目录目录 (I)摘要 (I)引言 (1)1 液压缸的发展及动向 (2)2 液压缸的分类与结构选择 (4)3 液压缸主要技术性能参数的设计与计算 (5)3.1液压缸设计原则与步骤 (5)3.2液压缸承载力的计算 (9)4 液压缸零部件的计算 (11)4.1缸筒的设计计算 (11)4.2.活塞杆的设计计算 (17)4.3活塞的设计计算 (21)4.4缸盖与缸底的设计计算 (22)结束语 (25)致谢 (26)参考文献 (27)顶管机液压油缸的设计摘要本文是顶管机液压油缸的设计。

首先，介绍了国内外液压系统行业的发展状况和趋势，概述了市场上几种主要液压元件及其结构特点，并重点说明双作用单活塞杆液压缸的作用及其内部结构。

其次，根据规定的参数，通过比较分析确定了各个部件的主要结构，并对其结构件的应力做出了相应的计算和材料的选取。

根据液压缸的基本结构，工作原理及所受实际载荷，完成了对顶管机液压油缸的缸筒、活塞杆、活塞、导向套等的设计、计算和稳定性校核。

此外，还对油缸所用密封件进行了选取并说明了各自的密封特点。

最后，运用Auto CAD 2004绘图软件，本设计完成了顶管机液压油缸总装配图和主要零件图的绘制。

关键词：液压缸，活塞，活塞杆，密封引言随着科学技术的进步和生产的发展，液压传动几乎已在国民经济的各个部门中得到应用。

在机械制造业中，液压传动已成为必不可少的一门技术而普遍地用于各种机械、机床和设备中，发挥着独特的、极为重要的作用。

液压缸作为执行元件，是液压系统的最后一个环节。

液压缸性能的优劣，将直接影响机械的工作性能。

在液压传动中，无论其它液压元件设计制造得多么精密，回路系统安排得多么合理，只要液压缸设计得不好，就将会事倍功半，得不到良好效果。

所以说，液压缸设计在液压传动中占有很重要的地位。

从应用的角度来看，设计液压缸比设计其它液压元件的机会多。

因为泵、阀之类的液压元件绝大部分是标准元件，并由专业厂生产。

而液压缸必须适应各种不同机械的要求，报据实际情况进行设计。

所以，牢固地掌握液压缸设计知识，就显得更有必要。

设计简单的液压缸，仅需作粗略的计算，凭借一般专业基础知识即可。

但是在特定的条件下，特别是在大量生产时，就必须合理设计液压缸，使之既有良好的工作性能和工艺性，又尽量降低制造成本，这就需要进行比较复杂而精确的计算，也就需要较深的专业知识和丰富的实践经验。

液压缸的结构形式很多，如果选择得好，就能获得事半功倍的效果。

如果选择不当则往往会造成先天不足，给制造和使用带来很多问题。

1 液压缸的发展及动向液压缸是液压机器最早采用的液压元件之一。

表面看来，基本结构似乎没有什么变化，实际上，液压缸已有很大的发展。

这不仅表现在液压缸工作性能的提高、工作范围的扩大、品种规格的增多和结构的改进，而且还表现在对液压缸的研究正逐步深化，设计、计算的理论正在逐步完善。

高压化是液压缸发展的主要趋势之一。

目前液压缸的最大工作压力已超过140 MPa 以上。

高压化是减小液压缸径向尺寸的有效方法。

一台工作压力为 70MPa 的 30 吨压力机，能制造得象台钻一样精巧。

2000～3000 吨液压机约采用 10 0 MPa 以上的超高压液压缸，则比普通高压液压机可减轻1/ 2 ~2 / 3 的重量。

通过改进结构和工艺措施，液压缸的工作性能已有很大提高。

目前超高性能液压缸在极低的速度下能稳定地工作，高速性能已超过1500 mm/s。

工作温度的范围扩大到﹣60～+200 ℃。

寿命最长的液压缸，要求运行6000km 以上不发生任何事故或零件损坏。

为了改善液压虹的工作待性，避免行程终端的换向冲击，对缓冲装置进行了研究．近几年，国外很多厂家已采用了匀减速平稳制动的缓冲结构，如抛物线环隙节流、阶梯环隙节流、笛孔节流缓冲装置等。

从国内外的技术资料和专利中可以看出，各种新颖结构的液压缸在不断出现，其最主要的特点是复合化。

例如以液压缸为主体将泵、阀、电机和其它元件组装为一体，构成独立的液压装置；将气缸和液压缸装在一起，使用气体动力推动液压缸工作，将摆动液压缸和推力液压缸组装在一起，实现多自由度的动作要求，将若干不 l4J 行程的液压缸串联起来，经过不同的动作组合，进行各种不同长度的点位控制；将液压缸分成三个工作油腔，利用差动工作原理，实现六种不同速度的运动，将步进电机和带有反馈机构的滑阀与液压缸装配成电液步进液压缸，用于数字程序控制的机床和其它机械设备等等，这样不仅紧凑了机械设备的结构，而且使用方便。

除此以外，还出现了不少特殊结构的液压缸。

如钢索液压缸，它用包覆尼龙外皮的钢丝绳代替活塞杆传递动力，能借助滑轮任意改变动力的传递方向，缸筒能卷曲的液压缸，能减少工作时所占用的空间；带有自钡装置的液压缸多在停止运动时能防止外力作用而发生窜动等等。

能源危机的出现，迫使工业界不得不重视能源消耗间题，这对液压机械不可避免地将产生深刻的影响。

因为液压机械不仅需要动力，而且需要液压油作为传递动力的工作介质，因而如何提高效率、节省能源，也是液压缸研究中的重要课题之一。

此外，对避免污染、减少噪声、降低成本以及提高可靠性等方面，也正在进行大量的研究。

近年来，国内外发表的不少论文中，研究了液压缸的稳定性、强度和局部应力等问题，研究了液压缸的运动特性和缓冲理论，以及液压佩的寿命等问题。

由于电子计算机的应用，用有限元法计算液压缸的强度，以重量及成本为目标函数的优化设计也日益增多。

但是，与机械传动零件相比较，液压缸的结构和强度设计理论还处于较低级的阶段。

例如对齿轮的研究就相当深入，在很多看来是非常细小的问题都有专文论述，并形成较成熟的计算方法。

然而，在液压缸的设计工作中，常用的某些基本公式目前尚不尽合理，只能用来作粗略的计算。

有时则采用保守的计算方法，或选取较大的安全系数，以弥补计算中的某些不足。

例如在校核液压缸稳定性时，将液压缸看作为等截面整体杆而直接引用欧拉公式进行计算，其结果比较保守，导致使材料消耗、体积、重量都有所增加。

另一方面。

由于对液压缸复杂的受力情况估计不足，选取的安全系数虽较大，但仍难免会出现不安全的情况。

因而，今后有必要进行大量的实验研究工作，进一步充实并完善液压缸的设计理论。

2 液压缸的分类与结构选择液压缸主要由缸筒、缸益、缸底、活塞（或柱塞）、活塞杆、密封件和连接件组成。

根据需要，有些液压缸还设有缓冲、排气等装置。

图 2—1 是一种双作用单活塞杆液压缸的结构图。

除了普通结构液压缸外，还有一些特殊结构液压缸。

普通结构液压缸可分为如下各类：注：后面的字母代表液压缸的名称代号[1]。

根据任务要求我们设计的顶管机液压缸应选择单活塞杆双作用液压缸，这种缸液压油交替供入液压缸活塞两侧，驱动活塞在正反两个方向作往复运动。

其往复运功均能很好地控制。

图2.1 双作用单活塞杆液压缸该种液压缸只在活塞的一侧装有活塞杆，因而两腔有效作用面积不同，往返的运动速度和作用力也不相等。

活塞杆推出时作用力较大。

速度较慢。

活塞杆拉入时，作用力较小，速度较快。

因而它适用于推出时承受工作载荷、拉入时为空载或工作载荷较小的液压装置。

单活塞杆液压缸是应用得最多的一种液压缸。

3 液压缸主要技术性能参数的设计与计算3.1液压缸设计原则与步骤一、设计原则液压缸结构确定以后，需进行具体设计和计算。

设计时，一般要注意以下几个原则：⑴.保证液压缸能获得所要求的往复运动的速度、行程和作用力；⑵.保证液压缸每个零件有足够的强．度、刚度和寿命；⑶.在合理选择液压泵供油压力和流量的条件下，应尽量减小液压缸的尺寸；⑷.最好使活塞杆在工作时受拉力作用，以免产生纵向弯曲；⑸.液压缸应尽量避免承受侧向载荷；⑹.液压缸轴线应与被拖动机构的运动方向一致；⑺.长液压缸活塞杆伸出时，应尽量避免下垂；⑻.液压缸各部的密封要可靠，泄漏少，摩擦力小；⑼.由于温度变化而引起仲长时，液压缸不能因受约束而产生挠曲；⑽.根据机械设备的要求，选择合适的缓冲、防尘和排气装置；⑾.液压缸的结构设计，应充分注意零件加工和装配的工艺性；⑿.液压缸的各结构要素，要采用标准系列尺寸，尽量选用经常使用的标准件和密封件；⒀.制造容易，维修简单，成本低廉。

下表是液压缸主要参数的参考图：表 1二、设计步骤设计液压缸时，应根据已经确定的条件灵活选择设计程序，反复进行计算。

一般可参考下列步骤进行．（1）进行工作情况分析。

根据负载机构的动作要求，选择适当的液压缸结构，安装方式，密封形式，缓冲、排气、防尘装里， ( 2 ）根据液压缸的承载力，如有效工作负载、重力、摩擦力、惯性力等外作用力，确定液压缸在行程各阶段上负载的变化规律以及必须提供的动力数据， ( 3 ）根据液压缸必须输出的动力数据和选定的油液公称压力，确定活塞和活塞杆直径。

三、液压缸主要参数的设计与确定液压缸的主要参数就是缸筒内径D 和活塞直径d.。

下面是这次设计给出的技术参数值：液压缸的公称压力也就是它的工作压力P=25MPa,P 1max =250吨，流量Q=21L/min, 活塞杆伸出速度为V= 200mm/min,行程L=1000mm公称压力是指油液作用在单位面积上的压强P=F/A Pa （它是液压缸能用以长期工作的压力，应符合或接近下表规定的数值）。

在液压系统中，为便于选择液压元件和管路的设计，将压力分为下列等级：表 2 液压缸压力分级 /MPa上式F——作用在活塞上的载荷，N；A——活塞的有效工作面积，㎡；从上式可知，压力值的建立是有载荷的存在而产生的，在同一个活塞的有效工作面积上，载荷越大，克服载荷所需要的压力就越大。

从上表中我们可以看出顶管机液压缸属于高压元件。

下面我们根据所给的数据和下图来求内径D和活塞杆直径d:图3.1 液压缸参数计算简图单位时间内油液通过缸筒有效截面的体积称为流量Q，且有： Q=V/t L/min由于V=vAtx103 L 则Q=vA=πvD2/4X103 L/min 已知Q和速度v的值，我们求得缸筒内径D=365mm 。

所以活塞推力P1可以按下式[6]计算：P1= PA1=PπD2/4式中 P1——活塞推力（N）；A1——活塞有效作用面积（㎡）；P ——压力（Pa）;D ——活塞直径（m）活塞拉力P2按下式计算：P2= PA2=Pπ（D2- d2）/4式中 P2——活塞拉力（N）；A2——活塞有效作用面积（㎡）；d ——活塞杆直径（m）活塞杆伸出速度按下式计算：V1=Q/A1=4Q/πD2式中 V1——活塞伸出速度（m/s）Q ——流量（㎡/s）.下面我们来计算活塞杆的直径：活塞杆是液压缸传递力的重要零件，它承受拉力、压力、弯曲力和振动冲击力等多种作用力，必须有足够的强度和刚度，对于双作用单边活塞杆液压缸，其中活塞直径可根据往复运动速比Φ来确定。