双作用单杆活塞式液压缸毕业论文正稿
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目录
设计题目---------------------------------------------------------------------------2
液压缸的选型---------------------------------------------------------------------2
液压缸主要参数的计算
液压缸主要性能参数-----------------------------------------------------2
缸筒内径（缸径）计算--------------------------------------------------2
缸壁壁厚的计算------------------------------------------------------------2
流量的计算------------------------------------------------------------------3
底部厚度计算---------------------------------------------------------------4
最小导向长度的确定------------------------------------------------------4
主要零部件设计与校核
缸筒的设计------------------------------------------------------------------5
缸筒端盖螺纹连接的强度计算-----------------------------------------6
缸筒和缸体焊缝连接强度的计算--------------------------------------6
活塞设计----------------------------------------------------------------------7
活塞的密封-------------------------------------------------------------------8
活塞杆杆体的选择----------------------------------------------------------8
活塞杆强度的校核----------------------------------------------------------8
液压缸稳定性校核----------------------------------------------------------9
活塞杆的导向、密封和防尘---------------------------------------------9
致谢-----------------------------------------------------------------------------10
参考文献-------------------------
一.设计题目
双作用单杆活塞式液压缸设计
主要设计参数：
系统额定工作压力：p= 25（Mpa）驱动的外负载：F =50（KN) 液压缸的速度比：λ=1.33 液压缸最大行程：L =640 (mm) 液压缸最大伸出速度：λ=4 (m/min) 液压缸最大退回速度：v t =5.32(m/min) 缸盖连接方式：螺纹连接
液压缸安装方式：底座安装
缓冲型式：杆头缓冲
二.液压缸的选型
液压缸是液压装置中将液压能转换为机械能，实现直线往复运动或摆动往复运动的执行元件。按本课题设计要求，选取主要用于各种工程机械、起重机械及矿山机械等的液压系统的双作用单杆活塞缸液压缸。 三.主液压缸主要参数的计算 1、液压缸主要性能参数：
额定压力：根据设计要求，其额定压力为25MPa ，即P=25MPa 。 最高允许压力P max ：也是动态实验压力，是液压缸在瞬间所能承受的极限压力。 P max ≤1.5P=37.5MPa
活塞行程：根据设计要求，其行程为800mm.
液压缸最大退回速度 1.334 5.32
t v v λ==?=(m/min) 2、主液压缸缸筒内径（缸径）计算
根据液压缸的供油压力和负载，缸筒内径D 可按下列公式初步计算： 液压缸负载为推力：
)D m =
式中：F N
P 为液压缸的供油压力，一般为系统压力。
根据题目要求，取F 为30kN ，?为0.65，η为0.8，P 为16Mpa 并代入公式 则 又依据手册（
D=400mm 。 3、缸壁壁厚的计算
先暂取δ/D=0.08--0.3,即(7.2,27)δ∈则可按下列公式计算
max ()2[]
p D mm δσ≥
式中：D 为缸筒内径（m ）
m ax p
为缸筒的最高允许压力（MPa ）
][σ为缸筒材料的许用应力（MPa ）
由于采用无缝钢管做缸筒（见结构设计部分），查手册有][σ=100--110MPa,取][σ=110MPa ，代入上面公式
则 由结果可知在所假设的范围内圆整，取为60mm 。 活塞杆直径的计算
0.2536253.6d m mm ====主 1000400.6()D mm =≈37.50.4
57()2110
mm δ?≥≈?
根据GB/T2346-1993，取标准d 顶=250mm
。
1、顶出液压缸主要性能参数：
额定压力：根据设计要求，其额定压力为25MPa ，即P=25MPa 。
最高允许压力Pmax ：也是动态实验压力，是液压缸在瞬间所能承受的极限压力。 Pmax ≤1.5P=37.5MPa
活塞行程：根据设计要求，其行程为800mm.
液压缸最大退回速度 1.334 5.32
t v v λ==?=(m/min) 2、主液压缸缸筒内径（缸径）计算
根据液压缸的供油压力和负载，缸筒内径D 可按下列公式初步计算： 液压缸负载为推力：
)D m =
式中：F N
P 为液压缸的供油压力，一般为系统压力。
根据题目要求，取F 为30kN ，?为0.65，η为0.8，P 为16Mpa 并代入公式 则
又依据手册（GB2348-80)对其进行圆整，取D=140mm 。 3、缸壁壁厚的计算
先暂取δ/D=0.08--0.3,即(7.2,27)δ∈则可按下列公式计算
max ()2[]
p D mm δσ≥
式中：D 为缸筒内径（m ）
m ax p
为缸筒的最高允许压力（MPa ）
][σ为缸筒材料的许用应力（MPa ）
由于采用无缝钢管做缸筒（见结构设计部分），查手册有σ=100--110MPa,取σ
1000143()D mm =≈
σ=110M Pa ，代入上面公式
则
由结果可知在所假设的范围内圆整，取为27mm 。 活塞杆直径的计算
32
2
6
44250100.140.083833.142510
R d D mm P π??=-=-==??回主 根据GB/T2346-1993，取标准d 顶=80mm 4、流量的计算
液压缸流量根据下式计算：
设计要求中给定了活塞的平均速度： 当活塞杆外推时m v
=2.4m/min 而活塞的面积： 1A =2×/4D π 20.1256m ≈ 容积效率：取v η=1
根据公式得到活塞杆外推时的流量：
1q =130.1256 2.460100.3011
V A V η-???=?=快L/min
因为只使用外推方向，所以回程方向的流量从略。 5、最小导向长度的确定
当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到缸盖滑动支承面中点的距离 H 称为最小导向长度。
如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度（间隙引起的挠度）增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一定的最小导向长度。 对一般的液压缸，最小导向长度 H 应满足以下要求
H ≥ L/20＋D/2
式中 L ———液压缸的最大行程； D ———液压缸的内径。
故确定液压缸的导向长度H=800400
240202
mm
+= 活塞的宽度B 一般取B ＝（0．6～1．0）D
37.50.12110
δ?≥
?
故确定活塞宽度B=0.7X400=280mm 缸盖滑动支承面的长度1l
当D ＞80 mm 时，取1l ＝（0.6～1．0）d 。 故确定缸盖滑动支承面的长度1l =0.6X50=30mm
为保证最小导向长度 H ，若过分增大1l 和 B 都是不适宜的，在缸盖与活塞之间增加一隔套 K 来增加H 的值。隔套的长度 C 由最小导向长度H 决定，即
C ＝H －（1l ＋B ）/2=35mm
四、主要零部件设计与校核 1、缸筒的设计
缸筒的结构与端盖的连接形式、液压缸的用途、工作压力、使用环境以及安装要求等因素有关。端盖分为前端盖和后端盖。前端盖将液压缸的活塞杠（柱塞）腔封闭，并起这位活塞杆导向、防尘和密封的作用。后端盖将缸筒内腔一端封闭，并常常起着将液压缸与其他机构件连接的作用。
缸筒与端盖的连接选用内螺纹形式，该形式体积小，重量轻，结构紧凑。 缸筒材料
缸筒的材料，一般要求有足够的强度和冲击韧性。目前，普遍采用的缸筒的材料是热轧或冷拔无缝钢管。由于缸壁较薄，钢筒直径较小，故采用冷拔无缝钢管，采用通用材料为45钢。 查表可以得到：
缸筒材料的屈服强度s σ=484MP ； 缸筒材料的抗拉强度b σ=610MP ；
现在利用屈服强度来引申出：
选取安全系数n=3.6，则缸筒材料的许用应力[σ]=s σ/n=484/4=121MPa 。
缸筒壁厚验算
液压缸的额定压力
[]2212
1()()D D p MPa D σ-≤
式中：D 1为缸筒外径且： D 1=D+2δ（mm ） D 为缸筒内径（mm ）
D 为400mm ，D1为454mm ，将数值代入公式可得
而题目所给2527p MPa MPa =≤，符合要求。 2、活塞设计
活塞的材料
由于缸径较小，故选用45钢。 活塞结构的设计
活塞根据压力、速度、温度等工作条件来选用密封件的型式，而选定的
6226
212110[454400]2710454
p Pa ??-≤=?
密封件型式决定了活塞的结构型式。
常见的活塞结构型式分活塞分为整体式和组合式，组合式制作和使用比较复杂，又因密封件的安装要求不是很高，而且缸径较小，故采用整体式活塞的结构型式，其密封件和导向环分槽安装。
形式如下图：
活塞的宽度一般由密封件、导向环的安装沟槽尺寸来决定，本课题，依据结构要求与密封件与导向件的结构，取活塞宽度B为280mm
5、活塞的密封
活塞的密封选用准则取决于压力、速度、温度和工作介质等因素。选用应用广泛的O型密封圈，由于工作压力大于10MPa，为防止密封圈被挤入间隙而损坏，故选用为副密封件为聚四氟乙烯（PTFE）的挡圈与主密封件组合在一起使用。这种组合式密封圈显著地提高了密封性能，降低了摩擦阻力，无爬行现象，具有良好的动态及静态密封性，耐磨损，使用寿命长、安装沟槽简单、装坼方便。活塞杆的设计
6、活塞杆杆体的选择
活塞杆的杆体分为实心杆和空心杆。空心杆多用于d/D比值较大或杆体内有位置传感器等场合。而实心杆加工简单，采用较多，故选用实心杆。
活塞杆的外端是液压缸用以与负载连接的部位，可根据液压缸的安装连接形式有多种结构形式。本课题因液压缸垂直安装且活塞杆下端要装压板，为方便连接，活塞杆外端采用外螺纹（带肩）形式。其外螺纹根据国家标准GB2350-80可选取M45?1.5。
活塞杆材料
1、因为没有特殊要求，所以选用45号钢作为活塞杆的材料，本次设计中活塞杆只承受压应力，所以不用调制处理，但进行淬火处理是必要的，淬火深度可以在0.5—1mm左右。
2、安装活塞的轴颈和外圆的同轴度公差不大于0.01mm，保证活塞杆外圆和活塞外圆的同轴度，避免活塞与缸筒、活塞杆和导向的卡滞现象。安装活塞的轴间端面与活塞杆轴线的垂直度公差不大于0.04mm/100mm，保证活塞安装不产生歪斜。
μ
3、活塞杆外圆粗糙度a R选择为0.3m
4、因为是运行在低载荷情况下，所以省去了表面处理。
7、活塞杆强度的校核
由设计要求有液压缸最大行程L=640mm 已设计活塞杆直径为d=50mm 查手册有校核公式为[]
4F
d πσ≥
则249025/442.9110
mm ππ???=?
45mm 所以活塞杆满足强度要求 8、液压缸稳定性校核：
假设液压缸只承受轴向载荷，则它所承受的力F 不能超过使它保持稳定工作所允许的临界负载k F ,以免发生纵向弯曲，破坏液压缸正常工作。k F 的值与活塞杆的材料性质、截面形状、直径和长度以及液压缸的安装方式等因素有关。校
核公式为：k k F
F n ≤（式中k n 为安全系数，取3）
查相关手册别结合以设计数据，取k F =max .P A
则22590/453503
k k F KN F KN n π??=≈>= 所以液压缸的稳定性满足要求。 9、活塞杆的导向、密封和防尘
1、导向环
在液压缸的前端盖内，有对活塞杆导向的内孔,在这对内孔中装导向环。本设计选择非金属导向环，用高强度塑料制成，这种导向环的优点是摩擦阻力小、耐磨、使用寿命长、装导向环的沟槽加工简单，并且磨损后导向环易于更换。 3、防尘
使用DH 防尘圈，材料是聚氨酯，既有防尘作用，又有润滑作用。 4、缓冲装置
由设计要求选择的缓冲装置为杆头缓冲，缓冲由杆头和缸底部端盖共同作用。 5、排气装置
液压缸为双作用，故需要两个排气孔，分别设置在缸的两端。均取M16的排气阀，具体尺寸见装配图。 液压缸的安装
由设计要求有安装方式为底座安装，查相关手册，选具体安装方式为底面脚架安装，安装图形如下。
致谢
本学期我独立完成了双作用单杆活塞缸液压缸的设计，通过本次设计的锻炼，使我从中受益匪浅。了解到作为一名合格的设计人员实属不易。不仅需要具备较为全面的专业素质，还要具备吃苦耐劳，敢于创新等优秀品质。
在本次设计的过程中，我得到了很大提升。在设计能力上有了很大提高。借助老师和图书馆的帮助，我的设计比较顺利的完成，由于缺乏经验，设计并不是很完善。
在设计过程中也反映出很多问题，首先是设计经验十分不足，对于实际液压零件的要求和性能不甚了解，对于设计人员遵循的设计流程也不熟悉。另外本次设计的图纸绘制主要基于AutoCAD，在此过程中也多次遇到技术难题，使用制图软件不够熟练，日后我一定会好好学习，加强个人能力的培养。
本次课程设计为我提供了一次难得的机会，是一次对自己本学期所学知识的汇总。本着认真、科学、严谨和提升自我的态度，在老师的细心指导下完成了设计任务。相信在本次设计中所积累的经验和成果会在以后的工作中派上用场。