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液壓型號與設計

液壓油缸選型手冊

添加時間:2017-08-11

如何選擇一個型號匹配價格又適中的油缸,是所有油缸買家關心的事。作為一個專業生產油缸的廠家,有義務和責任去普及油缸選型指南。以下結合書本知識以及經驗,談談如何選擇合適的油缸型號,希望對大家有所幫助。
 

基本概念:
 

    1)油缸基本參數

 

    缸徑D(缸筒內徑)、桿徑d(活塞桿直徑)、行程S、使用壓力P,安裝方式、安裝尺寸。其中最重要的是缸徑、行程、使用壓力。

 

    2)F=PS

 

    由力的計算公式可知:F=PS(P:壓強;S:受壓面積—由油缸的缸徑、桿徑決定)

 

    舉例:油缸的推力需要達到10噸,即F=10,則P、S有多種組合。

 

    100缸徑油缸,使用壓力打到14Mpa時可以達到10噸

 

    80缸徑油缸,使用壓力打到21Mpa同樣可以達到10噸
 

第1步:確定系統壓力P
 

    初選液壓工作壓力:

 

    壓力的選擇要根據載荷大小(即F)和設備類型而定。還要考慮執行元件的裝配空間、經濟條件及元件供應情況等的限制。

 

    在載荷一定的情況下,工作壓力低,勢必要要加大執行元件的結構尺寸,對某些設備來說,尺寸要受到限制,從材料消耗角度看也不經濟;反之,壓力選擇得太高,對泵、缸、閥等元件的材質、密封、制造精度也要求很高,必然要提高設備成本。

 

    一般來說,對于固定的尺寸不太受限的設備,壓力可以選低一些,行走機械重在設備壓力要選高一些。

 

    具體選擇參考下表。

 

    根據負載選擇液壓缸的設計壓力:
 

負載/噸0.50.5-11-22-33-55
工作壓力/Mpa0.1-11.5-22.5-33-44-5>5


    根據主機類型選擇液壓執行器的設計壓力
 

主機類型  設計壓力
機床精加工機床,例如磨床0.8-2
半精加工機床3-5
龍門刨床2-8
拉床8-10
農機機械、小型工程機械  10-16
液壓機、大中型挖掘機、中型機械、起重運輸機械  20-32
地質機械、冶金機械、鐵路維護機械  25-100


第2步:初選缸徑D/桿徑d
 

    選擇好設計壓力后,即P可知的,負載大小F又是可知的,則用公式得出S受力面積,再根據受力面積計算出油缸的缸徑。

液壓油缸缸徑

    也可以按照以下表格選擇:

不同壓力等級下各種缸徑/桿徑對應理論推(拉)力表

序號缸徑
(mm)
推力(KN)桿徑
(mm)
拉力(KN)
壓力等級(MPa)壓力等級(MPa)
71416212531.571416212531.5
1326111317202518489121417
240718202631402071315202430
2261214182228
2551112161924
284910131620
35014273141496225102124313746
2891922283442
3281619242937
3671315202430
46322445065789832163237495873
35153034455468
45112124323848
580357080106126158402653607994119
452448557286108
55193742566683
690458910213415920045336776100119150
5031627092110139
632345526881102
71005511012616519624750418294124147186
55387788115137173
7028566484100126
8110671331522002382995550100114150178225
634589102134160201
8031637294112141
9125861721962583073875569139158208247312
6364128146192229288
7059118135177211265
90418395124148186
101401082162463233854856386172196258307387
7081162185242289364
8073145166218259327
10053106121158188238
序號缸徑
(mm)
推力(KN)桿徑
(mm)
拉力(KN)
壓力等級(MPa)壓力等級(MPa)
71416212531.571416212531.5
111501242472833714425577097194221290346435
7593186212278331417
8584168192252300378
10563126144189225284
1216014128132242250363380106211241317377475
9096192220289344433
10086172196257306386
11074148170223265334
1318017835640753463680290134267305401477601
100123246281369440554
110112223255335399502
12592184211277329415
14200220440503660785990100165330377495589742
110153307351460548690
125134268306402479603
140112224256336401505
152202665326087989501197110200399456599713898
125180360412541644811
140158317362475565713
160125251287376448564
162503446877851031122715461252585155897739201160
1402364725397088421061
160203406464609725913
180165331378496591745
172804318629851293153919401802535065787599031138
200211422783633754950
1832056311261287168920112533200343686784102912251544
22029759467989110601336

    按照選擇原則:

 

    ①不要上高壓,一般≤21Mpa,原因見P1/8初選液壓工作壓力,另外參考根據主機類型選擇液壓執行器的設計壓力;

 

    ②缸徑要小,可以降低成本;

 

    ③缸筒選標準尺寸

 

    記住公式:

 

    P=4F/D2;

 

    基本單位換算:

 

    長度:1毫米=0.1厘米=0.001米

 

    重量:1kg=0.001噸=2.020462磅

 

    力:1N=0.109716kgf;9.80665N=1kgf

 

    壓力
 

bar

Kgf/cm2

Mpa

Psi(lb/in2)

1

1.0197162

0.1

14.5

0.980665

1

0.0980665

14.22

10

10.197162

1

145.03263

0.06895

0.7031

0.006895

1


    再選桿徑d

 

    1)P≤10,d=0.5D

 

    2)P=12.5~20,d=0.56D

 

    3)P>20,d=0.71D
 

第3:選定行程S
 

    根據設備或裝置系統總體設計的要求,確定安裝方式和行程S,具體確定原則如下:

 

    (1)行程S=實際最大工作行程Smax+行程富裕量△S;

 

    行程富裕△S=行程余量△S1+行程余量△S2+行程余量△S3。

 

    (2)行程富裕量△S的確定原則

 

    一般條件下應綜合考慮:系統結構安裝尺寸的制造誤差需要的行程余量△S1、液壓缸實際工作時在行程始點可能需要的行程余量△S2和終點可能需要的行程余量△S3(注意液壓缸有緩沖功能要求時:行程富裕量△S的大小對緩沖功能將會產生直接的影響,建議盡可能減小行程富裕量△S);

 

    (3)對長行程(超出本產品樣本各系列允許的最長行程)或特定工況的液壓缸需針對其具體工況(負載特性、安裝方式等)進行液壓缸穩定性的校核。

 

    (4)對超短行程(超出漢力達液壓樣本各系列某些安裝方式許可的最短行程)的液壓缸。
 

第4:選定安裝方式

    油缸安裝方式,即油缸與設備以什么形式相連接。確定了安裝方式后,再確定安裝尺寸。

 

    ★安裝方式的確定原則

 

    (1)法蘭安裝

 

    適合于液壓缸工作過程中固定式安裝,其作用力與支承中心處于同一軸線的工況;其安裝方式選擇位置有端部、中部或尾部三種,如何選擇取決作用于負載的主要作用力對活塞桿造成壓縮(推)應力、還是拉伸(拉)應力,一般壓縮(推)應力采用尾部、中部法蘭安裝,拉伸(拉)應力采用端部、中部法蘭安裝,確定采用端部、中部或尾部法蘭安裝需同時結合系統總體結構設計要求和長行程壓縮(推)力工況的液壓缸彎曲穩定性確定。

 

    (2)鉸支安裝

 

    分為尾部單(雙)耳環安裝和端部、中部或尾部耳軸安裝,適合于液壓缸工作過程中其作用力使在其中被移動的機器構件沿同一運動平面呈曲線運動路徑的工況;當帶動機器構件進行角度作業時,其實現轉動力矩的作用力和機器連桿機構的杠桿臂與鉸支安裝所產生的力的角度成比例。

 

    a)尾部單(雙)耳環安裝尾部單耳環

 

    尾部單耳環安裝是鉸支安裝工況中最常用的一種安裝方式,適合于活塞桿端工作過程中沿同一運動平面呈曲線運動時,活塞桿將沿一個實際運動平面兩側不超過3°的路徑工況或結構設計需要的單耳環安裝工況;此時可以采用尾部和桿端球面軸承安裝,但應注意球面軸承安裝允許承受的壓力載荷。

 

    尾部雙耳環安裝適合于活塞桿端工作過程中沿同一運動平面呈曲線運動路徑的工況;它可以在同一運動平面任意角度使用,在長行程推力工況必須充分考慮活塞桿由于缸的“折力”作用而引起的側向載荷導致縱彎。

 

    b)端部、中部或尾部耳軸安裝

 

    中部固定耳軸安裝是耳軸安裝最常用的安裝方式,耳軸的位置可以布置成使缸體的重量平衡或在端部與尾部之間的任意位置以適應多種用途的需要。耳軸銷僅針對剪切載荷設計而不應承受彎曲應力,應采用同耳軸一樣長、帶有支承軸承的剛性安裝支承座進行安裝,安裝時支承軸承應盡可能靠近耳軸軸肩端面,以便將彎曲應力降至最小。

 

    c)尾部耳軸安裝與尾部雙耳環安裝工況相近,選擇方法同上。

 

    d)端部耳軸安裝適合于比尾端或中部位置采用鉸支點的缸更小桿徑的液壓缸,對長行程端部耳軸安裝的缸必須考慮液壓缸懸垂重量的影響。為保證支承軸承的有效承載,建議該種安裝的液壓缸行程控制在缸徑的5倍以內。

 

    (3)腳架安裝

 

    適合于液壓缸工作過程中固定式安裝,其安裝平面與缸的中心軸線不處于同一平面的工況,因此當液壓缸對負載施加作用力時,腳架安裝的缸將產生一個翻轉力矩,如液壓缸沒有很好與它所安裝的構件固定或負載沒有進行合適的導向,則翻轉力矩將對活塞桿產生較大的側向載荷,選擇該類安裝時必須對所安裝的構件進行很好的定位、緊固和對負載進行合適的導向,其安裝方式選擇位置有端部和側面腳架安裝兩種。

 

第5:端位緩沖的選擇
 

    下列工況應考慮選擇兩端位緩沖或一端緩沖:

 

    (1)液壓缸活塞全行程運行,其往返動行速度大于100mm/s的工況,應選擇兩端緩沖。

 

    (2)液壓缸活塞單向往(返)速度大于100mm/s且運行至行程端位的工況,應選擇一端或兩端緩沖。

 

    (3)其他特定工況。

 

第6:油口類型與通徑選擇
 

    (1)油口類型:

 

    內螺紋式、法蘭式及其他特殊型式,其選擇由系統中連接管路的接管方式確定。

 

    (2)油口通徑選擇原則:

 

    在系統與液壓缸的連接管路中介質流量已知條件下,通過油口的介質流速一般不大于5mm/s,同時注意速比的因素,確定油口通徑。

 

第7:特定工況對條件選擇
 

    (1)工作介質

 

    正常介質為礦物油,其他介質必須注意其對密封系統、各部件材料特性等條件的影響。

 

    推薦采用32#和46#抗磨液壓油。最適宜的油溫為20~55℃,當油溫低于15℃或大于70℃時禁止運行,為調節油溫可事先加熱或冷卻。液壓油一般使用1~6個月應更換一次,并清洗油箱,去除污垢塵埃。液壓傳動最忌諱油液變臟變質,否則塵埃糊在吸油過濾器上,產生噪音加劇,使油泵壽命降低,所以要經常保持油液潔凈。

 

    (2)環境或介質溫度

 

    正常工作介質溫度為-20℃至+80℃,超出該工作溫度必須注意其對密封系統、各部件材料特性及冷卻系統設置等條件的影響。

 

    (3)高運行精度

 

    對伺服或其他如中高壓以上具有低啟動壓力要求的液壓缸,必須注意其對密封系統、各部件材料特性及細節設計等條件的影響。

 

    (4)零泄漏

 

    對具有特定保壓要求的液壓缸,必須注意其對密封系統、各部件材料特性等條件的影響。

 

    (5)工作的壓力、速度,工況如

 

    a)中低壓系統、活塞往返速度≥70~80mm/s

 

    b)中高壓、高壓系統、活塞往返速度≥100~120mm/s

 

    必須注意對密封系統、各部件材料特性、聯結結構及配合精度等條件的影響。

 

    (6)高頻振動的工作環境:必須注意其對各部件材料特性、聯結結構及細節設計等因素的影響。

 

    (7)低溫結冰或污染的工作環境,工況如下

 

    1)高粉塵等環境;

 

    2)水淋、酸霧或鹽霧等環境。

 

    必須注意其對密封系統、各部件材料特性、活塞桿的表面處理及產品的防護等條件的影響。

 

第8:密封件品質的選擇
 

    情況一、無特定工況、特定品質要求,依本公司標準密封系統采用,必要詳情可與本公司,電話:13613544288(同微信)

 

    情況二、有如前所述的特定工況、無指定品質要求,依本公司特定密封系統采用;

 

    情況三、有如前所述的特定工況、有指定品質要求,建議密封系統由本公司專業工程師推薦采用;

 

    情況四、液壓缸的密封系統失效后果嚴重(如影響安全、不易更換、經濟損失大等),建議密封系統由本公司專業工程師推薦;

 

    情況五、對配套出口的液壓缸密封系統,建議由本公司專業工程師依據工況推薦采用互換性好、易采購的知名密封品質。
 

第9:其它特性的選擇
 

    (1)排氣閥

 

    根據液壓缸的工作位置狀態,其正常設置在兩腔端部腔內空氣最終淤積的最高點位置,空氣排盡后可防止爬行、保護密封,同時可減緩油液的變質。

 

    (2)泄漏油口

 

    在嚴禁油液外泄的工作環境中,由于液壓缸行程長或某些工況,致使其往返工作過程中油液在防塵圈背后淤積,防止長時間工作后外泄,而必須在油液淤積的位置設置泄漏口。

 

    舉例說明如何選擇合適的液壓缸型號

 

    液壓缸型號選擇,主要為液壓缸的內徑和使用壓力。

 

    舉例說明:

 

    1)行程為300MM,推力為4000KG,該選用哪種型號的液壓缸?

 

    按推力4噸,可以推算,如果油缸的使用壓力設計為8MPA,則油缸內徑為80,油缸型號為80*40*300-8MPA,可采用拉桿式油缸,價格低,維修方便。

 

    如果油缸的使用壓力選用16MPA,則油缸內徑為60即可,油缸型號為60*35*300-16MPA,可采用焊接式或拉桿式。

 

    建議結合機械設備的系統壓力,先確定油缸的使用壓力。機械設備為精加工,則系統壓力選擇低一些,通常在5MPA以下,如果粗加工,則系統壓力選大一些。

 

    確定了設備的系統壓力,再去推算油缸的內徑,再決定油缸的連接方式、安裝方式、活塞桿端螺紋、安裝具體尺寸等。當然油缸的安裝方式與推算過程也關系,比如油缸是豎著裝、水平裝、還是有角度的。

 

    2)用兩個液壓缸頂起重為4t的重物在鉛垂方向運動,行程為2000mm,請問該如何選擇液壓缸?

 

    液壓缸的重要參數:缸徑、行程、使用壓力(或者是受力)。

 

    缸徑和使用壓力是2個變量,比如缸徑50,使用壓力12MPA,能達到2噸受力;比如缸徑63,使用壓力7MPA,就能達到2噸受力。

 

    而使用壓力又取決于您的設備系統壓力,系統壓力看您設備加工精度,設備加工精度低,系統壓力可以設置大一些。

 

    所以要選擇液壓缸,首先把設備的系統壓力先確定。

 

    要求在特殊情況下重物不會掉落----對油缸的內泄露較高要求,并且液壓系統還要有相關配置來保證。


    附件下載:

    1、缸筒常規規格型號(附錄A).docx

 

    2、缸筒常規規格型號(附錄B).docx


    3、附錄C:液壓油缸的油口種類、油口尺寸對照表.docx


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