液压缸尺寸计算

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A、大腿液压缸结构尺寸设计计算
①、大腿缸的负载组成
1、工作载荷F g=59036N(活塞杆在抬腿过程中始终受压)
2、惯性载荷F a=0(由于所选用液压缸尺寸较小,即不计重量,且
执行元件运动速度变化较小,故不考虑惯性载荷)
3、密封阻力F m=(1−ηm)F,其中F是作用于活塞上的载荷,且F=
F w
,F w是外载荷,F w=F g+F a,其中ηm是液压缸的机械效率,ηm
取ηm=0.95
综上可得:外载荷F w=59036N,密封阻力F m=2952N,总载荷
F=61988N。

②、初选系统工作压力
1、按载荷选定工作压力,取工作腔压力为P=12MPa1(由于总载
荷为61988N大于50000N,故根据手册选取工作压力为12MPa)
2、选择执行元件液压缸的背压力为P2=1MPa(由于回油路带有
调速阀,且回油路的不太复杂,故根据手册选取被压压力为
1MPa)
③、液压缸主要结构尺寸的计算
1、在整个抬腿过程中活塞杆始终受压,故可得下式:
活塞杆受压时:
F=P1A1−P2A2
P1----------液压缸工作腔压力(Pa)
P2----------液压缸回油腔压力(Pa)
A 1----------无杆腔活塞有效作用面积,A 1=πD 24,D 为活塞直径(m )
A 2----------有杆腔活塞有效作用面积,A 2=π4(D 2−d 2),d 为活塞杆直径 (m ) 选取d/D=0.7(由于工作压力为12MPa 大于5MPa ,故根据手册选取d/D=0.7) 综上可得:D=82.8mm ,根据手册可查得常用活塞杆直径,可取D=90mm ,d=60mm 。

校核活塞杆的强度,其中活塞杆的材料为45钢,故[σ]=100MPa 。

由于活塞杆在受负载的工作过程中仅收到压力作用,故仅校核其压缩强度
即可。

σ= F 14πd 2=21.9MPa <[σ]=100MPa ,故满足强度要求。

即d=60mm ,则D=90mm 。

由此计算得工作压力为:
P 1=10.3MPa
根据所选取的活塞直径D=90mm ,可根据手册选的液压缸的外径为108mm ,即可得液压缸壁厚为δ =9mm 。

校核液压缸缸壁的强度,其中液压缸的材料为45钢,故[σ]=100MPa 。

由于该缸处于低压系统,故先按薄壁筒计算,σ=P y D 2δ,其中工作压力
P =P =12MPa ≤16MPa 1,可取P y =1.5P 1,则σ=90MPa <[σ]=100MPa ,故满足强度要求。

又由于D/δ=10,故可将该缸筒视为厚壁,则δ的校核应按下面公式进行。

δ≥D 2(√[σ]+0.4P y [σ]−1.3P y
−1) 计算的δ=9mm ≥8.23mm ,故经过校核满足要求
即取缸筒壁厚δ=9mm 。

B 、 水平摆动液压缸结构尺寸设计计算
①、水平摆动缸的负载组成
1、工作载荷F g=4000N(活塞杆正反行程中保持不变)
2、惯性载荷F=0a(由于所选用液压缸尺寸较小,即不计重量,
故不考虑惯性载荷)
3、密封阻力F m=(1−ηm)F,其中F是作用于活塞上的载荷,且
F=F w
,F w是外载荷,F w=F g+F a,其中ηm是液压缸的机械
ηm
效率,取ηm=0.95
综上可得:外载荷F w=4000N,密封阻力F m=211N,总载荷
F=4211N。

②、选定系统尺寸
由所受最大负载的大腿缸计算所得的液压缸的数据,初步拟定水平
摆动缸的尺寸为:D=90mm,d=60mm,δ=9mm。

③、液压缸工作压力的计算
摆腿动作开始时已经将腿抬起,故不受外载荷作用,则摆动腿液压缸受外载荷工作的过程为腿已放下,并且开始拖动身体前进的过程,在这个过程中活塞杆受拉。

活塞杆受拉时:
F=P1A2−P2A1
P1----------液压缸工作腔压力(Pa)
P2----------液压缸回油腔压力(Pa)(由于回油路带有调速阀,且回油路的不复杂,故根据手册选取回油腔压力为0.5MPa)
,D为活塞直径(m)
A1----------无杆腔活塞有效作用面积,A1=πD2
4
(D2−d2),d为活塞杆直径(m)A2----------有杆腔活塞有效作用面积,A2=π
4
综上可得: 工作腔压力P 1=2.03MPa
校核活塞杆的强度,其中活塞杆的材料为45钢,故[σ]=100MPa 。

由于活塞杆在受负载的工作过程中仅收到拉力作用,故仅校核其拉伸强度即可。

σ= F 14πd 2=1.4MPa <[σ]=100MPa ,故满足强度要求。

校核液压缸缸壁的强度,其中液压缸的材料为45钢,故[σ]=100MPa 。

由于该缸处于低压系统,故先按薄壁筒计算,σ=P y D 2δ,其中工作压力P =
P 1=1MPa ≤16MPa ,可取P y =1.5P 1,则σ=15.225MPa <[σ]=100MPa ,故满足强度要求。

又由于D /δ=10,故可将该缸筒视为厚壁,则δ的校核应按下面公式进行。

δ≥D 2(√[σ]+0.4P y [σ]−1.3P y
−1) 计算的δ=9mm ≥1.197mm ,故经过校核满足要求。

即取缸筒壁厚δ=9mm 。

C 、 小腿液压缸结构尺寸设计计算
①、小腿液压缸的负载组成
1、 在工作过程中存在拉力与压力的循环作用,其中最大拉力为
F g 拉=27176N ,最大压力为F g 压=10618N 。

2、 惯性载荷F a =0(由于所选用液压缸尺寸较小,即不计重量,故
不考虑惯性载荷)
3、 密封阻力F m = (1−ηm )F ,其中F 是作用于活塞上的载荷, 且
F =F w
ηm ,F w 是外载荷,F w = F g +F a ,其中ηm 是液压缸的机械效
率,取ηm =0.95
综上可得:外拉载荷F
w拉=27176N,密封阻力F
m拉
=1359N,
总拉载荷F
拉=28535N;外压载荷F
w压
=10618N,密封阻力
F
m压=531N,总拉载荷F

=11149N
②、选定系统尺寸
由所受最大负载的大腿缸计算所得的液压缸的数据,初步拟定水平
摆动缸的尺寸为:D=90,d=60,δ=9mm。

③、液压缸工作压力的计算
活塞杆受拉时:
F=P
拉1
A2−P2A1
活塞杆受压时:
F=P
压1
A1−P2A2
P1----------液压缸工作腔压力(Pa)
P2----------液压缸回油腔压力(Pa)(由于回油路带有调速阀,且回油路有背压阀,回油路油路不复杂,故根据手册选取回油腔压力为1MPa)
A1----------无杆腔活塞有效作用面积,A1=πD2
4
,D为活塞直径(m)
A2----------有杆腔活塞有效作用面积,A2=π
4
(D2−d2)d为活塞杆直径(m)
综上可得:在受最大拉力作用时,工作腔压力P
拉1
=9.87MPa;
在受最大压力作用时,工作腔压力P
压1
=2.3MPa。

校核活塞杆的强度,其中活塞杆的材料为45钢,故[σ]=100MPa。

由于活塞杆在受负载的工作过程中不仅受到拉力作用,还受到压力作用,
但是拉力较压力大,故仅校核其拉伸强度即可。

σ=
F

1
4
πd2
=10.1MPa<[σ]=
100MPa,故满足强度要求。

校核液压缸缸壁的强度,其中液压缸的材料为45钢,故[σ]=100MPa。

由于该缸处于低压系统,故先按薄壁筒计算,σ=P y D

,其中最大工作压力
P=P
拉1
=9.87MPa≤16MPa,可取P y=1.5P1,则σ=74.025MPa<[σ]= 100MPa,故满足强度要求。

又由于D/δ=10,故可将该缸筒视为厚壁,则δ的校核应按下面公式进行。

δ≥D
2
(√
[σ]+0.4P y
[σ]−1.3P y
−1)
计算的δ=9mm≥6.54mm,故经过校核满足要求。

即取缸筒壁厚δ=9mm。