液壓-第03章液壓缸課件

1、12主要內容 1、液壓缸的分類及基本計算 2、液壓缸的工作原理及結構3p1p2FVdQ21pppA液壓缸壓力 p 流量Q液壓功率作用力F 速度V機械功率43.1 3.1 液壓缸的類型及特點液壓缸的類型及特點按供油方向分：單作用缸和雙作用缸。按結構形式分：活塞缸、柱塞缸、伸縮套筒缸、擺動液壓缸。按活塞桿形式分：單活塞桿缸、雙活塞桿缸。AFQPv單桿液壓缸單桿液壓缸.1.aviAFQPv雙桿液壓缸雙桿液壓缸AFQPv柱塞式液壓缸柱塞式液壓缸伸縮套筒式液壓缸伸縮套筒式液壓缸Dd1234432411擺動液壓缸擺動液壓缸5理想液壓缸理想液壓缸AFQv理想單桿液壓缸理想單桿液壓缸PQ=FvAFQPv理想雙

2、桿液壓缸理想雙桿液壓缸PQ=FvFQPvA1理想油缸理想油缸數(shù)學模型數(shù)學模型A/()A單位位移排量油缸有效工作面積_AAQvPFvFQPPP63.1.1 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構形式，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。AFqv(a)缸筒固定式缸筒固定式1P2P(b)活塞桿固定式活塞桿固定式.動動畫畫.aviAFqv1P2P7 因為雙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

3、輸入流量和油液壓力不變時，其往返運動速度和推力相等。則缸的運動速度V和推力F分別為：vvdDqAqv)(422（3.1）mppdDF)(42122（3.2）式中:、1p2p分別為缸的進、回油壓力；vm分別為缸的容積效率和機械效率；、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動速度相同的場合。這種液壓缸常用于要求往返運動速度相同的場合。83.1.1.2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，活塞雙向運動可以獲得不同的速度和輸出力，其簡圖及油路連接方式如圖3.2所示。2A1F1v(a)無桿腔進油無桿腔進油1P2P1A

4、Ddq2A2F(b)有桿腔進油有桿腔進油1P2P1A2vq9無桿腔進油vvDqAqv2114（3.3）mmpdDpDApApF)(4)(2221222111（3.4）1v1F活塞的運動速度 和推力 分別為:2A1F1v(a)無桿腔進油無桿腔進油1P2P1ADdq10有桿腔進油活塞的運動速度 和推力 分別為:2v2F2A2F(b)有桿腔進油有桿腔進油1P2P1A2vqvvdDqAqv)(42222（3.5）mmpDpdDApApF)(4)(2212212212（3.6）11 比較上述各式，可以看出： , ；液壓缸往復運動時的速度比為： 2v1v1F2F22212dDDvv（3.7） 上式表明：當

5、活塞桿直徑愈小時，速度比接近當活塞桿直徑愈小時，速度比接近1，在兩個方向上的速度差值就愈小。在兩個方向上的速度差值就愈小。2A1F1v(a)無桿腔進油無桿腔進油2P1P1ADdq2A2F(b)有桿腔進油有桿腔進油2P1P1A2vq12兩腔進油,差動聯(lián)接.液壓技術差動液壓缸原理動畫.avi2A3F(c)差動聯(lián)接差動聯(lián)接1P1A3vq 當單桿活塞缸兩腔同時通入壓力油時，由于無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，活塞向右運動，活塞桿向外伸出；與此同時，又將有桿腔的油液擠出，使其流進無桿腔，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

6、差動連接差動連接。13兩腔進油,差動聯(lián)接2A3F(c)差動聯(lián)接差動聯(lián)接1P1A3vqvvdqAAqv22134（3.8）vmpdAApF1221134)(（3.9） 在忽略兩腔連通油路壓力損失的情況下，差動連接液壓缸的推力為：3F1P21AA 3vq等效活塞的運動速度為：14兩腔進油,差動聯(lián)接2A3F(c)差動聯(lián)接差動聯(lián)接1P1A3vq3F1P21AA 3vq等效 差動連接差動連接時時,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，工作臺運動速度比無桿腔進油時的大，而輸出力則較小。 差動連接是在不增加液壓泵容量和功率的條件下，實差動連接是在不增加液壓泵容量和功率

7、的條件下，實現(xiàn)快速運動的有效辦法?，F(xiàn)快速運動的有效辦法。15 差動液壓缸計算舉例差動液壓缸計算舉例 例3.1：已知單活塞桿液壓缸的缸筒內徑已知單活塞桿液壓缸的缸筒內徑D=100mm，活，活塞桿直徑塞桿直徑d=70mm，進入液壓缸的流量，進入液壓缸的流量q=25L/min，壓力，壓力P1=2Mpa，P2=0。液壓缸的容積效率和機械效率分別為。液壓缸的容積效率和機械效率分別為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，液壓缸可推動的最大負載和運動速度各是多少？并給出運液壓缸可推動的最大負載和運動速度各是多少？并給出運動方向。動方向。)(15

8、23797.01021 .04462121NpDFm)/(052.0601 .098.01025442321smDqvv 解：解：在圖3.2（a）中，液壓缸無桿腔進壓力油，回油腔壓力為零，因此，可推動的最大負載為： 液壓缸向左運動，其運動速度為：16)(777197. 0102)07. 01 . 0(4)(46221222NpdDFm)/(102. 060)07. 01 . 0(98. 010254)(4223222smdDqvm)(6466097. 010207. 04462123NpdFm)/(106.06007.098.01025442323smdqvv 在圖3.2（b）中，液壓缸為有桿

9、腔進壓力油，無桿腔回油壓力為零，可推動的負載為： 液壓缸向左運動，其運動速度為： 在圖3.2（c）中，液壓缸差動連接，可推動的負載力為： 液壓缸向左運動，其運動速度為：173.1.2 柱塞式液壓缸圖3.3柱塞式液壓缸 當活塞式液壓缸行程較長時，加工難度大,使得制造成本增加。 某些場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格低廉的液壓缸。柱塞pq 缸筒A（a）18192x20MN汽車縱梁液壓機20 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完成。等其它外力來完成。如果要獲得雙向運動，如果要獲得

10、雙向運動，可將兩柱塞液壓缸成可將兩柱塞液壓缸成對使用為減輕柱塞的對使用為減輕柱塞的重量，有時制成空心重量，有時制成空心柱塞。柱塞。圖3.3柱塞式第3章雙柱塞式液壓缸原理動畫.aviQQVdd24VQVd212()4mFppd式中：d柱塞直徑，p1進油壓力，p2另一缸的回油壓力。p1p2213.1.3 擺動式液壓缸圖3.4擺動液壓缸Dd1234432411 擺動液壓缸能實現(xiàn)小于360角度的往復擺動運動，由于它可直接輸出扭矩，故又稱為擺動液壓馬達，主要有單葉片式和雙葉片式兩種結構形式。22圖3.4擺動液壓缸Dd1234432411 單葉片擺動液壓缸單葉片擺動液壓缸主要由定子塊1、缸體2、擺動軸3、

11、葉片4、左右支承盤和左右蓋板等主要零件組成。定子塊固定在缸體上，葉片和擺動軸固連在一起，當兩油口相繼通以壓力油時，葉片即帶動擺動軸作往復擺動。23圖3.4擺動液壓缸Dd1234432411當考慮到機械效率時，單葉片缸的擺動軸輸出轉矩為p1p2mppdDbT)(82122（3.10）D 缸體內孔直徑； d 擺動軸直徑； b 葉片寬度；24圖3.4擺動液壓缸Dd1234432411q根據(jù)能量守恒原理,結合式(3.10)得輸出角速度為D 缸體內孔直徑； d 擺動軸直徑； b 葉片寬度；)(822dDbqv（3.11）25 增壓缸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27伸縮

12、式雙作用缸伸縮式雙作用缸伸出伸出BA二級活塞 缸體兩端有進、出油口A和B。當A口進油，B口回油時，先推動一級活塞向右運動。一級活塞右行至終點時，二級活塞在壓力油的作用下繼續(xù)向右運動。283.1.5 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構組成，活塞往復移動經齒條、齒輪機構變成齒輪軸往復轉動。876543211211109行程圖3.6齒條活塞液壓缸的結構圖.液壓技術齒條活塞液壓缸原理動畫.avi1 緊固螺帽；2 調節(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 傳動軸；11 缸體；12 螺釘q293.2 液壓缸的結構 303.2

13、 液壓缸的結構 圖 3.9 雙作用單活塞桿液壓缸結構圖l 缸底；2 卡鍵；3、5、9、11 密封圈；4 活塞；6 缸筒；7 活塞桿；8 導向套；10 缸蓋；12 防塵圈；13 耳軸31323.2.1.1 缸筒與端蓋的連接圖3.8缸體與缸蓋的連接結構3.2.1 缸體組件33 缸筒缸筒 是液壓缸的主體，其內孔一般采用鏜削、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有足夠的強度。 導向套導向套 對活塞桿或柱塞起導向和支承作用，有些液壓缸不設導向套，直接用端蓋孔導向。343.2.3

14、活塞組件 活塞組件由活塞、密封件、活塞桿和連接件等組成?；钊c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構、焊接式結構、錐銷式結構等。12345(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35 密封裝置主要用來防止液壓油的泄漏。對密封裝置的對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是具有良好的密封性能，并隨壓力的增加能自動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

15、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，運動阻力較大，作運動密封時容易產生扭轉，故一般不單獨用于油缸運動密封。36 （1）O形密封圈(a) 圖3.10 O型密封圈的結構原理 （a）普通型（b)（b）有擋板型37 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。當工作壓力高于10MPa時，可增加V形圈的數(shù)量，提高密封效果。安裝時，V形圈的開口應面向壓力高的一側。（2）V形密封圈（a) （b) （c） a)壓環(huán) b)V型圈 c)支承環(huán)圖3.11 V形密封圈3839 Y形密封圈的截面為Y形，屬唇形密封圈。它

16、是一種摩擦阻力小、壽命較長的密封圈，應用普遍。Y形圈主要用于往復運動的密封。根據(jù)截面長寬比例的不同，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40(a)(b)圖3.12 Y形密封圈 Y形圈安裝時，唇口端面應對著液壓力高的一側。當壓力變化較大，滑動速度較高時，要使用支承環(huán)，以固定密封圈，如圖3.12（b）所示。41423.2.3 緩沖裝置 為了防止這種危害，保證安全，應采取緩沖措施，對液壓缸運動速度進行控制。 當液壓缸帶動質量較大的部件作快速往復運動時，由于運動部件具有很大的動能，因此當活塞運動到液壓缸終端

17、時，會與端蓋碰撞，而產生沖擊和噪聲。這種機械沖擊不僅引起液壓缸的有關部分的損壞，而且會引起其它相關機械的損傷。433.2.3 緩沖裝置udu(b)u(a)（c）u(d)圖3.13 液壓缸緩沖裝置44udu(b)u(a)（c）u(d) 當活塞移至端部，緩沖柱塞開始插入缸端的緩沖孔時，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，從而造成背壓迫使運動柱塞降速制動，實現(xiàn)緩沖。453.2.4 排氣裝置排氣裝置 液壓傳動系統(tǒng)往往會混入空氣，使系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，液壓傳動系統(tǒng)往往會混入空氣，使系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，產生振動、爬行或前沖等現(xiàn)象，嚴重時會使系統(tǒng)不能

18、正常產生振動、爬行或前沖等現(xiàn)象，嚴重時會使系統(tǒng)不能正常工作。工作。 因此，設計液壓缸時，必須考慮空氣的排除。因此，設計液壓缸時，必須考慮空氣的排除。 對于速度穩(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置專門的排氣裝置，如排氣塞、排氣閥等。當松開排氣塞或閥的鎖緊螺釘后，低壓往復運動幾次，帶有氣泡的油液就會排出，空氣排完后擰緊螺釘，液壓缸便可正常。463.3 液壓缸的設計與計算液壓缸的計算及驗算方法 首先根據(jù)使用要求確定液壓缸的類型，再按首先根據(jù)使用要求確定液壓缸的類型，再按負載和運動要求確定液壓缸的主要結構尺寸，必負載和運動要求確定液壓缸的主要結構尺寸，必要時需進行強度驗算，最后進

19、行結構設計。要時需進行強度驗算，最后進行結構設計。 液壓缸的主要尺寸包括液壓缸的內徑液壓缸的主要尺寸包括液壓缸的內徑D、缸、缸的長度的長度L、活塞桿直徑、活塞桿直徑d。主要根據(jù)液壓缸的負載、。主要根據(jù)液壓缸的負載、活塞運動速度和行程等因素來確定上述參數(shù)。活塞運動速度和行程等因素來確定上述參數(shù)。47液壓缸工作壓力的確定 液壓缸要承受的負載包括有效工作負載、摩擦阻力和慣性力等。液壓缸的工作壓力按負載確定。對于不同用途的液壓設備，由于工作條件不同，采用的壓力范圍也不同。設計時，液壓缸的工作壓力可按負載大小及液壓設備類型參考表3.1來確定。483.3.1 液壓缸主要尺寸的確定 液壓缸內徑液壓缸內徑D和

20、活塞桿直徑和活塞桿直徑d可根據(jù)最大總負載和選取的工作壓力來定，對單桿缸而言，有：2124dpFD有桿腔進油時：有桿腔進油時：（3.17）114pFD（3.16）無桿腔進油時無桿腔進油時492124dpFD有桿腔進油時：有桿腔進油時：（3.17）114pFD（3.16）無桿腔進油時無桿腔進油時 式（3.17）中的桿徑d可根據(jù)工作壓力選取，見表3.4；當液壓缸的往復速度比有一定要求時，由式（3.7）得桿徑為1 Dd（3.18）50 計算所得的計算所得的液壓缸內經液壓缸內經D D和活塞桿直經和活塞桿直經d d應圓整應圓整為標準系列，參見為標準系列，參見新編液壓工程手冊新編液壓工程手冊。 液壓缸的缸筒

21、長度由活塞最大行程、活塞長度、活塞桿導向套長度、活塞桿密封長度和特殊要求的長度確定。其中活塞長度為（0.6-1.0）D，導向套長度為（0.6-1.5）d。為減少加工難度，一般液壓缸缸筒長度不應大于內徑的20-30倍。513.3.2 液壓缸的校核3.3.2.1 缸筒壁厚的驗算 中、高壓液壓缸一般用無縫鋼管做缸筒，大多屬薄壁筒，即/D0.08。此時，可根據(jù)材料力學中薄壁圓筒的計算公式驗算缸筒的壁厚，即 2maxDp（3.19） 當/D0.3時，可用下式校核缸筒壁厚) 13 . 14 . 0(2maxmaxppD(3.20)52 當液壓缸采用鑄造缸筒時，壁厚由鑄造工藝確定，這時應按厚壁圓筒計算公式驗

22、算壁厚。當/D=0.08-0.3時，可用下式校核缸筒的壁厚maxmax3 3 . 2pDp(3.21)maxp式中: 缸筒內的最高工作壓力 缸筒材料的許允應力53 活塞桿長度根據(jù)液壓缸最大行程活塞桿長度根據(jù)液壓缸最大行程L L而定。對于而定。對于工作行程中受壓的活塞桿，當活塞桿長度工作行程中受壓的活塞桿，當活塞桿長度L L與其直與其直徑徑d d之比大于之比大于1515時，應對活塞桿進行穩(wěn)定性驗算。時，應對活塞桿進行穩(wěn)定性驗算。 關于穩(wěn)定性驗算的內容可查閱液壓設計手冊關于穩(wěn)定性驗算的內容可查閱液壓設計手冊。3.2.2.2 3.2.2.2 液壓缸穩(wěn)定性驗算液壓缸穩(wěn)定性驗算54 液壓缸用于實現(xiàn)往復直

23、線運動和擺動，是液壓系液壓缸用于實現(xiàn)往復直線運動和擺動，是液壓系統(tǒng)中最廣泛應用的一種液壓執(zhí)行元件。液壓缸有時需統(tǒng)中最廣泛應用的一種液壓執(zhí)行元件。液壓缸有時需專門設計。專門設計。1根據(jù)需要的推力計算液壓缸內徑及活塞桿根據(jù)需要的推力計算液壓缸內徑及活塞桿直徑等主要參數(shù)；直徑等主要參數(shù)；2對缸壁厚度、活塞桿直徑、螺紋連接對缸壁厚度、活塞桿直徑、螺紋連接的強度及油缸的穩(wěn)定性等進行必要的校核；的強度及油缸的穩(wěn)定性等進行必要的校核；3確定各部分結構，其中包括密封裝置、確定各部分結構，其中包括密封裝置、缸筒與缸蓋的連接、活塞結構以及缸筒的缸筒與缸蓋的連接、活塞結構以及缸筒的固定形式等，進行工作圖設計。固定形式等，進行工作圖設計。55習題3.1 套筒缸在外伸、內縮時，不同直徑的柱塞以什么樣的套筒缸在外伸、內縮時，不同直徑的柱塞以什么樣的順序運動，為什么？順序運動，為什么？3.2 已知單桿液壓缸缸筒直徑已知單桿液壓缸缸筒直徑D=50mm，活塞桿直徑，活塞桿直徑d=35mm，液壓泵供油流量為，液壓泵供油流量為q=10L/min，試求，（，試求，（1）液壓缸差動