流体传动与控制 第4章.ppt

1,博士教授,流体传动与控制,2010年9月,2,第4章液压缸,3,功用：将压力能转换为机械能而对负载作功，实现直线往复运动。,4.1类型及特点,结构形式,活塞式,柱塞式,组合式,单作用式,作用方式,双作用式,4,只有一腔能进出压力油，活塞（缸体）只能依靠液压力作单向运动，回程需借助自重/外力的液压缸,单作用式,单作用式又分为,无弹簧式,附弹簧式,柱塞式,4.1类型及特点,5,两腔均能进出压力油，活塞（缸体）能作正、反两个方向移动。,双作用式又分两种,双作用式,双杆形,单杆形,4.1类型及特点,6,柱塞式液压缸,单活塞杆式液压缸,双活塞杆式液压缸,伸缩式液压缸,4.1类型及特点,7,单活塞杆式液压缸,双活塞杆式液压缸,伸缩式液压缸,弹簧复位式液压缸,4.1类型及特点,8,增压缸,串联式液压缸,齿轮缸,4.1类型及特点,9,摆动缸,4.1类型及特点,10,4.1类型及特点,11,4.1类型及特点,12,1.活塞缸,单活塞杆液压缸只有一端有活塞杆。两端进出油口A和B都可通压力油或回油，以实现双向运动，故称为双作用缸。,4.1类型及特点,13,14,4.1类型及特点,15,当供给液压缸的流量Q一定时，活塞两个方向的运动速度为：,v1=Q/A1=4Q/D2(向左）,v2=Q/A2=4Q/(D2-d2)(向右）,当供油压力p一定，回油压力为零时作用力,F1=p.A1=p.D2/4(向右）F2=p.A2=p.(D2-d2)/4(向左）,4.1类型及特点,16,当差动连接时，作用力为：,F3=p(A1-A2)=p.(d2/4),速度:v3=(Q+Q2)/A1=(Q+v3.A2)/A1,v3=Q/(A1-A2)=4Q/d2,4.1类型及特点,17,4.1类型及特点,18,单活塞杆液压缸可以是缸筒固定，活塞运动；也可以是活塞杆固定缸筒运动。无论采用其中哪一种形式，液压缸运动所占空间长度都是两倍行程。,4.1类型及特点,19,双活塞杆式液压缸,1活塞杆2堵头3托架4、17V形密封圈5、14排气孔6、19导向套7O形密封圈8活塞9、22锥销10缸体11、20压板12、21钢丝环13、23纸垫15活塞杆16、25压盖18、24缸盖,双活塞杆液压缸的两端都有活塞伸出，组成与单活塞杆液压缸基本相同。缸筒与缸盖用法兰连接，活塞与缸筒内壁之间采用间隙密封。,4.1类型及特点,20,4.1类型及特点,21,双活塞杆液压缸的两活塞杆直径通常相等，活塞两端有效面积相同。如果供油压力不变，那么活塞反复运动时两个方向的作用力和速度相等。,v=Q/A=4Q/(D2-d2)F=p.A=p.(D2-d2)/4,这种液压缸在传动时活塞杆只承受拉力，多数用于机床。,4.1类型及特点,22,2.柱塞式液压缸,柱塞式液压缸特点,(1)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；,4.1类型及特点,23,(2)柱塞只靠缸套支承而不与缸套接触，这样缸套极易加工，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。,柱塞上有效作用力F为：,柱塞运动速度为：,4.1类型及特点,24,3.伸缩式液压缸,具有二级或多级活塞，如伸缩式缸活塞伸出顺序从大到小，而空载缩回的顺序则一般从小到大。可实现较长的行程，而缩回时长度较短，结构较为紧凑。常用于工程机械和农业机械上。,4.1类型及特点,25,4.1类型及特点,26,4.1类型及特点,27,缸筒,主要是由钢材制成，工作压力p10MPa铸铁缸筒10MPap20MPa无缝钢管p20MPa铸钢或锻钢,4.2液压缸的典型结构,缸筒内要经过精细加工，表面粗糙度Ra0.08m，以减少密封件的摩擦。,28,通常由钢材制成，有前端盖和后端盖，安装在缸筒的前后两端，盖板和缸筒的连接方法有焊接、拉杆、法兰、罗纹连接等。,4.2液压缸的典型结构,缸盖,29,活塞,活塞的材料通常用钢或铸铁，也可采用铝合金。活塞应有一定的导向长度，一般取活塞长度为缸筒内径的（0.61.0）倍。,活塞杆是由钢材做成实心杆或空心杆，表面经淬火再镀铬处理并抛光。短行程的液压缸的活塞杆与活塞做成一体。,4.2液压缸的典型结构,活塞杆,30,活塞与活塞杆的连接,螺母连接,结构简单，适用负载较小，受力无冲击的缸中，安装方便可靠，但在活塞杆上车螺纹将削弱其强度。,法兰连接,高压，需焊接法兰盘，较复杂,结构简单，轴向尺寸紧凑，但损坏后需整体更换,整体式,4.2液压缸的典型结构,31,卡环式连接,活塞杆上开有一个环形槽，槽内装有两个半圆环3以夹紧活塞4，半环3由轴套2套住，而轴套2的轴向位置用弹簧卡圈1来固定。,4.2液压缸的典型结构,32,径向销式连接,用锥销1把活塞2固连在活塞杆3上。特别适用于双出杆式活塞。,4.2液压缸的典型结构,33,缓冲装置,作用：防止活塞在行程的终点与前后端盖板发生碰撞，引起噪音，影响工件精度或使液压缸损坏。,前后端盖上设缓冲装置,缓冲原理：,利用节流方法在液压缸的回油腔产生阻力，减小速度，避免撞击。,4.2液压缸的典型结构,34,凡是两个零件连接处或相对运动表面都应设置密封装置静密封O形圈动密封O形圈、V形密封、U形密封、Y形密封、复合密封、活塞环。,密封装置,用以防止油液的泄漏,4.2液压缸的典型结构,35,放气装置,在安装过程中或停止工作的一段时间后，空气将渗入液压系统内，缸筒内如存留空气，将使液压缸在低速时产生爬行、颤抖现象，换向时易引起冲击，因此在液压缸结构上要能及时排除缸内留存的气体。,双作用式液压缸不设专门的放气孔，将液压油出入口布置在前后盖板的最高处。,大型双作用式液压缸则必须在前后端盖板设放气栓塞。对于单作用式液压缸液压油出入口一般设在缸筒底部，在最高处设放气栓塞。,4.2液压缸的典型结构,36,液压缸的设计和计算,选择结构类型，按负载情况、运动要求、最大行程等确定其主要工作尺寸，进行强度、稳定性和缓冲验算，最后再进行结构设计。,液压缸的设计内容和步骤,(1)选择液压缸的类型和各部分结构形式,(2)确定液压缸的工作参数和结构尺寸,(3)结构强度、刚度的计算和校核,(4)导向、密封、防尘、排气和缓冲等装置的设计,(5)绘制装配图、零件图、编写设计说明书,4.3设计计算,37,计算液压缸的结构尺寸,三个主要结构尺寸,缸筒内径D,活塞杆外径d,缸筒长度L,(1)缸筒内径D,负载,工作压力,往返速度比,有效工作面积,缸筒内径D,取标准值,以无杆腔作工作腔时,4.3设计计算,38,以有杆腔作工作腔时,(2)活塞杆外径d,先从满足速度或速度比的要求来选择，然后再校核其结构强度和稳定性。,(3)缸筒长度L,由最大工作行程长度加上各种结构需要来确定,L=l+B+A+M+C,最大工作行程,活塞宽度,一般为(0.6-1)D,杆导向长度取(0.6-1.5)D,活塞杆密封长度,其他长度,4.3设计计算,39,(4)最小导向长度的确定,活塞杆全部外伸时，活塞支承面中点到导向套滑动面中点的距离。,保证稳定性的最小长度,HL/20+D/2,4.3设计计算,40,隔套宽度C,强度校核,在高压系统中必须对液压缸的缸筒壁厚、活塞杆直径d和缸盖固定螺栓的直径进行强度校核。中低压系统，无需校核。,(1)缸筒壁厚校核,D/10时，壁厚按薄壁进行校核：,=pyD/2,D/10，按壁厚进行校核,4.3设计计算,41,(2)活塞杆直径校核,(3)液压缸盖固定螺栓直径校核,稳定性校核,FFk,缓冲计算,4.3设计计算,42,液压缸、液压泵、液压马