液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

關(guān)于液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)典型結(jié)構(gòu)缸體組件、活塞組件、密封件、連接件、緩沖裝置、排氣裝置等。第2頁,共53頁，2024年2月25日，星期天一、液壓缸的結(jié)構(gòu)第3頁,共53頁，2024年2月25日，星期天1、缸體與端蓋的結(jié)構(gòu)

缸體與端蓋的連接活塞和活塞桿結(jié)構(gòu)液壓缸的緩沖裝置液壓缸的排氣裝置二、液壓缸的組成第4頁,共53頁，2024年2月25日，星期天缸體與端蓋的連接

法蘭連接半環(huán)連接

螺紋連接

拉桿連接

焊接連接

第5頁,共53頁，2024年2月25日，星期天第6頁,共53頁，2024年2月25日，星期天缸體與端蓋的連接∵工作壓力、缸體材料、工作條件不同∴連接形式很多低壓，鑄鐵缸體，外形尺寸大第7頁,共53頁，2024年2月25日，星期天缸體與端蓋的連接形式法蘭連接：高壓，需焊接法蘭盤，較雜。內(nèi)半環(huán)—結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、裝卸半環(huán)連接<方便（但因缸體上開了環(huán)行槽，強(qiáng)度削弱）

外半環(huán)內(nèi)螺紋螺紋連接<>重量輕，外徑小，但端部復(fù)雜，外螺紋裝卸不便，需專用工具

焊接連接第8頁,共53頁，2024年2月25日，星期天拉桿連接通用性好，缸體加工方便，裝拆方便，但端蓋體積大，重量也大，拉

桿受力后會(huì)拉伸變形，影響端部密封效果，只適于中低壓.

第9頁,共53頁，2024年2月25日，星期天活塞和活塞桿的連接

∵工作壓力、安裝方式、工作條件的不同。

∴活塞組件有多種結(jié)構(gòu)形式。整體式：常用于小直徑液壓缸，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，軸向尺寸緊湊，但損壞后需整體更換第10頁,共53頁，2024年2月25日，星期天活塞和活塞桿的連接焊接式：同上錐銷式：常用于雙桿缸，加工容易，裝配簡(jiǎn)單，但承載能力小，且需防止脫落螺紋式：常用于單桿缸，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆方便，但需防止螺母松動(dòng)。半環(huán)式：常用于高壓大負(fù)載或振動(dòng)比較大的場(chǎng)合，強(qiáng)度高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝拆方便。第11頁,共53頁，2024年2月25日，星期天第12頁,共53頁，2024年2月25日，星期天活塞桿頭部結(jié)構(gòu)活塞桿：是連接活塞和工作部件的傳力零件，必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度，一般用鋼料制成,

且需鍍鉻。第13頁,共53頁，2024年2月25日，星期天液壓缸的緩沖裝置

必要性緩沖原理緩沖裝置類型第14頁,共53頁，2024年2月25日，星期天緩沖的必要性∵在質(zhì)量較大、速度較高(v>12m/min），由于慣性力較大，活塞運(yùn)動(dòng)到終端時(shí)會(huì)撞擊缸蓋，產(chǎn)生沖擊和噪聲，嚴(yán)重影響加工精度，甚至使液壓缸損壞?！喑Ｔ诖笮?、高速、或高精度液壓缸中設(shè)置緩沖裝置或在系統(tǒng)中設(shè)置緩沖回路。第15頁,共53頁，2024年2月25日，星期天緩沖原理利用節(jié)流方法在液壓缸的回油腔產(chǎn)生阻力，減小速度，避免撞擊。第16頁,共53頁，2024年2月25日，星期天緩沖裝置類型（1）

圓柱形環(huán)隙式緩沖裝置（2）

圓錐形環(huán)隙式緩沖裝置（3）

可變節(jié)流槽式緩沖裝置（4）可調(diào)節(jié)流孔式緩沖裝置第17頁,共53頁，2024年2月25日，星期天第18頁,共53頁，2024年2月25日，星期天第19頁,共53頁，2024年2月25日，星期天緩沖裝置(2/3)（1）圓柱形環(huán)隙式緩沖裝置當(dāng)緩沖柱塞進(jìn)入缸蓋上的內(nèi)孔時(shí)，缸蓋和活塞間形成緩沖油腔B，被封閉油液只能從環(huán)形間隙排出，產(chǎn)生緩沖壓力，從而實(shí)現(xiàn)減速緩沖。這種緩沖裝置在緩沖過程中，由于其節(jié)流面積不變，故緩沖開始時(shí)產(chǎn)生的緩沖制動(dòng)力很大，但很快就降低了，其緩沖效果較差，但這種裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于設(shè)計(jì)和降低制造成本，所以在一般系列化的成品液壓缸中多采用這種緩沖裝置。

第20頁,共53頁，2024年2月25日，星期天緩沖裝置(2/3)（2）圓錐形環(huán)隙式緩沖裝置由于緩沖柱塞為圓錐形，所以緩沖環(huán)形間隙隨位移量l而改變，即節(jié)流面積隨緩沖行程的增大而縮小，使機(jī)械能的吸收較均勻，其緩沖效果較好。第21頁,共53頁，2024年2月25日，星期天緩沖裝置(3/3)（3）可變節(jié)流槽式緩沖裝置理想緩沖裝置應(yīng)在全部工作過程中保持緩沖壓力恒定不變，因此，可在緩沖柱塞上開由淺到深的三角節(jié)流溝槽，節(jié)流面積隨著緩沖行程的增大而逐漸減小，緩沖壓力變化平緩，但需要專門設(shè)計(jì)。第22頁,共53頁，2024年2月25日，星期天緩沖裝置(3/3)（4）可調(diào)節(jié)流孔式緩沖裝置在緩沖過程中，緩沖腔油液經(jīng)小孔節(jié)流排出，調(diào)節(jié)節(jié)流孔的大小，可控制緩沖腔內(nèi)緩沖壓力的大小，以適應(yīng)液壓缸不同的負(fù)載和速度工況對(duì)緩沖的要求，同時(shí)當(dāng)活塞反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，高壓油從單向閥進(jìn)入液壓缸內(nèi)，活塞也不會(huì)因推力不足而產(chǎn)生啟動(dòng)緩慢或困難等現(xiàn)象。

第23頁,共53頁，2024年2月25日，星期天液壓缸的排氣裝置

必要性排氣方法第24頁,共53頁，2024年2月25日，星期天排氣的必要性∵系統(tǒng)在安裝或停止工作后常會(huì)滲入空氣∴使液壓缸產(chǎn)生爬行、振動(dòng)和前沖，換向精度降低等。

故必須設(shè)置排氣裝置。第25頁,共53頁，2024年2月25日，星期天排氣方法1排氣孔油口設(shè)置在液壓缸最高處2排氣塞象螺釘（如暖氣包上的放氣閥）3排氣閥使液壓缸兩腔經(jīng)該閥與油箱相通啟動(dòng)時(shí)，擰開排氣閥使液壓缸空載往復(fù)運(yùn)動(dòng)幾次即可第26頁,共53頁，2024年2月25日，星期天1—缸蓋2—放氣小孔3—缸體4—活塞桿第27頁,共53頁，2024年2月25日，星期天三、液壓缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算一、設(shè)計(jì)：二、校核

液壓缸內(nèi)徑D、活塞桿直徑d、液壓缸缸體長(zhǎng)度L第28頁,共53頁，2024年2月25日，星期天液壓缸設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)（1）活塞桿受拉狀態(tài)下承受最大負(fù)載，在受壓狀態(tài)下具有穩(wěn)定性。（2）排氣和制動(dòng)問題（3）液壓缸的安裝，只能在一端用鍵或銷定位。（4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊（5）密封性要好第29頁,共53頁，2024年2月25日，星期天一、設(shè)計(jì)缸工作壓力、運(yùn)動(dòng)速度、工作條件、加工工藝及拆裝檢修等。設(shè)計(jì)依據(jù)：液壓缸的主要尺寸包括：液壓缸內(nèi)徑D

活塞桿直徑d

液壓缸缸體長(zhǎng)度L第30頁,共53頁，2024年2月25日，星期天液壓缸內(nèi)徑D

1根據(jù)最大總負(fù)載和選取的工作壓力來確定

2根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)速度要求和選定液壓泵流量來確定第31頁,共53頁，2024年2月25日，星期天液壓缸工作壓力的確定

第32頁,共53頁，2024年2月25日，星期天液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑的確定（一）液壓缸內(nèi)徑D

（二）活塞桿直徑d第33頁,共53頁，2024年2月25日，星期天一雙桿缸液壓缸內(nèi)徑D

第34頁,共53頁，2024年2月25日，星期天二單桿缸無桿腔進(jìn)油時(shí)活塞的速度和推力P2第35頁,共53頁，2024年2月25日，星期天以單桿缸為例：無桿腔進(jìn)油時(shí)是最大工作負(fù)載。P1P2液壓缸工作腔的工作壓力，可根據(jù)機(jī)床類型或負(fù)載的大小來確定,P2

是背壓一般為零。根據(jù)最大總負(fù)載和選取的工作壓力來確定D

第36頁,共53頁，2024年2月25日，星期天當(dāng)液壓缸的往復(fù)速度比有一定要求時(shí)，由式得桿徑d為：

缸的速度比

過大會(huì)使無桿腔產(chǎn)生過大的背壓，速度比

過小則活塞桿太細(xì)，穩(wěn)定性不好。

缸主要尺寸的計(jì)算(2/3)第37頁,共53頁，2024年2月25日，星期天2根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)速度要求和選定液壓泵流量來確定

以單桿缸為例：無桿腔進(jìn)油時(shí)有桿腔進(jìn)油時(shí)第38頁,共53頁，2024年2月25日，星期天（二）活塞桿直徑d

原則：活塞桿直徑可根據(jù)工作壓力或設(shè)備類型選取液壓缸的往復(fù)速度比有一定要求時(shí)

d=D√λv-1/λvd=D√v2-v1/V2

計(jì)算所得活塞桿直徑d亦應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列值。第39頁,共53頁，2024年2月25日，星期天活塞桿直徑d根據(jù)活塞桿的受力情況來確定一般受拉力作用時(shí)，d=（0.3～0.5）D受壓時(shí)：見表

計(jì)算所得活塞桿直徑d亦應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列值。第40頁,共53頁，2024年2月25日，星期天（三）液壓缸缸體長(zhǎng)度L

原則：由液壓缸最大行程、活塞寬度、活塞桿導(dǎo)向套長(zhǎng)度、活塞桿密封長(zhǎng)度和特殊要求的其它長(zhǎng)度確定,為減小加工難度，一般液壓缸缸體長(zhǎng)度不應(yīng)大于內(nèi)徑的20—30倍。L=l+A+B+M+C第41頁,共53頁，2024年2月25日，星期天液壓缸其它部位尺寸的確定

導(dǎo)向長(zhǎng)度H≥L/20+D/2（L為液壓缸最大行程）活塞寬度B=（0、6——1、0）D；

A=(0.6—10)D（D<80mm）導(dǎo)向套滑動(dòng)面長(zhǎng)度AA=(0.6—1)d（D≥80mm）如裝有隔套K時(shí)，C=H-（A+B）/2M:活塞桿密封長(zhǎng)度，由密封方式?jīng)Q定第42頁,共53頁，2024年2月25日，星期天（四）最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定

如果導(dǎo)向長(zhǎng)度過小，影響液壓缸的穩(wěn)定，因此必須保證有一個(gè)最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。

H≥L/20+D/2L液壓缸的最大工作行程D缸筒內(nèi)徑第43頁,共53頁，2024年2月25日，星期天二強(qiáng)度校核（一）缸筒壁厚δ（二）活塞桿外徑校核（三）缸蓋固定羅雙的直徑校核（四）緩沖計(jì)算（五）液壓缸穩(wěn)定性校核第44頁,共53頁，2024年2月25日，星期天（一）缸筒壁厚δ校核方法1、缸筒壁厚δ

中低壓系統(tǒng)，無需校核確定原則<

高壓大直徑時(shí)，必須校核δ第45頁,共53頁，2024年2月25日，星期天薄壁缸體（無縫鋼管）:

當(dāng)D/δ≥10時(shí)δ≥ptD/2[б]

[б]=бb/nPt

為缸筒的試驗(yàn)壓力，由液壓缸的額定壓力來確定[б]缸筒材料的許用壓力бb缸筒材料的抗拉強(qiáng)度n一般取為5第46頁,共53頁，2024年2月25日，星期天厚壁缸體（鑄造缸體）:

當(dāng)D/δ≤10時(shí)

δ≥D/2[√[б]+0.4pt/[б]-1.3pt-1]若液壓缸缸筒與缸蓋采用半環(huán)連接，δ應(yīng)取缸筒壁最小處的值。第47頁,共53頁，2024年2月25日，星期天（二）活塞桿外徑校核（1）受拉安全d≥√4F/π[б]

[б]=бb/1.4

第48頁,共53頁，2024年2月25日，星期天缸的強(qiáng)度計(jì)算和校核(3/3)（2）活塞桿的穩(wěn)定性計(jì)算活塞桿受軸向壓力作用時(shí)，有可能產(chǎn)生彎曲，當(dāng)此軸向力達(dá)到臨界值Fk時(shí)，會(huì)出現(xiàn)壓桿不穩(wěn)定現(xiàn)象，臨界值Fk的大小與活塞桿長(zhǎng)度和直徑，以及缸的安裝方式等因素有關(guān)。只有當(dāng)活塞桿的計(jì)算長(zhǎng)度時(shí)，才進(jìn)行活塞桿的縱向穩(wěn)定性計(jì)算。其計(jì)算按材料力學(xué)有關(guān)公式進(jìn)行。使缸保持穩(wěn)定的條件為：（4.30）

Fcr可根據(jù)細(xì)長(zhǎng)比的范圍按下述有關(guān)公式計(jì)算：（a）當(dāng)細(xì)長(zhǎng)比時(shí)：（4.31）（b）細(xì)長(zhǎng)比，且＝20～120時(shí)：