碳纤维大型卧式液压缸设计
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- 采用碳纤维复合材料和金属材料加工制作的一种大型卧式液压缸，在满足其工作要求的刚度、强度以及挠度等的同时，由于碳纤维复合材料比强度、比模量高的特性，使得液压缸的质量获得了极大地减轻。碳纤维复合材料的使用，对大细长比的液压缸的稳定性有增强效果。同时对用于水利工程的液压缸的安全提供了更好的保障。采用碳纤维复合材料和金属材料加工制作的一种大型卧式液压缸，在满足其工作要求的刚度、强度以及挠度等的同时，由于碳纤维复合材料比强度、比模量高的特性，使得液压缸的质量获得了极大地减轻。碳纤维复合材料的使用，对大细长比的液压缸的稳定性有增强效果。同时对用于水利工程的液压缸的安全提供了更好的保障。
关键字：碳纤维；液压缸；大细长比
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 录
第1章 绪论 1
1.1课题研究背景及意义 1
1.2国内外研究现状 2
第2章 碳纤维液压缸的设计 2
2.1液压缸类型和结构型式的确定 2
2.1.1结构类型 2
2.1.2结构选材 2
2.2碳纤维液压缸主要几何尺寸 2
2.2.1碳纤维液压缸筒的内径D的确定 2
2.2.2活塞杆直径d的确定 3
2.2.3缸筒长度l的计算 3
2.3碳纤维液压缸机构尺寸的设计 3
2.3.1碳纤维缸筒壁厚δ1的计算 3
2.3.2金属缸筒壁厚δ2的计算 4
2.3.3液压缸油口的计算与设计 4
2.3.4活塞装置的计算与设计 5
2.3.5液压缸的联接计算 7
2.3.6缓冲装置的计算与设计 7
第3章 强度和稳定性校核 7
3.1双壁缸筒的强度校核 7
3.2活塞杆及其连杆件强度校核 7
3.3活塞杆稳定性验算 7
第4章 结论与展望 7
4.1结论 7
4.2展望 7
参考文献 7
致谢 7
第1章 绪论
1.1课题研究背景及意义
（1）课题背景
液压缸是在液压传动过程中相当重要的执行元件，同时也是在液压启闭机不可或缺的关键承载部件。液压缸在工作时，把液压油内部的液压能转化为机械能，而且传动效率较高。
在大型水利枢纽工程中，大多数的液压缸为大长细比的卧式液压缸，其自身的尺寸结构和重量都是较大的。这类大长细比的液压缸通常都为水平安装方式，在这种水平安装方式下，由于液压缸本身自重的影响，极其容易产生较大的挠曲变形。当液压缸的缸体和活塞杆作为大长细比的受压杆件时，对于液压缸的纵向受压的稳定性而言，缸体和活塞杆的挠度有着至关重要乃至决定性的影响。增大的挠度将不仅会加大活塞杆与导向套的磨损，还会加大活塞杆与活塞之间的磨损，同时也会增大活塞与缸壁之间的磨损，这些两两之间的磨损加大会造成液压缸的密封性下降，而密封性的下降则会引起液压油的外泄以及油压的下降，进而会造成水利枢纽工程的安全性受到威胁。
碳纤维复合材料是一种新型的工程材料，其良好的经济性能以及自身可靠的力学性能，使其被广泛应用于航空航天、民用工业、化工、建筑和体育等领域中。碳纤维复合材料是由碳纤维与其它基体材料通过复合工艺组合而成的，其自身的性能方面的特点为：①比强大，比模量大；②可设计性强；③各向异性性能；④抗疲劳性能好；⑤破裂安全性能好；⑥阻尼减震性好；⑦碳纤维复合材料抗磁、隔音、绝缘；⑧碳纤维复合材料具有抗腐蚀性。
与传统的金属材料相比，碳纤维复合材料具有的比强度、比模量高等优势，使得能够在大量减轻构件质量，在此同时还能够极大的提高了构件的刚性强度。碳纤维复合材料组分缺陷少、塑形强，纤维与基体间界面不易产生扩展裂纹，这也正是碳纤维复合材料抗疲劳性能好的原因所在。如果应用新型材料碳纤维复合材料的话，不仅可以减少液压缸自重，同时还能在较大程度的缓解甚至解决大细长比液压缸由于自身较大的挠度，进而导致的导向套以及缸壁偏磨等问题。
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