高校高数经典期末考试复习题解析

步骤四：

4.1上臂油缸的设计

设液压缸单活塞杆双向运动时的负载力相同,不记执行件质量。液压系统工作压力为P=MPa。

3.1.1 确定液压缸类型和安装方式

根据主机的运动要求,按《机械设计手册4》表23.6—39,选择液压缸类型为单杆活塞式双作用液压缸[4]。

下图为单杆活塞式双作用液压缸示意图：

（图3.1.1）

此类液压缸特点为活塞双向运动产生推、拉力。活塞在行程终了时不减速。

将缸体固定，活塞杆运动，按《机械设计手册4》表23.6—40 液压缸的安装方式，选择合适的安装方式[4]。考虑机构的结构要求，上臂起升、下降时液压缸的活塞杆进行伸缩实现运动需求。查《机械设计手册4》表23.6-40 液压缸的安装 (P23-176)选择耳环型安装方式，这种安装方式使液压缸在垂直面内可摆动,满足上臂动作要求[4]。

3.1.2 确定液压缸的主要性能参数和主要尺寸

根据主机的动力分析和运动分析,确定液压缸的主要性能参数和主要

尺寸

1) 液压缸内径D的计算

根据载荷力的大小和选定的系统压力来计算液压缸内径D

计算公式：

=3.57

（3.1）

式中--液压缸内径（m）；

--液压缸推力（kM）；

--选定的工作压力（MPa）。

其中的计算过程如下：

当高空作业车上下臂处于如下状态时，如图3.1.2。上臂液压缸所受的力最大，即液压缸具备的最大力必须大于此时的力。

( 图3.1.2)

有:

（3.2）

其中:--上臂自重,由计算为7.5310。

--上臂长度，为5.950m。

--高空作业车吊篮最大承受力，由计算知为2.0。

--点到力的垂直距离，由计算得=1.796m。

代入公式(3.2)得:

将,代入式(3.1),

得:

按《机械设计手册4》表23.6-33给出的缸筒内径尺寸系列圆整成

标准值[4]。

表23.6--33 液压缸内径尺寸系列

(摘自GB/T2348—1993) ()

(表三)

即取:

2)活塞杆直径的计算

根据速度比的要求来计算活塞杆直径

(3.3)

式中--活塞杆直径();

--液压缸直径();

--速度比

--活塞杆的缩入速度;

--活塞杆的伸出速度。

此处，取液压缸的往复运动速度比为1.46,由《机械设计手册4》表

23.6-57(P23-191)[4]查得:

(3.4)

将代入式(3.4) 得:

查《机械设计手册4》表23.6-34 液压缸活塞杆外径尺寸系列（摘自GB/T2348-1993）[4]

表23.6—34 液压缸活塞杆外径尺寸系列

(摘自GB/T 2348—1993) ()

(表四)

取液压缸活塞杆外径尺寸如下：

。

3)液压缸行程的确定

由于上下臂工作状态最大夹角为,如下图所示：

（图3.1.3）

上下臂铰点位置如上所示,代入数据可求出线段的长度,由此长度计算上臂油缸的最大行程,计算过程如下:

查《机械设计手册4》表23.6-35 液压缸活塞行程第一系列()[4]。

表23.6—35 液压缸活塞行程第一系列()

摘自(GB2349—1980)

(表五)

由以上条件取S值如下:

。

4)液压缸结构参数的计算

(1)缸筒壁厚的计算

按薄臂筒计算:

（3.5）

式中--液压缸缸筒厚度();

--试验压力()。取，即，

。

--液压缸内径（m）；

--刚体材料的许用应力（），取。

代入式（3.5）中，得：

（2）缸体外径的计算

(3.6)

代入数据得:

查《机械设计手册4》表23.6-60(P23-192)圆整液压缸外径为

105[4]。

（3）流量的计算

由原始数据得,上臂的变幅时间小于等于40,且由上面计算可知液压缸活塞杆的行程为1000,则,液压缸活塞杆运动的最小速度[13]。

查《机械设计手册4》表23.4知:,取最大为0.12。即，液压缸活塞杆运动的最大速度为：

则液压缸流量

3.2下臂油缸的设计计算

设液压缸单活塞杆双向运动时的负载力相同,不记执行件质量。液压系统工作压力为P=16MPa。

3.2.1 确定液压缸类型和安装方式

根据主机的运动要求,按《机械设计手册4》表23.6—39,选择液压缸类型为单杆活塞式双作用液压缸。此类液压缸特点为活塞双向运动产生推、拉力。活塞在行程终了时不减速。

与上一个液压缸相似，查《机械设计手册4》表23.6-40 液压缸的安装 (P23-176)选择耳环型安装方式[4]，这种安装方式使液压缸在垂直面内可摆动,满足下臂动作要求。

3.2.2确定液压缸的主要性能参数和主要尺寸

根据主机的动力分析和运动分析,确定液压缸的主要性能参数和主要尺寸:

1) 液压缸内径D的计算

根据载荷力的大小和选定的系统压力来计算液压缸内径D

计算公式：

=3.57

（3.7）

式中--液压缸内径（m）；

--液压缸推力（kM）；

--选定的工作压力（MPa）。

其中的计算过程如下：

当高空作业车上下臂处于如下状态时，如图3.2.1。上臂液压缸所受的力最大。此时，上下臂夹角为，下臂水平放置，上臂抬起与下臂成夹角。

( 图3.2.1)

把上下臂当成一个整体，将所受力对点取矩[9]，得：

（3.8）

其中: --上臂自重,由计算为7.5310。

--高空作业车吊篮最大承受力，由计算知为2.0。

--下臂自重,由计算知其值是。

--点到力的垂直距离。

--点到上臂重力的垂直距离。

--点到下臂重力的垂直距离。

--最大起重量，由计算得。

--点到力的垂直距离，为5.6。

已知上下臂夹角为，上臂长为5.950,下臂长为5.6,且已知上下臂上各铰点位置,通过计算得:

;

。

其中为点到力的垂直距离，计算过程如下所示：

已知尺寸如下图（3.2.2）所标示[18]。

(图3.2.2)

由此计算得: 。

将所得数据代入公式(3.8)得:

将,代入式(3.7),

得:

按《机械设计手册4》表23.6-33(P23-173)给出的缸筒内径尺寸

系列圆整成标准值。

即取：

。

2)活塞杆直径的计算

根据速度比的要求来计算活塞杆直径

(3.9)

式中--活塞杆直径();

--液压缸直径();

--速度比

--活塞杆的缩入速度;

--活塞杆的伸出速度。

此处，取液压缸的往复运动速度比为1.46,由《机械设计手册4》表23.6-57(P23-191)[4]查得:

(3.10)

将代入式(3.4) 得:

查《机械设计手册4》表23.6-34 液压缸活塞杆外径尺寸系列（摘自GB/T2348-1993）[4]取液压缸活塞杆外径尺寸如下：

3)液压缸行程S的确定

首先计算下臂升至最大角时，下臂铰点与底盘铰点之间的距离[10]。如下图所示：

(图3.2.3)

如上图(3.2.3)所示，由计算得下臂升至最大角时，下臂铰点与底盘铰点之间的距离为：。

查《机械设计手册4》表23.6-35 液压缸活塞行程第一系列(),由以上条件取S值如下:

。

4)液压缸结构参数的计算

(1)缸筒壁厚的计算[4]

按薄臂筒计算:

（3.11）

式中--液压缸缸筒厚度();

--试验压力()。取，即，

。

--液压缸内径（m）；