引言
起升油缸设计（3级）
引言
液压缸是将液压能转变为机械能、做直线往复运动（或摆动运动）的液压执行元件。它的结构简单、工作可靠。用它来实现往复运动，可免去减速装置，并且没有传动间隙，运动平稳，因此在各种机械的液压系统中得到了广泛应用。液压缸输出力和活塞有效面积及其两边压差成正比；液压缸基本上由缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置与排气装置组成。缓冲装置与排气装置视具体应用场合而定，其他装置则必不可少。
液压传动相对于机械传动来说，它是一门新学科，17世纪中叶帕斯卡提出静压传动原理，只是由于早期技术水平和生产需求的不足，液压传动技术没有得到普遍地应用。1795年英国约瑟夫·布拉曼在伦敦用水作为工作介质，以水压机的形式将其应用于工业上，诞生了世界上第一台水压机。第二次世界大战期间，在兵器上采用了功率大、反应快、动作准的液压传动和控制装置，它大大提高了兵器的性能，也大大促进了液压技术的发展。战后，液压技术迅速转向民用，并随着各种标准的不断制订和完善及各类元件的标准化、规格化、系列化而在工程机械、农业机械、汽车制造等行业中推广开来。
本设计中首先对设计产品进行工况分析，进而对其主要参数进行计算并校核，再利用CAD软件绘出产品零件图和总装图，以及solidworks进行机械运动仿真。solidworks软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格郎日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。solidworks软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等。
起升油缸设计（3级）
1绪论
1.1液压缸的发展
在发展过程中存在以下问题：液压缸结构传动不能保证严格的传动比；工作过程中常用较多能量损失（摩擦损失、泄露损失等）；对油温的变化比较敏感，它的工作稳定性容易受到温度变化的影响；为了减少泄露，液压元件在制造精度上的要求比较高，因此造价高; 液压传动出故障时不易找出原因，使用和维修要求有较高的技术水平；液压缸的活塞杆在油压的作用下伸出或缩回时，经常出现速度不均匀现象，并有时伴有振动和异响，从而引起整个液压系统的振动，并带动主机其它部件振动等缺点，所以液压缸结构需进一步发展改良，以便适应国家经济发展的需要。
随着社会进步，科学技术的不断发展，液压缸的发展也不断进步，液压缸呈现以下的发展趋势：
1.高压化、小型化。高压化是减少液压缸径向尺寸和减轻重量，并缩小整套液压装置体积的有效途径。
2.新材质、轻量化。随着高压化、小型化，液压缸的使用环境的考验等，新材质、轻量化也成了解决办法之一。
3.新颖机构复合化。为了适应液压缸应用范围的扩大，各种新颖结构的液压缸不断出现，如自控液压缸、自锁液压缸、钢缆式液压缸、蠕动式液压缸和复合化液压缸等。
4.高性能、多品种。
5.节能化与耐腐蚀。
1.2液压缸的类型
根据常用液压缸的结构类型，可将其分为四种类型：活塞式、柱塞式、伸缩式、摆动式。
按活塞杆的形式，液压缸又可分为单活塞缸和双活塞缸。
按缸的用途，液压缸可分为串联缸，增压缸，增速缸，步进缸。
按供油方向：液压缸可分为单作用缸和双作用缸。活塞的复位只能借助弹簧, 或靠活塞自重, 或靠外力作用。单作用液压缸基本上只有一个有效作用面积。根据技
绪论
术构造, 这一类的油缸只能产生推力。双作用液压缸是能由活塞的两侧输入压力油的液压缸。
1.3伸缩式液压缸简介
伸缩式液压缸是可以得到较长工作行程的具有多级套筒形活塞杆的液压缸，伸缩式液压缸又称多级液压缸。
伸缩式液压缸是由两个或多个活塞式液压缸套装而成的，前一级活塞缸的活塞杆是后一级活塞缸的缸筒。
伸缩式液压缸中活塞伸出的顺序式从大到小，而空载缩回的顺序则一般是从小到大。伸缩缸可实现较长的行程，而缩回时长度较短，结构较为紧凑。此种液压缸常用于工程机械和农业机械上。
工作过程：当压力油从无杆腔进入时，活塞有效面积最大的缸筒开始伸出，当行至终点时，活塞有效面积次之的缸筒开始伸出。伸缩式液压伸出的顺序是由大到小依次伸出，可获得很长的工作行程，外伸缸筒有效面积越小，伸出速度越快。因此，伸出速度有慢变快，相应的液压推力由大变小；这种推力、速度的变化规律，正适合各种自动装卸机械对推力和速度的要求。而缩回的顺序一般是由小到大依次缩回，缩回时的轴向长度较短，占用空间较小，结构紧凑。常用于工程机械和其他行走机械，如起重机、翻斗汽车等的液压系统中。
图1-1 伸缩式液压缸实图
多级液压缸由两个或多个活塞缸或柱塞缸套装而成的。
工作原理：活塞或柱塞伸出时，从大到小，速度逐渐增大，推力逐渐减小，活塞或柱塞缩回时，从小到大.
起升油缸设计（3级）
图1-2 多级液压缸结构图
通过本次课题设计达到对液压缸结构及工作原理更好认识，对绘图软件的使用更加熟练，掌握液压缸结构设计应注意的一些细节问题。争取通过本次课程设计对液压传动知识掌握程度进一步完善，提高理论联系实际、分析问题和解决问题的能力，使自己学到的理论知识与生产实践进行一次结合。
1.4本设计的主要内容
液压缸的设计包括液压缸活塞缸直径及外径、液压缸活塞直径的确定和活塞杆直径的确定、液压缸壁厚和外径的计算、缸盖厚度的确定、缸体长度的确定、缓冲装置的计算以及活塞杆稳定性的验算,零件的功能工艺规程的制定等。
1.5 应用场合
本三级液压缸主要用于ZJ20钻机ZJ30钻机和SXJ750-4修井机等。在实际工作中此起升油缸是用来将承载式井架竖立起来，工作载荷大，移动速度慢，安全性能要求高。如图（1-3、1-4、1-5）所示为四机厂产品实物图。
绪论
图1-3 液压缸实物图
图1-4液压缸实物图图1-5液压缸实物图
起升油缸设计（3级）
2液压缸结构分析
工况分析是拟定液压缸设计方案，计算并选择液压元件的重要依据，通过工况分析选择液压缸类型及其安装方式，列出初始参数，明确设计要求，为后续工作提供重要依据。
2.1液压缸的类型及安装方式
本设计液压缸用于工程机械，且为多级液压缸。此缸用于车用修井机井架的起落，属于高压低低速缸。起升时通过高压油推起，下落时依靠自重回落。由于井架竖起时没有倾倒力，需要靠液压缸将井架倾斜，再依靠自重回落。因此该液压缸一二级采用单作用的柱塞结构，三级采用双作用的活塞结构。安装方式选择耳环型，可在垂直面内摆动，但销轴受力较大。
2.2 液压缸的选材
缸体：35号钢。35钢无焊接件，可用调质处理提高强度表面粗糙度，工艺要求内孔一般用珩磨。
柱塞：35号钢。
活塞：35号钢。
活塞杆：35号钢，一般表面要镀硬铬，表面粗糙度要Ra=0.2~0.4m缸底：焊接，35号钢锻件。
2.3 液压缸的工作分析
伸出时，零级缸套处高压泵供油，一二三级缸体同时伸出。当一级缸体到达限位处，二三级缸继续同时伸出。二级缸到达限位处时，三级缸最后伸出，使井架竖立。最后调节三级活塞，使井架保持垂直。
收回时，三级活塞处高压泵供油，活塞收回，井架倾斜一定角度。二级缸靠自重收回，最后一级缸靠自重收回。
2.4方案确定
液压缸结构分析
方案1:
图2-1 方案一结构图
该图是柱塞结构简图，该方案是在柱塞外圆上安装一组导向装置，但不装密封圈。在柱塞伸出时，对液压缸打油，当液压缸内充满液压油时，根据各级液压缸的截面面积的大小依次伸出，在缩回时，初定方案是打油，利用油压使液压缸各级依次缩回。但是由于该方案中并没有安装密封装置，如果采用回油的方式，则会在液压缸的一级柱塞和二级柱塞这两级液压缸中产生卸油的现象，导致压力不足，液压缸无法缩回，影响工作效率。由于该三级油缸属于轻型油缸，活塞的截面尺寸不大，可以先用回油的方式，利用较小的油压将活塞先缩回，然后再利用井架下降时的自重，将一级和二级柱塞压回。由于井架的质量大，所以压力足以将液压缸全部缩回，这样既可以保证液压缸正常的工作状态，也可以避免回油时压力不足导致液压缸无法缩回的问题。同时，由于该方案在柱塞的外圆上安装有导向装置，所以在柱塞伸出和缩回时能够保证一级柱塞与缸套，二级柱塞和一级柱塞之间较好的同轴度，可以尽量避免液压缸在移动过程中出现卡死的情况。
方案2:
图2-2 方案二结构图
起升油缸设计（3级）
该方案是在两级柱塞上开一个密封沟槽，安装密封装置，但不开导向沟槽，不安装导向环。这种方式在液压缸伸出时，根据油压作用面积的大小依次伸出，在液压缸缩回时，由于使用了密封装置，故在液压缸中能够保证一定的油压使液压缸缩回，但是该方案中没有使用导向装置，在缩回时，液压缸并不一定能够保证良好的同轴度，所以会出现卡死的现象，但是在实际工作中，如果不能及时的发现该原因，而认为是油压不足而导致的液压缸停止，所以一般都用继续增加油压的方式，油压柱塞都是薄壁缸体，在压力过大或者过于集中时，会出现“胀肚”的现象----也就是柱塞径向尺寸扩大。
方案3：
图2-3 方案三结构图
该方案是在柱塞上既开导向沟槽也开密封沟槽，密封沟槽是为了安装密封圈，防止泄油，保持油压，这样在液压缸缩回时，打油不会因为泄油导致油压不足而无法缩回，所以可以用打油的方式可以使各级缸体依次缩回。导向沟槽是为了保证在柱塞伸出和缩回时与缸套的同轴度，安装了该装置可以尽量减少柱塞在运动过程出现偏离轴线运动而卡死的现象。但是该方案的缺点在于，由于既安装的导向装置，也安装了密封装置，所以加工工艺复杂，成本增加，并且费时费力，由于有了密封装置，所以在缩回时采用打油的方式，使用油压使各级依次缩回，这样因为油压作用，回我使各级缸体在运动过程中出现震荡和碰撞的现象，运动不平稳，并且又需要单独再在各级缸体开设回油孔，工序增多，成本和加工周期都增加。
方案对比：
1第一种方案
优点：能够保证比较好的同轴度，在缸体运动的过程中可以减少柱塞和缸套之间
非轴向运动而卡死的情况。在缩回时，如果不采用油压缩回的方式，则只需要利用井
架的自重，将各级缸体依次压回即可。这样既可以减少加工工序，也可以减少成本和
液压缸结构分析
人力，并且运动更加平稳。
缺点：没有使用密封装置，在各级缸体缩回时，不能用打油的方式将其缩回，不然会因为泄油的原因而使液压缸无法缩回。
2第二种方案：
优点：能够保证较好的密封效果，在各级液压缸缩回时，可以用打油的方式将液压缸逐级缩回，可以较快将其缩回，效率增加，在缩回时也不会因为泄油而导致油压不足的问题，而使液压缸无法缩回。
缺点：该方案只有密封装置，没有安装导向装置，无法保证较好的同轴度，在运动过程中可能会出现柱塞偏离轴线运动而卡死。
3第三种方案：
优点：该方案兼顾了上面两张方案的优点。
缺点：加工工艺复杂，成本高，耗费较多的人力和时间，在实际工作中控制难度也加大。
方案确定：
采用第一种方案设计，只安装导向装置，保证其运动过程中的同轴度，为了避免打油过程中因为没有密封装置而泄油，导致油压不足的问题，可以直接采用井架自重将各级缸体依次压回，工艺简单，操作方便，成本更低。
图2-4 选定方案图
起升油缸设计（3级）
3 液压缸主要尺寸的确定
根据多级液压缸的工作原理，可将其分解为若干个相互连通的单机液压缸组合。先计算最小的一个单机液压缸，根据受力知道，只要满足三级缸受力，则一级缸定能满足。
3.1 二级缸缸筒内径的计算
根据液压缸理论输推力T 和系统选定的供油压力p 来计算二级缸筒内径D(m)：
T=nPA A=πD 2
/4 （1）
式中：
T —液压缸的理论输出力（N ）; p —供油压力（MPa ）； A —面积（cm 2）； n —油缸机械效率。 供油压力P=14MPa 油缸机械效率n=0.95 推力=350KN
得出A=263cm 2 D=183mm
表3—1 缸筒内径尺寸系列
液压缸内径系列（GB/T2348-1993）
8、10、12、16、20、25、32、40、50、63、80、（90）、100、（110） 125、（140）、160、（180）、200、（220）、250、（280）、320、（360）、400、（450）、500
元整取值得d 2=200mm
3.2 二级缸缸壁厚度及外径的计算
先按薄壁计算：
[]
σδ2D
P y ≥
（2）
式中：
P y —试验压力(Mpa)；
[σ]—缸体材料许用应力(Mpa)；[σ]＝σb / n ；
液压缸主要尺寸的确定
σb —缸体材料的抗拉强度(Mpa)。对于35钢正火处理
n —安全系数；一般取3.5～5，工作压力大n 可选取小一些。则取n=3.5； D —缸体内径。
表3—2 45号钢各力学性能
牌号 机械及物理性能
抗拉强度 σb (MPa) 屈服强度 σs (MPa) 伸长率 δs (％) 断面收缩率ψ(％) 冲功Akv (J) 冲击韧性值 αkv (J/cm2) 硬度 试样毛坯尺寸 35
≥540(54)
≥315(32)
≥20
≥45
≥55
≥69(7)
未热处理≤197HB
25mm
由图知σb ≥540，故取σb =600MPa
[σ]＝σb / n=600/3.5=171.4MPa P y =21MPa 得[]σδ2D
P y ≥
=12.25mm
D/δ=16.32≥16符合薄壁 再按厚壁计算：
[][]???
?
?
?--+≥13.14.02y
y
P P D σσδ (3) =11.7
D/δ=17.1≥16不符合厚壁
表3—3 精密内径尺寸的无缝钢管尺寸系列
内径
壁厚
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
5.0
6.0
7.5 10.0 12.5 15.0 20.0
外径
25 28 — — 31 — 35 — 40 — — — — 32 35 36 — 38 — 42 — 47 — — — — 40 — — 45 46 — 50 — 55 — — — — 50 — — 55 56 — 60 — 65 70 75 — — 63
—
—
68
69
—
73
75
78
83
88
—
—
起升油缸设计（3级）
80 — — 85 86 — 90 92 95 100 105 110 — 100 — — 105 106 — 110 112 115 120 125 130 — 125 — — — — 132 135 137 140 145 150 155 165 160 — — — — 165 170 — 175 180 185 190 200 200
—
—
—
—
—
220
—
215
220
225
230
240
根据表表3—3中数据，取δ=12.5mm ，故二级缸外径为D 2=225mm
3.3 二级缸缸底厚度
缸底为平面且有油孔，油孔直径d 0取15mm 计算公式： ()[]
σ0433.0d D D
P D h y -= （4）
式中：
P y —试验压力(Mpa) P y =21MPa ； D —二级缸体内径（mm ）D=200mm ；
[σ]—缸体材料许用应力(Mpa) [σ]=171.4MPa ； d 0—油孔直径d 0=15mm 。 得h=31.5
二级缸底厚取整为h 2=32mm
综上：二级缸缸筒内径d 1=200mm ，外径D 1=225mm ，缸底厚度h 2=32mm 。
3.4 活塞杆直径
活塞杆的外径计算公式：
[]σπ4F
d ≥
（5）
式中：
F —液压缸输出力(N)；F=350KN
[σ]—活塞杆材料的许用应力(Mpa)。[σ]=171.4MPa 得d ≥50.9mm
液压缸主要尺寸的确定
表3—4 活塞杆外径尺寸系列
活塞杆直径系列（GB/T2348-1993）
4、5、6、8、10、12、16、18、20、22、25、28、32、36、40、45、50、56、63、70、80、90、100、110、125、140、160、180、200、220、250、280、320、360
查表3—4取活塞杆直径d=56mm 。
由于实心活塞杆外径过小，难以符合强度校核，因此需要采用空心活塞杆。空心活塞杆一般用无缝钢管焊接而成，因而能节约材料，减轻重量，同时还可以导通油路，多用于大型液压缸。设活塞杆外径为d 3=100mm ，计算其内径：
MPa d 4.171)π(10041350000
σ22=-≤内 （6）
得d 内≤86mm 为安全起见取壁厚δ=10mm
3.5 活塞直径及活塞厚度
留2mm 作为二级缸与三级缸内壁距离，则三级缸的外径（活塞直径） D 3=200—2x2=196m 取D 3=196mm
即活塞的直径为196mm
根据《液压元件手册》选用宽度20mm 厚度 2.5mm 导向环，故安装导向环处直径为200mm-2.5mm*2=195mm ；
查《机械设计手册》得外径196mm 活塞O 型密封圈的厚度为9mm ，宽度9mm ，故O 型密封圈处直径为200mm-9mm*2=182mm ；
活塞杆连接处需要开直径10mm 油孔，故取凸台长度25mm ，凸台处直径190mm 。 根据经验，活塞厚度一般0.6~1倍缸径，取导向环与O 型圈间距5mm ，取导向环到凸台间距8mm ，活塞前端倒角10o 方便安装，倒角长度取20mm 。 活塞厚度h 3=20+8+20+5+9+5+20+8+25=120mm 符合要求。
综上得，活塞杆外径d 3外=100mm ，内径d 3内=80mm ，活塞外径D 3=196mm ，活塞厚度120mm 。
3.6 一级缸缸筒内径
留2mm 作为一级缸与二级缸 内壁距离，则，一级缸的内径 d 1=225+2x2=229mm
起升油缸设计（3级）
3.7 一级缸缸壁厚度及外径的计算
取d 1=229mm
[]
σδ2D
P y ≥
（7）
则δ≥14.02mm ，查表取δ=15mm 一级缸外径D 1=259mm 。
3.8 一级缸缸底厚度
缸底为平面且有油孔，油孔直径d 0取15mm 。缸底厚度
[]()0443.0d D D
P D
h y -?=σ （8）
式中：
P y —试验压力(Mpa) P y =21MPa ； D —一级缸体内径（mm ）D=229mm ；
[σ]—缸体材料许用应力(Mpa) [σ]=171.4MPa ； d 0—油孔直径d 0=15mm 。 得h=36.7
一级缸底厚取整为h 2=37mm
综上：一级缸缸筒内径d 1=229mm ，外径D 1=259mm ，缸底厚度37mm 。
3.9 零级缸内径及外径的计算
留2mm 作为一级缸与零级缸缸筒内壁距离。 则缸套内径为： d 0=259+2x2=263mm
[]
σδ2D
P y ≥
（9）
则δ≥16.1mm
查表取δ=20mm 零级缸外径D 0=263+20*2=303mm 。
3.10 零级缸缸底厚度的计算
零级缸缸底需要安装进油装置，故需要根据进油口直径设计缸底厚度。
液压缸主要尺寸的确定
已知油口直径30mm 取缸底厚度为78mm
综上：零级缸缸筒内径d 1=263mm ，外径D 1=303mm ，缸底厚度h 0=78mm 。
3.11 第一、二、三级缸缸筒行程和各级缸筒长度
已知安装距离为1840mm ，总行程3997mm 。 一级缸行程：1300mm 二级缸行程：1337mm 三级缸行程：1360mm
零级缸缸筒总长度=一级缸行程+缸底厚度+一级缸密封装置总宽度+一级缸导向装置总宽度+限位装置宽度+耳环中心高度=1300+78+75+35+65+65=1618mm
一级缸缸筒总长度=二级缸行程+缸底厚度+二级缸密封装置总宽度+二级缸导向装置总宽度+限位装置宽度=1337+37+75+35+65=1549mm
二级缸缸筒总长度=三级缸行程+缸底厚度+缸盖限位高度+活塞厚度=1360+32+70+120=1582mm
活塞杆长度=安装距离-零一二级缸底厚度-活塞厚度-耳环销孔高度=1840-78-37-32-120-65=1508mm
3.12 各级作用力的计算
根据柱塞缸输出推力计算公式
2
2
1d 4
)(πP P F -= （10） 式中p 1—进油压力14MPa ； P 2—回油压力 d —各级缸外径。
根据液压缸工作需要，收回时靠自重缩回，故回油压力为0MPa 。 带入各级缸外径尺寸算出各级缸受力： 一级缸受力F 1=700714.41N 二级缸受力F 2=528818.40N 三级缸受力F 3伸=401285.13N 三级缸受力F 3缩=313373.87N
起升油缸设计（3级）
4液压缸的结构设计
4.1缸筒联接方式
缸筒的连接采用螺纹连接，其特点是体积小重量小、结构紧凑。外螺纹连接L 型螺母，并用螺钉钉紧。内螺纹连接螺套，螺套和螺母之间是支承圈、V型圈、压环和铜套，起密封和防尘作用。
零级缸、一级缸、二级缸用螺套作为缸盖连接，根据受力情况选择螺纹尺寸：
零级缸外螺纹M300x2深34mm螺纹宽度32mm内螺纹M266x2 深75 螺纹宽度20mm 一级缸外螺纹M256x2深31mm螺纹宽度29mm内螺纹M232x2 深75螺纹宽度20mm
二级缸外螺纹M222x2深31mm螺纹宽度29mm内螺纹M203x2 深75螺纹宽度20mm
外螺纹与外壁倒角2mm，内螺纹与内壁倒角2mm。
三级缸是活塞缸，活塞杆与二级缸不接触，所以二三级缸的连接由螺母、压帽和缸盖组成。
缸筒与缸头采用焊接，各焊缝应平整，不得有裂痕，气孔等缺陷，在18MPa压力下，各焊缝不得有渗漏。
4.2缸盖
液压缸的缸盖选用35号钢。缸盖上安有放气塞。缸盖与活塞杆之间需要用v型圈密封。压帽与缸盖之间用螺纹连接。压帽下面是压环、V型圈和铜套，起防密封尘作用。
图4-1 缸盖结构图
液压缸的结构设计
图4-2 缸底三维结构图
图4-3 一、二级缸盖三维结构图图4-4 三级缸盖三维结构图
4.3活塞及活塞杆
活塞结构形式:
活塞根据密封装置型式来选用其结构形式，而密封装置则按工作压力、环境温度，
起升油缸设计（3级）
介质等条件来选定。本设计中，液压缸用于工程机械，工作压力大，选用O形密封圈，其密封性好，阻力较小。
活塞与活塞杆的联接形式:由于工作压力较高，选用焊接的联接形式。
活塞杆杆体结构
活塞杆杆体有实心杆和空心杆两种，本设计整采用实心杆，采用的是无缝钢管，材质45号钢。
图4-5 活塞三维结构图图4-6 活塞三维结构图
4.4导向环
导向环，也叫支撑环，它能防止活塞或活塞杆在运动过程中与缸体发生直接接触和摩擦，起到保护缸体与活塞或活塞杆不被损坏的作用。
在一级缸和二级缸刚的挡圈处安有一个导向环，活塞头密封圈两侧各安装一个导向环。在缸盖处安有支承圈。根据液压缸尺寸，导向环采用聚四氟乙烯，宽度20mm 厚度2mm。
4.5密封和防尘
一二级为柱塞，只需要在螺母处安装密封装置。三级为活塞，在活塞上沟槽上安装O形圈。在O形圈外面加一个减磨环，防止磨伤缸体。
螺母上密封装置从里到外分别是压圈、5个V型圈、支承圈、铜套。
液压缸的结构设计
压圈———镍铝青铜合金
V型圈——聚氨酯—3
支承圈——镍铝青铜合金
铜套———镍铝青铜合金
O形圈——聚氨酯
减磨环——聚四氟乙烯—3
在每一级的螺套上车沟槽安装防尘圈。
防尘圈——聚氨酯II—3
4.6进出油缓冲装置
用单向阀作为油缸的缓冲装置。
工作原理：输入高压油时，油压大于弹簧压力，钢珠缩进去使大油孔打开，液体通过大小油孔同时进入使缸体快速伸出。在缸体缩回时，钢珠弹回，大油孔关闭，只留小油孔回油，在井架的自重作用下，缓慢缩回。液压缸就能平稳缩回，避免缩回速度过大造成巨大冲击使缸体受损。
图4-7 油孔三维结构图图4-8 油孔二维结构图
4.7耳环
耳环按使用部位不同，耳环可分为杆用耳环和筒用耳环两种。本设计油缸联测都需要耳环。活塞头部用杆用耳环，用螺纹联接。底部筒用耳环，用焊接。
起升油缸设计（3级）
根据已知数据，耳环厚度为51mm ，销孔直径50mm 。
图4-9 耳环三维结构图 图4-10 耳环二维结构图
5 液压缸性能验算
5.1 活塞杆强度及稳定性的验算
本设计中，只需验算三级缸，其行程L 3=1360mm ，直径d=70mm ，L/d>10，必须进行活塞杆的稳定性校核，尤其当活塞杆受轴向压缩载荷时，它所受的力F 不能超过使它保持稳定工作所允许的临界负载F k ，以免发生纵向弯曲，保证液压缸的正常工作，即
[]k k
k N F
F N ≥=
（11） 2
212134d λπ）（内外-=d E F k （12） d
L 0
4=
λ （13） N k —计算安全系数； F k —临界载荷；
E —材料弹性模数，对于钢材E=2.1×105 MPa
F —活塞杆承受最大压力 KN ；
液压油缸的主要设计技术参数 一、液压油缸的主要技术参数： 1.油缸直径；油缸缸径，内径尺寸。 2. 进出口直径及螺纹参数 3.活塞杆直径； 4.油缸压力；油缸工作压力，计算的时候经常是用试验压力，低于16MPa乘以1.5，高于16乘以1.25 5.油缸行程； 6.是否有缓冲；根据工况情况定，活塞杆伸出收缩如果冲击大一般都要缓冲的。 7.油缸的安装方式； 达到要求性能的油缸即为好，频繁出现故障的油缸即为坏。应该说是合格与不合格吧？好和合格还是有区别的。 二、液压油缸结构性能参数包括：1.液压缸的直径；2.活塞杆的直径；3.速度及速比；4.工作压力等。 液压缸产品种类很多，衡量一个油缸的性能好坏主要出厂前做的各项试验指标，油缸的工作性能主要表现在以下几个方面： 1.最低启动压力：是指液压缸在无负载状态下的
最低工作压力，它是反映液压缸零件制造和装配 精度以及密封摩擦力大小的综合指标； 2.最低稳定速度：是指液压缸在满负荷运动时没 有爬行现象的最低运动速度，它没有统一指标， 承担不同工作的液压缸，对最低稳定速度要求也 不相同。 3.内部泄漏：液压缸内部泄漏会降低容积效率， 加剧油液的温升，影响液压缸的定位精度，使液 压缸不能准确地、稳定地停在缸的某一位置，也 因此它是液压缸的主要指标之。 液压油缸常用计算公式 液压油缸常用计算公式 项目公式符号意义 液压油缸面积(cm 2 ) A =πD 2 /4 D ：液压缸有效活塞直径(cm) 液压油缸速度(m/min) V = Q / A Q ：流量(l / min) 液压油缸需要的流量(l/min) Q=V×A/10=A×S/10t V ：速度(m/min) S ：液压缸行程(m) t ：时间(min) 液压油缸出力(kgf) F = p × A F = (p × A) －(p×A) ( 有背压存在时) p ：压力(kgf /cm 2 ) 泵或马达流量(l/min) Q = q × n / 1000 q ：泵或马达的几何排量(cc/rev) n ：转速（rpm ） 泵或马达转速(rpm) n = Q / q ×1000 Q ：流量(l / min) 泵或马达扭矩(N.m) T = q × p / 20π 液压所需功率(kw) P = Q × p / 612 管内流速(m/s) v = Q ×21.22 / d 2 d ：管内径(mm) 管内压力降(kgf/cm 2 ) △ P=0.000698×USLQ/d 4 U ：油的黏度(cst) S ：油的比重
4.1纵向气缸的设计计算与校核: 由设计任务可以知道，要驱动的负载大小位140N，考虑到气缸未加载时实际所能输出的力，受气缸活塞和缸筒之间的摩擦、活塞杆与前气缸之间的摩擦力的影响，并考虑到机械爪的质量。在研究气缸性能和确定气缸缸径时，常用到负载率β： 由《液压与气压传动技术》表11-1： /β=200N 运动速度v=30mm/s，取β=0.7，所以实际液压缸的负载大小为：F=F D=1.27= =66.26mm F—气缸的输出拉力 N； P —气缸的工作压力P a 按照GB/T2348-1993标准进行圆整，取D=20 mm 气缸缸径尺寸系列
8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 （90）100 （110）125 （140）160 （180）200 （220）250 320 400 500 630 由d=0.3D 估取活塞杆直径 d=8mm 缸筒长度S=L+B+30 L为活塞行程；B为活塞厚度 活塞厚度B=(0.6 1.0)D= 0.720=14mm 由于气缸的行程L=50mm ,所以S=L+B+30=886 mm 导向套滑动面长度A: 一般导向套滑动面长度A，在D<80mm时，可取A=(0.6 1.0)D；在D>80mm 时, 可取A=(0.6 1.0)d。 所以A=25mm 最小导向长度H： 根据经验，当气缸的最大行程为L，缸筒直径为D，最小导向长度为：H
代入数据即最小导向长度H + =80 mm 活塞杆的长度l=L+B+A+80=800+56+25+40=961 mm 由《液压气动技术手册》可查气缸筒的壁厚可根据薄避筒计算公式进行计算： 式中 —缸筒壁厚（m）； D—缸筒内径（m）； P—缸筒承受的最大工作压力（MPa）； —缸筒材料的许用应力（MPa）； 实际缸筒壁厚的取值：对于一般用途气缸约取计算值的7倍；重型气缸约取计算值的20倍，再圆整到标准管材尺码。 参考《液压与气压传动》缸筒壁厚强度计算及校核 ,我们的缸体的材料选择45钢，=600 MPa， ==120 MPa n为安全系数一般取 n=5；缸筒材料的抗拉强度(Pa) P—缸筒承受的最大工作压力（MPa）。当工作压力p≤16 MPa时，P=1.5p；当工作压力p＞16 MPa时，P=1.25p 由此可知工作压力0.6 MPa小于16 MPa，P=1.5p=1.5×0.6=0.9 MPa ==0.3mm
液压油缸的主要技术参数 一、液压油缸的主要技术参数： 1.油缸直径；油缸缸径，内径尺寸。 2. 进出口直径及螺纹参数 3.活塞杆直径； 4.油缸压力；油缸工作压力，计算的时候经常是用试验压力，低于16MPa乘以，高于16乘以 5.油缸行程； 6.是否有缓冲；根据工况情况定，活塞杆伸出收缩如果冲击大一般都要缓冲的。 7.油缸的安装方式； 达到要求性能的油缸即为好，频繁出现故障的油缸即为坏。应该说是合格与不合格吧好和合格还是有区别的。 二、液压油缸结构性能参数包括：1.液压缸的直径；2.活塞杆的直径；3.速度及速比；4.工作压力等。 液压缸产品种类很多，衡量一个油缸的性能好坏主要出厂前做的各项试验指标，油缸的工作性能主要表现在以下几个方面： 1.最低启动压力：是指液压缸在无负载状态下的最低工作压力，它是反映液压缸零件制造和装配
非标液压、机电、试验、工控设备开发研制。 液压缸无杆腔面积A=*40*40/ (平方米)=(平方米) 泵的理论流量Q=排量*转速=32*1430/1000000 (立方米/分)=(立方米/ 分) 液压缸运动速度约为V=*Q/A= m/min 所用时间约为T=缸的行程/速度=L/V==8 (秒) 上面的计算是在系统正常工作状态时计算的,如果溢流阀的安全压力调得较低,负载过大,液压缸的速度就没有上面计算的大,时间T就会增大. 楼主应把系统工作状态说得更清楚一些.其实这是个很简单的问题:你先求出油缸的体积,会求吧,等于:4021238立方毫米;然后再求出泵的每分钟
流量,需按实际计算,效率取92%(国家标准),得出流量 为:32X1430X1000X92%=立方毫米;两数一除就得出时间:分钟,也就是秒,至于管道什么流速什么的东西根本不要考虑,影响比较少. 油缸主要尺寸的确定方法 1．油缸的主要尺寸 油缸的主要尺寸包括：缸筒内径、活塞缸直径、缸筒长度以及缸筒壁厚等。 2．主要尺寸的确定 （1）缸筒直径的确定 根据公式：F=P×A，由活塞所需要的推力F和工作压力P可求得活塞的有效面积A，进一步根据油缸的不同结构形式，计算缸筒的直径D。 （2）活塞杆尺寸的选取 活塞杆的直径d，按工作时的受力情况来确定。根据表4-2来确定。 （3）油缸长度的确定 油缸筒长度=活塞行程+活塞长度+活塞导向长度+活塞杆密封及导向 长度+其它长度。活塞长度=—1)D；活塞杆导向长度=（—）d。其它长度指一些特殊的需要长度，如：两端的缓冲装置长度等。某些单活塞杆油缸油时提出最小导向程度的要求，如： H≥L/20+D/2。 液压设计常用资料 时间：2010-8-27 14:17:02 径向密封沟槽尺寸 O形密封圈截面直径d 2 沟槽宽度b 气动动密封液压动密封 和 静密封 b b 1 b 2
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，对于不同的机种和机构，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(详见第九章)，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.液压缸的设计内容和步骤 (1)选择液压缸的类型和各部分结构形式。 (2)确定液压缸的工作参数和结构尺寸。 (3)结构强度、刚度的计算和校核。 (4)导向、密封、防尘、排气和缓冲等装置的设计。 (5)绘制装配图、零件图、编写设计说明书。 下面只着重介绍几项设计工作。 2.计算液压缸的结构尺寸液压缸的结构尺寸主要有三个：缸筒内径D、活塞杆外径d和缸筒长度L。 (1)缸筒内径D。液压缸的缸筒内径D是根据负载的大小来选定工作压力或往返运动速度比，求得液压缸的有效工作面积，从而得到缸筒内径D，再从GB2348—80标准中选取最近的标准值作为所设计的缸筒内径。 根据负载和工作压力的大小确定D： ①以无杆腔作工作腔时 (4-32) ②以有杆腔作工作腔时 (4-33) 式中：pI为缸工作腔的工作压力，可根据机床类型或负载的大小来确定；Fmax 为最大作用负载。 (2)活塞杆外径d。活塞杆外径d通常先从满足速度或速度比的要求来选择，然后再校核其结构强度和稳定性。若速度比为λv，则该处应有一个带根号的式子： (4-34) 也可根据活塞杆受力状况来确定，一般为受拉力作用时，d=0.3～0.5D。 受压力作用时： pI＜5MPa时，d=0.5～0.55D 5MPa＜pI＜7MPa时，d=0.6～0.7D pI＞7MPa时,d=0.7D (3)缸筒长度L。缸筒长度L由最大工作行程长度加上各种结构需要来确定，即：L=l+B+A+M+C 式中：l为活塞的最大工作行程；B为活塞宽度，一般为(0.6-1)D;A为活塞杆导
油缸压力计算公式 油缸工作时候的压力是由负载决定的，物理学力的压力等于力除以作用面积（即P=F/S） 如果要计算油缸的输出力，可按一下公式计算： 设活塞（也就是缸筒）的半径为R （单位mm） 活塞杆的半径为r （单位mm） 工作时的压力位P （单位MPa） 则 油缸的推力F推=3.14*R*R*P (单位N) 油缸的拉力F拉=3.14*（R*R-r*r）*P （单位N） 100吨油缸，系统压力16Mpa,请帮我计算下选用的油缸活塞的直径是多少？怎么计算的？ 理论值为：282mm 16Mpa=160kgf/cm2 100T=100000kg 100000/160=625cm2 缸径D={（4*625/3.1415926）开平方} 液压油缸行程所需时间计算公式 当活塞杆伸出时，时间为(15×3.14×缸径的平方×油缸行程)÷流量 当活塞杆缩回时,时间为[15×3.14×(缸径的平方-杆径的平方)×油缸行程]÷流量 缸径单位为m 杆径单位为m 行程单位为m 流量单位为L/min 套筒式液压油缸的行程是怎么计算的，以及其工作原理 形成计算很简单： 油缸总长，减去两端盖占用长度，减去活塞长度，即为有效形成，一般两端还会设置缓冲防撞机构或回路。 工作原理： 1、端盖进油式：油缸的两端盖接有管路一端通油活塞及活塞杆向令一个方向运行；结构紧凑适合小型油缸 2、活塞杆内通油式：活塞杆为中空，内通油，活塞与活塞杆链接部位有通油孔，通油后活塞及活塞杆想另一方向运行；适合大型油缸。 3、缸体直入式：大吨位单作用油缸，一端无端盖（端盖与缸体焊接一体），直接对腔体供油，向令一方向做功，另一端端盖进油回程或弹簧等储能元件回程。 大致如此几种 我有一台液压油缸柱塞直径40毫米缸体外径150毫米高度400毫米请专业人士告诉我它的吨位最好能告诉我计算公式谢谢 油泵压力10MPA 一台液压机械的压力（吨位）是与柱塞直径和供油压力有关。 其工作压力（吨位）的计算：
液压缸计算公式 1、液压缸内径和活塞杆直径的确定 液压缸的材料选为Q235无缝钢管，活塞杆的材料选为Q235 液压缸内径: 4，F4== D,3.14，,p F:负载力 (N) 2A:无杆腔面积 () mm P:供油压力 (MPa) D:缸筒内径 (mm) :缸筒外径 (mm) D1 2、缸筒壁厚计算 π×,??ηδσψμ 1)当δ/D?0.08时 pDmax,,(mm) 02,p 2)当δ/D=0.08~0.3时 pDmax,,(mm) 02.3,-3ppmax 3)当δ/D?0.3时 ,,,，0.4pDpmax,,,,(mm) 0,,2,1.3p,pmax,, ,b,, pn δ:缸筒壁厚(mm) ,:缸筒材料强度要求的最小值(mm) 0 :缸筒内最高工作压力(MPa) pmax :缸筒材料的许用应力(MPa) ,p :缸筒材料的抗拉强度(MPa) ,b :缸筒材料屈服点(MPa) ,s
n:安全系数 3 缸筒壁厚验算 22,(D,D)s1(MPa) PN,0.352D1 D1P,2.3,lg rLsD PN:额定压力 :缸筒发生完全塑性变形的压力(MPa) PrL :缸筒耐压试验压力(MPa) Pr E:缸筒材料弹性模量(MPa) :缸筒材料泊松比 =0.3 , 同时额定压力也应该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，即: ，，(MPa) PN,0.35~0.42PrL 4 缸筒径向变形量 22,,DPDD，1r,,D,,，,(mm) 22,,EDD,1,,变形量?D不应超过密封圈允许范围5 缸筒爆破压力 D1PE,2.3,lg(MPa) bD 6 缸筒底部厚度 Pmax,(mm) ,0.433D12,P :计算厚度处直径(mm) D2 7 缸筒头部法兰厚度 4Fbh,(mm) ,(r,d),aLP F:法兰在缸筒最大内压下所承受轴向力(N) b:连接螺钉孔的中心到法兰内圆的距离(mm) :法兰外圆的半径(mm) ra
液压系统设计计算实例 ——250克塑料注射祝液压系统设计计算 大型塑料注射机目前都是全液压控制。其基本工作原理是：粒状塑料通过料斗进入螺旋推进器中，螺杆转动，将料向前推进，同时，因螺杆外装有电加热器，而将料熔化成粘液状态，在此之前，合模机构已将模具闭合，当物料在螺旋推进器前端形成一定压力时，注射机构开始将液状料高压快速注射到模具型腔之中，经一定时间的保压冷却后，开模将成型的塑科制品顶出，便完成了一个动作循环。 现以250克塑料注射机为例，进行液压系统设计计算。 塑料注射机的工作循环为： 合模→注射→保压→冷却→开模→顶出 │→螺杆预塑进料 其中合模的动作又分为：快速合模、慢速合模、锁模。锁模的时间较长，直到开模前这段时间都是锁模阶段。 1.250克塑料注射机液压系统设计要求及有关设计参数 1.1对液压系统的要求 ⑴合模运动要平稳，两片模具闭合时不应有冲击； ⑵当模具闭合后，合模机构应保持闭合压力，防止注射时将模具冲开。注射后，注射机构应保持注射压力，使塑料充满型腔； ⑶预塑进料时，螺杆转动，料被推到螺杆前端，这时，螺杆同注射机构一起向后退，为使螺杆前端的塑料有一定的密度，注射机构必需有一定的后退阻力； ⑷为保证安全生产，系统应设有安全联锁装置。 1.2液压系统设计参数 250克塑料注射机液压系统设计参数如下： 螺杆直径40mm 螺杆行程200mm 最大注射压力153MPa 螺杆驱动功率5kW 螺杆转速60r/min 注射座行程230mm 注射座最大推力27kN 最大合模力(锁模力) 900kN 开模力49kN 动模板最大行程350mm 快速闭模速度0.1m/s 慢速闭模速度0.02m/s 快速开模速度0.13m/s 慢速开模速度0.03m/s 注射速度0.07m/s 注射座前进速度0.06m/s 注射座后移速度0.08m/s 2.液压执行元件载荷力和载荷转矩计算 2.1各液压缸的载荷力计算 ⑴合模缸的载荷力 合模缸在模具闭合过程中是轻载，其外载荷主要是动模及其连动部件的起动惯
第一部分 总体计算 1、 压力 油液作用在单位面积上的压强 A F P = Pa 式中： F ——作用在活塞上的载荷，N A ——活塞的有效工作面积，2 m 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 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。通常规定为：P P 5.1max ≤ MPa 。 耐压实验压力P r ，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：PN P r 5.1≤ MPa 。 液压缸压力等级见表1。 2、 流量 单位时间内油液通过缸筒有效截面的体积： t V Q = L/min 由于310?=At V ν L 则 32104 ?= =νπ νD A Q L/min 对于单活塞杆液压缸： 当活塞杆伸出时 32104 ?= νπ D Q 当活塞杆缩回时 32210)(4 ?-=νπ d D Q 式中： V ——液压缸活塞一次行程中所消耗的油液体积，L ；
t ——液压缸活塞一次行程所需的时间，min ； D ——液压缸缸径，m ； d ——活塞杆直径，m ； ν——活塞运动速度，m/min 。 3、速比 液压缸活塞往复运动时的速度之比： 2 2 2 12d D D v v -==? 式中： 1v ——活塞杆的伸出速度，m/min ； 2v ——活塞杆的缩回速度，m/min ； D ——液压缸缸径，m ； d ——活塞杆直径，m 。 计算速比主要是为了确定活塞杆的直径和是否设置缓冲装置。速比不宜过大或过小，以免产生过大的背压或造成因活塞杆太细导致稳定性不好。 4、液压缸的理论推力和拉力 活塞杆伸出时的理推力： 626 11104 10?= ?=p D p A F π N 活塞杆缩回时的理论拉力： 6226 2210)(4 10?-= ?=p d D p F F π N 式中： 1A ——活塞无杆腔有效面积，2 m ； 2A ——活塞有杆腔有效面积，2m ； P ——工作压力，MPa ； D ——液压缸缸径，m ； d ——活塞杆直径，m 。 5、液压缸的最大允许行程 活塞行程S ，在初步确定时，主要是按实际工作需要的长度来考虑的，但这一工作行程并不一定是油缸的稳定性所允许的行程。为了计算行程，应首先计算出活塞的最大允许计算长度。因为活塞杆一般为细长杆，由欧拉公式推导出： k k F EI L 2π= mm 式中：
10 液压传动系统的设计和计算 本章提要：本章介绍设计液压传动系统的基本步骤和方法，对于一般的液压系统，在设计过程中应遵循以下几个步骤：①明确设计要求，进行工况分析；②拟定液压系统原理图；③计算和选择液压元件；④发热及系统压力损失的验算；⑤绘制工作图，编写技术文件。上述工作大部分情况下要穿插、交叉进行，对于比较复杂的系统，需经过多次反复才能最后确定；在设计简单系统时，有些步骤可以合并或省略。通过本章学习，要求对液压系统设计的内容、步骤、方法有一个基本的了解。 教学内容： 本章介绍了液压传动系统设计的内容、基本步骤和方法。 教学重点： 1．液压元件的计算和选择； 2．液压系统技术性能的验算。 教学难点： 1．泵和阀以及辅件的计算和选择； 2．液压系统技术性能的验算。 教学方法： 课堂教学为主，充分利用网络课程中的多媒体素材来表示设计的步骤及方法。 教学要求： 初步掌握液压传动系统设计的内容、基本步骤和方法。
10.1 液压传动系统的设计步骤 液压传动系统的设计是整机设计的一部分，它除了应符合主机动作循环和静、动态性能等方面的要求外，还应当满足结构简单，工作安全可靠，效率高，经济性好，使用维护方便等条件。液压系统的设计，根据系统的繁简、借鉴的资料多少和设计人员经验的不同，在做法上有所差异。各部分的设计有时还要交替进行，甚至要经过多次反复才能完成。下面对液压系统的设计步骤予以介绍。 10.1.1 明确设计要求、工作环境，进行工况分析 10.1.1.1 明确设计要求及工作环境 液压系统的动作和性能要求主要有：运动方式、行程、速度范围、负载条件、运动平稳性、精度、工作循环和动作周期、同步或联锁等。就工作环境而言，有环境温度、湿度、尘埃、防火要求及安装空间的大小等。要使所设计的系统不仅能满足一般的性能要求，还应具有较高的可靠性、良好的空间布局及造型。 10.1.1.2 执行元件的工况分析 对执行元件的工况进行分析，就是查明每个执行元件在各自工作过程中的速度和负载的变化规律，通常是求出一个工作循环内各阶段的速度和负载值。必要时还应作出速度、负载随时间或位移变化的曲线图。下面以液压缸为例，液压马达可作类似处理。 就液压缸而言，承受的负载主要由六部分组成，即工作负载，导向摩擦负载，惯性负载，重力负载，密封负载和背压负载，现简述如下。 (1)工作负载w F 不同的机器有不同的工作负载，对于起重设备来说，为起吊重物的重量；对液压机来说，压制工件的轴向变形力为工作负载。工作负载与液压缸运动方向相反时为正值，方向相同时为负值。工作负载既可以为定值，也可以为变量，其大小及性质要根据具体情况加以分析。
油缸出力与速度计算 1.柱塞油缸： ①柱塞的推力F = 3 2 10 785.0-???d p (吨) ( P ：液体工作压力kgf/cm 2 d ：柱塞直径cm) ②柱塞的运动速度V = 2 60785.0d Q ?? (mm/s) (Q ：总输入油的流量L/min d ：柱塞直径m) 2.活塞油缸：（无杆腔为工作腔） ①工作行程的推力F = 3 210785.0-???D p (吨) （不考虑有背压） (P ：液体工作压力kgf/cm 2 D ：油缸内径cm) F ，=[()]322,210785.0785.0-?-?-??d D p D p (吨) （考虑回油腔有背压） (P ：液体工作压力kgf/cm 2 P ，，：液体背压压力kgf/cm 2 d :活塞杆直径m) ②活塞工作行程的运动速度V 下= 2 60785.0D Q ?? (mm/s) (Q :油泵供给油缸的流量L/min D :油缸内径m) ③从活塞杆腔排油的流量Q 排=()Q D d D ?-2 2 2 (L/min ） (Q ：油泵供给油缸的流量L/min D ：油缸内径m d ：活塞杆直径m) ④回程的拉力F =()3 2210785.0-?-??d D p (吨) （不考虑有背压） (P ：液体工作压力kgf/cm 2 D ：油缸内径cm d ：活塞杆直径cm ) F ，=[()]322,210785.0785.0-?-?-??d D p D p (吨) （考虑回油腔有背压） (P ：液体工作压力kgf/cm 2 P ，，：液体背压压力kgf/cm 2 d :活塞杆直径cm) ⑤活塞回程工作的运动速度V 回= ( ) 2 2 60785.0d D Q -?? (mm/s) (Q :油泵供给油缸的流量L/min D :油缸内径m) ⑥从无杆腔排油的流量Q 排= Q D ?2 2 2 (L/min ）
第九章液压传动系统设计与计算 液压系统设计的步骤大致如下： 1.明确设计要求，进行工况分析。 2.初定液压系统的主要参数。 3.拟定液压系统原理图。 4.计算和选择液压元件。 5.估算液压系统性能。 6.绘制工作图和编写技术文件。 根据液压系统的具体内容，上述设计步骤可能会有所不同，下面对各步骤的具体内容进行介绍。 第一节明确设计要求进行工况分析 在设计液压系统时，首先应明确以下问题，并将其作为设计依据。 1.主机的用途、工艺过程、总体布局以及对液压传动装置的位置和空间尺寸的要求。 2.主机对液压系统的性能要求，如自动化程度、调速范围、运动平稳性、换向定位精度以及对系统的效率、温升等的要求。 3.液压系统的工作环境，如温度、湿度、振动冲击以及是否有腐蚀性和易燃物质存在等情况。 图9-1位移循环图 在上述工作的基础上，应对主机进行工况分析，工况分析包括运动分析和动力分析，对复杂的系统还需编制负载和动作循环图，由此了解液压缸或液压马达的负载和速度随时间变化的规律，以下对工况分析的内容作具体介绍。 一、运动分析 主机的执行元件按工艺要求的运动情况，可以用位移循环图(L—t)，速度循环图(v—t)，或速度与位移循环图表示，由此对运动规律进行分析。 1.位移循环图L—t 图9-1为液压机的液压缸位移循环图，纵坐标L表示活塞位移，横坐标t表示从活塞启动到返回原位的时间，曲线斜率表示活塞移动速度。该图清楚地表明液压机的工作循环分别由快速下行、减速下行、压制、保压、泄压慢回和快速回程六个阶段组成。 2.速度循环图v—t(或v—L) 工程中液压缸的运动特点可归纳为三种类型。图9-2为三种类型液压缸的v—t图，第一种如图9-2中实线所示，液压缸开始作匀加速运动，然后匀速运动，
液压缸的设计计算-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
液压缸的设计计算 作为液压系统的执行元件，液压缸将液压能转化为机械能去驱动主机的工作机构做功。由于液压缸使用场合与条件的千差万别，除了从现有标准产品系列选型外，往往需要根据具体使用场合自行进行设计。 设计内容 液压缸的设计是整个液压系统设计中的一部分，它通常是在对整个系统进行工况分析所后进行的。其设计内容为确定各组成部分（缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、排气装置等）的 结构形式、尺寸、材料及相关技术要求等，并全部通过所绘制的液压缸装配图和非标准零件工作图反映这些内容。 液压缸的类型及安装方式选择 液压缸的输入是液体的流量和压力，输出的是力和直线速速，液压缸的结构简单，工作可靠性好，被广泛地应用于工业生产各个部门。为了满足各种不同类型机械的各种要求，液压缸具有多种不同的类型。液压缸可广泛的分为通用型结构和专用型结构。而通用型结构液压缸有三种典型结构形式： （1）拉杆型液压缸 前、后端盖与缸筒用四根（方形端盖）或六根（圆形端盖）拉杆来连接，前、后端盖为正方形、长方形或圆形。缸筒可选用钢管厂提供的高精度冷拔管，按行程长度所相应的尺寸切割形成，一般内表面不需加工（或只需作精加工）即能达到使用要求。前、后端盖和活塞等主要零件均为通用件。因此，拉杆型液压缸结构简单、拆装简便、零件通用化程度较高、制造成本较低、适于批量生产。但是，受到行程长度、缸筒内径和额定压力的限制。如果行程长度过长时，拉杆长度就相应偏长，组装时容易偏歪引起缸筒端部泄漏；如缸筒内径过大和额定压力偏高时，因拉杆材料强度的要求，选取大直径拉杆，但径向尺寸不允许拉杆直径过大。 （2）焊接型液压缸 缸筒与后端盖为焊接连接，缸筒与前端盖连接有内螺纹、内卡环、外螺纹、外卡环、法兰、钢丝挡圈等多种形式。 焊接型液压缸的特点是外形尺寸较小，能承受一定的冲击负载和严酷的外界条件。但由于受到前端盖与缸筒用螺纹、卡环或钢丝挡圈等连接强度的制约缸筒内径不能太大和额定压力不能太高。 焊接型液压缸通常额定压力Mpa P n 25≤、缸筒内径mm D 320≤，在活塞杆和缸筒的加工条件许可下，允许最大行程m S 1510-≤。
叉车液压系统设计
液压课程设计 设计说明书 设计题目:叉车液压系统设计 机械工程学院 机械维修及检测技术教育专业 机检3333班 设计者: 指导教师： 12月27日
课程设计任务书 机械工程学院机检班学生 课程设计课题：叉车液压系统设计 一、课程设计工作日自年 12 月 23 日至年 12 月 27 日 二、同组学生 三、课程设计任务要求（包括课题来源、类型、目的和意义、基 本要求、完成时间、主要参考资料等）： 1．目的： (1)巩固和深化已学的理论知识，掌握液压系统设计计算的一般步骤和方法； (2)正确合理地确定执行机构，运用液压基本回路组合成满足基本性能要求的、高效的液压系统； (3)熟悉并运用有关国家标准、设计手册和产品样本等技术资料。 2．设计参数： 叉车是一种起重运输机械，它能垂直或水平地搬运货物。请设计一台X吨叉车液压系统的原理图。该叉车的动作要求是：货叉提升抬起重物，放下重物；起重架倾斜、回位，在货叉有重物的情况下，货叉能在其行程的任何位置停住，且不下滑。提升油缸经过链条－动滑轮使货叉起升，使货叉下降靠自重回位。为了使货物在货叉上放置角度合适，有一对倾斜缸能够使起重架前后倾斜。已知条件：货叉起升速度 V，下降速度最高不超过2V， 1
加、减速时间为t，提升油缸行程L，额定载荷G。倾斜缸由两个单杠液压缸组成，它们的尺寸已知。液压缸在停止位置时系统卸荷。 3．设计要求： (1) 对提升液压缸进行工况分析,绘制工况图，确定提升尺寸； (2) 拟定叉车起重系统的液压系统原理图； (3) 计算液压系统，选择标准液压元件； (4) 对上述液压系统中的提升液压缸进行结构设计，完成该液压缸的相关计算和部件装配图设计，并对其中的1－2非标零件进行零件图的设计。 4．主要参考资料： [1] 许福玲.液压与气压传动.北京：机械工业出版社， .08 [2] 陈奎生．液压与气压传动．武汉：武汉理工大学出版社， .8 [3] 朱福元．液压系统设计简明手册．北京：机械工业出版
液压传动系统设计与计算 第九章液压传动系统设计与计算 液压系统设计的步骤大致如下： 1.明确设计要求，进行工况分析。 2.初定液压系统的主要参数。 3.拟定液压系统原理图。 4.计算和选择液压元件。 5.估算液压系统性能。 6.绘制工作图和编写技术文件。 根据液压系统的具体内容，上述设计步骤可能会有所不同，下面对各步骤的具体内容进行介绍。第一节明确设计要求进行工况分析 在设计液压系统时，首先应明确以下问题，并将其作为设计依据。 1.主机的用途、工艺过程、总体布局以及对液压传动装置的位置和空间尺寸的要求。 2.主机对液压系统的性能要求，如自动化程度、调速范围、运动平稳性、换向定位精度以及对系统的效率、温升等的要求。 3.液压系统的工作环境，如温度、湿度、振动冲击以及是否有腐蚀性和易燃物质存在等情况。 位移循环图图9-1 在上述工作的基础上，应对主机进行工况分析，工况分析包括运动分析和动力分析，对复杂的系统还需编制负载和动作循环图，由此了解液压缸或液压马达的负载和速度随时间变化的规律，以下对工况分析的内容作具体介绍。 一、运动分析 主机的执行元件按工艺要求的运动情况，可以用位移循环图(L—t)，速度循环图(v—t)，或速度与位移循环图表示，由此对运动规律进行分析。 1.位移循环图L—t 图9-1为液压机的液压缸位移循环图，纵坐标L表示活塞位移，横坐标t表示从活塞启动到返回原位的时间，曲线斜率表示活塞移动速度。该图清楚地表明液压机的工作循环分别由快速下行、减速下行、压制、保压、泄压慢回和快速回程六个阶段组成。 2.速度循环图v—t(或v—L) 工程中液压缸的运动特点可归纳为三种类型。图9-2为三种类型液压缸的v—t图，第中实线所示，液压缸开始作匀加速运动，然后匀速运动，9-2一种如图
液压传动系统是液压机械的一个组成部分，液压传动系统的设计要同主机的总体设计同时进行。着手设计时，必须从实际情况出发，有机地结合各种传动形式，充分发挥液压传动的优点，力求设计出结构简单、工作可靠、成本低、效率高、操作简单、维修方便的液压传动系统。 设计步骤 液压系统的设计步骤并无严格的顺序，各步骤间往往要相互穿插进行。一般来说，在明确设计要求之后，大致按如下步骤进行。 1）确定液压执行元件的形式； 2）进行工况分析，确定系统的主要参数； 3）制定基本方案，拟定液压系统原理图； 4）计算和选择液压元件； 5）液压系统的性能验算； 6）绘制工作图，编制技术文件。 明确设计要求 设计要求是进行每项工程设计的依据。在制定基本方案并进一步着手液压系统各部分设计之前，必须把设计要求以及与该设计内容有关的其他方面了解清楚。 1）主机的概况：用途、性能、工艺流程、作业环境（温度、湿度、振动冲击）、总体布局（及液压传动装置的位置和空间尺寸的要求）等； 2）液压系统要完成哪些动作，动作顺序及彼此联锁关系如何； 3）液压驱动机构的运动形式，运动速度； 4）各动作机构的载荷大小及其性质； 5）对调速范围、运动平稳性、换向定位精度等性能方面的要求； 6）自动化程度、操作控制方式的要求； 7）对防尘、防爆、防腐、防寒、噪声、安全可靠性的要求； 8）对效率、成本等方面的要求。 主机的工况分析
通过工况分析，可以看出液压执行元件在工作过程中速度和载荷变化情况，为确定系统及各执行元件的参数提供依据。 液压系统的主要参数是压力和流量，它们是设计液压系统，选择液压元件的主要依据。压力决定于外载荷。流量取决于液压执行元件的运动速度和结构尺寸。 主机工况分析包括运动分析和动力分析，对复杂的系统还需编制负载和动作循环图，由此了解液压缸或液压马达的负载和速度随时间变化的规律，以下对工况分析的内容作具体介绍。 运动分析 主机的执行元件按工艺要求的运动情况，可以用位移循环图(L—t) ，速度循环图(v— t) ，或速度与位移循环图表示，由此对运动规律进行分析。 1.位移循环图L —t 液压机的液压缸位移循环图纵坐标L 表示活塞位移，横坐标t 表示从活塞启动到返回原位的时间，曲线斜率表示活塞移动速度。该图清楚地表明液压机的工作循环分别由快速下行、减速下行、压制、保压、泄压慢回和快速回程六个阶段组成。 2.速度循环图v —t(或v —L) 工程中液压缸的运动特点可归纳为三种类型。 图为三种类型液压缸的v —t 图，第一种如图中实线所示，液压缸开始作匀加速运动，然后匀速运动，最后匀减速运动到终点；第二种，如图中虚线所示，液压缸在总行程的前一半作匀加速运动，在另一半作匀减速运动，且加速度的数值相等；第三种，液压缸在总行程的一大半以上以较小的加速度作匀加速运动，然后匀减速至行程终点。v —t 图的三条速度曲线，不仅清楚地表明了三种类型液压缸的运动规律，也间接地表明了三种工况的动力特性。 位移循环图速度循环图 动力分析 动力分析，是研究机器在工作过程中，其执行机构的受力情况，对液压系统而言，就是研究液压缸或液压马达的负载情况。 1．液压缸的负载及负载循环图 (1)液压缸的负载力计算。 工作机构作直线往复运动时，液压缸必须克服的负载由六部分组成：
液压系统设计方法 液压系统是液压机械的一个组成部分，液压系统的设计要同主机的总体设计同时进行。着手设计时，必须从实际情况出发，有机地结合各种传动形式，充分发挥液压传动的优点，力求设计出结构简单、工作可靠、成本低、效率高、操作简单、维修方便的液压传动系统。 液压系统的设计步骤 液压系统的设计步骤并无严格的顺序，各步骤间往往要相互穿插进行。一般来说，在明确设计要求之后，大致按如下步骤进行。 ⑴确定液压执行元件的形式； ⑵进行工况分析，确定系统的主要参数； ⑶制定基本方案，拟定液压系统原理图； ⑷选择液压元件； ⑸液压系统的性能验算： ⑹绘制工作图，编制技术文件。 1.明确设计要求 设计要求是进行每项工程设计的依据。在制定基本方案并进一步着手液压系统各部分设计之前，必须把设计要求以及与该设计内容有关的其他方面了解清楚。 ⑴主机的概况：用途、性能、工艺流程、作业环境、总体布局等； ⑵液压系统要完成哪些动作，动作顺序及彼此联锁关系如何； ⑶液压驱动机构的运动形式，运动速度； ⑷各动作机构的载荷大小及其性质； ⑸对调速范围、运动平稳性、转换精度等性能方面的要求； ⑹自动化程度、操作控制方式的要求； ⑺对防尘、防爆、防寒、噪声、安全可靠性的要求； ⑻对效率、成本等方面的要求。 2.进行工况分析、确定液压系统的主要参数 通过工况分析，可以看出液压执行元件在工作过程中速度和载荷变化情况，为确定系统及各执行元件的参数提供依据。 液压系统的主要参数是压力和流量，它们是设计液压系统，选择液压元件的主要依据。压力决定于外载荷。流量取决于液压执行元件的运动速度和结构尺寸。 2.1载荷的组成和计算 2.1.1液压缸的载荷组成与计算 图1表示一个以液压缸为执行元件的液压系统计算简图。各有关参数已标注在图上，其中F W是作用在活塞杆上的外部载荷。F m是活塞与缸壁以及活塞杆与导向
1. 工况分析 本次设计在毕业实习调查的基础上，用类比的方法初步确定了立式安装的主液压缸活塞杆带动滑块及动横梁在立柱上滑动下行时，运动部件的质量为150Kg 。 1．工作负载 工件的压制抗力即为工作负载：F t =mg=10,000kg ×10N/kg=100,000N 2. 摩擦负载 静摩擦阻力： F fs =0.2×150×10=300N 动摩擦阻力： F fd =0.1×150×10=150N 3. 惯性负载 0.3 ()5007500.2 n v F m N t ?==?=? 60.5100.02412000b F N =??= 自重： G=mg=1500N 4. 液压缸在各工作阶段的负载值： 其中：0.9m η= m η——液压缸的机械效率，一般取m η=0.9-0.97。 工况 负载组成 推力 F/m η 启动 8080b fs F F F G N =+-= 8977.8N 加速 8340b fd m F F F F G N =++-= 9266.7N 快进 7590b fd F F F G N =+-= 8433.3N 工进 1477590fd t b F F F F G N =++-= 1641766.67N 快退 5390fd b F G F F N =++= 5988.9N 2.3负载图和速度图的绘制： 负载图按上面的数值绘制，速度图按给定条件绘制，如图：
三液压机液压系统原理图设计 3．1 自动补油的保压回路设计 考虑到设计要求，保压时间要达到5s，压力稳定性好。若采用液压单向阀回路保压时间长，压力稳定性高，设计中利用换向阀中位机能保压，设计了自动补油回路，且保压时间由电气元件时间继电器控制，在0-20min内可调整。此回路完全适合于保压性能较高的高压系统，如液压机等。 自动补油的保压回路系统图的工作原理： 按下起动按纽，电磁铁1YA通电，换向阀6接入回路时，液压缸上腔成为压力腔，在压力到达预定上限值时压力继电器11发出信号，使换向阀切换成中位；这时液压泵卸荷，液压缸由换向阀M型中位机能保压。当液压缸上腔压力下降到预定下限值时，压力继电器又发出信号，使换向阀右位接人回路，这时液压泵给液压缸上腔补油，使其压力回升。回程时电磁阀2YA通电，换向阀左位接人回路，活塞快速向上退回。 3．2 释压回路设计： 释压回路的功用在于使高压大容量液压缸中储存的能量缓缓的释放，以免她突然释放时产生很大的液压冲击。一般液压缸直径大于25mm、压力高于7Mpa时，其油腔在排油前就先须释压。 根据设计很实际的生产需要，选择用节流阀的释压回路。其工作原理：按下起动按钮，换向阀6的右位接通，液压泵输出的油经过换向阀6的右位流到液压缸的上腔。同时液压油的压力影响压力继电器。当压力达到一定压力时，压力继电器发出信号，使换向阀5回到中位，电磁换向阀10接通。液压缸上腔的高压油在换向阀5处于中位（液压泵卸荷）时通过节流阀9、换向阀10回到油箱，释压快慢由节流阀调节。当此腔压力降至压力继电器的调定压力时，换向阀6切换至左位，液控单向阀7打开，使液压缸上腔的油通过该阀排到液压缸顶部的副油箱13中去。使用这种释压回路无法在释压前保压，释压前有保压要求时的换向阀也可用M型，并且配有其它的元件。 机器在工作的时候，如果出现机器被以外的杂物或工件卡死，这是泵工作的时候，输出的压力油随着工作的时间而增大，而无法使液压油到达液压缸中，为了保护液压泵及液压元件的安全，在泵出油处
【最新整理，下载后即可编辑】 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，对于不同的机种和机构，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(详见第九章)，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。 根据一览旗下液压英才网资深顾问理工分析有以下几大要点： 1.液压油缸的设计内容和步骤 (1)选择液压缸的类型和各部分结构形式。 (2)确定液压缸的工作参数和结构尺寸。 (3)结构强度、刚度的计算和校核。 (4)导向、密封、防尘、排气和缓冲等装置的设计。 (5)绘制装配图、零件图、编写设计说明书。 （液压招聘）下面只着重介绍几项设计工作。 2.计算液压缸的结构尺寸液压缸的结构尺寸主要有三个：缸筒内径D、活塞杆外径d和缸筒长度L。 (1)缸筒内径D。液压缸的缸筒内径D是根据负载的大小来选定
工作压力或往返运动速度比，求得液压缸的有效工作面积，从而得到缸筒内径D，再从GB2348—80标准中选取最近的标准值作为所设计的缸筒内径。 根据负载和工作压力的大小确定D： ①以无杆腔作工作腔时 (4-32) ②以有杆腔作工作腔时 (4-33) 式中：pI为缸工作腔的工作压力，可根据机床类型或负载的大小来确定；Fmax为最大作用负载。 (2)活塞杆外径d。活塞杆外径d通常先从满足速度或速度比的要求来选择，然后再校核其结构强度和稳定性。若速度比为λv，则该处应有一个带根号的式子： (4-34) 也可根据活塞杆受力状况来确定，一般为受拉力作用时，d=0.3～0.5D。 受压力作用时： pI＜5MPa时，d=0.5～0.55D 5MPa＜pI＜7MPa时，d=0.6～0.7D
液压缸的设计计算 作为液压系统的执行元件，液压缸将液压能转化为机械能去驱动主机的工作机构做功。由于液压缸使用场合与条件的千差万别，除了从现有标准产品系列选型外，往往需要根据具体使用场合自行进行设计。 3.1设计内容 液压缸的设计是整个液压系统设计中的一部分，它通常是在对整个系统进行工况分析所后进行的。其设计内容为确定各组成部分（缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、排气装置等）的结构形式、尺寸、材料及相关技术要求等，并全部通过所绘制的液压缸装配图和非标准零件工作图反映这些内容。 3.2液压缸的类型及安装方式选择 液压缸的输入是液体的流量和压力，输出的是力和直线速速，液压缸的结构简单，工作可靠性好，被广泛地应用于工业生产各个部门。为了满足各种不同类型机械的各种要求，液压缸具有多种不同的类型。液压缸可广泛的分为通用型结构和专用型结构。而通用型结构液压缸有三种典型结构形式： （1）拉杆型液压缸 前、后端盖与缸筒用四根（方形端盖）或六根（圆形端盖）拉杆来连接，前、后端盖为正方形、长方形或圆形。缸筒可选用钢管厂提供的高精度冷拔管，按行程长度所相应的尺寸切割形成，一般内表面不需加工（或只需作精加工）即能达到使用要求。前、后端盖和活塞等主要零件均为通用件。因此，拉杆型液压缸结构简单、拆装简便、零件通用化程度较高、制造成本较低、适于批量生产。但是，受到行程长度、缸筒内径和额定压力的限制。如果行程长度过长时，拉杆长度就相应偏长，组装时容易偏歪引起缸筒端部泄漏；如缸筒内径过大和额定压力偏高时，因拉杆材料强度的要求，选取大直径拉杆，但径向尺寸不允许拉杆直径过大。（2）焊接型液压缸 缸筒与后端盖为焊接连接，缸筒与前端盖连接有内螺纹、内卡环、外螺纹、外卡环、法兰、钢丝挡圈等多种形式。 焊接型液压缸的特点是外形尺寸较小，能承受一定的冲击负载和严酷的外界条件。但由于受到前端盖与缸筒用螺纹、卡环或钢丝挡圈等连接强度的制约缸筒内径不能太大和额定压力不能太高。 P?25Mpa、缸筒内径焊接型液压缸通常额定压力，在活塞杆和缸mm320?D n筒的加工条件许可下，允许最大行程。m15?10?S． （3）法兰型液压缸 缸筒与前、后端盖均为法兰连接，而法兰与缸筒有整体、焊接、螺纹等连接方式。法兰型液压缸的特点是额定压力较高，缸筒内径大，外形尺寸大。适用于较严酷的冲击负载和外界工作条件，又称重载型液压缸。 P?35Mpa、缸筒内径法兰型液压缸通常额定压力，在活塞杆和缸mm320D?n筒的加工条件许可下，允许最大行程。m?8S由此可知，我们设计的液压升降平台车的液压缸应选择（2）焊接型液压缸比较合适。当然对缸筒的连接还需根据具体