第四章 液壓缸

1、1 液壓缸液壓缸 液壓缸液壓缸是將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能是將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的、做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)（或擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)）的、做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)（或擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)）的液壓執(zhí)行元件。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作的液壓執(zhí)行元件。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠。用它來(lái)實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，可免可靠。用它來(lái)實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，可免去減速裝置，并且沒(méi)有傳動(dòng)間隙，運(yùn)去減速裝置，并且沒(méi)有傳動(dòng)間隙，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，因此在各種機(jī)械的液壓系統(tǒng)動(dòng)平穩(wěn)，因此在各種機(jī)械的液壓系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。中得到廣泛應(yīng)用。2 液壓缸的類型及特點(diǎn)液壓缸的類型及特點(diǎn) 液壓缸的結(jié)構(gòu)液壓缸的結(jié)構(gòu) 液壓缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算液壓缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 3目的任務(wù)：目的任務(wù)： 了解液壓缸結(jié)構(gòu)形式 掌握液壓缸參數(shù)計(jì)算和特點(diǎn)

2、重點(diǎn)難點(diǎn)：重點(diǎn)難點(diǎn)： 單桿活塞液壓缸 密封、緩沖、排氣4 液壓缸的類型及特點(diǎn)液壓缸的類型及特點(diǎn)直線運(yùn)動(dòng)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)活塞缸單桿雙桿雙作用柱塞缸單作用組合缸擺動(dòng)缸（擺動(dòng)馬達(dá)）齒輪缸按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為:按作用方式可分為:液體只控制缸的一腔液體只控制缸的一腔實(shí)現(xiàn)單向運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)單向運(yùn)動(dòng) 液體控制缸的兩腔實(shí)液體控制缸的兩腔實(shí)現(xiàn)雙向運(yùn)動(dòng)現(xiàn)雙向運(yùn)動(dòng) 5 活塞式液壓缸活塞式液壓缸 雙雙 桿桿 按伸出活塞桿不同按伸出活塞桿不同 單單 桿桿 缸體固定缸體固定 按固定方式不同按固定方式不同 活塞桿固定活塞桿固定 定義：在缸體內(nèi)作相對(duì)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的定義：在缸體內(nèi)作相對(duì)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的組件為活塞的液壓缸。組件為活塞的液壓缸。6結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)

3、構(gòu)特點(diǎn)：活塞兩側(cè)均裝有活塞桿，當(dāng)桿徑相同，有效工作面積一樣。供油壓力和流量不變時(shí),活塞在兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)速度和推力也相等.)(4)(212221ppdDAppF)(422dDqAqvvv基本參數(shù)基本參數(shù)：雙桿活塞式液壓缸雙桿活塞式液壓缸7應(yīng)用及安裝應(yīng)用及安裝應(yīng)用場(chǎng)合：應(yīng)用場(chǎng)合：兩個(gè)方向力和速度一樣的場(chǎng)合。安裝方式：安裝方式：l活塞有效工作行程。 L活塞兩端的活動(dòng)范圍。8缸固定缸固定 L=3 l 實(shí)心雙桿活塞式液壓缸實(shí)心雙桿活塞式液壓缸9桿固定桿固定 L=2 l空心雙桿活塞式液壓缸空心雙桿活塞式液壓缸10單桿活塞式液壓缸單桿活塞式液壓缸結(jié)構(gòu)：缸體、活塞、活塞桿、密封、缸蓋等11單出桿液壓缸工作原理

4、單出桿液壓缸工作原理工作原理：工作原理：活塞在液壓力的作用下，作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。兩側(cè)有效作用面積不等，當(dāng)供油壓力和流量不變時(shí)，活塞在兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)速度和輸出推力不等。應(yīng)用：應(yīng)用：往返運(yùn)動(dòng)速度及推力不同的場(chǎng)合。 無(wú)桿腔進(jìn)油腔回油腔有桿腔12無(wú)桿腔進(jìn)油參數(shù)計(jì)算無(wú)桿腔進(jìn)油參數(shù)計(jì)算1）推力推力式中： p1進(jìn)油壓力 p2回油壓力)(22111ApApF)44(422221dDpDp4)(422212pdppD2114DqAqvvv2）運(yùn)動(dòng)速度）運(yùn)動(dòng)速度13有桿腔進(jìn)油參數(shù)計(jì)算有桿腔進(jìn)油參數(shù)計(jì)算特點(diǎn)：特點(diǎn)：同樣 q ，v1 F2 。 活塞桿直徑越小，兩個(gè)方向速度差值越小。 )(42222dDqAqvvv)(1

5、2212ApApF4)44(22221DpdDp4)(412212pdppD1）推力推力2）運(yùn)動(dòng)速度）運(yùn)動(dòng)速度14例：液壓刨床例：液壓刨床活塞桿升出時(shí)，推力大速度?。豢s回時(shí)，推力小速度大，適用于伸出時(shí)承受工作負(fù)載，縮回時(shí)為空載或輕載的場(chǎng)合。翻斗車15參數(shù)計(jì)算：參數(shù)計(jì)算：推力推力：若不考慮管路壓力損失，P2P1P差動(dòng)連接差動(dòng)連接nF3 F1 。差動(dòng)連接后，推力小4)(221213dppAAAppApAF桿q1q2p q單桿活塞液壓缸兩腔同時(shí)通入流體時(shí)，單桿活塞液壓缸兩腔同時(shí)通入流體時(shí)，利用兩端面積差進(jìn)行工作的連接形式利用兩端面積差進(jìn)行工作的連接形式16差動(dòng)缸運(yùn)動(dòng)速度差動(dòng)缸運(yùn)動(dòng)速度桿Aqv 322

6、Aqv 32vv 22244dDddD2若要使活塞往返速度相等，即：結(jié)論結(jié)論：當(dāng)dD2時(shí)，快進(jìn)、快退速度相等。Dd707. 0或活塞只有一個(gè)，設(shè)此時(shí)的速度為v3322311vAqvAq21qqq)(213AAvq3231vAqvA22134dqAqAAqv桿求得：3 1 。差動(dòng)連接后，在不增加流量的前提下，實(shí)。差動(dòng)連接后，在不增加流量的前提下，實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng). 17單桿活塞液壓缸應(yīng)用單桿活塞液壓缸應(yīng)用單桿活塞液壓缸不同連接，可實(shí)現(xiàn)如下工作循單桿活塞液壓缸不同連接，可實(shí)現(xiàn)如下工作循 環(huán)：環(huán)： （差動(dòng)連接）（差動(dòng)連接） （無(wú)桿腔進(jìn)油）（有桿腔進(jìn)油）（無(wú)桿腔進(jìn)油）（有桿腔進(jìn)油） 快進(jìn)快進(jìn) 工

7、進(jìn)工進(jìn) 快退快退 v3、F3 v1、F1 v2、F2 單桿缸比較單桿缸比較1單桿缸比較單桿缸比較218單活塞液壓缸參數(shù)計(jì)算小結(jié)單活塞液壓缸參數(shù)計(jì)算小結(jié)工作形式工作形式有效面積有效面積運(yùn)動(dòng)速度運(yùn)動(dòng)速度推力推力無(wú)桿腔進(jìn)油A=D2/4V1=4q/D2F1= PD2/4有桿腔進(jìn)油A=(D2-d2)/4V2=4q/(D2-d2) F2= P(D2-d2)/4差動(dòng)連接A=d2/4V3=4q/d2F3= Pd2/419 柱塞缸式液壓缸柱塞缸式液壓缸柱塞缸：在缸體內(nèi)做相對(duì)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的組件是柱塞的液壓缸.組成：缸筒、柱塞、導(dǎo)向套、密封圈、壓蓋單向液壓驅(qū)動(dòng)，回程靠外力（如自重等）。20雙柱塞缸雙柱塞缸雙向液壓驅(qū)動(dòng)，

8、常用21參數(shù)計(jì)算及特點(diǎn)參數(shù)計(jì)算及特點(diǎn)42dppAF推力推力：速度：速度：24dqAqv柱塞粗、受力好。柱塞重量大自重造成單邊磨損，常垂直使用。簡(jiǎn)化加工工藝（缸體內(nèi)孔和柱塞沒(méi)有配合，不需精加工；柱塞外圓面比內(nèi)孔加工容易。） 龍門刨床 常用于長(zhǎng)行程機(jī)床，如 12m/min），由于慣性力較大，活塞運(yùn)動(dòng)到終端時(shí)會(huì)撞擊缸蓋，產(chǎn)生沖擊和噪聲，嚴(yán)重影響加工精度，甚至使液壓缸損壞。 常在大型、高速、或高精度液壓缸中設(shè)置緩沖裝置或在系統(tǒng)中設(shè)置緩沖回路。44n緩沖原理：緩沖原理：利用節(jié)流方法在液壓缸的回油腔產(chǎn)生阻力，減小速度，避免撞擊。 n常用的緩沖裝置常用的緩沖裝置： n環(huán)隙式： (a、b)利用緩沖柱塞A與緩沖

9、油腔B的間隙，產(chǎn)生緩沖壓力，實(shí)現(xiàn)減速制動(dòng)。n節(jié)流式： (c、d)通過(guò)節(jié)流槽、節(jié)流閥調(diào)節(jié)緩沖壓力的大小，使緩沖壓力變化較平緩。4546 排氣裝置排氣裝置n作用：作用：液壓系統(tǒng)混入空氣后，使液壓缸產(chǎn)生爬行或振動(dòng)、前沖。需設(shè)置排氣裝置。n位置：位置：排氣孔的位置應(yīng)配置在缸兩側(cè)的最高處。n排氣裝置：排氣裝置：排氣塞、排氣閥。4748 液壓缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算液壓缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算液壓缸內(nèi)徑D的計(jì)算活塞桿直徑d的計(jì)算液壓缸缸筒長(zhǎng)度l的計(jì)算缸筒壁厚 的校核缸蓋固定螺栓直徑d1的校核活塞桿穩(wěn)定性驗(yàn)算主要尺寸計(jì)算校核計(jì)算49液壓缸工作壓力的確定液壓缸工作壓力的確定50無(wú)桿腔進(jìn)油時(shí)：無(wú)桿腔進(jìn)油時(shí)：有桿腔進(jìn)油時(shí)：有桿腔進(jìn)油

10、時(shí)：)(22111ApApF)(12212ApApF4)(422212pdppD4)(412212pdppD212221)(4pppdppFD211221)(4pppdppFD 液壓缸內(nèi)徑液壓缸內(nèi)徑D D的計(jì)算的計(jì)算( (一一) )一、根據(jù)最大總負(fù)載和工作壓力確定一、根據(jù)最大總負(fù)載和工作壓力確定以單桿缸為例51n無(wú)桿腔進(jìn)油時(shí)n有桿腔進(jìn)油時(shí)n求出D后,按國(guó)標(biāo)圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列尺寸。114pFD2124dPFD設(shè)計(jì)中，常初步選回油壓力P20，公式可簡(jiǎn)化為52二、根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)速度要求和選定液壓泵流量來(lái)確定二、根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)速度要求和選定液壓泵流量來(lái)確定無(wú)桿腔進(jìn)油時(shí)：無(wú)桿腔進(jìn)油時(shí)：由：V1=4q/D2得：D

11、 =4q/V1有桿腔進(jìn)油時(shí)：有桿腔進(jìn)油時(shí)： 由：V2=4q/(D2-d2)得： D=4q/V2d2求出D后，按國(guó)標(biāo)圓整為標(biāo)準(zhǔn)尺寸。53 液壓缸活塞桿直徑液壓缸活塞桿直徑d d的計(jì)算（二）的計(jì)算（二）（2 2）按液壓缸的往復(fù)速度比）按液壓缸的往復(fù)速度比v 確定：確定：推薦液壓缸的往復(fù)速度比v見表43（1 1）按工作壓力和設(shè)備類型確定：）按工作壓力和設(shè)備類型確定：表41、表42求出d后,按國(guó)標(biāo)圓整為標(biāo)準(zhǔn)尺寸。vvDd122212dDDvvv54 液壓缸筒長(zhǎng)度的確定液壓缸筒長(zhǎng)度的確定（三）（三）n液壓缸筒長(zhǎng)度L由所需行程及結(jié)構(gòu)需要確定。n液壓缸筒長(zhǎng)度L活塞最大行程活塞寬度活塞桿導(dǎo)向長(zhǎng)度活塞桿密封長(zhǎng)度

12、其他長(zhǎng)度（如緩沖裝置所需長(zhǎng)度等）n為減小加工難度，一般液壓缸筒長(zhǎng)度不大于內(nèi)徑的2030倍。55 液壓缸的校核液壓缸的校核一、缸筒壁厚一、缸筒壁厚的校核：的校核：薄壁筒（無(wú)縫鋼管，/D0.08)2maxDp式中：pmax 缸筒內(nèi)最高工作壓力厚壁筒（鑄造/D0.03 ）13 . 14 . 02maxmaxppD圓整為標(biāo)準(zhǔn)壁厚: 1）鑄造：滿足最小尺寸; 2）無(wú)縫鋼管：查手冊(cè)。厚壁筒（鑄造0.08/D0.03）maxmax3 3 . 2PDp56二、缸蓋固定螺栓直徑的校核二、缸蓋固定螺栓直徑的校核n固定螺栓在工作中同時(shí)承受拉應(yīng)力和剪切應(yīng)力。n校核公式： d1=5.2KF/Z式中：d1螺栓底徑K螺紋擰

13、緊系數(shù)F缸筒端部承受的最大推力Z螺栓數(shù)5710/dl時(shí)，強(qiáng)度校核即可10/dl時(shí)，要進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算kKnFF 穩(wěn)定條件：式中：F 活塞桿所受最大壓力 Fk 活塞桿的穩(wěn)定臨界力 nk 穩(wěn)定安全系數(shù) nk = 2 4ldF三、活塞桿穩(wěn)定性校核三、活塞桿穩(wěn)定性校核5859學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)要求重點(diǎn)掌握雙作用單桿活塞式液壓缸的三種連接方式的分析和計(jì)算；掌握活塞式、柱塞式三種液壓缸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和圖形符號(hào)；了解液壓缸結(jié)構(gòu)的要求和密封的種類；了解液壓缸設(shè)計(jì)計(jì)算要點(diǎn)及強(qiáng)度、剛度的校核。60習(xí)題 一個(gè)單活塞桿液壓缸，無(wú)桿腔進(jìn)壓力油時(shí)為工作行程，此時(shí)負(fù)載為55000N。有桿腔進(jìn)油時(shí)為快速退回，要求速度提高一倍。液壓缸工作

14、壓力為7MPa，不考慮背壓，計(jì)算選用活塞和活塞桿直徑。61 設(shè)計(jì)一單桿活塞式液壓缸，要求快進(jìn)時(shí)為差動(dòng)連接，快退和快進(jìn)時(shí)速度為.ms，工進(jìn)時(shí)可驅(qū)動(dòng)的負(fù)載為，回油壓力為.a，采用額定壓力為.a、額定流量為min的液壓泵，試確定：（）缸筒內(nèi)徑和活塞桿的直徑；（）若缸筒材料選用無(wú)縫鋼管，其許用應(yīng)力，計(jì)算缸筒的臂厚。27/105mN62圖(a)中，小液壓缸回油腔（面積A1）的油液進(jìn)入大液壓缸（面積A3 ）。而在圖(b)中，兩活塞用機(jī)械直接相連，油路連接和圖(a)相似，供給小液壓缸的流量為Q，壓力為p。試分別計(jì)算圖(a)和圖(b)中大活塞桿上的推力和運(yùn)動(dòng)速度。pA2A3/A1,QA1/A2A3,pA1,Q/A163向一差動(dòng)連接液壓缸供油，液壓油的流量為向一差動(dòng)連接液壓缸供油，液壓油的流量為Q，壓，壓力為力為P。當(dāng)活塞桿直徑變小時(shí)，其活塞速度。當(dāng)活塞桿直徑變小時(shí)，其活塞速度v及作用及作用力力F將如何變化？要使將如何變化？要使v3/v22，則活塞與活塞桿，則活塞與活塞桿直徑之比應(yīng)為多少？直徑之比應(yīng)為多少？3dD64l 某液壓泵的輸出油壓某液壓泵的輸出油壓P=10MPa，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速n=1450r/min，排量，排量V=100ml/r，容積效率，容積效率v v=0.95=0.95，總效率，總效率=0.9，求泵的輸出功率和電動(dòng)求泵的輸出功率和電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率。機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率。l 某變量葉片泵的轉(zhuǎn)子外徑某