4.第三章 液壓缸

第三章液壓缸液壓缸與液壓馬達(dá)一樣,也是一種執(zhí)行元件。它是將液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能進(jìn)行直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置，輸出的通常為推力(或拉力)與直線運(yùn)動(dòng)速度。而液壓馬達(dá)是將液壓能轉(zhuǎn)換成連續(xù)回轉(zhuǎn)的機(jī)械能，輸出的通常為轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速。第一節(jié)液壓缸的類型及其特點(diǎn)根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，液壓缸可分為活塞式、柱塞式兩種類型。一、活塞式液壓缸活塞式液壓缸又可分為雙活塞桿液壓缸和單活塞桿液壓缸兩種結(jié)構(gòu)，其安裝方式有活塞桿固定（空心雙桿液壓缸）和缸體固定（實(shí)心雙桿液壓缸）兩種。（一）．雙活塞桿液壓缸實(shí)心雙桿液壓缸1）組成：圖3-1所示為一臺(tái)平面磨床的實(shí)心雙桿液壓缸的結(jié)構(gòu)圖。l-壓蓋2-密封圈3-導(dǎo)向套4-紙墊5-活塞6-缸體7-活塞桿8-端蓋9-支架10-螺母。缸體固定在床身上不動(dòng)，活塞桿和工作臺(tái)靠支架9和螺母10連接在一起。2）工作原理：當(dāng)壓力油通過(guò)油道a(或b)分別進(jìn)入液壓缸兩腔時(shí)，就推動(dòng)活塞帶動(dòng)工作臺(tái)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。3）推力和速度計(jì)算：由于活塞兩端有效面積相等，如果供油壓力和流量不變，那么活塞往返運(yùn)動(dòng)時(shí)兩個(gè)方向的作用力和速度均相等，即式中，v為活塞運(yùn)動(dòng)速度；q為供油流量；F為活塞(或缸體)上的作用力；p為供油壓力；A為活塞有效面積；D為活塞直徑；d為活塞桿直徑。4）占地面積：如圖3-2所示，實(shí)心雙桿液壓缸驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)范圍大，約等于液壓缸有效行程的3倍，因而其占地面積較大，它一般只適用于小型機(jī)床?？招碾p桿液壓缸1）組成：圖3-3所示為一臺(tái)外圓磨床的空心雙桿液壓缸的結(jié)構(gòu)圖。主要組成：缸體、活塞、活塞桿、端蓋、托架等，活塞桿固定在床身上，缸體和工作臺(tái)連接在一起。2）工作原理：當(dāng)壓力油通過(guò)活塞桿2的中心孔和徑向孔b(或a)分別進(jìn)入液壓缸兩腔時(shí)，就推動(dòng)缸體帶動(dòng)工作臺(tái)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。3）推力和速度計(jì)算：缸體11所受到的作用力和運(yùn)動(dòng)速度的計(jì)算與實(shí)心雙桿液壓缸類同。4）占地面積：如圖3-4所示，空心雙桿液壓缸驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)范圍約等于液壓缸有效行程的2倍，因而占地面積較小，常用于大、中型機(jī)床和其它設(shè)備上。（二）、單活塞桿液壓缸組成：圖3-5所示為單活塞桿液壓缸的結(jié)構(gòu)圖。它由缸體、活塞、Y形密封圈、活塞桿6、導(dǎo)向套7等組成。工作原理：兩端進(jìn)、出油口都可以進(jìn)、排油，實(shí)現(xiàn)雙向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其工作原理與雙活塞桿液壓缸相同。3）占地面積：?jiǎn)位钊麠U液壓缸可以是缸體固定，活塞運(yùn)動(dòng)；也可以是活塞桿固定，缸體運(yùn)動(dòng)。無(wú)論采用哪種形式，液壓缸運(yùn)動(dòng)所占空間長(zhǎng)度都是行程的二倍(見(jiàn)圖3-6)4）推力和速度計(jì)算：?jiǎn)位钊麠U液壓缸活塞兩端的有效面積不等，若向兩腔輸入相同的流量，活塞在兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)速度也不相等;同樣，若向兩腔輸入的油壓相同時(shí)，活塞在兩個(gè)方向所產(chǎn)生的推力也不相等。其計(jì)算如下（見(jiàn)圖3-7）：當(dāng)供給液壓缸的流量q一定時(shí)、供油壓力p一定，回油壓力為零時(shí)，活塞兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)速度、兩個(gè)方向的作用力為：以無(wú)桿腔進(jìn)油時(shí)：以有桿腔進(jìn)油時(shí)：當(dāng)差動(dòng)連接時(shí)：當(dāng)壓力油同時(shí)供給單活塞桿液壓缸的兩腔時(shí)，由于無(wú)桿腔的總作用力較大，活塞以一定的速度向右運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，有桿腔排出的油液與系統(tǒng)供給的油液匯合后進(jìn)入液壓缸的無(wú)桿腔。這種連接方式稱為差動(dòng)連接。差動(dòng)連接時(shí)作用力和速度為：式中，為活塞兩端有效面積之差，即活塞桿的截面積，比較：運(yùn)動(dòng)方向：→→←速度V：＞＜推力F：＜＞差動(dòng)連接的特點(diǎn):由以上可見(jiàn)，活塞的運(yùn)動(dòng)速度大于非差動(dòng)連接時(shí)的速度，因此,在實(shí)際生產(chǎn)中，單活塞桿液壓缸的差動(dòng)連接常用在需要實(shí)現(xiàn)："快速接近-慢速進(jìn)給-快速退回"工作循環(huán)的組合機(jī)床液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中。若要求"快速接近”與”快速退回"的速度相等，這可以通過(guò)選擇D與d的尺寸來(lái)實(shí)現(xiàn)，D與d的關(guān)系為d=0.7D。二、柱塞缸1．組成：圖3-9所示為柱塞缸的結(jié)構(gòu)示意圖，主要組成：1-缸體、2-柱塞、3-導(dǎo)向套、4-彈簧卡圈。柱塞和缸體內(nèi)壁不接觸，因此缸體內(nèi)孔只需粗加工甚至不加工，工藝性好，更適宜于做長(zhǎng)行程液壓缸。2.工作原理：它是單作用液壓缸，即靠液壓力只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，回程要靠自重(當(dāng)液壓缸垂直放置時(shí))或彈簧等其它外力來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了得到雙向運(yùn)動(dòng)，柱塞缸常成對(duì)使用，如圖3-10所示。三、組合式液壓缸增壓器增壓器將輸入的低壓油轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏河?，供液壓系統(tǒng)中的高壓支路使用，其工作原理如圖3-12所示。它由直徑不同的兩個(gè)液壓缸串聯(lián)而成，大缸為原動(dòng)缸，小缸為輸出缸，其增壓后的壓力為：p2═D12/D22p1。即：=2．伸縮缸伸縮缸具有二級(jí)或多級(jí)活塞，如圖3-13所示。它主要由活塞1、套筒2、0形密封圈3、缸體4和缸蓋5等組成。前一級(jí)缸的活塞就是后一級(jí)缸的缸體，活塞伸出的順序是從大到小，相應(yīng)的推力也是由大變小，而伸出速度則由慢變快?？蛰d縮回的順序一般是從小活塞到大活塞，收縮后液壓缸總長(zhǎng)度較短，占用空間較小，結(jié)構(gòu)緊湊。伸縮缸常用于工程機(jī)械和其它行走機(jī)械。3．齒條缸齒條缸又稱無(wú)桿式液壓缸，它由一根帶有齒條桿的雙活塞缸1和一套齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2組成。如圖3-14所示。壓力油推動(dòng)活塞左右往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，經(jīng)齒輪齒條機(jī)構(gòu)將活塞的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)辇X輪的往復(fù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。齒條缸常用于自動(dòng)線、組合機(jī)床等設(shè)備的轉(zhuǎn)位或分度機(jī)構(gòu)的液壓系統(tǒng)中。第二節(jié)液壓缸的結(jié)構(gòu)液壓缸的結(jié)構(gòu)：歸結(jié)起來(lái)由缸體組件、活塞組件、密封件、連接件等基本部分組成。此外，還有緩沖裝置和排氣裝置。本節(jié)主要介紹密封、緩沖裝置和排氣裝置。液壓缸的密封泄漏有內(nèi)泄漏和外泄漏，如圖3-15所示，液壓裝置的內(nèi)、外泄漏直接影響系統(tǒng)的性能和效率，外泄漏還會(huì)污染工作環(huán)境。泄漏嚴(yán)重時(shí)會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)無(wú)法工作，泄漏的原因是配合間隙兩側(cè)有壓力差或相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此，必須采用適當(dāng)?shù)拿芊庋b置來(lái)防止和減少泄漏。常見(jiàn)的密封方法有以下兩種。1．間隙密封間隙密封如圖3-16所示，它是利用運(yùn)動(dòng)副間的配合間隙起密封作用的。為了減少泄漏，相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的配合間隙必須足夠小，故對(duì)配合面的加工精度和表面粗糙度提出了較高的要求。圖中活塞外圓表面上開(kāi)有若干個(gè)環(huán)形槽，主要是為了使活塞四周都有壓力油的作用，這有利于活塞的對(duì)中以減小活塞移動(dòng)的摩擦力。這種密封形式主要用于速度較高的低壓液壓缸與活塞配合處，此外也廣泛用于各種泵、閥的柱塞配合中。2．密封圈密封密封圈密封是液壓系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的一種密封方法，它通過(guò)密封圈本身的受壓變形來(lái)實(shí)現(xiàn)密封。橡膠密封圈的斷面通常做成0形、Y形和V形等。1）0形密封圈密封：如圖3-17、3-18所示。0形密封圈密封性能良好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，摩擦阻力較小，制造容易，成本低，體積小，安裝溝槽尺寸小，使用非常方便。可用于直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的密封，也可用于無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的靜密封；可用于外徑密封、內(nèi)徑密封及端面密封，應(yīng)用比較廣泛。0形密封圈要有適宜的壓縮量，當(dāng)工作壓力大于10Mpa時(shí),為了防止密封圈擠出，應(yīng)設(shè)置擋圈（圖3-19b、c）。2）Y形密封圈密封：如圖3-20所示，在裝配時(shí)，一定要使唇邊對(duì)著壓力的油腔，這樣才能起到密封作用。為了防止密封圈的翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象，有改進(jìn)型-Yx型。如圖3-21所示。3）V形密封圈密封：如圖3-22所示，有支承環(huán)、密封環(huán)、壓環(huán)三部分組成。一定要使開(kāi)口對(duì)著壓力的油腔，這樣才能起到密封作用。二、液壓缸的緩沖1）為什么緩沖？2）常見(jiàn)的緩沖裝置：=1\*GB3①環(huán)狀間隙式緩沖裝置：如圖3-23a、b所示，講清工作過(guò)程、緩沖原理、反向啟動(dòng)。=2\*GB3②節(jié)流口可變式緩沖裝置：如圖3-24所示。=3\*GB3③節(jié)流口可調(diào)式緩沖裝置：如圖3-25所示。液壓缸的緩沖只能在液壓缸的全行程終了時(shí)才能起緩沖作用。三、液壓缸的排氣1）為什么排氣？2）常見(jiàn)的排氣方法：=1\*GB3①對(duì)于要求不高的液壓缸，如何排氣？=2\*GB3②對(duì)于要求較高的液壓缸，如何排氣？排氣裝置：圖3-26第三節(jié)液壓缸的安裝、調(diào)整、維護(hù)