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碳纖維大型臥式液壓缸設計
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  • 采用碳纖維復合材料和金屬材料加工制作的一種大型臥式液壓缸,在滿足其工作要求的剛度、強度以及撓度等的同時,由于碳纖維復合材料比強度、比模量高的特性,使得液壓缸的質量獲得了極大地減輕。碳纖維復合材料的使用,對大細長比的液壓缸的穩定性有增強效果。同時對用于水利工程的液壓缸的安全提供了更好的保障。采用碳纖維復合材料和金屬材料加工制作的一種大型臥式液壓缸,在滿足其工作要求的剛度、強度以及撓度等的同時,由于碳纖維復合材料比強度、比模量高的特性,使得液壓缸的質量獲得了極大地減輕。碳纖維復合材料的使用,對大細長比的液壓缸的穩定性有增強效果。同時對用于水利工程的液壓缸的安全提供了更好的保障。

    關鍵字:碳纖維;液壓缸;大細長比


    Abstract
    The quality of a large horizontal hydraulic cylinder made of carbon fiber composite material and metal material is greatly reduced due to the high specific strength and modulus of carbon fiber composite material while meeting the rigidity, strength and deflection requirements. The use of carbon fiber composites can enhance the stability of hydraulic cylinders with a large slender-ratio. At the same time, it provides better guarantee for the safety of hydraulic cylinder used in hydraulic engineering.

    Key Words: carbon fiber; hydraulic cylinder; large slenderness ratio












    目 錄
    第1章 緒論 1
    1.1課題研究背景及意義 1
    1.2國內外研究現狀 2
    第2章 碳纖維液壓缸的設計 2
    2.1液壓缸類型和結構型式的確定 2
    2.1.1結構類型 2
    2.1.2結構選材 2
    2.2碳纖維液壓缸主要幾何尺寸 2
    2.2.1碳纖維液壓缸筒的內徑D的確定 2
    2.2.2活塞桿直徑d的確定 3
    2.2.3缸筒長度l的計算 3
    2.3碳纖維液壓缸機構尺寸的設計 3
    2.3.1碳纖維缸筒壁厚δ1的計算 3
    2.3.2金屬缸筒壁厚δ2的計算 4
    2.3.3液壓缸油口的計算與設計 4
    2.3.4活塞裝置的計算與設計 5
    2.3.5液壓缸的聯接計算 7
    2.3.6緩沖裝置的計算與設計 7
    第3章 強度和穩定性校核 7
    3.1雙壁缸筒的強度校核 7
    3.2活塞桿及其連桿件強度校核 7
    3.3活塞桿穩定性驗算 7
    第4章 結論與展望 7
    4.1結論 7
    4.2展望 7
    參考文獻 7
    致謝 7



    第1章 緒論
    1.1課題研究背景及意義
    (1)課題背景
    液壓缸是在液壓傳動過程中相當重要的執行元件,同時也是在液壓啟閉機不可或缺的關鍵承載部件。液壓缸在工作時,把液壓油內部的液壓能轉化為機械能,而且傳動效率較高。
    在大型水利樞紐工程中,大多數的液壓缸為大長細比的臥式液壓缸,其自身的尺寸結構和重量都是較大的。這類大長細比的液壓缸通常都為水平安裝方式,在這種水平安裝方式下,由于液壓缸本身自重的影響,極其容易產生較大的撓曲變形。當液壓缸的缸體和活塞桿作為大長細比的受壓桿件時,對于液壓缸的縱向受壓的穩定性而言,缸體和活塞桿的撓度有著至關重要乃至決定性的影響。增大的撓度將不僅會加大活塞桿與導向套的磨損,還會加大活塞桿與活塞之間的磨損,同時也會增大活塞與缸壁之間的磨損,這些兩兩之間的磨損加大會造成液壓缸的密封性下降,而密封性的下降則會引起液壓油的外泄以及油壓的下降,進而會造成水利樞紐工程的安全性受到威脅。
    碳纖維復合材料是一種新型的工程材料,其良好的經濟性能以及自身可靠的力學性能,使其被廣泛應用于航空航天、民用工業、化工、建筑和體育等領域中。碳纖維復合材料是由碳纖維與其它基體材料通過復合工藝組合而成的,其自身的性能方面的特點為:①比強大,比模量大;②可設計性強;③各向異性性能;④抗疲勞性能好;⑤破裂安全性能好;⑥阻尼減震性好;⑦碳纖維復合材料抗磁、隔音、絕緣;⑧碳纖維復合材料具有抗腐蝕性。
    與傳統的金屬材料相比,碳纖維復合材料具有的比強度、比模量高等優勢,使得能夠在大量減輕構件質量,在此同時還能夠極大的提高了構件的剛性強度。碳纖維復合材料組分缺陷少、塑形強,纖維與基體間界面不易產生擴展裂紋,這也正是碳纖維復合材料抗疲勞性能好的原因所在。如果應用新型材料碳纖維復合材料的話,不僅可以減少液壓缸自重,同時還能在較大程度的緩解甚至解決大細長比液壓缸由于自身較大的撓度,進而導致的導向套以及缸壁偏磨等問題。
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