西职院液压传动教案第4章 液压缸

PAGEPAGE1PAGE13课时分配：6节编写日期：2009年11月20日课题第四章液压缸目的和要求1.掌握活塞式液压缸的工作原理及特点，了解柱塞式液压缸，摆动液压缸。2.认识液压缸的典型结构和液压缸的组成。3.掌握液压缸主要尺寸的设计计算。难点重点重点：活塞式液压缸的工作原理及特点。难点：液压缸的典型结构组织教学（包括教学环节，内容提纲，时间分配，教具等）本章讲授内容：第一节液压缸的分类和特点第二节液压缸的结构第三节液压缸的设计与计算第四节液压缸常见故障分析与排除方法教学方法：采用理论讲授，实例演练结合。教具：多媒体教室、课件。课外作业教材P课时授课计划讲授内容作业与补充液压缸是液压系统的执行元件，液压缸的作用是将机械能转化为压力能，液压缸一般用于实现直线往复运动或摆动。第一节液压缸的分类和特点液压缸按结构形式的不同可分为活塞式、柱塞式、摆动式和伸缩式四类。按作用方式可分为单作用、双作用和组合式三类。以下对常见种类作以介绍。一、活塞式液压缸：活塞式液压缸的类型有：单杆式、双杆式和无杆式。（一）单杆活塞缸其类型有：双作用单杆、单作用单杆、差动液压缸。1、双作用单杆活塞缸如图4-1所示，活塞只有一端带活塞杆，单杆液压缸也有缸体固定和活塞杆固定两种形式，但它们的工作台移动范围都是活塞有效行程的两倍。图4-1单杆式活塞缸工作特点：（1）双向进油，故称双作用式；（2）由于液压缸两腔承压面积不等，当p一定时，往返运动的出力不等；F1=p1A1-p2A2=πp1D2/4-πp2（D2-d2）/4(4-F2=p1A2-p2A1=πp1（D2-d2）/4-πp2D（3）由于液压缸两腔承压面积不等，当q一定时，往返运动的速度不等：v1=q/A1=4q/(πD2)(4-3)v2=q/A2=4q/[π(D2-d2)](4-4)讲授内容作业与补充（4）工作台运动范围约等于活塞行程的2倍。职能符号：2、单作用单杆活塞缸工作特点：（1）单向进油，故称单作用式；（2）液压缸的返回依靠重力或弹簧力应用：夹紧系统、举升机构3、差动液压缸差动连接：单杆活塞缸的两腔同时通入压力油，由于两腔的承压面积不同，迫使有杆腔的回油重新进入油缸的无杆腔，这种连接称为差动连接。（如图4-2）图4-2差动液压缸：采用差动连接的单杆活塞缸。讲授内容作业与补充工作特点：（1）是双作用单杆活塞缸；（2）利用两腔的有效作用面积差进行工作；（3）差动连接时的速度v3和推力F3：q+q´=v3πD2/4(4-5)v3=4q/(πD2)(4-7)q´=v3π(D2-d2)/4(4-6)产生的推力F3：F3=p(A1-A2)=pπD2/4-pπ(D2-d2)/4=pπd2/4(4-8)（4）液压缸返回时非差动连接，欲获得相等的快进快退速度，须满足：q/[π(D2-d2)/4]=q/(πd2/4)(4-9)(4-10)（二）双杆活塞缸双杆式活塞缸：活塞两端都有一根直径相等的活塞杆的液压缸。根据安装方式：缸筒固定式（实心双出杆）、活塞杆固定式（空心双出杆）两种。（如图4-3）图4-3工作特点：（1）当分别向左、右腔输入相同压力和相同流量的油液时，液压缸左、右两个方向的推力和速度相等。讲授内容作业与补充F1=F2=(p1-p2)A=(p1-p2)•[π(D2-d2)/4](4-11)v1=v2=q/A=4q/[π(D2-d2)](4-12)（2）不能实现差动连接。（3）缸体固定时，整个工作台的移动范围约等于活塞有效行程的3倍；活塞杆固定时，整个工作台的移动范围约等于液压缸有效行程的2倍。（三）无杆活塞缸图4-4压力能→往复运动机械能→回转运动机械能图4-5二、柱塞式液压缸（柱塞缸）柱塞式液压缸特点：（1）柱塞式液压缸是单作用液压缸，即靠液压力只能实现一个方向的运动，回程要靠自重（当液压缸垂直放置时）或其它外力，因此柱塞缸常成对使用；讲授内容作业与补充（2）柱塞运动时，由缸盖上的导向套来导向，因此，柱塞和缸筒的内壁不接触，缸筒内孔只需粗加工即可；（3）柱塞重量往往比较大，水平放置时容易因自重而下垂，造成密封件和导向件单边磨损，故柱塞式液压缸垂直使用较为有利。通常用于长行程机床，如：龙门刨床、导轨磨床、大型拉床。三、摆动式液压缸：图4-6四、组合式液压缸：分类：伸缩式液压缸、增压液压缸、增速缸、齿条活塞缸。伸缩缸又称多级缸，其特点是伸出行程长，缩回尺寸小。1、伸缩式液压缸：结构特点：伸缩缸由两个或多个活塞缸套装而成，前一级活塞缸的活塞杆内孔是后一级活塞缸的缸筒，伸出时可获得很长的工作行程，缩回时可保持很小的结构尺寸，伸缩缸被广泛用于起重运输车辆上。类型：单作用式如图4-7（a）、双作用式如图4-7(b)，前者靠外力回程，后者靠液压回程。工作特点：伸缩缸的外伸和缩回动作是逐级进行的。讲授内容作业与补充图4-7①首先是最大直径的缸筒开始外伸，直径最小的末级最后伸出。②推力一定时，随着工作级数变大，外伸缸筒直径越来越小，工作油液压力随之升高，工作速度变快。③在输入压力和流量不变前提下，其值为：Fi=p1（πDi2）/4（4-13）Vi=4p1/（πDi2）（4-14）式中:i指i级活塞缸。④在输入压力不变前提下，随着行程逐级增大，推力逐渐减小，这种推力的变化正好适合于自动装卸车对推力的要求。2、增压液压缸：图4-8说明：a.增压缸不是换能元件，输入、输出均为压力能；b.增压缸增压的同时使输出的流量减小，其总能量保持不变。增压液压缸使局部油路获得高压，起压力放大作用，它不是执行元件。故又称为增压器。类型：单作用、双作用。讲授内容作业与补充（1）单作用增压缸:图4-9（a）工作原理：当输入活塞缸的液体压力为p1，活塞直径为D，柱塞直径为d时，柱塞缸中输出的液体压力为高压，其值为：P1πD2/4=p2πd2/4p2=(D/d)2p1=Kp1(4-15)式中：K=D2/d2，称为增压比，它代表其增压程度。工作特点：不能连续输出高压液体；增压行程短。为连续的获得高压，需采用双作用增压缸。（2）双作用增压缸:图4-9（b）图4-93、增速缸：增速缸是由活塞缸和柱塞缸复合而成。增速缸能在不增加泵的流量的前提下，提高运动部件的运动速度。利用增速缸可实现快进、工进和快退的工作循环。（如图4-10）图4-10图4-114、齿条活塞缸如图所示，齿条活塞缸能将活塞的直线往复运动转换为齿轮的旋转运动。（如图4-11）讲授内容作业与补充第二节液压缸的结构一、液压缸的典型结构和组成:1.液压缸的典型结构举例：图4-121—耳环2—螺母3—防尘圈4.17—弹簧挡圈5—套6.15—卡键7.14—O形密封圈8.12—Y形密封圈9—缸盖兼导向套10—缸筒11—活塞13—耐磨环16—卡键帽18—活塞杆19—衬套20—缸底图4-131—活塞杆2—堵头3—托架4、17—V形密封圈5、14—排气孔6、19—导向套7—O形密封圈8—活塞9、22—锥销10—缸体11、20—压板12、21—钢丝环13、23—纸垫15—活塞杆16、25—压盖18、24—缸盖讲授内容作业与补充2.液压缸的组成：缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置和排气装置五个部分。(1)缸筒和缸盖工作压力p＜10MPa时，使用铸铁；10MPa＜p＜20MPa时，使用无缝钢管；p＞20MPa时，使用铸钢或锻钢。图4-14(a)法兰连接式(b)半环连接式(c)螺纹连接式(d)拉杆连接式(e)焊接连接式(2)活塞与活塞杆图4-15讲授内容作业与补充(3)密封装置图4-16(4)缓冲装置缓冲目的：减小机械碰撞缓冲方法：缸外缓冲－－回路上设置减速阀或制动阀缸内缓冲（固定节流缓冲、可变节流缓冲）缓冲装置的工作原理：利用活塞或缸筒在其走向行程终端时封住活塞和缸盖之间的部分油液，强迫它从小孔或细缝中挤出，以产生很大的阻力，使工作部件受到制动，逐渐减慢运动速度，达到避免活塞和缸盖相互撞击的目的。①固定节流缓冲特点：在整个缓冲行程中节流口面积固定不变。②可变节流缓冲特点：节流口面积随缓冲行程增大而减小，缓冲腔内的压力几乎保持不变。讲授内容作业与补充图4-17AjAjPHvSH图4-18PPHvAjSH图4-19讲授内容作业与补充固定：瞬时缓冲压力大，易产生液压冲击；外力不为0时，v不为0，总存在机械碰撞。可变：速度降低慢，不会引起液压冲击；最终速度为0，可避免机械碰撞。(5)排气装置液压缸在安装过程中或长时间停放重新工作时，液压缸里和管道系统中会渗入空气，为了防止执行元件出现爬行，噪声和发热等不正常现象，需把缸中和系统中的空气排出。图4-20第三节液压缸的设计与计算在设计液压缸之前，必须对整个液压系统进行工况分析，编制负载图，选定系统的工作压力(详见第九章)，然后根据使用要求选择结构类型，按负载情况、运动要求、最大行程等确定其主要工作尺寸，进行强度、稳定性和缓冲验算，最后再进行结构设计。液压缸的设计内容和步骤(1)选择液压缸的类型和各部分结构形式。(2)确定液压缸的工作参数和结构尺寸。(3)结构强度、刚度的计算和校核。(4)导向、密封、防尘、排气和缓冲等装置的设计。(5)绘制装配图、零件图、编写设计说明书。一、液压缸主要尺寸的确定1、工作压力的选取根据液压缸的实际工况，计算出外负载大小，然后参考下表选取适当的工作力。讲授内容作业与补充2、活塞杆直径d与缸筒内径D的计算受拉时：d=(0.3-0.5)D受压时：d=(0.5-0.55)D(p1<5mpa)d=(0.6-0.7)D(5mpa<p1<7mpa)d=0.7D(p1>7mpa)3、液压缸缸筒壁厚和外径的计算缸筒最薄处壁厚：δ≥pyD/2(σ)δ—缸筒壁厚；D—缸筒内径；py—缸筒度验压力，当额定压Pn>160x105Pa时，Py=1.25Pn；(σ)—缸筒材料许用应力。(σ)=σb/n4、活塞杆的计算直径强度校核：d≥[4F/π(σ)]1/2d—活塞杆直径；F—液压缸的负载；(σ)—活塞杆材料许用应力，(σ)=σb/n。5、液压缸缸筒长度的确定缸筒长度根据所需最大工作行程而定。活塞杆长度根据缸筒长度而定。对于工作行程受压的活塞杆，当活塞杆长度与活塞杆直径之比大于15时，应按材料力学有关公式对活塞进行压杆稳定性验算。二、液压缸结构设计中的几个基本问题1、液压缸的缓冲液压缸中使用的缓冲装置，常见的有环状间隙式，节流口可调式或外加缓冲回路等。讲授内容作业与补充图4-21图4-22第四节液压缸常见故障分析及排除方法一、爬行：1、可能的原因空气混入系统。液压缸两端的密封圈压得太紧或太松。活塞和活塞杆同轴度不好，活塞杆全长或局部弯曲。活塞杆两端的螺母拧得太紧，降低了同轴度。液压缸内孔锈蚀、拉