液壓傳動-液壓缸

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液壓與氣壓傳動第三章液壓缸2本章提要液壓缸的類型及特點液壓缸的設計計算液壓缸的典型結構液壓缸的密封

通過本章的學習，要求掌握液壓缸設計中應考慮的主要問題，包括結構類型的選擇和參數(shù)計算等，為液壓缸設計打下基礎。本章主要內容為：3

液壓缸（油缸）主要用于實現(xiàn)機構的直線往復運動，也可以實現(xiàn)擺動，其結構簡單，工作可靠，應用廣泛。液壓缸的輸入量是液體的流量和壓力，輸出量是速度和力。液壓缸和液壓馬達都是液壓執(zhí)行元件，其職能是將液壓能轉換為機械能。p1p2FvdqA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液壓缸的分類及基本計算

液壓缸的分類按供油方向分：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。單桿液壓缸雙桿液壓缸柱塞式液壓缸5理想液壓缸理想單桿液壓缸pq=Fv理想雙桿液壓缸Δpq=Fv理想油缸數(shù)學模型/()A單位位移排量油缸有效工作面積__AAqvpFvFqp===×××63.1.1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3．1所示。(a)缸筒固定式(b)活塞桿固定式7

因為雙活塞桿液壓缸的兩活塞桿直徑相等，所以當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：（3.1）（3.2）式中:、—分別為缸的進、回油壓力；—分別為缸的容積效率和機械效率；、、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。83.1.1.2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所示。(a)無桿腔進油Ddq(b)有桿腔進油q9無桿腔進油（3.3）（3.4）活塞的運動速度和推力分別為:(a)無桿腔進油Ddq10有桿腔進油活塞的運動速度和推力分別為:(b)有桿腔進油q（3.5）（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：（3.7）

上式表明：當活塞桿直徑愈小時，速度比愈接近1，在兩個方向上的速度差值就愈小。(a)無桿腔進油Ddq(b)有桿腔進油q12兩腔進油,差動聯(lián)接(c)差動聯(lián)接q

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差動連接。13兩腔進油,差動聯(lián)接(c)差動聯(lián)接q（3.8）（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：q等效活塞的運動速度為：14兩腔進油,差動聯(lián)接(c)差動聯(lián)接qq等效

差動連接時，液壓缸的有效作用面積是活塞桿的橫截面積，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，實現(xiàn)快速運動的有效辦法。15

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D=100mm，活塞桿直徑d=70mm，進入液壓缸的流量q=25L/min，壓力p1=2Mpa，p2=0。液壓缸的容積效率和機械效率分別為0.98、0.97，試求在圖3.2(a)、(b)、(c)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？并給出運動方向。

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：

液壓缸向右運動，其運動速度為：16

在圖3.2（b）中，液壓缸為有桿腔進壓力油，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：

液壓缸向右運動，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。18

圖3.4柱塞式液壓缸

如圖3.4（a）所示，柱塞缸由缸筒、柱塞、導套、密封圈和壓蓋等零件組成，柱塞和缸筒內壁不接觸，因此缸筒內孔不需精加工，工藝性好，成本低。19

柱塞式液壓缸是單作用的，它的回程需要借助自重或彈簧等其它外力來完成。如果要獲得雙向運動，可將兩柱塞液壓缸成對使用。為減輕柱塞的重量，有時制成空心柱塞。

圖3.4柱塞式液壓缸qqvdd式中：d—柱塞直徑，p1—進油壓力，p2—另一缸的回油壓力。p1p2203.1.3擺動式液壓缸

圖3.5擺動液壓缸

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。21

圖3.5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、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。22

圖3.5擺動液壓缸當考慮到機械效率時，單葉片缸的擺動軸輸出轉矩為p1p2（3.10）D—缸體內孔直徑；d—擺動軸直徑；b—

葉片寬度；23

圖3.4擺動液壓缸q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；（3.11）ω24qω

單葉片擺動液壓缸的擺角一般不超過280o

，雙葉片擺動液壓缸的擺角一般不超過150o

。

當輸入壓力和流量不變時，雙葉片擺動液壓缸擺動軸輸出轉矩是相同參數(shù)單葉片擺動缸的兩倍，而擺動角速度則是單葉片的一半。25qω

擺動缸結構緊湊，輸出轉矩大，但密封困難，一般只用于中、低壓系統(tǒng)中往復擺動，轉位或間歇運動的地方。263.1.4其他液壓缸3.1.4.1增壓缸27缸體3.1.4伸縮式液壓缸

伸出縮回套筒活塞活塞伸縮式單作用缸28