液壓缸小組講解

第四章液壓缸

小組成員：陳浩釧張帆鄭云鵬

席坤玲何沼濤余家東

蔣亮張士武干輝王滔液壓缸簡介4.1液壓缸的類型及其簡介4.1.2常用液壓缸及其特點1.柱塞式液壓缸2.活塞式液壓缸1）單桿活塞液壓缸2）雙桿活塞液壓缸3.伸縮式液壓缸單作用式雙作用式4.擺動液壓缸其速出扭矩和回轉(zhuǎn)角速度分別為r:葉片半徑；b：葉片寬度；R1，R2：葉片頂端底端半徑d,D：葉片頂端底端直徑；△p:進出口壓差4.1.3液壓缸的典型結(jié)構(gòu)舉例液壓缸的結(jié)構(gòu)由:缸體組件、活塞組件、密封裝置、緩沖裝置和排氣裝置五個基本部分組成。1）、液壓缸的組成缸體組件缸體組件：包括缸底、缸筒、缸頭、連接件和缸蓋等.缸體組件的連接形式∵壓力、缸體材料、工作條件不同∴連接形式很多常見的缸體組件的聯(lián)接形式有：法蘭聯(lián)接、螺紋聯(lián)接、半環(huán)聯(lián)接、拉桿聯(lián)接、鋼絲聯(lián)接、焊接等幾種連接形式。缸筒和缸蓋的常見結(jié)構(gòu)形式

法蘭連接式，結(jié)構(gòu)簡單，容易加工，也容易裝拆，但外形尺寸和重量都較大，常用于鑄鐵制的缸筒上。半環(huán)連接式，它的缸筒壁部因開了環(huán)形槽而削弱了強度，為此有時要加厚缸壁，它容易加工和裝拆，重量較輕，常用于無縫鋼管或鍛鋼制的缸筒上。

螺紋連接式，它的缸筒端部結(jié)構(gòu)復雜，外徑加工時要求保證內(nèi)外徑同心，裝拆要使用專用工具，它的外形尺寸和重量都較小，常用于無縫鋼管或鑄鋼制的缸筒上。

拉桿連接式，結(jié)構(gòu)的通用性大，容易加工和裝拆，但外形尺寸較大，且較重。

拉桿連接式

焊接連接式，結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，但缸底處內(nèi)徑不易加工，且可能引起變形。一般機床上用的液壓缸，缸筒和缸蓋的結(jié)構(gòu)形式和其使用的材料有關(guān)。工作壓力p＜10MPa時，使用高強度鑄鐵；p＜20MPa時，使用無縫鋼管；p＞20MPa時，使用鑄鋼或鍛鋼?；钊M件由活塞、活塞桿和聯(lián)接件等組成。

半環(huán)式連接

螺紋式連接

2）、活塞組件(活塞和活塞桿連接

)

螺紋式連接結(jié)構(gòu)簡單，裝卸方便，但在高壓大負載下需要有螺帽防松裝置。半環(huán)式連接結(jié)構(gòu)較復雜，裝卸不便，但工作較可靠。此外活塞和活塞桿也有制成整體式結(jié)構(gòu)的，但它只適用于尺寸較小的場合?；钊磺泄ぷ靼阌媚湍ヨT鐵制造，活塞桿則不論是空心的還是實心的，大多用鋼料制造。液壓缸的密封裝置主要用來防止液壓油的泄漏。密封裝置的優(yōu)劣，將直接影響液壓缸的工作性能和效率。3）、液壓缸的密封裝置對密封裝置的基本要求是：1）密封性能好，且隨著壓力的增加，密封性能隨之增加。2）摩擦阻力要小。3）足夠的使用壽命和耐油性。4）使用的溫度范圍廣。5）結(jié)構(gòu)工藝性好，成本低廉。密封性、耐磨性、經(jīng)濟性。密封圈活塞桿缸蓋

液壓缸密封圈及其安裝位置當缸筒與機體間沒有相對運動時，可采用支座或法蘭來安裝定位當缸筒與機體間需相對轉(zhuǎn)動，可采用軸銷、耳環(huán)或球頭等連接方式當液壓缸兩端都有底座時，只能固定一端，另一端需浮動，以適應熱脹冷縮當采用法蘭或軸銷安裝定位時，需注意壓桿穩(wěn)定性4）、液壓缸的安裝定位5）、緩沖裝置

必要性：

1）在質(zhì)量較大、速度較高（v>12m/min），由于慣性力較大，活塞運動到終端時會撞擊缸蓋，產(chǎn)生沖擊和噪聲，嚴重影響加工精度，甚至使液壓缸損壞。

2）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。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。帶可調(diào)緩沖裝置的液壓缸緩沖原理：

是活塞在接近行程終端時，將回油阻力增大，

從而降低活塞速度。液壓缸緩沖過程及剖面結(jié)構(gòu)圖（1）正?；赜停?）節(jié)流回油可調(diào)緩沖裝置1》．節(jié)流式緩沖裝置當活塞活塞移近缸蓋時，凸臺進入凹腔，由于凸臺和凹腔間的間隙較?。ㄓ袝r用一○形密封圈擋油），所在回油腔中的油液只能經(jīng)針狀節(jié)流閥流出，從而在回油腔中形成緩沖壓力，使淤塞受到制動作用。2》．可變節(jié)流式緩沖裝置活塞與缸蓋間的油液須經(jīng)軸向三角槽流出，從而在回油腔中形成緩沖壓力使活塞受到制動作用。

在緩沖長度內(nèi)，工作油液只能通過可調(diào)節(jié)流閥。

這種緩沖方式適用于液壓缸運動速度的范圍為6～20m/min。對于高速運動液壓缸，應使用輔助緩沖裝置或剎車裝置。當液壓缸活塞桿回縮時，單向閥開啟，即可調(diào)節(jié)流閥旁通，此時液壓缸活塞桿以最大速度回縮。3》．間隙緩沖裝置當活塞移進缸蓋時，活塞上的凸臺和凹腔之間的環(huán)狀間隙δ中擠壓出去，使回油腔滑調(diào)腔中的壓力升高而形成緩沖壓力，從而使活塞減慢了移動速度。

6）、排氣裝置

1）安裝排氣裝置必要性：

液壓系統(tǒng)在安裝或停止工作后常會滲入空氣。2）液壓系統(tǒng)滲入空氣的危害：

液壓缸運行前應將缸內(nèi)的空氣排凈，否則運行時缸內(nèi)氣體被壓縮，造成液壓缸的抖動或爬行，并產(chǎn)生噪聲。

排氣使用方法：1排氣孔油口設(shè)置在液壓缸最高處；

2排氣塞象螺釘（如暖氣片上的放氣閥）；

3排氣閥使液壓缸兩腔經(jīng)該閥與油箱相通啟動時，擰開排氣閥使液壓缸空載往復運動幾次即可。排氣閥排氣、排氣塞排氣、進出油口排氣液壓缸排氣水平安裝的液壓缸進出油口最好向上，便于氣體的排出，或在液壓缸的最高部位設(shè)置排氣裝置。對于速度穩(wěn)定性要求較高的液壓缸和大型液壓缸，則必須安裝排氣裝置。

兩種排氣裝置都在液壓缸排氣時打開（讓活塞全行程往復移動數(shù)次），排氣完畢后關(guān)閉。

排氣裝置工作過程示意圖工作原理：當液壓缸活塞桿回縮時，自動放氣閥關(guān)閉；當液壓缸活塞桿伸出時，其開啟。此時，空氣通過排氣孔排出，直至工作油液充滿無桿腔。

放氣閥應安裝于液壓系統(tǒng)最高點，因在最高點處其可收集液壓油中所有空氣。4.2液壓缸的設(shè)計計算設(shè)計依據(jù)①了解和掌握液壓缸在機械上的用途和動作要求。②了解液壓缸的工作條件。③了解外部負載情況。④了解液壓缸的最大行程，運動速度或時間，安裝空間所允許的外形尺寸以及缸本身的動作。⑤⑥設(shè)計已知液壓系統(tǒng)的液壓缸，應了解液壓系統(tǒng)中液壓泵的工作壓力和流量的大小、管路的通徑和布置情況、各種液壓閥的控制情況。了解有關(guān)國家標準、技術(shù)規(guī)范以及參考資料。設(shè)計原則①保證缸運動的出力、速度、和行程。②保證缸每個零件有足夠的強度、剛度和耐用性。③在保證以上兩個條件的前提上，盡量減小缸的外形尺寸。④在保證缸性能的前提下，盡量減少零件數(shù)量，簡化結(jié)構(gòu)。⑤要盡量避免缸承受橫向負載，活塞桿工作時最好承受拉力，以免產(chǎn)生縱向彎曲。⑥缸的安裝形式好活塞桿頭部與外部負載的形式要合理，盡量減少活塞桿伸出后的有效安裝長度，增加缸的穩(wěn)定性。⑦密封件的選用要合理，確保性能可靠性、泄露少、摩擦力小、壽命長、更換方便。⑧根據(jù)缸的工作條件和具體情況設(shè)置適當?shù)木彌_、防塵、和排氣裝置。⑨各零件的結(jié)構(gòu)形式和尺寸應盡量采用標準形式和尺寸系列，盡量選用標準件。⑩要求做到成本低、制造容易、維修簡單方便。設(shè)計步驟①根據(jù)設(shè)計依據(jù)，初步確定設(shè)計方案，會同有關(guān)人員進行技術(shù)經(jīng)濟分析。②對缸進行受力分析，選擇適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式、安裝方式。③根據(jù)工作負載、重力、摩擦力和慣性力確定液壓缸在行程各階段上負載的變化規(guī)律及有關(guān)的技術(shù)數(shù)據(jù)。④根據(jù)工作負載和選定的額定壓力，確定活塞端面面積并計算活塞直徑和缸筒直徑。⑤根據(jù)缸徑和運動速度之比或者工作負載和材料的許用應力，確定活塞桿直徑。⑥根據(jù)運動速度、工作出力和活塞直徑，確定液壓泵的流量和壓力。⑦選擇缸蓋的結(jié)構(gòu)形式，計算厚度和強度。⑧審定全部設(shè)計計算資料，進行修改補充。⑨選擇適當?shù)拿芊饨Y(jié)構(gòu)，設(shè)計緩沖、排氣和防塵等裝置。⑩繪制裝配圖和零件圖，編制技術(shù)文件。1.工作負載FR2.速比φ3.缸筒內(nèi)徑D4.活塞桿直徑d5.最小導向長度H4.2.2基本參數(shù)設(shè)計1.工作負載FRFR=Fe+Ff+Fi其中

Fe：穩(wěn)定工作下的負載

Ff：摩擦阻力

Fi：啟動慣性阻力注意：各項載荷均應在機構(gòu)滿負荷狀態(tài)下計算，其中磨擦擦阻力按啟動狀態(tài)的靜摩擦力計算。缸的牽引力等于工作負載。缸自身摩擦阻力已經(jīng)用機械效率的形式在牽引力計算中加以考慮，不再計入。2.速比φ速比是指雙作用單桿液壓缸活塞桿縮回速度與伸出速度之比?？砂碕B1086-67系列標準，根據(jù)不同的壓力級別，從下表的推薦值中選取3.缸筒內(nèi)徑D1）動力較大的液壓設(shè)備：通常根據(jù)最大牽引力FR來確定活塞桿的直徑d選擇可參考下表2）動力較小的液壓設(shè)備：常根據(jù)缸的流量q 和活塞的運動速度v來決定式中，q為缸所需流量，m3/s；v1，v2為活塞的伸出，縮回運動速度m/s4.活塞桿直徑d活塞桿直徑通常是先按選定的速比和缸筒的內(nèi)徑D初算，然后再驗算其強度和穩(wěn)定性。由得計算結(jié)果應按有關(guān)標準圓整5.最小導向長度H

最小導向長度是在活塞桿全部伸出時，導向套滑動面中點，到活塞支撐面中點的距離。導向長度的大小影響缸的初始撓度、穩(wěn)定性和活塞桿強度，因此必須使其不小于規(guī)定的最小值H?？捎孟旅娼?jīng)驗公式計算。(m)式中，L為缸的最大工作行程4.2.3液壓缸強度計算1.缸筒壁厚和外徑

承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應力分布規(guī)律因壁厚的不同各異。一般分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。

通過上式得到的外徑D外后通過查表，將計算出的外徑圓整到標準系列中去，并向大的方向調(diào)整。薄壁圓筒計算公式：厚壁圓筒計算公式：式中：Py為實驗壓力，為缸筒材料許用應力。缸筒的壁厚計算出來以后，便可得到缸筒的外徑：2.活塞桿的計算活塞桿的計算應包括活塞桿的強度計算和穩(wěn)定性校核（即壓桿穩(wěn)定性計算）

1）活塞桿的強度計算活塞桿主要受拉力和壓力作用，因此有：（m）式中，F(xiàn)R為液壓缸負載，N；d為活塞桿的直徑，m；為活塞桿材料的許用應力，Mpa62）穩(wěn)定性驗算活塞桿所能承受的負載FR，應小于使它保持工作穩(wěn)定的臨界負載FK。FK的值與活塞桿材料的性質(zhì)、截面形狀、直徑和長度，以及缸的安裝方式等因素有關(guān)，可按材料力學中的有關(guān)公式進行計算，即

式中，nk為安全系數(shù)，一般取nk=2—4。當活塞桿的細長比：時當活塞桿的細長比：時附：液壓缸的支承方式和末端系數(shù)的值3）、端蓋厚度設(shè)計（法蘭端蓋厚度計算方法）當活塞運動到最前端時，全部推力由端蓋承受此時計算出最大端蓋厚度，滿足設(shè)計強度要求

圖、法蘭端蓋端蓋厚度計算：D為缸筒直徑，單位為m，dH為螺釘孔圓周直徑，單位為m,dm為作用力圓周直徑，單位為m，且dm=db為螺釘孔直徑，單位為m,d為活塞桿孔直徑，單位為m，De為端蓋外徑，單位為m，p為工作