第四章液压缸(流体传动)

1、重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院1重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院主讲：刘振军 博士 教授流体传动与控制流体传动与控制2011年9月重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院2第第4章章 液压缸液压缸重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院3功用功用：将压力能转换为机械能而对负载作功，实现直线往复：将压力能转换为机械能而对负载作功，实现直线往复运动。运动。4.1 类型及特点类型及特点结构形式结构形式活塞式活塞式柱塞式柱塞式组合式组合式单作用式单作用式作用方式作用方式双作用式双作用式重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院4 只有一腔能进出压力油，活塞（缸体）只能依靠液压力只有一腔

2、能进出压力油，活塞（缸体）只能依靠液压力作单向运动，回程需借助自重作单向运动，回程需借助自重/ /外力的液压缸外力的液压缸单作用式单作用式单作用式又分为单作用式又分为无弹簧式无弹簧式附弹簧式附弹簧式柱塞式柱塞式4.1 类型及特点类型及特点重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院5 两腔均能进出压力油，活塞（缸体）能作正、反两个方向两腔均能进出压力油，活塞（缸体）能作正、反两个方向移动。移动。双作用式又分两种双作用式又分两种双作用式双作用式双杆形双杆形单杆形单杆形4.1 类型及特点类型及特点重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院6柱塞式液压缸柱塞式液压缸单活塞杆式液压缸单活塞杆式液压缸双活塞杆

3、式液压缸双活塞杆式液压缸伸缩式液压缸伸缩式液压缸4.1 类型及特点类型及特点重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院7单活塞杆式液压缸单活塞杆式液压缸双活塞杆式液压缸双活塞杆式液压缸伸缩式液压缸伸缩式液压缸弹簧复位式液压缸弹簧复位式液压缸4.1 类型及特点类型及特点重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院8增压缸增压缸串联式液压缸串联式液压缸齿轮缸齿轮缸4.1 类型及特点类型及特点重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院9摆动缸摆动缸4.1 类型及特点类型及特点重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院104.1 类型及特点类型及特点重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院114.1 类型及特点

4、类型及特点重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院121-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 1.1.活塞缸活塞缸 单活塞杆液压缸只有一端有活塞杆。两端进出油口单活塞杆液压缸只有一端有活塞杆。两端进出油口A和和B都都可通压力油或回油，以实现双向运动，故称为双作用缸。可通压力油或回油，以实现双向运动，故称为双作用缸。4.1 类型及特点类型及特点重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院13重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学

5、院144.1 类型及特点类型及特点重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院15当供给液压缸的流量当供给液压缸的流量Q一定时，活塞两个方向的运动速度为：一定时，活塞两个方向的运动速度为：v1 = Q/A1 = 4 Q/D2 (向左）向左）v2 = Q/A2 = 4 Q/(D2-d2) (向右）向右）当供油压力当供油压力 p 一定，回油压力为零时作用力一定，回油压力为零时作用力F1 = p.A1 = p.D2/4 (向右）向右）F2 = p.A2 = p.(D2-d2)/4 (向左）向左）A1 F3A2dv1Dv2F14.1 类型及特点类型及特点重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院16当差动连

6、接时，作用力为：当差动连接时，作用力为：F3 = p(A1-A2) = p.(d2/4)速度速度: v3 = (Q+Q2)/A1 = (Q+v3.A2)/A1v3 = Q/(A1-A2) = 4Q/d2 差 动 连 接 的 单 活 塞 杆 液 压 缸P2QA1Q1P1Q2A2F3V34.1 类型及特点类型及特点重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院174.1 类型及特点类型及特点重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院18 单活塞杆液压缸可以是缸筒固定，活塞运动；也可以是活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。无论采用其中哪一种形式，液压缸运动所塞杆固定缸筒运动

7、。无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。占空间长度都是两倍行程。单活塞杆液压缸运动所占空间4.1 类型及特点类型及特点重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院19双活塞杆式液压缸双活塞杆式液压缸11活塞杆活塞杆 22堵头堵头 33托架托架 4 4、17V17V形密封圈形密封圈 5 5、1414排气孔排气孔 6 6、1919导向套导向套 7O7O形密封圈形密封圈 88活塞活塞 9 9、2222锥销锥销 1010缸体缸体 1111、2020压板压板 1212、2121钢丝环钢丝环 1313、2323纸垫纸垫 1515活塞杆活塞杆 1616、2525压盖压盖1 81 8、242

8、4缸盖缸盖 双活塞杆液压缸的两端都有活塞伸出，组成与单活塞杆液压双活塞杆液压缸的两端都有活塞伸出，组成与单活塞杆液压缸基本相同。缸筒与缸盖用法兰连接，活塞与缸筒内壁之间采用缸基本相同。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。间隙密封。4.1 类型及特点类型及特点重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院201活塞杆 2压盖 3缸盖 4缸筒 5活塞 6密封圈双活塞杆液压缸结构4.1 类型及特点类型及特点重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院21 双活塞杆液压缸的两活塞杆直径通常相等，活塞两端有效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。如果供油压力不变，那么活塞反

9、复运动时两个方向面积相同。如果供油压力不变，那么活塞反复运动时两个方向的作用力和速度相等。的作用力和速度相等。v = Q/A = 4Q/ (D2-d2) F = p.A = p . (D2-d2) /4这种液压缸在传动时活塞杆只承受拉力，多数用于机床。这种液压缸在传动时活塞杆只承受拉力，多数用于机床。4.1 类型及特点类型及特点重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院222. 柱塞式液压缸柱塞式液压缸柱塞式液压缸特点柱塞式液压缸特点(1) 一种单作用式液压缸，靠液压力只能实现一个方向的运一种单作用式液压缸，靠液压力只能实现一个方向的运动，柱塞回程要靠其它外力或柱塞的自重；动，柱塞回程要靠其它外

10、力或柱塞的自重；4.1 类型及特点类型及特点重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院23(2) 柱塞只靠缸套支承而不与缸套接触，这样缸套极易加工，柱塞只靠缸套支承而不与缸套接触，这样缸套极易加工，故适于做长行程液压缸；故适于做长行程液压缸；(3) 工作时柱塞总受压，因而它必须有足够的刚度；工作时柱塞总受压，因而它必须有足够的刚度；(4) 柱塞重量往往较大，水平放置时容易因自重而下垂，造成柱塞重量往往较大，水平放置时容易因自重而下垂，造成密封件和导向单边磨损，故其垂直使用更有利。密封件和导向单边磨损，故其垂直使用更有利。柱塞上有效作用力柱塞上有效作用力F为：为：24p dFpA24QQvAd柱塞

11、运动速度为：柱塞运动速度为：4.1 类型及特点类型及特点重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院241活塞 2套筒 3O形密封圈 4缸筒 5缸盖伸缩式液压缸结构示意图3. 伸缩式液压缸伸缩式液压缸 具有二级或多级活塞，如伸缩式缸活塞伸出顺序从大到小，具有二级或多级活塞，如伸缩式缸活塞伸出顺序从大到小，而空载缩回的顺序则一般从小到大。可实现较长的行程，而缩而空载缩回的顺序则一般从小到大。可实现较长的行程，而缩回时长度较短，结构较为紧凑。常用于工程机械和农业机械上。回时长度较短，结构较为紧凑。常用于工程机械和农业机械上。4.1 类型及特点类型及特点重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院254.1

12、 类型及特点类型及特点重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院264.1 类型及特点类型及特点重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院27缸筒缸筒主要是由钢材制成，主要是由钢材制成，工作压力p10MPa 铸铁缸筒 10MPap20MPa 无缝钢管 p20MPa 铸钢或锻钢4.2 液压缸的典型结构液压缸的典型结构 缸筒内要经过精细加工，表面粗糙度缸筒内要经过精细加工，表面粗糙度Ra0.08 m，以以减少密封件的摩擦减少密封件的摩擦。重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院28通常由钢材制成，有前端盖和后端盖，安装在缸筒的前后两端，通常由钢材制成，有前端盖和后端盖，安装在缸筒的前后两端，盖板和缸筒

13、的连接方法有焊接、拉杆、法兰、罗纹连接等。盖板和缸筒的连接方法有焊接、拉杆、法兰、罗纹连接等。4.2 液压缸的典型结构液压缸的典型结构缸盖缸盖重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院29活塞活塞 活塞的材料通常用钢或铸铁，也可采用铝合金。活塞应有一活塞的材料通常用钢或铸铁，也可采用铝合金。活塞应有一定的导向长度，一般取活塞长度为缸筒内径的（定的导向长度，一般取活塞长度为缸筒内径的（0.61.0）倍倍。 活塞杆是由钢材做成实心杆或空心杆，表面经淬火再镀铬处活塞杆是由钢材做成实心杆或空心杆，表面经淬火再镀铬处理并抛光。短行程的液压缸的活塞杆与活塞做成一体。理并抛光。短行程的液压缸的活塞杆与活塞做成

14、一体。4.2 液压缸的典型结构液压缸的典型结构活塞杆活塞杆重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院30活塞与活塞杆的连接活塞与活塞杆的连接螺母连接螺母连接 结构简单，适用负载较小，受力无冲击结构简单，适用负载较小，受力无冲击的缸中，安装方便可靠，但在活塞杆上车的缸中，安装方便可靠，但在活塞杆上车螺纹将削弱其强度。螺纹将削弱其强度。法兰连接法兰连接高压，需焊接法兰盘，较复杂高压，需焊接法兰盘，较复杂结构简单，轴向尺寸紧凑，但损坏后需整体更换结构简单，轴向尺寸紧凑，但损坏后需整体更换整体式整体式4.2 液压缸的典型结构液压缸的典型结构重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院31卡环式连接卡环式连接

15、 活塞杆上开有一个环形槽，槽内装有两个半圆环活塞杆上开有一个环形槽，槽内装有两个半圆环3以夹紧以夹紧活塞活塞4，半环，半环3由轴套由轴套2套住，而轴套套住，而轴套2的轴向位置用弹簧卡的轴向位置用弹簧卡圈圈1来固定。来固定。4.2 液压缸的典型结构液压缸的典型结构重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院32径向销式连接径向销式连接 用锥销用锥销1把活塞把活塞2固连在活塞杆固连在活塞杆3上。特别适用于双出杆式上。特别适用于双出杆式活塞。活塞。 4.2 液压缸的典型结构液压缸的典型结构重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院33缓冲装缓冲装置置作用：防止活塞在行程的终点与前后端盖板发生碰撞，引起防止

16、活塞在行程的终点与前后端盖板发生碰撞，引起噪音，影响工件精度或使液压缸损坏。噪音，影响工件精度或使液压缸损坏。前后端盖上设缓冲装置前后端盖上设缓冲装置缓冲原理：利用节流方法在液压缸的利用节流方法在液压缸的回油腔产生阻力，减小速回油腔产生阻力，减小速度，避免撞击。度，避免撞击。4.2 液压缸的典型结构液压缸的典型结构重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院34 凡是两个零件连接处或相对运动表面都应设置密封装置凡是两个零件连接处或相对运动表面都应设置密封装置静密封静密封O形圈形圈动密封动密封O形圈形圈、V形密封、形密封、U形密封形密封、 Y形密封、复合密封、形密封、复合密封、活塞环。活塞环。密封装

17、置密封装置用以防止油液的泄漏用以防止油液的泄漏4.2 液压缸的典型结构液压缸的典型结构重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院35放气装置放气装置 在安装过程中或停止工作的一段时间后，空气将渗入液压在安装过程中或停止工作的一段时间后，空气将渗入液压系统内，缸筒内如存留空气，将使液压缸在低速时产生爬行、系统内，缸筒内如存留空气，将使液压缸在低速时产生爬行、颤抖现象，换向时易引起冲击，因此在液压缸结构上要能及时颤抖现象，换向时易引起冲击，因此在液压缸结构上要能及时排除缸内留存的气体。排除缸内留存的气体。 双作用式液压缸不设双作用式液压缸不设专门的放气孔，将液压油专门的放气孔，将液压油出入口布置在前

18、后盖板的出入口布置在前后盖板的最高处。最高处。 大型双作用式液压缸则必须在前后端盖板设放气栓塞。对大型双作用式液压缸则必须在前后端盖板设放气栓塞。对于单作用式液压缸液压油出入口一般设在缸筒底部，在最高处于单作用式液压缸液压油出入口一般设在缸筒底部，在最高处设放气栓塞。设放气栓塞。4.2 液压缸的典型结构液压缸的典型结构重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院36 液压缸的设计和计算液压缸的设计和计算 选择结构类型，按负载情况、运动要求、最大行程等确定其选择结构类型，按负载情况、运动要求、最大行程等确定其主要工作尺寸，进行强度、稳定性和缓冲验算，最后再进行结构主要工作尺寸，进行强度、稳定性和缓冲

19、验算，最后再进行结构设计。设计。 液压缸的设计内容和步骤液压缸的设计内容和步骤(1)(1)选择液压缸的类型和各部分结构形式选择液压缸的类型和各部分结构形式 (2)(2)确定液压缸的工作参数和结构尺寸确定液压缸的工作参数和结构尺寸 (3)(3)结构强度、刚度的计算和校核结构强度、刚度的计算和校核 (4)(4)导向、密封、防尘、排气和缓冲等装置的设计导向、密封、防尘、排气和缓冲等装置的设计 (5)(5)绘制装配图、零件图、编写设计说明书绘制装配图、零件图、编写设计说明书 4.3 设计计算设计计算重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院37 计算液压缸的结构尺寸计算液压缸的结构尺寸 三个主要结构尺寸

20、三个主要结构尺寸缸筒内径缸筒内径D活塞杆外径活塞杆外径d缸筒长度缸筒长度L(1)缸筒内径缸筒内径D 负载负载工作压力工作压力 往返速度比往返速度比 有效工作面积有效工作面积 缸筒内径缸筒内径D 取标准值取标准值 以无杆腔作工作腔时以无杆腔作工作腔时 max4IFDp4.3 设计计算设计计算重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院38以有杆腔作工作腔时以有杆腔作工作腔时 2max4dpFDI(2)活塞杆外径活塞杆外径d 先从满足速度或速度比的要求来选择，然后再校核其结构强先从满足速度或速度比的要求来选择，然后再校核其结构强度和稳定性。度和稳定性。 vvD1(3)缸筒长度缸筒长度L 由最大工作行程

21、长度加上各种结构需要来确定由最大工作行程长度加上各种结构需要来确定 L=l+B+A+M+C最大工作行程最大工作行程 活塞宽度活塞宽度 一般为一般为(0.6-1)D 杆导向长度杆导向长度 取取(0.6-1.5)D 活塞杆密封长度活塞杆密封长度 其他长度其他长度 4.3 设计计算设计计算重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院39(4)最小导向长度的确定最小导向长度的确定 活塞杆全部外伸时，活塞支承面中点到导向套滑动面中点活塞杆全部外伸时，活塞支承面中点到导向套滑动面中点的距离。的距离。保证稳定性的最小长度保证稳定性的最小长度 HL/20+D/2 4.3 设计计算设计计算重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院40隔套宽度隔套宽度C 2ABCH 强度