《液压技术基础》PPT课件 第7-液压缸

液压技术基础上堂课内容回顾（1）各种液压泵的结构和原理。（2）各液压泵的特性和应用。第四章液压缸与液压马达油马达输出的是转速和转矩，是连续的转动；而有些工作机要求的是力和往复直线运动或者是转矩较小的往复摆动，这就是动力油缸。第一节液压缸类型和特点一、分类以运动形式分两种：动力油缸单作用油缸双作用油缸组合油缸摆动油缸活塞式柱塞式伸缩式单活塞杆差动双活塞杆伸缩式串联增压多位齿条传动单叶片式双叶片式往复直线运动往复摆动二、活塞式液压缸结构：由缸筒、活塞、活塞杆、端盖、支架和密封件组成。当压力油从左油口进入缸的左腔时，推动活塞向右运动，从而通过活塞杆带动工作台也向右运动，缸右腔的油则从右口排出。当压力油从右口进，则工作台会产生反向(左)的运动，左口就会成为排油口。1.双活塞杆液压缸缸的职能符号：(1)结构特点：两侧有效工作面积一样。L缸筒固装在机架上，活塞杆与工作台相连。这种安装方式当活塞杆的有效行程为l时，整个工作台的运动范围是3l，所以机器占地面积较大。(2)安装方式：两种活塞杆固装在机架上，缸筒则与工作台相连。

工作台的移动范围只等于活塞有效行程l的2倍(2l)，所以机器占地面积较小。

L双活塞杆液压缸的两端直径通常是相等的，因而液压缸左、右两腔的有效面积相同。若供油压力和流量不变，则活塞往复运动时，两个方向上的作用力和速度是相等的，其中：式中：p-供油压力；A-活塞有效面积；Q-供油量；d-活塞杆直径；D-活塞直径。(3)基本参数作用力：速度：2.单活塞杆液压缸(1)结构特点：液压缸只有一端有活塞杆，从缸的端头伸出。其结构组成与双活塞杆液压缸相似。职能符号：结构动画(2)工作原理无杆腔进油腔回油腔有杆腔特点：因两侧有效作用面积和油液压力不等，活塞在液压力的作用下，作直线往复运动，但速度不相同。(3)安装方式例：液压刨床(4)基本参数①从大腔(无杆腔)进油②从小腔进油③v2、v1之比称为速度比：可知：单活塞杆液压缸左、右两个方向的工作性能不对称的。(5)差动液压缸

若要得到对称的工作特性，对单活塞杆液压缸来说可采用差动工作方式来实现。所谓差动工作方式，就是把油路接成如图所示的差动连接，即压力油同时进入大腔和小腔。这时两腔的压力虽然相同，但由于两腔有效面积不同，故而推动活塞向右的力大于推活塞向左的力，因此活塞会产生向右的运动。pQQ`v3

活塞向右运动时，小腔排出的油流量为Q`，这股流量与供油流量合在一起进入大腔，使活塞向右运动的速度加快。可知：a.只要改变活塞杆的直径就可改变运动速度。因此，采用差动液压缸可以方便地实现所要求的快速运动，比从大油腔单独供油时的速度大；c.这种缸的活塞推力为：返回时，如果回油压力p2=0，则推力为b.只要有A1=2A2

（即：）的关系，差动连接的运动速度v3可以等于小腔进油(供油流量不变)大腔回油时的运动速度；可见：（1）F2=F3，差动液压缸可以实现活塞左右运动时的推力相等，而且推力比非差动连接小。（2）差动油缸克服了活塞杆面积，对往复运动力与速度的影响。

二、柱塞式液压缸柱塞式液压缸由缸筒1、活塞2、缸套3和弹簧卡圈4等零件组成。压力油从唯一的油口进入缸筒，推动柱塞向下运动，压力油泄掉，柱塞不会自动向上运动。

由此可见这种液压缸的工作有如下特点：(1)它是一种单作用式液压缸，靠液压力只能实现一个方向的运动，柱塞的回程要靠其它的外力或柱塞的自重(当液压缸垂直放置时)；(2)柱塞只靠缸套支承，而不与缸筒接触，这样缸筒极易加工，故适于做长行程液压缸；(3)工作时液压缸总受压，它必须具有足够的刚度。(4)柱塞端面是受油压的工作面，所以:柱塞上有效作用力为:柱塞的运动速度为:式中：d-柱塞直径，其它符号意义同前。(5)柱塞式液压缸是单作用式的，它的回程需要借助自重（垂直放置时）、弹簧力等其它外力来完成。为了实现双向往复运动，即实现两个方向的液压驱动，可采用双柱塞缸并排安装的方案。(6)柱塞只靠钢套支撑而不与缸体接触，这样缸筒易于加工，故适于做长行程的液压缸。若太长，有时需要加辅助导向机构。三、摆动式液压缸摆动式液压缸是一种作往复旋转运动的执行元件。符号：单片式摆动式液压缸，由于结构的限制，其旋转的角度小于360°。双片式摆动液压缸，摆动角度小于180°。但与单片式相比，在结构尺寸相同的情况下，其输出转矩增大一倍，并具有径向液压力平衡的优点。双片式和单片式，都可使输出轴作逆时针和作顺时针旋转。摆动式液压缸的输出扭矩和转速由于存在摩擦，即M<Mt所以机械效率为：输出角速度：扇形的面积（中心角α）为：输出转矩：则摆动油缸（Z个转子叶片）转过α角所排出的液体体积为：由于漏失，使得Q>Qt，所以容积效率为：所以，流量为：因此，转速为：要增加摆动式液压缸的输出扭矩，可用增加叶片的数目来实现。叶片的数目应成对增加（考虑对称径向液压力平衡）。若叶片的对数为Z，在其它条件不变的情况下，摆动缸的输出扭矩将增大Z倍，但转速将减小Z倍。式中，D-缸体内孔直径；d-输出轴外圆的直径；b-叶片的宽度；其它符号意义同前。因此，实际转速为：（1）、伸缩液压缸（2）、无活塞杆液压缸又称齿条活塞液压缸四、其它液压缸（同学们自学）（3）、增压液压缸（4）、多级液压缸（5）、气－液阻尼液压缸（6）、气压油缸（7）、复合式油缸

第二节液压缸的设计与计算液压缸的设计是整个液压系统设计任务之一，本节要介绍如何利用前面的知识来设计液压缸的方法与步骤。实际设计中，可利用的计算机辅助设计软件也不少。

要设计好液压缸，还必须事先作好调查研究，掌握必要的原始资料。

注意：主机的用途和工作条件；执行机构的结构特点、负载大小、行程范围和动作要求；材料、器材的供应情况和生产加工条件；国家标准和技术规范等。一、设计液压缸一般要做以下几方面的工作：1.选择液压缸的类型和结构形式选择液压缸的类型是进行以后各项设计工作的基础。这步工作可参考前面两节介绍的内容来进行。

2.确定液压缸的工作参数(1)液压缸的工作压力

p=F/A(2)液压缸的工作速度

(3)液压缸的行程3.计算液压缸的结构尺寸(1)缸筒内径

A.根据负载来确定缸筒内径

无杆腔内径D=(4F/πp)(1/2)；

有杆腔内径D=(4F/πp＋d2)(1/2)B.根据工作速度来确定缸筒内径

(2)活塞杆直径

A.活塞杆直径除满足强、刚度要求外，对于单杆液压缸来说往往以满足工作速度的速比，来确定活塞杆直径，然后再校核其强度和稳定性。

B.活塞杆直径还可按缸的工作压力来确定。

(3)缸筒长度L

缸筒长度由活塞行程，再加上各种结构来确定4.强度校核（2）厚壁强度校核（3）活塞杆强度校核（4）缸盖螺栓强度校核（1）薄壁强度校核

K为螺纹拧紧系数5.活塞杆稳定性校核;式中，nk为安全系数；Fk为所允许的临界载荷。当当式中，为柔度系数；为液压缸末端系数，rk为活塞杆回转半径，ａ为实验常数，对钢取ａ＝１/5000。6.缓冲计算式中，E2为机械能。当，且之间,且，则不必校核。7.拉杆拉杆预加载荷缸筒和缸盖是利用拉杆组装在一起的。利用拉杆预应力，以免缸盖松开，产生泄漏。拉杆计算的目的，就是估算拉杆预加载荷量。拉杆预加载荷为：式中，AP为活塞有效面积；ps为规定分离压力；Ac，Ec，Lc分别为缸筒筒壁的截面积、弹性模量和有效长度。AT，ET，LT分别为拉杆的截面积、弹性模量和有效长度。1.在保证能满足运动行程和负载力的条件下，应尽可能地缩小液压缸的轮廓尺寸。2.要保证密封可靠、防尘良好。3.液压缸的活塞杆最好在受拉的情况下工作，以免产生纵向弯曲。对受压的细长活塞杆则应进行稳定性校核。若活塞很长而又水平放置时，由于自重产生的挠度一般应小于0.001L(L为活塞杆长度)，以防破坏密封装置。也可用加中间支承的方法来减小垂度。二、液压缸设计中应注意的问题4.液压缸的热胀冷缩应不受防碍。液压传动系统中由于功率损耗、机械摩擦及油的粘性摩擦都会使油发热。液压缸受热后便膨胀伸长，因此对长行程的液压缸在结构设计时应考虑它有自由伸缩的余地，以免液压缸受到额外的热应力。一般将液压缸固定在机架上时，只能固定一端的缸盖，而让另一端自由伸缩。5.根据需要设置缓冲装置和放气装置。缓冲和放气不是任何情况下都需要的，一定要根据液压缸的使用条件来决定有无必要设置这两种装置，以免使液压缸的结构造成不必要的复杂化。6.尽量缩短进、出油管的长度，以减少压力损失。进、出油口的位置要恰当，不要被活塞运动到终端时把它堵死。总之，液压缸的设计内容不是一成不变的，根据具体情况有些内容可不做或少做，但又可能增加一些别的设计内容。设计步骤也是灵活的，往往前后还有交叉，甚至经过反复修改，才能得到正确、合理的设计结果。第三节液压马达（同学课下自学）

液压马达是将液压能转化为转动的