第五章 液壓缸課件

1、第五章 液壓缸,2,本章提要,液壓缸的類型及特點 液壓缸的設(shè)計計算 液壓缸的典型結(jié)構(gòu) 液壓缸的密封,要求： 掌握液壓缸設(shè)計中應(yīng)考慮的主要問題，包括結(jié)構(gòu)類型的選擇和參數(shù)計算等，為液壓缸設(shè)計打下基礎(chǔ),3,本章教學(xué)內(nèi)容,3.1 液壓缸的類型及特點,3.2 液壓缸的結(jié)構(gòu),3.3 液壓缸的設(shè)計與計算,本章小結(jié),習(xí) 題,作用：壓力能機械能 液壓缸用于實現(xiàn)直線往復(fù)運動或擺動 液壓馬達用于實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動,動畫,6,液壓缸（油缸）主要用于實現(xiàn)機構(gòu)的直線往復(fù)運動，也可以實現(xiàn)擺動，其結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，應(yīng)用廣泛,輸入量：流量和壓力（液壓功率） 輸出量：速度和力（機械功率,注：液壓缸和液壓馬達都是液壓執(zhí)行元件， 其職能

2、是將液壓能轉(zhuǎn)換為機械能,3.1 液壓缸的類型及特點,7,液壓缸的分類,按供油方向分：單作用缸和雙作用缸 按結(jié)構(gòu)形式分：活塞缸、柱塞缸、伸縮套筒 缸、擺動液壓缸。 按活塞桿形式分：單活塞桿缸、雙活塞桿缸,8,活塞式液壓缸可分為雙桿式和單桿式兩種結(jié)構(gòu)形式，其安裝又有缸筒固定和活塞桿固定兩種方式,3.1.1.1 雙桿活塞液壓缸,雙活塞桿液壓缸的活塞兩端都帶有活塞桿，分為缸體固定和活塞桿固定兩種安裝形式，如圖3.1所示,3.1.1 活塞式液壓缸,圖3.1,動畫演示,9,因為雙活塞桿液壓缸的兩活塞桿直徑相等，所以當(dāng)輸入流量和油液壓力不變時，其往返運動速度和推力相等。則缸的運動速度v和推力F分別為,3.1

3、,3.2,d 分別為活塞直徑和活塞桿直徑,q 輸入流量,A 活塞有效工作面積,這種液壓缸常用于要求往返運動速度相同的場合,d,D,3.1.1.1 雙桿活塞液壓缸,10,3.1.1.2單活塞桿液壓缸,單活塞桿液壓缸的活塞僅一端帶有活塞桿，活塞雙向運動可以獲得不同的速度和輸出力，其簡圖及油路連接方式如圖3.2所示,3.1.1 活塞式液壓缸,圖3.2,11,無桿腔進油,a)無桿腔進油,3.1.1.2單活塞桿液壓缸,3.1.1 活塞式液壓缸,12,有桿腔進油,3.1.1.2單活塞桿液壓缸,3.1.1 活塞式液壓缸,13,上式表明： 當(dāng)活塞桿直徑愈小時，速度比接近1，在兩個方向上的速度差值就愈小,3.1

4、.1.2單活塞桿液壓缸,3.1.1 活塞式液壓缸,比較上述各式，可以看出：v2v1，F(xiàn)1F2；液壓缸往復(fù)運動時的速度比為,14,圖3. 3 差動連接缸,差動連接,3.1.1.2單活塞桿液壓缸,3.1.1 活塞式液壓缸,動畫演示,15,兩腔的壓力相等，活塞兩側(cè)有效面積不等，活塞向右運動,將往未差動連接的無桿腔輸油的工況和差動連接缸相比 較，從公式可以看到，后者的速度較快，但輸出力較小,差動連接,p,3.1.1.2單活塞桿液壓缸,3.1.1 活塞式液壓缸,16,圖3.3 柱塞式液壓缸,當(dāng)活塞式液壓缸行程較長時，加工難度大，使得制造成本增加。 某些場合所用的液壓缸并不要求雙向控制，柱塞式液壓缸正是滿

5、足了這種使用要求的一種價格低廉的液壓缸,3.1.2 柱塞式液壓缸,動畫演示,17,如圖3.3(a)所示，柱塞缸由缸筒、柱塞、導(dǎo)套、密封圈和壓蓋等零件組成，柱塞和缸筒內(nèi)壁不接觸，因此缸筒內(nèi)孔不需精加工，工藝性好，成本低,3.1.2 柱塞式液壓缸,18,p1,p2,3.1.2 柱塞式液壓缸,柱塞式液壓缸是單作用的，它的回程需要借助自重或彈簧等其它外力來完成。如果要獲得雙向運動，可將兩柱塞液壓缸成對使用為減輕柱塞的重量，有時制成空心柱塞,三者液壓缸速度比較,動畫演示,20,3.1.3 擺動式液壓缸,擺動液壓缸能實現(xiàn)小于360角度的往復(fù)擺動運動，由于它可直接輸出扭矩，故又稱為擺動液壓馬達，主要有單葉片

6、式和雙葉片式兩種結(jié)構(gòu)形式,圖3.4 擺動液壓缸,動畫演示,21,圖3.4 擺動液壓缸,單葉片擺動液壓缸主要由定子塊1、缸體2、擺動軸3、葉片4、左右支承盤和左右蓋板等主要零件組成。定子塊固定在缸體上，葉片和擺動軸固連在一起，當(dāng)兩油口相繼通以壓力油時，葉片即帶動擺動軸作往復(fù)擺動,3.1.3 擺動式液壓缸,22,當(dāng)考慮到機械效率時，單葉片缸的擺動軸輸出轉(zhuǎn)矩為,3.10,3.1.3 擺動式液壓缸,圖3.4 擺動液壓缸,23,3.1.3 擺動式液壓缸,圖3.4 擺動液壓缸,24,單葉片擺動液壓缸的擺角一般不超過280 。 雙葉片擺動液壓缸的擺角一般不超過150,當(dāng)輸入壓力和流量不變時，雙葉片擺動液壓缸

7、擺動軸輸出轉(zhuǎn)矩是相同參數(shù)單葉片擺動缸的兩倍，而擺動角速度則是單葉片的一半,3.1.3 擺動式液壓缸,q,圖3.4 擺動液壓缸,25,3.1.3 擺動式液壓缸,擺動缸結(jié)構(gòu)緊湊，輸出轉(zhuǎn)矩大，但密封困難，一般只用于中、低壓系統(tǒng)中往復(fù)擺動，轉(zhuǎn)位或間歇運動的地方,q,圖3.4 擺動液壓缸,26,3.1.4 伸縮式液壓缸,套筒活塞,伸縮式單作用缸,動畫演示,27,伸縮式雙作用缸,缸體兩端有進、出油口A和B。當(dāng)A口進油，B口回油時，先推動一級活塞向左運動。一級活塞左行至終點時，二級活塞在壓力油的作用下繼續(xù)向左運動,伸縮式液壓缸的特點是：活塞桿伸出的行程長，收縮后的結(jié)構(gòu)尺寸小，適用于翻斗汽車，起重機的伸縮臂等

8、,3.1.4 伸縮式液壓缸,動畫演示,28,3.1.4 伸縮式液壓缸,29,齒條活塞缸由帶有齒條桿的雙作用活塞缸和齒輪齒條機構(gòu)組成，活塞往復(fù)移動經(jīng)齒條、齒輪機構(gòu)變成齒輪軸往復(fù)轉(zhuǎn)動,圖3.6 齒條活塞液壓缸的結(jié)構(gòu)圖 1 緊固螺帽；2 調(diào)節(jié)螺釘；3 端蓋； 4 墊圈；5 O形密封圈；6 擋圈；7 缸套；8 齒條活塞；9 齒輪；l0 傳動軸；11 缸體；12 螺釘,3.1.5 齒條活塞缸,30,3.1.6 增壓液壓缸,其輸入為低壓，輸出則為高壓,增壓缸原理圖,31,控制a，b油口的進油工況，可控制活塞的運動速度,增速缸原理圖 1柱塞；2活塞；3缸筒,b,c,3.1.7 增速缸,32,3.2 液壓缸的

9、結(jié)構(gòu),圖3.9 雙作用單活塞桿液壓缸結(jié)構(gòu)圖 l 缸底；2 卡鍵；3、5、9、11 密封圈；4 活塞；6 缸筒；7 活塞桿；8 導(dǎo)向套；10 缸蓋；12 防塵圈；13 耳軸,33,圖3.9 雙作用單活塞桿液壓缸結(jié)構(gòu)圖 l 缸底；2 卡鍵；3、5、9、11 密封圈；4 活塞；6 缸筒； 7 活塞桿；8 導(dǎo)向套；10 缸蓋；12 防塵圈；13 耳軸,3.2 液壓缸的結(jié)構(gòu),單活塞桿液壓缸主要由缸底1、缸筒6、缸蓋10、活塞4、活塞桿7和導(dǎo)向套8等組成。缸筒一端與缸底焊接，另一端與缸蓋采用螺紋連接?；钊c活塞桿采用卡鍵連接。為了保證液壓缸的可靠密封，在相應(yīng)部位設(shè)置了密封圈3、5、9、11和防塵圈12,3

10、4,3.2.1.1 缸筒與端蓋的連接,圖3.8 缸體與缸蓋的連接結(jié)構(gòu),3.2.1 缸體組件,35,2）半環(huán)式連接 分為外半環(huán)連接和內(nèi)半環(huán)連接兩種連接形式,1)法蘭式連接,3.2.1.1 缸筒與端蓋的連接,3.2.1 缸體組件,36,3）螺紋式連接,外螺紋連接,內(nèi)螺紋連接,3.2.1.1 缸筒與端蓋的連接,3.2.1 缸體組件,37,5）焊接式連接,4）拉桿式連接,缸筒與端蓋的連接,3.2.1 缸體組件,38,缸筒是液壓缸的主體，其內(nèi)孔一般采用鏜削、絞孔、滾壓或珩磨等精密加工工藝制造，表面粗造度在0.1m0.4m,端蓋裝在缸筒兩端，與缸筒形成封閉油腔，同樣承受很大的液壓力，因此，端蓋及其連接件都

11、應(yīng)有足夠的強度,導(dǎo)向套(對活塞桿或柱塞起導(dǎo)向和支承作用，有些液壓缸不設(shè)導(dǎo)向套，直接用端蓋孔導(dǎo)向,缸筒，端蓋和導(dǎo)向套的材料選擇和技術(shù)要求可參考液壓設(shè)計手冊,3.2.1 缸體組件,39,3.2.2 活塞組件,活塞組件由活塞、密封件、活塞桿和連接件等組成,活塞與活塞桿的連接形式,如圖3.9所示，活塞與活塞桿的連接最常用的有螺紋連接和半環(huán)連接形式，除此之外還有整體式結(jié)構(gòu)、焊接式結(jié)構(gòu)、錐銷式結(jié)構(gòu)等,40,活塞裝置上的密封件主要用來防止液壓油的泄漏。對密封裝置的基本要求是具有良好的密封性能，并隨壓力的增加能自動提高密封性。除此以外，摩擦阻力要小，耐油。 油缸主要采用密封圈密封，密封圈有O形、V形、Y形及組

12、合式等數(shù)種，其材料為耐油橡膠、尼龍、聚氨脂等,1）O形密封圈,O形密封圈的截面為圓形，主要用于靜密封。與唇形密封圈相比，運動阻力較大，作運動密封時容易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，故一般不單獨用于油缸運動密封,3.2.3 .1 活塞組件上的密封,3.2.2 活塞組件,41,1）O形密封圈,圖3.10 O型密封圈的結(jié)構(gòu)原理,a）普通型,b）有擋板型,42,O形圈密封的原理：任何形狀的密封圈在安裝時，必須保證適當(dāng)?shù)念A(yù)壓縮量，過小不能密封，過大則摩擦力增大，且易于損壞。因此，安裝密封圈的溝槽尺寸和表面精度必須按有關(guān)手冊給出的數(shù)據(jù)嚴(yán)格保證。 在動密封中，當(dāng)壓力大于10MPa時，O形圈就會被擠入間隙中而損壞，為此需在O形圈

13、低壓側(cè)設(shè)置聚四氟乙烯或尼龍制成的擋圈，雙向受高壓時，兩側(cè)都要加擋圈,a）普通型 （b）有擋板型 圖3.10 O型密封圈的結(jié)構(gòu)原理,43,V形圈的截面為V形，如圖3.11所示，V形密封裝置是由壓環(huán)、V形圈和支承環(huán)組成。當(dāng)工作壓力高于10MPa時，可增加V形圈的數(shù)量，提高密封效果。安裝時，V形圈的開口應(yīng)面向壓力高的一側(cè),2）V形密封圈,a)壓環(huán) b)V型圈 c)支承環(huán) 圖3.11 V形密封圈,44,Y形密封圈的截面為Y形，屬唇形密封圈。它是一種摩擦阻力小、壽命較長的密封圈，應(yīng)用普遍。Y形圈主要用于往復(fù)運動的密封。根據(jù)截面長寬比例的不同，Y形圈可分為寬斷面和窄斷面兩種形式，圖3.12所示為寬斷面Y形

14、密封圈,3）Y形密封圈,圖3.12 Y形密封圈,45,圖3.12 Y形密封圈,Y形圈安裝時，唇口端面應(yīng)對著液壓力高的一側(cè)。當(dāng)壓力變化較大，滑動速度較高時，要使用支承環(huán)，以固定密封圈，如圖3.12（b）所示,46,3.2.3 緩沖裝置,為了防止這種危害，保證安全，應(yīng)采取緩沖措施，對液壓缸運動速度進行控制,當(dāng)液壓缸帶動質(zhì)量較大的部件作快速往復(fù)運動時，由于運動部件具有很大的動能，因此當(dāng)活塞運動到液壓缸終端時，會與端蓋碰撞，而產(chǎn)生沖擊和噪聲。這種機械沖擊不僅引起液壓缸的有關(guān)部分的損壞，而且會引起其它相關(guān)機械的損傷,47,圖3.13 液壓缸緩沖裝置,3.2.3 緩沖裝置,當(dāng)活塞移至端部，緩沖柱塞開始插入缸端的緩沖孔時，活塞與缸端之間形成封閉空間，該腔中受困擠的剩余油液只能從節(jié)流小孔或緩沖柱塞與孔槽之間的節(jié)流環(huán)縫中擠出，從而造成背壓迫使運動柱塞降速制動，實現(xiàn)緩沖,48,3.2.4 排氣裝置,因此，設(shè)計液壓缸時，必須考慮空氣的排除,對于速度穩(wěn)定性要求較高的液壓缸和大型液壓缸，常在液壓缸的最高處設(shè)置專門的排