第四章液压缸

1、第四章第四章 液压缸液压缸 第一节第一节 液压缸的类型液压缸的类型 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 重点重点：类型、组成和计算：类型、组成和计算第一节第一节 液压缸的类型及特点液压缸的类型及特点液压缸液压缸是将液体的压力能转换成机械能能量转换装置，液压是将液体的压力能转换成机械能能量转换装置，液压缸是液压系统中重要执行元件。缸是液压系统中重要执行元件。液压缸输入流量、压力，输出力和直线速度。液压缸输入流量、压力，输出力和直线速度。1. 1.按供油方向分为：按供油方向分为：单作用式单作用式和和双作用式双作用式。2. 2.按结构型式的不同分为

2、：活塞式、柱塞式、摆动式和伸缩式，按结构型式的不同分为：活塞式、柱塞式、摆动式和伸缩式，其中活塞式应用最广。其中活塞式应用最广。 3. 3.按不同的使用压力：按不同的使用压力： 中低压缸（额定压力为中低压缸（额定压力为2.52.56.3MPa6.3MPa）；）； 中高压缸（额定压力为中高压缸（额定压力为101016MPa16MPa）；）； 高压缸（额定压力为高压缸（额定压力为252531.5MPa31.5MPa）。）。 一、活塞式液压缸（双杆和单杆）一、活塞式液压缸（双杆和单杆）1. 1.双活塞杆式液压缸：双活塞杆式液压缸： 活塞两端都带有活塞杆，分为缸体固定和活塞杆固定活塞两端都带有活塞杆，

3、分为缸体固定和活塞杆固定两种安装形式。两种安装形式。 缸固定缸固定工作台与杆连接，工作台移动范围为杆有效行程工作台与杆连接，工作台移动范围为杆有效行程3 3倍。小倍。小型设备用。型设备用。杆定式杆定式缸筒和工作台连接，工作台移动范围为液压缸有效缸筒和工作台连接，工作台移动范围为液压缸有效行程的行程的2 2倍。中型及较大型机床。倍。中型及较大型机床。推力计算推力计算1222122221()() ()40 ,()4mmmFppADdpppFDdp若则速度计算速度计算若输入左右缸的流量相同，往返运动速度相同若输入左右缸的流量相同，往返运动速度相同224VVqqADd2.单活塞杆液压缸活塞仅有一端带有

4、活塞杆，活塞双向运动可获得不同的速活塞仅有一端带有活塞杆，活塞双向运动可获得不同的速度和输出力。度和输出力。安装方式安装方式缸定式和杆定式。缸定式和杆定式。工作范围为有效行程工作范围为有效行程2 2倍。倍。3.连接形式(1)(1)无杆腔无杆腔进油进油: :(2)(2)有杆腔有杆腔进油：进油：(3)(3)差动连接差动连接：（1 1）无杆腔进油）无杆腔进油连接形式：连接形式：如图如图。推力：推力：速度：速度：1214VVqqAD1112222212()4mmFp Ap AD pDdp（2 2）有杆腔进油有杆腔进油连接形式：连接形式：如图如图。推力：推力：速度：速度：22224VVqqADd2222

5、122112()4mmFp Ap ADdpD p往返速度比（液压缸速比）往返速度比（液压缸速比）222221441/()1 (/)(1)/VVvvvqqDdDd DdD在 已 知 活 塞 直 径 ， 往 返 速 度 比 ，可 确 定 活 塞 杆 直 径 。 速 比 越 大 ，活 塞 杆 直 径 越 小 。（3 3）. .差动连接差动连接连接形式：有杆腔油流回无杆腔连接形式：有杆腔油流回无杆腔推力：推力：速度（向右）：速度（向右）：31224VVqAAqd2311214mmFpAAd p速度推导速度推导32112313231232222212()4444tVVtVtVVVVVVqqqAAAdqA

6、qqqqADDddAAqAAA差动连接的特点：差动连接的特点：单杆活塞缸，无杆腔通压力油，有杆腔油流回到无杆腔。单杆活塞缸，无杆腔通压力油，有杆腔油流回到无杆腔。差动连接的单杆活塞缸称差动连接的单杆活塞缸称差动液压缸差动液压缸。差动液压缸左右压力相等。差动液压缸左右压力相等。推力减小（由于面积差），速度增快（流量增大）。推力减小（由于面积差），速度增快（流量增大）。若无杆腔面积为有杆腔若无杆腔面积为有杆腔2 2倍或缸直径为杆直径的倍或缸直径为杆直径的1.441.44倍时，倍时，左右两个方向上速度相等，推力也相等（左右两个方向上速度相等，推力也相等（向左，有杆腔进向左，有杆腔进油油）。）。讨论讨

7、论122232222121342,2)4()44VVmmmqqvvDddDdAAFp AFDdpd左左或二、柱塞式液压缸二、柱塞式液压缸1.1.连接形式：单作用式液压缸，单向运动。连接形式：单作用式液压缸，单向运动。2.2.推力：推力：3.3.输出速度：输出速度： 24Vqd24mFpAd pa a）单缸；）单缸；b)b)双缸双缸特点：柱塞和缸筒不形成配合面特点：柱塞和缸筒不形成配合面应用：行程长，举升机，叉车，自卸车应用：行程长，举升机，叉车，自卸车伸缩式液压缸伸缩式液压缸多级液压缸，有效作用面积逐级减小，速度逐级加大。多级液压缸，有效作用面积逐级减小，速度逐级加大。自自卸车、汽车起重机伸缩

8、臂卸车、汽车起重机伸缩臂输出力和运动速度计算输出力和运动速度计算输出力输出力速度速度2114iiimiFp AD p24iq ViD柱塞缸的使用柱塞缸的使用柱塞式液压缸是单作用的，其回程需要借助自重或弹簧等柱塞式液压缸是单作用的，其回程需要借助自重或弹簧等其它外力来完成。为实现其双向运动，常成对使用。其它外力来完成。为实现其双向运动，常成对使用。三、其它类型液压缸三、其它类型液压缸1. 1.伸缩式液压缸：单作用式伸缩缸伸缩式液压缸：单作用式伸缩缸如图如图，双作用式伸缩缸，双作用式伸缩缸如如图图。 2.2.增压缸增压缸3.3.齿条活塞式液压缸齿条活塞式液压缸例：如图为两个结构相同相互串联的液压缸

9、，无杆腔的面积例：如图为两个结构相同相互串联的液压缸，无杆腔的面积 ,有有杆腔的面积杆腔的面积 ，左缸输入压力，左缸输入压力P1=0.9Mpa，输入流量，输入流量q=12L/min,不计损失和泄露，求不计损失和泄露，求：（1）两缸承受相同负载时，该负载的数值及两缸的运动速度；）两缸承受相同负载时，该负载的数值及两缸的运动速度；（2）右缸的输入压力是左缸的一半时，两缸各能承受多少负载；）右缸的输入压力是左缸的一半时，两缸各能承受多少负载； （3）左缸不承受负载时，右缸能承受多少负载。）左缸不承受负载时，右缸能承受多少负载。-421A =100 10 m-422A =80 10 m(1)(1)(2

10、)(3)第二节第二节 液压缸的结构液压缸的结构一、液压缸的典型结构举例：一、液压缸的典型结构举例：单活塞杆单活塞杆，双活塞杆双活塞杆。二、缸筒与缸盖的二、缸筒与缸盖的连接连接三、活塞和活塞杆的三、活塞和活塞杆的连接连接四、活塞杆四、活塞杆头部结构头部结构五、液压缸的五、液压缸的缓冲装置缓冲装置六、液压缸的六、液压缸的排气装置排气装置七、液压缸的七、液压缸的密封装置密封装置单活塞杆液压缸单活塞杆液压缸双活塞杆液压缸双活塞杆液压缸二、缸体与端盖的连接二、缸体与端盖的连接a)a)法兰连接法兰连接 b)b)卡环连接卡环连接 c) c) 、 f) f) 螺纹连接螺纹连接 d)d)拉杆连接拉杆连接 e)e

11、)焊接连接焊接连接三、活塞和活塞杆的连接三、活塞和活塞杆的连接a) a)螺纹式连接螺纹式连接 b)b)卡环式连接卡环式连接1 1螺母螺母 2 2、8 8活塞活塞 3 3、9 9活塞杆活塞杆 4 4弹簧卡圈弹簧卡圈 5 5轴套轴套 6 6半环半环 7 7压板压板四、活塞杆头部结构四、活塞杆头部结构五、液压缸的缓冲装置五、液压缸的缓冲装置当活塞杆带动质量大的部件运动时，由于惯性大，因此当活当活塞杆带动质量大的部件运动时，由于惯性大，因此当活塞杆运动到液压缸终端时，会与缸盖想碰，而产生冲击和噪塞杆运动到液压缸终端时，会与缸盖想碰，而产生冲击和噪音。且损害部件，为防止危害，应采用缓冲装置。音。且损害部

12、件，为防止危害，应采用缓冲装置。 a) a)节流口可调式节流口可调式 b)b)节流口可变式节流口可变式 c) c)环状间隙式环状间隙式 1- 1-针形节流阀针形节流阀 2- 2-单向阀单向阀 3- 3-三角沟槽三角沟槽缓冲装置的作用原理活塞和缸盖的行程极限位置间封住一部分油液，强迫它活塞和缸盖的行程极限位置间封住一部分油液，强迫它从小孔或缝隙中挤出，利用节流原理产生很大的排油阻从小孔或缝隙中挤出，利用节流原理产生很大的排油阻力，实现运动部件的制动，避免活塞撞击缸盖。力，实现运动部件的制动，避免活塞撞击缸盖。六、液压缸的排气装置六、液压缸的排气装置液压缸中不可避免地混入空气（长期不用，安装过程中

13、），液压缸中不可避免地混入空气（长期不用，安装过程中），由此会引起活塞运动时的爬行和振动，产生噪音，甚至使由此会引起活塞运动时的爬行和振动，产生噪音，甚至使整个液压系统不能正常工作。排气装置安装在液压缸的最整个液压系统不能正常工作。排气装置安装在液压缸的最上部位置。上部位置。七、液压缸的密封a) a)间隙密封间隙密封 b)b)摩擦环密封摩擦环密封 c) c)、d) d)密封圈密封密封圈密封 第三节第三节 液压缸的设计和计算液压缸的设计和计算在分析液压系统的设计内容：分析工况、编制负载图和确定在分析液压系统的设计内容：分析工况、编制负载图和确定最大负载力（详见第九章第六节）后，综合使用要求以确定

14、最大负载力（详见第九章第六节）后，综合使用要求以确定结构类型、安装形式和安装空间，根据结构类型、安装形式和安装空间，根据负载值负载值、速度和最大、速度和最大行程决定液压缸的主要尺寸。行程决定液压缸的主要尺寸。液压缸是标准件，可根据标准的产品目录进行选型，但有时液压缸是标准件，可根据标准的产品目录进行选型，但有时也需要参考有关设计手册自行设计。也需要参考有关设计手册自行设计。液压缸设计步骤一、液压缸工作压力的确定一、液压缸工作压力的确定 根据根据负载计算工作压力负载计算工作压力，可根据用途查表。，可根据用途查表。二、液压缸内径和活塞杆直径的确定二、液压缸内径和活塞杆直径的确定 内径根据工作负载和

15、工作压力内径根据工作负载和工作压力确定，或运动速速，输确定，或运动速速，输入流量。必要时校核强度。入流量。必要时校核强度。三、液压缸主要尺寸的确定三、液压缸主要尺寸的确定 工作载荷情况，按前面的计算公式设计。工作载荷情况，按前面的计算公式设计。四、液压缸其它部位尺寸的确定四、液压缸其它部位尺寸的确定五、液压缸的强度和刚度校核五、液压缸的强度和刚度校核一、液压缸工作压力的确定一、液压缸工作压力的确定表表4-1 4-1 不同负载条件下的工作压力不同负载条件下的工作压力负载负载F FkNkN5 55 510101010202020203030303050505050液压缸的工作液压缸的工作压力压力p

16、 pMPaMPa0.80.81 11.51.52 22.52.53 33 34 44 45 5557 7二、液压缸内径和活塞杆直径的确定二、液压缸内径和活塞杆直径的确定表表4-2 4-2 各类机械常用的工作压力各类机械常用的工作压力设备类型设备类型机机 床床农业机械农业机械小型工程机小型工程机械械工程机械中工程机械中的辅助机构的辅助机构压力机重型压力机重型机械机械起重运输机起重运输机械械船舶起货机船舶起货机大中型挖掘大中型挖掘机机磨床磨床组合机组合机床床车车镗镗铣铣拉床拉床龙门龙门刨床刨床工作压力工作压力p pMPaMPa0.80.82 23 35 52 24 4101010101616202

17、03232三、液压缸主要尺寸确定三、液压缸主要尺寸确定 1. 1.缸筒内径缸筒内径D D按前面的公式计算后圆整。按前面的公式计算后圆整。 2. 2.活塞杆直径活塞杆直径d d可按受力情况初选，然后根据校核最后确可按受力情况初选，然后根据校核最后确定。定。表表4-4 4-4 活塞杆直径的选取活塞杆直径的选取活塞杆受力情况活塞杆受力情况工作压力工作压力p pMPaMPa活塞杆直径活塞杆直径d d受受 拉拉d d = (0.3 = (0.30.5)0.5) D D受压及拉受压及拉p p55d d = (0.5 = (0.50.55)0.55) D D受压及拉受压及拉5 5p p77d d = (0.6= (0.60.7)0.7) D D受压及拉受压及拉p p7 7d d = 0.7 = 0.7D D最小导向长度：最小导向长度：活塞长度：活塞长度：导向套滑动面长度：导向套滑动面长度：活塞杆长度根据液压缸最大行程而定。活塞杆长度根据液压缸最大行程而定。为液压缸最大行程LDLH220DB0 . 16 . 00.6 1.08