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第三章 液压缸设计 液压缸是将油液的压力能转换为机械能，用来驱动工作机构做直线运动和摆动运动的一种能量转换装置。在金属切削机床中一般采用单活塞杆双作用液压缸来带动机床工作台往复直线运动，这种液压缸是交替向活塞两侧供压力油来控制机床工作台的往复直线运动和速度的。 3.1液压缸的受力分析 见表2-3。 3.2液压缸的结构设计和安装方式 液压缸的安装方式多种多样，但根据立式组合机床动力滑台的工作要求，本设计采用轴线摆动类安装方式。液压缸的结构形式采用单耳环式。在活塞杆的端部设置单耳环，将活塞杆固定，活塞缸带动工作台作往复直线运动。采用这种安装方式主要考虑到组合机床在加工过程中可能会出现振动和冲击，从而将引起液压缸的挠曲，如果此弯曲变形得不到补偿，将促使活塞杆发生弯曲变形，这一弯曲变形将使活塞发生偏斜破坏液压缸体和密封性，导致液压缸的损坏。这一安装形式则能够补偿由于加工时振动、冲击所引起的弯曲变形。 3.3 液压缸的技术性能参数计算 液压缸的压力、流量、运动速度、行程时间、工作压力在前表5中已经给出，在此不再重复。 3.4行程 液压缸的行程S应按实际工作所需长度决定，按实际工作行程确定后查液压缸的行程系列表（GB2349-80）取标准值。最后确定液压缸的行程S=220mm。 3.5缸筒的设计与计算 3.5.1液压缸壁厚与外径计算 由于缸筒的壁厚比曲率小的多，根据薄膜理论，可以认为液压力在缸筒圆周方向上引起的拉力是相等的。其强度条件是主应力—环向拉应力小于或等于许用应力。 因此壁厚为 P—压力（MPa）； D—缸筒内径（cm）； σ—许用应力，无缝钢管[σ]=（100-110）MPa； 其中：P是液压缸的试验压力，一般是最大压力的（1.25-1.5）倍（MPa）。 由式算出壁厚t=1.8mm，但考虑到液压缸的加工与装配，必须将壁厚加厚，取t=10mm。 液压缸壁厚确定后，即可求出缸体的外径D1为 D1≥D+2t D1≥100+2 10=120mm 并参照无缝钢管标准确定液压缸外径为D1=120mm。 3.5.2缸筒的结构设计和连接强度计算 缸筒的两端分别与缸盖和缸底相连，构成密闭的压力腔，因而它的安装形式往往和缸盖及缸底密切相关。缸筒与缸底的连接形式很多，不少于60种，本设计采用外卡键连接，这种连接的强度好，结构紧凑，重量轻，装拆容易，但缸筒端要切除卡键槽，使强度有所降低。外卡键是有两个半环卡键组成，固定卡键可以用卡键帽，在卡键帽上开有螺纹孔与端盖用螺栓连接起来，如图3-1。 1、端盖 2、螺栓 3、卡键帽 4、卡键 如图3-1缸筒缸盖卡键连接 3.5.3连接强度计算 连接螺栓校核，螺栓拉应力为 螺纹的剪切应力 合成应力为 P—液压缸最大输出力（N）； d0—螺纹外径（m）； d1—螺纹内径（m）； Z—螺栓数量； K—螺纹拧紧系数，一般取K=1.25-1.5； K1—螺纹摩擦系数，一般取K1=0.12； 查机械设计实用手册得45号钢的σb=600MPa。 3.5.4卡键连接强度计算 卡键a—a截面上的剪应力为 ≤[ ] 卡键a—b侧面的及压力为 式中P—液压缸的最大出力（N）； D1—缸筒外径（m）； D—缸筒内径（m）； h—卡键厚度（m）； L—卡键宽度（m）； 3.5.5缸筒的材料和技术要求 选择缸筒的材料和毛坯时，主要考虑的是它的机械性能，其次是工艺性和经济性。 由于缸筒是液压缸的主题件，它承受很大的液压力。本设计采用冷拔无缝钢管作毛坯，准备周期短，加工余量小，工艺性好。冷拔钢管的外圆可以不加工，内孔加工余量小，有的甚至可以不进行粗加工就可直接进行精加工和光整加工，经济性好。 缸筒内径一般采用H7或H8配合，表面粗糙度Ra=0.162-0.32um，圆度不大与内径公差的一半，通往油口，排气阀孔的内孔口必须倒角，不允许有飞边、毛刺，以免划伤密封件 |
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