工程机械用三级液压缸的设计与仿真
工作压力大n可选取小一些。则取n=2，?p缸筒材料的屈服强度，此取45号钢，?p=700 MPa [?p]=?p／n=700/2=350 MPa ??Pmax?D=45x156/（2.3x350—3x45）=13.7mm 2.3?p?3Pmax??取δ=15mm 故一级缸的外径 D1=156+15x2=186mm 3.8 一级缸缸底厚度 缸底为平面且有油孔，油孔直径d0取10mm。 缸底厚度 Pma?xDh?0.443D????D?d0? 式中 Pmax——最高允许压力。Pmax?1.5Pn（Pn工作压力） ?1.5Pn=1.5×30=45MPa Pmax [σ]——缸底材料的许用应力，其选用方法与上述 缸筒厚度计算项同，[σ]=350MPa。 d0——缸底油孔直径。 得 h=30.2mm 取 h1=35mm 综上：一级缸缸筒内径156mm，外径186mm，缸底厚度35mm，行程800mm。 3.9 零级缸缸筒内径和外径的计算 留5mm作为一级缸与零级缸缸筒内壁距离 则缸筒内径 d=190+5x2=200mm 查表3-1取缸筒内径 d=200mm 表3-5 常用缸筒外径尺寸 额定压力 缸筒内径 材料 40 50 63 80 100 125 - 10 -
140 160 180 200
/MPa 2.5 6.3 16 20 25 32 55 60 50 50 50 54 65 70 60 60 60 63.5 80 86 76 76 83 83 97 100 95 95 102 102 缸筒外径 124 124 121 121 121 127 150 150 146 146 152 152 — — 168 168 168 168 — — 194 194 194 194 — — 219 219 219 219 — 铸铁 — 245 245 245 245 45钢 20钢 缸筒材料为45钢，查表3-5，取缸筒外径245mm 缸筒外径D=245mm 缸筒内径d=192mm 缸筒厚度（245—192）/2=26.5mm 3.10 零级缸缸底厚度 平形缸底，无油孔，缸底厚度h为 h?0.443DPm???ax 式中 Pmax——最高允许压力。Pmax?1.5Pn（Pn工作压力） ?1.5Pn=1.5×30=45MPa Pmax [σ]——缸底材料的许用应力，其选用方法与上述 缸筒厚度计算项同，[σ]=350MPa。 则 h?0.443DPm???ax=38.9mm 取 h=40mm 综上：零级缸缸筒内径192mm，外径245mm，缸底厚度40mm。 3.11 第一、二、三级液压缸行程 查《液压元件手册》表10—5—1，表10—5—2，表10—5—3，取L3=900mm。 L2=850mm。L1=800mm。
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第4章.液压缸的结构设计 4.1 缸筒联接计算 为简化结构，便于加工、装卸，零级缸缸筒与缸盖采用法兰联接，缸筒厚度为40mm，选取螺钉型号 M12x2LH—6H 故 螺纹处拉应力σ为 4K?F?6???10 ?d12?Z 螺纹处切应力τ为 K??F?d0?6???10 0.2d13?Z式中 K——螺纹拧紧系数，静载时取K=1.25~1.5，动载时取K=2.5~4; μ——螺纹摩擦因素，一般取μ=0.12； d0——螺纹外径（m）； d1——螺纹内径（m），当采用普通螺纹时，d1=d0—1.0285P， 其中，P为螺纹螺距； D——缸筒内径（m）； F——缸筒螺纹处承受的总拉力（N）; Z——螺钉数。 取 K=1.5， d0=0.01m， d1=0.008m， D=0.2m F=3.2x10^5N, Z=6 得 σ=160MPa τ=30MPa； 合成应力?n??2?3??2=168MPa<350MPa 所以，符合要求。 一级缸，二级缸缸底采用角焊，焊缝的拉应力σ为 ??2?F ??D1?h??式中 F——液压缸输出的最大推力； D1——缸筒外径； η——焊接效率，通常取η=0.7； h——角焊宽度，取h=5mm。
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缸筒加工工艺
1·缸筒内径采用H9、H8配合。表面粗糙度：当活塞采用橡胶密封圈时，Ra取0.1~0.4um，当活塞采用活塞环密封时，Ra取0.2~0.4um。
2·缸筒内径D的怨毒公差可按9、10或11级精度选取，圆柱度公差可按8级精度选取。
3·缸筒断面T的垂直度公差值可按7级精度选取。
4·当缸筒与缸头采用螺纹联接时，螺纹取6级精度的普通螺纹。
5·当缸筒带有耳环或销轴时，孔径D1和轴颈d2的中心线对缸筒内孔轴线的垂直度公差值应按9级精度选取。
6·为了防止腐蚀和提高寿命，缸筒内表面应镀以厚度为30~40um的铬层，镀后进行抛光。
4.2 缸盖
4.2.1缸盖材料
液压缸的缸盖可选用35、45锻钢或ZG35、ZG45铸钢或HT200、HT300、HT350铸铁等材料。
当缸盖本身又是活塞杆的导向套时，缸盖最好选用铸铁。同事，应在导向表面上熔堆黄铜、青铜或其他耐磨材料。也可以在缸筒中压入导向套。
4.2.2 缸盖的加工要求
1·直径d（基本尺寸同缸筒内径D）、D2（活塞缸的缓冲孔）D3（基本尺寸同活塞杆密封圈的外径）的选猪肚公差值应按9、10、11级精度选取。
2·D2、D3与d的同轴度公差值为0.03mm
3·断面A、B与直径d轴线的垂直度公差值，应按7级精度选取。 4·导向孔的表面粗糙度为Ra1.25um
图4-1 缸盖机加工图
4.3. 活塞及活塞杆
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活塞结构形式
活塞根据密封装置型式来选用其结构形式，而密封装置则按工作压力、环境温度，介质等条件来选定。
本设计中，液压缸用于工程机械，工作压力大，选用U形密封圈，其密封性好，阻力较小。；
活塞与活塞杆的联接形式
由于工作压力较高，选用整体联接的联接形式
活塞杆杆体结构
活塞杆杆体有实心杆和空心杆两种，本设计整采用实心杆。
4.4 导向环及导向套
4.4.1导向环
导向环安装在活塞外圆的沟槽或活塞杆导向套的内圆沟槽中，以保持活塞与缸筒或活塞杆与其导向套的同轴度，并用以承受活塞或活塞杆的侧向力，增加耐磨性。
本设计中选用浮动性导向环，用高强度塑料装在活塞外圆、二级缸缸筒外圆、一级缸感同外圆的矩形截面沟槽内，侧向保持有奸细，导向环可子啊沟槽内移动，并有一个45 o斜角。也可以在沟槽底部用粘合剂讲导向环固定。
图4-2 浮动性导向环
导向环尺寸
导向环的材料不同，其尺寸也不同，本设计中选用细纤维增强酚醛树脂掺石墨导向环，厚度一般为3~5mm，宽度一般为2.5~25mm
2·导向套
导向套时装在液压缸有杆侧的缸筒内，用以对活塞杆导向。导向套的内测装有密封装置，保证缸筒有杆腔的密封性，外侧装有防尘圈，防止活塞杆内缩时将杂志等带到密
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