液压与气压传动 第5版 教案 第6周 第一节液压缸的分类和特点

教师课堂教学备课纸首页，共页授课班级授课时间出勤情况课题名称授课方式章节课题第三章液压缸液压缸的分类和特点液压缸的结构数字液压缸教学目的1了解液压缸的分类和结构特点2会计算活塞缸的输出力和速度3对活塞设计方法有所了解。教具、挂图、课件重点与难点重点：活塞缸的结构和输出力、速度计算。活塞缸设计与计算难点：差动缸，活塞缸输出力、速度计算。课后作业课后回顾任课教师签名：教研室主任审阅签名：第三章液压缸第一节液压缸的分类和特点液压缸按结构特点可分为活塞缸、柱塞缸、摆动缸三类,按运动形式可分为直线运动和摆动。一、活塞缸活塞缸可分为双活塞杆和单活塞杆两种结构，其固定方式有缸体固定和活塞杆固定两种。双活塞杆缸（1）工作原理图3-1为双活塞杆缸原理图，其活塞的两侧都有伸出杆。图3-1a为缸体固定式结构简图，图3-1b为活塞杆固定式结构简图。图3－1双杆活塞缸（2）特点和应用当两活塞缸直径相同、缸两腔的供油压力和流量相等时，活塞（或缸体）两个方向的运动速度和输出力也都相等。缸体固定式其工作台的运动范围大于活塞有效行程的三倍，活塞杆固定式其工作台运动范围略大于缸有效行程的两倍。双活塞杆缸的的输出力和速度可按下式计算：F=Ap=p（3-1）V=（3-2）2．单活塞杆缸（1）工作原理图3-2为单活塞杆缸原理图，活塞的一端有活塞杆伸出，所以两腔的有效工作面积不同。图3－2单杆活塞缸 当无杆腔进压力油，有杆腔回油时（图3-2a），活塞输出力F1和运动速度v1分别为F（3-3）v（3-4）当有杆腔进压力油，无杆腔回油时（图3-2b），活塞输出力F2和运动速度v2分别为：F（3-5）v（3-6）（2）特点和应用由于＞,所以v＜v,F＞F。常把压力油进入无杆腔的情况作为工作行程，而把压力油进入有杆腔的情况作为空行程（3）差动连接如图3-3所示，当压力油同时进入液压缸的左、右两腔，差动连接单活塞杆缸简称为差动缸。由于无杆腔工作面积比有杆腔工作面积大，压力虽相等，活塞仍向右运动。若A2=A1/2,即D=，则差动连接缸的快进v3与快退v2的运动速度相等。差动连接时，活塞的输出力F3为：F（3-7）活塞的运动速度v:v（3-8）图3－3单杆活塞缸的差动连接例3-1有一双作用单杆活塞液压缸，已知缸内径D=100mm，活塞杆直径d=70mm，进入液压缸的流量q=40L/min，进油压力p1=5Mpa，回油压力p2=0，计算在无杆腔进油、有杆腔进油、差动连接三种情况下，液压缸的运动速度大小和方向，输出力的大小和方向。解：（1）无杆腔进油F=v=运动方向由无杆腔向有杆腔运动，输出力方向和运动方向相同。（2）有杆腔进油F=20.018kNv=运动方向由有杆腔向无杆腔运动，输出力方向和运动方向相同。（3）差动连接F=0.192kNv==0.173二、柱塞缸工作原理如图3-4a所示，当压力油进入缸筒时，推动柱塞运动。柱塞缸只能实现单向运动，它的回程需借自重或其他外力（弹簧力）来实现运动，为了使工作台得到双向运动，柱塞缸常成对使用，如图3-4b所示。图3－4柱塞缸三、摆动缸1．叶片式舞动缸摆动缸是输出转矩并实现往复摆动的液压缸，又称摆动液压马达，有单叶片和双叶片两种形式。图3-5a、图3-5b为其工作原理图，定子块固定在缸体上，叶片与输出轴连为一体。当两油口交替通入压力油时，叶片即带动输出轴作往复摆动。图3－5摆动缸2．齿轮齿条式摆动缸齿轮齿条式摆动缸的原理是将液压缸的往复运动通过齿条带动齿轮，转化成齿轮轴的正反向摆动旋转，同时将往复缸的输出力转化成齿轮轴的输出扭矩。结构型式有单齿条、双齿条两种。图3-6是条式摆动缸。3-6四、其他液压缸1．增压缸增压缸能将输入的低压油转变为高压油，向液压系统中的某一支路供油。它由大、小直径分别为D和d的复合缸筒及有特殊结构的复合活塞组成，如图3-7所示。图3－7增压缸若输入增压缸大端的油压为p1，由小端输出的油压为p2，则p式中是增压比，即增压倍数。增压缸只能将高压端输出油通入其他液压缸以获取大的输出力，其本身不能直接作为执行元件，所以安装时应尽量使它靠近执行元件。2.伸缩缸图3-8为多级伸缩套筒式液压缸。这种缸的特点是活塞杆伸出行程大，收缩后结构尺寸小。活塞伸出顺序是先大后小，相应的输出力也是由大到小，伸出时的速度是由慢到快。活塞缩回时的顺序，一般是先小后大，缩回速度是由快到慢。图3－8伸缩缸第二节液压缸的结构一、缸体组件缸体组件包括缸筒、前后缸盖和导向套等，缸体组件中缸筒与端盖的连接形式很多，如图3-9图示。图3－9缸筒与端盖的连接形式法兰式连接，结构较简单，易于加工和装配，连接可靠，缺点是外形尺寸较大。铸铁、铸钢和锻钢制的缸体多采用法兰式（图3-9a）。用无缝钢管制作的缸筒，常用半环式连接（图3-9b）和螺纹连接（图3-9d）。这两种连接方式，结构紧凑、重量轻。但半环式连接，须在缸筒上加工环形槽，削弱缸筒的强度；螺纹连接，须在缸筒上加工螺纹，端部的结构比较复杂，一般用于外形尺寸小、重量轻的场合。较短的液压缸常采用拉杆式连接（图3-9c）。这种连接具有加工和装配方便等优点，其缺点是外形尺寸和重量较大，拉杆受力后会拉伸变长，影响密封性。还有焊接式连接，其结构简单，尺寸小，强度高，密封性好，但焊接时易引起缸筒变形，也不易加工，故使用较少。二、活塞组件活塞组件包括活塞和活塞杆，活塞和活塞杆连接形式有多种,如图3-10所示。整体式连接（图3-10a）和焊接式连接（图3-10b），结构简单、轴向尺寸小，但损坏后需整体更换，常用于小直径液压缸。锥销连接（图3-10c）易加工、装配简单，但承载能力小，且需有防止锥销脱落的措施，适用于轻载液压缸。螺纹连接（图3-10d）结构简单、装拆方便，一般需要有螺纹防松装置。由于加工螺纹削弱了活塞杆的强度，因此不适用于高压系统。卡环式（图3-10e）的强度高，结构复杂、装卸方便，用于高压和振动较大的液压缸。图3－10活塞与活塞杆的连接形式三、液压缸的缓冲液压缸的缓冲装置是为了防止活塞在行程终了时和缸盖发生撞击。常见的缓冲装置如图3-11所示。（1）环状间隙式缓冲装置图3-11a为圆柱形环隙式缓冲装置，活塞端部有缓冲柱塞，当柱塞运行至液压缸端盖上的圆柱孔内时，缸筒内的油液只能从环形间隙δ处挤出去，这时活塞减速制动，从而减缓了冲击。图3-11b为圆锥形环隙式，环形间隙δ将随伸入端盖孔中距离增长而减小，从而获得更好的缓冲效果。（2）可变节流式缓冲装置图3-11c为可变节流式缓冲装置。在其缓冲柱塞上开有几个均布的三角形节流沟槽。随着柱塞伸入孔中距离的增长，其节流面积减小，冲击压力小，制动位置精度高。（3）可调节流式缓冲装置图3-11d为可调节缓冲装置。当缓冲柱塞伸入端盖上的内孔后，活塞与端盖间的油液须经节流阀2流出。可根据液压缸的负载及速度的不同对节流口大小进行调整，能获得理想的缓冲效果。当活塞反向时，压力油经单向阀1进入活塞端部，使其迅速启动。图3－11液压缸的缓冲四、液压缸的排气液压系统中混入空气后会使其工作不稳定，产生振动、噪声、低速爬行及启动时突然前冲现象。对运动平稳性要求较高的液压缸，两端有排气塞，图3-12所示为排气塞结构。图3－12排气塞第三节数字油缸数字油缸与伺服液压系统不同之处在于数字油缸的运动特性完全被数字化，即:电脉冲的频率与油缸的运动速度对应，电脉冲的数量与油缸的行程对应，而这种对应关系是通过数字油缸内部的设计、制造过程确定好的，无需任何外部的诸如:传感器、调节器、调节参数等来保障。一、数字油缸的特点1．可以实现单缸多段调速、多点定位、两缸或两缸以上进行差补运动，完成曲线轨迹运动。2．动力大，用步进电机作为信号输出，使液压缸活塞杆完全按照步进电机的运动而运动，又有几百、几千吨的推力。因3．控制系统简单，一台微机或可编程逻辑控制器(PLC)就可以完成单或多缸的多点、多速控制，也可完成多缸的同步、插补运动。操作简单、实用性好。4．液压系统高度简化，只需油泵、溢流阀(或数字压力阀)组成的液压源就可接管使用，无需任何方向阀、流量阀、调速阀、单向阀、同步阀等液压元件。5．具备总线控制和连续控制功能。二、数字油缸的结构工作原理数字油缸有多种形式，结构不尽相同。图3-13是三通阀控缸式数字缸结构原理图，它由步进电机和液压放大器两部分组成。数字油缸执行机构一般采用差动液压缸，有杆腔供油压力ps,无杆腔油压pc受三通滑阀式伺服阀控制。当阀芯右移时，滑阀控制边a工作，pc与供油腔的阀口开大，液压油进入缸的右腔，由