液壓與氣壓傳動(dòng)第3章液壓馬達(dá)和液壓缸

液壓馬達(dá)液壓馬達(dá)是將液體壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置,是液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件。馬達(dá)與泵在原理上有可逆性，但因用途不同結(jié)構(gòu)上有些差別：馬達(dá)要求正反轉(zhuǎn)，其結(jié)構(gòu)具有對(duì)稱性；而泵為了保證其自吸性能，結(jié)構(gòu)上采取了某些措施，使之不能通用。第三章液壓馬達(dá)和液壓缸

2一、液壓馬達(dá)液壓馬達(dá)實(shí)體圖液壓馬達(dá)的特性參數(shù):工作壓力與額定壓力:工作壓力p大小取決于馬達(dá)負(fù)載。額定壓力ps

能使馬達(dá)連續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的最高壓力。流量與容積效率:

實(shí)際流量qM＝qMt＋Δq

qMt為理論流量，Δq為瀉漏。容積效率ηMv＝qMt/qM＝1－Δq/qM液壓馬達(dá)的特性參數(shù)排量與轉(zhuǎn)速

排量V為ηMV等于1時(shí)輸出軸旋轉(zhuǎn)一周所需油液體積。轉(zhuǎn)矩與機(jī)械效率

實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩T＝Tt-ΔT

理論輸出轉(zhuǎn)矩Tt＝ΔpVηMm/2π機(jī)械效率ηMm＝TM/TMt功率與總效率ηM＝PMo/Pmi

PMo為馬達(dá)輸出功率，Pmi為馬達(dá)輸入功率。

例2、某液壓馬達(dá)排量為250mL/r，入口壓力為10MPa，

出口壓力為0.5MPa，容積效率和機(jī)械效率均為0.9，

若輸入流量為100L/min，試求(1)液壓馬達(dá)的實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩；

(2)液壓馬達(dá)的實(shí)際輸出轉(zhuǎn)速。

(1)液壓馬達(dá)實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩

TM解根據(jù)公式(2)液壓馬達(dá)實(shí)際輸出轉(zhuǎn)速

n根據(jù)公式答：(1)液壓馬達(dá)的實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩為340N.m；

(2)液壓馬達(dá)的實(shí)際輸出轉(zhuǎn)速為360r/min。

第二章

例3、某液壓馬達(dá)的進(jìn)油壓力為10MPa，排量為

200×10-3L/r，總效率為0.75，機(jī)械效率為0.9，試求

(1)

該馬達(dá)輸出的理論轉(zhuǎn)矩；

(2)

若馬達(dá)的轉(zhuǎn)速為500r/min，則輸入馬達(dá)的流量為多少?(3)若外負(fù)載為200N·m（n=500r/min）時(shí)馬達(dá)的輸入功率和輸出功率各為多少?解:(1)

該馬達(dá)輸出的理論轉(zhuǎn)矩根據(jù)公式由題意可知(2)n=500r/min

時(shí)馬達(dá)的理論流量即輸入馬達(dá)的流量為120L/min。(3)當(dāng)壓力為10MPa時(shí)，它輸出的實(shí)際轉(zhuǎn)矩為當(dāng)外負(fù)載為200N·m，壓力差(即馬達(dá)進(jìn)口壓力)將下降，不是10MPa，而是∴馬達(dá)的輸入功率為:馬達(dá)的輸出功率答：(1)

該馬達(dá)輸出的理論轉(zhuǎn)矩為318.3N.m；

(2)

若馬達(dá)的轉(zhuǎn)速為500r/min，則輸入馬達(dá)的流量為120L/min；

(3)若外負(fù)載為200N·m（n=500r/min）時(shí)馬達(dá)的輸入功率為14KW,輸出功率為10.5KW

。

液壓泵液壓馬達(dá)液壓馬達(dá)液壓泵因?yàn)橛心Σ料哪芰恳簤厚R達(dá)圖形符號(hào):14液壓馬達(dá)的分類一、液壓馬達(dá)按結(jié)構(gòu)分為：齒輪式、葉片式、柱塞式和其它型式。按額定轉(zhuǎn)速分為：高速和低速。

額定轉(zhuǎn)速高于500r/min的屬于高速液壓馬達(dá)，額定轉(zhuǎn)速低于500r/min的屬于低速液壓馬達(dá)。高速液壓馬達(dá)的基本類型有齒輪式、葉片式、柱塞式等，又稱為高速小轉(zhuǎn)距液壓馬達(dá)。低速液壓馬達(dá)的基本型式是徑向柱塞式，又稱為低速大轉(zhuǎn)距液壓馬達(dá)。15一、液壓馬達(dá)齒輪式液壓馬達(dá)實(shí)體圖16一、液壓馬達(dá)齒輪式液壓馬達(dá)組件圖齒輪馬達(dá)

當(dāng)高壓油p進(jìn)入馬達(dá)的高壓腔時(shí)，處于高壓腔的輪齒受到壓力油的作用，根據(jù)它們的受力情況，齒輪按圖示方向旋轉(zhuǎn)。油液被帶到低壓腔。18一、液壓馬達(dá)齒輪式液壓馬達(dá)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1、為適應(yīng)正反轉(zhuǎn)的要求，其進(jìn)出油口的大小相等；2、采用滾動(dòng)軸承；3、齒數(shù)比泵齒數(shù)多；4、密封性差、容積效率低；5、輸入油壓不能過(guò)高，不能產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)矩，多用于高速的場(chǎng)合。19一、液壓馬達(dá)葉片式液壓馬達(dá)實(shí)體圖葉片馬達(dá)高壓油進(jìn)入由葉片定子轉(zhuǎn)子組成的密閉空間，根據(jù)它們的受力情況，推動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，反應(yīng)靈敏，但泄露大。21

輸出轉(zhuǎn)矩與排量和進(jìn)出油口之間的壓力差有關(guān)，轉(zhuǎn)速由流量決定；葉片徑向放置；吸、壓油腔通入葉片根部的通路上設(shè)置單向閥；在葉片根部設(shè)置預(yù)緊彈簧；葉片式液壓馬達(dá)一般用于轉(zhuǎn)速高、轉(zhuǎn)矩小和動(dòng)作要求靈敏的場(chǎng)合。一、液壓馬達(dá)葉片式液壓馬達(dá)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)22一、液壓馬達(dá)徑向柱塞式液壓馬達(dá)實(shí)體圖23一、液壓馬達(dá)徑向柱塞式液壓馬達(dá)的工作原理柱塞定子缸體配油軸軸向柱塞馬達(dá)軸向柱塞馬達(dá)和軸向柱塞泵是互逆的。改變斜盤傾角的方向，可改變馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)方向。第二節(jié)液壓缸

液壓缸的類型及特點(diǎn)液壓缸的典型結(jié)構(gòu)液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算

通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，要求掌握液壓缸設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的主要問(wèn)題，包括結(jié)構(gòu)類型的選擇和參數(shù)計(jì)算等，為液壓缸設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。本節(jié)主要內(nèi)容為：26二、液壓缸液壓缸實(shí)體圖27二、液壓缸液壓缸實(shí)體圖28二、液壓缸液壓缸實(shí)體圖

液壓缸（油缸）主要用于實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的直線運(yùn)動(dòng)，也可以實(shí)現(xiàn)往復(fù)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jī)械能。p1p2FVdQA液壓缸壓力p

流量Q液壓功率作用力F

速度V機(jī)械功率液壓缸的作用3.1缸的分類及特點(diǎn)

液壓缸的分類按結(jié)構(gòu)形式分：活塞缸、柱塞缸、擺動(dòng)液壓缸。按作用方式分：?jiǎn)巫饔酶缀碗p作用缸。按活塞桿形式分：?jiǎn)位钊麠U缸、雙活塞桿缸。單桿液壓缸雙桿液壓缸柱塞式液壓缸3.2.1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(yùn)動(dòng)可以獲得不同的速度和輸出力，其簡(jiǎn)圖及油路連接方式如圖4-2所示。(a)無(wú)桿腔進(jìn)油Ddq(b)有桿腔進(jìn)油q3.2活塞式液壓缸

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(shí)，活塞在兩個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)速度和推力都不相等。圖3-2單桿活塞肛活塞的運(yùn)動(dòng)速度和推力分別為:（1）無(wú)桿腔進(jìn)油（3-1）（3-2）(a)無(wú)桿腔進(jìn)油Ddq3.2.2單桿活塞缸速度推力特性（2）有桿腔進(jìn)油活塞的運(yùn)動(dòng)速度和推力分別為:(b)有桿腔進(jìn)油q（3-3）（3-4）

比較上述各式，可以看出：>,>；液壓缸往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度比為：（3-5）

上式表明：當(dāng)活塞桿直徑愈小時(shí)，速度比接近1，在兩個(gè)方向上缸的速度差值就愈小。(a)無(wú)桿腔進(jìn)油Ddq(b)有桿腔進(jìn)油q（3）兩腔進(jìn)油,差動(dòng)聯(lián)接(c)差動(dòng)聯(lián)接缸q

當(dāng)單桿活塞缸兩腔同時(shí)通入相同壓力的液體時(shí)，由于無(wú)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(yùn)動(dòng)，并將有桿腔的液體擠出，流進(jìn)無(wú)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(dòng)連接。圖3-3差動(dòng)連接缸兩腔進(jìn)油,差動(dòng)聯(lián)接(c)差動(dòng)聯(lián)接q（3-6）（3-7）

在忽略兩腔連通回路壓力損失的情況下，差動(dòng)連接液壓缸的推力為：q等效活塞桿的伸出速度為：

活塞式液壓缸其固定方式有缸筒固定和活塞桿固定兩種方式。3.2.3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，如圖所示。(a)缸體固定，活塞桿移動(dòng)(b)活塞桿固定缸體移動(dòng)，雙桿活塞缸缸筒固定與活塞桿固定的比較：

因?yàn)殡p活塞桿液壓缸的兩活塞桿直徑相同，所以當(dāng)輸入流量和油液壓力不變時(shí)，活塞（或缸體）在兩個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)速度V和推力F都相等，即：（3-8）（3-9）式中:、—分別為缸的進(jìn)、出口壓力；—分別為缸的容積效率和機(jī)械效率；、、d—分別為活塞直徑和活塞桿直徑；q

—缸的輸入流量；A—活塞有效作用面積。這種液壓缸常用于要求往返運(yùn)動(dòng)速度相同的場(chǎng)合。

3.3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(zhǎng)行程的液壓缸不易實(shí)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

圖3-5柱塞式液壓缸

如圖所示，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。

柱塞式液壓缸是單作用缸，柱塞端面是受壓面。其面積大小決定了缸的輸出速度和推力。如果要得到雙向運(yùn)動(dòng)，可將兩柱塞缸成對(duì)使用為減輕柱塞的重量，有時(shí)制成空心活塞。

圖3-6柱塞式液壓缸QQVdd式中：d—柱塞直徑，p1—進(jìn)油壓力，

p2—另一缸的回油壓力。p1p23.4.1伸縮缸多級(jí)缸又稱伸縮式套筒缸，它由兩級(jí)活塞缸套裝而成，具有活塞桿的伸出行程長(zhǎng)度比缸體長(zhǎng)度大，占用空間較小，伸出縮回結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)。3.4其它型式的常用缸圖4-11伸縮式液壓缸

前一級(jí)缸的活塞是后一級(jí)缸的缸套，活塞伸出的順序是從大到小，相應(yīng)的推力也是從大到小，而伸出的速度則是由慢變快。伸出BA二級(jí)活塞3.4.2擺動(dòng)缸

圖4-7擺動(dòng)缸

擺動(dòng)液壓缸能實(shí)現(xiàn)往復(fù)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，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(dòng)液壓缸

單葉片擺動(dòng)液壓缸主要由定子塊1、缸體2、擺動(dòng)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(dòng)軸固連在一起，當(dāng)兩油口相繼通以壓力油時(shí)，葉片即帶動(dòng)擺動(dòng)軸作往復(fù)擺動(dòng)。

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

圖4-9擺動(dòng)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(dòng)軸直徑；b—葉片寬度；（4-11）ωqω

單葉片擺動(dòng)液壓缸的擺角一般不超過(guò)280o

，雙葉片擺動(dòng)液壓缸的擺角一般不超過(guò)150o

。

當(dāng)輸入壓力和流量不變時(shí)，雙葉片擺動(dòng)缸擺動(dòng)軸輸出轉(zhuǎn)矩是單葉片擺動(dòng)缸的兩倍，而擺動(dòng)角速度則是單葉片擺動(dòng)缸的一半。qω

擺動(dòng)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(dòng)，轉(zhuǎn)位或間歇運(yùn)動(dòng)的地方。3.4.3齒條活塞缸

齒條活塞缸由帶有齒條桿的雙作用活塞缸和齒輪齒條機(jī)構(gòu)組成，活塞往復(fù)移動(dòng)經(jīng)齒條、齒輪機(jī)構(gòu)變成齒輪軸往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)。圖4-12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(dòng)軸；11—缸體；12—螺釘qω

圖3-13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。3.5缸的結(jié)構(gòu)

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(qiáng)度。

導(dǎo)向套對(duì)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(jì)手冊(cè)。3.5.1缸體組件

3.5.1.1缸筒與端蓋缸筒與端蓋的連接

圖3-14缸體與缸蓋的連接結(jié)構(gòu)（2）半環(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(wú)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(chǎng)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(zhǎng)度不大重量的中低壓缸連接強(qiáng)度高，制造簡(jiǎn)單，焊接時(shí)易引起缸筒變形。3.5.2.1活塞和活塞桿

活塞受壓力在缸筒內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，活塞必須具有一定的強(qiáng)度和良好的耐磨性。活塞一般用鑄鐵或鋼制造。活塞的結(jié)構(gòu)通常分為整體式和組合式。

活塞桿是連接活塞和工作部件的傳力零件，必須有足夠的強(qiáng)度和剛度?；钊麠U無(wú)論是實(shí)心還是空心的，通常用鋼制造?；钊趯?dǎo)向套內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，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(shí)需鍍鉻?；钊突钊麠U的技術(shù)要求可參考有關(guān)手冊(cè)。3.5.2活塞組件

活塞組件由活塞、活塞桿和連接件等組成。3.5.2.2活塞與活塞桿的連接形式

如圖所示，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3.5.3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(duì)液壓缸運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行控制。

當(dāng)缸拖動(dòng)負(fù)載質(zhì)量較大的部件作快速往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于運(yùn)動(dòng)部件具有很大的動(dòng)能，因此當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到液壓缸終端時(shí)，會(huì)與端蓋碰撞，而產(chǎn)生沖擊和噪聲。這種機(jī)械沖擊不僅引起液壓缸的有關(guān)部分的損壞，而且會(huì)引起其它相關(guān)機(jī)械的損傷。

緩沖的原理是使活塞或缸筒在運(yùn)動(dòng)到行程終端時(shí)，在出口腔內(nèi)產(chǎn)生足夠的緩沖壓力，從而降低缸的運(yùn)動(dòng)速度，避免活塞與缸蓋相撞，實(shí)現(xiàn)緩沖。

（1）圓柱形環(huán)隙式

如圖4-19a所示，當(dāng)緩沖柱塞進(jìn)入缸蓋上的內(nèi)孔時(shí)，缸蓋和活塞見(jiàn)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(shí)現(xiàn)緩沖減速。在緩沖過(guò)程中，由于其節(jié)流面積不變，故緩沖開(kāi)始時(shí)產(chǎn)生的緩沖制動(dòng)力很大，很快就會(huì)降低，緩沖效果差，應(yīng)用于一般系列化的成品液壓缸中。圖3-19液壓缸緩沖裝置常見(jiàn)緩沖裝置（2）圓錐形環(huán)隙緩沖裝置

如圖19b所示，由于緩沖柱塞為圓形，所以緩沖環(huán)形間隙隨位移量而改變，即節(jié)流面積隨緩沖行程的增大而縮小，使機(jī)械能吸收均勻，緩沖效果好。（3）可變節(jié)流槽式緩沖裝置

如圖19c所示，在緩沖柱塞上開(kāi)由淺到深的三角節(jié)流溝槽，節(jié)流面積隨著緩沖行程的增大而減小，緩沖壓力變化平緩。（4）可調(diào)節(jié)流孔式緩沖裝置

如圖4-19d，在緩沖過(guò)程中，緩沖腔油液經(jīng)小孔節(jié)流排出，調(diào)節(jié)節(jié)流孔的大小，可控制緩沖腔內(nèi)緩沖壓力的大小，以適應(yīng)不同的負(fù)載和不同工況對(duì)緩沖的要求。3.5.4排氣裝置

液壓傳動(dòng)系統(tǒng)往往會(huì)混入空氣，使系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，產(chǎn)生振動(dòng)、爬行或前沖等現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使系統(tǒng)不能正常工作。

因此，設(shè)計(jì)液壓缸時(shí)，必須考慮空氣的排除。

對(duì)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)置專門的排氣裝置，如排氣塞、排氣閥等。當(dāng)松開(kāi)排氣塞或閥的鎖緊螺釘后，低壓往復(fù)運(yùn)動(dòng)幾次，帶有氣泡的油液就會(huì)排出，空氣排完后擰緊螺釘，液壓缸便可正常工作。3.6液壓缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算液壓缸的計(jì)算及驗(yàn)算方法首先根據(jù)使用要求確定液壓缸的類型，再按負(fù)載和運(yùn)動(dòng)要求確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸，必要時(shí)需進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算，最后進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

液壓缸的主要尺寸包括液壓缸的內(nèi)徑D、缸的長(zhǎng)度L、活塞桿直徑d。主要根據(jù)液壓缸的負(fù)載、活塞運(yùn)動(dòng)速度和行程等因素來(lái)確定上述參數(shù)。液壓缸工作壓力的確定

液壓缸要承受的負(fù)載包括有效工作負(fù)載、摩擦阻力和慣性力等。液壓缸的工作壓力按負(fù)載確定。對(duì)于不同用途的液壓設(shè)備，由于工作條件不同，采用的壓力范圍也不同。設(shè)計(jì)時(shí)，液壓缸的工作壓力可按負(fù)載大小及液壓設(shè)備類型參考油管手冊(cè)來(lái)確定。3.6.1缸主要尺寸的確定

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(lái)定，對(duì)單桿缸而言，有：有桿腔進(jìn)油時(shí)：（3-13）（3-12）無(wú)桿腔進(jìn)油時(shí)有桿腔進(jìn)油時(shí)：（3-16）（3-15）無(wú)桿腔進(jìn)油時(shí)：式（4-13）中的桿徑d可根據(jù)工作壓力選取，當(dāng)液壓缸的往復(fù)速度比有一定要求時(shí)，得桿徑為（3-14）

計(jì)算所得的液壓缸內(nèi)經(jīng)D和活塞桿直經(jīng)d應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列，參見(jiàn)《新編液壓工程手冊(cè)》。液壓缸的缸筒長(zhǎng)度由活塞最大行程、活塞長(zhǎng)度、活塞桿導(dǎo)向套長(zhǎng)度、活塞桿密封長(zhǎng)度和特殊要求的長(zhǎng)度確定。其中活塞長(zhǎng)度為（0.6-1.0）D，導(dǎo)向套長(zhǎng)度為（0.6-1.5）d。為減少加工難度，一般液壓缸缸筒長(zhǎng)度不應(yīng)大于內(nèi)徑的20-30倍。3.6.2缸強(qiáng)度計(jì)算與校核

3.6.2.1缸筒壁厚的計(jì)算

中、高壓液壓缸一般用無(wú)縫鋼管做缸筒，大多屬薄壁筒，即/D0.08。此時(shí)，可根據(jù)材料力學(xué)中薄壁圓筒的計(jì)算公式驗(yàn)算缸筒的壁厚，即（3-17）

當(dāng)/D0.3時(shí)，可用下式校核缸筒壁厚(3-18)

當(dāng)液壓缸采用鑄造缸筒時(shí)，壁厚由鑄造工藝確定，這時(shí)應(yīng)按厚壁圓筒計(jì)算公式驗(yàn)算壁厚。當(dāng)/D=0.08-0.3時(shí)，可用下式校核缸筒的壁厚：(3-19)式中:——缸筒內(nèi)的最高工作壓力[]——缸筒材料的許允應(yīng)力

活塞桿長(zhǎng)度根據(jù)液壓缸最大行程L而定。對(duì)于工作行程中受壓的活塞桿，當(dāng)活塞桿長(zhǎng)度L與其直徑d之比大于15時(shí)，應(yīng)對(duì)活塞桿進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。

關(guān)于穩(wěn)定性驗(yàn)算的內(nèi)容可查閱液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)。3.6.2.2活塞桿的穩(wěn)定性驗(yàn)算小結(jié)

液壓缸用于實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)和擺動(dòng)，是液壓系統(tǒng)中最廣泛應(yīng)用的一種液壓執(zhí)行元件。液壓缸有時(shí)需專門設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)液壓缸的主要內(nèi)容1．掌握根據(jù)需要的推力計(jì)算液壓缸內(nèi)徑及活塞桿直徑等主要參數(shù)；2．了解對(duì)缸壁厚度、活塞桿直徑、螺紋連接的強(qiáng)度及油缸的穩(wěn)定性等進(jìn)行必要的校核；3．了解各部分結(jié)構(gòu)，其中包括密封裝置、缸筒與缸蓋的連接、活塞結(jié)構(gòu)以及缸筒的固定形式等，進(jìn)行工作圖設(shè)計(jì)。

密封裝置主要用來(lái)防止液壓油的泄漏。對(duì)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(dòng)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(yùn)動(dòng)阻力較大，作運(yùn)動(dòng)密封時(shí)容易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，故一般不單獨(dú)用于油缸運(yùn)動(dòng)密封。3.3.2.3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(shí)，必須保證適當(dāng)?shù)念A(yù)壓縮量，過(guò)小不能密封，過(guò)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(cè)給出的數(shù)據(jù)嚴(yán)格保證。在動(dòng)密封中，當(dāng)壓力大于10MPa時(shí)，O形圈就會(huì)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(shí)，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(shí)，可增加V形圈的數(shù)量，提高密封效果。安裝時(shí)，V形圈的開(kāi)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(zhǎng)的密封圈，應(yīng)用普遍。Y形圈主要用于往復(fù)運(yùn)動(dòng)的密封。根據(jù)截面長(zhǎng)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(shí)，唇口端面應(yīng)對(duì)著液壓力高的一側(cè)。當(dāng)壓力變化較大，滑動(dòng)速度較高時(shí)，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形密封圈故障現(xiàn)象原因分析消除方法(一)活塞桿不能動(dòng)作1、壓力不足

（1）油液未進(jìn)入液壓缸1）換向閥未換向2）系統(tǒng)未供油

（2）雖有油，但沒(méi)有壓力1）系統(tǒng)有故障，主要是泵或溢流閥有故障2）內(nèi)部泄漏嚴(yán)重，活塞與活塞桿松脫，密封件損壞嚴(yán)重。

(3）壓力達(dá)不到規(guī)定值1）密封件老化，失效，密封圈唇口裝反或有破損

2）活塞環(huán)損壞3）系統(tǒng)調(diào)定壓力過(guò)低4）壓力調(diào)節(jié)閥有故障5）通過(guò)調(diào)速閥的流量過(guò)小，液壓缸內(nèi)泄漏量增大時(shí)，流量不足，造成壓力不足

1)檢查換向閥未換向的原因并排除2)檢查液壓泵和主要液壓閥的故障原因并排除

1)檢查泵或溢流閥的故障原因并排除2)緊固活塞與活塞桿并更換密封件

1)更換密封件,并正確安裝

2)更換活塞環(huán)3)重新調(diào)整壓力,直至達(dá)到要求值4)檢查原因并排除5)調(diào)速閥的通過(guò)流量必須大于液壓缸內(nèi)泄漏量液壓缸常見(jiàn)故障和排除方法

(一)活塞桿不能動(dòng)作2、壓力已達(dá)到要求但仍不動(dòng)作

（1）液壓缸結(jié)構(gòu)上的問(wèn)題1）活塞端面與缸筒端面緊貼在一起，工作面積不足，故不能啟動(dòng)。2）具有緩沖裝置不缸筒上單向閥回路被活塞堵?。?）活塞桿移動(dòng)“別勁”

1）缸筒與活塞，導(dǎo)向套與活塞桿配合間隙過(guò)小2）活塞桿與與夾布膠木導(dǎo)向套之間的配合間隙過(guò)小3)液壓缸裝配不良(3)液壓回路引起的原因,主要是液壓缸背壓腔油液未與油箱相通,回油路上的調(diào)速閥節(jié)流口調(diào)節(jié)過(guò)小或連通回油的換向閥未動(dòng)作

1)端面上要加一條通油槽,使工作液體迅速流向活塞的工作端面2)缸筒的進(jìn)出油口位置應(yīng)與活塞端面錯(cuò)開(kāi)

1)檢查配合間隙,并配研到規(guī)定值2)檢查配合間隙,修刮導(dǎo)向套孔,達(dá)到要求的配合間隙3)重新裝配和安裝,不合格零件應(yīng)更換檢查原因并消除（二）速度達(dá)不到規(guī)定值１、內(nèi)泄漏嚴(yán)重

（１）密封件破損嚴(yán)重（２）油的粘度太低（３）油溫過(guò)高

（１）更換密封件（２）更換適宜粘度的液壓油（３）檢查原因并排除２、外載荷過(guò)大

（１）設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，選用壓力過(guò)低（２）工藝和使用錯(cuò)誤，造成外載比預(yù)定值大

（１）核算后更換元件，調(diào)大工作壓力（２）按設(shè)備規(guī)定值使用３、活塞移動(dòng)時(shí)“別勁”

（１）加工精度差，缸筒孔錐度和圓度超差１）活塞桿與活塞不同軸２）活塞桿全長(zhǎng)或局部彎曲３）液壓缸內(nèi)孔直線性不良４）缸內(nèi)腐蝕，拉毛（２）裝配質(zhì)量差１）活塞、活塞桿與缸蓋之間同軸度差２）液壓缸與工作臺(tái)平行度差３）活塞桿與導(dǎo)向套配合間隙過(guò)?。ǎ常┮簤焊锥松w密封圈壓得太緊或過(guò)松（４）雙活塞桿兩端螺母擰得太緊，使其同軸度不良

（１）檢查零件尺寸，更換無(wú)法修復(fù)的零件１）校正二者同軸度２）校直活塞桿３）鏜磨修復(fù)，重配活塞４）輕微者修去銹蝕和毛刺，嚴(yán)重者必須鏜磨（２）嚴(yán)格按裝配工藝裝配１）按要求重新裝配２）按要求重新裝配３）檢查配合間隙，修刮導(dǎo)向套孔，達(dá)到要求的配合間隙（３）調(diào)整密封圈，使它不緊不松，保證活塞桿能來(lái)回用手平衡地拉動(dòng)而無(wú)泄漏（４）螺母不宜擰得太緊，一般用于旋緊即可，以保持活塞桿處于自然狀態(tài)(三)液壓缸產(chǎn)生爬行１、液壓缸活塞桿運(yùn)動(dòng)“別勁”參見(jiàn)本表(二)參見(jiàn)本表(二)２、缸內(nèi)進(jìn)入空氣

（１）新液壓缸，修理后的液壓缸或設(shè)備停機(jī)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的缸，缸內(nèi)有氣或液壓缸管道中排氣未排凈（２）缸內(nèi)部形成負(fù)壓，從外部吸入空氣（３）從缸到換向閥之間管道的容積比液壓缸容積大得多，液壓缸工作時(shí)，這段管道上油液未排完，所以空氣也很難排凈（４）泵吸入空氣（５）油液中混入空氣

（１）空載大行程往復(fù)運(yùn)動(dòng)，直到把空氣排完

（２）先用油脂封住結(jié)合面和接頭處，若吸空情況有好轉(zhuǎn)，則把緊固螺釘和接頭擰緊（３）可在靠近液壓缸的管道中取高處加排氣閥。擰開(kāi)排氣閥，活塞在全行程情況下運(yùn)動(dòng)多次，把氣排完后再把排氣閥關(guān)閉（４）參見(jiàn)液壓泵故障的消除對(duì)策（５）參見(jiàn)液壓泵故障的消除對(duì)策一、判斷題1、單活塞缸靠液壓油能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。（）2、采用增壓液壓缸可以提高系統(tǒng)的局部壓力和功率。