4.2液壓缸的幾何尺寸的計算4.2.1液壓缸內徑尺寸與活塞桿直徑的確定查閱相關機械液壓設計手冊，在根據以往冶金行業液壓設備工作壓力的確定，結合按主機類型選擇壓力，可知本系統壓力范圍為10--16Mpa。折中計算后宜取液壓缸的工作壓力，本次設計液壓缸選用單桿式，采用差動連接能夠顯著提高本系統的運動速度。這是因為在快進階段，有桿腔和無桿腔被聯通，雖然輸出壓力較小，但速度卻得以加快，差動連接是一種有效的增速手段，在保證系統其他動作順序不變的前提下，提高運動速度，同時還能增強控制精度。液壓缸的無桿腔工作面積應當是有桿腔的兩倍，回油路上還需維持一定的背壓，查閱了相關氣壓與液壓傳動資料，知一般中高壓系統取值為=11×帕。相關尺寸如圖4.2所示：根據冶金行業重型軋機托坯機一般處理的負載20噸以內，本次設計選取負載為11噸，N。圖3.8液壓缸相關尺寸示意圖已知液壓缸工作壓力大于7兆帕，可知桿徑d與缸筒內徑D成比例關系，即d約為D的0.7倍。查閱資料可得：(4.1)帶入相關已知數據可以算出：D=(4.2)d=0.7D(4.3)依據上兩式帶入相關已知數據可以算出：當按GB/T2348－1993直徑圓取得：D=11cmd=8cm經過取整后可以算出:(4.4)(4.5)依據上兩式帶入相關已知數據可以算出：。4.2.2液壓缸行程的確定執行機構的行程通過執行機構的實際運動方式和運動方法確定。為了避免出現漲缸現象，還需要考慮后期的液壓缸的活塞桿和缸筒長度，為了提高選取準確性，查閱相關資料并按照GB/T2349-1980標準，在保障設備正常工作的條件下，液壓缸應選用750毫米行程。4.3液壓缸結構參數的計算4.3.1缸筒壁厚的計算機械設計傳統中，無縫鋼管是制造液壓缸的首選材料，本設計亦基于此，采用薄壁圓柱模型進行了精確計算：(4.6)式中－設計時的壁厚度－試驗壓力()，一般是結合最大工作壓力14兆帕，此處的試驗壓力可以取1.5倍工作壓力即：應取=1.25P=17.5MpaD－本次設計的缸內徑(m)－許用應力（）計算如下：(4.7)－抗拉強度()－安全系數，查閱了相關資料，一般取5查閱相關資料知，此次液壓缸的材料選用無縫鋼管，無縫鋼管的范圍：100-110Mpa，本次設計取=110兆帕查閱資料可以得:(4.8)(4.9)依據上面兩式帶入相關數據計算可得： 查閱相關機械、液壓資料可知，本次設計的液壓缸壁厚可取11毫米，液壓缸外徑可以取132mm。4.3.2液壓缸油口直徑的計算設計液壓缸時，其最快運行速度受限于油活塞直徑和油口液流速度的精確測算。(4.10)－液壓缸油口直徑(m)－液壓缸內徑(m)－液壓缸最大輸出速度(m/min)－油口液流速度(m/min)，查閱相關資料，取=0.7米每分鐘。采用液壓缸差動連接時，可以求得活塞實際工作時的最大速度為:(4.11)帶入上述數據可得:－液壓缸差動連接時，活塞外伸的速度，可視為油口液流的速度(m/min)－液壓泵流量(/s)，－活塞桿面積；計算活塞桿面積:(4.12)－活塞桿直徑(m)通過帶入以上數據，可得：查閱相關資料需要取圓整:4.3.3缸頭厚度計算本設計采用的是螺釘聯接[17]法蘭缸頭，設計材料采用無縫鋼管，其厚度的計算公式為：(4.13)式中－端蓋厚度(m)－法蘭內徑(m)，查閱相關資料知－螺釘孔分布圓直徑(m)，查閱相關資料，取－法蘭材料的許用應力(Mpa)，取45鋼，－法蘭受力總和(N)，其計算公式為：(4.14)－密封環內徑(m)，查閱相關資料，取m－密封環外徑(m)，根據相關資料，取－系統工作壓力(pa)，－附加密封力(pa)，若采用金屬材料時，值取屈服點，此處取材料為45鋼，則代入數據，求出得：m故取4.3.4最小導向長度的確定在液壓缸使用時，為了保證托坯機執行動作時具有一定的穩定性，就需要確定最小導向長度。查閱相關資料可知:(4.15)L為液壓缸的最大行程；D為液壓缸的內徑；帶入以上數據可得：查閱相關資料，通常還需設計一個隔套長度為，來確保最小導向長度(4.16)B活塞寬度（）導向套滑動面長度（） 帶入數據可知：。4.3.5缸筒長度的確定一般設計時缸筒長度為行程加上活塞的寬度和兩端端蓋的厚度得：M=H+B+2t=mm。4.3.6活塞的設計本次活塞設計采用的材料是灰鑄鐵HT200，活塞寬度系數K本次取0.6。按照以上可以列式得：(4.17)帶入數據可得：，圓整可取70毫米。托坯機在正常運行時的工作壓力較大，泄漏量也會較高，采用Y形密封圈，能承載的壓力大，泄漏量小。活塞桿本次設計采用實心桿，制造材料采用45鋼，活塞桿長度可以取750mm。4.3.7液壓缸的結構設計托坯機在正常運行的情況下，液壓缸缸體內部壓力很大，缸體與缸蓋采用的是螺釘法蘭連接，可以很大程度上加強其緊固性、密封性。液壓缸的工作壓力14兆帕，此次設計采用無縫鋼管45為缸體材料。活塞桿與活塞的連接方式選用螺紋連接。4.3.8下蓋聯接螺釘強度校核計算在本次強度校核計算中，選用高強度M16×1.5螺釘（符合GB/T70.1-2000標準）進行聯接，每端各配置24個。此類螺釘的強度等級[16]達到10.9級，確保了連接的可靠性和安全性。對其強度進行校核時，應使用下列計算公式：拉應力：(4.18)帶入數據可知。剪應力：(4.19)帶入數據可知。式中：螺紋擰緊系數，此處取；:螺紋摩擦系數,一般取；：螺紋外徑，查閱相關資料，取；：螺紋內徑，查閱相關資料，取；：數量為；：螺釘材料屈服強度，取45鋼，則；得：(4.20)經過計算該材料符合設計要求，可以選用。4.3.9活塞桿柔度