液压油缸的原理

1、： http:/www.fengtexing.co m 液压油缸是将液压能转变为机械是将液压能转变为机械 能的、做直线往复运动（或摆动运动）能的、做直线往复运动（或摆动运动） 的液压执行元件。它结构简单、工作的液压执行元件。它结构简单、工作 可靠。用它来实现往复运动时，可免可靠。用它来实现往复运动时，可免 去减速装置，并且没有传动间隙，运去减速装置，并且没有传动间隙，运 动平稳，因此在各种机械的液压系统动平稳，因此在各种机械的液压系统 中得到广泛应用。中得到广泛应用。 根据常用液压缸的结构形式，可根据常用液压缸的结构形式，可 将其分为四种类型将其分为四种类型： 活塞式活塞式 柱塞式柱塞式 伸缩

2、式伸缩式 摆动式摆动式 单活塞杆式单活塞杆式 双活塞杆式双活塞杆式 单活塞杆液压缸只有一端有活塞杆。如单活塞杆液压缸只有一端有活塞杆。如 图所示是一种单活塞液压缸。其两端进出口图所示是一种单活塞液压缸。其两端进出口 油口油口A A和和B B都可通压力油或回油，以实现双向都可通压力油或回油，以实现双向 运动，故称为双作用缸。运动，故称为双作用缸。 1 1、单活塞杆液压缸、单活塞杆液压缸 1-缸底 2-弹簧挡圈 3-套环 4-卡环 5-活塞 6- 型密封圈 7-支承环 8-挡圈 9-形密封圈 10-缸筒 11-管接头 12-导向套 13-缸盖 14-防尘圈 15-活塞杆 16-定位螺钉 17-耳环

3、 参照下图，当供给液压缸的流量参照下图，当供给液压缸的流量Q Q一定时，一定时， 活塞两个方向的运动速度为：活塞两个方向的运动速度为： V V1 1=Q/A=Q/A1 1=4Q/D=4Q/D2 2 ( (向左） 向左） V V2 2= Q/A= Q/A2 2=4Q/(D=4Q/(D2 2-d-d2 2) () (向右）向右） 当供油压力当供油压力p p一定，回油压力为零时一定，回油压力为零时 作用力：作用力： F F1 1=p=p. .A A1 1=p=p. .DD2 2/4 (/4 (向右）向右） F F2 2=p=p. .A A2 2=p=p. .(D(D2 2-d-d2 2)/4 ()/

4、4 (向左）向左） 当其当其差动连接差动连接时，作用力为：时，作用力为： F F3 3=p(A=p(A1 1-A-A2 2)=p)=p. .( (dd2 2/4) /4) 速度速度: :v v3 3=(Q+Q=(Q+Q2 2)/A)/A1 1=(Q+v=(Q+v3 3. .A A2 2)/A)/A1 1 所以所以 v v3 3=Q/(=Q/(A A1 1-A-A2 2)=4Q/)=4Q/dd2 2 图4-3 差动连接的单活塞杆液压缸 符号意义参阅下图符号意义参阅下图 单活塞杆液压缸可以是缸筒固定，活塞单活塞杆液压缸可以是缸筒固定，活塞 运动；也可以是活塞杆固定缸筒运动。无运动；也可以是活塞杆固

5、定缸筒运动。无 论采用其中哪一种形式，液压缸运动所占论采用其中哪一种形式，液压缸运动所占 空间长度都是两倍行程。（见下图）空间长度都是两倍行程。（见下图） 单 活 塞 杆 液 压 缸 运 动 所 占 空 间 双活塞杆液压缸的两活塞杆直径通常相双活塞杆液压缸的两活塞杆直径通常相 等，活塞两端有效面积相同。如果供油压力等，活塞两端有效面积相同。如果供油压力 不变，那么活塞反复运动时两个方向的作用不变，那么活塞反复运动时两个方向的作用 力和速度相等。力和速度相等。 v=Q/A=4Q/ (D2-d2) , F=p.A=p. (D2-d2)/4 v活塞（或缸筒）运动速度；活塞（或缸筒）运动速度；Q供油流

6、量；供油流量； F活塞（或缸筒）上的作用力；活塞（或缸筒）上的作用力； p供油压力；供油压力；A活塞有效面积；活塞有效面积； D活塞直径；活塞直径；d活塞杆直径。活塞杆直径。 这种液压缸在传动时活塞杆只承受拉力，这种液压缸在传动时活塞杆只承受拉力， 多数用于机床。多数用于机床。 双活塞杆液压缸的两端都有活塞伸出，双活塞杆液压缸的两端都有活塞伸出， 如图所示。其组成与单活塞杆液压缸基本如图所示。其组成与单活塞杆液压缸基本 相同。缸筒与缸盖用法兰连接，活塞与缸相同。缸筒与缸盖用法兰连接，活塞与缸 筒内壁之间采用间隙密封。筒内壁之间采用间隙密封。 1活塞杆 2压盖 3缸盖 4缸筒 5活塞 6密封圈

7、双活塞杆液压缸结构 双活塞缸机构示意双活塞缸机构示意 将缸筒固定在床身上，活塞杆和工作台将缸筒固定在床身上，活塞杆和工作台 相联接时，工作台运动所占空间长度为活塞相联接时，工作台运动所占空间长度为活塞 有效行程的三倍（见图有效行程的三倍（见图A）。一般多用于小）。一般多用于小 机床；反之，将活塞杆固定在床身上，缸筒机床；反之，将活塞杆固定在床身上，缸筒 和工作台相联接时，工作台运动所占空间长和工作台相联接时，工作台运动所占空间长 度为液压缸有效行程的两倍（见图度为液压缸有效行程的两倍（见图B），适），适 用于中型及大型机床。用于中型及大型机床。 柱塞式液压缸结构柱塞式液压缸结构 （）它是一种单

8、作用式液压缸，靠（）它是一种单作用式液压缸，靠 液压力只能实现一个方向的运动，柱液压力只能实现一个方向的运动，柱 塞回程要靠其它外力或柱塞的自重；塞回程要靠其它外力或柱塞的自重； （）柱塞只靠缸套支承而不与缸套（）柱塞只靠缸套支承而不与缸套 接触，这样缸套极易加工，故适于做接触，这样缸套极易加工，故适于做 长行程液压缸；长行程液压缸； （）工作时柱塞总受压，因而它必须（）工作时柱塞总受压，因而它必须 有足够的刚度；有足够的刚度； （）柱塞重量往往较大，水平放置时（）柱塞重量往往较大，水平放置时 容易因自重而下垂，造成密封件和导向容易因自重而下垂，造成密封件和导向 单边磨损，故其垂直使用更有利。

9、单边磨损，故其垂直使用更有利。 柱塞式液压缸特点：柱塞式液压缸特点： 柱塞上有效作用力柱塞上有效作用力F为：为： F=p.A= 柱塞运动速度为：柱塞运动速度为： v= = 式中式中 d柱塞直径；其它符号意义同柱塞直径；其它符号意义同 前。前。 A d2 p . d2 4 Q4Q 伸缩式液压缸具有二级或多级活塞，伸缩式液压缸具有二级或多级活塞， 如图所示。伸缩式液压缸中活塞伸出的顺如图所示。伸缩式液压缸中活塞伸出的顺 序式从大到小，而空载缩回的顺序则一般序式从大到小，而空载缩回的顺序则一般 是从小到大。伸缩缸可实现较长的行程，是从小到大。伸缩缸可实现较长的行程， 而缩回时长度较短，结构较为紧凑。

10、此种而缩回时长度较短，结构较为紧凑。此种 液压缸常用于工程机械和农业机械上。液压缸常用于工程机械和农业机械上。 1 活 塞 2 套 筒 3 O形 密 封 圈 4 缸 筒 5 缸 盖 伸 缩 式 液 压 缸 结 构 示 意 图 摆动式液压缸是输出扭矩并实现往复运摆动式液压缸是输出扭矩并实现往复运 动的执行元件，也称摆动式液压马达。有单动的执行元件，也称摆动式液压马达。有单 叶片和双叶片两种形式。图中定子块固定在叶片和双叶片两种形式。图中定子块固定在 缸体上，而叶片和转子连接在一起。根据进缸体上，而叶片和转子连接在一起。根据进 油方向，油方向， 叶片将叶片将 带动转带动转 子作往子作往 复摆动。复

11、摆动。 摆 动 式 液 压 缸 A A A A 1 定 子 块 2 缸 体 3 弹 簧 4 密 封 镶 条 5 转 子 6 叶 片 7 支 承 盘 8 盖 板 如图所示，若输入液压油的流量为如图所示，若输入液压油的流量为Q和和 摆动轴输出的角速度摆动轴输出的角速度 之间的关系为：之间的关系为： Q= /4(D2-d2)b.n=(b/8)(D2-d2) 所以所以 8Q/b(D2-d2) 式中式中 n摆动轴的转速摆动轴的转速(n= /2 )； b叶片宽度；叶片宽度； D、d见图。见图。 单叶片式摆动液压缸计算简图 结束结束 一、液压缸主要尺寸的确定一、液压缸主要尺寸的确定 液压缸的设计和计算是在对

12、整个液压系液压缸的设计和计算是在对整个液压系 统进行工况分析，计算了最大负载力，先定统进行工况分析，计算了最大负载力，先定 了工作压力的基础上进行的（详见第十一了工作压力的基础上进行的（详见第十一 章）。因此，首先要根据使用要求确定结构章）。因此，首先要根据使用要求确定结构 类型，在按照负载情况，运动要求决定液压类型，在按照负载情况，运动要求决定液压 缸的主要结构尺寸，最后进行结构设计。缸的主要结构尺寸，最后进行结构设计。 二、液压缸结构设计中的几个基本问题二、液压缸结构设计中的几个基本问题 1 1、工作压力的选取工作压力的选取 根据液压缸的实际工况，计算出外负载根据液压缸的实际工况，计算出外

13、负载 大小，然后参考下表选取适当的工作力。大小，然后参考下表选取适当的工作力。 液压缸工作压力的确定 负载 缸工作压力 P1( b a r ） 00 . 7 6 0 7 01 4 0 1 0 01 4 0 1 4 02 5 0 1 8 02 1 0 2 5 0 3 2 0 一、液压缸主要尺寸的确定一、液压缸主要尺寸的确定 2 2、活塞杆直径、活塞杆直径d d与缸筒内径与缸筒内径D D的计算的计算 受拉时：受拉时： d=(0.3-0.5)Dd=(0.3-0.5)D 受压时：受压时： d=(0.5-0.55)D (pd=(0.5-0.55)D (p1 15mpa) 5mpa) d=(0.6-0.7

14、)D (5mpa pd=(0.6-0.7)D (5mpa p1 17mpa) 7mpa)7mpa) 3 3、液压缸缸筒壁厚和外径的计算、液压缸缸筒壁厚和外径的计算 缸筒最薄处壁厚：缸筒最薄处壁厚：ppy yD/2()D/2() 缸筒壁厚；缸筒壁厚；D D缸筒内径；缸筒内径； p py y缸筒度验压力，当额定压缸筒度验压力，当额定压P Pn n160 x10160 x105 5P Pa a 时，时，Py=1.25Pn Py=1.25Pn ； ()()缸筒材料许用应力。缸筒材料许用应力。()=()=b b/n/n。 5 5、液压缸缸筒长度的确定、液压缸缸筒长度的确定 缸筒长度根据所需最大工作行程而定。缸筒长度根据所需最大工作行程而定。 活塞杆长度根据缸筒长度而定。对于工作活塞杆长度根据缸筒长度而定。对于工作 行程受压的活塞杆，当活塞杆长度与活塞行程受压的活塞杆，当活塞杆长度与活塞 杆直径之比大于杆直径之比大于1515时，应按材料力学有关时，应按材料力学有关 公式对活塞进行压杆稳定性验算。公式对活塞进行压杆稳定性验算。 4 4、活塞杆的计算、活塞杆的计算 直径强度校核：直径强度校核：d4F/()d4F/()1/2 1/2 d d活塞杆直径；活塞杆直径；F F液压缸的负载；液压缸的负载； ()()活塞杆材料许用应力，活塞杆材料许用应力，()=()