Расчет конструктивных параметров гидроцилиндра

Расчет гидроцилиндра состоит в определении его основных размеров (диаметра цилиндра D, диаметра штока d, толщины стенок и крышек, диаметра болтов (шпилек) для крепления крышек, рабочего давление p).

Диаметр поршня зависит от конструкции гидроцилиндра. В гидроцилиндрах с двухсторонним штоком в обе полости гидроцилиндра подается одинаковое количество рабочей жидкости, и поршень движется с одинаковыми скоростями в обоих направлениях. В гидроцилиндрах с односторонним штоком при одинаковом расходе жидкости скорости рабочего и холостого ходов различны, так как различны рабочие площади поршня.

Рабочее движение гидроцилиндра с односторонним штоком может осуществляться при подаче рабочей жидкости под давлением либо в поршневую полость (выдвижение штока), либо в штоковую полость (втягивание штока).

Диаметр гидроцилиндра двустороннего действия с двухсторонним штоком вычисляется по [1], формула 1.4:

(1.1)

где P – усилие на штоке, Н, Р=20000 Н; – механический КПД гидроцилиндра, значение механического КПД гидроцилиндра находится в пределах 0,93–0,97 и зависит от диаметра гидроцилиндра и типа уплотнения,

принимаем =0,95; ψ – коэффициент мультипликации, численно равен отношению площадей поршневой полости к штоковой полости гидроцилиндра, d – диаметр штока. На практике рекомендуется выбирать следующие значения коэффициента мультипликации:

ψ = 1,1 при p £ 1,5 МПа;

ψ = 1,33 при p = 1,5–5,0 МПа;

ψ = 2,0 при p > 5,0 МПа.

Принимаем ψ = 2,0; p _сл - величина потерь давления в сливной линии от гидроцилиндра до масляного бака, Па. На данном этапе величину этого давления можно принять равной p _сл = (0,05–0,10) р =0,075∙8=600000 Па.

,

После вычисления диаметр поршня D гидроцилиндра округляют до ближайшего большего значения, регламентируемого ГОСТ 12447-80 (табл. 1).

Таблица 1

Принимаем D = 65 мм.

Диаметр штока d определяется через коэффициент мультипликации по [1], формула 1.5:

(1.2)

Рассчитанное значение диаметра штока d округляют в большую сторону и выбирают по ГОСТ 12447-80 (табл. 1.1.). При дифференциальной схеме включения гидроцилиндра диаметр штока определяют по формуле и рассчитанное значение не округляется.

= = 0,046 м.

Принимаем d = 50 мм.

Ход поршня выбирается из условия обеспечения функционирования приводимого механизма. С целью предупреждения потери продольной устойчивости гидроцилиндра отношение хода поршня L к диаметру цилиндра не должно превышать 10, т. е. L / D < 10. Если это условие не выполняется, необходимо задаться меньшим давлением и повторить расчеты для внутреннего диаметра цилиндра. Из условия L=0,4 м, тогда 0,4/0,090 = 4,44 – условие выполняется.

С учетом выбранного диаметра цилиндра и штока пересчитывают коэффициент мультипликации по [1], с. 15:

(1.3)

ψ= 0,065²/(0,065²-0,050²) = 2,45

Уточняем рабочее давление p _д в гидроцилиндре, выразив давление p = p _д. Для гидроцилиндра двустороннего действия с двухсторонним штоком по [1], формула 1.8:

(1.4)

Все расчеты приводятся в табличной форме (табл. 1.4).

Прочностными расчетами устанавливают значения толщины стенок цилиндра d, толщины крышек (головок) d_кр, диаметр шпилек (болтов) для крепления крышек d _б,ш. Корпус гидроцилиндров изготавливают в основном из стальных поковок и труб. При давлении жидкости выше 20 МПа применяют кованую сталь, при давлении до 20 МПа – стальные трубы. Иногда, в зависимости от назначения, для изготовления гидроцилиндров используют чугун, высокопрочный чугун, бронзу, алюминий. Штоки и поршни гидроцилиндров изготавливают из стальных поковок.

В зависимости от соотношения между наружным диаметром D _н и внутренним гидроцилиндры бывают толстостенными и тонкостенными . Так как эти соотношения неизвестны, то предварительно принимается любая из нижеприведенных формул, а затем проверяется соотношение.

Толщину стенки толстостенного цилиндра определяют по [1], с. 17:

(1.5)

а тонкостенного –

(1.6)

где p _у–условное давление, равное (1,2 ¸ 1,3) p _д=1,25 ; m – коэффициент поперечной деформации (коэффициент Пуассона); [s] – допустимое напряжение на растяжение; n – коэффициент запаса прочности (при прочностных расчетах при давлениях до 30 МПа принимается n = 3).

Значения [s] и m принимаются в зависимости от материала цилиндра (табл. 2).

Таблица 2

[s]=90 МПа, m=0

_δ=

К вычисленной толщине стенки необходимо добавлять припуск (0,5 ¸ 1,0) мм, необходимый для обработки внутренней поверхности цилиндра.

D_н=D+2 =0,065+2 0,034=1.33 м.

D_н/D=1,33/0,065=2,04 исходя из соотношения диаметров принимаем цилиндр толстостенным, тогда:

(1.7)

а сферической

(1.8)

Принимаем плоскую крышку.

δ_кр=

Т.к. толщина крышки должна быть не менее двойной толщины стенки, то принимаем крышку с толщиной δ_кр =0,07066 м

При креплении крышек цилиндров болтами или шпильками диаметр их определяется из условия прочности на разрыв. При этом для гидроцилиндров толкающего действия по [1], с. 18:

(1.9)

а гидроцилиндров тянущего действия

(1.10)

где 1,2 – коэффициент, учитывающий неравномерность предварительной затяжки болтов или шпилек; n – количество болтов или шпилек, n=6; [s_р] = (130 – 150) МПа – допустимое напряжение материала на разрыв, [s_р] =140 МПа.

d_б,ш=0,065 = 0,0074м = 7,48мм.

Поиск по сайту: