢管材料,大多属于薄壁圆筒结构,其壁厚按薄壁圆筒公式计算
1、端盖直接导向:(1)端盖与活塞杆非间接接触导向,结构相对比较简单,但磨损后只能更换整个缸盖(2)盖与杆的密封常用O型,Y型等密封圈(3)防尘圈用无骨架的防尘圈。
2、导向套导向:(1)导向套与活塞杆接触支承导向,磨损后便于更换,导向套也可用耐磨材料(2)盖与杆的密封常用Y型等密封装置。密封可靠适用于中高压液压缸(3)防尘方式常用J型或三角形防尘装置。
根据附表4 液压缸的活塞杆外径尺寸系列GB2348-80(mm),将液压缸内径圆整为标准系列直径d=70mm;
根据附表5液压缸公称压力系列(GB/T7938-1987),取液压缸额定工作所承受的压力为。