液壓與氣壓傳動(dòng)技術(shù)項(xiàng)目三數(shù)控車床液壓執(zhí)行元件的分析與選用任

《液壓與氣壓傳動(dòng)技術(shù)》主講教師：陳敏捷項(xiàng)目三：數(shù)控車床液壓執(zhí)行元件的分析與選用任務(wù)1：液壓缸的分析與選用液壓缸的分類目錄Contents01液壓缸的計(jì)算02液壓缸的結(jié)構(gòu)03課程導(dǎo)入數(shù)控車床是使用較為廣泛的數(shù)控機(jī)床之一。數(shù)控車床卡盤的夾緊與松開、回轉(zhuǎn)刀架的松開與夾緊、刀架刀盤的正反轉(zhuǎn)、尾座套筒的伸出與退回都是由什么元件來完成運(yùn)動(dòng)的？該如何選擇這些元件呢？由什么元件來完成運(yùn)動(dòng)呢？數(shù)控車床觀看視頻1.液壓缸按結(jié)構(gòu)可分：活塞缸、柱塞缸和擺動(dòng)缸三類；2.按作用方式的不同可分：單作用式和雙作用式。

單作用式液壓缸：液壓力只能使活塞（或柱塞）單方向運(yùn)動(dòng)，反方向運(yùn)動(dòng)必須靠外力（如彈簧力或自重等）實(shí)現(xiàn)；

雙作用式液壓缸：可由液壓力實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。3.按使用壓力不同可分：中低壓、中高壓、高壓液壓缸的分類分類名稱符號說明單作用液壓缸柱塞式液壓缸柱塞僅單向液壓驅(qū)動(dòng)，返回行程通常是利用自重、負(fù)載或其它外力。通常作成空心柱塞，特別適用在行程較長的場合。單活塞桿液壓缸活塞僅單向液壓驅(qū)動(dòng)，返回行程是利用自重或負(fù)載將活塞推回。雙活塞桿液壓缸活塞兩側(cè)均裝有活塞桿，但只向活塞一側(cè)供給壓力油，返回行程通常利用彈簧力、重力或外力。伸縮液壓缸它以短缸獲得長行程，用壓力油從大到小逐節(jié)推出，靠外力由大到小逐節(jié)縮回。液壓缸的分類分類名稱符號說明雙作用液壓缸單活塞桿液壓缸單邊有活塞桿，雙向液壓驅(qū)動(dòng)，兩向推力和速度不等。雙活塞桿液壓缸雙邊有活塞桿，雙向液壓驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)等速往復(fù)運(yùn)動(dòng)。伸縮液壓缸柱塞多為套筒形式，前一級活塞缸的活塞是后一級活塞缸的缸筒。伸出由大到小逐節(jié)推出，收回有小到大逐節(jié)縮回。單葉片式擺動(dòng)缸它的擺動(dòng)角度較大，可達(dá)3000。輸出轉(zhuǎn)矩較小，角速度較大。雙葉片式擺動(dòng)缸擺動(dòng)角度較小，可達(dá)1500。輸出轉(zhuǎn)矩較大，角速度較小。液壓缸的分類分類名稱符號說明組合液壓缸彈簧復(fù)位液壓缸單向液壓驅(qū)動(dòng)，由彈簧力復(fù)位。串聯(lián)液壓缸用于缸的直徑受限制，而長度不受限制的場合，可獲得大的推力。增壓缸由大小油缸串聯(lián)組成，由低壓大缸A驅(qū)動(dòng)，使小缸B獲得高壓。齒條傳動(dòng)液壓缸活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，經(jīng)齒條傳動(dòng)使與之嚙合得齒輪獲得雙向回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。液壓缸的分類液壓缸的分類液壓缸的分類1.雙桿活塞液壓缸

活塞式液壓缸圖形符號活塞桿活塞缸體液壓缸的計(jì)算缸筒固定運(yùn)動(dòng)部件移動(dòng)范圍是活塞有效行程L的三倍占地面積大，可用于小型設(shè)備動(dòng)畫演示液壓缸的計(jì)算雙桿活塞液壓缸的固定方式：

活塞桿固定運(yùn)動(dòng)部件移動(dòng)范圍是活塞有效行程L的兩倍占地面積小，可用于大型設(shè)備缸體固定式液壓缸：當(dāng)缸左腔進(jìn)油，右腔回油時(shí)，活塞帶動(dòng)工作臺向右移動(dòng)；右腔進(jìn)油，左腔回油時(shí)，工作臺向左移動(dòng)。特點(diǎn)：工作臺的運(yùn)動(dòng)范圍約為活塞有效行程的三倍，占地面積較大。應(yīng)用：常用于小型設(shè)備的液壓系統(tǒng)?；钊麠U固定式液壓缸：當(dāng)壓力油經(jīng)空心活塞桿的中心孔及活塞處的徑向孔進(jìn)入缸的左腔，右腔回油時(shí)，則推動(dòng)缸體帶動(dòng)工作臺向左移動(dòng)；右腔進(jìn)壓力油，左腔回油時(shí)，工作臺向右移動(dòng)。特點(diǎn)：工作臺的運(yùn)動(dòng)范圍約為缸筒有效行程的兩倍，占地面積較小，應(yīng)用：常用于大、中型設(shè)備的液壓系統(tǒng)。

液壓缸的計(jì)算當(dāng)兩活塞桿直徑相等、輸入兩腔的液壓油壓力和流量不變時(shí)，活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度和推力相等。動(dòng)畫演示雙桿活塞缸常用于往復(fù)速度相同的場合，如外圓磨床工作臺。液壓缸的計(jì)算雙桿活塞液壓缸的計(jì)算：

圖形符號液壓缸的計(jì)算活塞式液壓缸2.單桿活塞液壓缸

單桿活塞液壓缸的固定方式：

缸筒固定活塞桿固定兩種的運(yùn)動(dòng)部件移動(dòng)范圍均為活塞有效行程的兩倍液壓缸的計(jì)算僅一側(cè)有活塞桿，兩腔的有效工作面積不同。當(dāng)分別向缸兩腔供油，且供油壓力和流量不變時(shí)，活塞（或缸體）在兩個(gè)方向產(chǎn)生的推力和運(yùn)動(dòng)速度不相等。無桿腔進(jìn)油：速度低，推力大；有桿腔進(jìn)油：速度高，推力小。液壓缸的計(jì)算單桿活塞液壓缸的計(jì)算：

當(dāng)無桿腔進(jìn)油，有桿腔回油時(shí)：當(dāng)有桿腔進(jìn)油，無桿腔回油時(shí)：液壓缸的計(jì)算式中：A1、A2——分別為缸的無桿腔、有桿腔有效工作面積；

D、d——分別為活塞的直徑、活塞桿的直徑；

p1、p2——分別為進(jìn)油腔的壓力、回油腔的壓力；

q——輸入液壓缸的流量。單桿活塞液壓缸的計(jì)算：

特點(diǎn)及應(yīng)用：這種缸無論是缸體固定還是活塞桿固定，工作臺的運(yùn)動(dòng)范圍都等于有效行程的兩倍，故結(jié)構(gòu)緊湊，應(yīng)用廣泛。常用于一個(gè)方向有較大負(fù)載，但運(yùn)行速度較低，另一個(gè)方向空載快速退回的設(shè)備，如各種金屬切削機(jī)床、壓力機(jī)、注塑機(jī)、起重機(jī)的液壓系統(tǒng)。動(dòng)畫演示液壓缸的計(jì)算單桿活塞缸在其左、右兩腔互相接通并同時(shí)輸入壓力油時(shí)，稱為差動(dòng)連接。這時(shí)，缸兩腔的壓力相同，由于無桿腔工作面積大于有桿腔工作面積，故活塞向右的推力大于向左的推力，使其向右移動(dòng)。同時(shí)使右腔排出的流量也進(jìn)入左腔，流進(jìn)左腔的流量，從而就加快了活塞的移動(dòng)速度,用于工作機(jī)構(gòu)的快進(jìn)。動(dòng)畫演示液壓缸的計(jì)算活塞式液壓缸3.液壓缸差動(dòng)連接

液壓缸的計(jì)算有桿腔排出的油液：流入無桿腔：活塞伸出速度：活塞推力：特點(diǎn)和應(yīng)用：活塞伸出運(yùn)動(dòng)速度較大而推力較小可用于工作機(jī)構(gòu)的快進(jìn)，不增加泵容量和功率動(dòng)畫演示液壓缸的計(jì)算如圖所示差動(dòng)連接液壓缸，無桿腔有效面積A1=40cm2，有桿腔有效面積A2=20cm2，輸入油液流量,壓力p=0.1MPa，問活塞向哪個(gè)方向運(yùn)動(dòng)？運(yùn)動(dòng)速度是多少？能克服多大的工作阻力？解:因?yàn)橐簤焊撞顒?dòng)連接,所以液壓缸兩腔的壓力相等,p=0.1MPa。活塞向右的推力：

活塞向左的推力：

由于

，故活塞向右運(yùn)動(dòng)。活塞向右運(yùn)動(dòng)能克服的最大阻力：活塞向右運(yùn)動(dòng)速度：液壓缸的計(jì)算某一差動(dòng)液壓缸，求在（1）v快進(jìn)=v快退，（2）v快進(jìn)=2v快退，兩種條件下活塞面積A1和活塞桿面積A2之比。液壓缸的計(jì)算解：單活塞桿缸還常用于在需要實(shí)現(xiàn)“快進(jìn)（差動(dòng)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(jī)床等設(shè)備的液壓系統(tǒng)中。這時(shí)，通常要求“快進(jìn)”和“快退”的速度相等，即，則

，(或）。

想一想圖示為單桿液壓缸的三種連接狀態(tài)，若活塞面積為A1，活塞桿的截面積為A2，當(dāng)前兩種狀態(tài)負(fù)載相同，后一種狀態(tài)負(fù)載為零時(shí)，不計(jì)摩擦力的影響，試比較三種狀態(tài)下液壓缸左腔壓力的大?。恳簤焊椎挠?jì)算特點(diǎn)：是柱塞與缸體內(nèi)壁不接觸，所以缸體內(nèi)孔只需粗加工甚至不加工，故工藝性好，適用于較長行程液壓缸，如龍門刨床、導(dǎo)軌磨床、大型拉床等設(shè)備的液壓系統(tǒng)中。應(yīng)用：柱塞缸是單作用液壓缸，靠液壓力只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，回程要靠自重（垂直安裝時(shí)）或其它外力（如彈簧力）來實(shí)現(xiàn)。為了得到雙向運(yùn)動(dòng)，柱塞缸常成對使用（見圖c）。其他液壓缸液壓缸的計(jì)算1.柱塞缸

其他液壓缸液壓缸的計(jì)算2.多級缸

常用的有單葉片式和雙葉片式。如圖示，由葉片軸1、缸體2、定子塊3和回轉(zhuǎn)葉片4等零件組成。定子塊固定在缸體上，葉片和葉片軸聯(lián)接在一起，當(dāng)油口、交替輸入壓力油時(shí)，葉片帶動(dòng)葉片軸作往復(fù)擺動(dòng)，輸出轉(zhuǎn)矩和角速度。單葉片缸輸出軸的擺角小于300°。雙葉片缸輸出軸的擺角小于150°，但輸出轉(zhuǎn)矩是單葉片缸的兩倍。是輸出轉(zhuǎn)矩并實(shí)現(xiàn)往復(fù)擺動(dòng)的液壓執(zhí)行元件，又稱擺動(dòng)式液壓馬達(dá)。其他液壓缸液壓缸的計(jì)算3.擺動(dòng)缸

特點(diǎn)：擺動(dòng)式液壓缸結(jié)構(gòu)緊湊，輸出轉(zhuǎn)矩大，但密封性較差。應(yīng)用：一般用于機(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)等中低壓系統(tǒng)以及工程機(jī)械，如鏟斗回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中。功用：將輸入的低壓油變?yōu)楦邏河?，常用于某些短時(shí)或局部需要高壓油的系統(tǒng)中。其他液壓缸4.增壓缸

液壓缸的計(jì)算分類：單作用增壓缸：只能在單方向行程中輸出高壓油，不能獲得連續(xù)的高壓油雙作用增壓缸：由兩個(gè)高壓端連續(xù)向系統(tǒng)供油注意：增壓缸只能將高壓端輸出油通入其它液壓缸以獲取大的推力，其本身不能直接作為執(zhí)行元件。壓力油推動(dòng)活塞左右往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，經(jīng)齒條桿推動(dòng)齒輪軸往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪便驅(qū)動(dòng)工作部件作周期性的往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。其他液壓缸5.齒條缸

液壓缸的計(jì)算應(yīng)用：多用于自動(dòng)線、組合機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺或分度機(jī)構(gòu)、機(jī)械手的液壓系統(tǒng)中。液壓缸的典型結(jié)構(gòu)

圖示為雙作用單桿活塞式液壓缸的結(jié)構(gòu)，它主要由缸底1、缸筒6、缸蓋10、活塞4、活塞桿7和導(dǎo)向套8等組成。缸筒一端與缸體焊接在一起，另一端與缸蓋采用螺紋聯(lián)接；活塞與活塞桿采用半環(huán)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。缸體組件活塞組件密封裝置緩沖裝置排氣裝置套環(huán)液壓缸的結(jié)構(gòu)

（1）缸體組件：缸筒、端導(dǎo)向套、連接件等。缸筒與端蓋的常見連接形式如圖所示。法蘭式半環(huán)式螺紋式拉桿式焊接式液壓缸的結(jié)構(gòu)液壓缸的組成（1）缸體組件：缸筒、端導(dǎo)向套、連接件等。缸筒與端蓋的常見連接形式如圖所示。法蘭式半環(huán)式螺紋式拉桿式焊接式液壓缸的結(jié)構(gòu)液壓缸的組成液壓缸的結(jié)構(gòu)液壓缸的組成（1）缸體組件：缸筒、端導(dǎo)向套、連接件等。液壓缸體安裝連接形式如圖所示。腳架式法蘭式耳環(huán)式鉸軸式液壓缸的結(jié)構(gòu)液壓缸的組成（1）缸體組件：缸筒、端導(dǎo)向套、連接件等。活塞桿端安裝連接形式如圖所示。耳環(huán)式螺紋式（2）活塞組件：活塞、活塞桿和連接件等?；钊突钊麠U的連接形式如圖所示。整體式焊接式錐銷式螺紋式半環(huán)式液壓缸的結(jié)構(gòu)液壓缸的組成缸體、活塞和活塞桿的材料缸體機(jī)床——多數(shù)采用高強(qiáng)度鑄鐵（HT200），當(dāng)壓力超過8MPa時(shí)，采用無縫鋼管。工程機(jī)械——多數(shù)采用35鋼和45鋼無縫鋼管。壓力高時(shí)，可采用27SiMn無縫鋼管或45鋼鍛造?；钊w式活塞——多數(shù)采用35鋼和45鋼。裝配式活塞——常采用灰鑄鐵、耐磨鑄鐵、鋁合金等，特殊需要的可在鋼活塞坯外面裝上青銅、黃銅和尼龍耐磨套。活塞桿一般采用35鋼和45鋼，當(dāng)液壓缸的沖擊振動(dòng)很大時(shí)，可使用55鋼或40Cr等合金材料。液壓缸的結(jié)構(gòu)液壓缸的結(jié)構(gòu)（3）密封裝置液壓缸的組成根據(jù)密封的兩個(gè)配合表面之間是否有相對運(yùn)動(dòng)，將密封分為動(dòng)密封和靜密封兩大類。根據(jù)密封原理，又分為非接觸式密封和接觸式密封。常見的密封方法有間隙密封、活塞環(huán)密封及用“O”形、“Y”形、“V”形和組合式的密封圈密封。活塞環(huán)密封特點(diǎn)—摩擦力小，工作可靠，壽命長應(yīng)用—高壓、高速、高溫的動(dòng)密封液壓缸的結(jié)構(gòu)O形密封圈密封密封原理—裝入后a）—加壓力油后b）特點(diǎn)—結(jié)構(gòu)簡單緊湊，摩擦力小，裝拆方便，成本低應(yīng)用—靜密封<32MPa和滑動(dòng)密封<10MPa液壓缸的結(jié)構(gòu)Y形密封圈（唇形）密封類型—寬斷面，窄斷面密封原理—唇口端應(yīng)對著壓力高一側(cè)—壓力使唇口貼緊壁面特點(diǎn)—密封性、穩(wěn)定性和耐壓性較好，阻力小，壽命較長應(yīng)用—往復(fù)運(yùn)動(dòng)密封，寬斷面<20MPa，窄斷面<32MPa液壓缸的結(jié)構(gòu)V形密封圈密封組成—壓環(huán)，V形圈，支撐環(huán)密封原理—開口端應(yīng)對著壓力高一側(cè)—壓環(huán)，支撐環(huán)壓力使V形圈唇口貼緊壁面特點(diǎn)—