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液压缸设计计算
第一部分总体计算
1、压力
油液作用在单位面积上的压强
Pa
式中:
F——作用在活塞上的载荷,N
A——活塞的有效工作面积,
从上式可知,压力值的建立是载荷的存在而产生的。在同一个活塞的有效工作面积上,载荷越大,克服载荷所需要的压力就越大。换句话说,如果活塞的有效工作面积一定,油液压力越大,活塞产生的作用力就越大。
额定压力(公称压力)?PN,是指液压缸能用以长期工作的压力。
最高允许压力,也是动态实验压力,是液压缸在瞬间所能承受的极限压力。通常规定为:MPa。
耐压实验压力,是检验液压缸质量时需承受的实验压力,即在此压力下不出现变形、裂缝或破裂。通常规定为:MPa。
液压缸压力等级见表1。
表1液压缸压力等级单位MPa
压力范围
0~2.5
>2.5~8
>8~16
>16~32
>32
级别
低压
中压
中高压
高压
超高压
2、流量
单位时间内油液通过缸筒有效截面的体积:
L/min
由于L则
密封处及各结合面处的漏油、挂油、带油。
D.耐压
输入额定压力1.3~1.5倍的压力,保压5分钟.所有零件均无松动、异常磨损、破坏或永久变形异常现金蝉脱壳的外渗漏现象。
E.缓冲
调整溢流阀使其试验压力为公称压力的50%,使液压缸作全行程动作,同时,观看缓冲效果和缓冲长度。
第二部分缸筒计算
缸筒结构
缸筒结构见表2。
表2缸筒结构
缸头法兰连接
缸头内螺纹连接
优点:结构简单,易加工,易拆装。
优点:重量轻,外径较小
缺点:重量比螺纹连接的大
缺点:装卸时要用专用的工具,拧端部时,有可能把O形圈拧扭曲。
缸筒跟缸底采用焊接连接
2、缸筒材料
缸筒材料要求有足够的强度和冲击韧性,对焊接缸筒还要求有良好的焊接性能,缸筒主要材料有,45、27SiMn。缸筒毛坯采用退火的冷拔或热扎无缝钢管。缸筒材料无缝钢管的机械性能见表3。
表3缸筒材料无缝钢管的机械性能
材料
45
610
360
14
27SiMn
1000
850
12
3、缸筒计算
缸筒要有足够的强度,能长期承受最高工作压力及短期动态实验压力而不致产生永久变形;有足够的刚度,能承受侧向力和安装的反作用力而不致产生弯曲;内表面与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。
A、缸筒内径
当油缸的作用力F(推力、拉力)及工作压力p压力为已知时,
则无杆腔的缸筒内径D为
m
有杆腔的缸筒内径D为
m
最后将以上各式所求得的D值,选择其中最大者,圆整到标准值。
B、缸筒壁厚
在不考虑缸筒外径公差余量和腐蚀余量的情况下,缸筒壁厚可按下式计算
m
式中:
——缸筒内最高工作压力,MPa;
——缸筒材料的许用应力,MPa;
最后将以上式所求得的值,圆整到标准值。
对最终采用的缸筒壁厚应作三方面的验算
额定工作压力应低于一定的极限值,以保证工作安全:
MPa
式中:
——缸筒外径;
额定工作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:
式中:
——缸筒完全发生塑性变形的压力,MPa;
最后还需对缸筒径向变形量进行验算,如果径向变形量超过密封件允许范围,液压缸就会发生内泄。
m
式中:
——缸筒材料泊松比,=0.3;
C、缸筒螺纹
缸筒与缸头部分采用螺纹,压桩机液压缸一般采用内螺纹连接,螺纹处的强度计算:
螺纹处的拉应力
MPa
螺纹处的剪应力
MPa
合成应力
式中:
F——缸筒端部承受的最大推力,N;
D——缸筒外径,m;
——螺纹大径,m;
K——螺纹连接的拧紧系数,不变载荷取1.25~1.5,变载荷取2.5~4;
——螺纹连接的摩擦因数,一般0.07~0.2,平均取0.12;
——材料的抗拉强度,MPa;
——安全系数,取3~5。
D、缸筒技术要求
缸筒技术要求如下:
a)缸筒内孔一般采用H8级公差,表面粗糙度一般在左右;
b)缸筒内径的锥度、圆柱度不大于内径公差的三分之一;
c)缸筒直线度公差在1000mm长度上不大于0.1mm;
d)缸筒端面对内径的垂直度在直径100mm上不大于0.04mm。
为便于装配和不损坏密封件,缸筒内孔口应倒20°角,宽度根据内径大小来选取。通往油口的内孔口必须倒角或开避让槽,过度处需抛光,以免划伤密封件。缸筒上有焊接件时,都必须在半精加工前进行,以免精加工后焊接引起内孔变形。
总之,缸
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