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1、第4章 液压执行元件 液压缸是液压系统的执行元件，它是将液体的液压缸是液压系统的执行元件，它是将液体的压力能转换成工作机构的机械能，用来实现直线往压力能转换成工作机构的机械能，用来实现直线往复运动或小于复运动或小于360360的摆动。液压缸结构简单、配制的摆动。液压缸结构简单、配制灵活、设计、制造比较容易、使用维护方便，所以灵活、设计、制造比较容易、使用维护方便，所以得到了广泛的应用。得到了广泛的应用。 4.1 液压缸的工作原理液压缸的工作原理活塞杆固定，一腔连续地输入压力油时，则活塞杆固定，一腔连续地输入压力油时，则缸筒向另一方向运动；反之亦然。缸筒向另一方向运动；反之亦然。缸筒固定，一腔连
2、续地输入压力油，当油的缸筒固定，一腔连续地输入压力油，当油的压力足以克服活塞杆上的所有负载时，活塞压力足以克服活塞杆上的所有负载时，活塞以速度以速度 连续向另一腔运动，活塞杆对外界连续向另一腔运动，活塞杆对外界做功做功 ；反之亦然。反之亦然。 4.2 4.2 液压缸的类型、特点和基本参数计算液压缸的类型、特点和基本参数计算 液压缸的类型液压缸的类型名称名称图型图型说明说明活活塞塞式式液液压压缸缸单单杆杆单作用单作用活塞单向作用，依靠弹簧使活塞单向作用，依靠弹簧使活塞复位活塞复位 双作用双作用活塞双向作用，左、右移动活塞双向作用，左、右移动速度不等，差动连接时，可速度不等，差动连接时，可提高运动
3、速度提高运动速度 双双 杆杆活塞左、右运动速度相等活塞左、右运动速度相等 柱柱塞塞式式液液压压缸缸 单柱塞单柱塞 柱塞单向作用，依靠外力柱塞单向作用，依靠外力使柱塞复位使柱塞复位 双柱塞双柱塞 双柱塞双向作用双柱塞双向作用 摆摆动动式式液液压压缸缸单叶片单叶片 输出转轴摆动角度小于输出转轴摆动角度小于300 300 双叶片双叶片 输出转轴摆动角度小于输出转轴摆动角度小于150 150 4.1 4.1 液压缸的类型、特点和基本参数计算液压缸的类型、特点和基本参数计算其其他他液液压压缸缸增力液压缸增力液压缸 当液压缸直径受到限制而当液压缸直径受到限制而长度不受限制时，可获得长度不受限制时，可获得大
4、的推力大的推力 增压液压缸增压液压缸 由两种不同直径的液压缸由两种不同直径的液压缸组成，可提高组成，可提高B B腔中的液腔中的液压力压力 伸缩液压缸伸缩液压缸 由两层或多层液压缸组成，由两层或多层液压缸组成，可增加活塞行程可增加活塞行程 多位液压缸多位液压缸 活塞活塞A A有三个确定的位置有三个确定的位置 齿条液压缸齿条液压缸 活塞经齿条带动小齿轮，活塞经齿条带动小齿轮，使它产生旋转运动使它产生旋转运动 4.1 4.1 液压缸的类型、特点和基本参数计算液压缸的类型、特点和基本参数计算活塞式液压缸活塞式液压缸 活塞式液压缸由缸筒、活塞和活塞杆、端盖等活塞式液压缸由缸筒、活塞和活塞杆、端盖等主要部
5、件组成。主要部件组成。 活塞式液压缸通常有单杆和双杆两种形式。又活塞式液压缸通常有单杆和双杆两种形式。又有缸筒固定、活塞移动与活塞杆固定、缸筒移动两有缸筒固定、活塞移动与活塞杆固定、缸筒移动两种运动方式。种运动方式。 4.1 4.1 液压缸的类型、特点和基本参数计算液压缸的类型、特点和基本参数计算1.1.单杆活塞式液压缸单杆活塞式液压缸4.1 4.1 液压缸的类型、特点和基本参数计算液压缸的类型、特点和基本参数计算 单杆活塞式液压缸有缸体固定和活塞杆固单杆活塞式液压缸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定两种形式，但它们的工作台移动范围都是活塞运动行程的两倍。由于单杆液
6、压缸左右两腔塞运动行程的两倍。由于单杆液压缸左右两腔的活塞有效作用面积的活塞有效作用面积A A1 1和和A A2 2不相等，所以，这种不相等，所以，这种液压缸具有三种连接方式，如图所示。液压缸具有三种连接方式，如图所示。 单杆活塞式液压缸单杆活塞式液压缸4.1 4.1 液压缸的类型、特点和基本参数计算液压缸的类型、特点和基本参数计算1.1.单杆活塞式液压缸单杆活塞式液压缸(1) 当无杆腔进油、有杆腔回油时当无杆腔进油、有杆腔回油时 F1推力；推力； 运动速度；运动速度； p1进油压力；进油压力； p2回油压力。回油压力。 式中式中 4.1 4.1 液压缸的类型、特点和基本参数计算液压缸的类型、
7、特点和基本参数计算若回油腔直接接油箱，若回油腔直接接油箱，p20，则：则： (2) 当有杆腔进油、无杆腔回油时当有杆腔进油、无杆腔回油时 若回油腔直接接油箱，若回油腔直接接油箱，p20，则：则： F1推力；推力； 运动速度；运动速度； p1进油压力；进油压力； p2回油压力。回油压力。 式中式中 4.1 4.1 液压缸的类型、特点和基本参数计算液压缸的类型、特点和基本参数计算与与 之比称为液压缸的速度比之比称为液压缸的速度比 ，即：，即： 4.1 4.1 液压缸的类型、特点和基本参数计算液压缸的类型、特点和基本参数计算(3) 液压缸左右两腔同时进入压力油，即差动连接液压缸左右两腔同时进入压力油
8、，即差动连接 在差动连接时，液压缸左右两腔同时进入压力油，但因在差动连接时，液压缸左右两腔同时进入压力油，但因为两腔的有效作用面积不等，故活塞向右运动。为两腔的有效作用面积不等，故活塞向右运动。 在差动连接时，在差动连接时， 差动缸活塞推力差动缸活塞推力F3和运动速度和运动速度 为：为： 整理得：整理得： 由上述可知，差动连接比非差动连接时的推力小而运动速度快，由上述可知，差动连接比非差动连接时的推力小而运动速度快，所以，这种连接形式是以减小推力为代价而获得快速运动的。所以，这种连接形式是以减小推力为代价而获得快速运动的。4.1 4.1 液压缸的类型、特点和基本参数计算液压缸的类型、特点和基本
9、参数计算2.2.双杆活塞式液压缸双杆活塞式液压缸双杆活塞式液压缸及其安装形式双杆活塞式液压缸及其安装形式 4.1 4.1 液压缸的类型、特点和基本参数计算液压缸的类型、特点和基本参数计算 双杆活塞式液压缸，活塞两侧都装有活塞杆，由于两腔的有双杆活塞式液压缸，活塞两侧都装有活塞杆，由于两腔的有效面积相等，故活塞往返的作用力和运动速度都相等，即效面积相等，故活塞往返的作用力和运动速度都相等，即 ：4.1 4.1 液压缸的类型、特点和基本参数计算液压缸的类型、特点和基本参数计算此种形式的液压缸在机床中常用。此种形式的液压缸在机床中常用。 柱塞式液压缸柱塞式液压缸4.1 4.1 液压缸的类型、特点和基
10、本参数计算液压缸的类型、特点和基本参数计算 活塞式液压缸的内壁要求精加工，当液压缸较活塞式液压缸的内壁要求精加工，当液压缸较长时加工就显得比较困难，因此在行程较长时多采长时加工就显得比较困难，因此在行程较长时多采用柱塞缸。柱塞缸的内壁不需要精加工，只需要对用柱塞缸。柱塞缸的内壁不需要精加工，只需要对柱塞杆进行精加工，它结构简单，制造方便，成本柱塞杆进行精加工，它结构简单，制造方便，成本低。低。 柱塞式液压缸示意图柱塞式液压缸示意图 4.1 4.1 液压缸的类型、特点和基本参数计算液压缸的类型、特点和基本参数计算 柱塞缸的结构如图所示。它由缸体、柱塞、导套、密封圈、压盖柱塞缸的结构如图所示。它由
11、缸体、柱塞、导套、密封圈、压盖等零件组成。等零件组成。 摆动式液压缸摆动式液压缸4.1 4.1 液压缸的类型、特点和基本参数计算液压缸的类型、特点和基本参数计算 摆动式液压缸又称为摆动液压马达或回转液压缸，它把油液的摆动式液压缸又称为摆动液压马达或回转液压缸，它把油液的压力能转变为摆动运动的机械能。常用的摆动式液压缸有单叶片和压力能转变为摆动运动的机械能。常用的摆动式液压缸有单叶片和双叶片两种。双叶片两种。 单叶片摆动式液压缸单叶片摆动式液压缸 转矩转矩 角速度角速度 4.1 4.1 液压缸的类型、特点和基本参数计算液压缸的类型、特点和基本参数计算11隔板隔板 22缸体缸体 33转动轴转动轴
12、44叶片叶片 (a) (a) 单叶片式单叶片式 (b) (b) 双叶片式双叶片式 摆动式液压缸结构图摆动式液压缸结构图 其他液压缸其他液压缸增力缸结构图增力缸结构图 4.1 4.1 液压缸的类型、特点和基本参数计算液压缸的类型、特点和基本参数计算1.1.增力缸增力缸 图图示示为为由由两两个个单单杆杆活活塞塞缸缸串串联联在在一一起起的的增增力力缸缸，当当压压力力油油通通入入两两缸缸左左腔腔时时，串串联联活活塞塞向向右右运运动动，两两缸缸右右腔腔的的油油液液同同时时排排出出，这这种种油油缸缸的的推推力力等等于于两两缸缸推推力力的的总总和和。由由于于增增加加了了活活塞塞的的有有效效面面积积，因因而而
13、使使活活塞塞杆杆上上的的推推力力或或拉拉力力得得到到增增加加。设设进进油油压压力力为为p p，活活塞塞直直径径为为D D，活塞杆直径为活塞杆直径为d d，不考虑摩擦损失，增力缸的牵引力为不考虑摩擦损失，增力缸的牵引力为4.1 4.1 液压缸的类型、特点和基本参数计算液压缸的类型、特点和基本参数计算增压缸结构图增压缸结构图 4.1 4.1 液压缸的类型、特点和基本参数计算液压缸的类型、特点和基本参数计算2.2.增压缸增压缸 图示为由活塞缸和柱塞缸组合而成的增压缸，用以使液压图示为由活塞缸和柱塞缸组合而成的增压缸，用以使液压系统中的局部区域获得高压。在这里活塞缸中活塞的有效工作系统中的局部区域获得
14、高压。在这里活塞缸中活塞的有效工作面积大于柱塞的有效工作面积，所以向活塞缸无杆腔送入低压面积大于柱塞的有效工作面积，所以向活塞缸无杆腔送入低压油时，可以在柱塞缸那里得到高压油，它们之间的关系为：油时，可以在柱塞缸那里得到高压油，它们之间的关系为： 4.1 4.1 液压缸的类型、特点和基本参数计算液压缸的类型、特点和基本参数计算2.2.增压缸增压缸 其中：其中：D、d活塞、柱塞的直径；活塞、柱塞的直径； K增压比增压比K=D2/d2伸缩式液压缸示意图伸缩式液压缸示意图 11活塞活塞 22活塞活塞 33缸体缸体 4.1 4.1 液压缸的类型、特点和基本参数计算液压缸的类型、特点和基本参数计算3. 3. 伸缩式液压缸伸缩式液压缸
