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1、第第4 4章章 液压执行元件液压执行元件4.1 液压缸的分类与特点液压缸的分类与特点4.2 其他形式的常用液压缸其他形式的常用液压缸4.3 液压缸的典型结构液压缸的典型结构4.4液压缸的设计计算液压缸的设计计算4.5 液压缸的使用与维护液压缸的使用与维护4.6 液压马达液压马达第第4章章 液压执行元件液压执行元件4.1 液压缸的分类与特点液压缸的分类与特点液压缸的形式多种多样，按照结构特点不同可分为液压缸的形式多种多样，按照结构特点不同可分为活塞式活塞式、柱塞式柱塞式、摆动式摆动式三大类。三大类。按照作用方式不同，又可分为按照作用方式不同，又可分为单作用式单作用式和和双作用式双作用式两种。单作
2、用式液压缸中液压力只能使活塞（或柱两种。单作用式液压缸中液压力只能使活塞（或柱塞）单方向运动，而反方向运动必须靠外力（弹簧塞）单方向运动，而反方向运动必须靠外力（弹簧力或自重等）实现；双作用式液压缸中可由液压力力或自重等）实现；双作用式液压缸中可由液压力实现两个方向的运动实现两个方向的运动。4.1.1 活塞缸活塞缸 活活塞塞式式液液压压缸缸是是液液压压传传动动中中最最常常见见的的执执行行元元件件。根根据据其其使使用用要要求求不不同同可可分分为为双双杆杆式式和和单单杆杆式式两两种种；根根据据固固定定方方式式不不同同可可分分为为缸缸筒筒固固定定和和缸缸杆杆固固定定两两种种。1双杆活塞缸双杆活塞缸
3、活活塞塞两两端端都都有有一一根根直直径径相相等等的的活活塞塞杆杆伸伸出出的的液液压压缸缸称称为为双双杆杆式式活活塞塞缸缸，它它一一般般由由缸缸体体、缸缸盖盖、活活塞塞、活活塞杆和密封件等零件构成。塞杆和密封件等零件构成。下图为缸筒固定式的双杆活塞缸。下图为缸筒固定式的双杆活塞缸。4.1.1 活塞缸活塞缸 (a)缸筒固定，活塞杆移动缸筒固定，活塞杆移动 (b)活塞杆固定，缸筒移动活塞杆固定，缸筒移动4.1.1 活塞缸活塞缸 （当活塞的直径为（当活塞的直径为D，活塞杆的直径为，活塞杆的直径为d，液压缸，液压缸进、出油腔的压力为进、出油腔的压力为p1和和p2，输入流量为，输入流量为q时，双杆活时，双
4、杆活塞缸的推力和速度为：塞缸的推力和速度为：4.1.1 活塞缸活塞缸2单杆活塞缸单杆活塞缸 如下图所示，单杆液压缸活塞只有一端带活塞如下图所示，单杆液压缸活塞只有一端带活塞杆，也有缸体固定和活塞杆固定两种形式，但它们杆，也有缸体固定和活塞杆固定两种形式，但它们的工作台移动范围都是活塞有效行程的两倍。的工作台移动范围都是活塞有效行程的两倍。4.1.1 活塞缸活塞缸单杆活塞缸的推力和速度为（单杆活塞缸的推力和速度为（无杆腔进油无杆腔进油）：）：4.1.1 活塞缸活塞缸单杆活塞缸的推力和速度为（单杆活塞缸的推力和速度为（有杆腔进油有杆腔进油）：）：4.1.1 活塞缸活塞缸2差动连接差动连接(动画动画
5、)单杆活塞缸在其左右两腔都接通高压油时称为单杆活塞缸在其左右两腔都接通高压油时称为差动连接差动连接，如图所示。，如图所示。其输出推力和速度为：其输出推力和速度为：4.1.2 柱塞缸柱塞缸图图(a)所示柱塞缸，只能实现一个方向的液压传动，反所示柱塞缸，只能实现一个方向的液压传动，反向运动要靠外力。若需要实现双向运动，则必须成对向运动要靠外力。若需要实现双向运动，则必须成对使用使用(动画动画)。图。图(b)液压缸中的柱塞和缸筒不接触，运液压缸中的柱塞和缸筒不接触，运动时由缸盖上的导向套来导向，因此缸筒的内壁不需动时由缸盖上的导向套来导向，因此缸筒的内壁不需精加工，它特别适用于行程较长的场合精加工，
6、它特别适用于行程较长的场合(动画动画)。4.1.2 柱塞缸柱塞缸柱塞缸输出的推力和速度为：柱塞缸输出的推力和速度为：4.1.3 摆动缸摆动缸 摆动液压缸是输出扭矩并实现往复运动的执行元件，摆动液压缸是输出扭矩并实现往复运动的执行元件，也称摆动液压马达也称摆动液压马达（动画动画a、动画动画b）。如图所示：）。如图所示：4.1.3 摆动缸摆动缸叶片式摆动缸的摆动轴输出转矩和角速度分别为：叶片式摆动缸的摆动轴输出转矩和角速度分别为：4.2 其他形式的常用液压缸其他形式的常用液压缸4.2.1增压缸增压缸 增压缸又称增压器，它利用活塞和柱塞有效面积的不同使液压系统中的局部区域获得高压。它有单作用和双作用
7、两种型式 4.2 其他形式的常用液压缸其他形式的常用液压缸4.2.2伸缩缸伸缩缸 伸缩缸又称多级缸，由两个或多个活塞缸套装而成，前一级活塞缸的活塞杆内孔是后一级活塞缸的缸筒，伸出时可获得很长的工作行程，缩回时可保持很小的结构尺寸，伸缩缸被广泛用于起重运输车辆上。4.2 其他形式的常用液压缸其他形式的常用液压缸4.2.3齿条活塞缸（齿条活塞缸（动画动画）齿条活塞缸由两个柱塞缸和一套齿条传动装置组成，如图所示。柱塞的移动经齿轮齿条传动装置变成齿轮的传动，用于实现工作部件的往复摆动或间歇进给运动。4.3 液压缸的典型结构液压缸的典型结构以双作用单杆活塞液压缸为例，如图所示。1耳环2螺母3防尘圈4、1
8、7弹簧挡圈5套6、15卡键7、14O形密封圈8、12Y形密封圈9缸盖兼导向套10缸筒11活塞13耐磨环16卡键帽18活塞杆19衬套20缸底4.3.1缸筒与缸盖的连接缸筒与缸盖的连接 缸筒和缸盖也称缸体组件，其使用材料、连接方式与工作压力有关，当工作压力p10MPa时，使用铸铁；当工作压力10MPap20MPa时，使用无缝钢管；当工作压力p20MPa时，使用铸钢或锻钢。下图所示为缸筒和缸盖的常见结构形式：(a)法兰连接式(b)半环连接式(c)螺纹连接式(d)拉杆连接式(e)焊接连接式1-缸盖2-缸筒3-压板4-半环5-防松螺帽6-拉杆4.3.2活塞和活塞杆的连接活塞和活塞杆的连接下图所示是活塞和
9、活塞杆的几种常见的结构形式。4.3.3液压缸的密封液压缸的密封 液压缸中常见的密封装置如图所示。(a)间隙密封(b)摩擦环密封(c)O形圈密封(d)V形圈密封4.3.4液压缸的缓冲和排气装置液压缸的缓冲和排气装置 液压缸中常见的缓冲装置如图所示。4.3.4液压缸的缓冲和排气装置液压缸的缓冲和排气装置 液压缸中常见的排气装置如图所示。4.4液压缸的设计计算液压缸的设计计算 液压缸一般为标准件，使用时可按照需要从标准系列中直接选用，但是在某些场合选用标准缸可能达不到使用目的，这是就需要自行设计和制造。1液压缸的设计内容和步骤液压缸的设计内容和步骤(1)选择液压缸的类型和各部分结构形式。(2)确定液
10、压缸的工作参数和结构尺寸。(3)结构强度、刚度的计算和校核。(4)导向、密封、防尘、排气和缓冲等装置的设计。(5)绘制装配图、零件图、编写设计说明书。4.4液压缸的设计计算液压缸的设计计算 2液压缸主要尺寸的确定液压缸主要尺寸的确定液压缸的主要尺寸有三个：液压缸的主要尺寸有三个：缸筒内径缸筒内径、活塞杆外径活塞杆外径和和缸筒长度缸筒长度。（1）根据负载和工作压力的大小确定若单杆活塞缸无杆腔进油时：初选回油压力所以有：4.4液压缸的设计计算液压缸的设计计算 若有杆腔进油时，缸筒内径计算公式为：若 有最后将以上各式计算求得的值，选择其中最大者，根据手册查表圆整得到标准值 4.4液压缸的设计计算液压
11、缸的设计计算 （2）根据速比 计算活塞杆外径 如果对液压缸无速比要求，可根据液压缸的工作压力来确定速比，如下表1所示，然后根据选择的速比计算，或者根据活塞杆受力状况来确定，如下表2所示。4.4液压缸的设计计算液压缸的设计计算 缸筒长度由最大工作行程长度加上各种结构需要来确定，即：（3）缸筒长度为活塞的最大工作行程；为活塞宽度，一般为(0.6-1)D；为活塞杆导向长度，取(0.6-1.5)D；为活塞杆密封长度，由密封方式定；为其他长度，比如缓冲所需长度等，可根据具体结构确定。4.4液压缸的设计计算液压缸的设计计算 3液压缸的校核液压缸的校核(1)缸筒壁厚校核。薄壁 厚壁 高压缸的缸筒大都属于此类
12、。壁厚的校核和安装支撑 方式有关，具体校核公式参考有关设计手册。(2)活塞杆直径校核。d (3)液压缸盖固定螺栓直径校核。d 4.4液压缸的设计计算液压缸的设计计算 4液压缸稳定性校核液压缸稳定性校核 活塞杆受轴向压缩负载时，若活塞杆的支撑长度L(当活塞杆全部伸出时，活塞杆的顶端连接点与液压缸支撑点之间的距离)与活塞杆的直径之比L/d1015时，需要对活塞杆弯曲稳定性进行校核，应使活塞杆承受的力F不超过使它保持稳定工作所允许的临界负载Fk,以免发生纵向弯曲，破坏液压缸的正常工作。Fk的值与活塞杆材料性质、截面形状、直径和长度以及缸的安装方式等因素有关，可按材料力学有关公式或者液压设计手册中有关
13、公式进行校核。4.4液压缸的设计计算液压缸的设计计算 液压缸在缓冲时，缓冲腔内产生的液压能E1和工作部件产生的 机械能E2分别为：5缓冲计算缓冲计算由上两式得：如缓冲装置为节流口可调式缓冲装置，在缓冲过程中的缓冲压力逐渐降低。假定缓冲压力线性地降低，则最大缓冲压力即冲击压力为：4.4液压缸的设计计算液压缸的设计计算 6液压缸设计中应注意的问题液压缸设计中应注意的问题 液压缸的设计是否合理，直接影响到它的使用性能和维护工作，所以，在设计液压缸时，要注意以下几个方面的内容：(1)选择合理的液压缸结构形式，各部件的具体结构尽可能按照液压设计手册中推荐的结构进行设计，设计时，还要考虑液压缸的标准化和系
14、列化问题，液压缸的主要参数尽可能选择标准值。(2)设计活塞杆时，尽量使其在受拉状态下承受最大负载，在受压时，要进行稳定性校核，确保在受压状态下具有良好的稳定性；(3)在保证能满足系统要求的条件下，应尽可能地使液压缸外型尺寸小，结构简单，要考虑加工制造、安装固定和维修的方便性。(4)要考虑液压缸缓冲和排气问题，必要时系统中应设计相应的装置。(5)在设计密封和防尘装置时，不仅要考虑密封和防尘装置的可靠性，还要考虑其所受的摩擦和使用寿命。4.5 液压缸的使用与维护液压缸的使用与维护 4.5.1 液压缸的使用液压缸的使用 液压缸在使用过程中，应注意以下几点：（1）液压缸缸径、杆径及压力的确定和选用，必
15、须考虑液压系统压力 源的压力和系统损失，压力的控制和调整由液压系统调压阀确定。（2）液压缸在工作之前必须低压（大于起动压力）进行几次往复运动，排除缸内气体后，才能进行正常工作。进出油口接头之间必须加组 合密封垫紧固好，防止漏油。（3）为了保证液压缸的寿命，使用介质中不得混有杂质，赃物，以免 划伤缸筒内表面，使密封件损伤，引起内外泄漏。4.5 液压缸的使用与维护液压缸的使用与维护 4.5.2 液压缸常见故障及排除方法液压缸常见故障及排除方法故障现象引起故障原因排出方法活塞杆不能动作1、油液未进入液压缸，可能是系统未供油或者换向阀未换向；2、内部泄漏严重，可能是活塞与活塞杆松脱，密封件损坏严重；。
16、3、高低压油腔相同；4、缸端油封压得太紧；5、缸筒与活塞或导向套与活塞杆配合间隙过小；6、活塞杆变形。1、检查系统是否供油、检查换向阀是否工作在指定位置；2、紧固活塞与活塞杆或更换密封件，并正确安装；3、修配活塞，更换密封件；4、放松油封，以不漏油为限；5、检查配合间隙，并配研到规定值；6、校直活塞杆。液压缸产生爬行现象1、液压缸内进入空气或者油液中有气泡；2、液压缸内锈蚀或拉毛；3、活塞杆全长或局部弯曲；4、液压缸安装不当，与导轨的轴线不平行；5、液压缸内外泄漏严重；6、液压缸端盖密封圈压得太紧或过松；7、液压缸的零件加工精度差，摩擦力大；8、活塞杆和活塞的同轴度超差；1、松开排气阀或排气塞排气；2、去除锈蚀或拉毛，严重时镗磨或更换缸筒；3、校直活塞杆，全长直线度误差小于0.03/100或更换活塞杆；4、检查并校正；5、修研液压缸内孔，重配活塞，更换密封圈；6、调整密封圈的压缩量；7、更换不符合精度的零件；8、校正活塞杆和活塞的同轴度。4.5 液压缸的使用与维护液压缸的使用与维护 4.5.2 液压缸常见故障及排除方法液压缸常见故障及排除方法液压冲击1、缓冲装置中的单向阀失灵，不起缓冲
