第4章 液压缸

1、液压缸与马达一样，也是将液压液压缸与马达一样，也是将液压能转变为机械能的装置，它将液能转变为机械能的装置，它将液压能转变为直线运动或摆动的机压能转变为直线运动或摆动的机械能。械能。六六 摆动缸的转矩和转速公式的推导摆动缸的转矩和转速公式的推导一一 液压缸的功用：液压功率液压缸的功用：液压功率p pq q=F Fv v机械功率机械功率二二 单杆液压缸受力平衡方程：单杆液压缸受力平衡方程：p p1 1A A1 1= =p p2 2A A2 2+ +F F注意研究两腔压力和负载三者之间的变化关系注意研究两腔压力和负载三者之间的变化关系三三 何谓差动连接？何谓差动缸？差动缸的实质？何谓差动连接？何谓差

2、动缸？差动缸的实质？ 单杆液压缸左右两腔同时通入压力油的连接方式称为差单杆液压缸左右两腔同时通入压力油的连接方式称为差动连接。作差动连接的缸称为差动缸。差动缸的有效工作面积是动连接。作差动连接的缸称为差动缸。差动缸的有效工作面积是活塞杆面积。活塞杆面积。四四 液压缸的结构、安装形式。液压缸的结构、安装形式。五五 缓冲原理、作用和物理本质。缓冲原理、作用和物理本质。动能动能压力能压力能压力损失压力损失热能热能按结构形式分：按结构形式分：n活塞缸活塞缸 又分单杆活塞缸、双杆活塞缸又分单杆活塞缸、双杆活塞缸n柱塞缸柱塞缸n摆动缸摆动缸 又分单叶片摆动缸、双叶片摆动缸又分单叶片摆动缸、双叶片摆动缸液压

3、缸的分类液压缸的分类n 单作用液压缸单作用液压缸 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；方向依靠弹簧力、重力等实现；n 双作用液压缸双作用液压缸 两个方向的运动都依靠液压作用力来实现；两个方向的运动都依靠液压作用力来实现；n 复合式缸复合式缸 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。塞缸与机械结构的组合等。按作用方式分：按作用方式分：双杆活塞缸双杆活塞缸 双杆活塞缸活塞两侧都有活塞杆伸出，根据安装方式不同又分双杆活塞缸活塞两侧都有活塞杆伸出，根据安装

4、方式不同又分为活塞杆固定式和缸筒固定式两种。为活塞杆固定式和缸筒固定式两种。n双杆活塞缸的速度推力特性双杆活塞缸的速度推力特性nv v q q / / A A 4 q4 qv v / /（D D 2 2 d d 2 2） 缸在左右两个方向上输出的速度相等，缸在左右两个方向上输出的速度相等，v v为缸的容积效率。为缸的容积效率。nF F A A（p p1 1 p p2 2）m m（D D 2 2d d 2 2）（）（p p1 1 p p2 2）m m / /4 4 缸在左右两个方向上输出的推力相等，缸在左右两个方向上输出的推力相等，m m为缸的机械效率。为缸的机械效率。 当缸筒固定时，运动部件移

5、动范围是活塞有效行程的三倍；当缸筒固定时，运动部件移动范围是活塞有效行程的三倍； 当活塞杆固定时，运动部件移动范围是活塞有效行程的两倍当活塞杆固定时，运动部件移动范围是活塞有效行程的两倍 。 单杆活塞缸单杆活塞缸n单杆活塞缸速度推力特性单杆活塞缸速度推力特性n向右运动速度向右运动速度 v v1 1 qqv v / /A A1 1 4 q4 qv v / /D D 2 2 向右运动推力向右运动推力 F F1 1 （A A1 1p p1 1 A A2 2p p2 2）m m n向左运动速度向左运动速度 v v2 2 qqv v / /A A2 2 4 q4 qv v / /（D D 2 2 d d

6、 2 2） 向左运动推力向左运动推力 F F2 2 （A A2 2 p p1 1 A A1 1p p2 2）m m n往返速比往返速比 v v v v2 2 / / v v1 11 1/ /1 1（d /Dd /D）2 2 式中式中v v为缸的容积效率，为缸的容积效率，m m为缸的机械效率为缸的机械效率 单杆活塞缸只有一端单杆活塞缸只有一端带活塞杆，它也有缸筒固带活塞杆，它也有缸筒固定和活塞杆固定两种安装定和活塞杆固定两种安装方式，两种方式的运动部方式，两种方式的运动部件移动范围均为活塞有效件移动范围均为活塞有效行程的两倍。行程的两倍。单杆活塞缸差动连接单杆活塞缸差动连接的速度推力特性的速度推

7、力特性运动速度运动速度 v3（q q）/ A1（q A2v3）/ A1 整理得整理得：v3 q /（A1A2）4 q /d 2 如果要求如果要求 差动缸向右运动速度差动缸向右运动速度v v3 3非差动连接向左运动速度非差动连接向左运动速度 v v2 2 则则 D =2 1/2 d 活塞推力活塞推力 F3 p1（A1A2）m 单活塞杆缸两腔同时通压单活塞杆缸两腔同时通压力油，称为差动连接。差动连力油，称为差动连接。差动连接的缸只能一个方向运动。图接的缸只能一个方向运动。图示为向右运动。示为向右运动。柱塞缸柱塞缸柱塞缸只能作单作用缸，要求往复运动时，需成对使用。柱塞缸只能作单作用缸，要求往复运动时

8、，需成对使用。柱塞缸能承受一定的径向力。柱塞缸能承受一定的径向力。柱塞缸的速度推力特性柱塞缸的速度推力特性n柱塞运动速度柱塞运动速度 v v qqv v / /A A 4 q4 qv v / /d d 2 2n柱塞推力柱塞推力 F F pApAm mp p（d d 2 2 / / 4 4 ）m mn 柱塞与缸筒无配柱塞与缸筒无配合关系，缸筒内孔不合关系，缸筒内孔不需精加工，只是柱塞需精加工，只是柱塞与缸盖上的导向套有与缸盖上的导向套有配合关系。配合关系。n 为减轻重量，减为减轻重量，减少弯曲变形，柱塞常少弯曲变形，柱塞常做成空心。做成空心。伸缩液压缸伸缩液压缸n当通入压力油时，活塞由大到小依次

9、伸出；缩回时，活塞则由小到当通入压力油时，活塞由大到小依次伸出；缩回时，活塞则由小到大依次收回。各级压力和速度可按活塞缸的有关公式计算。大依次收回。各级压力和速度可按活塞缸的有关公式计算。n特别适用于工程机械及自动线步进式输送装置。特别适用于工程机械及自动线步进式输送装置。除除双作用伸缩液压缸双作用伸缩液压缸外，外，还有还有单作用伸缩液压缸单作用伸缩液压缸，它与双作用不同点是回程它与双作用不同点是回程靠外力，而双作用靠液压靠外力，而双作用靠液压作用力。作用力。由两个或多个活塞式缸套装而成，前一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级活塞缸的活塞杆是后一级活塞缸的缸

10、筒。各级活塞依次伸出可获得很长的行筒。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。程，当依次缩回时缸的轴向尺寸很小。齿条活塞缸齿条活塞缸n齿条活塞缸的速度推力特性齿条活塞缸的速度推力特性n输出转矩输出转矩 T TM Mpp（/ / 8 8）D D 2 2 D D i im mn输出角速度输出角速度 8 q8 qv v / / D D 2 2 D D i i式中式中 p p 为缸左右两腔压力差，为缸左右两腔压力差，D D 为活塞直径，为活塞直径，D D i i为齿轮为齿轮分度圆直径。分度圆直径。 齿条活塞缸是活塞缸与齿齿条活塞缸是活塞缸与齿轮齿条机构组成的复合式轮齿条机构组成

11、的复合式缸。它将活塞的直线往复缸。它将活塞的直线往复运动转变为齿轮的旋转运运动转变为齿轮的旋转运动，用在机床的进刀机构、动，用在机床的进刀机构、回转工作台转位、液压机回转工作台转位、液压机械手等。械手等。增压缸增压缸n增压比为大活塞与小柱塞的面积比增压比为大活塞与小柱塞的面积比 K KD D 2 2/ /d d 2 2 小柱塞缸输出的压力小柱塞缸输出的压力 p pb b p pa aKKm mn增压能力是在降低有效流量的基础上得到的。增压能力是在降低有效流量的基础上得到的。n增压缸作为中间环节，用在低压系统要求有局部高压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。油路的场合。 增

12、压缸是活塞增压缸是活塞缸与柱塞缸组成缸与柱塞缸组成的复合缸，但它的复合缸，但它不是能量转换装不是能量转换装置，只是一个增置，只是一个增压器件。压器件。增速缸增速缸 增速缸用于快速运动回路，在不增加泵的流增速缸用于快速运动回路，在不增加泵的流量的前提下，使执行元件获得尽可能大的工作速度。量的前提下，使执行元件获得尽可能大的工作速度。n 增速缸也是活塞缸与柱塞缸增速缸也是活塞缸与柱塞缸组成的复合缸，活塞缸的活塞组成的复合缸，活塞缸的活塞内腔是柱塞缸的缸筒，柱塞固内腔是柱塞缸的缸筒，柱塞固定在活塞缸的缸筒上。当液压定在活塞缸的缸筒上。当液压油进入柱塞缸时，活塞将快速油进入柱塞缸时，活塞将快速运动（活

13、塞缸大腔必须补油）；运动（活塞缸大腔必须补油）；当液压油同时进入柱塞缸和活当液压油同时进入柱塞缸和活塞缸时，活塞慢速运动。塞缸时，活塞慢速运动。摆动式液压缸摆动式液压缸n单叶片式单叶片式 摆动角度较大，可达摆动角度较大，可达300300n输出转矩输出转矩 T T（R R2 22 2R R1 12 2）ppm mb b / / 2 2 n输出角速度输出角速度 2q2qv v / / b b（R R2 22 2 R R1 12 2） 双叶片式双叶片式 摆动摆动角度一般小于角度一般小于150150。但在相同条件下，输出但在相同条件下，输出转矩是单叶片摆动缸的转矩是单叶片摆动缸的两倍，输出角速度是单两

14、倍，输出角速度是单叶片缸的一半。叶片缸的一半。 当通入液压油，它的主当通入液压油，它的主轴能输出小于轴能输出小于360360的摆动的摆动运动的缸称为摆动式液压缸。运动的缸称为摆动式液压缸。常用于辅助装置，如送料和常用于辅助装置，如送料和转位装置、液压机械手及间转位装置、液压机械手及间歇进给机构。歇进给机构。 液压缸的结构基本上可以分为缸体组件、活塞组件、密封装液压缸的结构基本上可以分为缸体组件、活塞组件、密封装置、缓冲装置和排气装置等五部分置、缓冲装置和排气装置等五部分 液压缸的典型结构液压缸的典型结构n液压缸安装连接形式：脚架式，耳环式，铰轴式液压缸安装连接形式：脚架式，耳环式，铰轴式 缸体组件缸体组件 包括缸筒、包括缸筒、缸盖、缸底等零件。缸盖、缸底等零件。 活塞组件活塞组件 包括活塞包括活塞与活塞杆等零件。与活塞杆等零件。 密封装置密封装置 有活塞与有活塞与缸筒、活塞杆与缸盖的缸筒、活塞杆与缸盖的密封。密封。 缓冲装置缓冲装置 排气装置排气装置缸体组件缸体组件 缸体组件与活塞组件构成密封缸体组件与活塞组件构成密封的容腔，承受油压。因此缸体的容腔，承受油压。因此缸体组件要有足够的强度，较高的组件要有足够的强度，较高的表面精度和可靠的密封性。表面精度和可靠的密封性。 螺纹连接螺纹连接 法兰连接法兰连接半环连接半环连接活塞组件活塞组件 活塞组件由活塞、