第3章液壓缸課件

第3章液壓缸

液壓缸的類型及特點液壓缸主要尺寸的確定液壓缸的結(jié)構(gòu)和選用本章主要內(nèi)容為：液壓傳動裝置：汽車吊液壓傳動裝置：汽車吊磨床液壓缸是液壓系統(tǒng)中執(zhí)行元件，它把液壓能轉(zhuǎn)換成機械能。主要用于實現(xiàn)機構(gòu)的直線運動，也可以實現(xiàn)往復(fù)擺動運動，其結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，應(yīng)用廣泛。液壓缸的輸入量是液體的流量和壓力，輸出量是速度和力。液壓缸和液壓馬達(dá)都是液壓執(zhí)行元件，其職能是將液壓能轉(zhuǎn)換為機械能。p1p2FVdQA液壓缸壓力p

流量Q液壓功率作用力F

速度V機械功率液壓缸3.1缸的分類及特點

液壓缸的分類按作用方式分：單作用缸和雙作用缸。按結(jié)構(gòu)形式分：活塞缸、柱塞缸、擺動液壓缸。按活塞桿形式分：單活塞桿缸、雙活塞桿缸。單桿液壓缸雙桿液壓缸柱塞式液壓缸3.1.1活塞式液壓缸

活塞式液壓缸可分為雙桿式和單桿式兩種結(jié)構(gòu)形式，其固定方式有缸筒固定和活塞桿固定兩種方式。3.1.1.1雙桿活塞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固定形式，如圖3.1所示。(a)缸體固定，活塞桿移動(b)活塞桿固定缸體移動，圖3.1雙活塞桿液壓缸缸筒固定：p62圖3-1。機床工作臺的移動范圍約等于活塞有效行程L的三倍，占地面積較大。常用于中小型設(shè)備?；钊麠U固定：p62圖3-1。機床工作臺的移動范圍約等于缸筒有效行程L的兩倍，占地面積小，常用于大中型設(shè)備。10

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）（3.2）式中:、——分別為缸的進(jìn)、回油壓力；——分別為缸的容積效率和機械效率；、、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。dD3.1.1.1雙桿活塞液壓缸Double-endRodCylinder

3.1.1.2單桿活塞缸

單桿活塞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。(a)無桿腔進(jìn)油Ddq(b)有桿腔進(jìn)油q其一端伸出活塞桿，兩腔有效面積不相等，當(dāng)向缸兩腔分別供液體，且壓力和流量都不變時，活塞在兩個方向上的運動速度和推力都不相等。圖4-2單桿活塞缸無桿腔進(jìn)油（4-3）（4-4）活塞的運動速度和推力分別為:(a)無桿腔進(jìn)油Ddq有桿腔進(jìn)油活塞的運動速度和推力分別為:(b)有桿腔進(jìn)油q（4-5）（4-6）比較上述各式，可以看出：>,>；液壓缸往復(fù)運動時的速度比為：（3-7）上式表明：當(dāng)活塞桿直徑愈小時，速度比接近1，在兩個方向上缸的速度差值就愈小。(a)無桿腔進(jìn)油Ddq(b)有桿腔進(jìn)油q兩腔進(jìn)油,差動聯(lián)接(c)差動聯(lián)接缸q當(dāng)單桿活塞缸兩腔同時通入相同壓力的液體時，由于無桿腔受力面積大于有桿腔受力面積，使得活塞向右的作用力大于向左的作用力，因此活塞桿作伸出運動，并將有桿腔的液體擠出，流進(jìn)無桿腔，加快了活塞桿的伸出速度，缸的這種連接方式被稱為差動連接。圖3-3差動連接缸兩腔進(jìn)油,差動聯(lián)接(c)差動聯(lián)接q（3-9）在忽略兩腔連通回路壓力損失的情況下，差動連接液壓缸的推力為：q等效兩腔進(jìn)油,差動聯(lián)接(c)差動聯(lián)接qq等效活塞桿的伸出速度為：活塞向右移動速度為V3.則（3-8）差動連接時的力和速度與非差動相比，速度提高，力降低了?？赏ㄟ^將差動連接的液壓缸的活塞面積A1=2A2設(shè)計，可實現(xiàn)兩者速度相等。差動液壓缸的使用范圍較寬。常用于需要獲得快進(jìn)--（差動連接）--工進(jìn)（無桿腔進(jìn)油）--快退（有桿腔進(jìn)油）工作循環(huán)的組合機床和各類專用設(shè)備的液壓系統(tǒng)中。3.1.2柱塞缸活塞缸內(nèi)孔和尺寸精度很高，并且要求表面光滑，大型或超長行程的液壓缸不易實現(xiàn)這種要求，在這種情況下可以采用柱塞缸。圖3-4柱塞液壓缸25

如圖3.3(a)所示，柱塞缸由缸筒(Bore)、柱塞(Ram)、導(dǎo)套(GuideBushing)、密封圈(Sealings)和壓蓋(EndCaps)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RamTypeCylinders

式中：d—柱塞直徑26

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RamTypeCylinders27

圖3.3柱塞式液壓缸Q

Q

v

ddp1p23.1.2柱塞式液壓缸

RamTypeCylinder(DisplacementCylinder)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。3.1.3擺動缸自學(xué)

圖4-7擺動缸擺動液壓缸能實現(xiàn)往復(fù)擺動運動，主要有單葉片式和雙葉片式兩種結(jié)構(gòu)形式。

圖4-7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。

圖4-8擺動液壓缸當(dāng)考慮到機械效率時，單葉片缸的擺動軸輸出轉(zhuǎn)矩為p1p2（4-10）D—缸體內(nèi)孔直徑；d—擺動軸直徑；b—葉片寬度；

圖4-9擺動液壓缸q根據(jù)能量守恒原理,結(jié)合式(4-10)得輸出角速度為D—缸體內(nèi)孔直徑；d—擺動軸直徑；b—葉片寬度；（4-11）ωqω

單葉片擺動液壓缸的擺角一般不超過280o，雙葉片擺動液壓缸的擺角一般不超過150o。當(dāng)輸入壓力和流量不變時，雙葉片擺動缸擺動軸輸出轉(zhuǎn)矩是單葉片擺動缸的兩倍，而擺動角速度則是單葉片擺動缸的一半。qω

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。3.2液壓缸的主要尺寸確定液壓缸的主要尺寸包括液壓缸的內(nèi)徑D、缸的長度L、活塞桿直徑d。主要根據(jù)液壓缸的負(fù)載、活塞運動速度和行程等因素來確定上述參數(shù)。3.2.1液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑的確定液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d可根據(jù)最大總負(fù)載和選取的工作壓力來定，對單桿缸而言，有：3.2.1液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑的確定液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d可根據(jù)最大總負(fù)載和選取的工作壓力來定，對單桿缸而言，有：有桿腔進(jìn)油時：（3-13）（3-12）無桿腔進(jìn)油時計算中d可參考表3-1確定p67根據(jù)運動速度比來確定缸筒內(nèi)徑和活塞直徑。速度比與工作壓力p有關(guān)。表格3-2p67計算出缸筒內(nèi)徑和活塞直徑以后，按照表p683-3，3-4圓整成標(biāo)準(zhǔn)值。否則無法采用標(biāo)準(zhǔn)密封件。（3-14）3.2.2液壓缸的缸筒長度L確定

液壓缸的缸筒長度由活塞最大行程、活塞長度、活塞桿導(dǎo)向套長度、活塞桿密封長度和特殊要求的長度確定。其中活塞長度為（0.6-1.0）D，導(dǎo)向套長度為（0.6-1.5）d。為減少加工難度，一般液壓缸缸筒長度不應(yīng)大于內(nèi)徑的20-30倍。3.3缸的結(jié)構(gòu)

圖4-13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—耳軸圖4-13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。液壓缸裝配圖1、缸體組件缸筒與端蓋的連接

圖4-14缸體與缸蓋的連接結(jié)構(gòu)3.3.2液壓缸的選用（2）卡環(huán)式連接

(1）法蘭式連接要求缸筒端部有直徑足夠螺釘。是一種常用的連接方大的凸緣，用以安裝螺栓或式。分為外半環(huán)連接和內(nèi)半環(huán)連接兩種連接形式。用于無縫鋼管缸筒與端蓋的連接。（3）螺紋式連接外螺紋連接內(nèi)螺紋連接分為外螺紋和內(nèi)螺紋連接兩種形式。缸筒端部結(jié)構(gòu)復(fù)雜。一般用于外形尺寸小，重量輕的場合。（5）焊接式連接（4）拉桿式連接易于拆裝，但端蓋的體積和較大，只適用于長度不大重量的中低壓缸連接強度高，制造簡單，焊接時易引起缸筒變形。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，要求表面粗糙度在0.1m~0.4m。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。2活塞組件

活塞組件由活塞、活塞桿和連接件等組成?；钊c活塞桿的連接形式

如圖3-14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。

1一活塞桿；2一活塞；3一密封圈；4一彈簧圈；5一螺母1一卡鍵；2一套環(huán)；3一彈簧卡圈活塞和活塞桿

活塞受壓力在缸筒內(nèi)作往復(fù)運動，活塞必須具有一定的強度和良好的耐磨性?；钊话阌描T鐵或鋼制造?；钊慕Y(jié)構(gòu)通常分為整體式和組合式?；钊麠U是連接活塞和工作部件的傳力零件，必須有足夠的強度和剛度?；钊麠U無論是實心還是空心的，通常用鋼制造?；钊趯?dǎo)向套內(nèi)往復(fù)運動，其外圓表面應(yīng)當(dāng)耐磨并具有防腐性能，因此活塞桿外圓表面有時需鍍鉻?；钊突钊麠U的技術(shù)要求可參考有關(guān)手冊?；钊b置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型及組合式等數(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活塞的密封形式（1）O形密封圈圖4-15O型密封圈的結(jié)構(gòu)原理

（a）普通型（b）有擋板型

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）有擋圈型圖4-16O型密封圈的結(jié)構(gòu)原理

V形圈的截面為V形，如圖4-17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4-17V形密封圈

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4-18所示為寬斷面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4-18（b）所示。（3）Y形密封圈

圖4-18Y形密封圈4.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(jìn)行控制。

當(dāng)缸拖動負(fù)載質(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。緩沖的原理是使活塞或缸筒在運動到行程終端時，在出口腔內(nèi)產(chǎn)生足夠的緩沖壓力，從而降低缸的運動速度，避免活塞與缸蓋相撞，實現(xiàn)緩沖。

（1）圓柱形環(huán)隙式如圖3-19a所示，當(dāng)緩沖柱塞進(jìn)入缸蓋上的內(nèi)孔時，缸蓋和活塞見形成緩沖油腔，被封閉油液只能從環(huán)形間隙d排出，產(chǎn)生緩沖壓力，從而實現(xiàn)緩沖減速。在緩沖過程中，由于其節(jié)流面積不變，故緩沖開始時產(chǎn)生的緩沖制動力很大，很快就會降低，緩沖效果差，應(yīng)用于一般系列化的成品液壓缸中。