第四章：液压缸

1、学以致用40-40-1 1第四章第四章 液压缸液压缸 第一节第一节 液压缸的类型及特点液压缸的类型及特点 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 重点重点： 液压缸的类型；液压缸的类型；液压缸的差动联接及其特点、应用；液压缸的差动联接及其特点、应用；液压缸的五大组成部分；液压缸的五大组成部分；液压缸的泄漏途径、液压缸的密封；液压缸的泄漏途径、液压缸的密封；液压缸的缓冲原理。液压缸的缓冲原理。难点难点： 对液压缸，特别是对三种不同联接方式的单杆液压缸的压力对液压缸，特别是对三种不同联接方式的单杆液压缸的压力p（p1,p2）、）、推力推力F、速度、速

2、度V、流量、流量Q及负载及负载FL等量进行计算。等量进行计算。学以致用40-40-2 2 液压缸是将液体的压力能转换成机械能的能量转换装置，是液压系统中重要的液压缸是将液体的压力能转换成机械能的能量转换装置，是液压系统中重要的执行元件。执行元件。主要用于实现机构的直线往复运动，也可以实现摆动，其结构简单，工作可靠，应用广泛。 1）按供油方向分为单作用式和双作用式。）按供油方向分为单作用式和双作用式。 2）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）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。最广。 3）按不同的使用压力分为）按不同的使用压力分

3、为 中低压缸（额定压力为中低压缸（额定压力为2.56.3MPa）；）； 中高压缸（额定压力为中高压缸（额定压力为1016MPa）；）； 高压缸（额定压力为高压缸（额定压力为2531.5MPa）。）。 一、活塞式液压缸一、活塞式液压缸 二、柱塞式液压缸二、柱塞式液压缸 三、其他类型液压缸三、其他类型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的输入量是液体的流量和压力，输出量是速度和力。液压缸和液压马达都是液压执行元件， 其职能是将液压能转换为机械能。学以致用40-40-3 31.双活塞杆液压缸双活塞杆液压缸 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，

4、分为缸体固定和活塞杆固定两种安装形式。两种安装形式。 学以致用40-40-4 4AFqv(a)缸筒固定式缸筒固定式1P2PAFqv(b)活塞杆固定式活塞杆固定式1P2P学以致用40-40-5 5 因为双活塞杆液压缸的两活塞杆直径相等两活塞杆直径相等，所以当输入流量和油液压力不变时，其往返运动速度和推力相等。则缸的运动速度V和推力F分别为：vvdDqAqv)(422（4.1）mppdDF)(42122（4.2）式中:、1p2p分别为缸的进、回油压力；vm分别为缸的容积效率和机械效率；、D、d 分别为活塞直径和活塞杆直径；q 输入流量；A活塞有效工作面积。这种液压缸常用于要求往返运动速度相同的场合

5、。这种液压缸常用于要求往返运动速度相同的场合。学以致用40-40-6 62.单活塞杆液压缸单活塞杆液压缸 活塞仅有一端带有活塞杆，活塞双向运动可获得不同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。的速度和输出力。学以致用40-40-7 73.连接形式连接形式22211122m12m()4Fp Ap AD pDdp (1)无杆腔无杆腔进油进油 1）连接形式：）连接形式： 2）推力：）推力： 3）速度）速度：1214VVqqAD学以致用40-40-8 8 (2)有杆腔有杆腔进油进油 1）连接形式：）连接形式： 2）推力：）推力： 3）速度：速度：22224VVqqADd22221

6、221m12m()4Fp Ap ADdpD p学以致用40-40-9 9 比较上述各式，可以看出： , ；液压缸往复运动时的速度比为： 2v1v1F2F22212dDDvv（3.7） 上式表明：当活塞杆直径愈小时，速度比接近当活塞杆直径愈小时，速度比接近1，在，在两个方向上的速度差值就愈小。两个方向上的速度差值就愈小。2A1F1v(a)无杆腔进油无杆腔进油1P2P1ADdq2A2F(b)有杆腔进油有杆腔进油1P2P1A2vq学以致用40-40-1010（3）差动连接）差动连接 1）连接形式：）连接形式： 2）推力：）推力： 3）速度：速度：324VVqd23112m1m4FpAAd p 当单杆

7、活塞缸两腔同时通入压力油时，由于无杆腔有效作用面积大于有杆腔的有效作用面积，使得活塞向右的作用力大于向左的作用力，因此，活塞向右运动，活塞杆向外伸出；与此同时，又将有杆腔的油液挤出，使其流进无杆腔，从而加快了活塞杆的伸出速度，单活塞杆液压缸的这种连接方式被称为差动连接差动连接。学以致用40-40-1111 差动连接时差动连接时,液压缸的有效作用面积是活塞杆的横截面积液压缸的有效作用面积是活塞杆的横截面积，工作台运动速度比无杆腔进油时的大，而输出力则较小。差动连接是在不增加液压泵容量和功率的条件下，实现快速运动差动连接是在不增加液压泵容量和功率的条件下，实现快速运动的有效办法。的有效办法。等效2

8、A3F(c)差动联接差动联接1P1A3vq3F1P21AA 3vq学以致用40-40-1212柱塞式液压缸柱塞式液压缸1）连接形式：）连接形式：2）推力：）推力：3）输出速度：输出速度： 24VVqd2mm4FpAd p 当活塞式液压缸行程较长时，加工难度大,使得制造成本增加。 某些场合所用的液压缸并不要求双向控制,柱塞式液压缸正是满足了这种使用要求的一种价格低廉的液压缸。学以致用40-40-1313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他外力来完成。为实现其双向运动，常成对使用。簧等其他外力来完成。为实现其

9、双向运动，常成对使用。学以致用40-40-1414 1.伸缩式液压缸伸缩式液压缸单作用式伸缩缸如图，双作用式伸缩缸如图。单作用式伸缩缸如图，双作用式伸缩缸如图。 伸缩式液压缸的特点是：活塞杆伸出的行程长，收缩后的结构尺寸小，适用于翻斗汽车，起重机的伸缩臂等。学以致用40-40-1515缸体伸出伸出缩回缩回套筒活塞活塞伸缩式单作用缸伸缩式单作用缸学以致用40-40-16162.增压缸增压缸学以致用40-40-17173.齿条活塞式液压缸齿条活塞式液压缸学以致用40-40-1818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

10、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、液压缸的密封密封学以致用40-40-1919单活塞杆液压缸单活塞杆液压缸学以致用40-40-2020双活塞杆液压缸双活塞杆液压缸学以致用40-40-2121二、缸筒与缸盖的连接二、缸筒与缸盖的连接a)法兰连接法兰连接 b)卡环连接卡环连接 c) 、 f) 螺纹连接螺纹连接 d)拉杆连接拉杆连接 e)焊接连接焊接连接学以致用40-40-2222（2）半环式连接）半环式连接，分为

11、外半环连接和内半环连接两种连接形式。 (1）法兰式连接）法兰式连接学以致用40-40-2323（3）螺纹式连接）螺纹式连接外螺纹连接内螺纹连接学以致用40-40-2424（5）焊接式连接）焊接式连接（4）拉杆式连接）拉杆式连接学以致用40-40-2525 缸筒缸筒 是液压缸的主体，其内孔一般采用镗削、绞孔、滚压或珩磨等精密加工工艺制造，要求表面粗造度在0.1m0.4m。 端盖端盖 装在缸筒两端，与缸筒形成封闭油腔，同样承受很大的液压力，因此，端盖及其连接件都应有足够的强度。 导向套导向套 对活塞杆或柱塞起导向和支承作用，有些液压缸不设导向套，直接用端盖孔导向。学以致用40-40-2626三、活

12、塞和活塞杆的连接三、活塞和活塞杆的连接a)螺纹式连接螺纹式连接 b)卡环式连接卡环式连接1螺母螺母 2、8活塞活塞 3、9活塞杆活塞杆 4弹簧卡圈弹簧卡圈 5轴套轴套 6半环半环 7压板压板学以致用40-40-2727四、活塞杆头部结构四、活塞杆头部结构学以致用40-40-2828五、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，会与缸盖相碰而产生冲此当活塞杆运动到液压缸终端时，会与缸盖相碰而产生冲击和噪声，且损害部件。为防止危害，应采用缓冲装置。击和噪声，且损害部件。为防止危害，

13、应采用缓冲装置。a)节流口可调式节流口可调式 b)节流口可变式节流口可变式 c)环状间隙式环状间隙式1针形节流阀针形节流阀 2 单向阀单向阀 3 三角沟槽三角沟槽学以致用40-40-2929udu(b)u(a)（c）u(d) 当活塞移至端部，缓冲柱塞开始插入缸端的缓冲孔时，活塞与缸端之间形成封闭空间，该腔中受困挤的剩余油液只能从节流小孔或缓冲柱塞与孔槽之间的节流环缝中挤出，从而造成背压迫使运动柱塞降速制动，实现缓冲。学以致用40-40-3030六、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会混入空气，由此引起活塞运动时液压缸中不可避免地会混入空气，由此引起活塞运动时的爬行和振动，

14、并产生噪声，甚至使整个液压系统不能的爬行和振动，并产生噪声，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上部。正常工作。排气装置安装在液压缸的最上部。学以致用40-40-3131 对于速度稳定性要求较高的液压缸和大型液压缸，常在液压缸的最高处设置专门的排气装置，如排气塞、排气阀等。当松开排气塞或阀的锁紧螺钉后，低压往复运动几次，带有气泡的油液就会排出，空气排完后拧紧螺钉，液压缸便可正常。学以致用40-40-3232七、液压缸的密封七、液压缸的密封a)间隙密封间隙密封 b)摩擦环密封摩擦环密封 c)、d)密封圈密封密封圈密封 学以致用40-40-3333第三节第三节 液压缸的设计和计

15、算液压缸的设计和计算液压缸的计算及验算方法 首先根据使用要求确定液压缸的类型，再按负载和首先根据使用要求确定液压缸的类型，再按负载和运动要求确定液压缸的主要结构尺寸，必要时需进行强运动要求确定液压缸的主要结构尺寸，必要时需进行强度验算，最后进行结构设计。度验算，最后进行结构设计。 液压缸的主要尺寸包括液压缸的内径液压缸的主要尺寸包括液压缸的内径D、缸的长度、缸的长度L、活塞杆直径、活塞杆直径d。主要根据液压缸的负载、活塞运动。主要根据液压缸的负载、活塞运动速度和行程等因素来确定上述参数。速度和行程等因素来确定上述参数。学以致用40-40-3434液压缸设计步骤液压缸设计步骤 一、液压缸工作压力

16、的确定一、液压缸工作压力的确定 根据负载计算工作压力，也可根据用途查表。根据负载计算工作压力，也可根据用途查表。 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工作压力确定。必要时校核强度。内径根据工作负载和工作压力确定。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、液压缸其他部位尺寸的确定四、液压缸其他部位尺寸的确定 五、液压缸的强度和刚度校核五、液压缸的强度和刚度校核学以致用40-40-3535一、液压缸工作压力的确定一、液压缸工作压力的确定 不同负载条

17、件下的工作压力不同负载条件下的工作压力负载负载FkN551010202030305050液压缸的工作压力液压缸的工作压力pMPa0.811.522.53344557学以致用40-40-3636二、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 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械小型工程机械工程机械中的工程机械中的辅助机构辅助机构压力机重型机压力机重型机械械起重运输机械起重运输机械船舶起货机船舶起货机大中型挖掘机大中型挖掘机磨床磨床组合机床组合机床车车镗镗铣铣拉床拉床龙门刨龙门刨床床工作压力工作压力pMPa0.8235

18、241010162032学以致用40-40-3737三、液压缸主要尺寸的确定三、液压缸主要尺寸的确定 1）缸筒内径）缸筒内径 D 按前面的公式计算后圆整。按前面的公式计算后圆整。 2）活塞杆直径活塞杆直径 d 可按受力情况初选，然后根据校核最可按受力情况初选，然后根据校核最后确定。后确定。 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pMPa活塞杆直径活塞杆直径d受受 拉拉d = (0.30.5) D受压及拉受压及拉p5d = (0.50.55) D受压及拉受压及拉5p7d = (0.60.7) D受压及拉受压及拉p7d = 0.7D学以致用40-40-3838导向长度：导向长度：活塞宽度：活塞宽度：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。202LDHL为液压缸最大行程DB0 . 16 . 00 61 680mmA. .D D四、液压缸其他部位尺寸的确定四、液压缸其他部位尺寸的确定学以致用40-40-3939五、液压缸的强度和刚度校核五、液压缸的强度和刚度校核1.活塞杆强度校核：活塞杆强度校核： 2.活塞杆刚度校核：活塞杆刚度校核：3.液压缸壁厚的校核：液压缸壁厚的校核： 4.螺栓强度校