(液压与气压传动) 液压缸

1、液压与气压传动( (液压与气压传动液压与气压传动) )第五第五章液压缸章液压缸第五章 液压缸25.1 液压缸类型和特点液压缸类型和特点5.2 液压缸的典型结构和组成液压缸的典型结构和组成5.3 液压缸的设计和计算液压缸的设计和计算第五章 液压缸35.1.1 活塞式液压缸活塞式液压缸 液压缸的种类繁多，通常根据其结构特点分为活塞式、柱塞式和摆动式三大类；按其作用来分，有单作用式和双作用式。下面介绍几种常用的液压缸。 (1(1双杆活塞缸双杆活塞缸 a)图5-7 双杆活塞缸 b)第五章 液压缸4 因双活塞杆液压缸的两端活塞杆直径相等，所以当输入流量和油液压力不变时，其往返运动速度和推力相等。那么缸的

2、推力F和运动速度分别为： 式中 A 液压缸的有效面积； m液压缸的机械效率； V液压缸的容积效率； D活塞直径； d活塞杆直径； q输入液压缸的流量； p1进油腔压力； p2回油腔压力。221212()()()4mmFA ppDdpp224()vqqvADd第五章 液压缸52 2单杆活塞缸单杆活塞缸 a) b) c) 图5-8 单杆活塞缸 如图5-8所示，活塞只有一端带活塞杆，单杆活塞缸也有缸筒固定和活塞杆固定的两种安装形式。两种安装方式的工作台运转范围均为活塞有效行程l的2倍。 单杆活塞缸因左、右两腔有效面积A1和A2不等，因此当进油腔和回油腔压力分别为P1和P2，输入左、右两腔的流量均为q

3、 时，液压缸左、右两个方向的推力和速度不相同。第五章 液压缸6图5-9 柱塞液压缸5.1.2 柱塞液压缸柱塞液压缸第五章 液压缸7 前面所讨论的活塞式液压缸的应用非常广泛,但这种液压缸由于缸孔加工精度要求很高，当行程较长时，加工难度大,使得制造本钱增加。在生产实际中,某些场合所用的液压缸并不要求双向控制,柱塞式液压缸正是满足了这种使用要求的一种价格低廉的液压缸。 当柱塞直径为d，输入液压油流量为q时，柱塞上所产生的推力F和速度v分别为： 24mmFpApd24vvqqvAd第五章 液压缸81 1伸缩液压缸伸缩液压缸 伸缩式液压缸又称多套缸，它是由两级或多级活塞式液压缸套装而成的，前一级活伸缩式

4、液压缸又称多套缸，它是由两级或多级活塞式液压缸套装而成的，前一级活塞缸的活塞是后一级活塞的缸筒。当通入压力油时，活塞有效面积最大的缸筒以最低油塞缸的活塞是后一级活塞的缸筒。当通入压力油时，活塞有效面积最大的缸筒以最低油压力开始伸出，当行至终点时，活塞有效面积次之的缸筒在压力油的作用下开始伸出。压力开始伸出，当行至终点时，活塞有效面积次之的缸筒在压力油的作用下开始伸出。各级伸出速度取决于外伸缸筒的有效面积，外伸缸筒有效面积越小，伸出速度加快。伸各级伸出速度取决于外伸缸筒的有效面积，外伸缸筒有效面积越小，伸出速度加快。伸缩式液压缸可以获得很长的行程，缩回时轴向尺寸又很小。缩式液压缸可以获得很长的行

5、程，缩回时轴向尺寸又很小。 以下图以下图5-105-10和和5-115-11分别为双作用伸缩液压缸和单作用伸缩液压缸工作原理图。分别为双作用伸缩液压缸和单作用伸缩液压缸工作原理图。 n 5.1.3 其它形式液压缸其它形式液压缸第五章 液压缸9图5-11 单作用伸缩液压缸图5-10 双作用伸缩液压缸第五章 液压缸102 2齿条活塞液压缸齿条活塞液压缸 图5-12 齿条活塞液压缸第五章 液压缸113 3增压缸增压器增压缸增压器 图5-13 增压缸第五章 液压缸125.2.1 5.2.1 液压缸的典型结构液压缸的典型结构第五章 液压缸135.2.2 液压缸的组液压缸的组成成 液压缸按结构组成分为缸体

6、组件、活塞组件、密封装置、缓冲装置和排气装置等。除密封装置将在第六章单独表达外，下面介绍其它局部。1缸体组件图5-15 缸筒与缸盖连接方式第五章 液压缸142 2活塞组件活塞组件图5-16 活塞与活塞杆的连接第五章 液压缸153 3缓冲装置缓冲装置图5-17 液压缸的缓冲装置a) 圆柱形环隙式圆柱形环隙式 b) 圆锥形环隙式圆锥形环隙式 c) 可变节流槽式可变节流槽式 d) 可调节流孔式可调节流孔式 第五章 液压缸164) 4) 排气装置排气装置图5-18 排气装置第五章 液压缸175.3.1 液压缸主要尺寸确实定液压缸主要尺寸确实定 液压缸的结构尺寸与主机的工作机构有直接关系。在对主机液压系

7、统进行工况分析、编制负载图、确定各工况压力之后详见第九章，根据工作机构负载、运动速度、工作行程等确定液压缸的尺寸和结构，对主要零件进行验算，最后进行液压缸的结构设计，具体设计时还需参考有关设计手册。1. 1. 液压缸设计中应注意的问题液压缸设计中应注意的问题1 1在保证所获得速度和推力的前提下，应尽可能使液在保证所获得速度和推力的前提下，应尽可能使液压缸各局部结构按有关标准来设计，尽压缸各局部结构按有关标准来设计，尽 量做到液压缸结量做到液压缸结构紧凑、加工、装配和维修方便。构紧凑、加工、装配和维修方便。2 2尽量使活塞杆在承受最大负载时处于受拉状态，假尽量使活塞杆在承受最大负载时处于受拉状态

8、，假设受压应具有良好的纵向稳定状态。长行程的活塞杆伸出设受压应具有良好的纵向稳定状态。长行程的活塞杆伸出时，还应加辅助支承，防止活塞杆下垂。时，还应加辅助支承，防止活塞杆下垂。3 3液压缸热胀冷缩时应不受阻碍，所以液压缸在安装、液压缸热胀冷缩时应不受阻碍，所以液压缸在安装、固定时，液压缸只能一端定位。固定时，液压缸只能一端定位。4 4根据液压缸具体工作条件，考虑是否有缓冲、排气根据液压缸具体工作条件，考虑是否有缓冲、排气和防尘等装置和防尘等装置 第五章 液压缸18n缸筒内径D液压缸的理论作用力液压缸的理论作用力F1 F1 、F2F2和供油压力和供油压力P1P1对于单杆活塞缸，当无杆腔进油时，不

9、考虑机械效率，缸对于单杆活塞缸，当无杆腔进油时，不考虑机械效率，缸筒内径筒内径D D ：21212124()Fd pDpppp液压缸设计时，常选回油压力液压缸设计时，常选回油压力P P2 2=0 =0 114FDp2. 液压缸主要尺寸确实定液压缸主要尺寸确实定第五章 液压缸19当有杆腔进油时，不考虑机械效率，缸筒内径当有杆腔进油时，不考虑机械效率，缸筒内径D D的计算公式为的计算公式为22112124()Fd pDpppp同样，回油压力同样，回油压力P2=0P2=02214FDdp液压缸的理论作用力计算公式为液压缸的理论作用力计算公式为011FF022FF第五章 液压缸20执行机构的速度执行机

10、构的速度V1V1，V2V2，和液压泵的流量，和液压泵的流量q q 对于单杆活塞缸，对于单杆活塞缸，当无杆腔进油当无杆腔进油时，不考虑机械效率，缸时，不考虑机械效率，缸筒内径筒内径D D的计算公式为的计算公式为14qD当当有杆腔进油有杆腔进油时，不考虑机械效率，缸筒内径时，不考虑机械效率，缸筒内径D D的计算公式为的计算公式为 224qDd 最后将以上各式计算求得的值，选择其中最大者，圆整到标准最后将以上各式计算求得的值，选择其中最大者，圆整到标准值即可。值即可。第五章 液压缸21n活塞杆直径d对于双作用单杆活塞缸，有速比要求时，其活塞杆的直对于双作用单杆活塞缸，有速比要求时，其活塞杆的直径可根

11、据往复运动的速比径可根据往复运动的速比来计算，计算公式为来计算，计算公式为1dD 由于速比过大时会使无杆腔产生过大的回油压力，过小时那么由于速比过大时会使无杆腔产生过大的回油压力，过小时那么活塞杆太细，稳定性差。活塞杆太细，稳定性差。第五章 液压缸22n缸筒长度L液压缸的缸筒长度是由各工作部件的行程长度及其结构上的液压缸的缸筒长度是由各工作部件的行程长度及其结构上的要求共同确定的，包括活塞最大工作行程、活塞宽度含密要求共同确定的，包括活塞最大工作行程、活塞宽度含密封件长度、最小导向长度及特殊要求的其他长度等封件长度、最小导向长度及特殊要求的其他长度等 。 第五章 液压缸233. 3. 强度校核

12、强度校核1 1缸筒壁厚缸筒壁厚的校核的校核 对中低压系统，由于缸筒的壁厚对中低压系统，由于缸筒的壁厚往往根据结构工艺往往根据结构工艺的要求来确定，它的强度足够，通常可以不必校核。但在高的要求来确定，它的强度足够，通常可以不必校核。但在高压系统并且缸筒内径压系统并且缸筒内径D D较大时，那么必须对壁厚进行校核。较大时，那么必须对壁厚进行校核。当当D/10D/10时，可按薄壁筒公式来校核时，可按薄壁筒公式来校核 当当D/D/1010时，应按厚壁筒公式进行校核时，应按厚壁筒公式进行校核 2yp D 0.412 1.3yypDp第五章 液压缸242 2活塞杆的直径活塞杆的直径d d的校核的校核 活塞杆

13、主要承受拉、压作用力，其校核公式为：活塞杆主要承受拉、压作用力，其校核公式为： 当活塞杆计算长度当活塞杆计算长度 10d10d时，受到轴向压缩负载超过某一临界值时，会失时，受到轴向压缩负载超过某一临界值时，会失去稳定性，所以要按材料力学有关公式进行稳定性验算。去稳定性，所以要按材料力学有关公式进行稳定性验算。3 3液压缸连接螺栓的直径校核液压缸连接螺栓的直径校核 当缸筒与缸盖用螺栓连接时，螺栓在工作中既承受拉应力又承受扭应当缸筒与缸盖用螺栓连接时，螺栓在工作中既承受拉应力又承受扭应力。计算时取螺栓所受外力的力。计算时取螺栓所受外力的1.31.3倍，按材料力学有关公式进行校核。倍，按材料力学有关

14、公式进行校核。214 Fdd l第五章 液压缸25 n尽量使活塞杆在受拉状态下承受最大负载，或者在受压状态下工作。应保尽量使活塞杆在受拉状态下承受最大负载，或者在受压状态下工作。应保证它具有较好的稳定性。证它具有较好的稳定性。n液压缸并非都要设置缓冲和排气装置，应根据具体情况而定。液压缸并非都要设置缓冲和排气装置，应根据具体情况而定。n具体结构设计要按照最正确的结构形式进行，尽量采用标准件。具体结构设计要按照最正确的结构形式进行，尽量采用标准件。n确定液压缸安装固定形式时，必须考虑缸筒和活塞杆受热变形问题。定位确定液压缸安装固定形式时，必须考虑缸筒和活塞杆受热变形问题。定位销只能打在液压缸一端

15、的两侧；双杆活塞缸的活塞杆与运动部件不能采用刚销只能打在液压缸一端的两侧；双杆活塞缸的活塞杆与运动部件不能采用刚性连接。性连接。n在保证实现设计要求的前提下，应使液压缸外形尺寸尽可能小，结构尽可在保证实现设计要求的前提下，应使液压缸外形尺寸尽可能小，结构尽可能简单，以便于加工、装配和维修。能简单，以便于加工、装配和维修。第五章 液压缸265.5 5.5 摆动式液压缸摆动式液压缸 摆动液压缸能实现小于360角度的往复摆动运动，由于它可直接输出转矩，故又称为摆动液压马达，主要有单叶片式和双叶片式两种结构形式。 摆动式液压缸如图5-20所示。图5-20 摆动式液压缸第五章 液压缸27 图图5-20a

16、5-20a为单叶片式摆动缸，它只有一个叶片，其摆动角度较大，可达300。 图图5-20b5-20b为双叶片式摆动缸，它有二个叶片，其摆动角一般小于150。 当单叶片式摆动液压缸进出口油口压力为p1和p2，流入流量为q，叶片宽度为b，叶片底部和顶部回转半径为R1和R2，摆动缸的容积和机械效率分别为v 和m时。输出转矩TM和角速度分别为： 222112()()2MmbTRRpp22212()vqb RR第五章 液压缸28第五章 液压缸29图4-4视频演示标准 外啮合齿轮液压马达工作原理第五章 液压缸30图4-3视频演示标准叶片液压马达的工作原理第五章 液压缸31图4-7a视频演示标准：双杆活塞缸第五章 液压缸32图4-7b视频演示标准：双杆活塞缸第五章 液压缸33图