第四章-液压缸解析

第四章--液压缸解析第一页，共26页。第四章液压缸第一节液压缸的类型及特点第二节液压缸的设计与计算第三节液压缸结构设计第二页，共26页。一、液压缸的分类

1.按结构形式分：活塞式、柱塞式、组合式。2.按作用方式分：单作用式：液体只控制缸一腔单向运动；双作用式：液体控制缸两腔实现双向运动。3.按用途分：串联缸、增压缸、增速缸、步进缸。4.按使用的压力分：低压缸、中压缸、高压缸、超高压缸。第一节液压缸的类型及特点第三页，共26页。二、典型液压缸1.活塞式液压缸（1）定义：在缸体内作相对往复运动的组件为活塞的液压缸。（2）分类：

①按伸出活塞杆不同分：双杆、单杆、无杆（齿轮齿条式）。②按固定方式不同分：缸体固定、活塞杆固定（3）单活塞杆液压缸结构第一节液压缸的类型及特点第四页，共26页。单活塞杆油缸结构：单活塞杆液压缸只有一端有活塞杆。如图所示是一种单活塞液压缸。其两端进出口油口A和B都可通压力油或回油，以实现双向运动，故称为双作用缸。第一节液压缸的类型及特点第五页，共26页。第一节液压缸的类型及特点(4)单活塞杆液压缸的连接形式第六页，共26页。第一节液压缸的类型及特点①

简单连接式特点：1）两腔面积不等,A1>A2；2)压力相同时，推力不等流量相同时，速度不等即不具有等推力等速度特性。速度推力计算：无杆腔进油时：v1=q/A1=4q/πD2；F1=p1A1-p2A2=π[D2p1-(D2-d2)p2]/4有杆腔进油时：v2=q/A2=4q/π(D2-d2)；F2=p1A2-p2A1=π[(D2-d2)p1-D2p2]/4单活塞杆液压缸简单连接比较∵A1>A2

∴v1<v2，F1>F2

故活塞杆伸出时，推力较大，速度较小；活塞杆缩回时，推力较小，速度较大。因而：活塞杆伸出时，适用于重载慢速活塞杆缩回时，适用于轻载快速往复速比：λv=v2/v1=D2/D2-d2第七页，共26页。②差动连接：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。差动连接速度、推力计算：∵v3A1=q

+v3A2；

∴v3=q/A1-A2=4q/πd2F3=p1（A1-A2）

=πd2p1/4

差动连接特点：在不增加流量的前提下，实现快速运动。③单杆活塞液压缸应用单杆活塞液压缸不同连接，可实现如下工作循环：（差动连接）（无杆腔进油）（有杆腔进油）快进→工进→快退v3、F3v1、F1v2、F2

第一节液压缸的类型及特点第八页，共26页。（5）双杆活塞液压缸①特点：两腔面积相等；压力相同时，推力相等，流量相同时，速度相等。即具有等推力等速度特性。第一节液压缸的类型及特点第九页，共26页。②推力、速度计算：

v=q/A=4q/π(D2-d2)；F=(p1-p2)A=π(D2-d2)(p1-p2)/4③工作形式：缸体固定式：进油腔回油腔运动方向左右活塞右移右左活塞左移此种方式占地面积大，三倍于缸筒L，用于中小型设备，进油腔位置与活塞运动方向相反。杆固定式：进油腔回油腔运动方向左右缸体左移右左缸体右移此种方式占地范围小，为缸筒长度的两倍，用于大中型设备。进油腔位置与活塞运动方向相同。第一节液压缸的类型及特点第十页，共26页。2.柱塞式液压缸(1)定义：在缸体内做相对往复运动的组件是柱塞的液压缸。(1)结构：缸体、柱塞、导向套、钢丝卡圈等。第一节液压缸的类型及特点第十一页，共26页。(3)工作原理只能单向运动，回程需靠外力自重或弹簧力，需双向运动时，常成对使用。(4)速度、推力计算v=q/A=4q/πd2

F=pA=πd2p/4(5)特点

∵柱塞工作时总是受压，一般较粗∴水平放置易下垂，产生单边磨损故常垂直放置，有时可做成空心又∵缸体内壁与柱塞不接触∴可不加工或只粗加工，工艺性好故常用于长行程机床，如龙门刨床、导轨磨床、大型拉床。动画演示第一节液压缸的类型及特点第十二页，共26页。3.摆动液压缸(1)分类：分为单叶片式、双叶片。第一节液压缸的类型及特点第十三页，共26页。(2)组成：缸体、定子块、叶片、传动轴等。(3)工作原理：

当缸的一个油口进压力油，另一油口回油时，叶片在压力油作用下往一个方向摆动，带动轴偏转一定角度小于3600）当进回油口互换时，摆动油缸反转。(4)参数计算：

T=zb/2·(R2-r2)(p1-p2)ηm；ω=2qηcv/zb(R2-r2)对于双叶片：T双=2T单；ω双=1/2·ω单

(当输入液压油压力和流量不变时）(5)特点：结构紧凑，输出转矩大，但密封困难，一般只用于中低压系统。第一节液压缸的类型及特点第十四页，共26页。三、其它形式的常用缸1.增压缸（增压器）

(1)作用：得到高于泵压的输出压力。(2)结构：分单作用、双作用增压缸。(3)增压原理：A1p1=A2p2

p1πD2/4=p2πd2/4p2=A1/A2p1=p1D2/d2

=Kp1K—增压比第一节液压缸的类型及特点(4)特点：在不提高泵压的前提下，依靠A的变化单作用实现断续增压，双作用实现持续增压。第十五页，共26页。第十六页，共26页。2.多级缸（伸缩缸）(1)结构：由两个或多个活塞缸或柱塞缸套装而成，有单作用和双作用之分。

(2)工作原理活塞或柱塞伸出时，从大到小，速度逐渐增大，推力逐渐减小。活塞或柱塞缩回时，从小到大。(3)特点：∵工作时可伸很长，不工作时缩短，∴占地面积小，且推力随行程增加而减小。故起重机伸缩臂、自动倾卸卡车、火箭发射台等皆用。动画演示第一节液压缸的类型及特点第十七页，共26页。3.齿条活塞缸（无杆液压缸）(1)结构：缸体、活塞、齿条、齿轮、端盖等。第一节液压缸的类型及特点(2)工作原理左腔进油，右腔回油时，齿条右移，齿轮带动工作台逆转。右腔进油，左腔回油时，齿条左移，齿轮带动工作台顺转。(3)应用：常用于需要回转运动的场合，如：自动线、磨床。第十八页，共26页。第二节液压缸的设计与计算一、主要参数的设计计算1.液压缸工作压力的确定：

根据液压缸的实际工况，计算出外负载大小，然后参考下表选取适当的工作压力。2.液压缸内径D的确定：(1)根据最大总负载和选取的工作压力来确定:负载（KN）0~0.770~140140~250>250压力（Mpa）610~1418~2132第十九页，共26页。(2)根据执行机构速度要求和选定液压泵流量来确定D第二节液压缸的设计与计算计算所得液压缸的内径（即活塞直径）应圆整为标准值。3.活塞杆直径d

受拉时：d=(0.3-0.5)D

受压时：d=(0.5-0.55)D(p1<5Mpa)d=(0.6-0.7)D(5Mpa<p1<7Mpa)d=0.7D(p1>7Mpa)直径d强度校核：d≥[4F/π(σ)]1/2d—活塞杆直径；F—液压缸的负载；(σ)—活塞杆材料许用应力;(σ)=σb/n。第二十页，共26页。4.液压缸缸体长度L

原则：由液压缸最大行程、活塞宽度、活塞杆导向套长度活塞杆密封长度和特殊要求的其它长度确定,减小加工难度，一般液压缸缸体长度不应大于内径的20—30倍。5.缸筒壁厚δ确定原则:中低压系统，无需校核；高压大直径时，必须校核δ。缸筒最薄处壁厚：δ≥pyD/2(σ)δ—缸筒壁厚；D—缸筒内径；py—缸筒试验压力，当额定压Pn>16MPa时，Py=1.25Pn；Pn≤16MPa时，Py=1.5Pn；(σ)—缸筒材料许用应力。(σ)=σb/n，n为安全系数，当D/δ≥10时，一般取n=5.第二节液压缸的设计与计算第二十一页，共26页。6.其它部位尺寸的确定

导向长度H≥L/20+D/2（L为液压缸最大行程）

活塞宽度B=（0.6—1.0）D；

导向套滑动面长度AA=(0.6—10)D（D<80mm）；A=(0.6—1)d（D≥80mm）如装有隔套K时，C=H-（A+B）/2

活塞杆长度由行程L确定，必要时需进行稳定性验算。当液压缸承受轴向压缩载荷时：若l/d≤15时，无须验算l/d≥15时，可按材料力学有关公式进行。第二节液压缸的设计与计算第二十二页，共26页。第三节液压缸结构设计

一、液压缸的典型结构举例1.典型结构缸体组件、活塞组件、密封件、连接件、缓冲装置、排气装置等。2.设计依据缸工作压力、运动速度、工作条件、加工工艺及拆装检修等。二、缸体与端盖的结构设计1.缸体与端盖的连接∵工作压力、缸体材料、工作条件不同,∴连接形式很多。铸铁缸体，外形尺寸大。法兰连接；半环连接；螺纹连接；焊接连接；拉杆连接。第二十三页，共26页。2.活塞和活塞杆的连接

∵工作压力、安装方式、工作条件的不同。∴活塞组件有多种结构形式。整体式;焊接式;锥销式;螺纹式;半环式.3.活塞杆头部结构

活塞杆是连接活塞和工作部件的传力零件，必须具有足够的强度和刚度，一般用钢料制成,且需镀铬。4.液压缸的缓冲装置(1)缓冲的必要性∵在质量较大、速度较高(v>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。第三节液压缸结构设计