液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算.ppt

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“流體傳動與控制”課程單元探究式教學(xué)小組,組長：常樂組員：常樂，韋城，曹杰，甘建宇,第四章液壓缸,4.1液壓缸的類型及其特點(diǎn)4.2液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算,4.1液壓缸的類型及其特點(diǎn),（1）液壓缸的類型,,直線運(yùn)動液壓缸,單作用缸,,柱塞式,活塞式,彈簧復(fù)位式,多級伸縮式,雙作用缸,,單活塞桿式,雙活塞桿式,多級伸縮式,特種缸齒條傳動式,擺動液壓缸,,單葉片,雙葉片,（2）常用液壓缸及其特點(diǎn),1.柱塞式液壓缸,推力和運(yùn)動速度計(jì)算式：,,(N),(m/s),例圖：,2.活塞式液壓缸,1）單桿活塞液壓缸（1）供油量不變時(shí)，活塞往復(fù)運(yùn)動的速度不等,活塞桿伸出速度：,（m/s),活塞桿縮回速度：,（m/s）,,(2)活塞兩方向運(yùn)動時(shí)的作用力不相等活塞桿推力：活塞桿拉力：,(N),(N),,（3）液壓缸的差動連接單桿活塞液壓缸在其左右兩腔相互連通并輸入壓力油時(shí)稱之為“差動連接”。不計(jì)容積損失時(shí)，差動連接缸的伸出速度：活塞推力：,(m/s),（N）,,單桿,雙桿,3.伸縮式液壓缸,形式：單作用和雙作用特點(diǎn)：總行程較長，收縮后很短，適用于空間小而行程長的場合供油量不變，各級活塞依次伸出速度和推力：雙作用缸各級活塞桿縮回運(yùn)動速度和牽引力：,（m/s）,(N),（m/s）,(N),4.擺動液壓缸,圖（a）為單葉片擺動液壓缸，其輸出扭矩和回轉(zhuǎn)角速度為：,（Nm）,(1/s),(3)其他液壓缸及特點(diǎn),1.串聯(lián)液壓缸（增力缸）：用于徑向尺寸受限制且要求處理較大的情況2.增壓液壓缸輸入輸出壓力關(guān)系：,,3.齒條液壓缸,（4）緩沖裝置,目的：避免造成機(jī)械沖擊和噪聲，引起破壞性事故或嚴(yán)重影響機(jī)械精度原理：使活塞在接近缸蓋時(shí)，在緩沖油腔內(nèi)產(chǎn)生足夠的緩沖壓力，即增大缸的回油阻力，降低活塞的移動速度，避免撞擊缸蓋常用緩沖裝置結(jié)構(gòu)簡圖,,可調(diào)式,不可調(diào)式,（5）排氣裝置,目的：為及時(shí)排除積留在缸內(nèi)的空氣，在兩端最高處設(shè)計(jì)排氣裝置以避免部件的不均勻運(yùn)動和油液的氧化以及液壓裝置元件的腐蝕。,液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算,一，設(shè)計(jì)依據(jù)、原則和步驟二，基本參數(shù)計(jì)算三，液壓缸強(qiáng)度計(jì)算,一，設(shè)計(jì)依據(jù)、原則和步驟,1，設(shè)計(jì)依據(jù),（1）了解和掌握液壓缸在機(jī)械上的用途和動作要求。（2）了解液壓缸的工作條件（3）了解外部負(fù)載情況（4）了解液壓缸的最大行程，運(yùn)動速度或時(shí)間，安裝空間所允許的外形尺寸以及缸本身的動作（5）設(shè)計(jì)已知液壓系統(tǒng)的液壓缸，應(yīng)了解液壓系統(tǒng)中液壓泵的工作壓力和流量大小、管路的通徑和布置情況、各種液壓閥的控制情況。（6）了解有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范及參考資料,2，設(shè)計(jì)原則,（1）保證缸運(yùn)動的出力、速度和行程（2）保證缸每個(gè)零件有足夠的強(qiáng)度、剛度和耐用性（3）在保證以上兩個(gè)條件的前提下，盡量減小缸的外形尺寸（4）在保證缸性能的前提下，盡量減少零件數(shù)量，簡化結(jié)構(gòu)（5）要盡量避免缸承受橫向負(fù)載，活塞桿工作時(shí)最好承受拉力，以免產(chǎn)生縱向彎曲（6）缸的安裝形式和活塞桿頭部與外部負(fù)載的連接形式要合理，盡量減小活塞桿伸出后的有效安裝長度，增加缸的穩(wěn)定性,3，設(shè)計(jì)步驟,（1）根據(jù)設(shè)計(jì)依據(jù)，初步確定設(shè)計(jì)方案，會同有關(guān)人員進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析（2）對缸進(jìn)行受力分析，選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式、安裝方式（3）根據(jù)工作負(fù)載、重力、摩擦力和慣性力確定液壓缸在形成各階段上負(fù)載的變化規(guī)律及有關(guān)的技術(shù)數(shù)據(jù)（4）根據(jù)工作負(fù)載和選定的額定壓力，確定活塞端面面積并計(jì)算活塞直徑和缸筒外徑（5）根據(jù)缸徑和運(yùn)動速度之比或者工作負(fù)載和材料的許用應(yīng)力，確定活塞桿的直徑（6）根據(jù)運(yùn)動速度、工作出力和活塞直徑，確定液壓泵的壓力和流量,,（7）選擇缸蓋的結(jié)構(gòu)形式，計(jì)算厚度和強(qiáng)度（8）審定全部設(shè)計(jì)計(jì)算資料，進(jìn)行修改補(bǔ)充（9）選擇適當(dāng)?shù)拿芊饨Y(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)緩沖、排氣和防塵等裝置（10）繪制裝配圖和零件圖，編制技術(shù)文件,二，基本參數(shù)計(jì)算,1.工作負(fù)載缸的工作負(fù)載包括機(jī)構(gòu)穩(wěn)定功能工作狀態(tài)下的靜負(fù)載摩擦阻力、和啟動慣性阻力各項(xiàng)載荷均應(yīng)在滿負(fù)荷狀態(tài)下計(jì)算，其中摩擦阻力按啟動狀靜摩擦阻力計(jì)算。缸自身的摩擦阻力已經(jīng)用機(jī)械效率的形式在牽引力計(jì)算中加以考慮，故不再計(jì)入。缸的牽引力等于工作負(fù)載。,2，速比,速比是指雙作用單桿液壓缸活塞桿縮回速度與伸出速度之比?？砂碕B1068—67系列標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)不同的壓力級別，從下表中選取推薦值。,3，缸筒內(nèi)徑,（1）動力較大的液壓設(shè)備（如拉床、刨床、車床、組合機(jī)床、工程機(jī)械及礦山機(jī)械等）的缸筒內(nèi)徑，通常根據(jù)最大牽引力來確定。然后再按速度要求計(jì)算所需流量，或者按已經(jīng)選定的流量來驗(yàn)算速度。對于無桿腔：對于有桿腔：,,兩式中，為缸的最大推力，N；為缸的機(jī)械效率，通常取=0.95；為回油背壓，MPa；p為進(jìn)口工作壓力，MPa；d為活塞桿直徑，m?；钊傻闹睆竭x擇,,（2）動力較小的液壓設(shè)備（如磨床、珩床及研磨類機(jī)床等），常根據(jù)缸的流量q和活塞的運(yùn)動速度V來決定，即式中，q為缸所需流量，；、為活塞的伸出、縮回運(yùn)動速度，ｍ/s。,4.活塞桿直徑d,活塞桿直徑通常是先按選定的速比和鋼筒的內(nèi)徑D初算，然后再檢驗(yàn)算其強(qiáng)度和穩(wěn)定性。計(jì)算結(jié)果亦應(yīng)按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)圓整。,5.最小導(dǎo)向長度H,,最小導(dǎo)向長度是在活塞桿全部伸出時(shí)，導(dǎo)向套滑動面中點(diǎn)到活塞支撐面中點(diǎn)的距離。導(dǎo)向長度的大小影響缸的初始撓度、穩(wěn)定性和活塞桿的強(qiáng)度，因此必須使其不小于規(guī)定的最小值H。關(guān)于最小導(dǎo)向長度的精確計(jì)算方法，還有待于進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究，目前對于一般的液壓缸，可用下面的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，即式中，L為缸的最大工作行程。,三，液壓缸強(qiáng)度計(jì)算,1.缸筒壁厚和外徑缸筒壁厚（或缸外徑）由缸的強(qiáng)度條件來確定。由材料力學(xué)可知，受內(nèi)力的圓筒，其內(nèi)應(yīng)力分布規(guī)律因壁厚的不同而各異。薄壁圓筒計(jì)算公式：厚壁圓筒計(jì)算公式：,式中：為實(shí)驗(yàn)壓力為缸筒材料許用應(yīng)力。,缸筒的壁厚計(jì)算出來以后，便可得到缸筒的外徑：通過上式得到缸體的外徑后通過查表，將計(jì)算出的外徑圓整到標(biāo)準(zhǔn)系列中去，并向大的方向圓整。,2，活塞桿的計(jì)算,1，活塞桿的強(qiáng)度計(jì)算活塞桿主要受拉力和壓力作用，因此：,式中：為液壓缸負(fù)載，N;為活塞桿的直徑，m；為活塞桿材料的許用應(yīng)力，Mpa。,2，穩(wěn)定性驗(yàn)算,活塞桿所能承受的負(fù)載，應(yīng)該小于它穩(wěn)定工作時(shí)的臨界負(fù)載。另外，的取值與活塞桿的材料性質(zhì)、截面形狀、直徑和長度，以及缸體的安裝方式有關(guān)，可按材料力學(xué)中的公式計(jì)算：式中：為安全系數(shù)，。,1，當(dāng)活塞桿的細(xì)長比時(shí)：,2，當(dāng)活塞桿的細(xì)長比時(shí)：,3，端蓋厚度計(jì)算,法蘭端蓋厚度計(jì)算：,4,缸底厚度計(jì)算,1，平底缸，無孔時(shí)（a圖）有孔時(shí)（b圖）2，橢圓底缸（c圖)其中，V=(2+K^2)/6K=a/b,,3.半球形缸底（d圖)當(dāng)時(shí):當(dāng)時(shí)：,5，缸體鏈接計(jì)算,為了保證連接的可靠性，對于工作壓力較高的液壓缸，應(yīng)該對缸體的連接度進(jìn)行計(jì)算。具體計(jì)算方法參考有關(guān)設(shè)計(jì)手冊。,感謝觀賞,