第3章液压缸课件

第3章液压缸

液压缸的类型及特点液压缸主要尺寸的确定液压缸的结构和选用本章主要内容为：液压传动装置：汽车吊液压传动装置：汽车吊磨床液压缸是液压系统中执行元件，它把液压能转换成机械能。主要用于实现机构的直线运动，也可以实现往复摆动运动，其结构简单，工作可靠，应用广泛。液压缸的输入量是液体的流量和压力，输出量是速度和力。液压缸和液压马达都是液压执行元件，其职能是将液压能转换为机械能。p1p2FVdQA液压缸压力p

流量Q液压功率作用力F

速度V机械功率液压缸3.1缸的分类及特点

液压缸的分类按作用方式分：单作用缸和双作用缸。按结构形式分：活塞缸、柱塞缸、摆动液压缸。按活塞杆形式分：单活塞杆缸、双活塞杆缸。单杆液压缸双杆液压缸柱塞式液压缸3.1.1活塞式液压缸

活塞式液压缸可分为双杆式和单杆式两种结构形式，其固定方式有缸筒固定和活塞杆固定两种方式。3.1.1.1双杆活塞缸双活塞杆液压缸的活塞两端都带有活塞杆，分为缸体固定和活塞杆固定两种固定形式，如图3.1所示。(a)缸体固定，活塞杆移动(b)活塞杆固定缸体移动，图3.1双活塞杆液压缸缸筒固定：p62图3-1。机床工作台的移动范围约等于活塞有效行程L的三倍，占地面积较大。常用于中小型设备。活塞杆固定：p62图3-1。机床工作台的移动范围约等于缸筒有效行程L的两倍，占地面积小，常用于大中型设备。10

因为双活塞杆液压缸的两活塞杆直径相等，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。则缸的运动速度v和推力F分别为：（3.1）（3.2）式中:、——分别为缸的进、回油压力；——分别为缸的容积效率和机械效率；、、d——分别为活塞直径和活塞杆直径；q

——输入流量；A——活塞有效工作面积。这种液压缸常用于要求往返运动速度相同的场合。dD3.1.1.1双杆活塞液压缸Double-endRodCylinder

3.1.1.2单杆活塞缸

单杆活塞缸的活塞仅一端带有活塞杆，活塞双向运动可以获得不同的速度和输出力，其简图及油路连接方式如图3-2所示。(a)无杆腔进油Ddq(b)有杆腔进油q其一端伸出活塞杆，两腔有效面积不相等，当向缸两腔分别供液体，且压力和流量都不变时，活塞在两个方向上的运动速度和推力都不相等。图4-2单杆活塞缸无杆腔进油（4-3）（4-4）活塞的运动速度和推力分别为:(a)无杆腔进油Ddq有杆腔进油活塞的运动速度和推力分别为:(b)有杆腔进油q（4-5）（4-6）比较上述各式，可以看出：>,>；液压缸往复运动时的速度比为：（3-7）上式表明：当活塞杆直径愈小时，速度比接近1，在两个方向上缸的速度差值就愈小。(a)无杆腔进油Ddq(b)有杆腔进油q两腔进油,差动联接(c)差动联接缸q当单杆活塞缸两腔同时通入相同压力的液体时，由于无杆腔受力面积大于有杆腔受力面积，使得活塞向右的作用力大于向左的作用力，因此活塞杆作伸出运动，并将有杆腔的液体挤出，流进无杆腔，加快了活塞杆的伸出速度，缸的这种连接方式被称为差动连接。图3-3差动连接缸两腔进油,差动联接(c)差动联接q（3-9）在忽略两腔连通回路压力损失的情况下，差动连接液压缸的推力为：q等效两腔进油,差动联接(c)差动联接qq等效活塞杆的伸出速度为：活塞向右移动速度为V3.则（3-8）差动连接时的力和速度与非差动相比，速度提高，力降低了。可通过将差动连接的液压缸的活塞面积A1=2A2设计，可实现两者速度相等。差动液压缸的使用范围较宽。常用于需要获得快进--（差动连接）--工进（无杆腔进油）--快退（有杆腔进油）工作循环的组合机床和各类专用设备的液压系统中。3.1.2柱塞缸活塞缸内孔和尺寸精度很高，并且要求表面光滑，大型或超长行程的液压缸不易实现这种要求，在这种情况下可以采用柱塞缸。图3-4柱塞液压缸25

如图3.3(a)所示，柱塞缸由缸筒(Bore)、柱塞(Ram)、导套(GuideBushing)、密封圈(Sealings)和压盖(EndCaps)等零件组成，柱塞和缸筒内壁不接触，因此缸筒内孔不需精加工，工艺性好，成本低。3.1.2柱塞式液压缸RamTypeCylinders

式中：d—柱塞直径26

图3.3柱塞式液压缸当活塞式液压缸行程较长时，加工难度大，使得制造成本增加。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。3.1.2柱塞式液压缸RamTypeCylinders27

图3.3柱塞式液压缸Q

Q

v

ddp1p23.1.2柱塞式液压缸

RamTypeCylinder(DisplacementCylinder)柱塞式液压缸是单作用的，它的回程需要借助自重或弹簧等其它外力来完成。如果要获得双向运动，可将两柱塞液压缸成对使用。为减轻柱塞的重量，有时制成空心柱塞。3.1.3摆动缸自学

图4-7摆动缸摆动液压缸能实现往复摆动运动，主要有单叶片式和双叶片式两种结构形式。

图4-7摆动液压缸单叶片摆动液压缸主要由定子块1、缸体2、摆动轴3、叶片4、左右支承盘和左右盖板等主要零件组成。定子块固定在缸体上，叶片和摆动轴固连在一起，当两油口相继通以压力油时，叶片即带动摆动轴作往复摆动。

图4-8摆动液压缸当考虑到机械效率时，单叶片缸的摆动轴输出转矩为p1p2（4-10）D—缸体内孔直径；d—摆动轴直径；b—叶片宽度；

图4-9摆动液压缸q根据能量守恒原理,结合式(4-10)得输出角速度为D—缸体内孔直径；d—摆动轴直径；b—叶片宽度；（4-11）ωqω

单叶片摆动液压缸的摆角一般不超过280º，双叶片摆动液压缸的摆角一般不超过150º。当输入压力和流量不变时，双叶片摆动缸摆动轴输出转矩是单叶片摆动缸的两倍，而摆动角速度则是单叶片摆动缸的一半。qω

摆动缸结构紧凑，输出转矩大，但密封困难，一般只用于中、低压系统中往复摆动，转位或间歇运动的地方。3.2液压缸的主要尺寸确定液压缸的主要尺寸包括液压缸的内径D、缸的长度L、活塞杆直径d。主要根据液压缸的负载、活塞运动速度和行程等因素来确定上述参数。3.2.1液压缸内径和活塞杆直径的确定液压缸内径D和活塞杆直径d可根据最大总负载和选取的工作压力来定，对单杆缸而言，有：3.2.1液压缸内径和活塞杆直径的确定液压缸内径D和活塞杆直径d可根据最大总负载和选取的工作压力来定，对单杆缸而言，有：有杆腔进油时：（3-13）（3-12）无杆腔进油时计算中d可参考表3-1确定p67根据运动速度比来确定缸筒内径和活塞直径。速度比与工作压力p有关。表格3-2p67计算出缸筒内径和活塞直径以后，按照表p683-3，3-4圆整成标准值。否则无法采用标准密封件。（3-14）3.2.2液压缸的缸筒长度L确定

液压缸的缸筒长度由活塞最大行程、活塞长度、活塞杆导向套长度、活塞杆密封长度和特殊要求的长度确定。其中活塞长度为（0.6-1.0）D，导向套长度为（0.6-1.5）d。为减少加工难度，一般液压缸缸筒长度不应大于内径的20-30倍。3.3缸的结构

图4-13双作用单活塞杆液压缸结构图l—缸底；2—卡键；3、5、9、11—密封圈；4—活塞；6—缸筒；7—活塞杆；8—导向套；10—缸盖；12—防尘圈；13—耳轴图4-13双作用单活塞杆液压缸结构图l—缸底；2—卡键；3、5、9、11—密封圈；4—活塞；6—缸筒；7—活塞杆；8—导向套；10—缸盖；12—防尘圈；13—耳轴单活塞杆液压缸主要由缸底1、缸筒6、缸盖10、活塞4、活塞杆7和导向套8等组成。缸筒一端与缸底焊接，另一端与缸盖采用螺纹连接。活塞与活塞杆采用卡键连接。为了保证液压缸的可靠密封，在相应部位设置了密封圈3、5、9、11和防尘圈12。液压缸装配图1、缸体组件缸筒与端盖的连接

图4-14缸体与缸盖的连接结构3.3.2液压缸的选用（2）卡环式连接

(1）法兰式连接要求缸筒端部有直径足够螺钉。是一种常用的连接方大的凸缘，用以安装螺栓或式。分为外半环连接和内半环连接两种连接形式。用于无缝钢管缸筒与端盖的连接。（3）螺纹式连接外螺纹连接内螺纹连接分为外螺纹和内螺纹连接两种形式。缸筒端部结构复杂。一般用于外形尺寸小，重量轻的场合。（5）焊接式连接（4）拉杆式连接易于拆装，但端盖的体积和较大，只适用于长度不大重量的中低压缸连接强度高，制造简单，焊接时易引起缸筒变形。缸筒是液压缸的主体，其内孔一般采用镗削、绞孔、滚压或珩磨等精密加工工艺制造，要求表面粗糙度在0.1m~0.4m。端盖装在缸筒两端，与缸筒形成封闭油腔，同样承受很大的液压力，因此，端盖及其连接件都应有足够的强度。导向套对活塞杆或柱塞起导向和支承作用，有些液压缸不设导向套，直接用端盖孔导向。缸筒，端盖和导向套的材料选择和技术要求可参考液压设计手冊。2活塞组件

活塞组件由活塞、活塞杆和连接件等组成。活塞与活塞杆的连接形式

如图3-14所示，活塞与活塞杆的连接最常用的有螺纹连接和半环连接形式，除此之外还有整体式结构、焊接式结构、锥销式结构等。

1一活塞杆；2一活塞；3一密封圈；4一弹簧圈；5一螺母1一卡键；2一套环；3一弹簧卡圈活塞和活塞杆

活塞受压力在缸筒内作往复运动，活塞必须具有一定的强度和良好的耐磨性。活塞一般用铸铁或钢制造。活塞的结构通常分为整体式和组合式。活塞杆是连接活塞和工作部件的传力零件，必须有足够的强度和刚度。活塞杆无论是实心还是空心的，通常用钢制造。活塞在导向套内往复运动，其外圆表面应当耐磨并具有防腐性能，因此活塞杆外圆表面有时需镀铬。活塞和活塞杆的技术要求可参考有关手册。活塞装置主要用来防止液压油的泄漏。对密封装置的基本要求是具有良好的密封性能，并随压力的增加能自动提高密封性。除此以外，摩擦阻力要小，耐油。油缸主要采用密封圈密封，密封圈有O形、V形、Y型及组合式等数种，其材料为耐油橡胶、尼龙、聚氨脂等。（1）O形密封圈

O形密封圈的截面为圆形，主要用于静密封。与唇形密封圈相比，运动阻力较大，作运动密封时容易产生扭转，故一般不单独用于油缸运动密封。3活塞的密封形式（1）O形密封圈图4-15O型密封圈的结构原理

（a）普通型（b）有挡板型

O形圈密封的原理：任何形状的密封圈在安装时，必须保证适当的预压缩量，过小不能密封，过大则摩擦力增大，且易于损坏。因此，安装密封圈的沟槽尺寸和表面精度必须按有关手册给出的数据严格保证。在动密封中，当压力大于10MPa时，O形圈就会被挤入间隙中而损坏，为此需在O形圈低压侧设置聚四氟乙烯或尼龙制成的挡圈，双向受高压时，两侧都要加挡圈。（a）普通型（b）有挡圈型图4-16O型密封圈的结构原理

V形圈的截面为V形，如图4-17所示，V形密封装置是由压环、V形圈和支承环组成。当工作压力高于10MPa时，可增加V形圈的数量，提高密封效果。安装时，V形圈的开口应面向压力高的一侧。（2）V形密封圈

a)压环b)V型圈c)支承环图4-17V形密封圈

Y形密封圈的截面为Y形，属唇形密封圈。它是一种摩擦阻力小、寿命较长的密封圈，应用普遍。Y形圈主要用于往复运动的密封。根据截面长宽比例的不同，Y形圈可分为宽断面和窄断面两种形式，图4-18所示为宽断面Y形密封圈。

Y形圈安装时，唇口端面应对着液压力高的一侧。当压力变化较大，滑动速度较高时，要使用支承环，以固定密封圈，如图4-18（b）所示。（3）Y形密封圈

图4-18Y形密封圈4.缓冲装置

为了防止这种危害，保证安全，应采取缓冲措施，对液压缸运动速度进行控制。

当缸拖动负载质量较大的部件作快速往复运动时，由于运动部件具有很大的动能，因此当活塞运动到液压缸终端时，会与端盖碰撞，而产生冲击和噪声。这种机械冲击不仅引起液压缸的有关部分的损坏，而且会引起其它相关机械的损伤。缓冲的原理是使活塞或缸筒在运动到行程终端时，在出口腔内产生足够的缓冲压力，从而降低缸的运动速度，避免活塞与缸盖相撞，实现缓冲。

（1）圆柱形环隙式如图3-19a所示，当缓冲柱塞进入缸盖上的内孔时，缸盖和活塞见形成缓冲油腔，被封闭油液只能从环形间隙d排出，产生缓冲压力，从而实现缓冲减速。在缓冲过程中，由于其节流面积不变，故缓冲开始时产生的缓冲制动力很大，很快就会降低，缓冲效果差，应用于一般系列化的成品液压缸中。