液壓缸主要尺寸的確定

液壓缸是液壓傳動的執(zhí)行元件，它和主機(jī)工作機(jī)構(gòu)有直接的聯(lián)系，對于不同的機(jī)種和機(jī)構(gòu)，液壓缸具有不同的用途和工作要求。因此，在設(shè)計液壓缸之前，必須對整個液壓系統(tǒng)進(jìn)行工況分析，編制負(fù)載圖，選定系統(tǒng)的工作壓力(詳見第九章)，然后根據(jù)使用要求選擇結(jié)構(gòu)類型，按負(fù)載情況、運(yùn)動要求、最大行程等確定其主要工作尺寸，進(jìn)行強(qiáng)度、穩(wěn)定性和緩沖驗(yàn)算，最后再進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計。

1.液壓缸的設(shè)計內(nèi)容和步驟

(1)選擇液壓缸的類型和各部分結(jié)構(gòu)形式。

(2)確定液壓缸的工作參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸。

(3)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度的計算和校核。

(4)導(dǎo)向、密封、防塵、排氣和緩沖等裝置的設(shè)計。

(5)繪制裝配圖、零件圖、編寫設(shè)計說明書。

下面只著重介紹幾項(xiàng)設(shè)計工作。

2.計算液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸主要有三個：缸筒內(nèi)徑D、活塞桿外徑d和缸筒長度L。

(1)缸筒內(nèi)徑D。液壓缸的缸筒內(nèi)徑D是根據(jù)負(fù)載的大小來選定工作壓力或往返運(yùn)動速度比，求得液壓缸的有效工作面積，從而得到缸筒內(nèi)徑D，再從GB2348—80標(biāo)準(zhǔn)中選取最近的標(biāo)準(zhǔn)值作為所設(shè)計的缸筒內(nèi)徑。

根據(jù)負(fù)載和工作壓力的大小確定D：

①以無桿腔作工作腔時?

(4-32)

②以有桿腔作工作腔時?

(4-33)

式中：pI為缸工作腔的工作壓力，可根據(jù)機(jī)床類型或負(fù)載的大小來確定；Fmax為最大作用負(fù)載。

(2)活塞桿外徑d。活塞桿外徑d通常先從滿足速度或速度比的要求來選擇，然后再校核其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性。若速度比為λv，則該處應(yīng)有一個帶根號的式子：

(4-34)

也可根據(jù)活塞桿受力狀況來確定，一般為受拉力作用時，d=0.3～0.5D。

受壓力作用時：

pI＜5MPa時，d=0.5～0.55D

5MPa＜pI＜7MPa時，d=0.6～0.7D

pI＞7MPa時,d=0.7D

(3)缸筒長度L。缸筒長度L由最大工作行程長度加上各種結(jié)構(gòu)需要來確定，即：

L=l+B+A+M+C

式中：l為活塞的最大工作行程；B為活塞寬度，一般為(0.6-1)D;A為活塞桿導(dǎo)向長度，取(0.6-1.5)D;M為活塞桿密封長度，由密封方式定；C為其他長度。

一般缸筒的長度最好不超過內(nèi)徑的20倍。

另外，液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸還有最小導(dǎo)向長度H。

(4)最小導(dǎo)向長度的確定。

當(dāng)活塞桿全部外伸時，從活塞支承面中點(diǎn)到導(dǎo)向套滑動面中點(diǎn)的距離稱為最小導(dǎo)向長度H(如圖4-19所示)。如果導(dǎo)向長度過小，將使液壓缸的初始撓度(間隙引起的撓度)增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設(shè)計時必須保證有一最小導(dǎo)向長度。

圖4-19油缸的導(dǎo)向長度

工作部件運(yùn)動速度；Ff為摩擦力。

式(4-42)中等號右邊第一項(xiàng)為高壓腔中的液壓能，第二項(xiàng)為工作部件的動能，第三項(xiàng)為摩擦能。當(dāng)E1=E2時，工作部件的機(jī)械能全部被緩沖腔液體所吸收，由上兩式得：

Pc=E2/Aclc

(4-43)

如緩沖裝置為節(jié)流口可調(diào)式緩沖裝置，在緩沖過程中的緩沖壓力逐漸降低，假定緩沖壓力線性地降低，則最大緩沖壓力即沖擊壓力為：

Pcmax=Pc+mυ02/2Aclc

(4-44)

如緩沖裝置為節(jié)流口變化式緩沖裝置，則由于緩沖壓力Pc始終不變，最大緩沖壓力的值如式(4-43)所示。

6.液壓缸設(shè)計中應(yīng)注意的問題

液壓缸的設(shè)計和使用正確與否，直接影響到它的性能和易否發(fā)生故障。在這方面，經(jīng)常碰到的是液壓缸安裝不當(dāng)、活塞桿承受偏載、液壓缸或活塞下垂以及活塞桿的壓桿失穩(wěn)等問題。所以，在設(shè)計液壓缸時，必須注意以下幾點(diǎn)：

(1)盡量使液壓缸的活塞桿在受拉狀態(tài)下承受最大負(fù)載，或在受壓狀態(tài)下具有良好的穩(wěn)定性

(2)考慮液壓缸行程終了處的制動問題和液壓缸的排氣問題。缸內(nèi)如無緩沖裝置和排氣裝置，系統(tǒng)中需有相應(yīng)的措施，但是并非所有的液壓缸都要考慮這些問題。

(3)正確確定液壓缸的安裝、固定方式。如承受彎曲的活塞桿不能用螺紋連接，要用止口連接。液壓缸不能在兩端用鍵或銷定位。只能在一端定位，為的是不致阻礙它在受熱時的膨脹。如沖擊載荷使活塞桿壓縮。定位件須設(shè)置在活塞桿端，如為拉伸則設(shè)置在缸蓋端。

(4)液壓缸各部分的結(jié)構(gòu)需根據(jù)推薦的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計，盡可能做到結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、加工、裝配和維修方便。

(5)在保證能滿足運(yùn)動行程和負(fù)載力的條件下，應(yīng)盡可能地縮小液壓缸的輪廓尺寸。

(6)要保證密封可靠，防塵良好。液壓缸可靠的密封是其正常工作的重要因素。如泄漏嚴(yán)重，不僅降低液壓缸的工作效率，甚至?xí)蛊洳荒苷９ぷ?如滿足不了負(fù)載力和運(yùn)動速度要求等)。良好的防塵措施，有助于提高液壓缸的工作壽命。

總之，液壓缸的設(shè)計內(nèi)容不是一成不變的，根據(jù)具體的情況有些設(shè)計內(nèi)容可不做或少做，也可增大一些新的內(nèi)容。設(shè)計步驟可能要經(jīng)過多次反復(fù)修改，才能得到正確、合理的設(shè)計結(jié)果。在設(shè)計液壓缸時，正確選擇液壓缸的類型是所有設(shè)計計算的前提。在選擇液壓缸的類型時，要從機(jī)器設(shè)備的動作特點(diǎn)、行程長短、運(yùn)動性能等要求出發(fā)，同時還要考慮到主機(jī)的結(jié)構(gòu)特征給液壓缸提供的安裝空間和具體位置。

如：機(jī)器的往復(fù)直線運(yùn)動直接采用液壓缸來實(shí)現(xiàn)是最簡單又方便的。對于要求往返運(yùn)動速度一致的場合，可采用雙活塞桿式液壓缸；若有快速返回