液压与气压传动技术 第四版 课件 项目3 液压缸

液压缸是液压系统的执行元件。它把液体的压力能(压力p和流量q

)转变为机械能(推力F

、速度v

)，用于驱动工作机构作直线往复运动或往复摆动。项目三液压缸活塞杆活塞项目三液压缸活塞杆活塞杆液压缸液压缸

液压缸是液压系统的执行元件。它把液体的压力能(压力p和流量q

)转变为机械能(推力F

、速度v

)，用于驱动工作机构作直线往复运动或往复摆动。任务一液压缸的类型和特点任务二液压缸的典型结构项目三液压缸液压缸任务一液压缸的类型和特点液压缸按其结构形式可分为活塞式、柱塞式和摆动式。活塞式柱塞式摆动式液压缸任务一液压缸的类型和特点按作用方式可分为单作用式和双作用式。单作用式液压缸利用液压力实现单方向运动，反方向运动则依靠外力来实现。双作用式液压缸利用液压力实现正、反两个方向的往复运动。单作用（反向依靠重力）双作用液压缸任务一液压缸的类型和特点一、活塞式液压缸活塞式液压缸可分为双杆式和单杆式两种结构，其固定方式有缸体固定和活塞杆固定两种。双杆式缸体固定单杆式缸体固定活塞式液压缸液压缸任务一液压缸的类型和特点一、活塞式液压缸

1.双杆活塞缸：双杆活塞缸活塞两侧均装有活塞杆。当两活塞杆直径相同，供油压力和流量不变时，活塞(或缸体)在两个方向的运动速度和推力也都相等，即：式中：v——活塞(或缸体)的运动速度；

q

——输入液压缸的流量；

A

——活塞的有效工作面积；

D

——活塞直径；

d

——活塞杆直径；F

——活塞(或缸体)上的液压推力；

p1

——液压缸的进油压力；

p2

——液压缸的回油压力液压缸任务一液压缸的类型和特点一、活塞式液压缸

1.双杆活塞缸：双杆活塞缸采用缸体固定方式时，整个工作台的运动范围约等于活塞有效行程的三倍，一般用于中、小型设备。采用活塞杆固定方式时，整个工作台的运动范围约等于缸体有效行程的两倍，常用于大中型设备。观察原理液压缸任务一液压缸的类型和特点一、活塞式液压缸

1.双杆活塞缸：1.1实心双杆活塞缸。实心双杆活塞缸缸体6固定在机体上，活塞杆7和工作台靠支架9和螺母10连接在一起。压力油通过油道a

（或b

）分别进入液压缸左右腔时，就推动活塞带动工作台往复运动。观察结构1-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-螺母观察原理液压缸任务一液压缸的类型和特点一、活塞式液压缸

1.双杆活塞缸：1.2空心双杆活塞缸。其活塞杆固定在床身上，缸体和工作台连接在一起。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。观察结构1-压盖

2-活塞杆

3-托架4、15-端盖5、14-密封圈6-排气孔8-锥销9-O型密封圈10-活塞11-缸体12-压板13-半环观察原理ba液压缸任务一液压缸的类型和特点一、活塞式液压缸

1.双杆活塞缸：1.2空心双杆活塞缸双作用双杆活塞缸图形符号

含义：双作用双杆活塞缸，活塞杆直径相同，双侧缓冲，右侧带调节。液压缸任务一液压缸的类型和特点一、活塞式液压缸

1.双杆活塞缸：双杆活塞缸应用。叉车转向中，应用了实心双杆活塞缸，双伸出活塞杆各控制一个轮的运动，利用液压缸特性同步控制两个车轮。实心双杆液压缸实心双杆活塞缸液压缸任务一液压缸的类型和特点观察原理无杆腔进油时，有杆腔回油。设活塞的运动速度为v1，推力为F1，则有：q为输入液压缸的流量；D为活塞直径；

d为活塞杆直径；A1、A2分别为液压缸无杆腔和有杆腔活塞的有效作用面积；

F1、F2为活塞上的液压推力；

p1为液压缸的进油压力；

p2为液压缸的回油压力。一、活塞式液压缸

2.单杆活塞缸：

双作用单杆活塞杆，缸体固定，只在活塞的一侧装有活塞杆，由于活塞两端的有效面积不等，如果以相同流量的压力油分别输入液压缸的左、右腔，活塞移动的速度与进油腔的有效面积成反比，即油液进入无杆腔时有效面积大，速度慢，进入有杆腔时有效面积小，速度快；而活塞上产生的推力则与进油腔的有效面积成正比。无杆腔进油时：液压缸任务一液压缸的类型和特点有杆腔进油时，无杆腔回油。设活塞的运动速度为v2，推力为F2，则有：一、活塞式液压缸

2.单杆活塞缸：

双作用单杆活塞杆，缸体固定，只在活塞的一侧装有活塞杆，由于活塞两端的有效面积不等，如果以相同流量的压力油分别输入液压缸的左、右腔，活塞移动的速度与进油腔的有效面积成反比，即油液进入无杆腔时有效面积大，速度慢，进入有杆腔时有效面积小，速度快；而活塞上产生的推力则与进油腔的有效面积成正比。有杆腔进油时：观察原理q为输入液压缸的流量；D为活塞直径；

d为活塞杆直径；A1、A2分别为液压缸无杆腔和有杆腔活塞的有效作用面积；

F1、F2为活塞上的液压推力；

p1为液压缸的进油压力；

p2为液压缸的回油压力。液压缸任务一液压缸的类型和特点一、活塞式液压缸2.单杆活塞缸：双作用单杆活塞杆，

v1

＜v2，F1

＞

F2，即活塞杆伸出时，推力较大，速度较小；活塞杆缩回时，推力较小，速度较大。因而它适用于一个方向有较大负载但运行速度较低，另一方向为空载快速退回的场合。液压缸往复运动时的速度比为：可以通过改变活塞与活塞杆的直径比值，来满足两个方向的不同速度要求。液压缸任务一液压缸的类型和特点一、活塞式液压缸2.单杆活塞缸：差动连接：即两腔同时通压力油的油路连接方式。在忽略两腔连通油路压力损失的情况下，差动连接时液压缸两腔的油液压力相等。但由于无杆腔受力面积大于有杆腔，活塞向右的作用力大于向左的作用力，活塞杆做伸出运动，并将有杆腔的油液挤出，流进无杆腔，加快了活塞杆的伸出速度。

差动连接时，

p1

≈

p2

，活塞推力F3为：差动连接时实际起作用的有效面积是活塞杆的横截面积。

与非差动连接无杆腔进油工况相比，在输入油液压力和流量相同的条件下，活塞杆伸出速度较大而推力较小。利用差动连接，可以在不加大油源流量的情况下得到较快的运动速度。这种连接方式被广泛应用于组合机床的液压动力滑台和各其它机械设备的快速运动中。液压缸任务一液压缸的类型和特点一、活塞式液压缸

2.单杆活塞缸：单杆活塞缸可以是缸体固定、活塞运动；也可以是活塞固定，缸体运动，无论采用哪一种形式，整个工作台的运动范围约等于有效行程的两倍。液压缸任务一液压缸的类型和特点一、活塞式液压缸2.单杆活塞缸：单杆活塞缸的典型结构如图示，主要由缸体3，活塞2，活塞杆8，前、后缸盖1、4，导向套6，拉杆7等组成。当压力油从a孔或b孔进入缸体3时，可使活塞实现往复运动，并利用设在缸体端的缓冲及排气装置，减少冲击和振动。观察结构液压缸任务一液压缸的类型和特点例：如图所示，两个结构尺寸相同的液压缸串联，其有效作用面积A1=

100cm2，A2=

80cm2，p1=

1Mpa，液压泵的流量q1=

12L/min。若不计摩擦损失和泄漏，试求:(1)两缸负载相同时，两缸的负载和速度各为多少？(2)缸1不受负载时，缸2能承受多少负载？(3)缸2不受负载时，缸1能承受多少负载？解：由题图，得；（1）当F1

=

F2

时，

（2)当F1

=

0

时，（3)当F2

=

0时，液压缸任务一液压缸的类型和特点例：某单杆液压缸的活塞直径D=80mm

，活塞杆直径d=50mm

，现用流量q=

30L/min

，压力p1=

3MPa

的液压泵供油驱动，试求：（1）液压缸能推动的最大负载；（2）差动工作时，液压缸的速度？解：1）以无杆腔进油，有杆腔回油时，液压缸产生的推力最大，此时能推动的负载为

（2）差动工作时的速度为：

液压缸任务一液压缸的类型和特点二、柱塞缸柱塞缸是单作用液压缸，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。为了减轻重量，防止柱塞下垂(水平放置时)，降低密封装置的单面摩擦，柱塞缸的柱塞通常做成空心的。1-缸体2-柱塞3-导向套4-弹簧卡圈观察结构液压缸任务一液压缸的类型和特点

二、柱塞缸图示为柱塞缸运动时，柱塞上的有效作用力为：

为了得到双向运动，柱塞缸常成对使用。

式中，d为柱塞直径观察原理观察原理柱塞运动速度为：液压缸任务一液压缸的类型和特点

二、柱塞缸柱塞缸最大的特点是柱塞不与缸体接触，运动时靠缸盖上的导向套来导向，因而对缸体内壁的精度要求很低，工艺性好，成本低，特别适用于行程较长的场合。液压缸任务一液压缸的类型和特点三、摆动缸摆动缸也称摆动液压马达，它有单叶片和双叶片两种结构形式。定子块l固定在缸体4上，叶片2与摆动轴连为一体。液压缸任务一液压缸的类型和特点观察结构三、摆动缸摆动缸也称摆动液压马达，它有单叶片和双叶片两种结构形式。定子块l固定在缸体4上，叶片2与摆动轴连为一体。液压缸任务一液压缸的类型和特点

三、摆动缸单叶片式摆动缸的摆动角度较大，可达300°。当两油口交替通入压力油时，在叶片的带动下，它的主轴能输出小于360°的摆动运动。双叶片式摆动缸的摆动角度较小，可以达到150°，它的输出转矩是单叶片式的两倍，而角速度则是单叶片式的一半。摆动缸常用于工夹具的夹紧装置、送料装置、转位装置及需要周期性进给的系统中。液压缸任务一液压缸的类型和特点三、摆动缸视频液压缸任务一液压缸的类型和特点

四、组合式液压缸

1.伸缩缸。伸缩缸也称多级缸，它由两级或多级活塞缸套装而成，前一级活塞缸的活塞是后一级活塞缸的缸体。观察结构液压缸任务一液压缸的类型和特点

四、组合式液压缸

1.伸缩缸。伸缩缸工作时外伸动作逐级进行，首先是最大直径的缸体外伸，当其达到行程终点的时候，稍小直径的缸体开始外伸。由于有效工作面积逐次减小，因此，当输入流量相同时，外伸速度逐次增大；当负载恒定时，渡压缸的工作压力逐状增高。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。收缩缸常用于工程机械和其他行走机械，如起重机伸缩臂液压缸、自卸汽车举升滚压缸等。观察原理液压缸任务一液压缸的类型和特点

四、组合式液压缸

2.齿条活塞缸。齿条活塞缸又称无杆式液压缸，它由带有齿条杆的双活塞缸和齿轮组成。活塞的往复移动经齿轮齿条机构转换成齿轮轴的周期性往复转动。它多用于自动生产线、组台机床等的转位或分度机构中。观察原理观察结构液压缸任务二液压缸的典型结构液压缸主要由缸体组件(缸体、端盖等)、活塞组件(活塞、活塞杆等)、密封件和连接件等基本部分组成。此外，一般液压缸还设有缓冲装置和排气装置。本节主要介绍液压缸的密封、缓冲、排气等内容。缸体端盖活塞活塞杆密封件连接件液压缸

一、密封装置液压缸中的压力油可能通过固定部件的连接处和相对运动部件的配合处泄漏，这将引起液压缸的容积效率降低和油液发热，降低液压缸的工作性能，并且外泄漏还会污染工作环境。因此，液压缸需要采用适当的密封装置来防止和减少泄漏。在液压缸中，相对往复运动部件配合处的泄漏问题较为突出，包括内泄漏和外泄漏，一般不允许外泄漏。因此，要求液压缸所选用的密封元件必须具有良好的密封性能，并且密封性能应随工作压力的提高而自动提高。任务二液压缸的典型结构配合处液压缸一、密封装置1.间隙密封。间隙密封是利用运动部件间的配合间隙起密封作用的。通常在活塞外圆表面上开有若干个环形槽，使活塞四周都有压力油的作用，减小活塞的摩擦力，利于活塞的对中。为了减少泄漏，相对运动部件的配合间隙必须足够小，但不能妨碍运动部件的相对运动，因此，对配合面的加工精度和表面粗糙度提出了较高的要求。合理的配合间隙、配合长度、环槽个数会减低密封的摩擦力且减小泄漏量。间隙密封是非接触式密封，主要用于速度较高、压力较小、尺寸较小的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。任务二液压缸的典型结构液压缸一、密封装置2.密封圈密封。在液压系统中广泛使用密封圈密封。密封圈由耐油橡胶、尼龙等材料组成。它套装在活塞、柱塞或阀芯上，通过密封圈本身的受压弹性变形来实现密封。密封圈密封是接触式密封，磨损后可自动补偿，因此，结构简单，密封可靠。橡胶密封圈的断面通常做成O形、Y形和V形以及组合式等几种。任务二液压缸的典型结构O形Y形V形液压缸

一、密封装置

2.密封圈密封1）O形密封圈O形密封圈是一种截面为圆形的耐油橡胶环,这种密封圈结构简单，密封性能良好，摩擦阻力较小，成本低，体积小，安装沟槽尺寸小，使用非常方便。但使用时需要合适的预压缩量δ1和δ2。O形密封圈常用于直线往复运动和回转运动的密封，这种密封圈的缺点是，当压力较高或沟槽尺寸选择不妥时，密封圈容易披挤出，从而造成密封圈损坏。任务二液压缸的典型结构液压缸

一、密封装置2.密封圈密封1）O形密封圈O形密封圈常用于直线往复运动和回转运动的密封，这种密封圈的缺点是，当压力较高或沟槽尺寸选择不当时，密封圈容易披挤出，从而造成密封圈损坏。任务二液压缸的典型结构1-后盖2-活塞3-缸体4-前盖液压缸一、密封装置2.密封圈密封2）Y形密封圈Y形密封圈依靠略微张开的唇边贴于密封面而保持密封。在油压作用下，唇边作用在密封面上的压力随之增加，并在磨损后有一定的自动补偿能力，故Y形密封圈有较好的密封性能，且能保证较长的使用寿命。在装配Y形密封圈时，一定要使唇边对着有压力的油腔，才能起到密封作用。

Y形密封圈密封可靠，寿命较长，摩擦力小，常用于运动速度较高的液压缸。任务二液压缸的典型结构液压缸一、密封装置2.密封圈密封2）V形密封圈V形密封圈用带夹织物的橡胶制成。它由支承环、密封环和压环三部分叠加组成，密封压力高时，可增加密封环的数量。安装时也应注意方向，即密封环的开口应面向压力油腔。V形密封圈耐高压，密封性能好，但密封处摩擦力较大。任务二液压缸的典型结构液压缸二、缓冲装置当液压缸拖动的运动部件的质量较大，运动速度较高时，由于惯性力较大，具有很大的动能，因而在活塞运动到缸体的终端时，会与端盖发生机械碰撞，产生冲击和噪声，引起液压缸的破坏。故在大型、高速或高精度的液压设备中，必须设置缓冲装置。缓冲的一般原理是：当活塞快速运动到接近缸盖时，通过