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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