《氣動(dòng)與液壓系統(tǒng)安裝與調(diào)試》 課件 職業(yè)能力 C-2-2　能拆裝單桿活塞式液壓缸

職業(yè)能力C-2-2能拆裝單桿活塞式液壓缸一、核心概念1）液壓執(zhí)行元件：將液壓泵提供的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置。依據(jù)輸出方式的不同可分為液壓缸和液壓馬達(dá)兩類。2）執(zhí)行元件選型：根據(jù)液壓缸或液壓馬達(dá)的實(shí)際工作條件，計(jì)算相關(guān)的主要參數(shù)，根據(jù)計(jì)算結(jié)果、行程要求、安裝方式等確定執(zhí)行元件的型號(hào)。1）能描述液壓缸的工作原理。2）能說出液壓缸的圖形符號(hào)及含義。3）能區(qū)分不同類型液壓缸，掌握選用方法及原則。4）能理解液壓系統(tǒng)壓力與活塞力之間的關(guān)系，并會(huì)計(jì)算有效活塞力。5）能根據(jù)實(shí)際工況選擇合適的液壓缸。6）能拆裝單桿活塞式液壓缸。7）培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

學(xué)習(xí)目標(biāo)二、學(xué)習(xí)目標(biāo)

液壓缸是液壓執(zhí)行元件。由于其自身和外在因素的影響，常會(huì)造成液壓系統(tǒng)出現(xiàn)一些異常現(xiàn)象，如執(zhí)行元件爬行、不運(yùn)動(dòng)和推力不足等，直接影響液壓設(shè)備的工作效果，如平面磨床磨出的工件有波紋、表面粗糙度值大等。因此需要對(duì)液壓缸的故障準(zhǔn)確診斷并修理，以保證設(shè)備正常工作。三、工作情境（一）液壓缸的工作原理及類型四、基本知識(shí)液壓缸是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，即將輸入的壓力p和流量q轉(zhuǎn)化為輸出的動(dòng)力F和速度v，使液壓設(shè)備執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)（或往復(fù)擺動(dòng)）的液壓執(zhí)行元件，如圖C2-2-1所示。（一）液壓缸的工作原理及類型四、基本知識(shí)液壓缸根據(jù)作用方式不同可分為單作用式和雙作用式。單作用式液壓缸只能利用液壓力單方向運(yùn)動(dòng)，而反方向運(yùn)動(dòng)則要依靠重力、彈簧力等外力來實(shí)現(xiàn)；雙作用式液壓缸的正、反兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)都由液壓力來實(shí)現(xiàn)。液壓缸根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)又可分為活塞式、柱塞式和擺動(dòng)式三種基本類型。1.活塞式液壓缸活塞式液壓缸可分為雙桿式活塞缸和單桿式活塞缸兩種結(jié)構(gòu)，其安裝方式有活塞桿固定和缸體固定兩種。（一）液壓缸的工作原理及類型四、基本知識(shí)（1）雙桿活塞式液壓缸雙桿活塞式液壓缸活塞的兩端都有活塞桿。圖C2-2-2a所示為缸體固定式液壓缸。當(dāng)油液從A口進(jìn)入缸的左腔，經(jīng)B口回油時(shí)，活塞帶動(dòng)工作臺(tái)向右運(yùn)動(dòng)；反之，活塞帶動(dòng)工作臺(tái)向左運(yùn)動(dòng)。這種液壓缸工作臺(tái)的最大運(yùn)動(dòng)范圍略大于活塞有效行程L的3倍，占地面積較大，常用于小型設(shè)備的液壓系統(tǒng)。圖C2-2-2b所示為活塞桿固定式液壓缸。當(dāng)缸的右腔進(jìn)油，左腔回油時(shí)，缸體帶動(dòng)工作臺(tái)向右運(yùn)動(dòng)；反之，缸體帶動(dòng)工作臺(tái)向左運(yùn)動(dòng)。其運(yùn)動(dòng)范圍略大于缸有效行程的2倍，常用于行程較長的大、中型設(shè)備的液壓系統(tǒng)。（一）液壓缸的工作原理及類型四、基本知識(shí)（1）雙桿活塞式液壓缸雙桿活塞式液壓缸兩腔的有效面積相等，若分別向兩腔供油，且供油壓力和流量都相等，則活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)兩個(gè)方向的作用力和速度相等，即式中A—液壓缸兩腔有效面積；F—液壓缸的推力；v—活塞（或缸體）的運(yùn)動(dòng)速度；p1—液壓缸的進(jìn)油壓力；p2—液壓缸的出油壓力；q—進(jìn)入液壓缸的流量；D—液壓缸的內(nèi)徑；d—活塞桿的直徑。（一）液壓缸的工作原理及類型四、基本知識(shí)（2）單桿活塞式液壓缸圖C2-2-3所示為單桿活塞式液壓缸，其活塞僅一端有活塞桿。這種液壓缸也有缸體固定液壓缸和活塞固定液壓缸兩種形式，其工作原理與雙桿式相同。單桿活塞式液壓缸工作臺(tái)的最大運(yùn)動(dòng)范圍是活塞或缸筒有效行程的2倍，結(jié)構(gòu)緊湊，應(yīng)用廣泛。（一）液壓缸的工作原理及類型四、基本知識(shí)（2）單桿活塞式液壓缸由于活塞兩端的有效作用面積A1、A2不相等，因此當(dāng)向兩腔分別供油，且供油壓力和流量相同時(shí)，活塞或缸體向兩個(gè)方向的推力F和速度v是不相同的，其計(jì)算如下：如圖C2-2-3a所示，當(dāng)無桿腔進(jìn)油，有桿腔回油時(shí)，則（一）液壓缸的工作原理及類型四、基本知識(shí)（2）單桿活塞式液壓缸如圖C2-2-3b所示，當(dāng)有桿腔進(jìn)油，無桿腔回油時(shí)，則如圖C2-2-3c所示，即無桿腔和有桿腔同時(shí)進(jìn)油，形成差動(dòng)連接，此時(shí)活塞在推力差的作用下向右運(yùn)動(dòng)，并使有桿腔排出的油液也進(jìn)入無桿腔。差動(dòng)連接時(shí)的推力和速度的計(jì)算為（一）液壓缸的工作原理及類型四、基本知識(shí)2.柱塞式液壓缸活塞式液壓缸應(yīng)用較廣，但缸筒內(nèi)孔精度要求高，當(dāng)缸體較長時(shí)，加工困難，此時(shí)宜采用柱塞式液壓缸。如圖C2-2-4a所示，柱塞式液壓缸由缸筒1、柱塞2、導(dǎo)向套3、密封圈4和壓蓋5組成。油液從左端進(jìn)入缸筒內(nèi)，推動(dòng)柱塞向右運(yùn)動(dòng)。單柱塞液壓缸只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，它的回程要靠自重（垂直放置時(shí)）或其他外力（如彈簧力）來實(shí)現(xiàn)。如圖C2-2-4b所示，雙柱塞液壓缸用兩個(gè)柱塞缸組合，也可實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。由于柱塞由導(dǎo)向套導(dǎo)向，與缸筒內(nèi)壁不接觸，因此缸筒內(nèi)壁不需要加工，工藝性好，結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，常用于行程很長的龍門刨床、導(dǎo)軌磨床和大型拉床等設(shè)備的液壓系統(tǒng)中。（一）液壓缸的工作原理及類型四、基本知識(shí)3.擺動(dòng)式液壓缸圖C2-2-5所示為擺動(dòng)式液壓缸，又稱為擺動(dòng)式液壓馬達(dá)或回轉(zhuǎn)液壓缸。它把液壓油的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閿[動(dòng)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能。常用的擺動(dòng)式液壓缸有單葉片式擺動(dòng)式液壓缸和雙葉片式擺動(dòng)式液壓缸兩種類型。圖C2-2-5a所示為單葉片式擺動(dòng)式液壓缸，它的擺動(dòng)角度較大（可達(dá)330°）；圖C2-2-5b所示為雙葉片式擺動(dòng)式液壓缸，它的擺動(dòng)角度較?。ㄗ畲?50°），輸出轉(zhuǎn)矩是單葉片式的2倍，而角速度則是單葉片式的1/2。擺動(dòng)式液壓缸結(jié)構(gòu)緊湊、輸出轉(zhuǎn)矩大，但密封性差，—般只用于機(jī)床和工夾具的夾緊裝置、送料裝置、轉(zhuǎn)位裝置、周期性進(jìn)給機(jī)構(gòu)、工業(yè)機(jī)械人的手臂和手腕的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及工程機(jī)械回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等中低壓液壓系統(tǒng)中。（二）液壓缸的結(jié)構(gòu)及組成四、基本知識(shí)圖C2-2-6所示為雙桿活塞式液壓缸結(jié)構(gòu)圖。它由缸筒5、端蓋3、導(dǎo)向套4、壓蓋2、活塞6、活塞桿1、密封圈8、密封紙墊7等組成。液壓缸的缸體固定在機(jī)身上不動(dòng)，活塞桿用螺母10與工作臺(tái)支架9連接在一起，螺母設(shè)置在工作臺(tái)支架的外側(cè)，活塞桿僅受拉力，所以活塞桿直徑可以做得很細(xì)，且活塞桿受熱伸長時(shí)也不會(huì)因受阻而彎曲。進(jìn)、出油口A、B開在液壓缸端蓋3上方，這樣有利于排出液壓缸中的空氣。當(dāng)壓力油從液壓缸A口進(jìn)入左腔，右腔油液從B口回油時(shí)，活塞帶動(dòng)工作臺(tái)向右移動(dòng)；反之，活塞帶動(dòng)工作臺(tái)向左移動(dòng)。液壓缸缸筒與端蓋用法蘭連接，活塞與活塞桿采用銷聯(lián)結(jié)，活塞與缸筒之間采用間隙密封。導(dǎo)向套4與活塞桿配合，起導(dǎo)向支承作用。由上可知，液壓缸主要由缸體組件（缸筒、端蓋、壓蓋）、活塞組件（活塞、活塞桿、導(dǎo)向套）和密封裝置等組成。（三）液壓缸的選用四、基本知識(shí)首先應(yīng)根據(jù)液壓缸的工況特點(diǎn)，選用液壓缸的類型及安裝形式；然后根據(jù)動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)分析，確定液壓缸的主要參數(shù)；最后根據(jù)產(chǎn)品樣本或有關(guān)設(shè)計(jì)手冊，確定液壓缸的規(guī)格型號(hào)。液壓缸類型的選用主要考慮液壓缸運(yùn)動(dòng)的輸出形式、工作行程大小、負(fù)載大小等。液壓缸主要參數(shù)包括液壓缸的工作壓力p、缸筒內(nèi)徑D、活塞桿直徑d和缸筒長度L等。這些參數(shù)應(yīng)根據(jù)液壓缸的負(fù)載、運(yùn)動(dòng)速度、行程長度和結(jié)構(gòu)形式來確定。確定方法如下：1）確定液壓缸的工作壓力p。根據(jù)液壓缸的負(fù)載和設(shè)備類型，參考表C2-2-2和表C2-2-3確定。2）確定缸筒內(nèi)徑D和活塞桿直徑d。對(duì)于動(dòng)力較大設(shè)備的液壓缸，應(yīng)根據(jù)液壓缸的負(fù)載F和工作壓力p確定。當(dāng)無桿腔進(jìn)油驅(qū)動(dòng)負(fù)載時(shí)，則（三）液壓缸的選用四、基本知識(shí)當(dāng)有桿腔進(jìn)油驅(qū)動(dòng)負(fù)載時(shí)，則活塞桿直徑d可參考表C2-2-4確定。（三）液壓缸的選用四、基本知識(shí)對(duì)于動(dòng)力較小設(shè)備的液壓缸，若按負(fù)載計(jì)算，其數(shù)值可能很小，故一般按結(jié)構(gòu)需要先確定活塞桿直徑d，再根據(jù)給定的速度比φ計(jì)算缸筒內(nèi)徑D。計(jì)算得出的缸筒內(nèi)徑D和活塞桿直徑d應(yīng)按GB/T2348—2018規(guī)定的尺寸系列圓整成標(biāo)準(zhǔn)值。（三）液壓缸的選用四、基本知識(shí)3）確定缸筒長度L。液壓缸的長度由最大行程和結(jié)構(gòu)需要確定，一般不大于（20～30）D。由于液壓缸使用面廣，難以標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，故一般需要自行設(shè)計(jì)（此處不再細(xì)述）?？傮w而言，液壓缸的選用應(yīng)遵循以下原則：①根據(jù)機(jī)械動(dòng)作要求、安裝空間，選擇液壓缸的類型和尺寸。②根據(jù)最大外部負(fù)載，選擇液壓缸的工作壓力、活塞直徑等。③根據(jù)機(jī)械要求，選擇液壓缸的行程。④根據(jù)速度要求，選擇液壓缸的流量。⑤根據(jù)速度比和外部最大負(fù)載，選擇活塞桿直徑。⑥考慮產(chǎn)品價(jià)格。（四）液壓缸常見故障及排除方法四、基本知識(shí)液壓缸常見故障及排除方法見表C2-2-5。

（一）操作條件五、能力訓(xùn)練在操作前應(yīng)根據(jù)任務(wù)要求制定操作計(jì)劃，并參照表C2-2-6準(zhǔn)備相應(yīng)的設(shè)備和工具。

（二）安全及注意事項(xiàng)五、能力訓(xùn)練1）拆裝中用銅棒敲打零部件，以免損壞零部件。2）拆卸過程中，遇到元件卡住的情況時(shí)，不能硬砸亂敲。3）裝配前零件應(yīng)清洗干凈。裝配時(shí)，要遵循“先拆的后裝，后拆的先裝”的原則，合理安裝。4）安裝完應(yīng)確保活塞運(yùn)動(dòng)靈活平穩(wěn)，沒有阻滯和卡死現(xiàn)象。觀察、記錄裝接過程，對(duì)設(shè)備使用中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析和解決。

（三）操作過程五、能力訓(xùn)練操作步驟及要求

液壓缸的拆裝

（三）操作過程五、能力訓(xùn)練問題情境一圖C2-2-7所示為油漆烘干爐結(jié)構(gòu)簡圖，通過傳送帶運(yùn)輸機(jī)將工件連續(xù)送入爐內(nèi)烘干油漆。為減少通過爐門的熱損失，爐門應(yīng)根據(jù)工件烘干過程開啟和關(guān)閉。要訂一個(gè)合適的液壓缸，活塞桿長為100cm，液壓系統(tǒng)工作壓力為0.4MPa，效率為90%，爐門關(guān)閉需要450N的力。請(qǐng)計(jì)算：活塞桿直徑至少需要多大才能保證打開爐門？

（三）操作過程五、能力訓(xùn)練問題情境二液壓缸產(chǎn)生爬行現(xiàn)象的原因有哪些？

（四）學(xué)習(xí)結(jié)果評(píng)價(jià)五、能力訓(xùn)練拓展知識(shí)液壓馬達(dá)1.簡介液壓馬達(dá)是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，輸出轉(zhuǎn)矩和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的一種執(zhí)行元件，在液壓系統(tǒng)中具有重要地位。液壓馬達(dá)一般可分為小轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)和大轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)兩種。近年來，隨著液壓技術(shù)不斷向高壓、大功率方向發(fā)展及對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視，人們要求液壓執(zhí)行元件具有噪聲低、污染小、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)等特點(diǎn)，因此，大轉(zhuǎn)矩馬達(dá)成為發(fā)展趨勢之一。液壓馬達(dá)與電動(dòng)機(jī)相比較，具有以下優(yōu)點(diǎn)：①傳動(dòng)軸瞬間即可反向；②無論堵轉(zhuǎn)多長時(shí)間，也不會(huì)造成損壞；③由工作轉(zhuǎn)速控制轉(zhuǎn)矩；④易于實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)制動(dòng)；⑤如果設(shè)電動(dòng)機(jī)功率與質(zhì)量的比值是1，而液壓馬達(dá)則可高達(dá)10～12，即傳遞同樣大小的功率數(shù)，液壓馬達(dá)質(zhì)量最小。拓展知識(shí)液壓馬達(dá)2.分類液壓馬達(dá)按其結(jié)構(gòu)類型可以分為齒輪式液壓馬達(dá)、葉片式液壓馬達(dá)、柱塞式液壓馬達(dá)和其他形式；按額定轉(zhuǎn)速可以分為高速液壓馬達(dá)和低速液壓馬達(dá)兩大類；按所能傳遞的轉(zhuǎn)矩大小，可以分為小、中、大轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)；根據(jù)每轉(zhuǎn)中工作副的作用次數(shù)，可以分為單作用式液壓馬達(dá)和多作用式液壓馬達(dá)兩大類。一般將額定轉(zhuǎn)速高于500r/min的稱為高速液壓馬達(dá)，額定轉(zhuǎn)速低于500r/min的稱為低速液壓馬達(dá)。拓展知識(shí)液壓馬達(dá)2.分類高速液壓馬達(dá)的主要特點(diǎn)是轉(zhuǎn)速較高、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，便于起動(dòng)和制動(dòng)，調(diào)節(jié)（調(diào)速及換向）靈敏度高。通常高速液壓馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩不大，所以又稱為高速小轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)。低速液壓馬達(dá)的主要特點(diǎn)是排量大、體積大、轉(zhuǎn)速低（有時(shí)可達(dá)每分鐘幾轉(zhuǎn)甚至零點(diǎn)幾轉(zhuǎn)），起動(dòng)效率高，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，加速和制動(dòng)時(shí)間短。低速液壓馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩較大，所以又稱為低速大轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)。由于大轉(zhuǎn)矩馬達(dá)轉(zhuǎn)速低，低速穩(wěn)定性好，因此使用時(shí)往往不需要減速裝置即可直接驅(qū)動(dòng)低速大轉(zhuǎn)矩負(fù)載（工作機(jī)構(gòu)），因而使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)大為簡化。但若機(jī)構(gòu)需要制動(dòng)時(shí)，需要安裝尺寸較大的制動(dòng)器。拓展知識(shí)液壓馬達(dá)3.液壓馬達(dá)與液壓泵液壓馬達(dá)和液壓泵的結(jié)構(gòu)和工作原理非常類似。液壓泵是將機(jī)械能（如電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)等）轉(zhuǎn)換成壓力能，將壓力油輸送到系統(tǒng)各處需要做功的地方。而液壓馬達(dá)是將壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，油液推動(dòng)液壓馬達(dá)內(nèi)的葉片旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)與液壓馬達(dá)軸相連的機(jī)械做功。液壓馬達(dá)和液壓泵都是液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)換元件。那兩者究竟有什么不同之處？如何區(qū)分？1）從原理上講，液壓馬達(dá)和液壓泵是可逆的，如果用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，輸出的是壓力能（壓力和流量），這就是液壓泵；如果輸入液壓油，輸出的是機(jī)械能（轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速），則變成了液壓馬達(dá)。2）從結(jié)構(gòu)上看，二者是相似的。液壓馬達(dá)與液壓泵具有同樣的基本結(jié)構(gòu)要素—密閉而又可以周期變化的容積和相應(yīng)的配油機(jī)構(gòu)。液壓馬達(dá)和液壓泵的工作原理均是利用密封容積的變化進(jìn)行吸油和排油的。拓展知識(shí)液壓馬達(dá)3.液壓馬達(dá)與液壓泵3）液壓