動(dòng)力油缸液壓缸

1、第五章 動(dòng)力油缸（液壓缸） 油馬達(dá)輸出的是轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩,是連續(xù)的轉(zhuǎn)動(dòng)；有些工作機(jī)要求的是力和往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)或者是轉(zhuǎn)矩和小的往復(fù)擺動(dòng)，這就是動(dòng)力油缸。第一節(jié)液壓油缸的類型及特點(diǎn)一、分類動(dòng)力油缸 單作用油缸 活塞式 柱塞式 伸縮式 雙作用油缸 單活塞桿 差動(dòng) 雙活塞桿 伸縮式 組合油缸 串聯(lián) 增壓 多位 齒條傳動(dòng) 擺動(dòng)油缸 單葉片式 雙葉片式以運(yùn)動(dòng)形式分兩種;往復(fù)直線運(yùn)動(dòng),往復(fù)擺動(dòng)。二、活塞式液壓缸二、活塞式液壓缸 結(jié)構(gòu)由缸筒、活塞、活塞桿、端蓋、支架和密封件等組成。當(dāng)壓力油從左油口進(jìn)入缸的左缸時(shí),推動(dòng)活塞向右運(yùn)動(dòng),從而通過(guò)活塞桿帶動(dòng)工作臺(tái)也向右運(yùn)動(dòng)。缸左腔的油則從右口排出。若從右口進(jìn)壓力油,則工作臺(tái)

2、會(huì)產(chǎn)生反向(左)運(yùn)動(dòng),左口就會(huì)成為排油口。 1 1、雙活塞桿液壓缸、雙活塞桿液壓缸缸的職能符號(hào)： 1）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：兩側(cè)有效工作面積一樣。l缸筒固裝在機(jī)架上,活塞桿與工作臺(tái)相連。這種安裝方式當(dāng)活塞桿的有效行程為l時(shí),整個(gè)工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)范圍是3l,所以機(jī)器占地面積較大。 2）安裝方式：兩種 活塞桿固裝在機(jī)架上,缸筒則與工作臺(tái)相連。這樣,工作臺(tái)的移動(dòng)范圍只等于活塞有效行程l的2倍(2l),所以機(jī)器占地面積較小。 l 雙活塞桿液壓缸的兩端直徑通常是相等的,因而液壓缸左右兩腔的有效面積相同。若供油壓力和流量不變,則活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)兩個(gè)方向的作用力和速度是相等的。作用力和速度的計(jì)算式如下:(設(shè)回油壓力為零) f

3、apddp422()vqdd1422（)式中：p供油壓力; a活塞有效面積; q供油量; d活塞桿直徑; d活塞直徑; 3）基本參數(shù)：2 2、單活塞桿液壓缸、單活塞桿液壓缸1）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 這種液壓缸的活塞只有一端從缸的端頭伸出。其結(jié)構(gòu)組成與雙活塞桿液壓缸相似職能符號(hào)：2）工作原理：無(wú)桿腔進(jìn)油腔回油腔有桿腔因兩側(cè)有效作用面積或油液壓力不等，活塞在液壓力的作用下，作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。3）安裝方式：4）基本參數(shù)： 這種液壓缸由于左、右腔的活塞有效工作面積不相等,因而以相同的壓力和流量先后分別向左、右腔供油,則活塞向右、向左產(chǎn)生的推力和速度是不相同的。各種情況下的推力和速度的計(jì)算方法如下 :（1）從大腔（

4、無(wú)桿腔）進(jìn)油,小腔（有桿腔）回油,則 fp aa pd pddpvqd11122212221244()（2）從小腔進(jìn)油, 大腔回油(如圖),則有 fp aa pddpd pvqdd212122212222244()()式中 f1 f2壓力油進(jìn)入大腔、小腔時(shí)活塞的推力或拉力; v1 v2 壓力油分別進(jìn)入大腔、小腔時(shí)活塞的運(yùn)動(dòng)速度; p1 供油壓力;p2 回油壓力,俗稱背壓; （3）v2、v1之比稱為速度比212)(11ddvvv可見(jiàn)單活塞桿液壓缸左、右兩個(gè)方向的工作性能是不對(duì)稱的。 例：液壓刨床）差動(dòng)液缸 若要得到對(duì)稱的工作特性, 對(duì)單活塞桿液壓缸來(lái)說(shuō)可采用差動(dòng)工作方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。所謂差動(dòng)工作方式,

5、就是把油路接成如圖所示的差動(dòng)連接,即壓力油同時(shí)進(jìn)入大腔和小腔。這時(shí)兩腔的壓力雖然相同,但由于兩腔有效面積不同,故而推動(dòng)活塞向右的力大于推活塞向左的力,因此活塞會(huì)產(chǎn)生向右的運(yùn)動(dòng)。 活塞向右運(yùn)動(dòng)中,小腔排出的油流量為q,這股流量與供油流量合在一起進(jìn)入大腔,使活塞向右運(yùn)動(dòng)的速度加快。其計(jì)算方法如下。 q1p1q1qvqqaqv aa31321vqaaqd31224v3v1差動(dòng)連接的單活塞桿液壓缸也稱差動(dòng)液壓缸。由式可見(jiàn),對(duì)差動(dòng)液缸,可以得到幾點(diǎn)結(jié)論：a只要改變活塞桿的直徑就可改變運(yùn)動(dòng)速度,因此,采用差動(dòng)液壓缸可以方便地實(shí)現(xiàn)所要求的快速運(yùn)動(dòng)，比單從大油腔單獨(dú)供油時(shí)的速度大；b只要有a1=2a2 （即：

6、 ）的關(guān)系,差動(dòng)連接的運(yùn)動(dòng)速度v3可以等于小腔進(jìn)油(供油流量不變)大腔回油時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度； dd222c這種缸的活塞推力計(jì)算公式為： 根據(jù)以上公式，如果回油壓力p2 =0，則返回時(shí)： 122134)(pdaapf1222122212124)(4pdpdpddpaapf 即可以f2=f3，可見(jiàn)，差動(dòng)液缸可以實(shí)現(xiàn)活塞左右運(yùn)動(dòng)時(shí)的推力相等。而且推力比非差動(dòng)連接小。 總上是說(shuō)，差動(dòng)油缸克服了由于活塞桿面積對(duì)往復(fù)運(yùn)動(dòng)力與速度的影響。 6）活塞式液壓缸典型結(jié)構(gòu)1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3、無(wú)活塞桿液壓缸又稱齒條活塞液壓缸 三、柱塞

7、式液壓缸三、柱塞式液壓缸 柱塞式液壓缸由缸筒1、活塞2、缸套3和彈簧卡圈4等零件組成。壓力油從唯一的油口進(jìn)入缸筒,推動(dòng)柱塞向下運(yùn)動(dòng),壓力油泄掉,柱塞不會(huì)自動(dòng)向左運(yùn)動(dòng)。 由此可見(jiàn)這種液壓缸的工作有如下特點(diǎn):(1)它是一種單作用式液壓缸,靠液壓力只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng),柱塞的回程要靠其它的外力或柱塞的自重(當(dāng)液壓缸垂直放置時(shí));(2)柱塞只靠缸套支承而不與缸筒接觸,這樣缸筒極易加工,故適于做長(zhǎng)行程液壓缸;(3)工作時(shí)液壓缸總受壓,因而它必須具有足夠的剛度;(4)柱塞端面是受油壓的工作面,所以:柱塞上有效作用力為:柱塞的運(yùn)動(dòng)速度為:式中:d柱塞直徑。其它符號(hào)意義同前。 fpad p42vqaqd42

8、（5）柱塞式液壓缸是單作用式的，它的回程需要借助自重（垂直放置時(shí)）、彈簧力等其它外力來(lái)完成。 為了實(shí)現(xiàn)雙向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，即實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向的液壓驅(qū)動(dòng),可采用雙柱塞缸并排安裝的方案 .（6）柱塞只靠鋼套支撐而不與缸體接觸，這樣缸筒易于加工，故適于做長(zhǎng)行程的液壓缸。太長(zhǎng)，有時(shí)需要加輔助導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。 四四. .擺動(dòng)式液壓缸擺動(dòng)式液壓缸 擺動(dòng)式液壓缸是一種作往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行元件。 符號(hào)： 單片式擺動(dòng)式液壓缸，由于結(jié)構(gòu)的限制,其旋轉(zhuǎn)的角度小于360。 雙片式擺動(dòng)液壓缸，擺動(dòng)角度小于180，但與單片式相比，在結(jié)構(gòu)尺寸相同的情況下，其輸出轉(zhuǎn)矩增大一倍，并具有徑向液壓力平衡的優(yōu)點(diǎn)。兩者都可使輸出軸作逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)和作順時(shí)

9、針旋轉(zhuǎn)。 擺動(dòng)式液壓缸的輸出扭矩和轉(zhuǎn)速計(jì)算方法如下:mpbrdrpbddpb ddpb ddtdd2222222212221818()() ()()由于存在摩擦 mqt，所以容積效率為：vtqqmvqddb()22式中-d缸體內(nèi)孔直徑; d-輸出軸外圓的直徑; b-葉片的寬度;其它符號(hào)意義同前。 要增加擺動(dòng)式液壓缸的輸出扭矩,可用增加葉片的數(shù)目來(lái)實(shí)現(xiàn)。葉片的數(shù)目應(yīng)成對(duì)增加（考慮對(duì)稱徑向液壓力平衡）。若葉片的對(duì)數(shù)為z,在其它條件不變的情況下,擺動(dòng)缸的輸出扭矩將增大倍,但轉(zhuǎn)速將減小倍。 五、伸縮液壓缸1一級(jí)缸筒 2一級(jí)活塞 3二級(jí)缸筒 4二級(jí)活塞六.液壓缸的維護(hù)（1）在拆卸液壓缸前，先松開(kāi)溢流閥，

10、將系統(tǒng)壓力降為零，再切斷電源。（2）放掉液壓缸兩腔油液，一般應(yīng)先松開(kāi)端蓋的連接螺栓，然后按順序拆卸。（3）拆卸時(shí)，不能損傷進(jìn)、出油口螺紋，活塞桿表面和頭部螺紋。（4）拆卸后，應(yīng)檢查各配合表面及密封（5）組裝液壓缸前，將各部分用汽油或煤油洗凈晾干。（6）組裝液壓缸時(shí)特別注意密封元件的安裝（7）耐壓試驗(yàn)后應(yīng)再次緊固有關(guān)螺栓。七、液壓缸常見(jiàn)故障和排除方法故障現(xiàn)象產(chǎn) 生 原 因排 除 方 法爬行1外界空氣進(jìn)入缸內(nèi)2密封壓得太緊3活塞與活塞桿不同軸4活塞桿彎曲變形5缸筒內(nèi)壁拉毛，局部磨損嚴(yán)重或腐蝕6安裝位置有誤差7雙活塞桿兩端螺母擰得太緊8導(dǎo)軌潤(rùn)滑不良1開(kāi)動(dòng)系統(tǒng)，打開(kāi)排氣塞（閥）強(qiáng)迫排氣2調(diào)整密封，保證

11、活塞桿能用手拉動(dòng)而試車(chē)時(shí)無(wú)泄漏即可3校正或更換，使同軸度小于0.04mm4校正活塞桿，保證直線度小于0.1/10005適當(dāng)修理，嚴(yán)重者重磨缸孔，按要求重配活塞6校正7調(diào)整8適當(dāng)增加導(dǎo)軌潤(rùn)滑油量推力不足，速度不夠或逐漸下降1缸與活塞配合間隙過(guò)大或形密封圈破壞2工作時(shí)經(jīng)常用某一段，造成局部幾何形狀誤差增大，產(chǎn)生泄漏3缸端活塞桿密封壓得過(guò)緊，摩擦力太大4活塞桿彎曲，使運(yùn)動(dòng)阻力增加1更換活塞或密封圈，調(diào)整到合適間隙2鏜磨修復(fù)缸孔內(nèi)徑，重配活塞3放松、調(diào)整密封4校正活塞桿沖擊1活塞與缸筒間用間隙密封時(shí)，間隙過(guò)大，節(jié)流閥失去作用2端部緩沖裝置中的單向閥失靈，不起作用1更換活塞，使間隙達(dá)到規(guī)定要求，檢查緩沖

12、節(jié)流閥2修正、配研單向閥與閥座或更換外泄漏1密封圈損壞或裝配不良使活塞桿處密封不嚴(yán)2活塞桿表面損傷3管接頭密封不嚴(yán)4缸蓋處密封不良1檢查并更換或重裝密封圈2檢查并修復(fù)活塞桿3檢查并修整4檢修密封圈及接觸面 第二節(jié) 液壓缸的構(gòu)造 本節(jié)將對(duì)液壓缸的各組成部分作進(jìn)一步介紹,同時(shí)還介紹一些改善液壓缸工作性能的裝置,如緩沖和放氣裝置等。一、一、 缸筒現(xiàn)缸蓋的連接缸筒現(xiàn)缸蓋的連接 鑄鐵缸筒通常用法蘭連接。用無(wú)縫鋼管做成的缸筒雖然也可以焊上法蘭從而采用法蘭連接,但一般多采用螺紋或半環(huán)連接等形式。一些手冊(cè)介紹了缸筒與缸蓋的各種連接形式,供設(shè)計(jì)工作中參考。 二、液壓缸的密封方法二、液壓缸的密封方法 進(jìn)入液壓缸的

13、壓力油可能通過(guò)活塞桿與缸蓋的連接處向外泄漏,另外還可以通過(guò)活塞與缸筒間的配合而使高壓腔的壓力油流向低壓腔(稱為內(nèi)泄漏)。為了防止泄漏,提高液壓缸的工作性能與效率,在可能泄漏的地方需要安裝密封裝置。對(duì)密封裝置一般有以下要求： 具有良好的密封性能,保證無(wú)(或少)泄漏; 有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的密封處摩擦阻力要小; 密封件要耐磨,或磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償; 使用維護(hù)簡(jiǎn)單、工藝性好、成本低。 常用的密封方法有以下幾種: 1 間隙密封 2 活塞環(huán)密封3 密封圈密封 活塞桿與缸蓋之間也有密封的問(wèn)題 三、活塞組件三、活塞組件活塞加上活塞桿構(gòu)成了活塞組件,短行程的液壓缸可以把活塞桿與活塞做成一體,這是最簡(jiǎn)單的一種形式。 活塞與

14、活塞桿之間的螺紋連接,它適用于負(fù)載較小,受力無(wú)沖擊的液壓缸中。 卡環(huán)連接方式。 徑向銷(xiāo)式連接結(jié)構(gòu),用錐銷(xiāo)把活塞固定在活塞桿上。這種連接方式特別適用于雙活塞桿式活塞。 四、緩沖裝置四、緩沖裝置 為避免活塞在液壓缸的行程終端現(xiàn)缸蓋發(fā)生撞擊,需要緩沖裝置。對(duì)大型、高速或要求高的液壓缸則必須有緩沖裝置。盡管各種緩沖裝置的結(jié)構(gòu)形式不同,但它們的工作原理則是相似的。幾乎都是利用活塞接近缸蓋時(shí)增大液壓缸的回油阻力,使活塞減速,從而防止活塞撞擊缸蓋。五、放氣裝置五、放氣裝置 第三節(jié)第三節(jié) 液壓缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算液壓缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 液壓缸的設(shè)計(jì)是整個(gè)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)之一，本節(jié)要介紹如何利用前面的知識(shí)來(lái)設(shè)計(jì)液壓缸的方

15、法與步驟。實(shí)際中，靠計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的輔助軟件也不少。 要作好設(shè)計(jì)工作,還必須事先作好調(diào)查研究,掌握必要的原始資料,譬如:主機(jī)的用途和工作條件;執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、負(fù)載大小、行程范圍和動(dòng)作要求;材料、器材的供應(yīng)情況和生產(chǎn)加工條件;國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范等。設(shè)計(jì)液壓缸一般要作以下幾方面的工作:1選擇液壓缸的類型和結(jié)構(gòu)形式; 選擇液壓缸的類型是進(jìn)行以后各項(xiàng)設(shè)計(jì)工作的基礎(chǔ)。這步工作可參考前面兩節(jié)介紹的內(nèi)容來(lái)進(jìn)行。 2確定液壓缸的工作參數(shù); 1)液壓缸的工作壓力 2)液壓缸的工作速度 3)液壓缸的行程3計(jì)算液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸; 1)缸筒內(nèi)徑 (1)根據(jù)負(fù)載來(lái)確定缸筒內(nèi)徑 (2)根據(jù)工作速度來(lái)確定缸筒內(nèi)徑 2)活塞

16、桿外徑 （1）活塞桿直徑除滿足強(qiáng)、剛度要求外,對(duì)于單桿液壓缸來(lái)說(shuō)往往以滿足工作速度的速比來(lái)確定活塞桿直徑,然后再校核其強(qiáng)度和穩(wěn)定性 (2)活塞桿直徑還可按缸的工作壓力來(lái)確定。 3)缸筒長(zhǎng)度l 缸筒長(zhǎng)度由活塞行程加上各種結(jié)構(gòu)來(lái)確定 4)計(jì)算缸筒壁厚 5)連接螺栓 4結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度的計(jì)算和校核;5液壓缸的結(jié)構(gòu)裝配圖設(shè)計(jì);6繪制零件圖、編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。 三三. .液壓缸設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題液壓缸設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題(1)在保證能滿足運(yùn)動(dòng)行程和負(fù)載力的條件下,應(yīng)盡可能地縮小液壓缸的輪廓尺寸。(2)要保證密封可靠、防塵良好。(3)液壓缸的活塞桿最好在受拉的情況下工作,以免產(chǎn)生縱向彎曲。對(duì)受壓的細(xì)長(zhǎng)活塞桿則應(yīng)

17、進(jìn)行穩(wěn)定性校核。若活塞很長(zhǎng)而又水平放置時(shí),由于自重產(chǎn)生的撓度一般應(yīng)小于0.001l(l為活塞桿長(zhǎng)度),以防破壞密封裝置。也可用加中間支承的方法來(lái)減小垂度。(4)液壓缸的熱脹冷縮應(yīng)不受防礙。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中由于功率損耗、機(jī)械摩擦及油的粘性摩擦都會(huì)使油發(fā)熱。液壓缸受熱后便膨脹伸長(zhǎng),因此對(duì)長(zhǎng)行程的液壓缸在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮它有自由伸縮的余地,以免液壓缸受到額外的熱應(yīng)力。一般將液壓缸固定在機(jī)架上時(shí),只能固定一端的缸蓋,而讓另一端自由伸縮。(5)根據(jù)需要設(shè)置緩沖裝置和放氣裝置。緩沖和放氣不是任何情況下都 需要 的, 一定要根據(jù)液壓缸的使用條件來(lái)決定有無(wú)必要設(shè)置這兩種裝置,以免使液壓缸的結(jié)構(gòu)造成不必要 的復(fù)雜化。(6)盡量縮短進(jìn)、出油管的長(zhǎng)度,以減少壓力損失。進(jìn)、出油口的位置要恰當(dāng),不要被活塞運(yùn)動(dòng)到終端時(shí)把它堵死。 總之,液壓缸的設(shè)計(jì)內(nèi)容不是一成不變的,根據(jù)具體情況有些內(nèi)容可不做或少做,但又可能增加一些別的設(shè)計(jì)內(nèi)容。設(shè)計(jì)步驟也是靈活的,往往前后還有交叉,甚至經(jīng)過(guò)反復(fù)修改,才能得到正確、合理的設(shè)計(jì)結(jié)果。 1 思考題：何為差動(dòng)連