第四章 液压缸

液压缸

液压缸是将液压能转变为机械能的、做直线往复运动（或摆动运动）的液压执行元件。它结构简单、工作可靠。用它来实现往复运动时，可免去减速装置，并且没有传动间隙，运动平稳，因此在各种机械的液压系统中得到广泛应用。1液压缸的类型及特点液压缸的结构液压缸的设计与计算2目的任务：

了解液压缸结构形式掌握液压缸参数计算和特点重点难点：

单杆活塞液压缸密封、缓冲、排气3液压缸的类型及特点直线运动摆动运动活塞缸单杆双杆双作用柱塞缸单作用组合缸摆动缸（摆动马达）齿轮缸按结构特点可分为:按作用方式可分为:液体只控制缸的一腔实现单向运动

液体控制缸的两腔实现双向运动

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活塞式液压缸

双杆按伸出活塞杆不同<单杆缸体固定按固定方式不同<活塞杆固定定义：在缸体内作相对往复运动的组件为活塞的液压缸。5结构特点：活塞两侧均装有活塞杆，当杆径相同，有效工作面积一样。供油压力和流量不变时,活塞在两个方向的运动速度和推力也相等.基本参数：双杆活塞式液压缸6应用及安装应用场合：两个方向力和速度一样的场合。安装方式：l——活塞有效工作行程。L——活塞两端的活动范围。7缸固定L=3l

实心双杆活塞式液压缸8杆固定

L=2l空心双杆活塞式液压缸9单杆活塞式液压缸结构：缸体、活塞、活塞杆、密封、缸盖等10单出杆液压缸工作原理工作原理：活塞在液压力的作用下，作直线往复运动。两侧有效作用面积不等，当供油压力和流量不变时，活塞在两个方向的运动速度和输出推力不等。应用：往返运动速度及推力不同的场合。

无杆腔进油腔回油腔有杆腔11无杆腔进油参数计算1）推力式中：p1——进油压力p2——回油压力2）运动速度12有杆腔进油参数计算特点：同样q

，v1<v2；p

一样，F1>F2。

活塞杆直径越小，两个方向速度差值越小。

1）推力2）运动速度13例：液压刨床活塞杆升出时，推力大速度小；缩回时，推力小速度大，适用于伸出时承受工作负载，缩回时为空载或轻载的场合。翻斗车14参数计算：推力：若不考虑管路压力损失，P2＝P1＝P差动连接F3<F1。差动连接后，推力小q1q2pq单杆活塞液压缸两腔同时通入流体时，利用两端面积差进行工作的连接形式15差动缸运动速度若要使活塞往返速度相等，即：结论：当时，快进、快退速度相等。或活塞只有一个，设此时的速度为v3求得：Ｖ3＞ｖ1。差动连接后，在不增加流量的前提下，实现快速运动.

16单杆活塞液压缸应用单杆活塞液压缸不同连接，可实现如下工作循环：

（差动连接）（无杆腔进油）（有杆腔进油）

快进→工进→快退

v3、F3v1、F1v2、F2单杆缸比较1单杆缸比较217单活塞液压缸参数计算小结工作形式有效面积运动速度推力无杆腔进油A=ΠD2/4V1=4q/ΠD2F1=PΠD2/4有杆腔进油A=Π(D2-d2)/4V2=4q/Π(D2-d2)

F2=PΠ(D2-d2)/4差动连接A=Πd2/4V3=4q/Πd2F3=PΠd2/418柱塞缸式液压缸柱塞缸：在缸体内做相对往复运动的组件是柱塞的液压缸.组成：缸筒、柱塞、导向套、密封圈、压盖●单向液压驱动，回程靠外力（如自重等）。19双柱塞缸●双向液压驱动，常用20参数计算及特点推力：速度：●柱塞粗、受力好。柱塞重量大自重造成单边磨损，常垂直使用。●简化加工工艺（缸体内孔和柱塞没有配合，不需精加工；柱塞外圆面比内孔加工容易。）龙门刨床常用于长行程机床，如<导轨磨床大型拉床21组合式液压缸伸缩缸工作原理:活塞或柱塞伸出时，从大到小，速度逐渐增大，推力逐渐减小。活塞或柱塞缩回时，从小到大。22∵工作时可伸很长，不工作时缩短∴占地面积小，且推力随行程增加而减小故起重机伸缩臂、自动倾卸卡车、火箭发射台等皆用伸缩缸特点应用:23结构:缸体、活塞、齿条、齿轮、端盖等齿条活塞缸应用:常用于需要回转运动的场合，如：自动线、组合机床等的转位或分度机构中.24

液压缸的结构液压滑台液压缸2526组成：缸体组件、活塞组件、密封件、连接件等组成。设置缓冲装置、排气装置。根据工作压力、运动速度、工作条件、加工工艺、装拆检修等要求考虑缸的结构。27缸体组件组成缸筒：液压缸主体。保证足够的强度、刚度，加工的尺寸精度和粗糙度。端盖：与缸筒形成密闭容积。保证强度，选择工艺性较好的结构形式。连接件：保证足够的强度和刚度。导向套：起导向和支承作用。28缸体组件连接形式法兰式（A）：加工装拆方便，连接可靠。螺纹式（C、D）：重量轻，结构紧凑、复杂。半环式（B）：连接可靠，装拆方便，需加厚筒壁。拉杆式（E）：加工装拆方便，体积重量大，拉杆易变形。焊接式（F）：结构简单，尺寸小，焊接易引起缸筒变形。29缸体组件连接形式30活塞组件组成活塞：受油压在缸筒内往复运动。保证强度和良好的耐磨性，可为整体式和组合式。铸铁制造。活塞杆：连接活塞和工作部件的传力零件。保证足够的强度的刚度，外圆应耐磨和防锈。钢料制造。连接件31活塞组件的连接形式整体式(a)焊接式(b)锥销式(c)：加工容易，装配简单，承载小。用于轻载。螺纹式(d、e)：结构简单、装拆方便，需防松。常用结构。半环式(f、g)：强度高，结构复杂。高压、振动大时采用。结构简单，尺寸紧凑，但需整体更换。常用于D/d比值小，尺寸不大的场合。32活塞与活塞杆的连接形式1.半环2.轴套3.弹簧圈33密封装置作用：防止液压油的泄漏。设计要求：密封性能好，摩擦阻力小，耐腐蚀耐磨，寿命长。密封方法：间隙密封：依靠配合件间的微小间隙防止泄漏。结构简单，摩擦力小，零件加工精度高，难以完全消除泄漏。减小间隙以减小泄漏。活塞上开平衡槽，减小偏心量，提高密封性能活塞环密封：活塞环形槽内弹性金属环紧贴缸筒实现密封。加工复杂，自动补偿，工作可靠，寿命长。密封圈密封：利用橡胶或塑料的弹性使环形圈紧贴密封面。密封圈形式：O形、Y形、V形、组合式密封。防尘圈：设在活塞杆密封圈外部防止外界灰尘等异物进入液压缸内。343536373839404142缓冲装置缓冲的必要性:∵在质量较大、速度较高(v>12m/min），由于惯性力较大，活塞运动到终端时会撞击缸盖，产生冲击和噪声，严重影响加工精度，甚至使液压缸损坏。∴常在大型、高速、或高精度液压缸中设置缓冲装置或在系统中设置缓冲回路。43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。

常用的缓冲装置：环隙式：(a、b)利用缓冲柱塞A与缓冲油腔B的间隙，产生缓冲压力，实现减速制动。节流式：(c、d)通过节流槽、节流阀调节缓冲压力的大小，使缓冲压力变化较平缓。4445排气装置作用：液压系统混入空气后，使液压缸产生爬行或振动、前冲。需设置排气装置。位置：排气孔的位置应配置在缸两侧的最高处。排气装置：排气塞、排气阀。4647液压缸的设计与计算液压缸内径D的计算活塞杆直径d的计算液压缸缸筒长度l的计算缸筒壁厚的校核缸盖固定螺栓直径d1的校核活塞杆稳定性验算主要尺寸计算校核计算48液压缸工作压力的确定49无杆腔进油时：有杆腔进油时：

液压缸内径D的计算(一)一、根据最大总负载和工作压力确定——以单杆缸为例50无杆腔进油时有杆腔进油时※求出D后,按国标圆整为标准系列尺寸。设计中，常初步选回油压力P2＝0，公式可简化为51二、根据执行机构速度要求和选定液压泵流量来确定无杆腔进油时：

由：V1=4q/ΠD2

得：D

=√4q/ΠV1有杆腔进油时：

由：V2=4q/Π(D2-d2)得：D=√4q/ΠV2＋d2※求出D后，按国标圆整为标准尺寸。52

液压缸活塞杆直径d的计算（二）（2）按液压缸的往复速度比λv确定：推荐液压缸的往复速度比λv见表4－3（1）按工作压力和设备类型确定：

表4－1、表4－2※求出d后,按国标圆整为标准尺寸。53

液压缸筒长度的确定（三）液压缸筒长度L由所需行程及结构需要确定。液压缸筒长度L＝活塞最大行程＋活塞宽度＋活塞杆导向长度＋活塞杆密封长度＋其他长度（如缓冲装置所需长度等）为减小加工难度，一般液压缸筒长度不大于内径的20－30倍。54液压缸的校核一、缸筒壁厚δ的校核：薄壁筒（无缝钢管，δ/D≤0.08)式中：pmax—缸筒内最高工作压力厚壁筒（铸造δ/D≥0.03）圆整为标准壁厚:1）铸造：满足最小尺寸;2）无缝钢管：查手册。厚壁筒（铸造0.08≤δ/D≤0.03）55二、缸盖固定螺栓直径的校核固定螺栓在工作中同时承受拉应力和剪切应力。校核公式：

d1=√5.2KF/πZ[σ]式中：d1－螺栓底径

K－螺纹拧紧系数F－缸筒端部承受的最大推力Z－螺栓数56时，强度校核即可时，要进行稳定性计算稳定条件：式中：F—活塞杆所受最大压力Fk—活塞杆的稳定临界力nk—稳定安全系数

nk

=2~4dF三、活塞杆稳定性校核5758学习要求重点掌握双作用单杆活塞式液压缸的三种连接方式的分析和计算；掌握活塞式、柱塞式三种液压缸的结构特点和图形符号；了解液压缸结构的要求和密封的种类；了解液压缸设计计算要点及强度、刚度的校核。59习题一个单活塞杆液压缸，无杆腔进压力油时为工作行程，此时负载为55000N。有杆腔进油时为快速退回，要求速度提高一倍。液压缸工作压力为7MPa，不考虑背压，计算选用活塞和活塞杆直径。60

设计一单杆活塞式液压缸，要求快进时为差动连接，快退和快进时速度为０.１m／s，工进时可驱动的负载为２５０００Ｎ，回油压力为０.２ＭＰa，采用额定压力为６.３ＭＰa、额定流量为２５Ｌ／min的液压泵，试确定：（１）缸筒内径和活塞杆的直径；（２）若缸筒材料选用无缝钢管，其许用应力，计算缸筒的臂厚。

61图(a)中，小液压缸回油腔（面积A1）的油液进入大液压缸（面积A3）。而在图(b)中，两活塞用机械直接相连，油路连接和图(a)相似，供给小液压缸的流量为Q，压力为p。试分别计算图(a)和图(b)中大活塞杆上的推力和运动速度。pA2A3/A1,QA1/A2A3,pA1,Q/A162向一差动连接液压缸供油，液压油的流量为Q，压力为P。当活塞杆直径变小时，其活塞速度v及作用力F将如何变化？要使v3/v2