鸿钛裁断机液压缸的设计和计算
鸿钛裁断机液压缸的设计和计算
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裁断机液压缸的设计是整个液压系统设计的重要内容之一。由于液压缸是液压传动的执行元 件，它和主机工作机构有直接的联系。对于不同的机械设备及其工作机构，液压缸具有不同 的用途和工作要求，因此在设计液压缸之前，必须对整个液压系统进行工况分析，编制负载 图，选定系统的工作压力（详见第八章），然后根据使用要求选择结构类型，按负载情况、 运动要求、最大行程等确定其主要工作尺寸，进行强度、稳定性和缓冲验算，最后再进行结构设计。
1.液压缸设计中应注意的问题
不同的液压缸有不同的设汁内容和要求。一般在设计液压缸的结构时应注意以下几个问题：
1）尽量使液压缸的活塞杆在受拉状态下承受最大负载，或在受压状态下具有良好的纵 向稳定性。
2）考虑液压缸行程终了处的制动问题和液压缸的排气问题。缸内如无缓冲装置和排气 装置，系统中需有相应的措施。但是并非所有的液压缸都要考虑这些问题。
3）根据主机的工作要求和结构设计要求，正确确定液压缸的安装、固定方式。但液压缸只能一端定位。
4）液压缸各部分的结构需根据推荐的结构形式和设计标准进行设计，尽可能做到结构 简单、紧凑，加工、装配和维修方便。
2.液压缸主要尺寸的确定
液压缸的缸筒内径D，是根据负载的大小和选定的工作压力，或运动速度和输入的流量，依式〔3-7〕~式〔3-19〕有关公式计算之后，再从GB/T 2348—1993(等效于ISO 3320—1987)标准中选取最近的标准值而得出的。
(1)活塞杆直径d 液压缸活塞杆的直径d通常先满足液压缸速度或速比的要求来选 择，然后再校核其结构强度和稳定性，若速比为λv，则
（2）液压缸缸筒长度L 液压缸的缸筒长度L由最大工作行程长度决定，缸筒的长度一 般最好不超过其内径的20倍。
(3)最小导向长度 当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到导向套滑动面中点的 距离称为最小导向长度H（如图3-17）。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最小导向长 度。对于一般的液压缸，当液压缸的最大 行程为L缸简直径为D时，最小导向长 度为
活塞的宽度，一般取B=〔0.6 ~1.0〕D；导向套滑动面的长度A，在D＜80mm 时取A=(0.6 ~ 1. 0)D，在D＞80mm时取A=(0.6~1.0)d。为保证最小导向长度，过分增大A和B都是不适宜的，必 要时可在导向套与活塞之间装一隔套（图中零件K)。隔套的长度c由需要的最小导向长度H决定，即
3.强度校核
液压缸的缸筒壁厚δ、活塞杆直径d和缸盖处固定螺栓的直径，在高压系统中必须进行 强度校核。^
(1)缸筒壁厚校核液压缸缸筒壁厚校核时分薄壁和厚壁两种情况。当D/δ≥10时为 薄壁，壁厚按下式进行校核
式中，D为缸筒内径；py为缸筒试验压力，当缸的额定压力pn≤16MPa时取py=1.5pn，当pn＞16MPa时取py=1.25pn；[σ]为缸筒材料的许用应力，[σ]= σb/n, σb为材料抗拉强度，n为安全系数，一般取n=5。
当D/δ＜10时，壁厚按下式进行校核
在使用式（3-23〕、式（3-24）进行校核时，若液压缸缸筒与缸盖采用半环连接，δ应 取缸筒壁厚最小处的值。
(2）活塞杆直径校核 活塞杆直径d的校核按下式进行
式中，F为活塞杆上的作用力；[σ]为活塞杆材料的许用应力，[σ]=σb/1.4
(3)液压缸盖固定螺栓直径校核液压缸缸盖固定螺栓在工作过程中同时承受拉应力 和扭应力，其螺栓直径可按下式校核
式中，厂为液压缸负载；z为固定螺栓个数；k为螺纹拧紧系数，k=1.12〜1.5； [σ]=σs/(1.2~2.5),σs为材料的屈服点。
4.缓冲计算
液压缸的缓冲计算主要是估计缓冲时液压缸内出现的最大冲击压力，以便用来校核缸筒 强度、制动距离是否符合要求。缓冲计算中如发现工作腔中的液压能和工作部件的动能不能 全部被缓冲腔所吸收时，制动中就可能产生活塞和缸盖相碰现象。
液压缸在缓冲时，缓冲腔内产生的液压能E1和工作部件产生的机械能E2分别为
式中，Le为缓冲长度;pe为缓冲腔中的平均缓冲压力；pp为高压腔中油液压力；Ae、Ap为 缓冲腔、高压腔的有
效工作面积；m为工作部件总质量；v0为工作部件运动速度；Ff为摩 擦力。式(3-28)中右边第一项为高压腔中的液压能，第二项为工作部件的动能，第三项为 摩擦能。
当E1=E2时，工作部件的机械能全部被缓冲腔液体所吸收，由上两式得
若缓冲装置为节流口可调式缓冲装置，在缓冲过程中的缓冲压力逐渐降低，假定缓冲压 力线性地降低，则最大的缓冲压力即冲击压力为
若缓冲装置为节流口变化式缓冲装置，则由于缓冲压力pe始终不变，最大缓冲压力的 值即如式(3-29)所示。
5.液压缸稳定性校核
对受压的活塞杆来说，一般其直径d应不小于长度l的1/15。当l/d≥15时，须进行稳 定性校核，应使活塞杆所承受的负载力F小于使其保持工作稳定的临界负载力Fk。Fk的值 与活塞杆的材料、截面形状、直径和长度，以及液压缸的安装方式等因素有关。验算可按材料力学有关公式进行，此处不再赘述。