汽车液压与气压 第二版PPT (齐晓杰版)第四章液压缸

1、&第一节第一节 液压缸的类型和特点液压缸的类型和特点&第二节第二节 液压缸的结构液压缸的结构&第三节第三节 液压缸的设计计算液压缸的设计计算第四章第四章 液压缸液压缸【教学目的】【教学目的】 通过本章内容的学习，使学生熟悉各类液压缸的组成、工作原理和通过本章内容的学习，使学生熟悉各类液压缸的组成、工作原理和结构特点，掌握液压缸的牵引力和运动速度的计算，了解液压缸的设计结构特点，掌握液压缸的牵引力和运动速度的计算，了解液压缸的设计要点。要点。【教学重点】【教学重点】 活塞式液压缸和柱塞式液压缸的牵引力和运动速度的计算以及结构活塞式液压缸和柱塞式液压缸的牵引力和运动速度的计

2、算以及结构特点。特点。【教学难点】【教学难点】 液压缸的结构特点。液压缸的结构特点。第四章第四章 液压缸液压缸第一节第一节 液压缸的类型及特点液压缸的类型及特点 液压缸是液压系统中的执行元件，是一种把液体的压力能转液压缸是液压系统中的执行元件，是一种把液体的压力能转换为机械能以实现往复运动的能量转换装置。液压缸的输入是液换为机械能以实现往复运动的能量转换装置。液压缸的输入是液体的压力和流量体的压力和流量,输出的是力和直线速度。输出的是力和直线速度。 【类型】【类型】 按结构特点分为：活塞缸按结构特点分为：活塞缸 柱塞缸柱塞缸 组合缸组合缸 按作用方式分为：单作用式（压力油只供入缸的一腔，使缸实

3、现单方按作用方式分为：单作用式（压力油只供入缸的一腔，使缸实现单方 向运动，反方向运动则依靠外力（弹簧向运动，反方向运动则依靠外力（弹簧 力、自重或外载荷等）力、自重或外载荷等） 双作用式（压力交替供入液压缸的两腔，使缸实现双作用式（压力交替供入液压缸的两腔，使缸实现 正反往复运动）正反往复运动） 按使用压力分为：中低压缸（额定压力为按使用压力分为：中低压缸（额定压力为2.5-6.3MPa） 中高压缸（额定压力为中高压缸（额定压力为10-16MPa） 高压缸高压缸 （额定压力为（额定压力为25-31.5MPa） 一、活塞式液压缸一、活塞式液压缸 活塞缸可分为：双杆式、单杆式活塞缸可分为：双杆式

4、、单杆式 固定方式有：缸体固定（缸定式）、活塞杆固定（杆定式）固定方式有：缸体固定（缸定式）、活塞杆固定（杆定式）1、双杆活塞缸、双杆活塞缸 图图a为缸定式双杆缸；图为缸定式双杆缸；图b为杆定式双杆缸为杆定式双杆缸 【推力】【推力】F =(p1p2)Am = (/4)(D2d2)(p1p2)m 若不计回油压力，即若不计回油压力，即p2 = 0，则推力为，则推力为F = (/4)(D2d2)p1m 【速度】【速度】v = (qv/A)v = 4qvv/ ( D2d2) 【特点】【特点】 双杆活塞的两端有效面积相等，两个方向上的作用力和运动速度双杆活塞的两端有效面积相等，两个方向上的作用力和运动速

5、度相等，故可用于双向负载基本相等的场合。如驱动磨床工作台做相等，故可用于双向负载基本相等的场合。如驱动磨床工作台做直线往复运动。直线往复运动。 当缸体固定时，工作台往复运动的范围约为行程当缸体固定时，工作台往复运动的范围约为行程l的的3倍，占地面倍，占地面积大，故用于中小型设备；当活塞杆固定时，工作台的移动范围积大，故用于中小型设备；当活塞杆固定时，工作台的移动范围为缸体有效行程为缸体有效行程l的的2倍，故可用于较大型的设备。倍，故可用于较大型的设备。 杆定式双杆活塞缸的进、出油口可布置在活塞杆两端，油液经活塞杆定式双杆活塞缸的进、出油口可布置在活塞杆两端，油液经活塞杆内的通道输入液压缸；也可

6、布置在缸筒两端，但需使用软管连杆内的通道输入液压缸；也可布置在缸筒两端，但需使用软管连接。接。 双杆活塞缸在工作时，设计成一个活塞杆是受拉的，而另一个活塞双杆活塞缸在工作时，设计成一个活塞杆是受拉的，而另一个活塞杆不受力，因此，这种液压缸的活塞杆可以做得细些。杆不受力，因此，这种液压缸的活塞杆可以做得细些。2、单杆活塞缸、单杆活塞缸 单杆活塞缸只在活塞的一侧装有活塞杆，因而两腔有效作用面积不同。单杆活塞缸只在活塞的一侧装有活塞杆，因而两腔有效作用面积不同。 单杆缸也有缸体固定和活塞杆固定两种形式。单杆缸也有缸体固定和活塞杆固定两种形式。 图图a为无杆腔进油；图为无杆腔进油；图b为有杆腔进油。为

7、有杆腔进油。 无杆腔进油时（工进）无杆腔进油时（工进） 【速度】【速度】v1 = (qv/A1)v = 4qvv/(D2) 【推力】【推力】F1 = (p1A1p2A2) m = D2 p1/4(D2d2) p2/4m = D2(p1p2)/4d2 p2/4m 当当p2 = 0时（回油直接流回油箱）：时（回油直接流回油箱）： F1 = p1A1m =D2p1m /4 有杆腔进油时（快退）有杆腔进油时（快退） 【速度】【速度】v2 = (qv/A2)v = 4qvv / (D2d2)【推力】【推力】F2 = (p1A2p2A1) m = D2 (p1p2)/4d2 p1/4m 当当p2 = 0时

8、（回油直接流回油箱）：时（回油直接流回油箱）： F2 = p1A2m =(D2d2)p1m /4。【特点】【特点】由于单杆活塞缸的活塞两端的有效面积不等（由于单杆活塞缸的活塞两端的有效面积不等（A1A2），因此活），因此活塞在两个方向上的作用力和运动速度不相等，无杆腔进油（即活塞在两个方向上的作用力和运动速度不相等，无杆腔进油（即活塞杆伸出）时的推力大于有杆腔进油时产生的推力（塞杆伸出）时的推力大于有杆腔进油时产生的推力（F1F2），），而无杆腔进油时的运动速度小于有杆腔进油（即杆缩回）时的速而无杆腔进油时的运动速度小于有杆腔进油（即杆缩回）时的速度（度（v1v2），故单杆活塞缸适用于伸出时承

9、受工作载荷，驱动机），故单杆活塞缸适用于伸出时承受工作载荷，驱动机床工作部件做慢速的工作进给运动，缩回时空载或轻载。如用于床工作部件做慢速的工作进给运动，缩回时空载或轻载。如用于驱动机床工作部件做快速退回运动，只是克服摩擦力的作用。驱动机床工作部件做快速退回运动，只是克服摩擦力的作用。单杆活塞缸工作台的运动范围等于活塞杆行程单杆活塞缸工作台的运动范围等于活塞杆行程l的的2倍。倍。单杆活塞缸往复运动时的速度比单杆活塞缸往复运动时的速度比v为：为： v = v2 / v1= D2/(D2d2) = 1/1(d/D)2 由此可见，活塞杆直径由此可见，活塞杆直径d越小，越小，v越接近于越接近于1，活塞

10、往返速度，活塞往返速度差值就越小。如果活塞杆较粗，执行元件的往返速度差就越大，差值就越小。如果活塞杆较粗，执行元件的往返速度差就越大，因此可用于快速退回运动。因此可用于快速退回运动。 当已知当已知D，v时，可确定时，可确定d值。值。液压缸的差动连接（两腔同时通压力油）（快进）液压缸的差动连接（两腔同时通压力油）（快进） 差动连接时，有杆腔排出流量差动连接时，有杆腔排出流量qv= v3A2，进入无杆腔。故有：，进入无杆腔。故有： v3A1 = qv v3A2 （不考虑容积效率时）（不考虑容积效率时）【速度】【速度】v3 = qv /( A1A2) = 4qv/(d2)考虑容积损失时，考虑容积损失

11、时，v3 = 4qvv/(d2) 【推力】【推力】F3 = (p1A1p2A2)m = p1(A1A2)m =d2p1m /4 所以，差动连接是一种减小推力而获得较高速度的方法。所以，差动连接是一种减小推力而获得较高速度的方法。 反向运动时，油路的接法和非差动式液压缸相同，推力和速度反向运动时，油路的接法和非差动式液压缸相同，推力和速度为为F2，v2。 若要使活塞往返速度相等，即若要使活塞往返速度相等，即v3 = v2， 则：则：4qvv/(d2)= 4qvv/(D2d2) d2= D2d2 D=2 d 即即d=0.71 D，A1=2A2二、柱塞式液压缸二、柱塞式液压缸 【推力】【推力】 F

12、= pAm =d2pm /4 【速度】【速度】v = qvv/ A=4qvv/(d2) 式中：式中：d柱塞直径柱塞直径 【特点】【特点】柱塞与缸盖上的导向套配合，不与缸筒接触，因此缸筒内壁不用加工或只柱塞与缸盖上的导向套配合，不与缸筒接触，因此缸筒内壁不用加工或只做粗加工，故工艺性好，成本低，特别适用于行程较长的场合。做粗加工，故工艺性好，成本低，特别适用于行程较长的场合。柱塞工作时受压，为保证压杆的稳定，必须有足够的刚度，故一般柱塞较柱塞工作时受压，为保证压杆的稳定，必须有足够的刚度，故一般柱塞较粗，重量较大，水平安置时易下垂，造成单边磨损，故适宜于垂直安装使粗，重量较大，水平安置时易下垂，

13、造成单边磨损，故适宜于垂直安装使用。水平安装时，为减轻重量，有时做成空心柱塞，或设置托架。用。水平安装时，为减轻重量，有时做成空心柱塞，或设置托架。柱塞缸只能在压力油作用下单方向运动（单作用缸），为了得到双向运动，柱塞缸只能在压力油作用下单方向运动（单作用缸），为了得到双向运动，柱塞缸必须成对使用（如图柱塞缸必须成对使用（如图b），也可依靠自重（垂直放置）或其它外力），也可依靠自重（垂直放置）或其它外力来实现返回运动。来实现返回运动。柱塞缸结构简单，制造容易，维修方便，常用于长行程机床，如龙门刨床、柱塞缸结构简单，制造容易，维修方便，常用于长行程机床，如龙门刨床、导轨磨床、大型拉床等，在液压升

14、降机、自卸汽车和叉车中也有应用。导轨磨床、大型拉床等，在液压升降机、自卸汽车和叉车中也有应用。三、组合缸三、组合缸1、伸缩缸、伸缩缸 伸缩缸又称多级缸。伸缩缸由两个或多个伸缩缸又称多级缸。伸缩缸由两个或多个 活塞式液压缸套装而成，前一级活塞缸的活塞活塞式液压缸套装而成，前一级活塞缸的活塞 是后一个活塞缸的缸筒。是后一个活塞缸的缸筒。 轴向长度小，结构紧凑，但可获得较长的工作行程。轴向长度小，结构紧凑，但可获得较长的工作行程。 外伸时：先粗后细，先慢后快。外伸时：先粗后细，先慢后快。 内缩时：先细后粗，先快后慢。内缩时：先细后粗，先快后慢。2、增压缸、增压缸 P2=A1P1/A2 = p1(D2

15、/ d2) 【提示】【提示】 输出液压能，后面仍需连接工作缸输出液压能，后面仍需连接工作缸3、齿条缸、齿条缸 【功用】液压能转换成往复旋转运动的机械能。【功用】液压能转换成往复旋转运动的机械能。第二节第二节 液压缸的结构液压缸的结构液压缸由五个部分组成：缸体组件（缸筒和端盖等）液压缸由五个部分组成：缸体组件（缸筒和端盖等） 活塞组件（活塞和活塞杆等）活塞组件（活塞和活塞杆等） 缓冲装置缓冲装置 排气装置排气装置 密封装置密封装置一、缸体组件一、缸体组件 缸体组件包括缸筒、端盖（缸盖）及其连接件。缸体组件包括缸筒、端盖（缸盖）及其连接件。 缸筒与端盖的连接形式缸筒与端盖的连接形式与液压缸的工作压

16、力、缸体与液压缸的工作压力、缸体材料和工作条件有关。主要材料和工作条件有关。主要连接形式有：法兰式、半环连接形式有：法兰式、半环式、螺纹式、拉杆式和焊接式、螺纹式、拉杆式和焊接式等。式等。 (a)法兰连接式法兰连接式(b)半环连接式半环连接式(c)螺纹连接式螺纹连接式(d)拉杆连接式拉杆连接式(e)焊接连接式焊接连接式1缸盖缸盖 2缸筒缸筒3压板压板 4半环半环5防松螺帽防松螺帽 6拉杆拉杆 第二节第二节 液压缸的结构液压缸的结构二、活塞组件二、活塞组件 活塞组件由活塞、活塞杆和连接件等组成。活塞组件由活塞、活塞杆和连接件等组成。 活塞与活塞杆的连接方式有：锥销式、螺纹式、半环式、整体活塞与活

17、塞杆的连接方式有：锥销式、螺纹式、半环式、整体或焊接式或焊接式 第二节第二节 液压缸的结构液压缸的结构三、缓冲装置三、缓冲装置（a a）环状间隙式）环状间隙式 （b b）节流口可调式）节流口可调式 （c c）节流口可变式）节流口可变式第二节第二节 液压缸的结构液压缸的结构四、排气装置四、排气装置五、密封装置五、密封装置 密封装置主要用来防止液压油的泄漏。密封装置主要用来防止液压油的泄漏。 内泄漏：液压缸高压腔中的油液向低压腔泄漏。内泄漏：液压缸高压腔中的油液向低压腔泄漏。 外泄漏：液压缸中的油液向外部泄漏。外泄漏：液压缸中的油液向外部泄漏。 根据密封处两偶合面是否有相对运动可分为：根据密封处两

18、偶合面是否有相对运动可分为： 动密封（如活塞与缸筒之间）动密封（如活塞与缸筒之间） 静密封（如活塞与活塞杆之间）静密封（如活塞与活塞杆之间）第二节第二节 液压缸的结构液压缸的结构 常用的密封方式有：间隙密封、活塞环密封、密封圈密封常用的密封方式有：间隙密封、活塞环密封、密封圈密封(a)间隙密封间隙密封(b)摩擦环密封摩擦环密封(c)O形圈密封形圈密封(d)V形圈密封形圈密封 密封圈有：密封圈有：O形、形、Y形、形、V形及组合式等数种。形及组合式等数种。 【注意】【注意】 O形密封圈安装时要有一定的预压缩量，当压力较大时，应当加挡圈；形密封圈安装时要有一定的预压缩量，当压力较大时，应当加挡圈； Y形、形、V形密封圈安装时应注意安装方向，使唇边对着压力油腔。形密封圈安装时应注意安装方向，使唇边对着压力油腔。 本章作业本章作业:4-5;4-7 补充作业补充作业1: 已知单杆液压缸缸筒内径已知单杆液压缸缸筒内径 D=100mm, 活塞杆直径活塞杆直径d=50mm,工作压力工作压力p1=2MPa,流量流量qv=10L/min,回油压力回油压力p2=0.5MPa。试求。试求活塞往返运动时的推力和运动速度。活塞往返运动时的推力和运动速度。补充作业补充作业2： 如图所示两个结构相同相互串联的液压缸，无杆腔面积如图所示两个