液壓元件 液壓-第03章液壓缸

1、1 2 本章提要本章提要 液壓缸的類(lèi)型及特點(diǎn)液壓缸的類(lèi)型及特點(diǎn) 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 液壓缸的典型結(jié)構(gòu)液壓缸的典型結(jié)構(gòu) 液壓缸的密封液壓缸的密封 通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，要求掌握液壓缸設(shè)計(jì)中 應(yīng)考慮的主要問(wèn)題，包括和 等，為液壓缸設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。 本章主要內(nèi)容為： 3 液壓缸液壓缸（油缸） 主要用于實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的 直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，也可 以實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)，其結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單，工作可靠，應(yīng) 用廣泛。 液壓缸的輸入量是液體的流量和壓力，輸出量是速度和 力。 液壓缸和液壓馬達(dá)都是液壓執(zhí)行元件， 其職能是將液 壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。 p1p2 F V d Q 21 ppp A 液壓缸 壓力p 流量Q 液壓功率 作用力F 速

2、度V 機(jī)械功率 4 3.1 3.1 液壓缸的類(lèi)型及特點(diǎn)液壓缸的類(lèi)型及特點(diǎn) 按供油方向分：?jiǎn)巫饔酶缀碗p作用缸。 按結(jié)構(gòu)形式分：活塞缸、柱塞缸、伸縮套筒缸、擺動(dòng)液壓缸。 按活塞桿形式分：?jiǎn)位钊麠U缸、雙活塞桿缸。 A F Q P v 單桿液壓缸單桿液壓缸 A F Q P v 雙桿液壓缸雙桿液壓缸 A F Q P v 柱塞式液壓缸柱塞式液壓缸 5 理想液壓缸理想液壓缸 A F Q P v 理想單桿液壓缸理想單桿液壓缸 PQ=Pv A F Q P v 理想雙桿液壓缸理想雙桿液壓缸 PQ=Fv F Q P v A 1 理想油缸理想油缸 數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型 A / () A 單位位移排量 油缸有效工作面積 _

3、 A AQv PF vFQP 6 3.1.1 3.1.1 活塞式液壓缸活塞式液壓缸 活塞式液壓缸可分為雙桿式和單桿式兩種結(jié)構(gòu)形式， 其安裝又有缸筒固定和活塞桿固定兩種方式。 3.1.1.1 3.1.1.1 雙桿活塞液壓缸雙桿活塞液壓缸 雙活塞桿液壓缸的活塞兩端都帶有活塞桿，分為缸體 固定和活塞桿固定兩種安裝形式，如圖31所示。 A F q v (a)缸筒固定式缸筒固定式 1 P 2 P A F q v (b)活塞桿固定式活塞桿固定式 1 P 2 P 7 因?yàn)殡p活塞桿液壓缸的兩活塞桿直徑相等兩活塞桿直徑相等，所以當(dāng) 輸入流量和油液壓力不變時(shí)，其往返運(yùn)動(dòng)速度和推力相 等。則缸的運(yùn)動(dòng)速度V和推力F分

4、別為： vv dD q A q v )( 4 22 （3.1） m ppdDF )( 4 21 22 （3.2） 式中:、1 p 2 p 分別為缸的進(jìn)、回油壓力； v m 分別為缸的容積效率和機(jī)械效率；、 D 、d 分別為活塞直徑和活塞桿直徑； q 輸入流量； A活塞有效工作面積。 這種液壓缸常用于要求往返運(yùn)動(dòng)速度相同的場(chǎng)合。這種液壓缸常用于要求往返運(yùn)動(dòng)速度相同的場(chǎng)合。 8 3.1.1.2單活塞桿液壓缸單活塞桿液壓缸 單活塞桿液壓缸的活塞僅一端帶有活塞桿，活塞雙 向運(yùn)動(dòng)可以獲得不同的速度和輸出力，其簡(jiǎn)圖及油路連 接方式如圖3.2所示。 2 A 1 F 1 v (a)無(wú)桿腔進(jìn)油無(wú)桿腔進(jìn)油 1 P

5、 2 P 1 A D d q 2 A 2 F (b)有桿腔進(jìn)油有桿腔進(jìn)油 1 P 2 P 1 A 2 v q 9 無(wú)桿腔進(jìn)油 vv D q A q v 2 1 1 4 （3.3） mm pdDpDApApF )( 4 )( 2 22 1 2 22111 （3.4） 1 v 1 F活塞的運(yùn)動(dòng)速度 和推力 分別為: 2 A 1 F 1 v (a)無(wú)桿腔進(jìn)油無(wú)桿腔進(jìn)油 1 P 2 P 1 A D d q 10 有桿腔進(jìn)油 活塞的運(yùn)動(dòng)速度 和推力 分別為: 2 v 2 F 2 A 2 F (b)有桿腔進(jìn)油有桿腔進(jìn)油 1 P 2 P 1 A 2 v q vv dD q A q v )( 4 22 2 2

6、 （3.5） mm pDpdDApApF )( 4 )( 2 2 1 22 11222 （3.6） 11 比較上述各式，可以看出： , ；液壓缸 往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度比為： 2 v 1 v 1 F 2 F 22 2 1 2 dD D v v （3.7） 上式表明：當(dāng)活塞桿直徑愈小時(shí)，速度比接近當(dāng)活塞桿直徑愈小時(shí)，速度比接近1， 在兩個(gè)方向上的速度差值就愈小。在兩個(gè)方向上的速度差值就愈小。 2 A 1 F 1 v (a)無(wú)桿腔進(jìn)油無(wú)桿腔進(jìn)油 1 P 2 P 1 A D d q 2 A 2 F (b)有桿腔進(jìn)油有桿腔進(jìn)油 1 P 2 P 1 A 2 v q 12 兩腔進(jìn)油, 差動(dòng)聯(lián)接 2 A 3 F

7、(c)差動(dòng)聯(lián)接差動(dòng)聯(lián)接 1 P 1 A 3 v q 當(dāng)單桿活塞缸兩腔同時(shí)通入壓力油時(shí)，由于無(wú)桿腔 有效作用面積大于有桿腔的有效作用面積，使得活塞向 右的作用力大于向左的作用力，因此，活塞向右運(yùn)動(dòng)， 活塞桿向外伸出；與此同時(shí)，又將有桿腔的油液擠出， 使其流進(jìn)無(wú)桿腔，從而加快了活塞桿的伸出速度，單活 塞桿液壓缸的這種連接方式被稱為差動(dòng)連接差動(dòng)連接。 13 兩腔進(jìn)油,差動(dòng)聯(lián)接 2 A 3 F (c)差動(dòng)聯(lián)接差動(dòng)聯(lián)接 1 P 1 A 3 v q vv d q AA q v 2 21 3 4 （3.8） vm pdAApF 1 2 2113 4 )( （3.9） 在忽略兩腔連通油路壓力損失的情況下，差動(dòng)

8、連接液 壓缸的推力為： 3 F 1 P 21 AA 3 v q 等效 活塞的運(yùn)動(dòng)速度為： 14 兩腔進(jìn)油,差動(dòng)聯(lián)接 2 A 3 F (c)差動(dòng)聯(lián)接差動(dòng)聯(lián)接 1 P 1 A 3 v q 3 F 1 P 21 AA 3 v q 等效 差動(dòng)連接差動(dòng)連接時(shí)時(shí),液壓缸液壓缸的的有效作用面積有效作用面積是是活塞桿的橫截活塞桿的橫截 面積面積，工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度比無(wú)桿腔進(jìn)油時(shí)的大，而輸出力則 較小。 差動(dòng)連接是在不增加液壓泵容量和功率的條件下，實(shí)差動(dòng)連接是在不增加液壓泵容量和功率的條件下，實(shí) 現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)的有效辦法?，F(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)的有效辦法。 15 差動(dòng)液壓缸計(jì)算舉例差動(dòng)液壓缸計(jì)算舉例 例3.1：已知單活塞桿液壓缸的

9、缸筒內(nèi)徑已知單活塞桿液壓缸的缸筒內(nèi)徑D=100mm，活，活 塞桿直徑塞桿直徑d=70mm，進(jìn)入液壓缸的流量，進(jìn)入液壓缸的流量q=25min，壓力，壓力 P1=2Mpa，P2=0。液壓缸的容積效率和機(jī)械效率分別為。液壓缸的容積效率和機(jī)械效率分別為 0.98、0.97，試求在圖，試求在圖3.2(a)、(b)、(c)所示的三種工況下，所示的三種工況下， 液壓缸可推動(dòng)的最大負(fù)載和運(yùn)動(dòng)速度各是多少？并給出運(yùn)液壓缸可推動(dòng)的最大負(fù)載和運(yùn)動(dòng)速度各是多少？并給出運(yùn) 動(dòng)方向。動(dòng)方向。 )(1523797.01021 .0 44 62 1 2 1 NpDF m )/(052.0 601 .0 98.0102544

10、2 3 2 1 sm D q v v 解：解：在圖3.2（a）中，液壓缸無(wú)桿腔進(jìn)壓力油，回油 腔壓力為零，因此，可推動(dòng)的最大負(fù)載為： 液壓缸向左運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)速度為： 16 )(777197. 0102)07. 01 . 0( 4 )( 4 622 1 22 2 NpdDF m )/(102. 0 60)07. 01 . 0( 98. 010254 )( 4 22 3 22 2 sm dD q v m )(6466097. 010207. 0 44 62 1 2 3 NpdF m )/(106.0 6007.0 98.0102544 2 3 2 3 sm d q v v 在圖3.2（b）中，液壓

11、缸為有桿腔進(jìn)壓力油，無(wú)桿腔回 油壓力為零，可推動(dòng)的負(fù)載為： 液壓缸向左運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)速度為： 在圖3.2（c）中，液壓缸差動(dòng)連接，可推動(dòng)的負(fù)載力為： 液壓缸向左運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)速度為： 17 3.1.2 柱塞式液壓缸 圖3.3柱塞式液壓缸 當(dāng)活塞式液壓缸行程較長(zhǎng)時(shí)，加工難度大,使得制造成本 增加。 某些場(chǎng)合所用的液壓缸并不要求雙向控制,柱塞式液壓缸 正是滿足了這種使用要求的一種價(jià)格低廉的液壓缸。 柱塞 p q 缸筒 A （a） 18 柱塞 p q 缸筒 A （a） 圖3.3柱塞式液壓缸 如圖如圖3.33.3（a a）所示，柱塞缸由）所示，柱塞缸由缸筒、柱塞、缸筒、柱塞、 導(dǎo)套、密封圈和壓蓋導(dǎo)套、密封

12、圈和壓蓋等零件組成，柱塞和缸筒內(nèi)等零件組成，柱塞和缸筒內(nèi) 壁不接觸，因此缸筒內(nèi)孔不需精加工，工藝性好，壁不接觸，因此缸筒內(nèi)孔不需精加工，工藝性好， 成本低。成本低。 19 柱塞式液壓缸是柱塞式液壓缸是 單作用的，它的回程單作用的，它的回程 需要借助自重或彈簧需要借助自重或彈簧 等其它外力來(lái)完成。等其它外力來(lái)完成。 如果要獲得雙向運(yùn)動(dòng)，如果要獲得雙向運(yùn)動(dòng)， 可將兩柱塞液壓缸成可將兩柱塞液壓缸成 對(duì)使用為減輕柱塞的對(duì)使用為減輕柱塞的 重量，有時(shí)制成空心重量，有時(shí)制成空心 柱塞。柱塞。 圖3.3柱塞式液壓缸 Q Q V d d 2 4 d Q V 2 21 4 )(dppF 式中：d柱塞直徑，p1進(jìn)

13、油壓力，p2另一缸的回油壓力。 p1 p2 20 3.1.3 擺動(dòng)式液壓缸 圖3.4擺動(dòng)液壓缸 D d 1 2 3 4 4 3 2 4 1 1 擺動(dòng)液壓缸能實(shí)現(xiàn)小于360角度的往復(fù)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，由 于它可直接輸出扭矩，故又稱為擺動(dòng)液壓馬達(dá)，主要有單 葉片式和雙葉片式兩種結(jié)構(gòu)形式。 21圖3.4擺動(dòng)液壓缸 D d 1 2 3 4 4 3 2 4 1 1 單葉片擺動(dòng)液壓缸單葉片擺動(dòng)液壓缸主要由定子塊1、缸體2、擺動(dòng)軸3、 葉片4、左右支承盤(pán)和左右蓋板等主要零件組成。定子塊固 定在缸體上，葉片和擺動(dòng)軸固連在一起，當(dāng)兩油口相繼通 以壓力油時(shí)，葉片即帶動(dòng)擺動(dòng)軸作往復(fù)擺動(dòng)。 22圖3.4擺動(dòng)液壓缸 D d 1

14、 2 3 4 4 3 2 4 1 1 當(dāng)考慮到機(jī)械效率時(shí)，單葉片缸的擺動(dòng)軸輸出轉(zhuǎn)矩為 p1 p2 m ppdD b T)( 8 21 22 （3.10） D 缸體內(nèi)孔直徑； d 擺動(dòng)軸直徑； b 葉片寬度； 23圖3.4擺動(dòng)液壓缸 D d 1 2 3 4 4 3 2 4 1 1 q 根據(jù)能量守恒原理,結(jié)合式(3.10)得輸出角速度為 D 缸體內(nèi)孔直徑； d 擺動(dòng)軸直徑； b 葉片寬度； )( 8 22 dDb q v （3.11） 24 D d 1 2 3 4 4 3 2 4 1 1 q 單葉片擺動(dòng)液壓缸單葉片擺動(dòng)液壓缸的的擺角擺角一般不超過(guò)一般不超過(guò) ，雙葉雙葉 片擺動(dòng)液壓缸片擺動(dòng)液壓缸的的

15、擺角擺角一般不超過(guò)一般不超過(guò) 。 當(dāng)輸入壓力和流量不變時(shí)，雙葉片擺動(dòng)液壓缸擺動(dòng)軸當(dāng)輸入壓力和流量不變時(shí)，雙葉片擺動(dòng)液壓缸擺動(dòng)軸 輸出轉(zhuǎn)矩輸出轉(zhuǎn)矩是相同參數(shù)單葉片擺動(dòng)缸的兩倍，而擺動(dòng)角速度是相同參數(shù)單葉片擺動(dòng)缸的兩倍，而擺動(dòng)角速度 則是單葉片的一半。則是單葉片的一半。 25 D d 1 2 3 4 4 3 2 4 1 1 q 擺動(dòng)缸結(jié)構(gòu)緊湊，輸出轉(zhuǎn)矩大，但密封困難，擺動(dòng)缸結(jié)構(gòu)緊湊，輸出轉(zhuǎn)矩大，但密封困難， 一般只用于中、低壓系統(tǒng)中往復(fù)擺動(dòng)，轉(zhuǎn)位或間一般只用于中、低壓系統(tǒng)中往復(fù)擺動(dòng)，轉(zhuǎn)位或間 歇運(yùn)動(dòng)的地方。歇運(yùn)動(dòng)的地方。 26 缸體 伸出伸出 縮回縮回 套筒活塞 活塞 伸縮式單作用缸伸縮式單作用缸

16、 27 伸出伸出 縮回縮回 伸縮式液壓缸的特點(diǎn)是：活塞桿伸出的行程 長(zhǎng)，收縮后的結(jié)構(gòu)尺寸小，適用于翻斗汽車(chē)，起 重機(jī)的伸縮臂等。 28 伸縮式雙作用缸伸縮式雙作用缸 伸出伸出 B A 二級(jí)活塞 缸體兩端有進(jìn)、出油口A和B。當(dāng)A口進(jìn)油，B 口回油時(shí)，先推動(dòng)一級(jí)活塞向右運(yùn)動(dòng)。一級(jí)活 塞右行至終點(diǎn)時(shí)，二級(jí)活塞在壓力油的作用下 繼續(xù)向右運(yùn)動(dòng)。 29 伸出伸出 B A 二級(jí)活塞 30 3.1.5 齒條活塞缸 齒條活塞缸由帶有齒條桿的雙作用活塞缸和齒輪齒條機(jī)構(gòu) 組成，活塞往復(fù)移動(dòng)經(jīng)齒條、齒輪機(jī)構(gòu)變成齒輪軸往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)。 8 7 6 543 2 1 1211 10 9 行程 圖3.6齒條活塞液壓缸的結(jié)構(gòu)圖 1

17、緊固螺帽；2 調(diào)節(jié)螺釘；3 端蓋；4 墊圈；5 O形密封圈； 6 擋圈；7 缸套；8 齒條活塞；9 齒輪；l0 傳動(dòng)軸；11 缸體； 12 螺釘 q 31 3.2 液壓缸的結(jié)構(gòu) 圖 3.9 雙作用單活塞桿液壓缸結(jié)構(gòu)圖 l 缸底；2 卡鍵；3、5、9、11 密封圈；4 活塞；6 缸筒； 7 活塞桿；8 導(dǎo)向套；10 缸蓋；12 防塵圈；13 耳軸 32 圖 3.9 雙作用單活塞桿液壓缸結(jié)構(gòu)圖 l 缸底；2 卡鍵；3、5、9、11 密封圈；4 活塞；6 缸筒； 7 活塞桿；8 導(dǎo)向套；10 缸蓋；12 防塵圈；13 耳軸 單活塞桿液壓缸主要由缸底1、缸筒6、缸蓋10、活 塞4、活塞桿7和導(dǎo)向套8等

18、組成。缸筒一端與缸底焊接， 另一端與缸蓋采用螺紋連接?；钊c活塞桿采用卡鍵連 接。為了保證液壓缸的可靠密封，在相應(yīng)部位設(shè)置了密 封圈3、5、9、11和防塵圈12。 33 3.2.1.1 缸筒與端蓋的連接 圖3.8缸體與缸蓋的連接結(jié)構(gòu) 3.2.1 缸體組件 34 （2）半環(huán)式連接）半環(huán)式連接，分 為外半環(huán)連接和內(nèi)半環(huán) 連接兩種連接形式。 (1）法蘭式連接）法蘭式連接 35 （3）螺紋式連接）螺紋式連接 外螺紋連接 內(nèi)螺紋連接 36 （5）焊接式連接）焊接式連接 （4）拉桿式連接）拉桿式連接 37 缸筒缸筒 是液壓缸的主體，其內(nèi)孔一般采用鏜削、絞 孔、滾壓或珩磨等精密加工工藝制造，要求表面粗造度

19、在0.1m0.4m。 端蓋端蓋 裝在缸筒兩端，與缸筒形成封閉油腔，同樣承 受很大的液壓力，因此，端蓋及其連接件都應(yīng)有足夠的 強(qiáng)度。 導(dǎo)向套導(dǎo)向套 對(duì)活塞桿或柱塞起導(dǎo)向和支承作用，有些 液壓缸不設(shè)導(dǎo)向套，直接用端蓋孔導(dǎo)向。 38 3.2.3 活塞組件 活塞組件由活塞、密封件、活塞桿和連接件等組成。 活塞與活塞桿的連接形式 如圖3.9所示，活塞與活塞桿的連接最常用的有螺紋 連接和半環(huán)連接形式，除此之外還有整體式結(jié)構(gòu)、焊接 式結(jié)構(gòu)、錐銷(xiāo)式結(jié)構(gòu)等。 1 23 4 5 (a)(b) 1一活塞桿；2一活塞；3一密封圈； 4一彈簧圈；5一螺母 1一卡鍵；2一套環(huán)；3一彈簧卡圈 39 活塞裝置主要用來(lái)防止液壓

20、油的泄漏。對(duì)密封裝置的對(duì)密封裝置的 基本要求基本要求是具有良好的密封性能，并隨壓力的增加能自動(dòng)是具有良好的密封性能，并隨壓力的增加能自動(dòng) 提高密封性提高密封性。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形 及組合式等數(shù)種，其材料為耐油橡膠、尼龍、聚氨脂等。 （1）O形密封圈 O形密封圈的截面為圓形，主要用于靜密封。與唇形 密封圈相比，運(yùn)動(dòng)阻力較大，作運(yùn)動(dòng)密封時(shí)容易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)， 故一般不單獨(dú)用于油缸運(yùn)動(dòng)密封。 40 （1）O形密封圈 (a) 圖3.10 O型密封圈的結(jié)構(gòu)原理 （a）普通型 （b) （b）有擋板型 41 O形圈密封的原理：任何形狀的密封圈在安裝時(shí)，

21、必 須保證適當(dāng)?shù)念A(yù)壓縮量，過(guò)小不能密封，過(guò)大則摩擦力 增大，且易于損壞。因此，安裝密封圈的溝槽尺寸和表 面精度必須按有關(guān)手冊(cè)給出的數(shù)據(jù)嚴(yán)格保證。 在動(dòng)密封中，當(dāng)壓力大于10MPa時(shí)，O形圈就會(huì)被擠 入間隙中而損壞，為此需在O形圈低壓側(cè)設(shè)置聚四氟乙烯 或尼龍制成的擋圈，雙向受高壓時(shí)，兩側(cè)都要加擋圈。 (a) （b) （a）普通型 （b）有擋板型 圖3.10 O型密封圈的結(jié)構(gòu)原理 42 V形圈的截面為V形，如圖3.11所示，V形密封裝置 是由壓環(huán)、V形圈和支承環(huán)組成。當(dāng)工作壓力高于 10MPa時(shí)，可增加V形圈的數(shù)量，提高密封效果。安裝 時(shí)，V形圈的開(kāi)口應(yīng)面向壓力高的一側(cè)。 （2）V形密封圈 （a)

22、 （b) （c） a)壓環(huán) b)V型圈 c)支承環(huán) 圖3.11 V形密封圈 43 Y形密封圈的截面為Y形，屬唇形密封圈。它是一種摩擦 阻力小、壽命較長(zhǎng)的密封圈，應(yīng)用普遍。Y形圈主要用于往 復(fù)運(yùn)動(dòng)的密封。根據(jù)截面長(zhǎng)寬比例的不同，Y形圈可分為寬 斷面和窄斷面兩種形式，圖3.12所示為寬斷面Y形密封圈。 （3） Y（Yx）形密封圈 (a)(b) 圖3.12 Y形密封圈 44 (a)(b) 圖3.12 Y形密封圈 Y形圈安裝時(shí)，唇口端面應(yīng)對(duì)著液壓力高的一側(cè)。當(dāng) 壓力變化較大，滑動(dòng)速度較高時(shí)，要使用支承環(huán)，以固定 密封圈，如圖3.12（b）所示。 45 3.2.3 緩沖裝置 為了防止這種危害，保證安全，

23、應(yīng)采取緩沖 措施，對(duì)液壓缸運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行控制。 當(dāng)液壓缸帶動(dòng)質(zhì)量較大的部件作快速往復(fù)運(yùn) 動(dòng)時(shí)，由于運(yùn)動(dòng)部件具有很大的動(dòng)能，因此當(dāng)活 塞運(yùn)動(dòng)到液壓缸終端時(shí)，會(huì)與端蓋碰撞，而產(chǎn)生 沖擊和噪聲。這種機(jī)械沖擊不僅引起液壓缸的有 關(guān)部分的損壞，而且會(huì)引起其它相關(guān)機(jī)械的損傷。 46 3.2.3 緩沖裝置 u d u (b) u (a) （c） u (d) 圖3.13 液壓缸緩沖裝置 47 u d u (b) u (a) （c） u (d) 當(dāng)活塞移至端部，緩沖柱塞開(kāi)始插入缸端的緩沖孔時(shí)， 活塞與缸端之間形成封閉空間，該腔中受困擠的剩余油液 只能從節(jié)流小孔或緩沖柱塞與孔槽之間的節(jié)流環(huán)縫中擠出， 從而造成背壓迫

24、使運(yùn)動(dòng)柱塞降速制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)緩沖。 48 3.2.4 排氣裝置排氣裝置 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)往往會(huì)混入空氣，使系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)往往會(huì)混入空氣，使系統(tǒng)工作不穩(wěn)定， 產(chǎn)生振動(dòng)、爬行或前沖等現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使系統(tǒng)不能正常產(chǎn)生振動(dòng)、爬行或前沖等現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使系統(tǒng)不能正常 工作。工作。 因此，設(shè)計(jì)液壓缸時(shí)，必須考慮空氣的排除。因此，設(shè)計(jì)液壓缸時(shí)，必須考慮空氣的排除。 對(duì)于速度穩(wěn)定性要求較高的液壓缸和大型液壓缸，常 在液壓缸的最高處設(shè)置專(zhuān)門(mén)的排氣裝置，如排氣塞、排氣 閥等。當(dāng)松開(kāi)排氣塞或閥的鎖緊螺釘后，低壓往復(fù)運(yùn)動(dòng)幾 次，帶有氣泡的油液就會(huì)排出，空氣排完后擰緊螺釘，液 壓缸便可正常。 49 3.3 液壓缸

25、的設(shè)計(jì)與計(jì)算 液壓缸的計(jì)算及驗(yàn)算方法 首先根據(jù)使用要求確定液壓缸的類(lèi)型，再按首先根據(jù)使用要求確定液壓缸的類(lèi)型，再按 負(fù)載和運(yùn)動(dòng)要求確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸，必負(fù)載和運(yùn)動(dòng)要求確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸，必 要時(shí)需進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算，最后進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。要時(shí)需進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算，最后進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 液壓缸的主要尺寸包括液壓缸的內(nèi)徑液壓缸的主要尺寸包括液壓缸的內(nèi)徑D、缸、缸 的長(zhǎng)度的長(zhǎng)度L、活塞桿直徑、活塞桿直徑d。主要根據(jù)液壓缸的負(fù)載、。主要根據(jù)液壓缸的負(fù)載、 活塞運(yùn)動(dòng)速度和行程等因素來(lái)確定上述參數(shù)?；钊\(yùn)動(dòng)速度和行程等因素來(lái)確定上述參數(shù)。 50 液壓缸工作壓力的確定 液壓缸要承受的負(fù)載包括有效工作負(fù)載、摩 擦阻

26、力和慣性力等。液壓缸的工作壓力按負(fù)載確 定。對(duì)于不同用途的液壓設(shè)備，由于工作條件不 同，采用的壓力范圍也不同。設(shè)計(jì)時(shí)，液壓缸的 工作壓力可按負(fù)載大小及液壓設(shè)備類(lèi)型參考表3.1 來(lái)確定。 51 3.3.1 液壓缸主要尺寸的確定 液壓缸內(nèi)徑液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑和活塞桿直徑d可根據(jù)最大總負(fù)載和 選取的工作壓力來(lái)定，對(duì)單桿缸而言，有： 2 1 2 4 d p F D 有桿腔進(jìn)油時(shí)：有桿腔進(jìn)油時(shí)： （3.17） 1 1 4 p F D （3.16）無(wú)桿腔進(jìn)油時(shí)無(wú)桿腔進(jìn)油時(shí) 52 2 1 2 4 d p F D 有桿腔進(jìn)油時(shí)：有桿腔進(jìn)油時(shí)： （3.17） 1 1 4 p F D （3.16）無(wú)桿腔進(jìn)油

27、時(shí)無(wú)桿腔進(jìn)油時(shí) 式（3.17）中的桿徑d可根據(jù)工作壓力選取，見(jiàn)表3.4； 當(dāng)液壓缸的往復(fù)速度比有一定要求時(shí)，由式（3.7）得桿徑為 1 Dd（3.18） 53 計(jì)算所得的計(jì)算所得的液壓缸內(nèi)經(jīng)液壓缸內(nèi)經(jīng)D D和活塞桿直經(jīng)和活塞桿直經(jīng)d d應(yīng)圓整應(yīng)圓整 為標(biāo)準(zhǔn)系列，參見(jiàn)為標(biāo)準(zhǔn)系列，參見(jiàn)新編液壓工程手冊(cè)新編液壓工程手冊(cè)。 液壓缸的缸筒長(zhǎng)度由活塞最大行程、活塞長(zhǎng) 度、活塞桿導(dǎo)向套長(zhǎng)度、活塞桿密封長(zhǎng)度和特殊要 求的長(zhǎng)度確定。其中活塞長(zhǎng)度為（0.6-1.0）D，導(dǎo) 向套長(zhǎng)度為（0.6-1.5）d。為減少加工難度，一般 液壓缸缸筒長(zhǎng)度不應(yīng)大于內(nèi)徑的20-30倍。 54 3.3.2 液壓缸的校核 3.3.2.

28、1 缸筒壁厚的驗(yàn)算 中、高壓液壓缸一般用無(wú)縫鋼管做缸筒，大多屬薄 壁筒，即/D0.08。此時(shí)，可根據(jù)材料力學(xué)中薄壁圓筒的 計(jì)算公式驗(yàn)算缸筒的壁厚，即 2 max Dp （3.19） 當(dāng)/D0.3時(shí)，可用下式校核缸筒壁厚 ) 1 3 . 1 4 . 0 ( 2 max max p pD (3.20) 55 當(dāng)液壓缸采用鑄造缸筒時(shí)，壁厚由鑄造工藝確 定，這時(shí)應(yīng)按厚壁圓筒計(jì)算公式驗(yàn)算壁厚。當(dāng) /D=0.08-0.3時(shí)，可用下式校核缸筒的壁厚 max max 3 3 . 2p Dp (3.21) max p 式中: 缸筒內(nèi)的最高工作壓力 缸筒材料的許允應(yīng)力 56 活塞桿長(zhǎng)度根據(jù)液壓缸最大行程活塞桿長(zhǎng)度

29、根據(jù)液壓缸最大行程L L而定。對(duì)于而定。對(duì)于 工作行程中受壓的活塞桿，當(dāng)活塞桿長(zhǎng)度工作行程中受壓的活塞桿，當(dāng)活塞桿長(zhǎng)度L L與其直與其直 徑徑d d之比大于之比大于1515時(shí)，應(yīng)對(duì)活塞桿進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。時(shí)，應(yīng)對(duì)活塞桿進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。 關(guān)于穩(wěn)定性驗(yàn)算的內(nèi)容可查閱液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)關(guān)于穩(wěn)定性驗(yàn)算的內(nèi)容可查閱液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)。 3.2.2.2 3.2.2.2 液壓缸穩(wěn)定性驗(yàn)算液壓缸穩(wěn)定性驗(yàn)算 57 液壓缸用于實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)和擺動(dòng)，是液壓系液壓缸用于實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)和擺動(dòng)，是液壓系 統(tǒng)中最廣泛應(yīng)用的一種液壓執(zhí)行元件。液壓缸有時(shí)需統(tǒng)中最廣泛應(yīng)用的一種液壓執(zhí)行元件。液壓缸有時(shí)需 專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)。專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)。 1根據(jù)需要的推力計(jì)算液壓缸內(nèi)徑及活塞桿根據(jù)需要的推力計(jì)算液壓缸內(nèi)徑及活塞桿 直徑等主要參數(shù)；直徑等主要參數(shù)； 2對(duì)缸壁厚度、活塞桿直徑、螺紋連接對(duì)缸壁厚度、活塞桿直徑、螺紋連接 的強(qiáng)度及油缸的穩(wěn)定性等進(jìn)行必要的校核；的強(qiáng)度及油缸的穩(wěn)定性等進(jìn)行必要的校核； 3確定各部分結(jié)構(gòu)，其中包括密封裝置、確定各部分結(jié)構(gòu)，其中包括密封裝置、 缸筒與缸蓋的連接、活塞結(jié)構(gòu)以及缸筒的缸筒與缸蓋的連接、活塞結(jié)構(gòu)以及缸筒的 固定形式等，進(jìn)行工作圖設(shè)計(jì)。