液压与气压传动技术项目三数控车床液压执行元件的分析与选用任

《液压与气压传动技术》主讲教师：陈敏捷项目三：数控车床液压执行元件的分析与选用任务1：液压缸的分析与选用液压缸的分类目录Contents01液压缸的计算02液压缸的结构03课程导入数控车床是使用较为广泛的数控机床之一。数控车床卡盘的夹紧与松开、回转刀架的松开与夹紧、刀架刀盘的正反转、尾座套筒的伸出与退回都是由什么元件来完成运动的？该如何选择这些元件呢？由什么元件来完成运动呢？数控车床观看视频1.液压缸按结构可分：活塞缸、柱塞缸和摆动缸三类；2.按作用方式的不同可分：单作用式和双作用式。

单作用式液压缸：液压力只能使活塞（或柱塞）单方向运动，反方向运动必须靠外力（如弹簧力或自重等）实现；

双作用式液压缸：可由液压力实现两个方向的运动。3.按使用压力不同可分：中低压、中高压、高压液压缸的分类分类名称符号说明单作用液压缸柱塞式液压缸柱塞仅单向液压驱动，返回行程通常是利用自重、负载或其它外力。通常作成空心柱塞，特别适用在行程较长的场合。单活塞杆液压缸活塞仅单向液压驱动，返回行程是利用自重或负载将活塞推回。双活塞杆液压缸活塞两侧均裝有活塞杆，但只向活塞一侧供给压力油，返回行程通常利用弹簧力、重力或外力。伸缩液压缸它以短缸获得长行程，用压力油从大到小逐节推出，靠外力由大到小逐节缩回。液压缸的分类分类名称符号说明双作用液压缸单活塞杆液压缸单边有活塞杆，双向液压驱动，两向推力和速度不等。双活塞杆液压缸双边有活塞杆，双向液压驱动，可实现等速往复运动。伸缩液压缸柱塞多为套筒形式，前一级活塞缸的活塞是后一级活塞缸的缸筒。伸出由大到小逐节推出，收回有小到大逐节缩回。单叶片式摆动缸它的摆动角度较大，可达3000。输出转矩较小，角速度较大。双叶片式摆动缸摆动角度较小，可达1500。输出转矩较大，角速度较小。液压缸的分类分类名称符号说明组合液压缸弹簧复位液压缸单向液压驱动，由弹簧力复位。串联液压缸用于缸的直径受限制，而长度不受限制的场合，可获得大的推力。增压缸由大小油缸串联组成，由低压大缸A驱动，使小缸B获得高压。齿条传动液压缸活塞的往复运动，经齿条传动使与之啮合得齿轮获得双向回转运动。液压缸的分类液压缸的分类液压缸的分类1.双杆活塞液压缸

活塞式液压缸图形符号活塞杆活塞缸体液压缸的计算缸筒固定运动部件移动范围是活塞有效行程L的三倍占地面积大，可用于小型设备动画演示液压缸的计算双杆活塞液压缸的固定方式：

活塞杆固定运动部件移动范围是活塞有效行程L的两倍占地面积小，可用于大型设备缸体固定式液压缸：当缸左腔进油，右腔回油时，活塞带动工作台向右移动；右腔进油，左腔回油时，工作台向左移动。特点：工作台的运动范围约为活塞有效行程的三倍，占地面积较大。应用：常用于小型设备的液压系统。活塞杆固定式液压缸：当压力油经空心活塞杆的中心孔及活塞处的径向孔进入缸的左腔，右腔回油时，则推动缸体带动工作台向左移动；右腔进压力油，左腔回油时，工作台向右移动。特点：工作台的运动范围约为缸筒有效行程的两倍，占地面积较小，应用：常用于大、中型设备的液压系统。

液压缸的计算当两活塞杆直径相等、输入两腔的液压油压力和流量不变时，活塞的往复运动速度和推力相等。动画演示双杆活塞缸常用于往复速度相同的场合，如外圆磨床工作台。液压缸的计算双杆活塞液压缸的计算：

图形符号液压缸的计算活塞式液压缸2.单杆活塞液压缸

单杆活塞液压缸的固定方式：

缸筒固定活塞杆固定两种的运动部件移动范围均为活塞有效行程的两倍液压缸的计算仅一侧有活塞杆，两腔的有效工作面积不同。当分别向缸两腔供油，且供油压力和流量不变时，活塞（或缸体）在两个方向产生的推力和运动速度不相等。无杆腔进油：速度低，推力大；有杆腔进油：速度高，推力小。液压缸的计算单杆活塞液压缸的计算：

当无杆腔进油，有杆腔回油时：当有杆腔进油，无杆腔回油时：液压缸的计算式中：A1、A2——分别为缸的无杆腔、有杆腔有效工作面积；

D、d——分别为活塞的直径、活塞杆的直径；

p1、p2——分别为进油腔的压力、回油腔的压力；

q——输入液压缸的流量。单杆活塞液压缸的计算：

特点及应用：这种缸无论是缸体固定还是活塞杆固定，工作台的运动范围都等于有效行程的两倍，故结构紧凑，应用广泛。常用于一个方向有较大负载，但运行速度较低，另一个方向空载快速退回的设备，如各种金属切削机床、压力机、注塑机、起重机的液压系统。动画演示液压缸的计算单杆活塞缸在其左、右两腔互相接通并同时输入压力油时，称为差动连接。这时，缸两腔的压力相同，由于无杆腔工作面积大于有杆腔工作面积，故活塞向右的推力大于向左的推力，使其向右移动。同时使右腔排出的流量也进入左腔，流进左腔的流量，从而就加快了活塞的移动速度,用于工作机构的快进。动画演示液压缸的计算活塞式液压缸3.液压缸差动连接

液压缸的计算有杆腔排出的油液：流入无杆腔：活塞伸出速度：活塞推力：特点和应用：活塞伸出运动速度较大而推力较小可用于工作机构的快进，不增加泵容量和功率动画演示液压缸的计算如图所示差动连接液压缸，无杆腔有效面积A1=40cm²，有杆腔有效面积A2=20cm²，输入油液流量,压力p=0.1MPa，问活塞向哪个方向运动？运动速度是多少？能克服多大的工作阻力？解:因为液压缸差动连接,所以液压缸两腔的压力相等,p=0.1MPa。活塞向右的推力：

活塞向左的推力：

由于

，故活塞向右运动。活塞向右运动能克服的最大阻力：活塞向右运动速度：液压缸的计算某一差动液压缸，求在（1）v快进=v快退，（2）v快进=2v快退，两种条件下活塞面积A1和活塞杆面积A2之比。液压缸的计算解：单活塞杆缸还常用于在需要实现“快进（差动连接）→工进（无杆腔进油）→快退（有杆腔进油）”工作循环的组合机床等设备的液压系统中。这时，通常要求“快进”和“快退”的速度相等，即，则

，(或）。

想一想图示为单杆液压缸的三种连接状态，若活塞面积为A1，活塞杆的截面积为A2，当前两种状态负载相同，后一种状态负载为零时，不计摩擦力的影响，试比较三种状态下液压缸左腔压力的大小？液压缸的计算特点：是柱塞与缸体内壁不接触，所以缸体内孔只需粗加工甚至不加工，故工艺性好，适用于较长行程液压缸，如龙门刨床、导轨磨床、大型拉床等设备的液压系统中。应用：柱塞缸是单作用液压缸，靠液压力只能实现一个方向的运动，回程要靠自重（垂直安装时）或其它外力（如弹簧力）来实现。为了得到双向运动，柱塞缸常成对使用（见图c）。其他液压缸液压缸的计算1.柱塞缸

其他液压缸液压缸的计算2.多级缸

常用的有单叶片式和双叶片式。如图示，由叶片轴1、缸体2、定子块3和回转叶片4等零件组成。定子块固定在缸体上，叶片和叶片轴联接在一起，当油口、交替输入压力油时，叶片带动叶片轴作往复摆动，输出转矩和角速度。单叶片缸输出轴的摆角小于300°。双叶片缸输出轴的摆角小于150°，但输出转矩是单叶片缸的两倍。是输出转矩并实现往复摆动的液压执行元件，又称摆动式液压马达。其他液压缸液压缸的计算3.摆动缸

特点：摆动式液压缸结构紧凑，输出转矩大，但密封性较差。应用：一般用于机床和工夹具的夹紧装置、送料装置、转位装置、周期性进给机构等中低压系统以及工程机械，如铲斗回转机构中。功用：将输入的低压油变为高压油，常用于某些短时或局部需要高压油的系统中。其他液压缸4.增压缸

液压缸的计算分类：单作用增压缸：只能在单方向行程中输出高压油，不能获得连续的高压油双作用增压缸：由两个高压端连续向系统供油注意：增压缸只能将高压端输出油通入其它液压缸以获取大的推力，其本身不能直接作为执行元件。压力油推动活塞左右往复直线运动时，经齿条杆推动齿轮轴往复转动，齿轮便驱动工作部件作周期性的往复旋转运动。其他液压缸5.齿条缸

液压缸的计算应用：多用于自动线、组合机床回转工作台或分度机构、机械手的液压系统中。液压缸的典型结构

图示为双作用单杆活塞式液压缸的结构，它主要由缸底1、缸筒6、缸盖10、活塞4、活塞杆7和导向套8等组成。缸筒一端与缸体焊接在一起，另一端与缸盖采用螺纹联接；活塞与活塞杆采用半环连接。为了保证液压缸的可靠密封，在相应部位设置了密封圈3、5、9、11和防尘圈12。缸体组件活塞组件密封装置缓冲装置排气装置套环液压缸的结构

（1）缸体组件：缸筒、端导向套、连接件等。缸筒与端盖的常见连接形式如图所示。法兰式半环式螺纹式拉杆式焊接式液压缸的结构液压缸的组成（1）缸体组件：缸筒、端导向套、连接件等。缸筒与端盖的常见连接形式如图所示。法兰式半环式螺纹式拉杆式焊接式液压缸的结构液压缸的组成液压缸的结构液压缸的组成（1）缸体组件：缸筒、端导向套、连接件等。液压缸体安装连接形式如图所示。脚架式法兰式耳环式铰轴式液压缸的结构液压缸的组成（1）缸体组件：缸筒、端导向套、连接件等。活塞杆端安装连接形式如图所示。耳环式螺纹式（2）活塞组件：活塞、活塞杆和连接件等。活塞和活塞杆的连接形式如图所示。整体式焊接式锥销式螺纹式半环式液压缸的结构液压缸的组成缸体、活塞和活塞杆的材料缸体机床——多数采用高强度铸铁（HT200），当压力超过8MPa时，采用无缝钢管。工程机械——多数采用35钢和45钢无缝钢管。压力高时，可采用27SiMn无缝钢管或45钢锻造。活塞整体式活塞——多数采用35钢和45钢。装配式活塞——常采用灰铸铁、耐磨铸铁、铝合金等，特殊需要的可在钢活塞坯外面装上青铜、黄铜和尼龙耐磨套。活塞杆一般采用35钢和45钢，当液压缸的冲击振动很大时，可使用55钢或40Cr等合金材料。液压缸的结构液压缸的结构（3）密封装置液压缸的组成根据密封的两个配合表面之间是否有相对运动，将密封分为动密封和静密封两大类。根据密封原理，又分为非接触式密封和接触式密封。常见的密封方法有间隙密封、活塞环密封及用“O”形、“Y”形、“V”形和组合式的密封圈密封。活塞环密封特点—摩擦力小，工作可靠，寿命长应用—高压、高速、高温的动密封液压缸的结构O形密封圈密封密封原理—装入后a）—加压力油后b）特点—结构简单紧凑，摩擦力小，装拆方便，成本低应用—静密封<32MPa和滑动密封<10MPa液压缸的结构Y形密封圈（唇形）密封类型—宽断面，窄断面密封原理—唇口端应对着压力高一侧—压力使唇口贴紧壁面特点—密封性、稳定性和耐压性较好，阻力小，寿命较长应用—往复运动密封，宽断面<20MPa，窄断面<32MPa液压缸的结构V形密封圈密封组成—压环，V形圈，支撑环密封原理—开口端应对着压力高一侧—压环，支撑环压力使V形圈唇口贴紧壁面特点—