浙江科技学院毕业设计（论文）
第三章 液压缸的主要部件设计
液压缸的主要尺寸参数包括液压缸的内径d、外径D、壁厚?、缸的长度L、活塞杆直径
dl。主要根据液压缸的负载、活塞运动速度和行程等因素来确定上述几项参数。
3.1 液压缸工作压力的确定
液压缸要承受的负载包括有效工作负载、摩擦阻力和惯性力等。液压缸的工作压力按负载确定。对于不同用途的液压设备，由于工作条件不同，采用的压力范围也不同。设计时，液压缸的工作压力可按负载大小及液压设备类型参考表3-1、表3-2来确定。
表3-1 各类液压设备常用的工作压力(单位：MPa)
设备类型 一般机床 一般冶金设备 农业机械、小型工程机械 液压机、重型机械、轧机压下、起重运输机械 工作压力(MPa) 1～6.3 6.3～16 10～16 20～32 表3-2公称压力和内径参考表
初定液压缸工作压力为25Mpa。
3.2 缸筒设计
液压缸行程L选为250mm，因设计要求是200mm。若负载特性较明确，则按最大功率传输条件（pL≤2/3ps），可确定活塞最小理论有效面积为0.92?10-3m2，则活塞杆直径为42mm，考虑到功率损失，并依据液压手册选缸内径为D=63mm，活塞杆直径dl=50mm，则实际最大有效面积为Ap=1.30?10m2。活塞最大速度为1m/s。
则确定液压缸行程为300mm，设计该液压缸为等速等行程的双活塞杆液压缸，缸筒内径D=63mm，活塞杆直径dl=50mm，最大激振力23KN，额定压力P=25Mpa，属于高压油缸。 缸筒结构、材料选择及性能要求
根据设计要求，该液压缸的激振频率范围为0.1~18HZ，需要承受较大的冲击负荷，属
10 ?3浙江科技学院毕业设计（论文）
于中型缸。故缸筒结构选用法兰连接。
一般要求材料有足够的强度和冲击韧性，对焊接的缸筒还要求有良好的焊接性能。根据液压缸的参数、用途选用35号钢，机械预加工后再调质处理。
要求：1有足够的强度，能长期承受最高工作压力及长期动态试验压力而不致产生永久变形。2内表面在活塞密封件及导向环的摩擦力作用下，能长期工作而磨损少，尺寸公差等级和形位公差等级足以保证活塞密封件的密封性。3缸筒还要求有良好的可焊性，以便在焊接上法兰或管接头后不至于产生裂纹或过大的变形。 液压缸壁厚的确定
当液压缸壁厚?大于缸径D的110倍时即?>D10时,按壁厚公式计算
??（D2[?]?0.4p (3-1) ?1）[?]?1.3p当液压缸壁厚?小于缸径D的110倍时,按薄壁筒公式计算
??pD (3-2) 2[?]式中p——液压缸最大工作压力（MPa）
[?]——许用应力（MPa），[?]=?bn，其中，?b为材料强度极限，n为安全系数，通常限n=3.5～5。
?——缸筒壁厚（mm）,35号钢的强度极限?b=540MPa，对于液压激振器而言，属于高压工况，故取n=5，对应的[?]=540/5=108MPa。
由于课题所设计的是双活塞杆液压缸，故最大压力为系统压力p=25MPa，应用公式（6.10），可算得壁厚约为8.5mm，综合考虑后取壁厚?=10mm。缸筒外径D1=83mm
验算：
对最终采用的缸筒壁厚应进行以下的验算 额定压力PN应低于一定极限值，以保证工作安全
PN?0.35或
?sD12?D2D12?? ( MPa ) (3-3)
11 浙江科技学院毕业设计（论文）
PN?0.5?sD12?D23D1?D44?? ( MPa ) (3-4)
同时额定压力也应与完全塑性变形压力有一定的比例范围，以避免塑性变形的发生，即
PN??0.35?0.42?PrL ( MPa ) (3-5)
此外，尚需验算缸筒径向变形△D应处在允许范围内
?D?DPr??D21?D2?E?D2?D2?v?? ( m ) ?1?变形量△D不应超过密封圈允许范围 最后，还应验算缸筒的爆裂压力PE
PE?2.3?D1blgD ( MPa ) 也可用费帕尔(FAUPEL)公式
PE?2.65?b(2??b?)lgD1D ( MPa ) 计算的PE值应远超过耐压试验压力Pr，即PE＞＞Pr
?s — 缸筒材料屈服点，MPa
PDrL — 缸筒发生完全塑性变形的压力，MPa，PrL≤2.3?1slgD Pr — 缸筒耐压试验压力，MPa E — 缸筒材料弹性模量，MPa v — 缸筒材料泊松比，钢材v=0.3 额定压力
PN=25MPa≤0.35??2sD1?D2?2?632?D2?0.35?320??831632=82.4MPa
完全塑性变形压力
P1rL?2.3?slgDD=2.3×320×lg1.317=88MPa PN≤( 10.35~0.42 )PrL≤0.35×88=30.8MPa
12 (3-6) (3-7) (3-8) 浙江科技学院毕业设计（论文）
此外缸筒径向变形 取试验压力为Pr=25MPa
DPr?D?E?D12?D2?63?30?832?632??2?????v??0.3?=0.0369mm ?D?D2?206000?832?632???1?爆裂压力
PE=2.3?blgD1=2.3×540×lg1.317=148.5 Mpa＞＞Pr D验算可知该缸筒壁厚满足强度要求
缸筒连接方式及强度计算
根据强度及各连接方式的优缺点，综合考虑初定选用法兰连接方式，以螺栓绞合。 螺栓的强度计算如下：
螺纹处的拉应力
??螺纹处的切应力
KF?10?6 ( MPa ) (3-9) ?2d1z4??合成应力
K1KFd00.2d1z3?10?6 ( MPa ) (3-10)
?n??2?3?2?1.3???p (3-11)
F — 缸筒端部承受的最大推力，N d1 — 螺纹底径，m
K — 拧紧螺纹的系数，不变载荷取K=1.25~1.5，变载荷取K=2.5~4 K1 — 螺纹连接的摩擦因数，K1=0.07~0.2，平均取K1=0.12 z — 螺栓的数量
参考机械设计手册，为了保证设计要求，上下两端的法兰与导向座之间采用8个M20的螺栓相连
螺纹处的拉应力
13 浙江科技学院毕业设计（论文）
KF3?23?103?6???10?=27.47 MPa
?2?d1z?0.022?844螺纹处的切应力
0.12?3?23?103?17.835?10?3???10??11.54MPa 330.2?0.02?80.2d1zK1KFd0?6合成应力
?n??2?3?2?27.472?3?11.542?33.97MPa??p?540?108MPa 5经验算，采用法兰连接并用螺栓绞合满足强度要求。故确定液压缸缸筒与缸盖采用法兰连接。
3.3 活塞设计
图3-1 活塞
液压压力的大小与活塞的有效工作面积有关，活塞直径应与缸筒内径一致。设计活塞时，主要任务就是确定活塞的结构型式。 活塞结构型式
考虑激振器液压缸的性能特性，采用整体活塞结构型式。其结构形式如图3-1所示。 活塞与活塞杆连接型式
活塞与活塞杆连接有多种型式，为了满足工作稳定的设计要求，防止工作时由于往复运动而密封不良活塞与活塞杆采用同轴一体化加工的型式。 活塞密封结构
14