液压缸尺寸计算
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A、大腿液压缸结构尺寸设计计算
①、大腿缸的负载组成
1、工作载荷F g=59036N(活塞杆在抬腿过程中始终受压)
2、惯性载荷F a=0(由于所选用液压缸尺寸较小,即不计重量,
且执行元件运动速度变化较小,故不考虑惯性载荷)
3、密封阻力F m=(1−ηm)F,其中F是作用于活塞上的载荷,且
F=F w
,F w是外载荷,F w=F g+F a,其中ηm是液压缸的机械ηm
效率,取ηm=0.95
综上可得:外载荷F w=59036N,密封阻力F m=2952N,总载
荷F=61988N。
②、初选系统工作压力
1、按载荷选定工作压力,取工作腔压力为P=12MPa1(由于
总载荷为61988N大于50000N,故根据手册选取工作压力为
12MPa)
2、选择执行元件液压缸的背压力为P2=1MPa(由于回油路带
有调速阀,且回油路的不太复杂,故根据手册选取被压压力
为1MPa)
③、液压缸主要结构尺寸的计算
1、在整个抬腿过程中活塞杆始终受压,故可得下式:
活塞杆受压时:
F=P1A1−P2A2
P1----------液压缸工作腔压力(Pa)
P 2----------液压缸回油腔压力(Pa )
A 1----------无杆腔活塞有效作用面积,A 1=πD 24
,D 为活塞直径(m ) A 2----------有杆腔活塞有效作用面积,A 2=π4(D 2−d 2),d 为活塞杆直径
(m )
选取d/D=0.7(由于工作压力为12MPa 大于5MPa ,故根据手册选取d/D=0.7)
综上可得:D=82.8mm ,根据手册可查得常用活塞杆直径,可取D=90mm ,d=60mm 。
校核活塞杆的强度,其中活塞杆的材料为45钢,故[σ]=100MPa 。 由于活塞杆在受负载的工作过程中仅收到压力作用,故仅校核其压缩强度即可。σ= F 14πd 2=21.9MPa <[σ]=100MPa ,故满足强度要求。
即d=60mm ,则D=90mm 。
由此计算得工作压力为:
P 1=10.3MPa
根据所选取的活塞直径D=90mm ,可根据手册选的液压缸的外径为108mm ,即可得液压缸壁厚为δ =9mm 。
校核液压缸缸壁的强度,其中液压缸的材料为45钢,故[σ]=100MPa 。 由于该缸处于低压系统,故先按薄壁筒计算,σ=P y D 2δ,其中工作压力
P =P =12MPa ≤16MPa 1,可取P y =1.5P 1,则σ=90MPa <[σ]=100MPa ,故满足强度要求。
又由于D/δ=10,故可将该缸筒视为厚壁,则δ的校核应按下面公式进行。
δ≥D
2
(√
[σ]+0.4P y
[σ]−1.3P y
−1)
计算的δ=9mm≥8.23mm,故经过校核满足要求
即取缸筒壁厚δ=9mm。
B、水平摆动液压缸结构尺寸设计计算
①、水平摆动缸的负载组成
1、工作载荷F g=4000N(活塞杆正反行程中保持不变)
2、惯性载荷F=0a(由于所选用液压缸尺寸较小,即不计重量,
故不考虑惯性载荷)
3、密封阻力F m=(1−ηm)F,其中F是作用于活塞上的载荷,且
F=F w
ηm
,F w是外载荷,F w=F g+F a,其中ηm是液压缸的机械效率,取ηm=0.95
综上可得:外载荷F w=4000N,密封阻力F m=211N,总载
荷F=4211N。
②、选定系统尺寸
由所受最大负载的大腿缸计算所得的液压缸的数据,初步拟定水平
摆动缸的尺寸为:D=90mm,d=60mm,δ=9mm。
③、液压缸工作压力的计算
摆腿动作开始时已经将腿抬起,故不受外载荷作用,则摆动腿液压缸受外载荷工作的过程为腿已放下,并且开始拖动身体前进的过程,在这个过程中活塞杆受拉。
活塞杆受拉时:
F =P 1A 2−P 2A 1
P 1----------液压缸工作腔压力(Pa )
P 2----------液压缸回油腔压力(Pa )(由于回油路带有调速阀,且回油路的不
复杂,故根据手册选取回油腔压力为0.5MPa )
A 1----------无杆腔活塞有效作用面积,A 1=πD 24
,D 为活塞直径(m ) A 2----------有杆腔活塞有效作用面积,A 2=π4(D 2−d 2),d 为活塞杆直径
(m )
综上可得: 工作腔压力P 1=2.03MPa
校核活塞杆的强度,其中活塞杆的材料为45钢,故[σ]=100MPa 。 由于活塞杆在受负载的工作过程中仅收到拉力作用,故仅校核其拉伸强度即可。σ= F 14πd 2=1.4MPa <[σ]=100MPa ,故满足强度要求。
校核液压缸缸壁的强度,其中液压缸的材料为45钢,故[σ]=100MPa 。 由于该缸处于低压系统,故先按薄壁筒计算,σ=P y D 2δ,其中工作压力P =
P 1=1MPa ≤16MPa ,可取P y =1.5P 1,则σ=15.225MPa <[σ]=100MPa ,故满足强度要求。
又由于D /δ=10,故可将该缸筒视为厚壁,则δ的校核应按下面公式进行。
δ≥D 2(√[σ]+0.4P y [σ]−1.3P y
−1) 计算的δ=9mm ≥1.197mm ,故经过校核满足要求。
即取缸筒壁厚δ=9mm 。
C 、 小腿液压缸结构尺寸设计计算
①、小腿液压缸的负载组成