第四章 液压缸

1、1 液压缸液压缸 液压缸液压缸是将液压能转变为机械能是将液压能转变为机械能的、做直线往复运动（或摆动运动）的、做直线往复运动（或摆动运动）的液压执行元件。它结构简单、工作的液压执行元件。它结构简单、工作可靠。用它来实现往复运动时，可免可靠。用它来实现往复运动时，可免去减速装置，并且没有传动间隙，运去减速装置，并且没有传动间隙，运动平稳，因此在各种机械的液压系统动平稳，因此在各种机械的液压系统中得到广泛应用。中得到广泛应用。2 液压缸的类型及特点液压缸的类型及特点 液压缸的结构液压缸的结构 液压缸的设计与计算液压缸的设计与计算 3目的任务：目的任务： 了解液压缸结构形式 掌握液压缸参数计算和特点

2、重点难点：重点难点： 单杆活塞液压缸 密封、缓冲、排气4 液压缸的类型及特点液压缸的类型及特点直线运动摆动运动活塞缸单杆双杆双作用柱塞缸单作用组合缸摆动缸（摆动马达）齿轮缸按结构特点可分为:按作用方式可分为:液体只控制缸的一腔液体只控制缸的一腔实现单向运动实现单向运动 液体控制缸的两腔实液体控制缸的两腔实现双向运动现双向运动 5 活塞式液压缸活塞式液压缸 双双 杆杆 按伸出活塞杆不同按伸出活塞杆不同 单单 杆杆 缸体固定缸体固定 按固定方式不同按固定方式不同 活塞杆固定活塞杆固定 定义：在缸体内作相对往复运动的定义：在缸体内作相对往复运动的组件为活塞的液压缸。组件为活塞的液压缸。6结构特点：结

3、构特点：活塞两侧均装有活塞杆，当杆径相同，有效工作面积一样。供油压力和流量不变时,活塞在两个方向的运动速度和推力也相等.)(4)(212221ppdDAppF)(422dDqAqvvv基本参数基本参数：双杆活塞式液压缸双杆活塞式液压缸7应用及安装应用及安装应用场合：应用场合：两个方向力和速度一样的场合。安装方式：安装方式：l活塞有效工作行程。 L活塞两端的活动范围。8缸固定缸固定 L=3 l 实心双杆活塞式液压缸实心双杆活塞式液压缸9杆固定杆固定 L=2 l空心双杆活塞式液压缸空心双杆活塞式液压缸10单杆活塞式液压缸单杆活塞式液压缸结构：缸体、活塞、活塞杆、密封、缸盖等11单出杆液压缸工作原理

4、单出杆液压缸工作原理工作原理：工作原理：活塞在液压力的作用下，作直线往复运动。两侧有效作用面积不等，当供油压力和流量不变时，活塞在两个方向的运动速度和输出推力不等。应用：应用：往返运动速度及推力不同的场合。 无杆腔进油腔回油腔有杆腔12无杆腔进油参数计算无杆腔进油参数计算1）推力推力式中： p1进油压力 p2回油压力)(22111ApApF)44(422221dDpDp4)(422212pdppD2114DqAqvvv2）运动速度）运动速度13有杆腔进油参数计算有杆腔进油参数计算特点：特点：同样 q ，v1 F2 。 活塞杆直径越小，两个方向速度差值越小。 )(42222dDqAqvvv)(1

5、2212ApApF4)44(22221DpdDp4)(412212pdppD1）推力推力2）运动速度）运动速度14例：液压刨床例：液压刨床活塞杆升出时，推力大速度小；缩回时，推力小速度大，适用于伸出时承受工作负载，缩回时为空载或轻载的场合。翻斗车15参数计算：参数计算：推力推力：若不考虑管路压力损失，P2P1P差动连接差动连接nF3 F1 。差动连接后，推力小4)(221213dppAAAppApAF杆q1q2p q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积差进行工作的连接形式16差动缸运动速度差动缸运动速度杆Aqv 322

6、Aqv 32vv 22244dDddD2若要使活塞往返速度相等，即：结论结论：当dD2时，快进、快退速度相等。Dd707. 0或活塞只有一个，设此时的速度为v3322311vAqvAq21qqq)(213AAvq3231vAqvA22134dqAqAAqv杆求得：3 1 。差动连接后，在不增加流量的前提下，实。差动连接后，在不增加流量的前提下，实现快速运动现快速运动. 17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

7、进工进 快退快退 v3、F3 v1、F1 v2、F2 单杆缸比较单杆缸比较1单杆缸比较单杆缸比较218单活塞液压缸参数计算小结单活塞液压缸参数计算小结工作形式工作形式有效面积有效面积运动速度运动速度推力推力无杆腔进油A=D2/4V1=4q/D2F1= PD2/4有杆腔进油A=(D2-d2)/4V2=4q/(D2-d2) F2= P(D2-d2)/4差动连接A=d2/4V3=4q/d2F3= Pd2/419 柱塞缸式液压缸柱塞缸式液压缸柱塞缸：在缸体内做相对往复运动的组件是柱塞的液压缸.组成：缸筒、柱塞、导向套、密封圈、压盖单向液压驱动，回程靠外力（如自重等）。20双柱塞缸双柱塞缸双向液压驱动，

8、常用21参数计算及特点参数计算及特点42dppAF推力推力：速度：速度：24dqAqv柱塞粗、受力好。柱塞重量大自重造成单边磨损，常垂直使用。简化加工工艺（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。） 龙门刨床 常用于长行程机床，如 12m/min），由于惯性力较大，活塞运动到终端时会撞击缸盖，产生冲击和噪声，严重影响加工精度，甚至使液压缸损坏。 常在大型、高速、或高精度液压缸中设置缓冲装置或在系统中设置缓冲回路。44n缓冲原理：缓冲原理：利用节流方法在液压缸的回油腔产生阻力，减小速度，避免撞击。 n常用的缓冲装置常用的缓冲装置： n环隙式： (a、b)利用缓冲柱塞A与缓冲

9、油腔B的间隙，产生缓冲压力，实现减速制动。n节流式： (c、d)通过节流槽、节流阀调节缓冲压力的大小，使缓冲压力变化较平缓。4546 排气装置排气装置n作用：作用：液压系统混入空气后，使液压缸产生爬行或振动、前冲。需设置排气装置。n位置：位置：排气孔的位置应配置在缸两侧的最高处。n排气装置：排气装置：排气塞、排气阀。4748 液压缸的设计与计算液压缸的设计与计算液压缸内径D的计算活塞杆直径d的计算液压缸缸筒长度l的计算缸筒壁厚 的校核缸盖固定螺栓直径d1的校核活塞杆稳定性验算主要尺寸计算校核计算49液压缸工作压力的确定液压缸工作压力的确定50无杆腔进油时：无杆腔进油时：有杆腔进油时：有杆腔进油

10、时：)(22111ApApF)(12212ApApF4)(422212pdppD4)(412212pdppD212221)(4pppdppFD211221)(4pppdppFD 液压缸内径液压缸内径D D的计算的计算( (一一) )一、根据最大总负载和工作压力确定一、根据最大总负载和工作压力确定以单杆缸为例51n无杆腔进油时n有杆腔进油时n求出D后,按国标圆整为标准系列尺寸。114pFD2124dPFD设计中，常初步选回油压力P20，公式可简化为52二、根据执行机构速度要求和选定液压泵流量来确定二、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：无杆腔进油时：由：V1=4q/D2得：D

11、 =4q/V1有杆腔进油时：有杆腔进油时： 由：V2=4q/(D2-d2)得： D=4q/V2d2求出D后，按国标圆整为标准尺寸。53 液压缸活塞杆直径液压缸活塞杆直径d d的计算（二）的计算（二）（2 2）按液压缸的往复速度比）按液压缸的往复速度比v 确定：确定：推荐液压缸的往复速度比v见表43（1 1）按工作压力和设备类型确定：）按工作压力和设备类型确定：表41、表42求出d后,按国标圆整为标准尺寸。vvDd122212dDDvvv54 液压缸筒长度的确定液压缸筒长度的确定（三）（三）n液压缸筒长度L由所需行程及结构需要确定。n液压缸筒长度L活塞最大行程活塞宽度活塞杆导向长度活塞杆密封长度

12、其他长度（如缓冲装置所需长度等）n为减小加工难度，一般液压缸筒长度不大于内径的2030倍。55 液压缸的校核液压缸的校核一、缸筒壁厚一、缸筒壁厚的校核：的校核：薄壁筒（无缝钢管，/D0.08)2maxDp式中：pmax 缸筒内最高工作压力厚壁筒（铸造/D0.03 ）13 . 14 . 02maxmaxppD圆整为标准壁厚: 1）铸造：满足最小尺寸; 2）无缝钢管：查手册。厚壁筒（铸造0.08/D0.03）maxmax3 3 . 2PDp56二、缸盖固定螺栓直径的校核二、缸盖固定螺栓直径的校核n固定螺栓在工作中同时承受拉应力和剪切应力。n校核公式： d1=5.2KF/Z式中：d1螺栓底径K螺纹拧

13、紧系数F缸筒端部承受的最大推力Z螺栓数5710/dl时，强度校核即可10/dl时，要进行稳定性计算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 nk = 2 4ldF三、活塞杆稳定性校核三、活塞杆稳定性校核5859学习要求学习要求重点掌握双作用单杆活塞式液压缸的三种连接方式的分析和计算；掌握活塞式、柱塞式三种液压缸的结构特点和图形符号；了解液压缸结构的要求和密封的种类；了解液压缸设计计算要点及强度、刚度的校核。60习题 一个单活塞杆液压缸，无杆腔进压力油时为工作行程，此时负载为55000N。有杆腔进油时为快速退回，要求速度提高一倍。液压缸工作

14、压力为7MPa，不考虑背压，计算选用活塞和活塞杆直径。61 设计一单杆活塞式液压缸，要求快进时为差动连接，快退和快进时速度为.ms，工进时可驱动的负载为，回油压力为.a，采用额定压力为.a、额定流量为min的液压泵，试确定：（）缸筒内径和活塞杆的直径；（）若缸筒材料选用无缝钢管，其许用应力，计算缸筒的臂厚。27/105mN62图(a)中，小液压缸回油腔（面积A1）的油液进入大液压缸（面积A3 ）。而在图(b)中，两活塞用机械直接相连，油路连接和图(a)相似，供给小液压缸的流量为Q，压力为p。试分别计算图(a)和图(b)中大活塞杆上的推力和运动速度。pA2A3/A1,QA1/A2A3,pA1,Q/A163向一差动连接液压缸供油，液压油的流量为向一差动连接液压缸供油，液压油的流量为Q，压，压力为力为P。当活塞杆直径变小时，其活塞速度。当活塞杆直径变小时，其活塞速度v及作用及作用力力F将如何变化？要使将如何变化？要使v3/v22，则活塞与活塞杆，则活塞与活塞杆直径之比应为多少？直径之比应为多少？3dD64l 某液压泵的输出油压某液压泵的输出油压P=10MPa，转速，转速n=1450r/min，排量，排量V=100ml/r，容积效率，容积效率v v=0.95=0.95，总效率，总效率=0.9，求泵的输出功率和电动求泵的输出功率和电动机的驱动功率。机的驱动功率。l 某变量叶片泵的转子外径某