液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件

1/1液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件第四章、液壓執(zhí)行元件

第一節(jié)液壓馬達(dá)

一、液壓馬達(dá)的特點(diǎn)及分類

液壓馬達(dá)是把液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置，從原理上講，液壓泵可以作液壓馬達(dá)用，液壓馬達(dá)也可作液壓泵用。但事實(shí)上同類型的液壓泵和液壓馬達(dá)雖然在結(jié)構(gòu)上相似，但由于兩者的工作情況不同，使得兩者在結(jié)構(gòu)上也有某些差

異。例如：

1.液壓馬達(dá)一般需要正反轉(zhuǎn)，所以在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上應(yīng)具有對(duì)稱性，而液壓泵一

般是單方向旋轉(zhuǎn)的，沒有這一要求。

2.為了減小吸油阻力，減小徑向力，一般液壓泵的吸油口比出油口的尺寸

大。而液壓馬達(dá)低壓腔的壓力稍高于大氣壓力，所以沒有上述要求。

3.液壓馬達(dá)要求能在很寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)正常工作，因此，應(yīng)采用液動(dòng)軸承或靜壓軸承。因?yàn)楫?dāng)馬達(dá)速度很低時(shí)，若采用動(dòng)壓軸承，就不易形成潤(rùn)滑滑膜。

4.葉片泵依靠葉片跟轉(zhuǎn)子一起高速旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的離心力使葉片始終貼緊定子的內(nèi)表面，起封油作用，形成工作容積。若將其當(dāng)馬達(dá)用，必須在液壓馬達(dá)的葉片根部裝上彈簧，以保證葉片始終貼緊定子內(nèi)表面，以便馬達(dá)能正常起動(dòng)。

5.液壓泵在結(jié)構(gòu)上需保證具有自吸能力，而液壓馬達(dá)就沒有這一要求。

6.液壓馬達(dá)必須具有較大的起動(dòng)扭矩。所謂起動(dòng)扭矩，就是馬達(dá)由靜止?fàn)顟B(tài)起動(dòng)時(shí)，馬達(dá)軸上所能輸出的扭矩，該扭矩通常大于在同一工作壓差時(shí)處于運(yùn)行狀態(tài)下的扭矩，所以，為了使起動(dòng)扭矩盡可能接近工作狀態(tài)下的扭矩，要求馬達(dá)

扭矩的脈動(dòng)小，內(nèi)部摩擦小。

由于液壓馬達(dá)與液壓泵具有上述不同的特點(diǎn)，使得很多類型的液壓馬達(dá)和液

壓泵不能互逆使用。

液壓馬達(dá)按其額定轉(zhuǎn)速分為高速和低速兩大類，額定轉(zhuǎn)速高于500r/min的屬于高速液壓馬達(dá)，額定轉(zhuǎn)速低于500r/min的屬于低速液壓馬達(dá)。

高速液壓馬達(dá)的基本型式有齒輪式、螺桿式、葉片式和軸向柱塞式等。它們的主要特點(diǎn)是轉(zhuǎn)速較高、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，便于啟動(dòng)和制動(dòng)，調(diào)速和換向的靈敏度高。通常高速液壓馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩不大(僅幾十?！っ椎綆装倥！っ?，所以又稱為高速

小轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)。

高速液壓馬達(dá)的基本型式是徑向柱塞式，例如單作用曲軸連桿式、液壓平衡式和多作用內(nèi)曲線式等。此外在軸向柱塞式、葉片式和齒輪式中也有低速的結(jié)構(gòu)型式。低速液壓馬達(dá)的主要特點(diǎn)是排量大、體積大、轉(zhuǎn)速低(有時(shí)可達(dá)每分種幾轉(zhuǎn)甚至零點(diǎn)幾轉(zhuǎn))，因此可直接與工作機(jī)構(gòu)連接，不需要減速裝置，使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，通常低速液壓馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩較大(可達(dá)幾千牛頓·米到幾萬牛頓·米)，

所以又稱為低速大轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)。

液壓馬達(dá)也可按其結(jié)構(gòu)類型來分，可以分為齒輪式、葉片式、柱塞式和其他

型式。

二、液壓馬達(dá)的性能參數(shù)

液壓馬達(dá)的性能參數(shù)很多。下面是液壓馬達(dá)的主要性能參數(shù)：

1.排量、流量和容積效率

習(xí)慣上將馬達(dá)的軸每轉(zhuǎn)一周，按幾何尺寸計(jì)算所進(jìn)入的液體容積，稱為馬達(dá)的排量V，有時(shí)稱之為幾何排量、理論排量，即不考慮泄漏損失時(shí)的排量。

液壓馬達(dá)的排量表示出其工作容腔的大小，它是一個(gè)重要的參數(shù)。因?yàn)橐簤厚R達(dá)在工作中輸出的轉(zhuǎn)矩大小是由負(fù)載轉(zhuǎn)矩決定的。但是，推動(dòng)同樣大小的負(fù)載，工作容腔大的馬達(dá)的壓力要低于工作容腔小的馬達(dá)的壓力，所以說工作容腔的大小是液壓馬達(dá)工作能力的主要標(biāo)志，也就是說，排量的大小是液壓馬達(dá)工作

能力的重要標(biāo)志。

根據(jù)液壓動(dòng)力元件的工作原理可知，馬達(dá)轉(zhuǎn)速n、理論流量qi與排量V之

間具有下列關(guān)系

qi=nV(4-1)

式中：qi為理論流量(m3/s);n為轉(zhuǎn)速(r/min)；V為排量(m3/s)。

為了滿足轉(zhuǎn)速要求，馬達(dá)實(shí)際輸入流量q大于理論輸入流量，則有：

q=qi+Δq(4-2)

式中：Δq為泄漏流量。

ηv=qi/q=1/（1+Δq／qi）(4-3)

所以得實(shí)際流量

q=qi/ηv(4-4)

2.液壓馬達(dá)輸出的理論轉(zhuǎn)矩

根據(jù)排量的大小，可以計(jì)算在給定壓力下液壓馬達(dá)所能輸出的轉(zhuǎn)矩的大小，也可以計(jì)算在給定的負(fù)載轉(zhuǎn)矩下馬達(dá)的工作壓力的大小。當(dāng)液壓馬達(dá)進(jìn)、出油口之間的壓力差為ΔP，輸入液壓馬達(dá)的流量為q，液壓馬達(dá)輸出的理論轉(zhuǎn)矩為Tt，角速度為ω，如果不計(jì)損失，液壓馬達(dá)輸入的液壓功率應(yīng)當(dāng)全部轉(zhuǎn)化為

液壓馬達(dá)輸出的機(jī)械功率，即：

ΔPq=Ttω(4-5)

又因?yàn)棣?2πn，所以液壓馬達(dá)的理論轉(zhuǎn)矩為：

Tt=ΔP·V/2π(4-6)

式中：ΔP為馬達(dá)進(jìn)出口之間的壓力差。

3.液壓馬達(dá)的機(jī)械效率

由于液壓馬達(dá)內(nèi)部不可避免地存在各種摩擦，實(shí)際輸出的轉(zhuǎn)矩T總要比理

論轉(zhuǎn)矩Tt小些，即：

T=Ttηm(4-7)

式中：ηm為液壓馬達(dá)的機(jī)械效率(%)。

4.液壓馬達(dá)的啟動(dòng)機(jī)械效率ηm

液壓馬達(dá)的啟動(dòng)機(jī)械效率是指液壓馬達(dá)由靜止?fàn)顟B(tài)起動(dòng)時(shí)，馬達(dá)實(shí)際輸出的轉(zhuǎn)矩T0與它在同一工作壓差時(shí)的理論轉(zhuǎn)矩Tt之比。即：

ηm0=T/Tt(4-8)

液壓馬達(dá)的啟動(dòng)機(jī)械效率表示出其啟動(dòng)性能的指標(biāo)。因?yàn)樵谕瑯拥膲毫ο?，液壓馬達(dá)由靜止到開始轉(zhuǎn)動(dòng)的啟動(dòng)狀態(tài)的輸出轉(zhuǎn)矩要比運(yùn)轉(zhuǎn)中的轉(zhuǎn)矩大，這給液壓馬達(dá)帶載啟動(dòng)造成了困難，所以啟動(dòng)性能對(duì)液壓馬達(dá)是非常重要的，啟動(dòng)機(jī)械效率正好能反映其啟動(dòng)性能的高低。啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩降低的原因，一方面是在靜止?fàn)顟B(tài)下的摩擦因數(shù)最大，在摩擦表面出現(xiàn)相對(duì)滑動(dòng)后摩擦因數(shù)明顯減小，另一方面也是最主要的方面是因?yàn)橐簤厚R達(dá)靜止?fàn)顟B(tài)潤(rùn)滑油膜被擠掉，基本上變成了干摩擦。一旦馬達(dá)開始運(yùn)動(dòng)，隨著潤(rùn)滑油膜的建立，摩擦阻力立即下降，

并隨滑動(dòng)速度增大和油膜變厚而減小。

實(shí)際工作中都希望啟動(dòng)性能好一些，即希望啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和啟動(dòng)機(jī)械效率大一些。現(xiàn)將不同結(jié)構(gòu)形式的液壓馬達(dá)的啟動(dòng)機(jī)械效率ηm0的大致數(shù)值列入表4-1

中。

表4-1液壓馬達(dá)的啟動(dòng)機(jī)械效率

桿馬達(dá)和靜壓平衡馬達(dá)居中，葉片馬達(dá)較差，而齒輪馬達(dá)最差。

5.液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速

液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速取決于供液的流量和液壓馬達(dá)本身的排量V，可用下式計(jì)

算：

nt=qi/V(4-9)

式中：nt為理論轉(zhuǎn)速(r/min)。

由于液壓馬達(dá)內(nèi)部有泄漏，并不是所有進(jìn)入馬達(dá)的液體都推動(dòng)液壓馬達(dá)做功，一小部分因泄漏損失掉了。所以液壓馬達(dá)的實(shí)際轉(zhuǎn)速要比理論轉(zhuǎn)速低一些。

n=nt·ηv(4-10)

式中：n為液壓馬達(dá)的實(shí)際轉(zhuǎn)速(r/min)；ηv為液壓馬達(dá)的容積效率(%)。

6.最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速

最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速是指液壓馬達(dá)在額定負(fù)載下，不出現(xiàn)爬行現(xiàn)象的最低轉(zhuǎn)速。所謂爬行現(xiàn)象，就是當(dāng)液壓馬達(dá)工作轉(zhuǎn)速過低時(shí)，往往保持不了均勻的速度，進(jìn)入

時(shí)動(dòng)時(shí)停的不穩(wěn)定狀態(tài)。

液壓馬達(dá)在低速時(shí)產(chǎn)生爬行現(xiàn)象的原因是：

(1)摩擦力的大小不穩(wěn)定。通常的摩擦力是隨速度增大而增加的，而對(duì)靜止和低速區(qū)域工作的馬達(dá)內(nèi)部的摩擦阻力，當(dāng)工作速度增大時(shí)非但不增加，反而減少，形成了所謂“負(fù)特性”的阻力。另一方面，液壓馬達(dá)和負(fù)載是由液壓油被壓縮后壓力升高而被推動(dòng)的，因此，可用圖4-1(a)所示的物理模型表示低速區(qū)域液壓馬達(dá)的工作過程：以勻速v0推彈簧的一端(相當(dāng)于高壓下不可壓縮的工作介質(zhì))，使質(zhì)量為m的物體(相當(dāng)于馬達(dá)和負(fù)載質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量)克服“負(fù)特性”的摩擦阻力而運(yùn)動(dòng)。當(dāng)物體靜止或速度很低時(shí)阻力大，彈簧不斷壓縮，增加推力。只有等到彈簧壓縮到其推力大于靜摩擦力時(shí)才開始運(yùn)動(dòng)。一旦物體開始運(yùn)動(dòng)，阻力突然減小，物體突然加速躍動(dòng)，其結(jié)果又使彈簧的壓縮量減少，推力減小，物體依靠慣性前移一段路程后停止下來，直到彈簧的移動(dòng)又使彈簧壓縮，推力增加，物體就再一次躍動(dòng)為止，形成如圖4-1(b)所示的時(shí)動(dòng)時(shí)停的狀態(tài)，對(duì)液壓馬達(dá)來說，這

就是爬行現(xiàn)象。

圖4-1液壓馬達(dá)爬行的物理模型

(2)泄漏量大小不穩(wěn)定。液壓馬達(dá)的泄漏量不是每個(gè)瞬間都相同，它也隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的相位角度變化作周期性波動(dòng)。由于低速時(shí)進(jìn)入馬達(dá)的流量小，泄漏所占的比重就增大，泄漏量的不穩(wěn)定就會(huì)明顯地影響到參與馬達(dá)工作的流量數(shù)值，從而造成轉(zhuǎn)速的波動(dòng)。當(dāng)馬達(dá)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其轉(zhuǎn)動(dòng)部分及所帶的負(fù)載表現(xiàn)出的慣性較小，上述影響比較明顯，因而出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。

實(shí)際工作中，一般都期望最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速越小越好。

7.最高使用轉(zhuǎn)速

液壓馬達(dá)的最高使用轉(zhuǎn)速主要受使用壽命和機(jī)械效率的限制，轉(zhuǎn)速提高后，各運(yùn)動(dòng)副的磨損加劇，使用壽命降低，轉(zhuǎn)速高則液壓馬達(dá)需要輸入的流量就大，因此各過流部分的流速相應(yīng)增大，壓力損失也隨之增加，從而使機(jī)械效率降低。

對(duì)某些液壓馬達(dá)，轉(zhuǎn)速的提高還受到背壓的限制。例如曲軸連桿式液壓馬達(dá)，轉(zhuǎn)速提高時(shí)，回油背壓必須顯著增大才能保證連桿不會(huì)撞擊曲軸表面，從而避免了撞擊現(xiàn)象。隨著轉(zhuǎn)速的提高，回油腔所需的背壓值也應(yīng)隨之提高。但過分的提高背壓，會(huì)使液壓馬達(dá)的效率明顯下降。為了使馬達(dá)的效率不致過低，馬達(dá)

的轉(zhuǎn)速不應(yīng)太高。

8.調(diào)速范圍

液壓馬達(dá)的調(diào)速范圍用最高使用轉(zhuǎn)速和最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速之比表示，即：

i=nmax/nmin(4-11)

第二節(jié)液壓缸

液壓缸又稱為油缸，它是液壓系統(tǒng)中的一種執(zhí)行元件，其功能就是將液壓能

轉(zhuǎn)變成直線往復(fù)式的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。

一、液壓缸的類型和特點(diǎn)

液壓缸的種類很多，其詳細(xì)分類可見表4-2。

表4-2常見液壓缸的種類及特點(diǎn)

圖4-5雙桿活塞缸

下面分別介紹幾種常用的液壓缸。

1.活塞式液壓缸活塞式液壓缸根據(jù)其使用要求不同可分為雙桿式和單桿

式兩種。

(1)雙桿式活塞缸?；钊麅啥硕加幸桓睆较嗟鹊幕钊麠U伸出的液壓缸稱為雙桿式活塞缸，它一般由缸體、缸蓋、活塞、活塞桿和密封件等零件構(gòu)成。根據(jù)安裝方式不同可分為缸筒固定式和活塞桿固定式兩種。

如圖4-5(a)所示的為缸筒固定式的雙桿活塞缸。它的進(jìn)、出口布置在缸筒兩端，活塞通過活塞桿帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)，當(dāng)活塞的有效行程為l時(shí)，整個(gè)工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)范圍為3l，所以機(jī)床占地面積大，一般適用于小型機(jī)床，當(dāng)工作臺(tái)行程要求較長(zhǎng)時(shí)，可采用圖4-5(b)所示的活塞桿固定的形式，這時(shí)，缸體與工作臺(tái)相連，活塞桿通過支架固定在機(jī)床上，動(dòng)力由缸體傳出。這種安裝形式中，工作臺(tái)的移

動(dòng)范圍只等于液壓缸有效行程l的兩倍(2l)，因此占地面積小。進(jìn)出油口可以設(shè)置在固定不動(dòng)的空心的活塞桿的兩端，但必須使用軟管連接。

由于雙桿活塞缸兩端的活塞桿直徑通常是相等的，因此它左、右兩腔的有效面積也相等，當(dāng)分別向左、右腔輸入相同壓力和相同流量的油液時(shí)，液壓缸左、右兩個(gè)方向的推力和速度相等。當(dāng)活塞的直徑為D，活塞桿的直徑為d，液壓缸進(jìn)、出油腔的壓力為p1和p2，輸入流量為q時(shí)，雙桿活塞缸的推力F和速度v

為：

F=A(p1-p2)=π(D2-d2)(p1-p2)/4(4-18)

v=q/A=4q/π(D2-d2)(4-19)

式中：A為活塞的有效工作面積。

雙桿活塞缸在工作時(shí)，設(shè)計(jì)成一個(gè)活塞桿是受拉的，而另一個(gè)活塞桿不受力，因此這種液壓缸的活塞桿可以做得細(xì)些。

(2)單桿式活塞缸。如圖4-6所示，活塞只有一端帶活塞桿，單桿液壓缸也有缸體固定和活塞桿固定兩種形式，但它們的工作臺(tái)移動(dòng)范圍都是活塞有效行程

的兩倍。

圖4-6單桿式活塞缸

由于液壓缸兩腔的有效工作面積不等，因此它在兩個(gè)方向上的輸出推力和速

度也不等，其值分別為：

F1=(p1A1-p2A2)=π［(p1-p2)D2-p2d2］/4(4-20)

F1=(p1A1-p2A2)=π［(p1-p2)D2-p2d2］/4(4-21)

v1=q/A1=4q/πD2(4-22)

v2=q/A2=4q/π(D2-d2)(4-23)

由式(4-20)～式(4-23)可知，由于A1＞A2,所以F1＞F2，v1＜v2。如把兩個(gè)方向上的輸出速度v2和v1的比值稱為速度比，記作λv，則λv=v2/v1=1/［1-(d/D)2］。因此，。在已知D和λv時(shí)，可確定d值。

圖4-7差動(dòng)缸

(3)差動(dòng)油缸。單桿活塞缸在其左右兩腔都接通高壓油時(shí)稱為：“差動(dòng)連接”，如圖4-7所示。差動(dòng)連接缸左右兩腔的油液壓力相同，但是由于左腔(無桿腔)的有效面積大于右腔(有桿腔)的有效面積，故活塞向右運(yùn)動(dòng)，同時(shí)使右腔中排出的油液(流量為q′)也進(jìn)入左腔，加大了流入左腔的流量(q+q′)，從而也加快了活塞移動(dòng)的速度。實(shí)際上活塞在運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于差動(dòng)連接時(shí)兩腔間的管路中有壓力損失，所以右腔中油液的壓力稍大于左腔油液壓力，而這個(gè)差值一般都較小，可以忽略不計(jì)，則差動(dòng)連接時(shí)活塞推力F3和運(yùn)動(dòng)速度v3為：

F3=p1(A1-A2)=p1πd2/4(4-24)

進(jìn)入無桿腔的流量q1=

v3=4q/πd2(4-25)

由式(4-24)、式(4-25)可知，差動(dòng)連接時(shí)液壓缸的推力比非差動(dòng)連接時(shí)小，速度比非差動(dòng)連接時(shí)大，正好利用這一點(diǎn)，可使在不加大油源流量的情況下得到較快的運(yùn)動(dòng)速度，這種連接方式被廣泛應(yīng)用于組合機(jī)床的液壓動(dòng)力系統(tǒng)和其他機(jī)械設(shè)備的快速運(yùn)動(dòng)中。如果要求機(jī)床往返快速相等時(shí)，則由式(4-23)和式(4-25)

得：

即：D=(4-26)

把單桿活塞缸實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接，并按D=d設(shè)計(jì)缸徑和桿徑的油缸稱之為差動(dòng)

液壓缸。

2.柱塞缸如圖4-8(a)所示為柱塞缸，它只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)方向的液壓傳動(dòng)，反向運(yùn)動(dòng)要靠外力。若需要實(shí)現(xiàn)雙向運(yùn)動(dòng)，則必須成對(duì)使用。如圖4-8(b)所示，這種液壓缸中的柱塞和缸筒不接觸，運(yùn)動(dòng)時(shí)由缸蓋上的導(dǎo)向套來導(dǎo)向，因此缸筒的內(nèi)壁不需精加工，它特別適用于行程較長(zhǎng)的場(chǎng)合。

柱塞缸輸出的推力和速度各為：

圖4-8柱塞缸

F=pA=pπd2/4(4-27)

υi=q/A=4q/πd2(4-28)

3.其他液壓缸

(1)增壓液壓缸。增壓液壓缸又稱增壓器，它利用活塞和柱塞有效面積的不同使液壓系統(tǒng)中的局部區(qū)域獲得高壓。它有單作用和雙作用兩種型式，單作用增壓缸的工作原理如圖4-9(a)所示，當(dāng)輸入活塞缸的液體壓力為p1，活塞直徑為D，柱塞直徑為d時(shí)，柱塞缸中輸出的液體壓力為高壓，其值為：

p2=p1(D/d)2=Kp1(4-29)

式中：K=D2/d2，稱為增壓比，它代表其增壓程度。

顯然增壓能力是在降低有效能量的基礎(chǔ)上得到的，也就是說增壓缸僅僅是增大輸出的壓力，并不能增大輸出的能量。

單作用增壓缸在柱塞運(yùn)動(dòng)到終點(diǎn)時(shí)，不能再輸出高壓液體，需要將活塞退回到左端位置，再向右行時(shí)才又輸出高壓液體，為了克服這一缺點(diǎn)，可采用雙作用增壓缸，如圖4-9(b)所示，由兩個(gè)高壓端連續(xù)向系統(tǒng)供油。

圖4-9增壓缸

(2)伸縮缸。伸縮缸由兩個(gè)或多個(gè)活塞缸套裝而成，前一級(jí)活塞缸的活塞桿內(nèi)孔是后一級(jí)活塞缸的缸筒，伸出時(shí)可獲得很長(zhǎng)的工作行程，縮回時(shí)可保持很小的結(jié)構(gòu)尺寸，伸縮缸被廣泛用于起重運(yùn)輸車輛上。

伸縮缸可以是如圖4-10(a)所示的單作用式，也可以是如圖4-10(b)所示的雙作用式，前者靠外力回程，后者靠液壓回程。

圖4-10伸縮缸

伸縮缸的外伸動(dòng)作是逐級(jí)進(jìn)行的。首先是最大直徑的缸筒以最低的油液壓力開始外伸，當(dāng)?shù)竭_(dá)行程終點(diǎn)后，稍小直徑的缸筒開始外伸，直徑最小的末級(jí)最后伸出。隨著工作級(jí)數(shù)變大，外伸缸筒直徑越來越小，工作油液壓力隨之升高，工

作速度變快。其值為：

Fi=p1(4-30)

V1=4q/πDi2(4-31)

式中:i指i級(jí)活塞缸。

圖4-11齒輪缸

(3)齒輪缸。它由兩個(gè)柱塞缸和一套齒條傳動(dòng)裝置組成，如圖4-11所示。柱塞的移動(dòng)經(jīng)齒輪齒條傳動(dòng)裝置變成齒輪的傳動(dòng)，用于實(shí)現(xiàn)工作部件的往復(fù)擺動(dòng)或

間歇進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。

二、液壓缸的典型結(jié)構(gòu)和組成

1.液壓缸的典型結(jié)構(gòu)舉例

圖4-12所示的是一個(gè)較常用的雙作用單活塞桿液壓缸。它是由缸底20、缸筒10、缸蓋兼導(dǎo)向套9、活塞11和活塞桿18組成。缸筒一端與缸底焊接，另一端缸蓋(導(dǎo)向套)與缸筒用卡鍵6、套5和彈簧擋圈4固定，以便拆裝檢修，兩端設(shè)有油口A和B?；钊?1與活塞桿18利用卡鍵15、卡鍵帽16和彈簧擋圈17連在一起?；钊c缸孔的密封采用的是一對(duì)Y形聚氨酯密封圈12，由于活塞與缸孔有一定間隙，采用由尼龍1010制成的耐磨環(huán)(又叫支承環(huán))13定心導(dǎo)向。桿18和活塞11的內(nèi)孔由密封圈14密封。較長(zhǎng)的導(dǎo)向套9則可保證活塞桿不偏離中心，導(dǎo)向套外徑由O形圈7密封，而其內(nèi)孔則由Y形密封圈8和防塵圈3分別防止油外漏和灰塵帶入缸內(nèi)。缸與桿端銷孔與外界連接，銷孔內(nèi)有尼龍襯套

抗磨。

圖4-12雙作用單活塞桿液壓缸

1—耳環(huán)2—螺母3—防塵圈4、17—彈簧擋圈5—套6、15—卡鍵

7、14—O形密封圈8、12—Y形密封圈9—缸蓋兼導(dǎo)向套10—缸筒

11—活塞13—耐磨環(huán)16—卡鍵帽18—活塞桿19—襯套20—缸底

如圖4-13所示為一空心雙活塞桿式液壓缸的結(jié)構(gòu)。由圖可見，液壓缸的左右兩腔是通過油口b和d經(jīng)活塞桿1和15的中心孔與左右徑向孔a和c相通的。由于活塞桿固定在床身上，缸體10固定在工作臺(tái)上，工作臺(tái)在徑向孔c接通壓力油，徑向孔a接通回油時(shí)向右移動(dòng)；反之則向左移動(dòng)。在這里，缸蓋18和24是通過螺釘(圖中未畫出)與壓板11和20相連，并經(jīng)鋼絲環(huán)12相連，左缸蓋24空套在托架3孔內(nèi)，可以自由伸縮?？招幕钊麠U的一端用堵頭2堵死，并通過錐銷9和22與活塞8相連。缸筒相對(duì)于活塞運(yùn)動(dòng)由左右兩個(gè)導(dǎo)向套6和19導(dǎo)向。活塞與缸筒之間、缸蓋與活塞桿之間以及缸蓋與缸筒之間分別用O形圈7、V形圈4和17和紙墊13和23進(jìn)行密封，以防止油液的內(nèi)、外泄漏。缸筒在接近行程的左右終端時(shí)，徑向孔a和c的開口逐漸減小，對(duì)移動(dòng)部件起制動(dòng)緩沖作用。為了排除液壓缸中剩留的空氣，缸蓋上設(shè)置有排氣孔5和14，經(jīng)導(dǎo)向套環(huán)槽的側(cè)面孔道(圖中未畫出)引出與排氣閥相連。

圖4-13空心雙活塞桿式液壓缸的結(jié)構(gòu)

1—活塞桿2—堵頭3—托架4、17—V形密封圈5、14—排氣孔6、19—導(dǎo)

向套

7—O形密封圈8—活塞9、22—錐銷10—缸體11、20—壓板12、21—鋼

絲環(huán)

13、23—紙墊15—活塞桿16、25—壓蓋18、24—缸蓋

2.液壓缸的組成

從上面所述的液壓缸典型結(jié)構(gòu)中可以看到，液壓缸的結(jié)構(gòu)基本上可以分為缸筒和缸蓋、活塞和活塞桿、密封裝置、緩沖裝置和排氣裝置五個(gè)部分，分述如

下。

(1)缸筒和缸蓋。一般來說，缸筒和缸蓋的結(jié)構(gòu)形式和其使用的材料有關(guān)。工作壓力p＜10MPa時(shí)，使用鑄鐵；p＜20MPa時(shí)，使用無縫鋼管；p＞20MPa時(shí)，使用鑄鋼或鍛鋼。圖4-14所示為缸筒和缸蓋的常見結(jié)構(gòu)形式。圖4-14(a)所示為法蘭連接式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易加工，也容易裝拆，但外形尺寸和重量都較大，常用于鑄鐵制的缸筒上。圖4-14(b)所示為半環(huán)連接式，它的缸筒壁部因開了環(huán)形槽而削弱了強(qiáng)度，為此有時(shí)要加厚缸壁，它容易加工和裝拆，重量較輕，常用于無縫鋼管或鍛鋼制的缸筒上。圖4-14(c)所示為螺紋連接式，它的缸筒端部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，外徑加工時(shí)要求保證內(nèi)外徑同心，裝拆要使用專用工具，它的外形尺寸和重量都較小，常用于無縫鋼管或鑄鋼制的缸筒上。圖4-14(d)所示為拉桿連接式，結(jié)構(gòu)的通用性大，容易加工和裝拆，但外形尺寸較大，且較重。圖4-14(e)所示為焊接連接式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，但缸底處內(nèi)徑不易加工，且可能引起變

形。

圖4-14缸筒和缸蓋結(jié)構(gòu)

(a)法蘭連接式(b)半環(huán)連接式(c)螺紋連接式(d)拉桿連接式(e)焊接連接式

1—缸蓋2—缸筒3—壓板4—半環(huán)5—防松螺帽6—拉桿

(2)活塞與活塞桿。可以把短行程的液壓缸的活塞桿與活塞做成一體，這是最簡(jiǎn)單的形式。但當(dāng)行程較長(zhǎng)時(shí)，這種整體式活塞組件的加工較費(fèi)事，所以常把活塞與活塞桿分開制造，然后再連接成一體。圖4-15所示為幾種常見的活塞與

活塞桿的連接形式。

圖4-15(a)所示為活塞與活塞桿之間采用螺母連接，它適用負(fù)載較小，受力無沖擊的液壓缸中。螺紋連接雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便可靠，但在活塞桿上車螺紋將削弱其強(qiáng)度。圖4-15(b)和(c)所示為卡環(huán)式連接方式。圖4-15(b)中活塞桿5上開有一個(gè)環(huán)形槽，槽內(nèi)裝有兩個(gè)半圓環(huán)3以夾緊活塞4，半環(huán)3由軸套2套住，而軸套2的軸向位置用彈簧卡圈1來固定。圖4-16(c)中的活塞桿，使用了兩個(gè)半圓環(huán)4，它們分別由兩個(gè)密封圈座2套住，半圓形的活塞3安放在密封圈座的中間。圖4-15(d)所示是一種徑向銷式連接結(jié)構(gòu)，用錐銷1把活塞2固連在活塞桿3上。這種連接方式特別適用于雙出桿式活塞。

(3)密封裝置。液壓缸中常見的密封裝置如圖4-16所示。圖4-16(a)所示為間隙密封，它依靠運(yùn)動(dòng)間的微小間隙來防止泄漏。為了提高這種裝置的密封能力，常在活塞的表面上制出幾條細(xì)小的環(huán)形槽，以增大油液通過間隙時(shí)的阻力。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，摩擦阻力小，可耐高溫，但泄漏大，加工要求高，磨損后無法恢復(fù)原有能力，只有在尺寸較小、壓力較低、相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較高的缸筒和活塞間使用。圖4-16(b)所示為摩擦環(huán)密封，它依靠套在活塞上的摩擦環(huán)(尼龍或其他高分子材料制成)在O形密封圈彈力作用下貼緊缸壁而防止泄漏。這種材料效果較好，摩擦阻力較小且穩(wěn)定，可耐高溫，磨損后有自動(dòng)補(bǔ)償能力，但加工要求高，裝拆較不便，適用于缸筒和活塞之間的密封。圖4-16(c)、圖4-16(d)所示為密封圈(O形圈、V形圈等)密封，它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(dòng)配合面之間來防止泄漏。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，磨損后有自動(dòng)補(bǔ)償能力，性能可靠，在缸筒和活塞之間、缸蓋和活塞桿之間、活塞和