活塞杆技术要求与强度校核

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1.活塞杆的基本结构

活塞杆有实心杆和空心杆两种:实心杆强度较高,加工简单,应用较多。空心活塞杆多用于活塞杆与缸径比值较大的大型液压缸中,以减轻活塞杆的重量,或用于缸筒带动工作机构的场合如机床中,或用于活塞杆必须带有传感器的伺服液压缸中,还有一种观点认为,活塞杆直径d>70mm时,易采用空心结构。

2.活塞杆的材料和技术要求

实心活塞杆多采用优质碳素钢冷拔料35号钢、45号钢、55号钢制成,以减少切削加工。用于腐蚀性气体或水介质的液压缸,活塞杆多采用不锈钢制造(35CrMo铬铝钢,Cr18Ni19不锈钢)。空心活塞杆的杆体多采用优质碳素钢的冷拔无缝钢管制造,有焊接要求时,要采用焊接性较好的35号钢,并且要注意在活塞杆的接头体上要设置用于焊接和热处理时的排气孔(图4-30(b)。用于冲击振动下的活塞杆,可使用锻件,以提高力学性能,但不适用长活塞杆。少数活塞杆也可用铸铁,如用于棉花液压打包机。

为提高硬度、耐磨性和耐腐蚀性,活塞杆要进行调质或淬火处理并镀铬,中碳钢通常采用调质处理,硬度通常为HB(230~280);高碳钢可调质或淬火或高频淬火处理,硬度通常为HRC(50~60);热处理后再镀铬,镀层厚度为0.015~0.05mm。这样,在恶劣的工作条件下,既可避免碰伤,又可在雨水、盐分、灰尘严重污染的环境中避免锈蚀。

活塞杆的外径尺寸公差多为f8,也有采用f7f9的,表面粗糙度一般为R=(0.16~0.63)μm,精度要求高时取R≤(0.1~0.2)um;与活塞内孔配合的轴颈与活塞杆径的同轴度公差不大于(0.01~0.02)mm,安装活塞的轴肩与活塞杆轴线的垂直度公差不大于0.04mm/100mm,活塞杆端部的卡键槽、螺纹及缓冲柱塞与活塞杆径的同轴度允差与轴颈要求相同。

活塞杆的表面处理对液压缸的运行持久性极为重要,主要是为了抗腐蚀、耐磨、耐冲击,主要有以下5种方法:

①镀硬铬。这是目前最普遍使用的措施,因为铬耐磨,而且不易被腐蚀。但电镀层会有细小缝隙,腐蚀性介质会通过这些缝隙进入底层引起基体锈蚀。按标准用盐雾试验一般仅能耐90120h。处理得好,镀双层可达300h

②渗碳氮。活塞杆精加工完成后渗碳氮、抛光、氧化发黑,这种方法很少采用。

③镍铬热喷涂。用高速火焰喷涂熔融的镍铬200μm厚,作为底层,然后再电镀铬表层。由于底层是热熔堆积的,紧密性很好,耐盐雾试验能达800h

④陶瓷涂层:在高速火焰喷涂镍铬底层的基础上再喷涂陶瓷粉末。抗腐蚀耐磨能力极高。缺点是不耐冲击,成本高,不易修理。

⑤含钴钨合金粉末,利用高温火焰,或激光,堆焊到活塞杆上。 

3、根据强度计算活塞杆的直径d

活塞杆技术要求与强度校核

其中: F是油缸受力,单位是N

是材料的许用应力单位pa[σ]=材料的屈服极限/安全系数(安全系数=2~4);

是空心活塞杆内径(对于实心活塞杆0),单位是m

4、活塞杆的应力计算(活塞杆只受轴向力的情况下):

活塞杆技术要求与强度校核

其中:F是油缸受力,单位是N

d是活塞杆外径,是空心活塞杆内径(对于实心活塞杆d_1=0),单位是m

5、活塞杆与活塞连接螺纹外径d_0计算(单位是m)

活塞杆技术要求与强度校核
活塞杆技术要求与强度校核

6、活塞杆与活塞连接螺纹强度的计算(图7,按照第四强度理论)

活塞杆技术要求与强度校核
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7、活塞杆与活塞接触轴肩处挤压应力计算(图7

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