注塑机结构设计与控制
5.3 液压系统主要参数计算
5.3.1初选系统工作压力
60克塑料注射机属小型液压机，载荷最大时为锁模工况，此时，高压油用增压缸提供；其他工况时，载荷都不太高，参考设计手册，初步确定系统工作压力为6.5MPa。
5.3.2计算液压缸的主要结构尺寸
（1）确定合模缸的活塞及活塞杆直径
合模缸最大载荷时，为锁模工况，其载荷力为1000kN，工作在活塞杆受压状态。活塞直径
D?4F 2?p1?p2(1??)??此时p1是由增压缸提供的增压后的进油压力，初定增压比为5，则p1＝5×6.5MPa＝32.5MPa，锁模工况时，回油流量极小，故p2≈0，求得合模缸的活塞直径为
4?100?104 Dh?m?0.198m，取Dh＝0.2m。 63.14?32.5?10按表2—5取d/D＝0.7，则活塞杆直径dh＝0.7×0.2m＝0.14m，取dh＝0.15m。 为设计简单加工方便，将增压缸的缸体与合模缸体做成一体(见图1)，增压缸的活塞直径也为0.2m。其活塞杆直径按增压比为5，求得
dz?2Dh0.22??0.089m，取dz＝0.07m。55
⑵注射座移动缸的活塞和活塞杆直径
座移动缸最大载荷为其顶紧之时，此时缸的回油流量虽经节流阀，但流量极小，故背压视为零，则其活塞直径为
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4F4?3?104Dy??m?0.076m，取Dy＝0.1m 6?p1??6.5?10 由给定的设计参数知，注射座往复速比为0.08／0.06＝1.33，查表2—6得d/D＝0.5，则活塞杆直径为：
dy＝0.5×0.1m＝0.05m ⑶确定注射缸的活塞及活塞杆直径
当液态塑料充满模具型腔时，注射缸的载荷达到最大值213kN，此时注射缸活塞移动速度也近似等于零，回油量极小；故背压力可以忽略不计，这样
4FDs???p14?21.3?104m?0.204m，取Ds＝0.22m； 6??6.5?10活塞杆的直径一般比螺杆外径大点，取ds＝0.04m。
5.4液压缸的设计
5.4.1液压缸主要尺寸的确定
液压缸壁厚和外经的计算
液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。
液压缸的壁厚一般指缸筒结构中最薄处的厚度。从材料力学可知，承受内压力的圆筒，其内应力分布规律应壁厚的不同而各异。一般计算时可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。 液压缸的内径D与其壁厚的比值的圆筒称为薄壁圆筒。工程机械的液压缸，一般用无缝钢管材料，大多属于薄壁圆筒结构，其壁厚按薄壁圆筒公式计算
式中 ?——液压缸壁厚(m)；D——液压缸内径(m)；
py——试验压力，一般取最大工作压力的(1.25~1.5)倍； ???——缸筒材料的许用应力。无缝钢管。则： ??pyD2????8.19?0.08?3.3mm,取??5mm
200在中低压液压系统中，按上式计算所得液压缸的壁厚往往很小，使缸体的刚度往往很不够，如在切削过程中的变形、安装变形等引起液压缸工作过程卡死或漏油。因此一般不作计算，按经验选取，必要时按上式进行校核。
液压缸壁厚算出后，即可求出缸体的外经为D1为
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D1?D?2??80?2?5?90mm
同理 夹紧与定位液压缸的壁厚与外径为：
壁厚??pyD2???取??4mm?1.3?6.3?0.063?0.0026m?2.6m 200缸体外径D1?D?2??63?2?4?71mm
夹紧与定位液压缸的壁厚与外径为：??4mm，D1?71mm 2）液压缸工作行程的确定
液压缸工作行程长度，可根据执行机构实际工作的最大行程来确定，并参阅<<液压系统设计简明手册>>P12表2-6中的系列尺寸来选取标准值。
液压缸工作行程选 l?630mm 夹紧与定位液压缸选 l?20mm 3) 缸盖厚度的确定
一般液压缸多为平底缸盖，其有效厚度t按强度要求可用下面两式进行近似计算。 无孔时 t?0.433D2py???
pyD2有孔时 t?0.433D2????D2?d0?
式中 t——缸盖有效厚度(m)；D2——缸盖止口内径(m)； d0——缸盖孔的直径(m)。 液压缸：
无孔时 t?0.433?78?10?3?8.19m?19.2mm，取 t=20mm 25有孔时t'?0.433?78?10?3夹紧与定位液压缸： 无孔时t?0.433?61?10?3?8.19?78m?49.6mm，取 t’=50mm
25?121.3?6.3m?15.12mm，取t=17mm 2531
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有孔时：
t'?0.433?61?10?31.3?6.3?61m?31.56mm，取t’=35mm
25?144) 最小导向长度的确定
当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到缸盖滑动支承面中点的距离H称为最小导向长度（如下图2所示）。如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度（间隙引起的挠度）增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一定的最小导向长度。
图2 液压缸的导向长度
对一般的液压缸，最小导向长度H应满足以下要求：H?式中 L——液压缸的最大行程； D——液压缸的内径。
活塞的宽度B一般取B=(0.6~10)D；缸盖滑动支承面的长度l1，根据液压缸内径D而定；
当D<80mm时，取l1??0.6~1.0?D；当D>80mm时，取l1??0.6~1.0?d。
为保证最小导向长度H，若过分增大l1和B都是不适宜的，必要时可在缸盖与活塞之间增加一隔套K来增加H的值。隔套的长度C由需要的最小导向长度H决定，即
C?H?1?l1?B? 2LD? 202液压缸：
最小导向长度：H?63080??71.5mm，取 H=72mm 20232
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活塞宽度：B=0.8D=64mm 缸盖滑动支承面长度：
l1?0.7D?56mm 隔套长度：C?72?1?56?64??12mm 2夹紧与定位液压缸： 最小导向长度：
H?2063??32.5mm，取 H=47mm 202活塞宽度：
B=0.8D=50.4mm，取 B=50mm
缸盖滑动支承面长度：l1?0.7D?44mm 隔套长度：C?47?1?44?50??0 25) 缸体长度的确定
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端端盖的厚度。一般液压缸缸体长度不应大于内径的20~30倍。
液压缸：
缸体内部长度L?B?l?64?630mm?694mm夹紧与定位液压缸： 缸体内部长度L?B?l?20?50mm?70mm
5.4.2 液压缸的结构设计
液压缸主要尺寸确定以后，就进行各部分的结构设计。主要包括：缸体与缸盖的连接结构、活塞与活塞杆的连接结构、活塞杆导向部分结构、密封装置、排气装置及液压缸的安装连接结构等。由于工作条件不同，结构形式也各不相同。设计时根据具体情况进行选择。
1)缸体与缸盖的连接形式
缸体与缸盖的连接形式与工作压力、缸体材料以及工作条件有关。 本次设计中采用外半环连接，如下图3所示：
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