第四章 液压缸PPT学习课件

第四章液压缸 液压传动及控制 4 1液压缸的类型和基本参数计算 液压缸 液压传动中的执行元件是将流体的压力能转化为机械能的元件 它驱动机构作直线往复或旋转 或摆动 运动 其输入为压力和流量 输出为力和速度 或转矩和转速 液压缸是实现直线往复运动的执行元件 缸筒固定 一腔连续地输入压力油 当油的压力足以克服活塞杆上的所有负载时 活塞以速度连续向另一腔运动 活塞杆对外界做功 反之亦然 活塞杆固定 一腔连续地输入压力油时 则缸筒向另一方向运动 反之亦然 2 66 4 1液压缸的类型和基本参数计算 液压缸的分类 按结构形式分 活塞缸又分单杆活塞缸 双杆活塞缸柱塞缸摆动缸又分单叶片摆动缸 双叶片摆动缸按作用方式分 单作用液压缸一个方向的运动依靠液压作用力实现 另一个方向依靠弹簧力 重力等实现 双作用液压缸两个方向的运动都依靠液压作用力来实现 复合式缸活塞缸与活塞缸的组合 活塞缸与柱塞缸的组合 活塞缸与机械结构的组合等 3 66 4 1液压缸的类型和基本参数计算 常见液压缸的图形符号 4 66 5 66 4 1液压缸的类型和基本参数计算 双杆活塞缸 1 双杆活塞缸如图所示为缸筒固定的双杆活塞缸 活塞两侧的活塞杆直径相等 它的进 出油口位于缸筒两端 这种安装形式 工作台移动范围约为活塞有效行程的三倍 占地面积大 适用于中小型机械 6 66 4 1液压缸的类型和基本参数计算 双杆活塞缸 右图所示为活塞杆固定的双杆活塞缸 它的进 出油液可经活塞杆内的通道输入液压缸或从液压缸流出 也可以用软管连接 进 出口就位于缸的两端 其工作台移动范围为缸筒有效行程的两倍 常用于大中型的机械 7 66 4 1液压缸的类型和基本参数计算 双杆活塞缸 双杆活塞缸的推力和速度计算式 8 66 4 1液压缸的类型和基本参数计算 单杆活塞缸 2 单杆活塞缸如图所示为单杆活塞缸 由于只在活塞的一端有活塞杆 使两腔的有效工作面积不相等 因此在两腔分别输入相同流量的情况下 活塞的往复运动速度不相等 它的安装也有缸筒固定和活塞杆固定两种 进 出口的布置根据安装方式而定 但工作台移动范围都为活塞有效行程的两倍 9 66 4 1液压缸的类型和基本参数计算 单杆活塞缸 单杆活塞缸的推力和速度计算式 1 无杆腔进油 10 66 4 1液压缸的类型和基本参数计算 单杆活塞缸 单杆活塞缸的推力和速度计算式 2 有杆腔进油 11 66 4 1液压缸的类型和基本参数计算 差动液压缸 单杆活塞缸的左右腔同时接通压力油 如图4 3所示 称为差动连接 此缸称为差动液压缸 差动液压缸左 右腔压力相等 但左 右腔有效面积不相等 因此 活塞向右运动 差动连接时因回油腔的油液进入左腔 从而提高活塞运动速度 12 66 4 1液压缸的类型和基本参数计算 差动液压缸 图差动液压缸 差动液压缸的推力和速度计算式 差动连接时 有杆腔排出流量q 进入无杆腔 则有 忽略两腔连通回路压力损失 即p1 p2 由上可知 差动连接时实际的有效作用面积是活塞杆的横截面积 13 66 4 1液压缸的类型和基本参数计算 差动液压缸 与非差动连接无杆腔进油工况相比 在输入油液压力和流量相同的条件下 活塞杆伸出速度较大而推力较小 实际应用中 液压系统常通过控制阀来改变单杆缸的油路连接 使其有不同的工作方式 从而获得快进 差动连接 工进 无杆腔进油 快退 有杆腔进油 的工作循环 14 66 4 1液压缸的类型和基本参数计算 活塞缸并联 例4 1 图示液压系统 液压缸活塞的面积A1 A2 A3 20cm2 所受的负载F1 4000N F2 6000N F3 8000N 泵的流量q 试分析 1 三个液压缸的动作顺序 2 液压泵的工作压力有何变化 3 各液压缸的运动速度 15 66 4 1液压缸的类型和基本参数计算 活塞缸并联 16 66 4 1液压缸的类型和基本参数计算 活塞缸并联 1 三个缸的动作顺序 缸 缸 缸 2 液压泵的工作压力变化 缸 运动时 液压泵工作压力p 2Mpa 缸 运动时 液压泵工作压力p 3Mpa 缸 运动时 液压泵工作压力p 4Mpa 三缸运动都停止时 液压泵工作压力p 5Mpa 17 66 4 1液压缸的类型和基本参数计算 活塞缸并联 总结 液压缸并联时 负载最小的液压缸最先动作 当一个缸在运动时 其他液压缸静止 液压泵输出的流量全部流入运动的液压缸 3 各液压缸的运动速度 18 66 4 1液压缸的类型和基本参数计算 活塞缸串联 例4 2 图示两个结构相同相互串联的液压缸 无杆腔的面积A1 100cm2 有杆腔面积A2 80cm2 缸1输入压力p1 9 105Pa 输入流量q1 12L min 不计损失和泄漏 求 1 两缸承受相同负载时 F1 F2 该负载的数值及两缸的运动速度 2 缸2的输入压力是缸1的一半时 P2 P1 2 两缸各能承受多少负载 3 缸1不承受负载时 F1 0 缸2能承受多大的负载 19 66 4 1液压缸的类型和基本参数计算 活塞缸串联 解 1 求F1 F2 求两个的运动速度v1 v2 20 66 4 1液压缸的类型和基本参数计算 活塞缸串联 2 已知 P2 P1 2 求F1 F2 21 66 4 1液压缸的类型和基本参数计算 活塞缸串联 3 已知F1 0 求F2 总结 液压串联时 求速度时 前一液压缸的输出为后一液压缸的输入 求力时 需对每一个液压缸进行受力平衡分析 22 66 4 1液压缸的类型和基本参数计算 柱塞式液压缸 图4 5柱塞式液压缸a 单柱塞缸b 双柱塞缸1 缸筒2 柱塞 1 它是一种单作用式液压缸 靠液压力只能实现一个方向的运动 柱塞回程要靠其它外力或柱塞的自重 2 柱塞只靠缸套支承 故适于做长行程液压缸 3 工作时柱塞总受压 因而它必须有足够的刚度 4 柱塞重量往往较大 水平放置时容易因自重而下垂 造成密封件和导向单边磨损 故其垂直使用更有利 23 66 4 1液压缸的类型和基本参数计算 柱塞式液压缸 单向运动时 双向运动时 24 66 4 1液压缸的类型和基本参数计算 柱塞式液压缸 图4 5柱塞式液压缸a 单柱塞缸b 双柱塞缸1 缸筒2 柱塞 式中D 柱塞直径 柱塞缸的输出力F和运动速度v的计算式 25 66 4 1液压缸的类型和基本参数计算 摆动缸 当通入液油 它的主轴能输出小于360 的摆动运动的缸称为摆动式液压缸 常用于辅助装置 如送料和转位装置 液压机械手及间歇进给机构 图4 7摆动缸 b 双叶片式 a 单叶片式 单叶片式摆动缸的最大回转角度一般小于280 双叶片式摆动缸的最大回转角度一般小于150 26 66 4 1液压缸的类型和基本参数计算 增压缸 增压缸是活塞缸与柱塞缸组成的复合缸 但它不是能量转换装置 只是一个增压器件 增压比为大活塞与小柱塞的面积比K D2 d2 增压能力是在降低有效流量的基础上得到的 增压缸作为中间环节 用在低压系统要求有局部高压油路的场合 27 66 4 1液压缸的类型和基本参数计算 多级缸 又称伸缩套筒式缸 由两个或多个活塞式缸套装而成 前一级活塞缸的活塞杆是后一级活塞缸的缸筒 各级活塞依次伸出可获得很长的行程 当依次缩回时缸的轴向尺寸很小 除双作用伸缩液压缸外 还有单作用伸缩液压缸 它与双作用不同点是回程靠外力 而双作用靠液压作用力 特别适用于工程机械及自动线步进式输送装置 28 66 4 1液压缸的类型和基本参数计算 齿条活塞缸 齿条活塞缸是活塞缸与齿轮齿条机构组成的复合式缸 它将活塞的直线往复运动转变为齿轮的旋转运动 用于机床的进刀机构 回转工作台转位 液压机械手等 29 66 4 2液压缸的典型结构 单杆活塞式液压缸结构 液压缸的结构可以分为缸筒和缸盖 活塞和活塞杆 密封装置 缓冲装置和排气装置五个部分 活塞与活塞杆用螺纹连接 并用止动销14固死 前 后缸盖通过法兰23和螺钉 图中未示 压紧在缸筒的两端 为了提高密封性能并减少摩擦力 在活塞与缸筒之间 活塞杆与导向环之间 导向环与前缸盖这间 活塞杆与导向环之间 导向环与前缸盖之间 前后缸盖与缸筒之间装有各种动 静密封圈 当活塞移动接近左右终端时 液压缸回油腔的油只能通过缓冲柱塞上通流面积逐渐减小的轴向三角槽和可调缓冲器24回油箱 对移动部件起制动缓冲作用 缸中空气经可调缓冲器中的排气通道排出 30 66 4 2液压缸的典型结构 单杆活塞式液压缸结构 图单杆活塞式液压缸结构1 活塞杆2 防尘圈3 活塞杆密封4 活塞杆导向环5 7 16 19 反衬密封圈6 8 10 17 18 O型密封9 活塞前缓冲11 活塞12 活塞密封13 15 低摩密封14 螺钉止动销20 止动销21 密封圈22 前缸盖23 法兰24 可调缓冲器25 螺纹止动销26 缸筒27 后缓冲套28 后止动环29 后缸盖 31 66 4 2液压缸的典型结构 缸筒和缸盖 32 66 4 2液压缸的典型结构 33 66 4 2液压缸的典型结构 缸筒和缸盖 34 66 4 2液压缸的典型结构 活塞和活塞杆 35 66 4 2液压缸的典型结构 活塞和活塞杆 图4 6 c 所示为双半环连接 在活塞杆6上开有两个环形槽 两组半环9分别由两个密封座7套住 为了安装活塞8做成两个半环 图4 6 d 所示为锥销连接 锥销10把活塞11固定在活塞杆12上 这种连接结构简单 强度较差 适用于轻载的情况 常用于双杆活塞缸 36 66 4 2液压缸的典型结构 活塞杆伸出端结构 液压缸常用的伸出端端盖结构 37 66 4 2液压缸的典型结构 活塞杆头部的连接形式 38 66 39 66 4 2液压缸的典型结构 活塞的密封形式 图4 22活塞的结构与密封a O形密封圈密封b L形密封圈密封c Y形密封圈密封d 小Y形密封圈密封 4 2液压缸的典型结构 密封装置 40 66 4 2液压缸的典型结构 密封装置 41 66 4 2液压缸的典型结构 缓冲装置 缓冲装置是利用活塞或缸筒移动到接近终点时 将活塞和缸盖之间的一部分油液封住 迫使油液从小孔或缝隙中挤出 从而产生很大的阻力 使工作部件平稳制动 并避免活塞和缸盖的相互碰撞 理想的缓冲装置应在其整个工作过程中保持缓冲压力恒定不变 实际的缓冲装置则很难做到这点 42 66 43 66 4 2液压缸的典型结构 液压缸中常用的缓冲装置 4 2液压缸的典型结构 排气装置 44 66 4 3液压缸的设计计算 液压缸的设计 设计液压缸时 要在分析液压系统工作情况的基础上 根据液压缸在机构中所要完成的任务来选择液压缸的结构形式 然后按负载 运动要求 最大行程等确定主要尺寸 进行强度 稳定性和缓冲验算 最后进行具体的结构设计 应注意的问题 1 尽量使活塞杆在受拉力状态下承受最大负载 或在受压状态下活塞杆应具有良好的纵向稳定性 2 液压缸各部分的结构尽可能按推荐的结构形式和设计标准进行设计 尽量做到结构简单 紧凑 加工 装配和维修方便 3 考虑液压缸行程终端处的制动和液压缸的排气问题 4 正确确定液压缸的安装和固定方式 考虑液压缸的热变形 它只能一端定位 45 66 4 4液压缸的设计 主要尺寸的确定 1 缸筒内径D根据负载大小和选定的工作压力 或运动速度和输入流量 按本章有关算式确定后 再从GB T2348 2001标准中选取相近尺寸加以圆整 取p2 0 46 66 4 4液压缸的设计 主要尺寸的确定 47 66 4 4液压缸的设计 主要尺寸的确定 2 活塞杆直径d按工作时受力情况来决定 对单杆活塞缸 d值也可由D和 来决定 按GB T2348 2001标准进行圆整 行业标准JB T7939 1999规定了单杆活塞液压缸两腔面积比的标准系列 4 18 48 66