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1、A、 大腿液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算
①、大腿缸的負(fù)載組成
1、 工作載荷Fg=59036N(活塞桿在抬腿過程中始終受壓)
2、 慣性載荷Fa=0(由于所選用液壓缸尺寸較小,即不計(jì)重量,且執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)速度變化較小,故不考慮慣性載荷)
3、 密封阻力Fm=(1-ηm)F,其中F是作用于活塞上的載荷, 且F=Fwηm,F(xiàn)w是外載荷,F(xiàn)w=Fg+Fa,其中ηm是液壓缸的機(jī) 械效率,取ηm=0.95
綜上可得:外載荷Fw=59036N,密封阻力Fm=2952N,總載荷F=61988N。
②、初選系統(tǒng)工作壓力
1、 按載荷選定工作壓力,取工作腔壓力為P=12MPa1(由于總載荷為61988
2、N大于50000N,故根據(jù)手冊選取工作壓力為12MPa)
2、 選擇執(zhí)行元件液壓缸的背壓力為P2=1MPa(由于回油路帶有調(diào)速閥,且回油路的不太復(fù)雜,故根據(jù)手冊選取被壓壓力為1MPa)
③、液壓缸主要結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算
1、 在整個(gè)抬腿過程中活塞桿始終受壓,故可得下式:
活塞桿受壓時(shí):
F=P1A1-P2A2
P1----------液壓缸工作腔壓力(Pa)
P2----------液壓缸回油腔壓力(Pa)
A1----------無桿腔活塞有效作用面積,A1=πD24,D為活塞直徑
3、(m)
A2----------有桿腔活塞有效作用面積,A2=π4(D2-d2),d為活塞桿直徑 (m)
選取d/D=0.7(由于工作壓力為12MPa大于5MPa,故根據(jù)手冊選取d/D=0.7)
綜上可得:D=82.8mm,根據(jù)手冊可查得常用活塞桿直徑,可取D=90mm,d=60mm。
校核活塞桿的強(qiáng)度,其中活塞桿的材料為45鋼,故[σ]=100MPa。
由于活塞桿在受負(fù)載的工作過程中僅收到壓力作用,故僅校核其壓縮強(qiáng)度即可。σ= F14πd2=21.9MPa<[σ]=100MPa,故滿足強(qiáng)度要求。
即d=60mm,則D=90mm。
由此計(jì)算得工作壓
4、力為:
P1=10.3MPa
根據(jù)所選取的活塞直徑D=90mm,可根據(jù)手冊選的液壓缸的外徑為108mm,即可得液壓缸壁厚為δ =9mm。
校核液壓缸缸壁的強(qiáng)度,其中液壓缸的材料為45鋼,故[σ]=100MPa。
由于該缸處于低壓系統(tǒng),故先按薄壁筒計(jì)算,σ=PyD2δ,其中工作壓力P=P=12MPa≤16MPa1,可取Py=1.5P1,則σ=90MPa<[σ]=100MPa,故滿足強(qiáng)度要求。
又由于D/δ=10,故可將該缸筒視為厚壁,則δ的校核應(yīng)按下面公式進(jìn)行。
δ≥D2(σ+0.4Pyσ-1.3Py-1)
計(jì)算的δ=9mm≥8.23mm,故經(jīng)過校核滿足要求
即取缸筒壁厚δ=9m
5、m。
B、 水平擺動(dòng)液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算
①、水平擺動(dòng)缸的負(fù)載組成
1、 工作載荷Fg=4000N(活塞桿正反行程中保持不變)
2、 慣性載荷F=0a(由于所選用液壓缸尺寸較小,即不計(jì)重量,故不考慮慣性載荷)
3、 密封阻力Fm=(1-ηm)F,其中F是作用于活塞上的載荷, 且F=Fwηm,F(xiàn)w是外載荷,F(xiàn)w=Fg+Fa,其中ηm是液壓缸的機(jī) 械效率,取ηm=0.95
綜上可得:外載荷Fw=4000N,密封阻力Fm=211N,總載荷F=4211N。
②、選定系統(tǒng)尺寸
由所受最大負(fù)載的大腿缸計(jì)算所得的液壓缸的數(shù)據(jù),初步擬定水平擺動(dòng)缸的尺寸為:D=90mm,d=
6、60mm,δ=9mm。
③、液壓缸工作壓力的計(jì)算
擺腿動(dòng)作開始時(shí)已經(jīng)將腿抬起,故不受外載荷作用,則擺動(dòng)腿液壓缸受外載荷工作的過程為腿已放下,并且開始拖動(dòng)身體前進(jìn)的過程,在這個(gè)過程中活塞桿受拉。
活塞桿受拉時(shí):
F=P1A2-P2A1
P1----------液壓缸工作腔壓力(Pa)
P2----------液壓缸回油腔壓力(Pa)(由于回油路帶有調(diào)速閥,且回油路的不復(fù)雜,故根據(jù)手冊選取回油腔壓力為0.5MPa)
A1----------無桿腔活塞有效作用面積,A1=πD24,D為活塞直徑(m)
A
7、2----------有桿腔活塞有效作用面積,A2=π4(D2-d2),d為活塞桿直徑 (m)
綜上可得: 工作腔壓力P1=2.03MPa
校核活塞桿的強(qiáng)度,其中活塞桿的材料為45鋼,故[σ]=100MPa。
由于活塞桿在受負(fù)載的工作過程中僅收到拉力作用,故僅校核其拉伸強(qiáng)度即可。σ= F14πd2=1.4MPa<[σ]=100MPa,故滿足強(qiáng)度要求。
校核液壓缸缸壁的強(qiáng)度,其中液壓缸的材料為45鋼,故[σ]=100MPa。
由于該缸處于低壓系統(tǒng),故先按薄壁筒計(jì)算,σ=PyD2δ,其中工作壓力P=P1=1MPa≤16MPa,可取Py=1.5P1,則σ=15.225MPa<[σ]
8、=100MPa,故滿足強(qiáng)度要求。
又由于D/δ=10,故可將該缸筒視為厚壁,則δ的校核應(yīng)按下面公式進(jìn)行。
δ≥D2(σ+0.4Pyσ-1.3Py-1)
計(jì)算的δ=9mm≥1.197mm,故經(jīng)過校核滿足要求。
即取缸筒壁厚δ=9mm。
C、 小腿液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算
①、小腿液壓缸的負(fù)載組成
1、 在工作過程中存在拉力與壓力的循環(huán)作用,其中最大拉力為Fg拉=27176N,最大壓力為Fg壓=10618N。
2、 慣性載荷Fa=0(由于所選用液壓缸尺寸較小,即不計(jì)重量,故不考慮慣性載荷)
3、 密封阻力Fm= (1-ηm)F,其中F是作用于活塞上的載荷, 且F=Fwηm,F(xiàn)w
9、是外載荷,F(xiàn)w= Fg+Fa,其中ηm是液壓缸的機(jī)械效率,取ηm=0.95
綜上可得:外拉載荷Fw拉=27176N,密封阻力Fm拉=1359N,總拉載荷F拉=28535N;外壓載荷Fw壓=10618N,密封阻力Fm壓=531N,總拉載荷F拉=11149N
②、選定系統(tǒng)尺寸
由所受最大負(fù)載的大腿缸計(jì)算所得的液壓缸的數(shù)據(jù),初步擬定水平擺動(dòng)缸的尺寸為:D=90,d=60,δ=9mm。
③、液壓缸工作壓力的計(jì)算
活塞桿受拉時(shí):
F=P拉1A2-P2A1
活塞桿受壓時(shí):
10、 F=P壓1A1-P2A2
P1----------液壓缸工作腔壓力(Pa)
P2----------液壓缸回油腔壓力(Pa)(由于回油路帶有調(diào)速閥,且回油路有背壓閥,回油路油路不復(fù)雜,故根據(jù)手冊選取回油腔壓力為1MPa)
A1----------無桿腔活塞有效作用面積,A1= πD24,D為活塞直徑(m)
A2----------有桿腔活塞有效作用面積,A2= π4(D2-d2)d為活塞桿直徑 (m)
綜上可得: 在受最大拉力作用時(shí),工作腔壓力P拉1=9.87MPa;
在受最大壓力作用時(shí),工作腔壓力P壓1=2.3MPa。
校核活塞桿的強(qiáng)度,其中活
11、塞桿的材料為45鋼,故[σ]=100MPa。
由于活塞桿在受負(fù)載的工作過程中不僅受到拉力作用,還受到壓力作用,但是拉力較壓力大,故僅校核其拉伸強(qiáng)度即可。σ=F拉14πd2=10.1MPa<[σ]=100MPa,故滿足強(qiáng)度要求。
校核液壓缸缸壁的強(qiáng)度,其中液壓缸的材料為45鋼,故[σ]=100MPa。
由于該缸處于低壓系統(tǒng),故先按薄壁筒計(jì)算,σ= PyD2δ,其中最大工作壓力P=P拉1=9.87MPa≤16MPa,可取Py=1.5P1,則σ=74.025MPa<[σ]=100MPa,故滿足強(qiáng)度要求。
又由于D/δ=10,故可將該缸筒視為厚壁,則δ的校核應(yīng)按下面公式進(jìn)行。
δ≥D2(σ+0.4Pyσ-1.3Py-1)
計(jì)算的δ=9mm≥6.54mm,故經(jīng)過校核滿足要求。
即取缸筒壁厚δ=9mm。