两级单作用液压缸设计计算书

两级单作用液压缸设计计算书

一、多级液压缸介绍及设计工况

多级液压缸具有安装尺寸小、行程长度长等优点，现根据以下工作条件进行液压缸设计：安装方式为两端耳环式安装，负载F=80000N，系统压力P=16MPa，单作用、靠负载自重返回，工作行程700mm ，安装尺寸750mm 。

二、详细设计计算过程，由于需要工作行程尺寸相比安装尺寸比较长，现设计选用二级液压缸。

1. 液压缸一级套筒尺寸计算

由于液压缸套筒环形面积最小，则该处由相同压力产生推力最小，最小推力须满足达到负载要求，则柱塞直径d 1≥√[4F/（πP ᶯ）]=√[4*80000/（3.14*16*0.9）]=84mm

内孔尺寸依标准GB/T2348-1993圆整为90mm

其中 ᶯ --- 液压缸工作效率，取0.9

2. 液压缸缸筒壁厚计算，套筒材料选45钢，壁厚暂定为δ=5mm。

因δ/d1=5/90=0.056≤0.08，故按薄壁缸筒计算公式计算。

最小壁厚0≥P 试d 1/（2p ）=20*90/（

2*200）=4.5mm＜

故δ=5mm符合强度要求

其中 P 试 —— 液压缸的试验压力，MPa ，P 试=1.25P=20MPa

p — 材料的许用强度，MPa ，p =b /n=600/3=200MPa n ——安全系数，取3

b ——材料的强度极限，45钢，b =600MPa

液压缸壁厚验算：对最终采用的缸筒壁厚应进行四方面的验算

a. 额定压力应低于一定的极限值，以保证工作安全

22 额定压力PN ≤0.35σ（/d12=0.35*355*（0.12-0.092）=29MPa s d 2-d 1）

试验压力小于该计算压力，由此看出额定压力满足使用条件。

其中 σs ——材料的屈服极限，MPa ，45钢σs =355MPa

d 2 ——套筒外径，m

d 1 ——缸筒内径，m

b. 额定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，即

PN ≤（0.35-0.55）P rl （MPa ）=0.45 Prl =16.7MPa

其中 P rl ——缸筒发生完全塑性变形的压力，MPa

P rl =2.3s lg （d 2/d1）=2.3*3.55*lg（0.1/0.09）=37MPa

PN ≤0.55 Prl =20.4MPa

可知该壁厚符合设计要求

c. 套筒的径向变形△d 应在密封圈的允许范围内，

△d= d1P 试*[（d 22+ d12）/（d 22- d12）]/E =8.32*10-5 （m ）

经查密封圈样本，该变形量在密封圈间隙允许范围内。

其中 E ——套筒材料的弹性模量，MPa ，钢材E=2.06*105MPa d. 套筒的爆裂压力应远超耐压试验压力，即P E P试

P E =2.3σb lg （d 2/ d1）=63MPa

通过以上计算可以看出套筒壁厚的各项指标均符合设计强度要求。

缸筒内孔取110mm ，壁厚7.5mm ，由于缸筒与缸底需要焊接，故选择焊接性能较好的20低碳钢，经计算，强度符合设计要求，具体计算过程此处不再敖述。

3. 缸底厚度计算

缸底最小厚度应满足δ1≥0.433d 3√（P 试/σp ）=0.015m

由图纸可看出现设计缸底实际厚度δ1=50mm，显然符合强度要求。

4. 螺纹连接部分强度计算，此处计算活塞二与二级套筒之间连接强度，连接螺纹选择M98*2，长度为17mm

a. 螺纹部分剪应力计算

剪应力τ=F推/（πd 4L ）=36.8MPa≤[τ]

得出使用剪应力小于材料需用剪应力

其中 F 推 ——液压缸20MPa 最大推力，190000N

d 4 ——连接螺纹中径，mm

d 4= d5 -2*3/8H=96.7mm

d 5 ——螺纹大径，98mm

H ——连接螺纹牙高，H=√3/2P=1.732mm

P ——连接螺纹螺距，2mm

L ——连接螺纹有效长度，17mm

[τ]——材料需用剪应力，[τ]= σp /n=150MPa

b. 螺纹部分挤压应力计算

挤压应力σcm =4P推/[ （d 52- d62）πZ]=66.8MPa≤[σs ]

其中 d 6 ——螺纹连接小径，d 6= d5-2*5/8H=95.8mm

Z ——连接螺纹工作圈数，Z=L/P=8.5

P ——螺纹螺距，2mm

剪应力与挤压应力合成应力

σ=√（3τ2+σcm 2）=93MPa≤[σs ]

故螺纹连接长度符合设计要求。

其余螺纹连接部分经计算均符合使用强度要求，此处不再敖述。

5. 焊接部分强度计算

此处校核缸底焊接部分强度，缸底与缸筒焊接选用T42焊条，σT42=420MPa，安全系数取n=2.5，则[σT42]=168MPa

该处应力τ焊= F推/（πd 7h ᶯ）=93MPa≤[σT42]

经校核，焊接强度符合使用要求。

其中 d 7 ——缸筒外径，125mm

h ——焊缝高度，6.5mm

ᶯ ——焊接效率，取0.8

因液压缸为单作用，只产生推力，靠自重返回，耳环与缸筒、杆头连接部分只承受压应力，故无需进行强度校核。其余焊接部分均符合设计强度要求，具体计算过程此处不再敖述。

6. 液压缸稳定性计算

为了保证活塞杆不产生纵向弯曲，当液压缸支撑长度L B ≥（10-15）d 时，需验算活塞杆弯曲稳定性。假设活塞杆受力完全作用在中轴线上，则

须负载F ≤F k /nK

F k =π2EI*106/（K 2L B 2）=379131N

经计算活塞杆弯曲稳定性符合使用要求，该负载下抗弯性能良好。

其中 E ——钢材实际弹性模量，2.06*105MPa

I ——活塞杆横截面惯性矩，m 2，圆截面I=0.049（d 84- d94）

K ——液压缸安装及导向系数，两端耳环取1.5

L B ——液压缸支撑长度，1.45m

F K ——活塞杆失稳临界压缩力，N

n k ——安全系数，通常取n k =3.5-6，此处取3.5

d 84——一级柱塞外径，0.08m

d 94——一级柱塞内径，0.0695m

F ——负载，80000N

综合上述强度计算，液压缸各项设计指标符合使用要求，故液压缸能满足使用。 另外，密封圈选择美国派克U 型密封圈，该密封圈具有无外泄漏，工作平稳，抗爬行性能良好，性能可靠等优点。材质为聚氨酯，该材料具有良好的机械性能，优异的耐磨性，极好的耐油性，静密封采用传统可靠的O 型密封圈。