4.第三章 液压缸

第三章液压缸液压缸与液压马达一样,也是一种执行元件。它是将液压能转换成机械能进行直线往复运动的机械能的一种能量转换装置，输出的通常为推力(或拉力)与直线运动速度。而液压马达是将液压能转换成连续回转的机械能，输出的通常为转矩与转速。第一节液压缸的类型及其特点根据结构特点，液压缸可分为活塞式、柱塞式两种类型。一、活塞式液压缸活塞式液压缸又可分为双活塞杆液压缸和单活塞杆液压缸两种结构，其安装方式有活塞杆固定（空心双杆液压缸）和缸体固定（实心双杆液压缸）两种。（一）．双活塞杆液压缸实心双杆液压缸1）组成：图3-1所示为一台平面磨床的实心双杆液压缸的结构图。l-压盖2-密封圈3-导向套4-纸垫5-活塞6-缸体7-活塞杆8-端盖9-支架10-螺母。缸体固定在床身上不动，活塞杆和工作台靠支架9和螺母10连接在一起。2）工作原理：当压力油通过油道a(或b)分别进入液压缸两腔时，就推动活塞带动工作台作往复运动。3）推力和速度计算：由于活塞两端有效面积相等，如果供油压力和流量不变，那么活塞往返运动时两个方向的作用力和速度均相等，即式中，v为活塞运动速度；q为供油流量；F为活塞(或缸体)上的作用力；p为供油压力；A为活塞有效面积；D为活塞直径；d为活塞杆直径。4）占地面积：如图3-2所示，实心双杆液压缸驱动工作台的运动范围大，约等于液压缸有效行程的3倍，因而其占地面积较大，它一般只适用于小型机床。空心双杆液压缸1）组成：图3-3所示为一台外圆磨床的空心双杆液压缸的结构图。主要组成：缸体、活塞、活塞杆、端盖、托架等，活塞杆固定在床身上，缸体和工作台连接在一起。2）工作原理：当压力油通过活塞杆2的中心孔和径向孔b(或a)分别进入液压缸两腔时，就推动缸体带动工作台作往复运动。3）推力和速度计算：缸体11所受到的作用力和运动速度的计算与实心双杆液压缸类同。4）占地面积：如图3-4所示，空心双杆液压缸驱动工作台的运动范围约等于液压缸有效行程的2倍，因而占地面积较小，常用于大、中型机床和其它设备上。（二）、单活塞杆液压缸组成：图3-5所示为单活塞杆液压缸的结构图。它由缸体、活塞、Y形密封圈、活塞杆6、导向套7等组成。工作原理：两端进、出油口都可以进、排油，实现双向的往复运动，其工作原理与双活塞杆液压缸相同。3）占地面积：单活塞杆液压缸可以是缸体固定，活塞运动；也可以是活塞杆固定，缸体运动。无论采用哪种形式，液压缸运动所占空间长度都是行程的二倍(见图3-6)4）推力和速度计算：单活塞杆液压缸活塞两端的有效面积不等，若向两腔输入相同的流量，活塞在两个方向的运动速度也不相等;同样，若向两腔输入的油压相同时，活塞在两个方向所产生的推力也不相等。其计算如下（见图3-7）：当供给液压缸的流量q一定时、供油压力p一定，回油压力为零时，活塞两个方向的运动速度、两个方向的作用力为：以无杆腔进油时：以有杆腔进油时：当差动连接时：当压力油同时供给单活塞杆液压缸的两腔时，由于无杆腔的总作用力较大，活塞以一定的速度向右运动。此时，有杆腔排出的油液与系统供给的油液汇合后进入液压缸的无杆腔。这种连接方式称为差动连接。差动连接时作用力和速度为：式中，为活塞两端有效面积之差，即活塞杆的截面积，比较：运动方向：→→←速度V：＞＜推力F：＜＞差动连接的特点:由以上可见，活塞的运动速度大于非差动连接时的速度，因此,在实际生产中，单活塞杆液压缸的差动连接常用在需要实现："快速接近-慢速进给-快速退回"工作循环的组合机床液压传动系统中。若要求"快速接近”与”快速退回"的速度相等，这可以通过选择D与d的尺寸来实现，D与d的关系为d=0.7D。二、柱塞缸1．组成：图3-9所示为柱塞缸的结构示意图，主要组成：1-缸体、2-柱塞、3-导向套、4-弹簧卡圈。柱塞和缸体内壁不接触，因此缸体内孔只需粗加工甚至不加工，工艺性好，更适宜于做长行程液压缸。2.工作原理：它是单作用液压缸，即靠液压力只能实现一个方向的运动，回程要靠自重(当液压缸垂直放置时)或弹簧等其它外力来实现。为了得到双向运动，柱塞缸常成对使用，如图3-10所示。三、组合式液压缸增压器增压器将输入的低压油转变为高压油，供液压系统中的高压支路使用，其工作原理如图3-12所示。它由直径不同的两个液压缸串联而成，大缸为原动缸，小缸为输出缸，其增压后的压力为：p2═D12/D22p1。即：=2．伸缩缸伸缩缸具有二级或多级活塞，如图3-13所示。它主要由活塞1、套筒2、0形密封圈3、缸体4和缸盖5等组成。前一级缸的活塞就是后一级缸的缸体，活塞伸出的顺序是从大到小，相应的推力也是由大变小，而伸出速度则由慢变快。空载缩回的顺序一般是从小活塞到大活塞，收缩后液压缸总长度较短，占用空间较小，结构紧凑。伸缩缸常用于工程机械和其它行走机械。3．齿条缸齿条缸又称无杆式液压缸，它由一根带有齿条杆的双活塞缸1和一套齿轮齿条传动机构2组成。如图3-14所示。压力油推动活塞左右往复直线运动时，经齿轮齿条机构将活塞的往复直线运动转变为齿轮的往复回转运动。齿条缸常用于自动线、组合机床等设备的转位或分度机构的液压系统中。第二节液压缸的结构液压缸的结构：归结起来由缸体组件、活塞组件、密封件、连接件等基本部分组成。此外，还有缓冲装置和排气装置。本节主要介绍密封、缓冲装置和排气装置。液压缸的密封泄漏有内泄漏和外泄漏，如图3-15所示，液压装置的内、外泄漏直接影响系统的性能和效率，外泄漏还会污染工作环境。泄漏严重时会使整个系统无法工作，泄漏的原因是配合间隙两侧有压力差或相对运动，因此，必须采用适当的密封装置来防止和减少泄漏。常见的密封方法有以下两种。1．间隙密封间隙密封如图3-16所示，它是利用运动副间的配合间隙起密封作用的。为了减少泄漏，相对运动部件的配合间隙必须足够小，故对配合面的加工精度和表面粗糙度提出了较高的要求。图中活塞外圆表面上开有若干个环形槽，主要是为了使活塞四周都有压力油的作用，这有利于活塞的对中以减小活塞移动的摩擦力。这种密封形式主要用于速度较高的低压液压缸与活塞配合处，此外也广泛用于各种泵、阀的柱塞配合中。2．密封圈密封密封圈密封是液压系统中应用最广泛的一种密封方法，它通过密封圈本身的受压变形来实现密封。橡胶密封圈的断面通常做成0形、Y形和V形等。1）0形密封圈密封：如图3-17、3-18所示。0形密封圈密封性能良好，结构简单，摩擦阻力较小，制造容易，成本低，体积小，安装沟槽尺寸小，使用非常方便。可用于直线往复运动和回转运动的密封，也可用于无相对运动的静密封；可用于外径密封、内径密封及端面密封，应用比较广泛。0形密封圈要有适宜的压缩量，当工作压力大于10Mpa时,为了防止密封圈挤出，应设置挡圈（图3-19b、c）。2）Y形密封圈密封：如图3-20所示，在装配时，一定要使唇边对着压力的油腔，这样才能起到密封作用。为了防止密封圈的翻转现象，有改进型-Yx型。如图3-21所示。3）V形密封圈密封：如图3-22所示，有支承环、密封环、压环三部分组成。一定要使开口对着压力的油腔，这样才能起到密封作用。二、液压缸的缓冲1）为什么缓冲？2）常见的缓冲装置：=1\*GB3①环状间隙式缓冲装置：如图3-23a、b所示，讲清工作过程、缓冲原理、反向启动。=2\*GB3②节流口可变式缓冲装置：如图3-24所示。=3\*GB3③节流口可调式缓冲装置：如图3-25所示。液压缸的缓冲只能在液压缸的全行程终了时才能起缓冲作用。三、液压缸的排气1）为什么排气？2）常见的排气方法：=1\*GB3①对于要求不高的液压缸，如何排气？=2\*GB3②对于要求较高的液压缸，如何排气？排气装置：图3-26第三节液压缸的安装、调整、维护