液压缸尺寸计算

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1、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Fg=59036N（活塞杆在抬腿过程中始终受压） 2、 惯性载荷Fa=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Fm=(1-ηm)F，其中F是作用于活塞上的载荷， 且F=Fwηm，Fw是外载荷，Fw=Fg+Fa，其中ηm是液压缸的机 械效率，取ηm=0.95 综上可得：外载荷Fw=59036N，密封阻力Fm=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61988

2、N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） A1----------无杆腔活塞有效作用面积，A1=πD24，D为活塞直径

3、（m） A2----------有杆腔活塞有效作用面积，A2=π4（D2-d2)，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= F14πd2=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

4、力为： P1=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=PyD2δ，其中工作压力P=P=12MPa≤16MPa1，可取Py=1.5P1，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≥D2(σ+0.4Pyσ-1.3Py-1) 计算的δ=9mm≥8.23mm，故经过校核满足要求 即取缸筒壁厚δ=9m

5、m。 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Fg=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Fm=(1-ηm)F，其中F是作用于活塞上的载荷， 且F=Fwηm，Fw是外载荷，Fw=Fg+Fa，其中ηm是液压缸的机 械效率，取ηm=0.95 综上可得：外载荷Fw=4000N，密封阻力Fm=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=

6、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） A1----------无杆腔活塞有效作用面积，A1=πD24，D为活塞直径（m） A

7、2----------有杆腔活塞有效作用面积，A2=π4（D2-d2)，d为活塞杆直径 （m） 综上可得： 工作腔压力P1=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= F14πd2=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=PyD2δ，其中工作压力P=P1=1MPa≤16MPa，可取Py=1.5P1，则σ=15.225MPa＜[σ]

8、=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≥D2(σ+0.4Pyσ-1.3Py-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Fg拉=27176N，最大压力为Fg压=10618N。 2、 惯性载荷Fa=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Fm= (1-ηm)F，其中F是作用于活塞上的载荷， 且F=Fwηm，Fw

9、是外载荷，Fw= Fg+Fa，其中ηm是液压缸的机械效率，取ηm=0.95 综上可得：外拉载荷Fw拉=27176N，密封阻力Fm拉=1359N，总拉载荷F拉=28535N；外压载荷Fw压=10618N，密封阻力Fm压=531N，总拉载荷F拉=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1A2-P2A1 活塞杆受压时：

10、 F=P压1A1-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= πD24，D为活塞直径（m） A2----------有杆腔活塞有效作用面积，A2= π4（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

11、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拉14πd2=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= PyD2δ，其中最大工作压力P=P拉1=9.87MPa≤16MPa，可取Py=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≥D2(σ+0.4Pyσ-1.3Py-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。