液压执行元件课件

1、Chapter 4 Hydraulic Actuators液压执行元件液压执行元件4.1 Hydraulic Motors 液压马达液压马达4.2 Hydraulic Cylinders 液压缸液压缸Motor马马 达达pqTn4.1 Hydraulic Motor 液压马达液压马达 把液压能变为机械能把液压能变为机械能，输出扭矩输出扭矩 T 与转速与转速 n。1. Introduction Functions 作用作用 Transfer hydraulic energy into mechanical energy。 Characteristic parameters 性能参数性能参数Vol

2、umetric efficiency 容积效率容积效率Mv 指经容积损失后的功率与损失前的功率之比。指经容积损失后的功率与损失前的功率之比。 Mv= qMtp/ /( (qMp) )= qMt / /qM 式中式中：qMt 理论流量理论流量 qMt = VMnM （VM:马达排量马达排量） qM 实际流量实际流量 p 马达进、出口压差马达进、出口压差 （ 而泵的容积效率而泵的容积效率pv= q/ /qt ） Mechanical efficiency 机械效率机械效率Mm 除泄漏外的各种损失都归之为机械损失。除泄漏外的各种损失都归之为机械损失。 Mm = PMo /(/(qMtp） = TMo

3、/(/(TMt) )= TMo/ /TMt 式中式中：PMo马达输出功率马达输出功率 TMt 理论输出扭矩理论输出扭矩 TMo 实际输出扭矩实际输出扭矩 马达输出角速度马达输出角速度（泵的机械效率泵的机械效率 pm= Tt / /T） Overall efficiency 总效率总效率M M= PMo/ /PMi=MvMm 式中：式中：PMi马达输入功率马达输入功率( (p=pvpm) )Output torque 输出扭矩输出扭矩 TMo TMo =p VMMm/(/(2) ) （可由可由 2nMTMo =p qMtMm 推导出）推导出） qMt= VMnM Motor revolution

4、 马达转速马达转速 nM nM = qMMv/ /VMOutput power 输出功率输出功率 PMo PMo = qMpM= TMo= TMo( (2) )nM （而泵的输出功率（而泵的输出功率 Ppo= pq） Classification 分类分类According to structures 按结构形式不同按结构形式不同 Gear, vane and piston types 齿轮、叶片和柱塞式齿轮、叶片和柱塞式According to delivery types 按排量是否可调按排量是否可调 Fixed and variable delivery motors 定量马达定量马达和

5、和变量马达变量马达According to working performances 按输出参数按输出参数 High-speed and lower-speed large torque motors 高速马达高速马达和和低速大扭矩马达低速大扭矩马达 Graphic symbols of motor 马达马达图形符号图形符号Variable定量马达定量马达变量变量马达马达双向定量双向定量马达马达Double SingleFixed 双向变量双向变量马达马达2. Operating principle of hydraulic motors 马达工作原理马达工作原理Axial piston mo

6、tors 轴向柱塞马达轴向柱塞马达Swash plate axial piston motor Fig. 4- -2 斜盘式轴向柱塞马达斜盘式轴向柱塞马达滑靴结构滑靴结构结构：结构：与泵相同，反用即为马达。与泵相同，反用即为马达。工作原理：工作原理：柱塞在压力油作用下外伸紧压在斜盘柱塞在压力油作用下外伸紧压在斜盘 上，斜盘对柱塞的反作用力垂直于斜上，斜盘对柱塞的反作用力垂直于斜 盘表面，其轴向分力盘表面，其轴向分力Fx 与柱塞所受的与柱塞所受的 液压推力相平衡，径向分力液压推力相平衡，径向分力Fy 使使每个每个 高压区的柱塞对缸体中心产生转矩。高压区的柱塞对缸体中心产生转矩。 Structur

7、e and operating principle 构造与工作原理构造与工作原理斜轴式轴向柱塞马达斜轴式轴向柱塞马达Vane motors 叶片马达叶片马达Double-acting vane motor 双作用叶片马达双作用叶片马达 Fig. 4- -3 Similar to vane pump，differences: Springs used to push vane touches with stator inner surface 弹簧保证叶片与定子内表面接触弹簧保证叶片与定子内表面接触Zero vane angle for two direction running 叶片零度安装便

8、于双向旋转叶片零度安装便于双向旋转Pressure oil is led to vane bottom to keep the vanes touch with stator surface tightly 压力油引入叶片底部确保叶片紧贴定子内表面压力油引入叶片底部确保叶片紧贴定子内表面Fig. 4- -3Operating principle 工作原理工作原理 压力油作用在过渡区叶片上的面积不同，压力油作用在过渡区叶片上的面积不同，产生力矩推动转子带动输出轴旋转。产生力矩推动转子带动输出轴旋转。Specialties 特点特点 体积小，惯性小，动作灵敏，但泄漏较大。体积小，惯性小，动作灵敏，

9、但泄漏较大。适用于转矩低、转速高、要求动作灵敏适用于转矩低、转速高、要求动作灵敏 的场合。的场合。叶片泵叶片泵叶片马达叶片马达起动弹簧起动弹簧没有起动弹簧没有起动弹簧 转子两侧环形槽内装有转子两侧环形槽内装有扭力弹簧，使叶片始终顶紧扭力弹簧，使叶片始终顶紧定子，保证起动密封。定子，保证起动密封。叶片安装叶片安装 叶片前倾或后倾叶片前倾或后倾 径向放置径向放置，以适应正、反转以适应正、反转叶片根叶片根部油压部油压叶片根部不一定叶片根部不一定通高压油通高压油保证叶片根部始终通压力油保证叶片根部始终通压力油泄漏油的泄漏油的回油方式回油方式内部回油内部回油外部回油外部回油进、出油进、出油口口径口口径进

10、油口口径进油口口径 出油口口径出油口口径 进油口、出油口一样大。进油口、出油口一样大。叶片泵和液压马达比较表叶片泵和液压马达比较表 Gear motors 齿轮马达齿轮马达 External gear pump 外啮合齿轮马达外啮合齿轮马达 Fig. 4- -4 Similar to gear pump，differences： 与齿轮泵类似，区别：与齿轮泵类似，区别：Leakage oil to tank separately 泄漏油单独回油箱泄漏油单独回油箱Same size for the inlet and outlet ports 进、出油口大小相同进、出油口大小相同Fig. 4-

11、-4 Operating principle 工作原理工作原理 由于受压力油作用的齿面面积不同而产生由于受压力油作用的齿面面积不同而产生 转矩转矩。 Specialties 特点特点 与齿轮泵类似，多用于转速高、扭矩小的与齿轮泵类似，多用于转速高、扭矩小的 场合场合。 【课题练习课题练习】 外啮合齿轮泵作马达用，原进油口改作出油口，外啮合齿轮泵作马达用，原进油口改作出油口，原出油口改作进油口，则马达的转向（原出油口改作进油口，则马达的转向（ ）。）。 A. 与作泵时转向相同与作泵时转向相同 B. 与作泵时转向相反与作泵时转向相反 C. 转向无法确定转向无法确定 D. 根本转不起来根本转不起来

12、【课堂练习课堂练习】 外啮合齿轮泵作马达用，原进油口改作出油口，外啮合齿轮泵作马达用，原进油口改作出油口，原出油口改作进油口，则马达的转向（原出油口改作进油口，则马达的转向（ ）。）。 A. 与作泵时转向相同与作泵时转向相同 B. 与作泵时转向相反与作泵时转向相反 C. 转向无法确定转向无法确定 D. 根本转不起来根本转不起来BPintle 配油轴配油轴 Crank shaft 偏心轮偏心轮Crisscross Coupling 十字联轴节十字联轴节Rod 连杆连杆Saddle surface 马鞍形面马鞍形面( (hydraulic bearing) )( (静压支承静压支承) )Pisto

13、n 柱塞柱塞 Ball articulated球铰球铰(hydraulic bearing)Cylinder缸室缸室Reciprocate in radial 径向往复伸缩径向往复伸缩Radial piston motors 径向柱塞马达径向柱塞马达( (Low- -speed motors) ) Single-acting connecting rod type 曲柄连杆马达曲柄连杆马达 Structure 结构结构Fig. 4- -5 曲柄连杆马达工作原理曲柄连杆马达工作原理Fig. 3- -5 Operating principle 工作原理工作原理 Fig.4- -5n High pr

14、essure pushes rod by piston to produce torque on cam。 高压油推柱塞外伸对凸轮高压油推柱塞外伸对凸轮( (输出轴输出轴) )产生扭矩。产生扭矩。n Cam pushes pistons in low pressure area by rod to drain low pressure oil into tank。 偏心轮通过连杆推柱塞使低压油排出。偏心轮通过连杆推柱塞使低压油排出。 液压力的合力通过偏心圆几何中心，对曲轴液压力的合力通过偏心圆几何中心，对曲轴回转中心产生力矩。回转中心产生力矩。压力油压力油 活塞活塞 连杆连杆 曲轴偏心圆表面曲

15、轴偏心圆表面推推推推推推n Stable low speed 低速稳定低速稳定n Low mechanical efficiency in low speed starting 低速启动效率低低速启动效率低 Specialties 特点特点n High torque, low speed 低速大扭矩低速大扭矩n Unbalanced radial force 径向力不平衡径向力不平衡n High stress on two side of rod 连杆两端接触应力大连杆两端接触应力大 Incurve multiple-acting radial piston motors 多作用内曲线径向柱塞

16、马达多作用内曲线径向柱塞马达 Fig. 4- -6 Structure 构造构造1. Piston( (reciprocates in radial) ) 柱塞柱塞2. Cylinder block( (stationary) ) 缸体缸体3. Roller( (rolls on cam) ) 滚轮滚轮4. Rotating valve( (runs) )配油轴配油轴 5. Inlet port 进油口进油口6. Outlet port 出油口出油口7. multi-lobed cam ( (turns) )多曲轨面多曲轨面 Specialties 特点特点 Fine low speed pe

17、rformance 低速稳定性好低速稳定性好 Working safely and reliable 工作安全可靠工作安全可靠 High request for cam manufacturing 内曲面轨道制造难度大内曲面轨道制造难度大 Radial force balanced 径向力平衡径向力平衡 Operating principle 工作原理工作原理 Pressure oil pushes roller by piston against curve surface to produce torque driving cam running 压力油推滚轮驱动轨道旋转压力油推滚轮驱动轨

18、道旋转泵和马达的排量标准系列泵和马达的排量标准系列（单位：单位：mL/ /r） ，10，12.5，（，（14），），16，（，（18），），20，（22.5），），25，（，（28），），31.5，（，（35.5），），40， ，4000，（，（4500），），5000，（，（5600），）， 6300，（，（7100），），8000，9000， 。【例例1】如图所示为定量泵和定量马达系统，已知泵的如图所示为定量泵和定量马达系统，已知泵的 输出压力输出压力 pp10MPa，排量，排量 Vp10mL/ /r，转，转 速速 np1450r/ /min，容积效率，容积效率pv0.9，机械，机械 效率

19、效率pm0.9，液压马达排量，液压马达排量 Vm10mL/ /r， 容积效率容积效率mv0.9，机械效率，机械效率mm0.9，泵，泵 出口与马达进口间管道压力损失为出口与马达进口间管道压力损失为0.5MPa， 其它损失不计，试求：其它损失不计，试求： 例例 题题 （1）液压泵的驱动功率）液压泵的驱动功率 Pip； （2）液压泵的输出功率）液压泵的输出功率 Pop； （3）液压马达的输出转速）液压马达的输出转速 nM、转矩、转矩 TM和输出和输出 功率功率 Pom。解：解： （1）液压泵驱动功率液压泵驱动功率 Pip （2）液压泵输出功率液压泵输出功率 Pop （3）液压马达输出转速液压马达输出

20、转速 nM WVnpqpPpmpvpvpppopppip2685609 . 09 . 010109 . 01450101066 WqpPppop2175609 . 010101450101066)(5 .117410109 .09 .01010145066rpmVqnmmvpM液压马达输出转矩液压马达输出转矩TM 液压马达输出功率液压马达输出功率PommNpVTmmmM6 .1329 . 0105 . 0101010266)16746 .13605 .117422WTnPMMom（ 【例【例2】图示系统中，已知泵的排量图示系统中，已知泵的排量Vp40 mL/ /r，转，转 速速 np=1450

21、 r/ /min，机械效率和容积效率均为，机械效率和容积效率均为 0.9；变量马达的排量范围为；变量马达的排量范围为 Vm40 100 mL/ /r，机械效率和容积效率为，机械效率和容积效率为0.9，马达的负，马达的负 载扭矩载扭矩 Tm 40 Nm。不计管。不计管 道损失，试求：道损失，试求： 1 泵的输出流量泵的输出流量 q p； 2 马达最大进口压力马达最大进口压力 p m； 3 马达转速马达转速 n m 的范围；的范围； 4 液压系统的最大输入功率液压系统的最大输入功率 P i。解解：1 泵的输出流量泵的输出流量 qp= npVppv = 1450604010 - -60.9 = 8.

22、710- -4（m3/ /s）= 52.2 L/ /min 2 马达的最大进口压力马达的最大进口压力 pm 马达的负载扭矩恒定，因此当马达排量调至马达的负载扭矩恒定，因此当马达排量调至 最小时最小时，在马达进出口两端具有最大的压力降。在马达进出口两端具有最大的压力降。 马达出口直通油箱，其进口压力即为马达的马达出口直通油箱，其进口压力即为马达的 进出口压差，故有：进出口压差，故有：3 马达的转速范围马达的转速范围 系统的最大工作压力低于溢流阀的调定压力，系统的最大工作压力低于溢流阀的调定压力， 在不考虑管道损失的情况下，油泵的输出流量即在不考虑管道损失的情况下，油泵的输出流量即 为马达的输入流

23、量。为马达的输入流量。 当马达的排量调至最大时，其转速最低：当马达的排量调至最大时，其转速最低： nm min= qpmv/ /Vm max = 8.710 - -40.9( (10010 - -6) ) = 7.83 ( (r/s) )= 469.8 rpm)(79 . 0104040226minMPaVTpmmmmm 马达的排量调至最小时，其转速最高为马达的排量调至最小时，其转速最高为 nm max= qpmv/ /Vm min = 8.710 - -40.9( (4010 - -6) ) =19.575 ( (r/s) )=1174.5 rpm 因此，马达的转速范围为因此，马达的转速范围

24、为nm=469.81174.5 rpm。 4 液压系统的最大输入功率液压系统的最大输入功率 Pi 当系统的工作压力最大时，定量泵系统的输入当系统的工作压力最大时，定量泵系统的输入 功率最大。故有：功率最大。故有： Pi = qpppmax/ /op = 8.710 - -4710 6( (0.90.9) )= 7518.5 ( (W) )【例【例3】图示系统中，施加在马达上的负载是不断变化的图示系统中，施加在马达上的负载是不断变化的 ( (即即TM为变量为变量) )，则在进行调速则在进行调速( (Vp变化变化) )时时，( ( ) )。 A. 液压马达的转速随负载的增加而减小液压马达的转速随负

25、载的增加而减小 B. 油泵的工作压力随负载的增加而增加油泵的工作压力随负载的增加而增加 C. 液压马达输出转矩随液压泵排量的增加而增加液压马达输出转矩随液压泵排量的增加而增加 D. 液压马达输出功率随负载和液压泵排量的增加液压马达输出功率随负载和液压泵排量的增加 而减小而减小TMBExercises： 4- -1、4- -2、4- -3（Pg. 351） （2）the rotating speed of the hydraulic motor。4- -2 （2）the rotating speed of the hydraulic pump。1. Functions 作用作用 Transfor

26、m hydraulic energy to mechanical energy to achieve reciprocating motion。 液压缸可实现往复直线运动，输出推力液压缸可实现往复直线运动，输出推力 F 及速及速 度度 v；或实现往复摆动，输出扭矩；或实现往复摆动，输出扭矩T与摆动角速度与摆动角速度.Cylinder( (液压缸液压缸) )pqF 、vT、4.2 Hydraulic Cylinders 液压缸液压缸液压缸的应用液压缸的应用2. Types 类型类型Cylinders液压缸液压缸Piston活塞式活塞式Plunger柱塞式柱塞式 Rotary摆动式摆动式Singl

27、e-rod单杆单杆Double-rod双杆双杆Single-acting单作用单作用Double-acting双作用双作用Single-acting 单柱塞单柱塞Double-acting 双柱塞双柱塞Single 单叶片单叶片Double 双叶片双叶片Plunger cylinder 柱塞缸柱塞缸 Fig. 4- -9Rotary cylinder 摆动缸摆动缸 Fig. 4- -20Telescopic cylinder 伸缩缸伸缩缸 Fig. 4 - -10 、11Single-actingDouble-acting Cylinder 缸体；缸体； rack piston rod 齿条活

28、塞杆；齿条活塞杆； gear shaft 齿轮轴；齿轮轴； air bleeding valve 排气阀。排气阀。Rack and pinion cylinder齿条活塞式摆动液压缸齿条活塞式摆动液压缸 Fig. 4 - -12Superchange cylinder 增压缸增压缸 Fig. 4 - -13 增增 速速 缸缸单活塞杆式液压缸单活塞杆式液压缸双活塞杆式液压缸双活塞杆式液压缸弹簧复位式液压缸弹簧复位式液压缸柱塞式液压缸柱塞式液压缸增压缸增压缸串联式液压缸串联式液压缸伸缩式液压缸伸缩式液压缸齿条活塞缸齿条活塞缸 Graphic symbols 图形符号图形符号 单杆双作用活塞缸单杆双

29、作用活塞缸 摆动缸摆动缸3. Typical constructions and makeups 液压缸典型结构与组成液压缸典型结构与组成 Fig. 4 - -14 单杆双作用缸由缸筒单杆双作用缸由缸筒(Tube) 、活塞活塞(Piston)、活塞杆活塞杆(Piston rod)、导向套导向套(Guide sleeve)前端盖前端盖(Cylinder head) 及后端盖及后端盖(Cylinder cap)等组成等组成。 Cylinder block assembly 缸体组件缸体组件Components 组成组成 Consists of a cylinder barrel , two cyl

30、inder lids , etc. 缸体组件包括缸筒、端盖等零件。缸体组件包括缸筒、端盖等零件。Connection of lid and barrel 缸筒与端盖的连接缸筒与端盖的连接 Fig.4 - -15 a) ) Flange type 法兰连接法兰连接 简单、可靠，加工和拆装方便，但外形尺寸简单、可靠，加工和拆装方便，但外形尺寸 大。是常用的连接方式。大。是常用的连接方式。b) ) Semi-ring type 半环式半环式 连接工艺性好，结构紧凑，但削弱缸筒强度。连接工艺性好，结构紧凑，但削弱缸筒强度。 多用于无缝钢管缸筒的连接。多用于无缝钢管缸筒的连接。c）Thread type

31、 螺纹连接螺纹连接 结构紧凑、体积小，缸筒端部结构复杂，拆需专结构紧凑、体积小，缸筒端部结构复杂，拆需专用工具。常用于要求外形尺寸小、质量轻的场合。用工具。常用于要求外形尺寸小、质量轻的场合。d）Pull-rod type 拉杆式拉杆式 简单，工艺性但笨重，适用于短行程的中低压简单，工艺性但笨重，适用于短行程的中低压缸。缸。e）Welding type 焊接式焊接式 结构简单结构简单，连接牢固可靠连接牢固可靠；但焊接变形但焊接变形，维修性差维修性差。 Piston assembly 活塞组件活塞组件 Fig. 4 - -16b）Semi-ring linkage 半环连接半环连接a）Threa

32、d connection 螺纹连接螺纹连接1- -piston rod 活塞杆；活塞杆；2- -piston 活塞；活塞；3- -seal 密封圈；密封圈；4- -against looseness gasket 防松垫圈；防松垫圈；5- -nut 螺母；螺母；6- -clip key 半环键；半环键；7- -ring set 挡环，挡环， 8- -spring collar 弹簧卡圈弹簧卡圈Cushion devices 端部缓冲装置端部缓冲装置 当负载质量较大、运动速度较高，或换向平当负载质量较大、运动速度较高，或换向平稳性要求较高时，应设置端部缓冲装置。稳性要求较高时，应设置端部缓冲装置

33、。Cushion principle 缓冲原理缓冲原理 活塞接近端盖时，增大回油阻力，以降低活塞接近端盖时，增大回油阻力，以降低 液压缸的运动速度，避免活塞与端盖相撞。液压缸的运动速度，避免活塞与端盖相撞。 Cylinder cushion devices 缓冲装置缓冲装置 Fig. 4 - -17 由活塞凸台（圆锥或带槽圆柱）和端盖凹槽构由活塞凸台（圆锥或带槽圆柱）和端盖凹槽构成。对于可调节流孔式缓冲装置，在端盖上还设置成。对于可调节流孔式缓冲装置，在端盖上还设置有单向节流阀。有单向节流阀。 Venting devices 排气装置排气装置 Fig. 4 - -18 在油缸的最高部位装设排气

34、装置（如在油缸的最高部位装设排气装置（如Venting plug排气塞、排气塞、Venting valve 排气阀等）。排气阀等）。 4. Seals in linear actuator 密封装置密封装置( (Pg. 194 196) ) 液压缸中的密封，是指活塞、活塞杆、端盖液压缸中的密封，是指活塞、活塞杆、端盖( (导导向套向套) )等处的密封，用来防止液压缸内部或外部的泄等处的密封，用来防止液压缸内部或外部的泄漏，或防止灰尘、水、空气等侵入缸体内。漏，或防止灰尘、水、空气等侵入缸体内。 Types 密封类型密封类型 根据需密封的两表面间有无相对运动分为：根据需密封的两表面间有无相对运动

35、分为： Dynamic seals 动密封动密封 如活塞与缸筒内壁之间的密封。如活塞与缸筒内壁之间的密封。 Static seals 静密封静密封 活塞与活塞杆、缸筒与端盖等处的密封活塞与活塞杆、缸筒与端盖等处的密封 Sealing devices 密封方法密封方法 Clearance sealing 间隙密封间隙密封 Fig. 6 - -11 依靠两配合面间的微小间隙来防止泄漏。依靠两配合面间的微小间隙来防止泄漏。 间隙密封间隙密封结构简单，摩擦力小，但密封性结构简单，摩擦力小，但密封性能差，加工精度要求高。适用于尺寸较小、压能差，加工精度要求高。适用于尺寸较小、压力较低、运动速度高的场合。

36、力较低、运动速度高的场合。 密封圈密封密封圈密封 O - - ring seals O 形密封圈形密封圈 Fig. 6 - -12 一般用耐油橡胶制成，截面呈圆形。安一般用耐油橡胶制成，截面呈圆形。安装装 时应保证其截面具有一定的压缩变形。时应保证其截面具有一定的压缩变形。 O 形密封圈结构简单紧凑，安装方便，成形密封圈结构简单紧凑，安装方便，成本低，但启动时阻力较大。主要用于静密封和本低，但启动时阻力较大。主要用于静密封和速度较低的滑动密封。速度较低的滑动密封。O 形密封圈密封原理形密封圈密封原理 Ystyle seals Y型密封圈型密封圈 Fig. 6 - -14、15、16Y 型密封圈

37、型密封圈 工作时压力油作用于工作时压力油作用于Y型密封圈的唇边内型密封圈的唇边内表面，使两唇边外张而贴紧密封表面，产生密表面，使两唇边外张而贴紧密封表面，产生密封作用。封作用。 Y型密封圈的密封性能好，摩擦阻力小，型密封圈的密封性能好，摩擦阻力小，安装简易，常用于轴、孔作相对滑动且运动速安装简易，常用于轴、孔作相对滑动且运动速度较高的场合。度较高的场合。 V- -style seals V型密封圈型密封圈 Fig. 6 - -17 由支承环（由支承环（Support ring）、密封环（）、密封环（Sealing ring）和压环（）和压环（Press ring）三部分组成。当压环）三部分组成

38、。当压环压紧密封环时，支承环可使密封环产生变形而起压紧密封环时，支承环可使密封环产生变形而起密封作用。密封作用。Fig. 6 - -17支承环支承环密封环密封环压压 环环 V型密封圈耐高压，密封性能好，但摩擦阻型密封圈耐高压，密封性能好，但摩擦阻力大，结构较复杂。可用于压力高、往返速度不力大，结构较复杂。可用于压力高、往返速度不大的密封处。大的密封处。 Y型密封圈与型密封圈与V型密封圈均属于唇形密封圈型密封圈均属于唇形密封圈( (Lip style sealing) )，只能实现，只能实现单向密封单向密封。此类密。此类密封圈的封圈的唇边开口应迎着压力油的方向安装唇边开口应迎着压力油的方向安装，

39、并有，并有少量的预压缩量，以保持自紧密封功能。少量的预压缩量，以保持自紧密封功能。 Glide ring seals 活塞环活塞环 开口的金属环依靠其弹性变形所产生的张力开口的金属环依靠其弹性变形所产生的张力紧贴在缸体内壁，实现密封作用。紧贴在缸体内壁，实现密封作用。 耐高温，能适应较大的压力变化和速度变化，耐高温，能适应较大的压力变化和速度变化，寿命长。但加工要求高。寿命长。但加工要求高。5. Cylinder calculation and design 液压缸的设计计算液压缸的设计计算 Calculation of cylinder velocity and output force 液

40、压缸输出力与运动速度的计算液压缸输出力与运动速度的计算 设单杆双作用液压缸的缸体固定，各种损失设单杆双作用液压缸的缸体固定，各种损失 忽略不计。忽略不计。 无杆腔无杆腔 ( (面积为面积为A1) )有杆腔有杆腔（面积为（面积为A2）Dd Pressurized oil is put into the non-rod chamber 外伸外伸 压力油从无杆腔输入压力油从无杆腔输入21122221221114)(4DqAqvdDpDpApApFp1qv1F1p2Dd Pressurized oil is put into the rod chamber 内缩内缩 压力油从有杆腔输入压力油从有杆腔输

41、入)(4)(422222222112212dDqAqvDpdDpApApFp1qv2F2p2 Differential connection 差动连接差动连接 两腔同时输入压力油两腔同时输入压力油 2321211344)(dqvdpAApFp1qqv3F3 当液压缸采用差动连接获得快速空行程时，当液压缸采用差动连接获得快速空行程时，为使快进与快退的速度相等（即为使快进与快退的速度相等（即v2 = v3 ），应有：），应有：D =2 dCylinder main dimension calculation 液压缸主要尺寸计算液压缸主要尺寸计算 液压缸的主要尺寸为缸筒内径液压缸的主要尺寸为缸筒内径

42、 D、活塞杆直径、活塞杆直径 d 和液压缸长度和液压缸长度 L 等。这些参数可根据液压缸最大等。这些参数可根据液压缸最大总负载总负载 F、选定的工作压力、选定的工作压力 p、运动部件速度、运动部件速度 v 和和液压缸的行程液压缸的行程 l 决定。决定。 对于单杆活塞缸，设回油背压对于单杆活塞缸，设回油背压 p20，当无杆，当无杆腔进油时缸筒内径为：腔进油时缸筒内径为：pFD14 有杆腔进油时有杆腔进油时 活塞杆直径活塞杆直径 d 可根据受力情况和工作压力可根据受力情况和工作压力查表选取，若液压缸往返速度的比值查表选取，若液压缸往返速度的比值 确定，确定，则有：则有： 计算所得的液压缸内径计算所

43、得的液压缸内径 D 和活塞杆直径和活塞杆直径 d 应圆整为标准系列。应圆整为标准系列。224dpFD122212DddDDvv或缸径标准系列（单位：缸径标准系列（单位：mm） 8，10，12，16，20，25，32，40，50，63， 80，（，（90），），100，（，（110），），125，（，（140），）， 160，（，（180），），200，（，（220），），250，320， 400，500，630，活塞杆直径标准系列（单位：活塞杆直径标准系列（单位：mm） 4，5，6，8，10，12，14，16，18，20，22， 25，28，32，40，45，50，56，63，70，80， 9

44、0，100，110，125，140，160，180，200， 220，250，280，320，360，400， Check cylinders 液压缸的校核液压缸的校核Check on wall thickness of barrel 缸筒壁厚验算缸筒壁厚验算 液压缸的壁厚液压缸的壁厚可根据结构和工艺上的需要可根据结构和工艺上的需要确定。当液压缸的工作压力较高或直径较大时，确定。当液压缸的工作压力较高或直径较大时，还应对壁厚进行强度校核。还应对壁厚进行强度校核。Thin wall barrel 薄壁缸（薄壁缸（D/ / 10） 按薄壁圆筒公式校核：按薄壁圆筒公式校核： 2Dpy 式中：式中：壁

45、厚（壁厚（m） D缸筒内径（缸筒内径（m） py试验压力（试验压力（Pa） 1.5 p（ p16MPa ） py= （ p为油缸的最大工作压力为油缸的最大工作压力） 1.25 p（ p 16MPa ） 许用应力（许用应力（Pa） = b/ /n，b为抗拉强度，为抗拉强度， n为安全系数（为安全系数（一般取一般取 n = 5） Thick wall barrel 厚壁缸（厚壁缸（D / /10时，需要考虑压杆的纵向稳定性。时，需要考虑压杆的纵向稳定性。压杆稳定性校核可根据材料力学的有关公式进压杆稳定性校核可根据材料力学的有关公式进行。行。 欧拉公式欧拉公式（Euler formula) )： K

46、 =2EI/ /Sk （N） FK/ /S （N）式中式中：K Critical load 临界稳定力，临界稳定力，N Sk Free buckling length 自由弯曲长度，自由弯曲长度，m 与安装情况有关与安装情况有关 注：注：l 为安装长度（两支点间的距离）为安装长度（两支点间的距离） S Safety factor 安全系数（一般取安全系数（一般取 2.5 3.5） EElasticity modular 弹性模量，弹性模量，Pa （钢的弹性模量为（钢的弹性模量为 2.110 11 Pa） F Push force 液压缸最大推力，液压缸最大推力，N I Moment of in

47、ertia 截面惯性矩，截面惯性矩，m4 对于圆截面对于圆截面 I = d 4/ /64 （m4）A：B：C：D：【例【例4】 图示为组合式液压缸，图图示为组合式液压缸，图( (a) )和和( (b) )中液压缸中液压缸 的内径均为的内径均为D，活塞杆直径为，活塞杆直径为d。若输入的流。若输入的流 量均为量均为q，工作压力均为，工作压力均为 p，出口压力均为零，出口压力均为零， 不计泄漏和一切摩擦损失，比较它们输出力不计泄漏和一切摩擦损失，比较它们输出力 和速度的大小及方向。和速度的大小及方向。例例 题题解：解： 图图 ( (a) )： 图图 ( (b) )：)()(2)(422222pdDp

48、dDFa)()(2)(4212222dDqdDqva)(4442422212pdDpdDDpDFb)(4444222221DqdDqDdDqvb大小比较：大小比较：112)(24)(2222242222422DdDdDddDpdDpdDFFba两正数之和(11112222222222222222）DdDdDdDdDdDd 故知两液压缸输出的力和速度方向相反，且有故知两液压缸输出的力和速度方向相反，且有 ， 。 （ 可进一步证得可进一步证得： ， ）11214)(222224222DdDdDqddDqvvbabaFF bavv baFF21bavv2【例【例5】图示差动液压缸，已知输入流量图示差动液压缸，已知输入流量q =25 L/ /min， 压力压力 p = 5 MPa。如果。如果 d = 5 cm，D= 8 cm，试，试 求活塞移动的速度及