液壓缸結(jié)構(gòu)及原理

1、第第5章章 液壓缸液壓缸第章液壓缸第章液壓缸 液壓缸是完成往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行元件，它是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，其輸入?yún)?shù)主要是壓力和流量，輸出參數(shù)主要是力和位移。液壓缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，應(yīng)用廣泛。第章液壓缸第章液壓缸第章液壓缸第章液壓缸 液壓缸的類型較多，按其作用方式分類，可分為單作用式和雙作用式兩大類。 單作用式液壓缸在液壓力作用下只能朝著個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，其反向運(yùn)動(dòng)需要依靠重力或彈簧等外力實(shí)現(xiàn)。 雙作用式液壓缸依靠液壓力可實(shí)現(xiàn)正、反兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。 液壓缸按其結(jié)構(gòu)形式的不同，可分為活塞式、柱塞式，擺動(dòng)式、液壓缸按其結(jié)構(gòu)形式的不同，可分為活塞式、柱塞式，擺動(dòng)式、伸縮式等伸縮式等

2、形式，其中以活塞式液壓缸應(yīng)用最多。 活塞式液壓缸有雙桿活塞缸和單桿活塞缸兩種結(jié)構(gòu)。 雙桿活塞缸的兩端都有活塞桿伸出，按其安裝方式的不同，有缸固定和桿固定兩種。4.1.1 活塞式液壓缸活塞式液壓缸4.1 液壓缸的類型與特點(diǎn)液壓缸的類型與特點(diǎn)1.雙桿活塞缸雙桿活塞缸第章液壓缸第章液壓缸 雙桿活塞缸采用缸固定如圖4-1所示，液壓缸的缸筒1、活塞2、活塞桿3和工作臺(tái)4，工作臺(tái)與活塞桿連接成一體。若油液進(jìn)入液壓缸的左腔，液壓缸右腔的油液回油箱，則在油液壓力的作用下，活塞連同工作臺(tái)一起向右運(yùn)動(dòng)。若改變油液進(jìn)、出液壓缸的方向，則液壓缸及工作臺(tái)一起向左運(yùn)動(dòng)，圖中虛線位置。從圖4-1可知，雙桿活塞缸采用缸固定其

3、工作臺(tái)的最大活動(dòng)范圍約為活塞有效行程的三倍。因此這種安裝方式占地面積較大，常用于小型機(jī)床設(shè)備。lllp 、qp 123v4圖圖4-1 雙桿活塞缸采用缸固定雙桿活塞缸采用缸固定1缸筒 2活塞3活塞桿4工作臺(tái)第章液壓缸第章液壓缸第章液壓缸第章液壓缸 雙桿活塞缸采用桿固定如圖4-2所示，圖4-2a中，活塞桿3為實(shí)心并且固定，缸筒1和工作臺(tái)4連接在一起，若油液進(jìn)入液壓缸的左腔，液壓缸的右腔回油箱，則在油液壓力的作用下，缸筒和工作臺(tái)一起向左運(yùn)動(dòng)。但是，由于缸筒是運(yùn)動(dòng)的，與其相連的進(jìn)、出油管需要采用軟管連接。為了避免油管運(yùn)動(dòng)，可將活塞桿做成空心的，如圖4-2b所示，此時(shí)油管與活塞桿相連。 從圖4-2可以看

4、出，這種活塞缸工作臺(tái)的最大活動(dòng)范圍約為液壓缸有效行程的兩倍，因此占地面積較小，適用于中型及大型機(jī)床。 第章液壓缸第章液壓缸llp 、qp 2v12344321llp 、qp 2v圖圖4-24-2雙桿活塞缸采用雙桿活塞缸采用桿桿固定固定a)實(shí)心雙桿式 b)空心雙桿式1缸筒 2活塞3活塞桿4工作臺(tái)a) b)第章液壓缸第章液壓缸第章液壓缸第章液壓缸2122214ppdDAppF224dDqAqv 雙桿活塞缸的推力及速度的計(jì)算，一般情況下兩個(gè)活塞桿的直徑相等，當(dāng)液壓缸一腔進(jìn)油而另一腔回油時(shí)，兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)速度和推力是相等的。當(dāng)油液的輸入流量為q、輸入壓力為p1和輸出壓力為p2時(shí)，液壓缸的推力F和速度v

5、分別為：(4-1)(4-2)式中 A 活塞的有效工作面積，A=(D2-d2)/4； p1 液壓缸的進(jìn)油腔壓力； p2 液壓缸的回油腔壓力，若液壓缸的出口直接接油箱，p20； D 活塞的直徑； d 活塞桿的直徑； F 液壓缸的推力； v 液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度； q 輸入液壓缸的流量。第章液壓缸第章液壓缸222122211144pdDpDApApF2114DqAqv224dD (4-3)式中Al無(wú)桿腔的有效工作面積，A1 =d2/4；2.單桿活塞缸單桿活塞缸 單桿活塞缸也有缸固定式和桿固定式兩種安裝方式，無(wú)論是缸固定還是桿固定，其工作臺(tái)的最大活動(dòng)范圍約為活塞有效工作行程的兩倍。單桿活塞缸左右兩腔的有效

6、工作面積不相等，因此，兩個(gè)方向產(chǎn)生的推力和速度也都不相等。下面以缸固定式為例分別予以討論。 無(wú)桿腔進(jìn)油，如圖4-3a所示，液壓油從無(wú)桿腔進(jìn)入，其進(jìn)油壓力為p1、流量為q，有桿腔回油，其回油壓力為p，推動(dòng)活塞向右運(yùn)動(dòng)，則液壓缸產(chǎn)生的推力液壓缸產(chǎn)生的推力F1和速度和速度v1為為：(4-4)A2有桿腔的有效工作面積，A2 =(4-3)第章液壓缸第章液壓缸a) b) c) a)無(wú)桿腔進(jìn)油b)有桿腔進(jìn)油c)差動(dòng)連接圖圖4-3 單桿活塞缸單桿活塞缸第章液壓缸第章液壓缸第章液壓缸第章液壓缸第章液壓缸第章液壓缸第章液壓缸第章液壓缸221221221244pDpdDApApF22224dDqAqv222212/

7、11DddDDvv ，如圖4-3b所示，液壓油從有桿腔進(jìn)入，其壓力為p1、流量為q，無(wú)桿腔回油，其壓力為p2，推動(dòng)活塞向左運(yùn)動(dòng)。則液壓缸產(chǎn)生的則液壓缸產(chǎn)生的推力推力F2和速度和速度v2為為： (4-5)(4-6)如果把兩個(gè)方向上輸出速度v2和v1的比值稱為速比系數(shù)，并記作 ，則(4-7) 故活塞桿直徑越小，速比系數(shù)越小，活塞在兩個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)速度差值越小。 有桿腔進(jìn)油第章液壓缸第章液壓缸1221134pdAApF22134dqAAqv ，當(dāng)單桿活塞缸左右兩腔相互接通并同時(shí)輸入液壓油時(shí)，稱為“差動(dòng)連接”。采用差動(dòng)連接的液壓缸稱為差動(dòng)液壓缸。如圖4-3c所示，假設(shè)液壓缸固定，因差動(dòng)液壓缸無(wú)桿腔的液

8、壓力大于有桿腔的液壓力，故活塞向右移動(dòng)，同時(shí)使有桿腔的油液流入無(wú)桿腔，此時(shí)液壓缸液壓缸產(chǎn)生的推力產(chǎn)生的推力F F3 3和速度和速度v v3 3為：為：(4-8)(4-9) 若將F1、F2、F3和v1、v2、v3分別比較便可看出：FlF2、F3，v1v2、v3，即無(wú)桿腔進(jìn)油時(shí)產(chǎn)生的推力大、速度低；差動(dòng)連接和有桿腔進(jìn)油時(shí)產(chǎn)生的推力小、速度高。所以，單桿活塞缸常用在“快進(jìn)(差動(dòng)連接)工進(jìn)(無(wú)桿腔進(jìn)油)快退(有桿腔進(jìn)油)”的液壓系統(tǒng)中。 如果要求v2=v3時(shí)，可得：d =0.707D。 上述活塞缸都是雙作用式的，雙桿活塞缸在機(jī)床中應(yīng)用較多，單桿活塞缸則廣泛地應(yīng)用于各種工程機(jī)械中。 液壓缸的差動(dòng)連接第章

9、液壓缸第章液壓缸a)a) b)b)圖圖4-4 4-4 柱塞缸柱塞缸a)a)單向液壓驅(qū)動(dòng)單向液壓驅(qū)動(dòng) b)b)雙向液壓驅(qū)動(dòng)雙向液壓驅(qū)動(dòng)1 1柱塞柱塞2 2缸筒缸筒3 3工作臺(tái)工作臺(tái) 柱塞式液壓缸柱塞式液壓缸如圖4-4a所示，圖中柱塞1，缸筒2，工作臺(tái)3。這是種單作用式液壓缸。其柱塞1和缸筒2不直接接觸，運(yùn)動(dòng)時(shí)由缸蓋上的導(dǎo)向套來(lái)導(dǎo)向，因此缸筒內(nèi)壁只需粗加工，而柱塞為外圓表面容易加工，故加工工藝性好。它特別適用于行程較長(zhǎng)的場(chǎng)合，如龍門(mén)刨床。此外，常應(yīng)用于液壓升降機(jī)、自卸卡車、叉車和軋機(jī)平衡系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的雙向運(yùn)動(dòng)，柱塞缸可成對(duì)反向布置，如圖4-4b所示。4.1.2 柱塞式液壓缸柱塞式液壓缸第章

10、液壓缸第章液壓缸第章液壓缸第章液壓缸第章液壓缸第章液壓缸pdF2424dqv柱塞缸產(chǎn)生的推力柱塞缸產(chǎn)生的推力F F和運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)速度v v分別為分別為 (4-10)(4-11)式中 A 柱塞缸的有效工作面積，A=d2/4； p 液壓缸的進(jìn)油壓力； d 柱塞的直徑； F 液壓缸的推力； v 液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度； q 輸入液壓缸的流量。第章液壓缸第章液壓缸21222RRbq= 擺動(dòng)式液壓缸又稱為擺動(dòng)式液壓馬達(dá)，其輸出運(yùn)動(dòng)為擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，輸出參數(shù)為轉(zhuǎn)矩和角速度。如圖4-5所示，其主要由缸筒1、葉片軸2、定位塊3和葉片4等組成。 圖4-5a為單葉片式擺動(dòng)缸，其擺動(dòng)角度可達(dá)300。它的理論輸出轉(zhuǎn)矩T和角速度

11、分別為：2121222ppRRbT = (4-13)(4-12)式中R1 葉片軸半徑； R2 缸筒半徑； b 葉片寬度4.1.3 擺動(dòng)式液壓缸擺動(dòng)式液壓缸第章液壓缸第章液壓缸1221p、qp、q1234RRRR a) b)圖圖4-54-5擺動(dòng)缸擺動(dòng)缸a)單葉片式 b)雙葉片式1缸筒2葉片軸3定位塊4葉片 圖4-5b為雙葉片式擺動(dòng)缸。其擺角最大可達(dá)150。它的理論輸出轉(zhuǎn)矩是單葉片式的兩倍，在同等輸入流量下的角速度則是單葉片式的半。 擺動(dòng)式液壓缸的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，但加工制造比較復(fù)雜。在機(jī)床上，可用于回轉(zhuǎn)夾具、送料裝置、間歇進(jìn)刀機(jī)構(gòu)等；在液壓挖掘機(jī)、裝載機(jī)上，可用于鏟斗的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。第章液壓缸第章

12、液壓缸p2 = p1(D/d)2 =Kp1(4-l4)式中 K增壓比，K =(D/d)2。 4.1.4 其他液壓缸其他液壓缸1. 增壓缸增壓缸 增壓缸也叫增壓器增壓缸也叫增壓器 在液壓系統(tǒng)不增加高壓能源的情況下，采用增壓缸可以獲得比液壓系統(tǒng)能源壓力高得多的油液壓力。 圖4-6為一增壓缸，它是利用大小活塞的有效工作面積之比來(lái)使液壓系統(tǒng)中局部區(qū)域獲得高壓的。當(dāng)活塞缸左腔輸入的油液壓力為p1，右腔輸出的油液壓力為p2，大活塞直徑為D，小活塞直徑為d時(shí)，則有第章液壓缸第章液壓缸A1Ap 、q11p 、q22vFvF11p 、q2212p 、q圖4-6 增壓缸 圖4-7 伸縮缸2.伸縮式液壓缸伸縮式液壓

13、缸 伸縮式液壓缸又稱為多級(jí)液壓缸，是由兩個(gè)或多個(gè)活塞套裝而成的，如圖4-7所示，它是把活塞桿作成前一級(jí)的缸筒，伸出時(shí)活塞按有效工作面積由大到小依次伸出，可獲得很長(zhǎng)的工作行程，縮回時(shí)活塞由小到大依次縮回，長(zhǎng)度則較短，故結(jié)構(gòu)較緊湊。由于各級(jí)活塞的有效工作面積不同，在輸入油液壓力和流量不變的情況下，液壓缸的推力和速度是分級(jí)變化的，伸出時(shí)，先動(dòng)作的活塞速度低、推力大，后動(dòng)作的推力小、速度高。伸縮式液壓缸常用于工程機(jī)械(如翻斗汽車，起重機(jī)等)和農(nóng)業(yè)機(jī)械上。第章液壓缸第章液壓缸第章液壓缸第章液壓缸第章液壓缸第章液壓缸3.3.齒條活塞缸齒條活塞缸 齒條活塞缸如圖4-8所示，它是由兩個(gè)活塞缸和一套齒條齒輪傳動(dòng)

14、裝置組成。當(dāng)液壓油進(jìn)入液壓缸左腔，右腔回油時(shí)，油液壓力產(chǎn)生的推動(dòng)使活塞向右移動(dòng)，活塞桿上的齒條便推動(dòng)齒輪作逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)油路換向時(shí)，則齒輪反向轉(zhuǎn)動(dòng)。齒條活塞缸常用于組合機(jī)床的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、回轉(zhuǎn)夾具及數(shù)控機(jī)床機(jī)械手的轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)等。C12CC34CC521ppab圖4-8 齒條缸 圖4-9 多位液壓缸第章液壓缸第章液壓缸第章液壓缸第章液壓缸 4.多位液壓缸多位液壓缸 多位液壓缸一般為雙桿活塞缸，且左右活塞桿直徑相等，缸筒兩端開(kāi)有a、b兩個(gè)進(jìn)油口，以及C1、C2、C3、C4、C5等回油口，每個(gè)回油口均可通過(guò)換向閥與油箱通斷。如圖4-9所示，若所有回油口均與油箱斷開(kāi)，此時(shí)液壓缸兩腔同時(shí)進(jìn)油并且壓力相等

15、，則液壓缸左右腔液壓力相等，活塞不動(dòng)并停留在原虛線位置。若將回油口C4與油箱接通，則液壓缸右腔油液通過(guò)C4回油箱，右腔壓力迅速降低，在液壓力的作用下活塞右移，直至堵住油口C4，此時(shí)兩腔液壓力再次相等，活塞不動(dòng)。因此，該液壓缸能夠按要求停留在所需的位置上，在加工中可用于多工位、不等距離的送料機(jī)構(gòu)。第章液壓缸第章液壓缸 由于液壓缸的行程和使用條件的限制，液壓缸往往需要自行設(shè)計(jì)，由專業(yè)廠家制造。設(shè)計(jì)液壓缸所需的原始資料主要有負(fù)載大小、運(yùn)動(dòng)速度和行程長(zhǎng)短以及液壓缸的結(jié)構(gòu)形式和安裝要求等。因此，設(shè)計(jì)時(shí)必須首先對(duì)整個(gè)液壓系統(tǒng)進(jìn)行工況分析，編制負(fù)載圖，選定工作壓力，確定液壓缸的結(jié)構(gòu)類型、行程和液壓缸的主要尺

16、寸。最后再進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確定缸筒壁厚，驗(yàn)算活塞桿強(qiáng)度和穩(wěn)定性，驗(yàn)算螺栓強(qiáng)度等。4.2液壓缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算液壓缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算第章液壓缸第章液壓缸當(dāng)有桿腔進(jìn)油驅(qū)動(dòng)負(fù)載時(shí)： 1. 大型動(dòng)力設(shè)備(如組合機(jī)床、拉床、壓力機(jī)等) 由液壓缸的推力公式：F=pA，其工作壓力p可以參見(jiàn)表4-1和表4-2，通過(guò)類比法確定，或通過(guò)試驗(yàn)法獲得。然后根據(jù)進(jìn)油情況進(jìn)行計(jì)算，pF4D =(4-15)當(dāng)無(wú)桿腔進(jìn)油驅(qū)動(dòng)負(fù)載時(shí)：pF214D =(4-16)式中 活塞桿的直徑d與液壓缸內(nèi)徑D的比值，d =D，其取值范 圍可見(jiàn)表4-3。4.2.1 液壓缸內(nèi)徑液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑和活塞桿直徑d的確定的確定第章液壓缸第章液壓缸液壓缸壓

17、力與負(fù)載的關(guān)系液壓缸壓力與負(fù)載的關(guān)系負(fù)載F/kN551010202030305050工作壓力p/MPa0.811.522.533446710表表4-2 各類設(shè)備液壓缸常用的壓力各類設(shè)備液壓缸常用的壓力設(shè)備類型磨床車、銑、鉆、鏜床組合機(jī)床龍門(mén)刨床拉床農(nóng)業(yè)機(jī)械小型工程機(jī)械液壓機(jī)、重型機(jī)械起重運(yùn)輸機(jī)械工作壓力p/MPa0.8224352881010162032表表4-3 系數(shù)系數(shù)的推薦值的推薦值活塞桿受力情況受拉時(shí)受壓時(shí)工作壓力p/MPa不限55770.30.450.50.550.60.70.7表表4-1第章液壓缸第章液壓缸ddD12212. 小型動(dòng)力設(shè)備(如磨床、研磨機(jī)床等) 由于按上述方法求解出

18、的數(shù)值較小，故一般按結(jié)構(gòu)需要先確定活塞桿直徑d。再按照速比公式(4-7)計(jì)算液壓缸內(nèi)徑D:(4-17) 注注 意：意：計(jì)算得出的D、d須圓整并取標(biāo)準(zhǔn)值(見(jiàn)表4-4、表4-5)，以便于零件互換。同時(shí)，對(duì)于受載時(shí)速度較低的液壓缸要驗(yàn)算最小穩(wěn)定速度，不能保證的要適當(dāng)增大液壓缸內(nèi)徑。第章液壓缸第章液壓缸810121620253240506380100125160200250320400456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360400液壓缸缸筒內(nèi)徑尺寸系列液壓缸缸筒內(nèi)徑尺寸系列(D/mm)表

19、表4-5 液壓缸活塞桿直徑尺寸系列液壓缸活塞桿直徑尺寸系列(d/mm)表表4-4第章液壓缸第章液壓缸 液壓缸缸筒的長(zhǎng)度由最大工作行程和結(jié)構(gòu)確定。 通常：L=活塞最大行程l+活塞長(zhǎng)度B+活塞桿導(dǎo)向長(zhǎng)度l1+活塞桿密封長(zhǎng)度l2+其他長(zhǎng)度。 其中：活塞長(zhǎng)度B=(0.61)D；活塞桿導(dǎo)向長(zhǎng)度l1=(0.61.5)d；其他長(zhǎng)度是指一些特殊裝置所需長(zhǎng)度，例如液壓缸兩端緩沖裝置所需長(zhǎng)度等。一般缸筒長(zhǎng)度最好不大于其內(nèi)徑的2030倍。4.2.2.液壓缸缸筒長(zhǎng)度液壓缸缸筒長(zhǎng)度L的確定的確定第章液壓缸第章液壓缸 在中、低壓液壓系統(tǒng)中，液壓缸缸筒的壁厚由結(jié)構(gòu)工藝要求決定，強(qiáng)度一般都滿足，故通常不須驗(yàn)算。當(dāng)液壓缸工作壓

20、力較高或缸筒內(nèi)徑較大時(shí)，需對(duì)其最薄處的壁厚進(jìn)行強(qiáng)度校核。校核方法為： 當(dāng)D/10時(shí)，可按薄壁圓筒公式校核，即當(dāng)D/10時(shí)，可按厚壁圓筒公式校核，即2Dpy(4-18) 13.14.02yyppD(4-19)4.2.3.缸筒壁厚的確定與校核缸筒壁厚的確定與校核第章液壓缸第章液壓缸式中缸筒壁厚； D 缸筒內(nèi)徑(或活塞直徑)； py 缸筒試驗(yàn)壓力,一般比最大工作壓力高20%30%； 缸筒材料的許用應(yīng)力，=b/s，b為材料抗拉強(qiáng) 度(查有關(guān)手冊(cè))，s為安全系數(shù)，一般取s=3.55。 應(yīng)當(dāng)注意：算出的壁厚般還要根據(jù)無(wú)縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)或有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)作適當(dāng)?shù)男拚?。第章液壓缸第章液壓?1.強(qiáng)度校核強(qiáng)度校核 活塞桿強(qiáng)度

21、按下式校核F4d(4-20)式中d活塞桿直徑； F液壓缸負(fù)載； 活塞桿材料的許用應(yīng)力，=bs，b為材料抗拉強(qiáng) 度，s為安全系數(shù)，一般取s1.4。2. 穩(wěn)定性驗(yàn)算穩(wěn)定性驗(yàn)算 對(duì)于長(zhǎng)度與直徑之比大于15的受壓活塞桿，應(yīng)按材料力學(xué)公式進(jìn)行穩(wěn)定性校核計(jì)算：即活塞桿所能承受的負(fù)載F，應(yīng)小于使它保持工作穩(wěn)定的臨界負(fù)載Fk。Fk的值與活塞桿材料的性質(zhì)、截面形狀、直徑和長(zhǎng)度、以及液壓缸的安裝方式等因素有關(guān)，可參考材料力學(xué)中的有關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算 。4.2.4.活塞桿的強(qiáng)度和穩(wěn)定性校核活塞桿的強(qiáng)度和穩(wěn)定性校核第章液壓缸第章液壓缸 缸筒與端蓋的連接方法很多，其中以螺栓連接應(yīng)用最廣。當(dāng)缸筒與缸蓋采用法蘭連接時(shí)，要驗(yàn)算連

22、接螺栓的強(qiáng)度。根據(jù)受軸向工作載荷的緊螺栓連接強(qiáng)度校核公式：ZKF2.5d(4-21)式中F液壓缸負(fù)載； K螺紋擰緊系數(shù),K=1.251.5； Z螺栓個(gè)數(shù)； 螺栓材料的許用應(yīng)力，=ss，s為材料的屈服 極限(查有關(guān)手冊(cè))，s為安全系數(shù)，一般取s=1.22.5。4.2.5螺栓強(qiáng)度的校核螺栓強(qiáng)度的校核第章液壓缸第章液壓缸 單桿活塞缸結(jié)構(gòu)如圖4-10所示，它主要應(yīng)用于機(jī)床上，其結(jié)構(gòu)由缸筒、端蓋、活塞、活塞桿等主要部分組成。缸筒11和前后端蓋2、17用四個(gè)拉桿和螺栓1緊固連成一體?；钊?通過(guò)半環(huán)6、軸套5和軸用擋圈4構(gòu)成的半環(huán)連接固定在活塞桿12上，這種連接方式工作可靠。為了保證形成的油腔具有可靠的密封

23、和防止泄漏，在前后端蓋和缸筒之間、缸筒和活塞之間、活塞和活塞桿之間及活塞桿與后端蓋之間都分別設(shè)置了相應(yīng)的密封圈3、7、8和15。為了防止活塞桿在運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生軸線偏斜，后端蓋和活塞桿之間還裝有導(dǎo)向套14，同時(shí)安裝防塵圈16，目的是防止臟物和灰塵進(jìn)入液壓缸內(nèi)部。緩沖套10可以使活塞及活塞桿在右移行程終端處減速，以防止或減弱活塞對(duì)端蓋的撞擊。端蓋上開(kāi)設(shè)的油口布置在缸筒的最上方，以便于回油時(shí)將油液中夾雜的少量空氣帶回油箱溢出。 4.3.1 液壓缸的典型結(jié)構(gòu)液壓缸的典型結(jié)構(gòu)4.3液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第章液壓缸第章液壓缸12345678910111213141516171螺栓 2前端蓋 3、8

24、O形密封圈 4軸用擋圈 5軸套 6半環(huán) 7、15Y形密封圈 9活塞 10緩沖套 11缸筒 12活塞桿 13進(jìn)出油口 14導(dǎo)向套 16防塵圈 17后端蓋圖圖4-10 單桿活塞缸結(jié)構(gòu)圖單桿活塞缸結(jié)構(gòu)圖第章液壓缸第章液壓缸 從上面的例子可以看到，液壓缸的結(jié)構(gòu)基本上由缸筒組件、活塞組件、密封裝置、緩沖裝置和排氣裝置等五大部分組成。缸筒組件包括缸筒和前后端蓋。這一部分的結(jié)構(gòu)問(wèn)題主要是缸筒和端蓋的連接形式。缸筒與端蓋連接的各種典型結(jié)構(gòu)如圖4-11所示，各種連接具備不同的特點(diǎn)。圖4-11a為焊接連接，用于永久連接的場(chǎng)合，連接強(qiáng)度高，但易產(chǎn)生焊接變形，所以多用于較短的液壓缸。圖4-11b為法蘭連接，這種結(jié)構(gòu)易

25、于加工和裝配，但外形尺寸較大，一般用于鑄鐵材料的缸筒。圖4-11c為螺紋連接，這種連接方式具有重量輕，外徑尺寸小等優(yōu)點(diǎn)，但端部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝要求較高。圖4-11d為半環(huán)連接，這種連接方式加工和裝配方便，但開(kāi)槽削弱了缸筒的強(qiáng)度。一般用于無(wú)縫鋼管材料的缸筒。圖4-11e為拉桿連接，用四根拉桿將前、后端蓋和缸筒緊固，徑向尺寸大，這種連接通常只用于較短的液壓缸。4.3.2 液壓缸的組成液壓缸的組成1.缸筒組件缸筒組件 第章液壓缸第章液壓缸a)焊接式 b)法蘭式 c)螺紋式 d)半環(huán)式 e)拉桿式圖圖4-11 缸筒與端蓋連接形式缸筒與端蓋連接形式第章液壓缸第章液壓缸 2.活塞組件活塞組件 活塞組件由活塞

26、和活塞桿及連接件等組成。根據(jù)工作壓力、安裝固定方式及工作條件的不同，活塞和活塞桿的連接方法主要采用如圖4-12所示，圖4-12a為整體式，將活塞和活塞桿做成整體結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單、可靠，但加工比較復(fù)雜，常用于小直徑的液壓缸中。圖4-12b為錐銷連接，這種連接形式加工裝配方便，一般用于輕載場(chǎng)合的雙桿活塞缸。圖4-12c為螺紋連接，這種連接形式在機(jī)床上應(yīng)用較多。但這種結(jié)構(gòu)由于螺紋會(huì)使活塞桿強(qiáng)度削弱，因此不適用于高壓系統(tǒng)，常用于單桿活塞缸。圖4-12d為焊接式連接，這種連接形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但易變形。圖4-12e為半環(huán)連接，這種連接形式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝拆不便，但工作可靠，適用于高壓系統(tǒng)。 第章液壓缸第章

27、液壓缸a) b) c)d) e)a)整體式 b)錐銷式 c)螺紋式 d)焊接式 e)半環(huán)式圖圖4-12 活塞與活塞桿的連接形式活塞與活塞桿的連接形式第章液壓缸第章液壓缸 液壓缸在工作時(shí)，由于壓差的作用以及元件配合存在著間隙，因此，為了減少油液泄漏，液壓缸需要密封。液壓缸的端蓋和缸筒、活塞和活塞桿需要靜密封，一般采用“O”形密封圈。液壓缸的活塞與缸筒、活塞桿與端蓋需要?jiǎng)用芊?，一般采用“Y”、“V” 形密封圈。密封裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及選用詳見(jiàn)第六章。 液壓缸的泄漏有內(nèi)泄漏和外泄漏。內(nèi)泄漏是液壓缸內(nèi)部油液高壓區(qū)向低壓區(qū)的泄漏，內(nèi)泄漏將使油液發(fā)熱、液壓缸的容積效率降低。外泄漏是液壓缸內(nèi)部油液向大氣中泄漏，

28、外泄漏不但使油液損失影響環(huán)境，而且有著火的危險(xiǎn)。 液壓缸設(shè)置緩沖裝置可以使活塞部件行程至末端時(shí)減速并使速度接近于零，以便減少活塞運(yùn)動(dòng)部件的慣性力，減輕活塞與端蓋之間的機(jī)械撞擊，從而減少噪聲和振動(dòng)，防止液壓缸損壞。4.緩沖裝置緩沖裝置3.密封裝置密封裝置第章液壓缸第章液壓缸 緩沖裝置的工作原理是在活塞運(yùn)動(dòng)至接近缸蓋時(shí)，使低壓腔內(nèi)油液通過(guò)節(jié)流裝置來(lái)使活塞降速，從而達(dá)到緩沖的效果。如圖4-13所示，圖4-13a為圓柱環(huán)狀間隙式緩沖裝置，當(dāng)緩沖柱塞進(jìn)入缸蓋上的內(nèi)孔時(shí)，油液必須通過(guò)柱塞與端蓋之間的環(huán)狀配合間隙排出，從而使活塞速度降低。由于環(huán)狀配合間隙是不變的，因此隨著活塞運(yùn)動(dòng)速度的降低，其緩沖效果逐漸減

29、弱。圖4-13b為圓錐環(huán)狀間隙式緩沖裝置，由于柱塞與端蓋之間的配合間隙隨緩沖柱塞的深入而逐漸減小，故緩沖效果較好。圖4-13c為節(jié)流口可調(diào)式緩沖裝置，當(dāng)緩沖柱塞進(jìn)入配合孔后，油液回油必須經(jīng)過(guò)節(jié)流閥才能排出，由于節(jié)流閥1是可調(diào)的，故緩沖作用也可調(diào)，但仍不能解決速度減低后緩沖作用減弱的缺點(diǎn)。圖4-13d為節(jié)流口可變式緩沖裝置，在緩沖柱塞上開(kāi)有三角溝槽，其節(jié)流孔通流斷面越來(lái)越小，解決了在行程最后階段緩沖作用過(guò)弱的問(wèn)題，同時(shí)沖擊壓力小，制動(dòng)位置精度高。第章液壓缸第章液壓缸12a) b)a)圓柱環(huán)狀間隙 b)圓錐環(huán)狀間隙 c)節(jié)流口可調(diào)式 d)節(jié)流口可變式1節(jié)流閥 2單向閥 c) d) 必須指出，上述緩

30、沖裝置，只能在液壓缸行程至端蓋時(shí)才起緩沖作用，當(dāng)執(zhí)行元件在中間行程位置運(yùn)動(dòng)停止時(shí)，上述緩沖裝置不起作用，這時(shí)可通過(guò)在回油路上設(shè)置背壓閥來(lái)解決。 圖圖4-13 液壓缸的緩沖裝置液壓缸的緩沖裝置第章液壓缸第章液壓缸 液壓缸內(nèi)最高部位常常會(huì)聚積空氣，這是由于液壓油中混有空氣，或者液壓缸長(zhǎng)期不用而空氣侵入液壓缸所致，空氣的存在會(huì)使液壓缸運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)，產(chǎn)生振動(dòng)或爬行。為此，設(shè)計(jì)液壓缸時(shí)要考慮空氣的排除。對(duì)于水平放置要求不高的液壓缸一般不設(shè)置專門(mén)的排氣裝置，可將進(jìn)出油口設(shè)置在缸筒兩端的最高處，利用回油使空氣隨油液一起排往油箱，再經(jīng)油箱排出。對(duì)速度穩(wěn)定性要求較高的液壓缸或大型液壓缸，需要在液壓缸兩側(cè)最高部位設(shè)置排氣裝置，如排氣孔或排氣閥。如圖4-14所示為常用排氣閥的典型結(jié)構(gòu)，兩種排氣閥都是在液壓缸排氣時(shí)打開(kāi)，排氣完畢后關(guān)閉。 在上述五大組成部分中，有的可能在整個(gè)液壓系統(tǒng)中統(tǒng)一考慮，有的根據(jù)工作性質(zhì)、特點(diǎn)可能不需要設(shè)置，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意到這點(diǎn)5.5.排氣裝置排氣裝置第章液壓缸第章液壓缸a)螺塞式 b)鋼球式a) b)圖圖4-14 液壓缸的排氣裝置液壓缸的排氣裝置第章液壓缸第章液壓缸液壓缸常見(jiàn)故障現(xiàn)象、原因及排除方法見(jiàn)表4-6所示。故障故障現(xiàn)象現(xiàn)