第四章：液壓缸

1、學(xué)以致用40-40-1 1第四章第四章 液壓缸液壓缸 第一節(jié)第一節(jié) 液壓缸的類型及特點(diǎn)液壓缸的類型及特點(diǎn) 第二節(jié)第二節(jié) 液壓缸的結(jié)構(gòu)液壓缸的結(jié)構(gòu) 第三節(jié)第三節(jié) 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 重點(diǎn)重點(diǎn)： 液壓缸的類型；液壓缸的類型；液壓缸的差動(dòng)聯(lián)接及其特點(diǎn)、應(yīng)用；液壓缸的差動(dòng)聯(lián)接及其特點(diǎn)、應(yīng)用；液壓缸的五大組成部分；液壓缸的五大組成部分；液壓缸的泄漏途徑、液壓缸的密封；液壓缸的泄漏途徑、液壓缸的密封；液壓缸的緩沖原理。液壓缸的緩沖原理。難點(diǎn)難點(diǎn)： 對液壓缸，特別是對三種不同聯(lián)接方式的單桿液壓缸的壓力對液壓缸，特別是對三種不同聯(lián)接方式的單桿液壓缸的壓力p（p1,p2）、）、推力推力F、速度、速

2、度V、流量、流量Q及負(fù)載及負(fù)載FL等量進(jìn)行計(jì)算。等量進(jìn)行計(jì)算。學(xué)以致用40-40-2 2 液壓缸是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，是液壓系統(tǒng)中重要的液壓缸是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，是液壓系統(tǒng)中重要的執(zhí)行元件。執(zhí)行元件。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)簡單，工作可靠，應(yīng)用廣泛。 1）按供油方向分為單作用式和雙作用式。）按供油方向分為單作用式和雙作用式。 2）按結(jié)構(gòu)型式的不同分為活塞式、柱塞式、擺動(dòng)式和伸縮式，其中活塞式應(yīng)用）按結(jié)構(gòu)型式的不同分為活塞式、柱塞式、擺動(dòng)式和伸縮式，其中活塞式應(yīng)用最廣。最廣。 3）按不同的使用壓力分為）按不同的使用壓力分

3、為 中低壓缸（額定壓力為中低壓缸（額定壓力為2.56.3MPa）；）； 中高壓缸（額定壓力為中高壓缸（額定壓力為1016MPa）；）； 高壓缸（額定壓力為高壓缸（額定壓力為2531.5MPa）。）。 一、活塞式液壓缸一、活塞式液壓缸 二、柱塞式液壓缸二、柱塞式液壓缸 三、其他類型液壓缸三、其他類型液壓缸第一節(jié)第一節(jié) 液壓缸的類型及特點(diǎn)液壓缸的類型及特點(diǎn)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。學(xué)以致用40-40-3 31.雙活塞桿液壓缸雙活塞桿液壓缸 活塞兩端都帶有活塞桿，分為缸體固定和活塞桿固定活塞兩端都帶有活塞桿，

4、分為缸體固定和活塞桿固定兩種安裝形式。兩種安裝形式。 學(xué)以致用40-40-4 4AFqv(a)缸筒固定式缸筒固定式1P2PAFqv(b)活塞桿固定式活塞桿固定式1P2P學(xué)以致用40-40-5 5 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分別為：vvdDqAqv)(422（4.1）mppdDF)(42122（4.2）式中:、1p2p分別為缸的進(jìn)、回油壓力；vm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)速度相同的場合

5、。這種液壓缸常用于要求往返運(yùn)動(dòng)速度相同的場合。學(xué)以致用40-40-6 62.單活塞桿液壓缸單活塞桿液壓缸 活塞僅有一端帶有活塞桿，活塞雙向運(yùn)動(dòng)可獲得不同活塞僅有一端帶有活塞桿，活塞雙向運(yùn)動(dòng)可獲得不同的速度和輸出力。的速度和輸出力。學(xué)以致用40-40-7 73.連接形式連接形式22211122m12m()4Fp Ap AD pDdp (1)無桿腔無桿腔進(jìn)油進(jìn)油 1）連接形式：）連接形式： 2）推力：）推力： 3）速度）速度：1214VVqqAD學(xué)以致用40-40-8 8 (2)有桿腔有桿腔進(jìn)油進(jìn)油 1）連接形式：）連接形式： 2）推力：）推力： 3）速度：速度：22224VVqqADd22221

6、221m12m()4Fp Ap ADdpD p學(xué)以致用40-40-9 9 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： 2v1v1F2F22212dDDvv（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，在兩個(gè)方向上的速度差值就愈小。兩個(gè)方向上的速度差值就愈小。2A1F1v(a)無桿腔進(jìn)油無桿腔進(jìn)油1P2P1ADdq2A2F(b)有桿腔進(jìn)油有桿腔進(jìn)油1P2P1A2vq學(xué)以致用40-40-1010（3）差動(dòng)連接）差動(dòng)連接 1）連接形式：）連接形式： 2）推力：）推力： 3）速度：速度：324VVqd23112m1m4FpAAd p 當(dāng)單桿

7、活塞缸兩腔同時(shí)通入壓力油時(shí)，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(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。學(xué)以致用40-40-1111 差動(dòng)連接時(shí)差動(dòng)連接時(shí),液壓缸的有效作用面積是活塞桿的橫截面積液壓缸的有效作用面積是活塞桿的橫截面積，工作臺運(yùn)動(dòng)速度比無桿腔進(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)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)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。的有效辦法。等效2

8、A3F(c)差動(dòng)聯(lián)接差動(dòng)聯(lián)接1P1A3vq3F1P21AA 3vq學(xué)以致用40-40-1212柱塞式液壓缸柱塞式液壓缸1）連接形式：）連接形式：2）推力：）推力：3）輸出速度：輸出速度： 24VVqd2mm4FpAd p 當(dāng)活塞式液壓缸行程較長時(shí)，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(jià)格低廉的液壓缸。學(xué)以致用40-40-1313柱塞缸的使用柱塞缸的使用 柱塞式液壓缸是單作用的，其回程需要借助自重或彈柱塞式液壓缸是單作用的，其回程需要借助自重或彈簧等其他外力來完成。為實(shí)現(xiàn)其雙向運(yùn)動(dòng)，常成對使用?；傻绕渌饬硗瓿?。為實(shí)現(xiàn)其

9、雙向運(yùn)動(dòng)，常成對使用。學(xué)以致用40-40-1414 1.伸縮式液壓缸伸縮式液壓缸單作用式伸縮缸如圖，雙作用式伸縮缸如圖。單作用式伸縮缸如圖，雙作用式伸縮缸如圖。 伸縮式液壓缸的特點(diǎn)是：活塞桿伸出的行程長，收縮后的結(jié)構(gòu)尺寸小，適用于翻斗汽車，起重機(jī)的伸縮臂等。學(xué)以致用40-40-1515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學(xué)以致用40-40-16162.增壓缸增壓缸學(xué)以致用40-40-17173.齒條活塞式液壓缸齒條活塞式液壓缸學(xué)以致用40-40-1818第二節(jié)第二節(jié) 液壓缸的結(jié)構(gòu)液壓缸的結(jié)構(gòu)一、液壓缸的典型結(jié)構(gòu)舉例：一、液壓缸的典型結(jié)構(gòu)舉例：單活塞桿單活塞桿，雙活塞桿雙

10、活塞桿二、缸筒與缸蓋的二、缸筒與缸蓋的連接連接三、活塞和活塞桿的三、活塞和活塞桿的連接連接四、活塞桿四、活塞桿頭部結(jié)構(gòu)頭部結(jié)構(gòu)五、液壓缸的五、液壓缸的緩沖裝置緩沖裝置六、液壓缸的六、液壓缸的排氣裝置排氣裝置七、液壓缸的七、液壓缸的密封密封學(xué)以致用40-40-1919單活塞桿液壓缸單活塞桿液壓缸學(xué)以致用40-40-2020雙活塞桿液壓缸雙活塞桿液壓缸學(xué)以致用40-40-2121二、缸筒與缸蓋的連接二、缸筒與缸蓋的連接a)法蘭連接法蘭連接 b)卡環(huán)連接卡環(huán)連接 c) 、 f) 螺紋連接螺紋連接 d)拉桿連接拉桿連接 e)焊接連接焊接連接學(xué)以致用40-40-2222（2）半環(huán)式連接）半環(huán)式連接，分為

11、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）法蘭式連接學(xué)以致用40-40-2323（3）螺紋式連接）螺紋式連接外螺紋連接內(nèi)螺紋連接學(xué)以致用40-40-2424（5）焊接式連接）焊接式連接（4）拉桿式連接）拉桿式連接學(xué)以致用40-40-2525 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。學(xué)以致用40-40-2626三、活

12、塞和活塞桿的連接三、活塞和活塞桿的連接a)螺紋式連接螺紋式連接 b)卡環(huán)式連接卡環(huán)式連接1螺母螺母 2、8活塞活塞 3、9活塞桿活塞桿 4彈簧卡圈彈簧卡圈 5軸套軸套 6半環(huán)半環(huán) 7壓板壓板學(xué)以致用40-40-2727四、活塞桿頭部結(jié)構(gòu)四、活塞桿頭部結(jié)構(gòu)學(xué)以致用40-40-2828五、液壓缸的緩沖裝置五、液壓缸的緩沖裝置 當(dāng)活塞桿帶動(dòng)質(zhì)量大的部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于慣性大，因當(dāng)活塞桿帶動(dòng)質(zhì)量大的部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于慣性大，因此當(dāng)活塞桿運(yùn)動(dòng)到液壓缸終端時(shí)，會與缸蓋相碰而產(chǎn)生沖此當(dāng)活塞桿運(yùn)動(dòng)到液壓缸終端時(shí)，會與缸蓋相碰而產(chǎn)生沖擊和噪聲，且損害部件。為防止危害，應(yīng)采用緩沖裝置。擊和噪聲，且損害部件。為防止危害，

13、應(yīng)采用緩沖裝置。a)節(jié)流口可調(diào)式節(jié)流口可調(diào)式 b)節(jié)流口可變式節(jié)流口可變式 c)環(huán)狀間隙式環(huán)狀間隙式1針形節(jié)流閥針形節(jié)流閥 2 單向閥單向閥 3 三角溝槽三角溝槽學(xué)以致用40-40-2929udu(b)u(a)（c）u(d) 當(dāng)活塞移至端部，緩沖柱塞開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，從而造成背壓迫使運(yùn)動(dòng)柱塞降速制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)緩沖。學(xué)以致用40-40-3030六、液壓缸的排氣裝置六、液壓缸的排氣裝置 液壓缸中不可避免地會混入空氣，由此引起活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)液壓缸中不可避免地會混入空氣，由此引起活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)的爬行和振動(dòng)，

14、并產(chǎn)生噪聲，甚至使整個(gè)液壓系統(tǒng)不能的爬行和振動(dòng)，并產(chǎn)生噪聲，甚至使整個(gè)液壓系統(tǒng)不能正常工作。排氣裝置安裝在液壓缸的最上部。正常工作。排氣裝置安裝在液壓缸的最上部。學(xué)以致用40-40-3131 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(shè)置專門的排氣裝置，如排氣塞、排氣閥等。當(dāng)松開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排出，空氣排完后擰緊螺釘，液壓缸便可正常。學(xué)以致用40-40-3232七、液壓缸的密封七、液壓缸的密封a)間隙密封間隙密封 b)摩擦環(huán)密封摩擦環(huán)密封 c)、d)密封圈密封密封圈密封 學(xué)以致用40-40-3333第三節(jié)第三節(jié) 液壓缸的設(shè)計(jì)和計(jì)

15、算液壓缸的設(shè)計(jì)和計(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型，再按負(fù)載和首先根據(jù)使用要求確定液壓缸的類型，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，必要時(shí)需進(jìn)行強(qiáng)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)。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、缸的長度、缸的長度L、活塞桿直徑、活塞桿直徑d。主要根據(jù)液壓缸的負(fù)載、活塞運(yùn)動(dòng)。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確定上述參數(shù)。速度和行程等因素來確定上述參數(shù)。學(xué)以致用40-40-3434液壓缸設(shè)計(jì)步驟液壓缸設(shè)計(jì)步驟 一、液壓缸工作壓力

16、的確定一、液壓缸工作壓力的確定 根據(jù)負(fù)載計(jì)算工作壓力，也可根據(jù)用途查表。根據(jù)負(fù)載計(jì)算工作壓力，也可根據(jù)用途查表。 二、液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑的確定二、液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑的確定 內(nèi)徑根據(jù)工作負(fù)載和工作壓力確定。必要時(shí)校核強(qiáng)度。內(nèi)徑根據(jù)工作負(fù)載和工作壓力確定。必要時(shí)校核強(qiáng)度。 三、液壓缸主要尺寸的確定三、液壓缸主要尺寸的確定 工作載荷情況，按前面的計(jì)算公式設(shè)計(jì)。工作載荷情況，按前面的計(jì)算公式設(shè)計(jì)。 四、液壓缸其他部位尺寸的確定四、液壓缸其他部位尺寸的確定 五、液壓缸的強(qiáng)度和剛度校核五、液壓缸的強(qiáng)度和剛度校核學(xué)以致用40-40-3535一、液壓缸工作壓力的確定一、液壓缸工作壓力的確定 不同負(fù)載條

17、件下的工作壓力不同負(fù)載條件下的工作壓力負(fù)載負(fù)載FkN551010202030305050液壓缸的工作壓力液壓缸的工作壓力pMPa0.811.522.53344557學(xué)以致用40-40-3636二、液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑的確定二、液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑的確定 各類機(jī)械常用的工作壓力各類機(jī)械常用的工作壓力設(shè)備類型設(shè)備類型機(jī)機(jī) 床床農(nóng)業(yè)機(jī)械農(nóng)業(yè)機(jī)械小型工程機(jī)械小型工程機(jī)械工程機(jī)械中的工程機(jī)械中的輔助機(jī)構(gòu)輔助機(jī)構(gòu)壓力機(jī)重型機(jī)壓力機(jī)重型機(jī)械械起重運(yùn)輸機(jī)械起重運(yùn)輸機(jī)械船舶起貨機(jī)船舶起貨機(jī)大中型挖掘機(jī)大中型挖掘機(jī)磨床磨床組合機(jī)床組合機(jī)床車車鏜鏜銑銑拉床拉床龍門刨龍門刨床床工作壓力工作壓力pMPa0.8235

18、241010162032學(xué)以致用40-40-3737三、液壓缸主要尺寸的確定三、液壓缸主要尺寸的確定 1）缸筒內(nèi)徑）缸筒內(nèi)徑 D 按前面的公式計(jì)算后圓整。按前面的公式計(jì)算后圓整。 2）活塞桿直徑活塞桿直徑 d 可按受力情況初選，然后根據(jù)校核最可按受力情況初選，然后根據(jù)校核最后確定。后確定。 活塞桿直徑的選取活塞桿直徑的選取活塞桿受力情況活塞桿受力情況工作壓力工作壓力pMPa活塞桿直徑活塞桿直徑d受受 拉拉d = (0.30.5) D受壓及拉受壓及拉p5d = (0.50.55) D受壓及拉受壓及拉5p7d = (0.60.7) D受壓及拉受壓及拉p7d = 0.7D學(xué)以致用40-40-3838導(dǎo)向長度：導(dǎo)向長度：活塞寬度：活塞寬度：導(dǎo)向套滑動(dòng)面長度：導(dǎo)向套滑動(dòng)面長度：活塞桿長度根據(jù)液壓缸最大行程而定?；钊麠U長度根據(jù)液壓缸最大行程而定。202LDHL為液壓缸最大行程DB0 . 16 . 00 61 680mmA. .D D四、液壓缸其他部位尺寸的確定四、液壓缸其他部位尺寸的確定學(xué)以致用40-40-3939五、液壓缸的強(qiáng)度和剛度校核五、液壓缸的強(qiáng)度和剛度校核1.活塞桿強(qiáng)度校核：活塞桿強(qiáng)度校核： 2.活塞桿剛度校核：活塞桿剛度校核：3.液壓缸壁厚的校核：液壓缸壁厚的校核： 4.螺栓強(qiáng)度校