液压与气压传动技术教程(第八讲)

1、第第4章章 液压缸液压缸4、1 液压缸的类型及特点液压缸的类型及特点 4、2 液压缸的设计计算液压缸的设计计算 4、3 液压缸的结构设计液压缸的结构设计 第第4章章 液压液压缸缸 目的任务目的任务重点难点重点难点 提问作业提问作业目的任务目的任务了解液压缸结构形式了解液压缸结构形式 掌握液压缸参数计算和特点掌握液压缸参数计算和特点 重点难点重点难点单杆活塞液压缸单杆活塞液压缸 密封、缓冲、排气密封、缓冲、排气 提问作业提问作业齿轮泵、叶片泵、柱塞泵各用于何种压力？齿轮泵、叶片泵、柱塞泵各用于何种压力？为什么？为什么？ 第4章 液压缸功用：将液压泵供给的液压能转换为功用：将液压泵供给的液压能转换

2、为 机械能而对负载作功，实现直机械能而对负载作功，实现直 线往复运动或旋转运动。线往复运动或旋转运动。 4、1 液压缸的类型及特点 4、1、1 活塞式液压缸活塞式液压缸 4、1、2 柱塞式液压柱塞式液压 *4、1、3 摆动液压马达摆动液压马达（摆动液压缸）（摆动液压缸） *4、1、4其它形式的常用缸其它形式的常用缸 4、1 液压缸的类型及特点 活塞式活塞式 按结构形式按结构形式 柱塞式柱塞式 组合式组合式 分 类 单作用式：液体或气体只控制单作用式：液体或气体只控制 按作用方式按作用方式 缸一腔单向运动缸一腔单向运动 双作用式：液体或气体控制缸双作用式：液体或气体控制缸 两腔实现双向运动两腔实

3、现双向运动4、1、1 活塞式液压缸活塞式液压缸 定义定义 分类分类活塞式液压缸定义活塞式液压缸定义在缸体内作相对往复运动的组件为活塞的液压缸在缸体内作相对往复运动的组件为活塞的液压缸 分 类 双杆双杆 按伸出活塞杆不同按伸出活塞杆不同 单单杆杆 无杆无杆 缸体固定缸体固定 按固定方式不同按固定方式不同 右右 左左 活塞左移活塞左移 占地面积大占地面积大 进油腔位置与活塞运动方向相反进油腔位置与活塞运动方向相反空心双空心双杆活塞式液压缸杆活塞式液压缸杆固定式杆固定式 进油腔进油腔 回油腔回油腔 运动方向运动方向 占地范围应用场合占地范围应用场合 左左 右右 缸体左移缸体左移 两倍于两倍于L，占地

4、面积，占地面积 右右 左左 缸体右移缸体右移 小，大中型设备小，大中型设备 进油腔位置与活塞运动方向相同进油腔位置与活塞运动方向相同单活塞杆液压缸单活塞杆液压缸 简单连接式简单连接式 速度、推力计算速度、推力计算差动连接式液压缸差动连接式液压缸简单连接式特点：特点：1）两腔面积不等）两腔面积不等,A1 A2 2) 压力相同时，推力不等压力相同时，推力不等 流量相同时，速度不等流量相同时，速度不等 即不具有等推力等速度特性即不具有等推力等速度特性 速度、推力计算速度、推力计算 无杆腔进油时无杆腔进油时 有杆腔进油时有杆腔进油时 结论结论 运动行程运动行程无杆腔进油时无杆腔进油时 v1 = q/A

5、1 = 4q/D2 F1 = p1A1 - p2A2 =D2 p1 - (D2-d2)p2/4 有杆腔进油有杆腔进油时时 v2 = q/A2 = 4q/(D2-d2) F2 = p1A2- p2A1 = (D2-d2) p1-D2 p2/4 单活塞杆液压缸简单连接比较单活塞杆液压缸简单连接比较 A1 A2 v1 F2 故故 活塞杆伸出时，推力较大，速度较小活塞杆伸出时，推力较大，速度较小 活塞杆缩回时，推力较小，速度较大活塞杆缩回时，推力较小，速度较大 因而：活塞杆伸出时，适用于重载慢因而：活塞杆伸出时，适用于重载慢速速 活塞杆缩回时，适用于轻载快速活塞杆缩回时，适用于轻载快速 往复速比：往复

6、速比： v = v2 / v1 = D2/ D2-d2 d = D（v-1）/v 单活塞杆液压缸简单连接结论单活塞杆液压缸简单连接结论活塞杆直径越小，两个方向速度差值越小。活塞杆直径越小，两个方向速度差值越小。 固定方式和工作过程皆与双杆活塞液压缸相同。固定方式和工作过程皆与双杆活塞液压缸相同。运动行程皆为两倍的活塞或缸体的有效行程。运动行程皆为两倍的活塞或缸体的有效行程。差动连接式液压缸差动连接式液压缸 差动连接差动连接速度、推力计算速度、推力计算特点特点 应用应用差动连接差动连接单杆活塞液压缸两腔同时通入流体时，单杆活塞液压缸两腔同时通入流体时，利用两端面积差进行工作的连接形式。利用两端面

7、积差进行工作的连接形式。 差动连接速度、推力计算差动连接速度、推力计算 v3A1 = q + v3A2 v3 = q/A1-A2=4 q/d2 故故 要使要使v2 = v3 ，D = 2 d F3 = p1（A1-A2） = d2p1/4 差动连接特点差动连接特点在不增加流量的前提下，实现快速运动在不增加流量的前提下，实现快速运动 单杆活塞液压缸应用单杆活塞液压缸应用单杆活塞液压缸不同连接，可实现如下工作循单杆活塞液压缸不同连接，可实现如下工作循 环：环： （差动连接）（差动连接） （无杆腔进油）（有杆腔进油）（无杆腔进油）（有杆腔进油） 快进快进 工进工进 快退快退 v3、F3 v1、F1

8、v2、F2 动画演示动画演示4、1、2 柱塞式液压缸柱塞式液压缸定义定义结构结构工作原理工作原理速度、推力计算速度、推力计算特点特点定定 义义在缸体内做相对往复运动的组件是柱塞的液压在缸体内做相对往复运动的组件是柱塞的液压缸缸 柱塞式液压缸结构柱塞式液压缸结构缸体、柱塞、导向套、钢丝卡圈等缸体、柱塞、导向套、钢丝卡圈等柱塞式液压缸工作原理柱塞式液压缸工作原理 自重自重只能单向运动，回程需靠外力只能单向运动，回程需靠外力 弹簧力弹簧力需双向运动时，常成对使用。需双向运动时，常成对使用。 动画演示动画演示柱塞式液压缸速度、推力计算柱塞式液压缸速度、推力计算 v = q/A = 4q/d2 F =

9、pA = d2 p/4 柱塞式液压缸特点柱塞式液压缸特点 柱塞工作时总是受压，一般较粗柱塞工作时总是受压，一般较粗 水平放置易下垂，产生单边磨损水平放置易下垂，产生单边磨损 故故 常垂直放置，有时可做成空心常垂直放置，有时可做成空心 又又 缸体内壁与柱塞不接触缸体内壁与柱塞不接触 可不加工或只粗加工，工艺性好可不加工或只粗加工，工艺性好 龙门刨龙门刨床床 故故 常用于长行程机床，如常用于长行程机床，如 导轨磨床导轨磨床 大型拉大型拉床床*4、1、3 摆动液压马达摆动液压马达（摆动液压缸（摆动液压缸） 分类分类组成组成工作原理工作原理参数计算参数计算双叶片摆动式液压马达双叶片摆动式液压马达特点特

10、点摆动液压缸分类摆动液压缸分类 单叶片式单叶片式*、双叶片、双叶片 摆动液压缸组成缸体、定子块、叶片、传动轴等缸体、定子块、叶片、传动轴等摆动液压缸工作原理摆动液压缸工作原理当缸的一个油口进压力油，另一油当缸的一个油口进压力油，另一油口回油时，叶片在压力油作用下往口回油时，叶片在压力油作用下往一个方向摆动，带动轴偏转一定角一个方向摆动，带动轴偏转一定角度小于度小于3600）当进回油口互换时，）当进回油口互换时，马达反转。马达反转。 摆动液压缸参数计算摆动液压缸参数计算 T = zb/8(D2-d2)(p1-p2)m = 8qcv/zb(D2-d2) 双叶片摆动式液压马达 T双 = 2T单 双=

11、1/2单 摆动液压缸特点摆动液压缸特点结构紧凑，输出转矩大，但密封结构紧凑，输出转矩大，但密封困难，一般只用于中低压系统。困难，一般只用于中低压系统。 *4、1、4其它形式的常用缸其它形式的常用缸 增压缸（增压器）增压缸（增压器） 多级缸（伸缩缸）多级缸（伸缩缸） 齿条活塞缸（无杆液压缸）齿条活塞缸（无杆液压缸） 增压缸（增压器）增压缸（增压器） 作用作用 结构结构 增压原理增压原理增压缸作用增压缸作用得到高于泵压的输出压力得到高于泵压的输出压力 增压缸结构增压缸结构单作用、双作用单作用、双作用 增压缸增压原理增压缸增压原理 A1 p1=A2 p2 p1D2/4=p2d2/4 p2 = A1

12、/ A2 p1 = p1 D2/d2 =K p1 K增压比 增压缸特点增压缸特点 在不在不 p p 的前提下，靠的前提下，靠 A来来 p 单单 作用断续增压、双作用连续增压作用断续增压、双作用连续增压 多级缸（伸缩缸）多级缸（伸缩缸） 结构结构工作原理工作原理特点应用特点应用多级缸结构由两个或多个活塞缸或柱塞缸套装由两个或多个活塞缸或柱塞缸套装而成，有单作用和双作用之分。而成，有单作用和双作用之分。 动画演示动画演示多级缸工作原理活塞或柱塞伸出时，从大到小，活塞或柱塞伸出时，从大到小，速度逐渐增大，推力逐渐减小。速度逐渐增大，推力逐渐减小。活塞或柱塞缩回时，从小到大。活塞或柱塞缩回时，从小到大

13、。多级缸特点应用 工作时可伸很长，不工作时缩短工作时可伸很长，不工作时缩短 占地面积小，且推力随行程增加而减小占地面积小，且推力随行程增加而减小 故故 起重机伸缩臂、自动倾卸卡车、火箭发起重机伸缩臂、自动倾卸卡车、火箭发 射台等皆用射台等皆用动画演示动画演示 齿条活塞缸（无杆液压缸）齿条活塞缸（无杆液压缸） 结结 构构 工作原理工作原理 应应 用用无杆液压缸结构无杆液压缸结构缸体、活塞、齿条、齿轮、端盖等缸体、活塞、齿条、齿轮、端盖等 无杆液压缸工作原理无杆液压缸工作原理左腔进油，右腔回油时，齿条右移，左腔进油，右腔回油时，齿条右移，齿轮带动工作台逆转。齿轮带动工作台逆转。右腔进油，左腔回油时

14、，齿条左移，右腔进油，左腔回油时，齿条左移，齿齿 轮带动工作台顺转轮带动工作台顺转 。无杆液压缸应用无杆液压缸应用 常用于需要回转运动的场合，常用于需要回转运动的场合， 如：自动线、磨床如：自动线、磨床 4、2 液压缸的设计与计算液压缸的设计与计算 液压缸工作压力的确定液压缸工作压力的确定 液液 压缸内径和活塞杆直径的确定压缸内径和活塞杆直径的确定 缸筒壁缸筒壁厚厚的确定的确定 液压缸其它部位尺寸的确定液压缸其它部位尺寸的确定 4、2 液压缸的设计与计算液压缸的设计与计算液压缸的主要尺寸包括：液压缸的主要尺寸包括： 液压缸内径液压缸内径D 活塞杆直径活塞杆直径d 液压缸缸体长度液压缸缸体长度L

15、液压缸工作压力的确定液压缸工作压力的确定 见表见表4、2、1，4、2、2 液压缸内径和活塞杆直径的确定液压缸内径和活塞杆直径的确定（一）液压缸内径（一）液压缸内径D （二）活塞杆直径（二）活塞杆直径d 液压缸内径液压缸内径D 1 根据最大总负载和选取的工作压力来确定根据最大总负载和选取的工作压力来确定 2 根据执行机构速度要求和选定液压泵流量根据执行机构速度要求和选定液压泵流量 来确定来确定根据最大总负载和选取的工作压力来确定根据最大总负载和选取的工作压力来确定 以单杆缸为例：以单杆缸为例：无杆腔进油时无杆腔进油时 D=4F1/(p1-p2)-d2p2/p1-p2 有杆腔进油时有杆腔进油时D=

16、4F2/(p1-p2)+d2p1/p1-p2 若初步选取回油压力若初步选取回油压力p2=0，则上面两式简化为：，则上面两式简化为：无杆腔进油时无杆腔进油时 D=4F1/p1 有杆腔进油时有杆腔进油时 D=4F2/p1+d2根据执行机构速度要求和选定液压泵流量来确定无杆腔进油时： D=4qv/v1 有杆腔进油时： D=4qv/v1+ d2 计算所得液压缸的内径（即活塞直径）应圆整为标准值 （二）活塞杆直径（二）活塞杆直径d 原则：活塞杆直径可根据工作压力或设原则：活塞杆直径可根据工作压力或设 备类型选取液压缸的往复速度比备类型选取液压缸的往复速度比 有一定要求时有一定要求时 d = Dv-1/v

17、 计算所得活塞杆直径计算所得活塞杆直径d亦应圆整亦应圆整 为标准系列值。为标准系列值。（三）液压缸缸体长度（三）液压缸缸体长度L 原则：由液压缸最大行程、活塞宽原则：由液压缸最大行程、活塞宽 度、活塞杆导向套长度、活塞杆导向套长 度、活度、活 塞杆密封塞杆密封 长度和特殊要求的长度和特殊要求的 其它长度确定其它长度确定, 为减小加工难为减小加工难 度，一般液压缸缸体长度不度，一般液压缸缸体长度不 应大于内径的应大于内径的2030倍。倍。 三三 缸筒缸筒壁厚壁厚 中低压系统，无需校核中低压系统，无需校核 确定原则确定原则 高压大直径时，必须校核高压大直径时，必须校核 缸筒壁厚缸筒壁厚校核方法校核

18、方法薄壁缸体（无缝钢管）薄壁缸体（无缝钢管）: 当当/ D0.08时时 pmaxD/2 厚壁缸体（铸造缸体）厚壁缸体（铸造缸体）: 当当/ D=0.080.3时时 pmaxD/2.3 -3pmax 当当/ D0.3时时 D/2+ 0.4 py/ -1.3py-1液压缸其它部位尺寸的确定液压缸其它部位尺寸的确定 导向长度导向长度HL/20+D/2 （L为液压缸最大行程为液压缸最大行程） 活塞宽度活塞宽度B =（0、61、0）D； A =(0.610)D （D80mm） 导向套滑动面长度导向套滑动面长度A A =(0.61)d （D80mm） 如装有隔套如装有隔套K时，时， C = H -（A+B

19、）/2 液压缸其它部位尺寸的确定液压缸其它部位尺寸的确定活塞杆长度由活塞杆长度由L确定，必要时需进行稳定性验算。确定，必要时需进行稳定性验算。 当液压缸承受轴向压缩载荷时：当液压缸承受轴向压缩载荷时： 若若l/d15时，无须验算时，无须验算 验算验算 l/d15时，可按材料力学有关公式进行时，可按材料力学有关公式进行4、3 液压缸结构设计 4、3、1 液压缸的典型结构举例液压缸的典型结构举例 4、3、2 缸体与端盖的结构设计缸体与端盖的结构设计 4、3、1 液压缸的典型结构举液压缸的典型结构举例例典型结构典型结构设计依据设计依据典型结构典型结构缸体组件、活塞组件、密封件、缸体组件、活塞组件、密

20、封件、 连接件、缓冲装置、排气装置等。连接件、缓冲装置、排气装置等。 设计依据设计依据缸工作压力、运动速度、工作条件、缸工作压力、运动速度、工作条件、加工工艺及加工工艺及拆 装检修等。 4、3、2 缸体与端盖的结构设计 缸体与端盖的连接缸体与端盖的连接 活塞和活塞杆结构活塞和活塞杆结构 活塞杆头部的连接活塞杆头部的连接 液压缸的缓冲装置液压缸的缓冲装置 液压缸的排气装置液压缸的排气装置 缸体与端盖的连接缸体与端盖的连接 法兰连接法兰连接 半环连接半环连接 螺纹连接螺纹连接 拉杆连接拉杆连接 焊接连接焊接连接 缸体与端盖的连接缸体与端盖的连接 工作压力、缸体材料、工作压力、缸体材料、 工作条件不

21、同工作条件不同 连接形式很多低压，连接形式很多低压， 铸铁缸体，外形尺寸铸铁缸体，外形尺寸大大 缸体与端盖的连接形式缸体与端盖的连接形式法兰连接：高压，需焊接法兰盘，较杂。法兰连接：高压，需焊接法兰盘，较杂。 内半环内半环 结构简单、紧凑、装卸结构简单、紧凑、装卸半环连接半环连接 方便方便（但因缸体上开了环行槽，强度削弱）（但因缸体上开了环行槽，强度削弱） 外半环外半环 内螺纹内螺纹 螺纹连接螺纹连接 重量轻，外径小，但端部复杂，重量轻，外径小，但端部复杂， 外螺纹外螺纹 装卸不便，需专用工具装卸不便，需专用工具 焊接连接焊接连接拉杆连接拉杆连接通用性好，缸体加工方便，装拆方通用性好，缸体加工

22、方便，装拆方便，但端盖体积大，重量也大，拉便，但端盖体积大，重量也大，拉杆受力后会拉伸变形，影响端部密杆受力后会拉伸变形，影响端部密封效果，只适于低压封效果，只适于低压. 活塞和活塞杆的连接活塞和活塞杆的连接 工作压力、安装方式、工作压力、安装方式、 工作条件的不同。工作条件的不同。 活塞组件有多种结构形式。活塞组件有多种结构形式。 整体式：常用于小直径液压缸，整体式：常用于小直径液压缸， 结构简单，轴向尺寸紧凑，结构简单，轴向尺寸紧凑， 但损坏后需整体更换但损坏后需整体更换 活塞和活塞杆的连接活塞和活塞杆的连接焊接式：同上焊接式：同上 锥销式：常用于双杆缸，加工容易，装配锥销式：常用于双杆缸

23、，加工容易，装配 简单，但承简单，但承 载能力小，且需防止载能力小，且需防止 脱落脱落 螺纹式：常用于单杆缸，结构简单，装拆螺纹式：常用于单杆缸，结构简单，装拆 方便，但需方便，但需 防止螺母松动防止螺母松动。 半环式：常用于高压大负载或振动比较大半环式：常用于高压大负载或振动比较大 的场合，强的场合，强 度高，但结构复杂，度高，但结构复杂， 装拆方便。装拆方便。 活塞杆头部结构活塞杆头部结构活塞杆：是连接活塞和工作部件的传活塞杆：是连接活塞和工作部件的传 力零件，必须具有足力零件，必须具有足 够的强够的强 度和刚度，一般用钢料制成度和刚度，一般用钢料制成, 且需镀铬。且需镀铬。液压缸的缓冲装置液压缸的缓冲装置 必要