液压缸设计规范

液压缸的设计计算规范目录:一、液压缸的基本参数1、液压缸内径及活塞杆外径尺寸系列2、液压缸行程系列（GB2349-1980）二、液压缸类型及安装方式1、液压缸类型2、液压缸安装方式三、液压缸的主要零件的结构、材料、及技术要求1、缸体2、缸盖（导向套）3、缸体及联接形式4、活塞头5、活寒杆6、活塞杆的密封和防尘7、缓冲装置8、排气装置9、液压缸的安装联接部分（GB/T2878）四、液压缸的设计计算1、液压缸的设计计算部骤2、液压缸性能参数计算3、液压缸几何尺寸计算4、液压缸结构参数计算5、液压缸的联接计算一、液压缸的基本参数1.1液压缸内径及活塞杆外径尺寸系列1.1.1液压缸内径系列（GB/T2348-1993）810121620253240506380（90）100（110）125（140）160（180）200220（250）（280）320（360）400450500括号内为优先选取尺寸1.1.2活塞杆外径尺寸系列（GB/T2348-1993）456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360活塞杆连接螺纹型式按细牙，规格和长度查有关资料。1.2液压缸的行程系列（GB2349－1980）1.2.1第一系列25508010012516020025032040050063080010001250160020002500320040001.2.1第二系列406390110140180220280360450550700900110014001800220028003600二、液压缸的类型和安装办法2.1液压缸的类型对江东机械公司而言2.1.1双作用式活塞式液压缸2.1.2单作用式柱塞式液压缸2.2液压缸的安装方式对江东机械公司而言2.2.1对柱塞式头部法兰2.2.2对活塞式螺纹联接在梁上三、液压缸主要零件的结构、材料、技术要求3.1缸体3.1.1缸体材料A焊接缸头缸底等，采用35钢粗加工后调质[σ]＝110MPaB一般情况采用45钢HB241－285[σ]＝120MPaC铸钢采用ZG310－57[σ]＝100MPaD球墨铸铁（江东厂采用）QT50－7[σ]＝80－90MPaE无缝纲管调质（35号45号）[σ]＝110MPa3.1.2缸体技术要求A内径H8H9精度粗糙度（垳磨）B内径圆度9－11级圆柱度8级3.2缸盖(导向套)3.2.1缸盖材料A可选35,45号锻钢B可选用ZG35,ZG45铸钢C可选用HT200HT300HT350铸铁D当缸盖又是导向导时选铸铁3.2.2缸盖技术要求A直径d(同缸内径)等各种回转面(不含密封圈)圆柱度按9、10、11级精度B内外圆同轴度公差0.03mmC与油缸的配合端面⊥按7级D导向面表面粗糙度3.2.3联接形式多种可按图133.2.4活塞头(耐磨)A材料灰铸铁HT200HT300钢35、45B技术要求外径D(缸内径)与内孔D1↗按7、8级外径D的圆柱度9、10、11级端面与内孔D1的⊥按7级C活塞头与活塞杆的联接方式按图3形式D活塞头与缸内径的密封方式柱寒缸40MPa以下V型组合移动部分活塞缸32MPa以下用Yx型移动部分静止部分32MPa以下用“O“型3.2.5活塞杆A端部结构按江东厂常用结构图17、18B活塞杆结构空心杆实心杆C材料实心杆35、45钢空心杆35、45无缝缸管D技术要求粗加工后调质HB229－285可高频淬火HRC45－55外圆圆度公差按9、10、11级精度圆柱度按8级两外圆↗为0.01mm端面⊥按7级工作表面粗糙度（江东镀铬深度0.05mm）渡后抛光3.2.6活塞杆的导向、密封、和防尘A导向套结构图9（江东常用）导向杆材料可用铸铁、球铁导向套技术要求内径H8/f8、H8/f9表面粗糙度B活塞杆的密封与防尘柱塞缸V型组合移动部分活塞缸Yx移动部分“O”型（静止密封）防尘，毛毡圈（江东常用）3.2.7液压缸缓冲装置多路节流形式缓冲参考教科书3.2.8排气装置采用排气螺钉3.2.9液压缸的安装联接部分的型式及尺寸可用螺纹联接（细牙）油口部位可用法兰压板联接油口部位液压缸安装可按图84液压缸的设计计算4.1液压缸的设计计算部骤4.1.1根据主机的运动要求定缸的类型选择安装方式4.1.2根据主机的动力分析和运动分析确定液压缸的主要性能参数和主要尺寸如推力速度作用时间内径行程杆径注：负载决定了压力。速度决定流量。4.1.3根据选定的工作压力，和材料进行液压缸结构设计如缸体壁厚缸底厚度、结构、密封形式、排气、缓冲等4．1.4液压缸的性能验算4.2液压缸性能参数的计算4.2.1液压缸的输出力A液压缸单杆、活塞和柱塞缸推力F1（液压缸的输出按负载F决定）F1=P1A1×103P1-工作压力（MPa）（按工作母机选定液压机选25MPa）F1－推力（kN）A1－活塞与柱塞的作用面积（㎡）A1＝πD2/4D－活塞直径（m）B）单杆活塞缸的拉力F2F2＝P2A2×103P2－工作压力（MPa）液压缸的拉力按拉F2－液压拉力（kN）负载F’决定A2－有杆腔面积（㎡）A2＝π（D2－d2）/4D－活塞直径（m）d－活塞杆直径（m）4．2.2液压缸的输出速度速度按主机要求决定再选择流量A.单杆活塞缸或柱塞缸外伸时速度=60/A2—活塞外伸速度（m/min）—进入液压缸流量(m³/s)有时流量用L/min表示A1—活塞的作用面积（m²）B.单杆活塞杆缩入时的速度=60/A2—活塞的缩小速度。（m/min）—流量。进入液压缸的流量（m³/s）可用A2=π(D²－d²)/4D—活塞直径（m）d—活塞杆直径（m）C.液压缸的作用时间tt=/=As/t—液压缸的作用时间（s）—液压缸的容积（m³）A—液压缸的作用面积（m²）※活塞杆伸出时A=(π/4)D²※活塞杆缩入时A=π(D²－d²)/4S—液压缸的行程（m）(看1.2.1和1.2.2)—进入液压缸的流量(m³/s)4.3液压缸主要几何尺寸的计算。（D,d,S）4.3.1液压缸内径D的计算A．根据负载大小选定系统压力表计算DD—液压缸内径（m）F—液压缸的推力（kN）P—选定的工作压力（MPa）B.根据执行机构的速度要求和选定的液压泵流量来计算DD—液压缸内径（m）—进入液压缸的流量（m³/s）—液压缸输出的速度（m/min）※注：无论采用哪种方法计算出的液压缸内径按1.1.1缸筒内径尺寸系列圆整为标准值。4.3.2活塞杆直径d的计算A．根据速度比的要求来计算dd=Dd—活塞杆直径（m）D—油缸直径（内）（m）φ—速度比φ=v2/v1=D²/(D²－d²).活塞杆缩入速度m/min.活塞杆伸出速度m/min速度比关系：φ1.151.251.331.462D0.36D0.45D0.5D0.56D0.71D※选用速度比的方法。（也可以是工作机要求）工作压力p/MPa≤1012.5～20﹥20速度比φ1.331.46～22B．活塞直径d按强度要求计算按简单的拉压强度计算d≥3.57X[σ]—为许用应力100-120MPa（碳钢）F—活塞杆输出力※d计算出以后按1.1.2圆整为标准数另一确定活塞杆的方法：当杆受拉力：d=(0.3～0.5)D当杆受压力：d=(0.5～0.55)D(P≤5MPa)d=(0.6～0.7)D(5MP﹤P≤7.0MPa)d=0.7D(P﹥7MPa)必要时活塞杆的直径d按下式进行强度校核：F—液压缸的负载[σ]—活塞杆材料许用应力[σ]=σb(抗拉强度)/n(安全系数=1.4)4.3.3液压缸行程S的确定：根据工作机运动要求确定4.4液压缸的结构参数的计算：缸壁、油口直径、缸底、缸头厚度等。4.4.1缸壁厚度：δA.当D/δ≥16时，按薄壁筒计算：δ≥PyD/2[σ]δ—缸壁厚度(m)Py—试验压力（MPa）当工作压力≤16MPa时Py=1.5p当工作压力≥16MPa时Yy=1.25p[σ]—缸体材料的许用应力（MPa）按抗拉强度：σb[σ]=/=3.5～5一般取5锻钢[σ]=100～120MPa铸钢[σ]=100～110MPa球墨铸铁[σ]=80～90MPa铸铁[σ]=60MPa钢管[σ]=100～110MPa推荐再校核按工程机械P≤16MPa无缝管20号，P﹥16MPa无缝管45号缸径P≤16MPa20MPa25MPa31.5MPa40505050545060606063.5637676838380959510210290108108108114100121121121127110133133133140125146146146152140168168168168160194194194194180219219219219200245245245245重型机械无缝管45号P≤16MPa缸内径3240506080100125150180200缸外径52607585105120150180215240B.按中等壁厚当3.2≤D/δ﹤16δ=（PyD/(2.3[σ]-Py)ψ）+Cψ：强度系数对无缝管ψ=1C：计入壁厚公差及腐蚀的附加厚度，通常圆整到标准厚度值C．按厚壁筒计算对中、高压D/δ﹤3.2※当材料为塑性材料时，按第四强度理论塑性材料常用第四强度理论或如果知道缸外圆D1，内圆D。校核按第四强度理论（以能量为判据）[第三强度（以最大切应力为判据）暂不使用]当材料为脆性材料时（江东厂）按第二强度理论（以应变为判据）[第一强度理论（以最大拉应力）暂不使用]脆性材料常用第二强度理论为试验压力当缸的额定压力时,=1.5当缸的额定压力16时,=1.25当选用无缝钢管时，计算的壁厚值应圆整为符合标准的壁厚值（GB8713—1988）D．缸体外径的计算D1=D+2δD1—缸体外径（参见4.4.1重型机械表）4.4.2液压缸油口的直径计算应根据活塞的最高运动速度和油口最高流速而定。—油口流速（m/min）—液压缸口直径（m）—活塞输出速度（m/min）D—液压缸内径（m）—液压缸最大输出速度（m/min）4.4.3缸底厚度计算无孔底h=0.433D有孔底h=0.433Dd0—油口直径4.4.4缸头厚度计算A．螺钉连接法兰，如图h=图13号h—法兰厚度（m）F—法兰受力总和（N）F=πd²p/4+π(d²h-d²)q/4d—密封环内径（m）dH—密封环外径（m）P—系统工作压力（Pa）q—附加密封力（Pa）D0—螺孔分布圆直径（m）—密封环平均直径（m）[σ]—法兰材料许用应力(Pa)缸头联接形式多种，可按不同方法计算参考机械设计手册第4卷23—193页4.5液压缸的联接计算4.5.1缸盖连接计算有多种缸底连接形式，常用焊接和螺栓联接两种A．焊接联接计算采用对焊，焊缝拉应力为σ=4F/π（D1²-D2²）ηF—液压缸输出最大推力（N）F=πD²P/4D—缸内径（m）p—系统最大工作压力（Pa）D1—缸外径（m）D2—焊缝底径（m）η—焊接效率η=0.7如用角焊F/hh—焊角宽度（m）B．螺栓联接的计算螺纹处的拉应力为σ=4kF/π²d²1z螺纹的切应力τ=K1KFd0/0.2d³1z合成应力z为螺栓的个数K为螺纹拧紧系数静载荷时K=1.25～1.5动载荷时K=2.5～4K1为螺纹内摩擦系数K1=0.12d1为螺纹内径（m）当采用普通螺纹时d1=d0-1.0825td0螺纹外径（m）t—螺纹的螺距（m）F—缸体螺丝处所受拉力Z—螺栓数τ—螺纹处的切应力4.5.2活塞与活塞杆的联接计算A．采用螺纹联接其危险截面（螺纹的退刀槽）处拉应力为σ=4KF1/πd1²如图切应力为τ=K1KF1d0/0.2d1³合成应力为F1—液压缸输出拉力（N）F1=π（D²-d²）p/4P—液压系统压力Pad—活塞杆直径m[σ]活—活塞杆材料许用应力Pa[σ]=σs/n[σ]—螺纹处的拉应力（Pa）K—螺纹拧紧系数静载K=1.25～1.5动载K=2.5～4K1—螺纹内摩擦系数K1=0.12d0—螺纹外径（m）d1—螺纹内径d1=d0-1.0825tt—螺距τ—螺纹处