第四章 液壓缸

第四章液壓缸將液壓泵供給的液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能而對(duì)負(fù)載作功，實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。2/6/20231液壓與液力傳動(dòng)第四章液壓缸第一節(jié)液壓缸的類(lèi)型及特點(diǎn)第二節(jié)液壓缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算第三節(jié)液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2/6/20232液壓與液力傳動(dòng)一、液壓缸的分類(lèi)

1.按結(jié)構(gòu)形式分：活塞式、柱塞式、組合式。2.按作用方式分：?jiǎn)巫饔檬剑阂后w只控制缸一腔單向運(yùn)動(dòng)；雙作用式：液體控制缸兩腔實(shí)現(xiàn)雙向運(yùn)動(dòng)。3.按用途分：串聯(lián)缸、增壓缸、增速缸、步進(jìn)缸。4.按使用的壓力分：低壓缸、中壓缸、高壓缸、超高壓缸。第一節(jié)液壓缸的類(lèi)型及特點(diǎn)2/6/20233液壓與液力傳動(dòng)二、典型液壓缸1.活塞式液壓缸（1）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。（2）分類(lèi)：

①按伸出活塞桿不同分：雙桿、單桿、無(wú)桿（齒輪齒條式）。②按固定方式不同分：缸體固定、活塞桿固定（3）單活塞桿液壓缸結(jié)構(gòu)第一節(jié)液壓缸的類(lèi)型及特點(diǎn)2/6/20234液壓與液力傳動(dòng)單活塞桿油缸結(jié)構(gòu)：?jiǎn)位钊麠U液壓缸只有一端有活塞桿。如圖所示是一種單活塞液壓缸。其兩端進(jìn)出口油口A和B都可通壓力油或回油，以實(shí)現(xiàn)雙向運(yùn)動(dòng)，故稱為雙作用缸。第一節(jié)液壓缸的類(lèi)型及特點(diǎn)2/6/20235液壓與液力傳動(dòng)第一節(jié)液壓缸的類(lèi)型及特點(diǎn)(4)單活塞桿液壓缸的連接形式2/6/20236液壓與液力傳動(dòng)第一節(jié)液壓缸的類(lèi)型及特點(diǎn)①

簡(jiǎn)單連接式特點(diǎn)：1）兩腔面積不等,A1>A2；2)壓力相同時(shí)，推力不等流量相同時(shí)，速度不等即不具有等推力等速度特性。速度推力計(jì)算：無(wú)桿腔進(jìn)油時(shí)：v1=q/A1=4q/πD2；F1=p1A1-p2A2=π[D2p1-(D2-d2)p2]/4有桿腔進(jìn)油時(shí)：v2=q/A2=4q/π(D2-d2)；F2=p1A2-p2A1=π[(D2-d2)p1-D2p2]/4單活塞桿液壓缸簡(jiǎn)單連接比較∵A1>A2

∴v1<v2，F(xiàn)1>F2

故活塞桿伸出時(shí)，推力較大，速度較??；活塞桿縮回時(shí)，推力較小，速度較大。因而：活塞桿伸出時(shí)，適用于重載慢速活塞桿縮回時(shí)，適用于輕載快速往復(fù)速比：λv=v2/v1=D2/D2-d22/6/20237液壓與液力傳動(dòng)②差動(dòng)連接：?jiǎn)螚U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。差動(dòng)連接速度、推力計(jì)算：∵v3A1=q

+v3A2；

∴v3=q/A1-A2=4q/πd2F3=p1（A1-A2）

=πd2p1/4

差動(dòng)連接特點(diǎn)：在不增加流量的前提下，實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)。③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)如下工作循環(huán)：（差動(dòng)連接）（無(wú)桿腔進(jìn)油）（有桿腔進(jìn)油）快進(jìn)→工進(jìn)→快退v3、F3v1、F1v2、F2

第一節(jié)液壓缸的類(lèi)型及特點(diǎn)2/6/20238液壓與液力傳動(dòng)（5）雙桿活塞液壓缸①特點(diǎn)：兩腔面積相等；壓力相同時(shí)，推力相等，流量相同時(shí)，速度相等。即具有等推力等速度特性。第一節(jié)液壓缸的類(lèi)型及特點(diǎn)2/6/20239液壓與液力傳動(dòng)②推力、速度計(jì)算：

v=q/A=4q/π(D2-d2)；F=(p1-p2)A=π(D2-d2)(p1-p2)/4③工作形式：缸體固定式：進(jìn)油腔回油腔運(yùn)動(dòng)方向左右活塞右移右左活塞左移此種方式占地面積大，三倍于缸筒L，用于中小型設(shè)備，進(jìn)油腔位置與活塞運(yùn)動(dòng)方向相反。桿固定式：進(jìn)油腔回油腔運(yùn)動(dòng)方向左右缸體左移右左缸體右移此種方式占地范圍小，為缸筒長(zhǎng)度的兩倍，用于大中型設(shè)備。進(jìn)油腔位置與活塞運(yùn)動(dòng)方向相同。第一節(jié)液壓缸的類(lèi)型及特點(diǎn)2/6/202310液壓與液力傳動(dòng)2.柱塞式液壓缸(1)定義：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。(1)結(jié)構(gòu)：缸體、柱塞、導(dǎo)向套、鋼絲卡圈等。第一節(jié)液壓缸的類(lèi)型及特點(diǎn)2/6/202311液壓與液力傳動(dòng)(3)工作原理只能單向運(yùn)動(dòng)，回程需靠外力自重或彈簧力，需雙向運(yùn)動(dòng)時(shí)，常成對(duì)使用。(4)速度、推力計(jì)算v=q/A=4q/πd2

F=pA=πd2p/4(5)特點(diǎn)

∵柱塞工作時(shí)總是受壓，一般較粗∴水平放置易下垂，產(chǎn)生單邊磨損故常垂直放置，有時(shí)可做成空心又∵缸體內(nèi)壁與柱塞不接觸∴可不加工或只粗加工，工藝性好故常用于長(zhǎng)行程機(jī)床，如龍門(mén)刨床、導(dǎo)軌磨床、大型拉床。動(dòng)畫(huà)演示第一節(jié)液壓缸的類(lèi)型及特點(diǎn)2/6/202312液壓與液力傳動(dòng)3.擺動(dòng)液壓缸(1)分類(lèi)：分為單葉片式、雙葉片。第一節(jié)液壓缸的類(lèi)型及特點(diǎn)2/6/202313液壓與液力傳動(dòng)(2)組成：缸體、定子塊、葉片、傳動(dòng)軸等。(3)工作原理：

當(dāng)缸的一個(gè)油口進(jìn)壓力油，另一油口回油時(shí)，葉片在壓力油作用下往一個(gè)方向擺動(dòng)，帶動(dòng)軸偏轉(zhuǎn)一定角度小于3600）當(dāng)進(jìn)回油口互換時(shí)，擺動(dòng)油缸反轉(zhuǎn)。(4)參數(shù)計(jì)算：

T=zb/2·(R2-r2)(p1-p2)ηm；ω=2qηcv/zb(R2-r2)對(duì)于雙葉片：T雙=2T單；ω雙=1/2·ω單

(當(dāng)輸入液壓油壓力和流量不變時(shí)）(5)特點(diǎn)：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)。第一節(jié)液壓缸的類(lèi)型及特點(diǎn)2/6/202314液壓與液力傳動(dòng)三、其它形式的常用缸1.增壓缸（增壓器）

(1)作用：得到高于泵壓的輸出壓力。(2)結(jié)構(gòu)：分單作用、雙作用增壓缸。(3)增壓原理：A1p1=A2p2

p1πD2/4=p2πd2/4p2=A1/A2p1=p1D2/d2

=Kp1K—增壓比第一節(jié)液壓缸的類(lèi)型及特點(diǎn)(4)特點(diǎn)：在不提高泵壓的前提下，依靠A的變化單作用實(shí)現(xiàn)斷續(xù)增壓，雙作用實(shí)現(xiàn)持續(xù)增壓。2/6/202315液壓與液力傳動(dòng)2/6/202316液壓與液力傳動(dòng)2.多級(jí)缸（伸縮缸）(1)結(jié)構(gòu)：由兩個(gè)或多個(gè)活塞缸或柱塞缸套裝而成，有單作用和雙作用之分。

(2)工作原理活塞或柱塞伸出時(shí)，從大到小，速度逐漸增大，推力逐漸減小。活塞或柱塞縮回時(shí)，從小到大。(3)特點(diǎn)：∵工作時(shí)可伸很長(zhǎng)，不工作時(shí)縮短，∴占地面積小，且推力隨行程增加而減小。故起重機(jī)伸縮臂、自動(dòng)傾卸卡車(chē)、火箭發(fā)射臺(tái)等皆用。動(dòng)畫(huà)演示第一節(jié)液壓缸的類(lèi)型及特點(diǎn)2/6/202317液壓與液力傳動(dòng)3.齒條活塞缸（無(wú)桿液壓缸）(1)結(jié)構(gòu)：缸體、活塞、齒條、齒輪、端蓋等。第一節(jié)液壓缸的類(lèi)型及特點(diǎn)(2)工作原理左腔進(jìn)油，右腔回油時(shí)，齒條右移，齒輪帶動(dòng)工作臺(tái)逆轉(zhuǎn)。右腔進(jìn)油，左腔回油時(shí)，齒條左移，齒輪帶動(dòng)工作臺(tái)順轉(zhuǎn)。(3)應(yīng)用：常用于需要回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合，如：自動(dòng)線、磨床。2/6/202318液壓與液力傳動(dòng)第二節(jié)液壓缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算一、主要參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算1.液壓缸工作壓力的確定：

根據(jù)液壓缸的實(shí)際工況，計(jì)算出外負(fù)載大小，然后參考下表選取適當(dāng)?shù)墓ぷ鲏毫Α?.液壓缸內(nèi)徑D的確定：(1)根據(jù)最大總負(fù)載和選取的工作壓力來(lái)確定:負(fù)載（KN）0~0.770~140140~250>250壓力（Mpa）610~1418~21322/6/202319液壓與液力傳動(dòng)(2)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D第二節(jié)液壓缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算計(jì)算所得液壓缸的內(nèi)徑（即活塞直徑）應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)值。3.活塞桿直徑d

受拉時(shí)：d=(0.3-0.5)D

受壓時(shí)：d=(0.5-0.55)D(p1<5Mpa)d=(0.6-0.7)D(5Mpa<p1<7Mpa)d=0.7D(p1>7Mpa)直徑d強(qiáng)度校核：d≥[4F/π(σ)]1/2d—活塞桿直徑；F—液壓缸的負(fù)載；(σ)—活塞桿材料許用應(yīng)力;(σ)=σb/n。2/6/202320液壓與液力傳動(dòng)4.液壓缸缸體長(zhǎng)度L

原則：由液壓缸最大行程、活塞寬度、活塞桿導(dǎo)向套長(zhǎng)度活塞桿密封長(zhǎng)度和特殊要求的其它長(zhǎng)度確定,減小加工難度，一般液壓缸缸體長(zhǎng)度不應(yīng)大于內(nèi)徑的20—30倍。5.缸筒壁厚δ確定原則:中低壓系統(tǒng)，無(wú)需校核；高壓大直徑時(shí)，必須校核δ。缸筒最薄處壁厚：δ≥pyD/2(σ)δ—缸筒壁厚；D—缸筒內(nèi)徑；py—缸筒試驗(yàn)壓力，當(dāng)額定壓Pn>16MPa時(shí)，Py=1.25Pn；Pn≤16MPa時(shí)，Py=1.5Pn；(σ)—缸筒材料許用應(yīng)力。(σ)=σb/n，n為安全系數(shù)，當(dāng)D/δ≥10時(shí)，一般取n=5.第二節(jié)液壓缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算2/6/202321液壓與液力傳動(dòng)6.其它部位尺寸的確定

導(dǎo)向長(zhǎng)度H≥L/20+D/2（L為液壓缸最大行程）

活塞寬度B=（0.6—1.0）D；

導(dǎo)向套滑動(dòng)面長(zhǎng)度AA=(0.6—10)D（D<80mm）；A=(0.6—1)d（D≥80mm）如裝有隔套K時(shí)，C=H-（A+B）/2

活塞桿長(zhǎng)度由行程L確定，必要時(shí)需進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。當(dāng)液壓缸承受軸向壓縮載荷時(shí)：若l/d≤15時(shí)，無(wú)須驗(yàn)算l/d≥15時(shí)，可按材料力學(xué)有關(guān)公式進(jìn)行。第二節(jié)液壓缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算2/6/202322液壓與液力傳動(dòng)第三節(jié)液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一、液壓缸的典型結(jié)構(gòu)舉例1.典型結(jié)構(gòu)缸體組件、活塞組件、密封件、連接件、緩沖裝置、排氣裝置等。2.設(shè)計(jì)依據(jù)缸工作壓力、運(yùn)動(dòng)速度、工作條件、加工工藝及拆裝檢修等。二、缸體與端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.缸體與端蓋的連接∵工作壓力、缸體材料、工作條件不同,∴連接形式很多。鑄鐵缸體，外形尺寸大。法蘭連接；半環(huán)連接；螺紋連接；焊接連接；拉桿連接。2/6/202323液壓與液力傳動(dòng)2.活塞和活塞桿的連接

∵工作壓力、安裝方式、工作條件的不同?！嗷钊M件有多種結(jié)構(gòu)形式。整體式;焊接式;錐銷(xiāo)式;螺紋式;半環(huán)式.3.活塞桿頭部結(jié)構(gòu)

活塞桿是連接活塞和工作部件的傳力零件，必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度，一般用鋼料制成,且需鍍鉻。4.液壓缸的緩沖裝置(1)緩沖的必要性∵在質(zhì)量較大、速度較高(v>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?！喑Ｔ诖笮汀⒏咚?、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。第三節(jié)液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2/6/202324液壓與液力傳動(dòng)(2)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。(3)緩沖裝置類(lèi)型①圓柱形環(huán)隙式緩沖裝置；②圓錐形環(huán)隙式緩沖裝置；③可變節(jié)流槽式緩沖裝置