大型金屬液壓龍門剪切機液壓缸的選型與設計步驟

大型金屬液壓龍門剪切機液壓缸的選型與設計步驟

源通大型金屬液壓式龍門剪切機液壓缸的結構基本上可以分為缸筒和缸蓋、活塞和活塞桿、密封裝置、緩沖裝置和排氣裝置五個部分.??

1.液壓缸的設計內容和步驟

(1)選擇液壓缸的類型和各部分結構形式。

(2)確定液壓缸的工作參數和結構尺寸。

(3)結構強度、剛度的計算和校核。

(4)導向、密封、防塵、排氣和緩沖等裝置的設計。?

(5)繪制裝配圖、零件圖、編寫設計說明書。下面只著重介紹幾項設計工作。

2.計算液壓缸的結構尺寸液壓缸的結構尺寸主要有三個：缸筒內徑D、活塞桿外徑d和缸筒長度L。

(1)缸筒內徑D。液壓缸的缸筒內徑D是根據負載的大小來選定工作壓力或往返運動速度比，求得液壓缸的有效工作面積，從而得到缸筒內徑D，再從GB2348—80標準中選取zui近的標準值作為所設計的缸筒內徑。根據負載和工作壓力的大小確定D：

①以無桿腔作工作腔時??(4-32)??

②以有桿腔作工作腔時??(4-33)式中：pI為缸工作腔的工作壓力，可根據機床類型或負載的大小來確定；Fmax為zui大作用負載。

(2)活塞桿外徑d?；钊麠U外徑d通常先從滿足速度或速度比的要求來選擇，然后再校核其結構強度和穩定性。若速度比為λv，則該處應有一個帶根號的式子：(4-34)也可根據活塞桿受力狀況來確定，一般為受拉力作用時，d=0.3～0.5D。受壓力作用時：pI＜5MPa時，d=0.5～0.55D??5MPa＜pI＜7MPa時，d=0.6～0.7D?pI＞7MPa時,d=0.7D??

(3)缸筒長度L。缸筒長度L由zui大工作行程長度加上各種結構需要來確定，即：L=l+B+A+M+C式中：l為活塞的zui大工作行程；B為活塞寬度，一般為(0.6-1)D;A為活塞桿導向長度，取(0.6-1.5)D;M為活塞桿密封長度，由密封方式定；C為其他長度。一般缸筒的長度zui好不超過內徑的20倍。

?(4)zui小導向長度的確定。當活塞桿外伸時，從活塞支承面中點到導向套滑動面中點的距離稱為zui小導向長度H(如圖4-19所示)。如果導向長度過小，將使液壓缸的初始撓度(間隙引起的撓度)增da，影響液壓缸的穩定性，因此設計時需要保證有一zui小導向長度。圖4-19油缸的導向長度?K—隔套對于一般的液壓缸，其zui小導向長度應滿足下式：H≥L/20+D/2?(4-35)式中：L為液壓缸zui大工作行程(m);D為缸筒內徑(m)。一般導向套滑動面的長度A，在D＜80mm時取A=(0.6-1.0)D,在D＞80mm時取A=(0.6-1.0)d；活塞的寬度B則取B=?(0.6-1.0)D。為保證zui小導向長度，過分增daA和B都是不適宜的，zui好在導向套與活塞之間裝一隔套K，隔套寬度C由所需的zui小導向長度決定，即：??C=H-?(4-36)采用隔套不僅能保證zui小導向長度，還可以改善導向套及活塞的通用性。?

3.強度校核?對液壓缸的缸筒壁厚δ、活塞桿直徑d和缸蓋固定螺栓的直徑，在高壓系統中需要進行強度校核。

(1)缸筒壁厚校核。缸筒壁厚校核時分薄壁和厚壁兩種情況，當D/δ≥10時為薄壁，壁厚按下式進行校核：δ＞=ptD/2［σ］?(4-37)式中：D為缸筒內徑；pt為缸筒試驗壓力，當缸的額定壓力pn≤16MPa時，取pt=1.5pn，pn為缸生產時的試驗壓力;當pn＞16MPa時，取??pv=1.25?pn;［σ］為缸筒材料的許用應力，［σ］=σb/n,σb為材料的抗拉強度，n為安全系數，一般取n=5。當D/σ＜10時為厚壁，壁厚按下式進行校核：δ≥?(4-38)在使用式

(4-37)、式(4-38)進行校核時，若液壓缸缸筒與缸蓋采用半環連接，δ應取缸筒壁厚zui小處的值。???(2)活塞桿直徑校核?；钊麠U的直徑d按下式進行校核：??d≥?(4-39)式中：F為活塞桿上的作用力；［σ］為活塞桿材料的許用應力，［σ］=σb/1.4。?(3)液壓缸蓋固定螺栓直徑校核。?液壓缸蓋固定螺栓直徑按下式計算：????d≥?4-40)式中：F為液壓缸負載；Z為固定螺栓個數；k為螺紋擰緊系數，k=1.12～1.5,［σ］=σs/(1.2-2.5),σs為材料的屈服ji限。??

4.液壓缸穩定性校核??活塞桿受軸向壓縮負載時，其直徑d一般不小于長度L的1/15。當L/d≥15時，須進行穩定性校核，應使活塞桿承受的力F不能超過使它保持穩定工作所允?許的臨界負載Fk,以免發生縱向彎曲，破壞液壓缸的正常工作。Fk的值與活塞桿材料性質、截面形狀、直徑和長度以及缸的安裝方式等因素有關，驗算可按材料?力學有關公式進行。?

5.緩沖計算

?液壓缸的緩沖計算主要是估計緩沖時缸中出現的zui大沖擊壓力，以便用來校核缸筒強度、制動距離是否符合要求。緩沖計算中如發現工作腔中的液壓能和工作部件的動能不能被緩沖腔所吸收時，制動中就可能產生活塞和缸蓋相碰現象。??液壓缸在緩沖時，緩沖腔內產生的液壓能E1和工作部件產生的機械能E2分別為：??E1=pcAclc?(4-41)?E2=ppAplc+mV2-Fflc?(4-42)式中：pc為緩沖腔中的平均緩沖壓力；pp為高壓腔中的油液壓力；Ac、Ap為緩沖腔、高壓腔的有效工作面積；Lc為緩沖行程長度；m為工作部件質量；v0為工作部件運動速度；Ff為摩擦力。?式(4-42)中等號右邊第yi項為高壓腔中的液壓能，第er項為工作部件的動能，第三項為摩擦能。當E1=E2時，工作部件的機械能被緩沖腔液體所吸收，由上兩式得：???Pc=E2/Aclc?(4-43)如緩沖裝置為節流口可調式緩沖裝置，在緩沖過程中的緩沖壓力逐漸降低，假定緩沖壓力線性地降低，則zui大緩沖壓力即沖擊壓力為：???Pcmax=Pc+mυ02/2Aclc?(4-44)如緩沖裝置為節流口變化式緩沖裝置，則由于緩沖壓力Pc始終不變，zui大緩沖壓力的值如式(4-43)所示。

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