第四章液壓缸介紹

第四章液壓缸介紹第一頁，共53頁。4.1液壓缸的類型、特點(diǎn)和基本參數(shù)計(jì)算

液壓缸的類型名稱圖型說明活塞式液壓缸單桿單作用活塞單向作用，依靠彈簧使活塞復(fù)位雙作用活塞雙向作用，左、右移動(dòng)速度不等，差動(dòng)連接時(shí)，可提高運(yùn)動(dòng)速度雙桿活塞左、右運(yùn)動(dòng)速度相等第二頁，共53頁。柱塞式液壓缸單柱塞柱塞單向作用，依靠外力使柱塞復(fù)位雙柱塞雙柱塞雙向作用擺動(dòng)式液壓缸單葉片輸出轉(zhuǎn)軸擺動(dòng)角度小于300°雙葉片輸出轉(zhuǎn)軸擺動(dòng)角度小于150°4.1液壓缸的類型、特點(diǎn)和基本參數(shù)計(jì)算第三頁，共53頁。其他液壓缸增力液壓缸當(dāng)液壓缸直徑受到限制而長(zhǎng)度不受限制時(shí)，可獲得大的推力增壓液壓缸由兩種不同直徑的液壓缸組成，可提高B腔中的液壓力伸縮液壓缸由兩層或多層液壓缸組成，可增加活塞行程多位液壓缸活塞A有三個(gè)確定的位置齒條液壓缸活塞經(jīng)齒條帶動(dòng)小齒輪，使它產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)4.1液壓缸的類型、特點(diǎn)和基本參數(shù)計(jì)算第四頁，共53頁?；钊揭簤焊?/p>

活塞式液壓缸由缸筒、活塞和活塞桿、端蓋等主要部件組成。活塞式液壓缸通常有單桿和雙桿兩種形式。又有缸筒固定、活塞移動(dòng)與活塞桿固定、缸筒移動(dòng)兩種運(yùn)動(dòng)方式。

4.1液壓缸的類型、特點(diǎn)和基本參數(shù)計(jì)算第五頁，共53頁。1.單桿活塞式液壓缸4.1液壓缸的類型、特點(diǎn)和基本參數(shù)計(jì)算

單桿活塞式液壓缸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)范圍都是活塞運(yùn)動(dòng)行程的兩倍。由于單桿液壓缸左右兩腔的活塞有效作用面積A1和A2不相等，所以，這種液壓缸具有三種連接方式，如圖所示。第六頁，共53頁。單桿活塞式液壓缸4.1液壓缸的類型、特點(diǎn)和基本參數(shù)計(jì)算1.單桿活塞式液壓缸第七頁，共53頁。(1)當(dāng)無桿腔進(jìn)油、有桿腔回油時(shí)

F1——推力；——運(yùn)動(dòng)速度；

p1——進(jìn)油壓力；

p2——回油壓力。

式中

4.1液壓缸的類型、特點(diǎn)和基本參數(shù)計(jì)算若回油腔直接接油箱，p2≈0，則：

第八頁，共53頁。(2)當(dāng)有桿腔進(jìn)油、無桿腔回油時(shí)

若回油腔直接接油箱，p2≈0，則：

F1——推力；

——運(yùn)動(dòng)速度；

p1——進(jìn)油壓力；

p2——回油壓力。

式中

4.1液壓缸的類型、特點(diǎn)和基本參數(shù)計(jì)算第九頁，共53頁。與之比稱為液壓缸的速度比，即：

4.1液壓缸的類型、特點(diǎn)和基本參數(shù)計(jì)算(3)液壓缸左右兩腔同時(shí)進(jìn)入壓力油，即差動(dòng)連接

在差動(dòng)連接時(shí)，液壓缸左右兩腔同時(shí)進(jìn)入壓力油，但因?yàn)閮汕坏挠行ё饔妹娣e不等，故活塞向右運(yùn)動(dòng)。第十頁，共53頁。在差動(dòng)連接時(shí)，差動(dòng)缸活塞推力F3和運(yùn)動(dòng)速度

為：

整理得：

由上述可知，差動(dòng)連接比非差動(dòng)連接時(shí)的推力小而運(yùn)動(dòng)速度快，所以，這種連接形式是以減小推力為代價(jià)而獲得快速運(yùn)動(dòng)的。4.1液壓缸的類型、特點(diǎn)和基本參數(shù)計(jì)算第十一頁，共53頁。2.雙桿活塞式液壓缸雙桿活塞式液壓缸及其安裝形式

4.1液壓缸的類型、特點(diǎn)和基本參數(shù)計(jì)算第十二頁，共53頁。

雙桿活塞式液壓缸，活塞兩側(cè)都裝有活塞桿，由于兩腔的有效面積相等，故活塞往返的作用力和運(yùn)動(dòng)速度都相等，即：4.1液壓缸的類型、特點(diǎn)和基本參數(shù)計(jì)算此種形式的液壓缸在機(jī)床中常用。

第十三頁，共53頁。柱塞式液壓缸4.1液壓缸的類型、特點(diǎn)和基本參數(shù)計(jì)算

活塞式液壓缸的內(nèi)壁要求精加工，當(dāng)液壓缸較長(zhǎng)時(shí)加工就顯得比較困難，因此在行程較長(zhǎng)時(shí)多采用柱塞缸。柱塞缸的內(nèi)壁不需要精加工，只需要對(duì)柱塞桿進(jìn)行精加工，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，成本低。第十四頁，共53頁。

柱塞式液壓缸示意圖

4.1液壓缸的類型、特點(diǎn)和基本參數(shù)計(jì)算

柱塞缸的結(jié)構(gòu)如圖所示。它由缸體、柱塞、導(dǎo)套、密封圈、壓蓋等零件組成。第十五頁，共53頁。擺動(dòng)式液壓缸4.1液壓缸的類型、特點(diǎn)和基本參數(shù)計(jì)算

擺動(dòng)式液壓缸又稱為擺動(dòng)液壓電動(dòng)機(jī)或回轉(zhuǎn)液壓缸，它把油液的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閿[動(dòng)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能。常用的擺動(dòng)式液壓缸有單葉片和雙葉片兩種。單葉片擺動(dòng)式液壓缸

轉(zhuǎn)矩

角速度第十六頁，共53頁。4.1液壓缸的類型、特點(diǎn)和基本參數(shù)計(jì)算1—隔板2—缸體3—轉(zhuǎn)動(dòng)軸4—葉片

(a)單葉片式(b)雙葉片式

擺動(dòng)式液壓缸結(jié)構(gòu)圖

第十七頁，共53頁。其他液壓缸增力缸結(jié)構(gòu)圖

4.1液壓缸的類型、特點(diǎn)和基本參數(shù)計(jì)算1.增力缸

第十八頁，共53頁。

圖示為由兩個(gè)單桿活塞缸串聯(lián)在一起的增力缸，當(dāng)壓力油通入兩缸左腔時(shí)，串聯(lián)活塞向右運(yùn)動(dòng)，兩缸右腔的油液同時(shí)排出，這種油缸的推力等于兩缸推力的總和。由于增加了活塞的有效面積，因而使活塞桿上的推力或拉力得到增加。設(shè)進(jìn)油壓力為p，活塞直徑為D，活塞桿直徑為d，不考慮摩擦損失，增力缸的牽引力為4.1液壓缸的類型、特點(diǎn)和基本參數(shù)計(jì)算第十九頁，共53頁。增壓缸結(jié)構(gòu)圖

4.1液壓缸的類型、特點(diǎn)和基本參數(shù)計(jì)算2.增壓缸

第二十頁，共53頁。

圖示為由活塞缸和柱塞缸組合而成的增壓缸，用以使液壓系統(tǒng)中的局部區(qū)域獲得高壓。在這里活塞缸中活塞的有效工作面積大于柱塞的有效工作面積，所以向活塞缸無桿腔送入低壓油時(shí)，可以在柱塞缸那里得到高壓油，它們之間的關(guān)系為：4.1液壓缸的類型、特點(diǎn)和基本參數(shù)計(jì)算2.增壓缸

其中：D、d——活塞、柱塞的直徑；

K——增壓比K=D2/d2第二十一頁，共53頁。伸縮式液壓缸示意圖

1—活塞2—活塞3—缸體

4.1液壓缸的類型、特點(diǎn)和基本參數(shù)計(jì)算3.伸縮式液壓缸

第二十二頁，共53頁。4.2液壓缸的典型結(jié)構(gòu)

圖示為單桿液壓缸的結(jié)構(gòu)圖，它主要由缸筒4、活塞6、活塞桿7、前后端蓋8、1、密封件5等主要部件組成。缸筒與端蓋用螺栓連接，活塞與缸筒，活塞桿與端蓋之間有兩種密封形式，即為橡塑組合密封與唇形密封；該液壓缸具有雙向緩沖功能，工作時(shí)壓力油經(jīng)進(jìn)油口，單向閥進(jìn)入工作腔，推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，當(dāng)活塞臨近終點(diǎn)時(shí)，緩沖套切斷油路，排油只能經(jīng)節(jié)流閥排出，起節(jié)流緩沖作用。從上面所述的液壓缸典型結(jié)構(gòu)中看出，液壓缸的結(jié)構(gòu)基本上可以分為缸體組件、活塞組件、密封裝置、緩沖裝置和排氣裝置等五部分。液壓缸的典型結(jié)構(gòu)第二十三頁，共53頁。4.2液壓缸的典型結(jié)構(gòu)

單桿液壓缸結(jié)構(gòu)圖

1—后端蓋2—緩沖節(jié)流閥3—進(jìn)出油口4—缸筒5—密封件6—活塞7—活塞桿8—前端蓋9—導(dǎo)向套10—單向閥11—緩沖套12—導(dǎo)向環(huán)13—無桿端緩沖套14—螺栓第二十四頁，共53頁。缸體組件4.2液壓缸的典型結(jié)構(gòu)

缸體組件與活塞組件構(gòu)成密封的容腔，承受油壓。因此缸體組件要有足夠的強(qiáng)度、較高的表面精度和可靠的密封性。缸體組件指得是缸筒與缸蓋，其使用材料、連接方式與工作壓力有關(guān)，當(dāng)工作壓力p＜10MPa時(shí)使用鑄鐵缸筒，當(dāng)工作壓力10MPa≤p＜20MPa時(shí)使用無縫鋼管，p≥20MPa時(shí)使用鑄鋼或鍛鋼。第二十五頁，共53頁。(a)(b)(c)

4.2液壓缸的典型結(jié)構(gòu)缸筒和端蓋結(jié)構(gòu)圖

第二十六頁，共53頁。4.2液壓缸的典型結(jié)構(gòu)

采用法蘭連接(圖a所示)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便、連接可靠，但要求缸筒端部有足夠的壁厚，用以安裝螺栓或旋入螺釘。缸筒端部一般用鑄造、鐓粗或焊接方式制成粗大的外徑。采用半環(huán)連接(圖b所示)，工藝性好、連接可靠、結(jié)構(gòu)緊湊，但削弱了缸筒強(qiáng)度。這種連接常用于無縫鋼管缸筒與缸蓋的連接中。采用螺紋連接(圖c所示)，特點(diǎn)體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊，但缸筒端部結(jié)構(gòu)復(fù)雜。常用于無縫鋼管或鑄鋼的缸筒上。拉桿連接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好、通用性強(qiáng)，但端蓋的體積和重量較大，拉桿受力后會(huì)變形，影響密封效果，適用于長(zhǎng)度較小的中低壓缸。焊接式連接強(qiáng)度高，制造簡(jiǎn)單，但焊接時(shí)易引起缸筒變形，且無法拆卸。第二十七頁，共53頁?；钊M件(a)螺紋式連接結(jié)構(gòu)(b)半環(huán)式連接結(jié)構(gòu)

4.2液壓缸的典型結(jié)構(gòu)

活塞組件由活塞、活塞桿和連接件等組成?；钊突钊麠U的連接方式很多，但無論采用哪種連接方式，都必須保證連接可靠。第二十八頁，共53頁。密封裝置4.2液壓缸的典型結(jié)構(gòu)

密封裝置的作用是用來阻止有壓工作介質(zhì)的泄漏；防止外界空氣、灰塵、污垢與異物的侵入。其中起密封作用的元件稱密封件。通常在液壓系統(tǒng)或元件中，存在工作介質(zhì)的內(nèi)泄漏和外泄漏，內(nèi)泄漏會(huì)降低系統(tǒng)的容積效率，惡化設(shè)備的性能指標(biāo)，甚至使其無法正常工作。外泄漏導(dǎo)致流量減少，不僅污染環(huán)境，有可能引起火災(zāi)，嚴(yán)重時(shí)可能引起設(shè)備故障和人身事故。所以為了保證液壓設(shè)備工作的可靠性及提高工作壽命，密封裝置與密封件不容忽視。液壓缸的密封主要指活塞、活塞桿處的動(dòng)密封和缸蓋等處的靜密封。第二十九頁，共53頁。間隙密封示意圖

4.2液壓缸的典型結(jié)構(gòu)間隙密封

1.間隙密封2.密封圈密封常用的密封方法有：

第三十頁，共53頁。4.2液壓缸的典型結(jié)構(gòu)密封圈密封

O形密封圈是由耐油橡膠制成的截面為圓形的圓環(huán)，它具有良好的密封性能，且結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)動(dòng)件的摩擦阻力小、裝卸方便、容易制造、價(jià)格便宜，故在液壓系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。(1)O形密封圈

第三十一頁，共53頁。O形密封圈

4.2液壓缸的典型結(jié)構(gòu)O形密封圈結(jié)構(gòu)圖

第三十二頁，共53頁。V形密封圈

4.2液壓缸的典型結(jié)構(gòu)V形密封圈由純耐油橡膠或多層夾織物橡膠壓制而成，通常由支承環(huán)、密封環(huán)和壓環(huán)組成。當(dāng)壓環(huán)壓緊密封環(huán)時(shí)，支撐環(huán)使密封環(huán)產(chǎn)生變形而起密封作用。(2)V形密封圈

第三十三頁，共53頁。

Y形密封圈

4.2液壓缸的典型結(jié)構(gòu)Y形密封圈主要用于往復(fù)運(yùn)動(dòng)的密封。是一種密封性、穩(wěn)定性和耐壓性較好、摩擦阻力小、壽命較長(zhǎng)的密封圈。Y形圈的密封作用依賴于它的唇邊對(duì)偶合面的緊密接觸，并在壓力油作用下產(chǎn)生較大的接觸應(yīng)力，達(dá)到密封目的。(3)Y形密封圈

第三十四頁，共53頁。緩沖裝置

緩沖裝置的工作原理：利用活塞或缸筒在其走向行程終端時(shí)，在活塞和缸蓋之間封住一部分油液，強(qiáng)迫它從小孔或縫隙中擠出，以產(chǎn)生很大的阻力，使工作部件受到制動(dòng)逐漸減慢運(yùn)動(dòng)速度，達(dá)到避免活塞和缸蓋相互撞擊的目的。

4.2液壓缸的典型結(jié)構(gòu)第三十五頁，共53頁。4.2液壓缸的典型結(jié)構(gòu)固定節(jié)流緩沖

圖a是縫隙節(jié)流，當(dāng)活塞移動(dòng)到其端部，活塞上的凸臺(tái)進(jìn)入缸蓋的凹腔，將封閉在回油腔中的油液從凸臺(tái)和凹腔之間的環(huán)狀縫隙δ中擠壓出去，從而造成背壓，迫使運(yùn)動(dòng)活塞降速制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)緩沖。這種緩沖裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緩沖效果好，但沖擊壓力較大。第三十六頁，共53頁。4.2液壓缸的典型結(jié)構(gòu)可變節(jié)流緩沖

可變節(jié)流緩沖油缸有多種形式，圖b在活塞上開有橫截面為三角形的軸向斜槽，當(dāng)活塞移近液壓缸缸蓋時(shí)，活塞與缸蓋間的油液需經(jīng)三角槽流出，從而在回油腔中形成背壓，達(dá)到緩沖的目的。第三十七頁，共53頁。4.2液壓缸的典型結(jié)構(gòu)可調(diào)節(jié)流緩沖

圖c在缸蓋中裝有針形節(jié)流閥1和單向閥2。當(dāng)活塞移近缸蓋時(shí)，凸臺(tái)進(jìn)入凹腔，由于它們之間間隙較小，所以回油腔中的油液只能經(jīng)節(jié)流閥流出，從而在回油腔中形成背壓，達(dá)到緩沖的目的。調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開口大小，就能調(diào)節(jié)制動(dòng)速度。第三十八頁，共53頁。排氣裝置4.2液壓缸的典型結(jié)構(gòu)氣體的來源

氣體對(duì)液壓系統(tǒng)的影響

液壓系統(tǒng)在安裝過程中或長(zhǎng)時(shí)間停止工作之后會(huì)滲入空氣，另外，密封不好會(huì)有空氣進(jìn)去，況且油液中也含有氣體(無論何種油液，本身總是溶解有3%～10%的空氣)。

空氣積聚使得液壓缸運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)，低速時(shí)產(chǎn)生爬行。由于氣體有很大的可壓縮性，會(huì)使執(zhí)行元件產(chǎn)生爬行。壓力增大時(shí)還會(huì)產(chǎn)生絕熱壓縮而造成局部高溫，有可能燒壞密封件。啟動(dòng)時(shí)引起振動(dòng)和噪聲，換向時(shí)降低精度。

第三十九頁，共53頁。4.2液壓缸的典型結(jié)構(gòu)

一般利用空氣比重較油輕的特點(diǎn)，在液壓缸內(nèi)腔的最高部位設(shè)置排氣孔或?qū)ｉT的排氣裝置。下圖采用排氣塞和排氣閥：當(dāng)松開排氣閥螺釘時(shí)帶著空氣的油液，便通過錐面間隙經(jīng)小孔溢出，待系統(tǒng)內(nèi)氣體排完后，便擰緊螺釘，將錐面密封，也可在缸蓋的最高部位處開排氣孔，用長(zhǎng)管道向遠(yuǎn)處排氣閥排氣。所有的排氣裝置都是按此基本原理工作的。第四十頁，共53頁。4.2液壓缸的典型結(jié)構(gòu)排氣裝置示意圖

排氣裝置第四十一頁，共53頁。4.3液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算

主要尺寸計(jì)算

液壓缸的主要尺寸包括缸的內(nèi)徑D、活塞桿直徑d、液壓缸的長(zhǎng)度和活塞桿的長(zhǎng)度等。液壓缸的內(nèi)徑和活塞桿的直徑的確定方法與使用的液壓缸設(shè)備類型有關(guān)，通常根據(jù)液壓缸的推力(牽引力)和液壓缸的有效工作壓力來決定。

本節(jié)主要介紹液壓缸的主要尺寸的計(jì)算及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度的驗(yàn)算方法。第四十二頁，共53頁。對(duì)于單出桿的液壓缸而言：無桿腔進(jìn)油并且不考慮機(jī)械效率時(shí)：

有桿腔進(jìn)油并且不考慮機(jī)械效率時(shí)：

液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d可根據(jù)液壓系統(tǒng)中的最大總負(fù)載和選取的工作壓力來確定。

4.3液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算主要尺寸計(jì)算對(duì)于單出桿的液壓缸而言第四十三頁，共53頁。

上式中，一般選取回油背壓p2=0，于是便可簡(jiǎn)化，即無桿腔、有桿腔進(jìn)油時(shí)分別為：或

上式中的活塞桿直徑d可根據(jù)工作壓力或設(shè)備類型選取，也可查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)。4.3液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算主要尺寸計(jì)算第四十四頁，共53頁。

液壓缸缸筒長(zhǎng)度由活塞最大行程L、活塞長(zhǎng)度、活塞桿導(dǎo)向長(zhǎng)度H和特殊要求的其他長(zhǎng)度確定，如圖。導(dǎo)向長(zhǎng)度4.3液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算主要尺寸計(jì)算第四十五頁，共53頁。一般液壓缸的鋼筒長(zhǎng)度不應(yīng)大于內(nèi)徑的20~30倍。4.3液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算主要尺寸計(jì)算必要時(shí)可在導(dǎo)向套和活塞之間裝一隔套K，其中活塞長(zhǎng)度B=(0.6～1.0)D導(dǎo)向套長(zhǎng)度A=(0.6～1.5)D隔套的長(zhǎng)度為第四十六頁，共53頁。液壓缸的校核

在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，中、高壓液壓缸一般用無縫鋼管制作缸筒，大多屬薄壁筒，即δ/D≤0.08時(shí)，按材料力學(xué)薄壁圓筒公式驗(yàn)算壁厚，即：4.3液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算1.缸筒壁厚δ的校核第四十七頁，共53頁。Pmax——缸筒內(nèi)最高工作壓力(指試驗(yàn)壓力)，考慮到液壓缸可能承受沖擊，試驗(yàn)壓力要遠(yuǎn)大于工作壓力D——缸筒內(nèi)徑4.3液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算其中[]——缸筒材料的許用應(yīng)力，