第五章液压缸

1、第五章 活塞缸 柱塞缸 组合缸 按结构形式液压缸可分为：输入：压力和流量输出：推力和速度 除单个使用外，为实现特殊功能液压缸还可组合或与其它机构相结合。5.1 液压缸的类型和特点v 液体或气体只控制缸一腔单向运动；v 液体或气体控制缸两腔实现双向运动。按作用方式可分为：一、活塞缸1.双杆活塞缸 结构特点：两侧有效工作面积一样。mmppdDAppFF)(4)(21222121)(42221dDqAqvvvv推力和速度：应用：两个方向力和速度一样的场合。职能符号：l 活塞有效工作行程L 工作台的移动范围缸固定 L=3 l杆固定 L=2 l安装方式缸固定，活塞移动L 工作台移动范围约为活塞有效行程的

2、3倍，适用于小型设备中。活塞杆固定，缸移动L 工作台移动范围约为活塞有效行程的2倍，适用于较大型设备中。2.单杆活塞缸 进、出油口的布置据安装方式而定。可缸筒固定，也可活塞杆固定。无杆腔进油腔回油腔有杆腔工作原理：因两侧有效作用面积或油液压力不等，活塞在液压推力的作用下，作直线往复运动。推力及速度：式中：p1进油压力； p2回油压力。mmdpDppApApF22221221114)(mmdpDppApApF21221122124)(2114DqAqvvv)(42222dDqAqvvv例：液压刨床差动缸：单杆活塞缸的左右两腔都接通高压油时称为“差动连接”。22134dqAAqvVV结论：差动连接

3、后，速度大，推力小。mmdpAApF4)(212113q1q2p q 差动连接时活塞(或缸筒)只能向一个方向运动，要使它反向运动，油路接法须与非差动式连接相同。二、柱塞缸单柱塞缸：单向液压驱动，回程靠外力。双柱塞缸：双向液压驱动mmdppAF42推力及速度：24dqAqvVV应用：行程较长的场合。职能符号： 缸体内孔和柱塞没有配合，不需精加工柱塞外圆面比内孔加工容易。三、其它液压缸1、增压缸：如由活塞缸和柱塞缸组成的增压缸，利用活塞和柱塞有效面积的不同获得局部区域的高压。输入活塞缸的液体压力为p1，柱塞缸输出的高液体压力p2为：mdDpp2122、伸缩缸：由两个或多个活塞缸套装而成，前一级活塞

4、缸的活塞是后一级活塞缸的缸筒，伸出时可获得很长的工作行程，缩回时可保持很小结构尺寸。3、齿轮缸：由两个柱塞缸和一套齿轮齿条传动装置组成。柱塞的移动经齿轮齿条传动装置变成齿轮的转动，实现工件的往复摆动或间歇进给运动。5.2 液压缸的典型结构和组成液压缸的组成：(一)缸筒和缸盖通常缸筒和缸盖的结构形式和使用的材料有关：v 工作压力p10MPa时使用铸铁；v p20MPa时使用铸钢或锻钢(二)活塞和活塞杆常见结构形式：螺纹式、半环式和锥销式连接等。(三)密封装置：依靠运动间的微小间隙防止泄漏。为提高密封能力，常在活塞表面上制出几条细小环形槽，以增大油液通过间隙时的阻力。：依靠套在活塞上的摩擦环在O形

5、密封圈弹力作用下贴紧缸壁而防止泄漏。适用于缸筒和活塞之间的密封。 ：利用橡胶或塑料的弹性使各种截面的环形圈贴紧在静、动配合面之间来防止泄漏。缸筒和活塞之间、缸盖和活塞杆之间、活塞和活塞杆之间、缸筒和缸盖之间都能使用。 (四)缓冲装置(五)排气装置 在安装过程中或长时间停放重新工作时，液压缸和管道系统中会渗入空气，为防止执行元件出现爬行、噪声和发热等不正常现象，需把缸中和系统中的空气排出。 5.3 液压缸的设计和计算一、液压缸的设计内容和步骤 v 选择液压缸的类型和各部分结构形式；v 确定液压缸的工作参数和结构尺寸；v 结构强度、刚度的计算和校核；v 导向、密封、防尘、排气和缓冲等装置的设计；v

6、 绘制装配图、零件图、编写设计说明书。二、液压缸主要尺寸的确定 (1)缸筒内径D： 根据负载大小来选定工作压力或运动速度和输入的流量。 求得液压缸的有效工作面积，从而得到缸筒内径D，再从GB23482001标准中选取最近的标准值作为所设计的缸筒内径。 按国标圆整为标准尺寸。以无杆腔作工作腔时：max4IFDp以有杆腔作工作腔时：2max4dpFDI式中：pI 缸工作腔的工作压力，可根据机床类型或负载的大小来确定； Fmax最大作用负载。 按速度比v确定：vvDd1按工作压力确定：(2)活塞杆外径d： 可根据满足速度或速度比的要求来选择，也可根据活塞杆受力状况来确定。 按国标圆整为标准尺寸。(3

7、)缸筒长度L： 根据最大工作行程长度及各种结构需要来确定，即：一般缸筒的长度最好不超过内径的20倍。L=l+B+A+M+C式中：l活塞的最大工作行程； B活塞宽度，一般为(0.6-1)D; A活塞杆导向长度，取(0.6-1.5)D; M活塞杆密封长度，由密封方式定； C其他长度。三、强度校核 (1)缸筒壁厚 ：缸筒壁厚校核时分薄壁和厚壁两种情况：时，为薄壁10/D2Dpy式中：py 缸筒试验压力)16( ,25.1annyMpppp缸额定压力)16( ,5 .1annyMpppp缸额定压力nb 缸筒材料的许用应力。b 材料抗拉强度 n 安全系数，一般取n = 5时，为厚壁10/D13 . 14

8、 . 02yyppD21 DD缸筒外径： 圆整为标准壁厚。(2)活塞杆直径按下式校核：杆AF4Fd 式中： 活塞杆材料的许用应力；nbb 抗拉强度； n 安全系数，n = 1.4 2。(3)液压缸盖固定螺栓直径按下式校核：2 . 5ZkFds式中：F液压缸负载；Z固定螺栓个数； k螺纹拧紧系数，k=1.121.5； =s/(1.2-2.5),s材料屈服极限。 四、稳定性校核 kKnFF 稳定条件：式中：F 活塞杆所受最大压力； Fk 活塞杆的稳定临界力； nk 稳定安全系数，一般取nk= 2 4。222lEJFkAJrk式中：l 安装长度； rk活塞杆截面最小回转半径1 柔性系数；2 末端系数

9、（由液压缸的支承方式决定） E 活塞杆材料弹性模量； J 活塞杆截面惯性矩； A 活塞杆横截面积。稳定临界力Fk 的确定：当细长比 时：21krl221kkrlafAF式中：f 由材料强度决定的实验值； a 系数，具体数值见P100表5-4。120202121时，且krl当细长比 时：五、缓冲计算 液压缸在缓冲时，背压腔内产生的液压能E1和工作部件产生的机械能E2分别为：E1=pcAclc cfclFmvlApE20PP221摩擦能工作部件的动能高压腔中液压能式中：pc缓冲腔中的平均缓冲压力； pp高压腔中的油液压力； Ac、Ap缓冲腔、高压腔的有效工作面积； lc缓冲行程长度；m工作部件质量； v0工作部件运动速度；Ff摩擦力。 当E1=E2时，工作部件的机械能全部被缓冲腔液体所吸收，则： pc=E2/Aclc 若缓冲装置为节流口可调式缓冲装置，缓冲过程中压力逐渐降低，假定缓冲压力线性地降低，则最大缓冲压力即冲击压力为： cccclAmvpp220max 如缓冲装置为节流口变化式缓冲装置，则由于缓冲压力Pc始终不变，最大缓冲压力的值如上式。 设计液压缸时，须注意以下几点：v 尽量使活塞杆在受拉状态下承受最大负载，或在受压状态下具有良好的稳定