第五章 液壓缸

液壓缸第五章◆活塞缸◆柱塞缸◆組合缸按結構形式液壓缸可分為：輸入：壓力和流量輸出：推力和速度除單個使用外，為實現(xiàn)特殊功能液壓缸還可組合或與其它機構相結合?！?.1液壓缸的類型和特點液壓缸(執(zhí)行元件)：壓力能機械能實現(xiàn)直線往復運動。

單作用式：液體或氣體只控制缸一腔單向運動；

雙作用式：液體或氣體控制缸兩腔實現(xiàn)雙向運動。按作用方式可分為：一、活塞缸1.雙桿活塞缸

結構特點：兩側有效工作面積一樣。推力和速度：工作壓力和輸入流量不變時，兩方向輸出的推力和速度是相等的。應用：兩個方向力和速度一樣的場合。職能符號：l—活塞有效工作行程L—工作臺的移動范圍缸固定L=3l桿固定

L=2l安裝方式缸固定，活塞移動L

工作臺移動范圍約為活塞有效行程的3倍，適用于小型設備中?；钊麠U固定，缸移動L

工作臺移動范圍約為活塞有效行程的2倍，適用于較大型設備中。2.單桿活塞缸進、出油口的布置據(jù)安裝方式而定?？筛淄补潭?，也可活塞桿固定。工作臺移動范圍都是活塞(或缸筒)有效行程的兩倍。無桿腔進油腔回油腔有桿腔工作原理：因兩側有效作用面積或油液壓力不等，活塞在液壓推力的作用下，作直線往復運動。職能符號單桿雙作用活塞缸雙向液壓驅動單桿單作用活塞缸單向液壓驅動，回程靠外力推力及速度：式中：p1—進油壓力；p2—回油壓力。例：液壓刨床差動缸：單桿活塞缸的左右兩腔都接通高壓油時稱為“差動連接”。結論：差動連接后，速度大，推力小。q1q2pq

差動連接時活塞(或缸筒)只能向一個方向運動，要使它反向運動，油路接法須與非差動式連接相同。二、柱塞缸單柱塞缸：單向液壓驅動，回程靠外力。雙柱塞缸：雙向液壓驅動推力及速度：應用：行程較長的場合。職能符號：

缸體內孔和柱塞沒有配合，不需精加工柱塞外圓面比內孔加工容易。三、其它液壓缸1、增壓缸：如由活塞缸和柱塞缸組成的增壓缸，利用活塞和柱塞有效面積的不同獲得局部區(qū)域的高壓。輸入活塞缸的液體壓力為p1，柱塞缸輸出的高液體壓力p2為：

2、伸縮缸：由兩個或多個活塞缸套裝而成，前一級活塞缸的活塞是后一級活塞缸的缸筒，伸出時可獲得很長的工作行程，縮回時可保持很小結構尺寸。1．一級缸筒2．一級活塞3．二級缸筒4．二級活塞3、齒輪缸：由兩個柱塞缸和一套齒輪齒條傳動裝置組成。柱塞的移動經(jīng)齒輪齒條傳動裝置變成齒輪的轉動，實現(xiàn)工件的往復擺動或間歇進給運動。齒輪缸§5.2液壓缸的典型結構和組成液壓缸的組成：液壓缸基本結構可分為缸桶、缸蓋、活塞和活塞桿、密封裝置、緩沖裝置和排氣裝置五部分。(一)缸筒和缸蓋通常缸筒和缸蓋的結構形式和使用的材料有關：工作壓力p<10MPa時使用鑄鐵；

p<20MPa時使用無縫鋼管；

p>20MPa時使用鑄鋼或鍛鋼缸筒缸蓋缸蓋缸蓋缸筒缸筒壓板半環(huán)缸蓋防松螺帽(二)活塞和活塞桿常見結構形式：螺紋式、半環(huán)式和錐銷式連接等。螺紋式連接結構簡單,裝拆方便,但在高壓大負載下需備有螺帽防松裝置。半環(huán)式連接結構較負雜,裝拆不便,但工作較可靠?；钊牧蠟槟湍ヨT鐵。活塞桿材料為鋼料(實心及空心)。此外,活塞和活塞桿也可制成整體結構,適用尺寸較小的場合。(三)密封裝置間隙密封：依靠運動間的微小間隙防止泄漏。為提高密封能力，常在活塞表面上制出幾條細小環(huán)形槽，以增大油液通過間隙時的阻力。摩擦環(huán)密封：依靠套在活塞上的摩擦環(huán)在O形密封圈彈力作用下貼緊缸壁而防止泄漏。適用于缸筒和活塞之間的密封。

O形密封圈和V形密封圈：利用橡膠或塑料的彈性使各種截面的環(huán)形圈貼緊在靜、動配合面之間來防止泄漏。缸筒和活塞之間、缸蓋和活塞桿之間、活塞和活塞桿之間、缸筒和缸蓋之間都能使用。

間隙密封,摩擦環(huán)密封,O型密封,V型密封。(四)緩沖裝置工作原理：利用活塞或缸筒在其走向行程終端時，在活塞和缸蓋之間封住一部分油液,強迫它從小孔或細縫中擠出,以產(chǎn)生很大的阻力,使工作部件受到制動,逐漸減慢運動速度,達到避免活塞和缸蓋相互撞擊的目的。(五)排氣裝置

在安裝過程中或長時間停放重新工作時，液壓缸和管道系統(tǒng)中會滲入空氣，為防止執(zhí)行元件出現(xiàn)爬行、噪聲和發(fā)熱等不正?，F(xiàn)象，需把缸中和系統(tǒng)中的空氣排出?！?.3液壓缸的設計和計算

經(jīng)對液壓系統(tǒng)進行工況分析、編制負載圖及選定系統(tǒng)工作壓力后，可開始液壓缸的設計：選擇結構類型；確定主要工作尺寸，進行強度、穩(wěn)定性和緩沖驗算；進行結構設計。

一、液壓缸的設計內容和步驟

選擇液壓缸的類型和各部分結構形式；確定液壓缸的工作參數(shù)和結構尺寸；結構強度、剛度的計算和校核；導向、密封、防塵、排氣和緩沖等裝置的設計；繪制裝配圖、零件圖、編寫設計說明書。二、液壓缸主要尺寸的確定

液壓缸結構尺寸主要有三個：缸筒內徑D；活塞桿外徑d；

缸筒長度L。(1)缸筒內徑D：

根據(jù)負載大小來選定工作壓力或運動速度和輸入的流量。求得液壓缸的有效工作面積，從而得到缸筒內徑D，再從GB2348—2001標準中選取最近的標準值作為所設計的缸筒內徑。※按國標圓整為標準尺寸。以無桿腔作工作腔時：以有桿腔作工作腔時：式中：pI—缸工作腔的工作壓力，可根據(jù)機床類型或負載的大小來確定；

Fmax—最大作用負載。

按速度比λv確定：按工作壓力確定：(2)活塞桿外徑d：

可根據(jù)滿足速度或速度比的要求來選擇，也可根據(jù)活塞桿受力狀況來確定?！磭鴺藞A整為標準尺寸。(3)缸筒長度L：根據(jù)最大工作行程長度及各種結構需要來確定，即：一般缸筒的長度最好不超過內徑的20倍。L=l+B+A+M+C式中：l—活塞的最大工作行程；

B—活塞寬度，一般為(0.6-1)D;

A—活塞桿導向長度，取(0.6-1.5)D;

M—活塞桿密封長度，由密封方式定；

C—其他長度。三、強度校核

液壓缸的缸筒壁厚δ、活塞桿直徑d和缸蓋固定螺栓的直徑，在高壓系統(tǒng)中必須進行強度校核。

(1)缸筒壁厚δ

：缸筒壁厚校核時分薄壁和厚壁兩種情況：式中：py—缸筒試驗壓力[σ]—缸筒材料的許用應力。σb—材料抗拉強度n—安全系數(shù)，一般取n=5缸筒外徑：※圓整為標準壁厚。(2)活塞桿直徑按下式校核：式中：[σ]—活塞桿材料的許用應力；σb—抗拉強度；n—安全系數(shù)，n=1.4~2。(3)液壓缸蓋固定螺栓直徑按下式校核：式中：F—液壓缸負載；Z—固定螺栓個數(shù)；

k—螺紋擰緊系數(shù)，k=1.12～1.5；［σ］=σs/(1.2-2.5),σs—材料屈服極限。四、穩(wěn)定性校核

活塞桿受軸向壓縮負載時，應使活塞桿承受的力F不能超過穩(wěn)定工作所允許的臨界負載Fk,以免發(fā)生縱向彎曲，破壞液壓缸的正常工作。

穩(wěn)定條件：式中：F

—活塞桿所受最大壓力；

Fk—活塞桿的穩(wěn)定臨界力；

nk—穩(wěn)定安全系數(shù)，一般取nk=2~4。式中：l—安裝長度；

rk—活塞桿截面最小回轉半徑ψ1—柔性系數(shù)；ψ2

—末端系數(shù)（由液壓缸的支承方式?jīng)Q定）

E

—活塞桿材料彈性模量；

J—活塞桿截面慣性矩；

A

—活塞桿橫截面積。穩(wěn)定臨界力Fk的確定：當細長比時：式中：f

—由材料強度決定的實驗值；

a—系數(shù)，具體數(shù)值見P100表5-4。當細長比時：五、緩沖計算

緩沖計算主要是估計緩沖時缸中出現(xiàn)的最大沖擊壓力，以便用來校核缸筒強度、制動距離是否符合要求。

液壓缸在緩沖時，背壓腔內產(chǎn)生的液壓能E1和工作部件產(chǎn)生的機械能E2分別為：E1=pcAclc

式中：pc—緩沖腔中的平均緩沖壓力；

pp—高壓腔中的油液壓力；

Ac、Ap—緩沖腔、高壓腔的有效工作面積；

lc—緩沖行程長度；m—工作部件質量；

v0—工作部件運動速度；Ff—摩擦力。當E1=E2時，工作部件的機械能全部被緩沖腔液體所吸收，則：pc=E2/Aclc

若緩沖裝置為節(jié)流口可調式緩沖裝置，緩沖過程中壓力逐漸降低，假定緩沖壓力線性地降低，則最大緩沖壓力即沖擊壓力為：

如緩沖裝置為節(jié)流口變化式緩沖裝置，則由于緩沖壓力Pc始終不變，最大緩沖壓力的值如上式。