液压缸的分类及基本计算.

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1、3.1 液压缸的分类及基本计算 3.2 液压缸的结构 本章小结 作业 3液压缸 ysu-2010 3.1 液压缸的分类及基本计算 液压缸是液压传动系统中应用最多的执行元件，它将 油液的压力能转换为机械能，实现往复直线运动或摆 动，输出力或扭矩。 其作用方式可分为单作用式和双作用式两种。 单作用式液压缸液压油只能使液压缸实现单向运 动，即压 力油只是通向液压缸的一腔，而反方向运动 则必须依靠外力来实现，如复位弹簧力、自重或其它 外部作用。 双作用式液压缸在两个方向上的运动都由液压油 的压力推动来实现。 ysu-2010 液压缸可以看作是直线马达(或摆动马达 )，其单位位移排量即为液压缸的有效面积

2、A。 当液压缸的回油压力为零且不计损失时 ，输入液压功率p q等于输出机械功率Fv 。 液压缸有多种结构，但根据其具体结构 特点可分为活塞式、柱塞式和摆动式三类基本 形式，除此以外，还有在基本形式上发展起来 的各种特殊用途的组合液压缸。 ysu-2010 液压缸的分类 1、单作用活塞式液压缸 单向液压驱动，回程靠自重、弹簧或其 它外力。 2、单作用柱塞式液压缸 柱塞较粗，受力较好，稳定性好，单向 进油驱动，回程靠外力。 3、单作用伸缩式液压缸 液压油进入后，将活塞从大到小逐节推 出，然后靠自重从小到大逐节缩回，这 种液压缸的特点是缸筒短，伸出长。缸 筒不受安装位置所限。例：自卸汽车 点击播放动

3、画 ysu-2010 4、双作用单活塞杆液压缸 双向液压驱动，往复速度、力不等。 5、差动液压缸 差动液压缸主要是靠油路的连接方式构 成差动。可加大活塞杆的伸出速度，推 力相应减小。 6、双杆双作用液压缸 可实现等速往复运动。 7、双作用伸缩式液压缸 它是自卸汽车所用的双作用伸缩液 压缸，由一节活塞缸和一节柱塞缸 组成。 点击图片播放动画 动画CAI.exe 点击播放动画 点击播放动画 ysu-2010 8、串联液压缸 小直径的液压缸获得大的作用面积， 提高牵引力。 9、增压液压缸 从低压系统可获得高压系统的能力。 10、多位液压缸 可获得几个长度准确的行程，例如 ，用于排挡、换挡。 点击播放

4、动画 ysu-2010 11、单叶片摆动液压缸 回转往复运动，最大摆角300。 12、双叶片摆动液压缸 回转往复运动，最大摆角150。 13、齿条液压缸原理演示 ysu-2010 缸固定 3.1.1 活塞式液压缸 活塞式液压缸可分为双杆式和单杆式两种结构形式，其安 装方式有缸筒固定和活塞杆固定两种形式。 液压缸的基本参数：液压缸往复运动的速度v和牵引力F 。 3.1.1.1 双杆活塞式液压缸 图3.1所示为双杆活塞式液压缸的工作原理图。当两活 塞杆直径相同，供油压力和流量不变时，活塞式液压 缸在两个方向上的运动速度和推力都相等，即 原理演示 ysu-2010 缸固定 式中 v液压缸的运动速度(

5、ms)； F液压缸的推力(N)； v液压缸的容积效率； ysu-2010 m液压缸的机械效率； q液压缸的流量(m3s)； A液压缸的有效工作面积(m2)，也可看成 单位位移 排量(m3m)； p1进油压力(Pa)； p2回油压力(Pa)； D活塞直径，即缸筒直径(m)； d活塞杆直径(m)。 这种液压缸常用于要求往返运动速度相同的场合。 缸固定 ysu-2010 图3.1(b)为活塞杆固定式结构，当液压缸的左腔进油时，推 动缸体向左移动，右腔回油；反之，当液压缸的右腔进油时 ，缸体则向右运动。 b）杆固定 a)缸固定 图3.1(a)为缸体固定式结构，当液压缸的左腔进油，推动 活塞向右移动，右

6、腔活塞杆向外伸出，左腔活塞杆向内缩 进，液压缸右腔油液回油箱；反之，活塞反向运动。 这类液压缸常用于中小型设备中。 原理演示 ysu-2010 3.1.1.2 单杆活塞式液压缸 图3.2所示为双作用单活塞杆液压缸，活塞杆只从 液压缸的一端伸出，液压缸的活塞在两腔有效作 用面积不相等，当向液压缸两腔分别供油，且压 力和流量都不变时，活塞在两个方向上的运动速 度和推力都不相等，即运动具有不对称性。 ysu-2010 如图所示，当无杆腔进油时，活塞的运动 速度v1和推力F1分别为 ysu-2010 如图3.2(b)所示，当有杆腔进油时，活塞的运动速度v2和推 力F2分别为 比较上述各式，可以看出v2

7、v1, F1F2;液压缸往复运动时 的速度比为 上式表明，活塞杆直径愈小，速度 比愈接近1，液压缸在两个方向上的 速度差值就愈小。 ysu-2010 如图3.3所示，当单杆活塞缸两腔同时通入压力油时，由于 无杆腔有效作用面积大于有杆腔的有效作用面积，使得活塞 向右的作用力大于向左的作用力，因此，活塞向右运动，活 塞杆向外伸出；与此同时，又将有杆腔的油液挤出，使其流 进无杆腔，从而加快了活塞杆的伸出速度，单活塞杆液压缸 的这种连接方式被称为差动连接。 在差动连接时，有杆腔排出流量 进入无杆腔，根据流量连续性方 程可导出液压缸的运动速度v3为 原理演示ysu-2010 在忽略两腔连通油路压力损失的

8、情况下，差动连接液压缸 的推力F3为 由上两式可知，差动连接时，液压缸的有效作用面积是活 塞杆的横截面积，与非差动连接无杆腔进油工况相比， 在输入油压力和流量不变的条件下 ，活塞杆伸出速度较大，而推力较 小。实际应用中，液压传动系统常 通过控制阀来改变单活塞杆液压缸 的油路连接，使它有不同的工作方 式，从而获得快进+工进+快退的工 作循环。差动连接是在不增加液压 泵容量和功率的条件下，实现快速 运动的有效办法。 ysu-2010 例题3.1 已知单活塞杆液压缸的缸筒内径 D=100mm，活塞 杆直径 d=70mm，进入液压缸的流量 q=25Lmin，压力 p1=2MPa，p2=0液压缸的容积效

9、率和机械效率分别为0.98、 0.97，试求在图3.2和图3.3所示的三种工况下，液压缸可推动 的最大负载和运动速度各是多少?并给出运动方向。 ysu-2010 ysu-2010 ysu-2010 3.1.2 柱塞式液压缸 活塞式液压缸应用非常广泛，但这种液压缸由于缸孔 加工精度要求很高，当行程较长时，加工难度大，使得 制造成本增加。在生产实际中，某些场合所用的液压缸 并不要求双向控制，柱塞式液压缸正是满足了这种使用 要求的一种价格低廉的液压缸。 如图3.4(a)所示，柱塞缸由缸筒、柱塞、导套、密封圈 和压盖等零件组成，柱塞和缸筒内壁不接触，因此缸筒 内孔不需精加工，工艺性好，成本低。 ysu

10、-2010 单一的柱塞缸只能制成单作用缸，如果要获得双向运动，可 采用图3.4(b)所示的复合式柱塞缸结构，即将两柱塞液压缸成 对使用，每个柱塞缸控制一个方向的运动参数。柱塞缸的柱 塞端面是受压面，其面积大小决定了柱塞缸的输出速度和推 力。为保证柱塞缸有足够的推力和稳定性，一般柱塞较粗， 重量较大，水平安装时易产生单边磨损，故柱塞缸适宜于垂 直安装使用。 为减轻柱塞的重量，有 时制成空心柱塞。柱塞 缸结构简单，制造方便 ，常用于工作行程较长 的场合，如大型拉床， 矿用液压支架等。 ysu-2010 摆动式液压缸输出转矩，并实现往复摆动，有时也称为 摆动马达，在结构上有单叶片和双叶片两种形式，如

11、图3.5 所示。单叶片式摆动液压缸由定子块1、缸体2、摆动轴3 、叶片4、左右支承盘和左右盖板等主要零件组成。 定子块固定在缸体上，叶片和摆动轴固连在一起。当两 油口相继通以压力油时，叶片即带动摆动轴作往复摆动。 3.1.3 摆动式液压缸 ysu-2010 根据能量守恒原理，得输出角速度为 当考虑到机械效率时，单叶片缸的摆动轴输出转矩为 式中 D缸体内孔直径(m)； d摆动轴直径(m)； b叶片宽度(m)。 V每转排量， p1q p2 ysu-2010 单叶片摆动液压缸的摆角一般不超过280，双叶片摆动液 压缸的摆角一般不超过150。 当输入压力和流量不变时，双叶片摆动液压缸摆动轴输出 转矩是

12、相同参数单叶片摆动缸的两倍，而摆动角速度则是 单叶片的一半，摆动缸结构紧凑，输出转矩大，但密封困 难，一般只用于中、低压系统中往复摆动、转位或间歇运 动的地方。组合式液压缸 ysu-2010 例3.2 如图3.5所示单叶片摆动液压缸，供油压力p110 MPa，流量q=25Lmin，回油压力p2=0.5 MPa，D=100 mm ，d40 mm，若输出轴的角速度为7 rads，摆动液压缸的 容积效率和机械效率分别为0.96和0.98，求摆动液压缸的叶片 宽度和输出扭矩是多少? 解 p1q p2 ysu-2010 3.1.4 组合式液压缸 上述为液压缸的三种基本形式，为满足特定的 需要，还可以在这

13、三种基本液压缸的基础上构 成各种组合式液压缸。 3.1.4.1 增压缸 增压缸也称增压器，它 能将输入的低压油转变 为高压油供液压系统中 的高压支路使用，增压 缸如图所示。 ysu-2010 它由有效面积为A1的大液压缸和有效作用面积为A2的 小液压缸在机械上串联而成，大缸作为原动缸，输入 压力为p1，小缸作为输出缸，输出压力为p2。若不计 摩擦力，根据力平衡关系，可有如下等式： 图3.6 增压液压缸 比值A1A2称为增压比，由 于A1A21，压力p2被放大 ，从而起到增压的作用。 ysu-2010 3.1.4.2 多级缸 多级缸又称伸缩缸它由两级或多级活塞缸套 装而成，如图所示。 ysu-2

14、010 前一级缸的活塞杆就是后一级缸的缸套，活塞伸出的顺序 是从大到小，相应的推力也是从大到小，而伸出的速度则是 由慢变快。 空载缩回的顺序一般是从小活塞到大活塞，收缩后液压缸总 长度较短，占用空间较小，结构紧凑。多级缸适用于工程机 械和其它行走机械，如起重机伸缩臂、车辆自卸等。 多级伸缩缸 ysu-2010 3.1.4.3 齿条活塞缸 齿条活塞缸由带有齿条杆的双活塞缸和齿轮齿条机构 组成，如图所示。齿条活塞往复移动带动齿轮 9并驱 动传动轴10往复摆动，它多用于自动线、组合机床等 转位或分度机构中。 图3.8 齿条活塞液压缸的结构图 1-紧固螺帽;2-调节螺钉; 3-端壁；4-垫圈;5-O形

15、密封圈;6-挡圈; 7- 缸套;8-齿条活塞;9-齿轮;10-传动轴;11-缸体;12-螺钉 原理演示 ysu-2010 3.2 液压缸的结构 液压缸通常由后端盖、缸筒、活塞杆、活塞组件、前端盖 等主要部分组成；为防止油液向液压缸外泄漏或由高压腔 向低压腔泄漏，在缸筒与端盖、活塞与活塞杆、活塞与缸 筒、活塞杆与前端盖之间均设置有密封装置，在前端盖外 侧，还装有防尘装置； 为防止活塞快速退回到行程终端时撞击缸盖，液压缸端部 还设置缓冲装置；有时还需设置排气装置。 ysu-2010 图3.9为双作用单活塞杆液压缸的结构图，该液压缸主要 由缸底1、缸筒6、缸盖10、活塞4、活塞杆7和导向套8等 组成

16、；缸筒一端与缸底焊接，另一端与缸盖采用螺纹连 接。活塞与活塞杆采用卡键连接，为了保证液压缸的可 靠密封，在相应位置设置了密封圈3、5、9、11和防尘圈 12。下面对液压缸的结构具体分析。 ysu-2010 3.2.1 缸体组件 缸体组件与活塞组件形成的密封容腔承受油压作用， 因此，缸体组件要有足够的强度，较高的表面精度可靠 的密封性。 ysu-2010 3.2.1.1 缸筒与端盖的连接形式 常见的缸体组件连接形式如图3.10所 示。 (1)法兰式连接，结构简单，加工方便 ，连接可靠，它是常用的一种连接形 式。 环 焊法兰 (2)半环式连接，分为外半环连接和内 半环连接两种连接形式，半环连接工 艺性好，连接可靠，结构紧凑，但削 弱了缸筒强度。 ysu-2010 (3)螺纹式连接，有外螺纹连接和 内螺纹连接两种，其特点是体积小 ，重量轻，结构紧凑，