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1、第第4章章液压缸液压缸4、1液压缸的类型及特点液压缸的类型及特点4、2液压缸的设计计算液压缸的设计计算4、3液压缸的结构设计液压缸的结构设计第第4章章液压液压缸缸目的任务目的任务重点难点重点难点提问作业提问作业目的任务目的任务了解液压缸结构形式了解液压缸结构形式掌握液压缸参数计算和特点掌握液压缸参数计算和特点重点难点重点难点单杆活塞液压缸单杆活塞液压缸密封、缓冲、排气密封、缓冲、排气提问作业提问作业齿轮泵、叶片泵、柱塞泵各用于何种压力齿轮泵、叶片泵、柱塞泵各用于何种压力？为什么？为什么？第4章液压缸功用：将液压泵供给的液压能转换为功用：将液压泵供给的液压能转换为机械能而对负载作功，实现直机械能
2、而对负载作功，实现直线往复运动或旋转运动。线往复运动或旋转运动。4、1液压缸的类型及特点4、1、1活塞式液压缸活塞式液压缸4、1、2柱塞式液压柱塞式液压*4、1、3摆动液压马达摆动液压马达（摆动液压缸）（摆动液压缸）*4、1、4其它形式的常用缸其它形式的常用缸4、1液压缸的类型及特点活塞式活塞式按结构形式按结构形式柱塞式柱塞式组合式组合式分类单作用式：液体或气体只控制单作用式：液体或气体只控制按作用方式按作用方式缸一腔单向运动缸一腔单向运动双作用式：液体或气体控制缸双作用式：液体或气体控制缸两腔实现双向运动两腔实现双向运动4、1、1活塞式液压缸活塞式液压缸定义定义分类分类活塞式液压缸定义活塞式
3、液压缸定义在缸体内作相对往复运动的组件为活塞的液压缸在缸体内作相对往复运动的组件为活塞的液压缸分类双杆双杆按伸出活塞杆不同按伸出活塞杆不同单单杆杆无杆无杆缸体固定缸体固定按固定方式不同按固定方式不同右右左左活塞左移活塞左移占占地面积大地面积大进油腔位置与活塞运动方向相反进油腔位置与活塞运动方向相反空心双空心双杆活塞式液压缸杆活塞式液压缸杆固定式杆固定式进油腔进油腔回油腔回油腔运动方向运动方向占地范围应用场占地范围应用场合合左左右右缸体左移缸体左移两倍于两倍于L，占地面积占地面积右右左左缸体右移缸体右移小，大中小，大中型设备型设备进油腔位置与活塞运动方向相同进油腔位置与活塞运动方向相同单活塞杆液
4、压缸单活塞杆液压缸简单连接式简单连接式速度、推力计算速度、推力计算差动连接式液压缸差动连接式液压缸简单连接式特点：特点：1）两腔面积不等）两腔面积不等,A1A22)压力相同时，推力不等压力相同时，推力不等流量相同时，速度不等流量相同时，速度不等即不具有等推力等速度特性即不具有等推力等速度特性速度、推力计算速度、推力计算无杆腔进油时无杆腔进油时有杆腔进油时有杆腔进油时结论结论运动行程运动行程无杆腔进油时无杆腔进油时v1=q/A1=4q/D2F1=p1A1-p2A2=D2p1-(D2-d2)p2/4有杆腔进油有杆腔进油时时v2=q/A2=4q/(D2-d2)F2=p1A2-p2A1=(D2-d2)
5、p1-D2p2/4单活塞杆液压缸简单连接比较单活塞杆液压缸简单连接比较 A1A2 v1F2故故活塞杆伸出时，推力较大，速度较小活塞杆伸出时，推力较大，速度较小活塞杆缩回时，推力较小，速度较大活塞杆缩回时，推力较小，速度较大因而：活塞杆伸出时，适用于重载慢因而：活塞杆伸出时，适用于重载慢速速活塞杆缩回时，适用于轻载快速活塞杆缩回时，适用于轻载快速往复速比：往复速比：v=v2/v1=D2/D2-d2d=D（v-1）/v单活塞杆液压缸简单连接结论单活塞杆液压缸简单连接结论活塞杆直径越小，两个方向速度差值越小。活塞杆直径越小，两个方向速度差值越小。固定方式和工作过程皆与双杆活塞液压缸相同。固定方式和工
6、作过程皆与双杆活塞液压缸相同。运动行程皆为两倍的活塞或缸体的有效行程。运动行程皆为两倍的活塞或缸体的有效行程。差动连接式液压缸差动连接式液压缸差动连接差动连接速度、推力计算速度、推力计算特点特点应用应用差动连接差动连接单杆活塞液压缸两腔同时通入流体时，单杆活塞液压缸两腔同时通入流体时，利用两端面积差进行工作的连接形式。利用两端面积差进行工作的连接形式。差动连接速度、推力计算差动连接速度、推力计算v3A1=q+v3A2v3=q/A1-A2=4q/d2故故要使要使v2=v3，D=2dF3=p1（A1-A2）=d2p1/4差动连接特点差动连接特点在不增加流量的前提下，实现快速运动在不增加流量的前提下
7、，实现快速运动单杆活塞液压缸应用单杆活塞液压缸应用单杆活塞液压缸不同连接，可实现如下工作循单杆活塞液压缸不同连接，可实现如下工作循环：环：（差动连接）（差动连接）（无杆腔进油）（有杆腔进油）（无杆腔进油）（有杆腔进油）快进快进工进工进快退快退v3、F3v1、F1v2、F2动画演示动画演示4、1、2柱塞式液压缸柱塞式液压缸定义定义结构结构工作原理工作原理速度、推力计算速度、推力计算特点特点定定义义在缸体内做相对往复运动的组件是柱塞的液压在缸体内做相对往复运动的组件是柱塞的液压缸缸柱塞式液压缸结构柱塞式液压缸结构缸体、柱塞、导向套、钢丝卡圈等缸体、柱塞、导向套、钢丝卡圈等柱塞式液压缸工作原理柱塞式
8、液压缸工作原理自重自重只能单向运动，回程需靠外力只能单向运动，回程需靠外力弹簧力弹簧力需双向运动时，常成对使用。需双向运动时，常成对使用。动画演示动画演示柱塞式液压缸速度、推力计算柱塞式液压缸速度、推力计算v=q/A=4q/d2F=pA=d2p/4柱塞式液压缸特点柱塞式液压缸特点柱塞工作时总是受压，一般较粗柱塞工作时总是受压，一般较粗水平放置易下垂，产生单边磨损水平放置易下垂，产生单边磨损故故常垂直放置，有时可做成空心常垂直放置，有时可做成空心又又缸体内壁与柱塞不接触缸体内壁与柱塞不接触可不加工或只粗加工，工艺性好可不加工或只粗加工，工艺性好龙门刨床龙门刨床故故常用于长行程机床，如常用于长行程
9、机床，如导轨磨导轨磨床床大型拉床大型拉床*4、1、3摆动液压马达摆动液压马达（摆动液压缸（摆动液压缸）分类分类组成组成工作原理工作原理参数计算参数计算双叶片摆动式液压马达双叶片摆动式液压马达特点特点摆动液压缸分类摆动液压缸分类单叶片式单叶片式*、双叶片、双叶片摆动液压缸组成缸体、定子块、叶片、传动轴等缸体、定子块、叶片、传动轴等摆动液压缸工作原理摆动液压缸工作原理当缸的一个油口进压力油，另一油当缸的一个油口进压力油，另一油口回油时，叶片在压力油作用下往口回油时，叶片在压力油作用下往一个方向摆动，带动轴偏转一定角一个方向摆动，带动轴偏转一定角度小于度小于3600）当进回油口互换时，）当进回油口互
10、换时，马达反转。马达反转。摆动液压缸参数计算摆动液压缸参数计算T=zb/8(D2-d2)(p1-p2)m=8qcv/zb(D2-d2)双叶片摆动式液压马达T双=2T单双=1/2单摆动液压缸特点摆动液压缸特点结构紧凑，输出转矩大，但密封结构紧凑，输出转矩大，但密封困难，一般只用于中低压系统。困难，一般只用于中低压系统。*4、1、4其它形式的常用缸其它形式的常用缸增压缸（增压器）增压缸（增压器）多级缸（伸缩缸）多级缸（伸缩缸）齿条活塞缸（无杆液压缸）齿条活塞缸（无杆液压缸）增压缸（增压器）增压缸（增压器）作用作用结构结构增压原理增压原理增压缸作用增压缸作用得到高于泵压的输出压力得到高于泵压的输出压
11、力增压缸结构增压缸结构单作用、双作用单作用、双作用增压缸增压原理增压缸增压原理A1p1=A2p2p1D2/4=p2d2/4p2=A1/A2p1=p1D2/d2=Kp1K增压比增压缸特点增压缸特点在不在不pp的前提下，靠的前提下，靠A来来p单单作用断续增压、双作用连续增压作用断续增压、双作用连续增压多级缸（伸缩缸）多级缸（伸缩缸）结构结构工作原理工作原理特点应用特点应用多级缸结构由两个或多个活塞缸或柱塞缸套装由两个或多个活塞缸或柱塞缸套装而成，有单作用和双作用之分。而成，有单作用和双作用之分。动画演示动画演示多级缸工作原理活塞或柱塞伸出时，从大到小，活塞或柱塞伸出时，从大到小，速度逐渐增大，推力
12、逐渐减小。速度逐渐增大，推力逐渐减小。活塞或柱塞缩回时，从小到大。活塞或柱塞缩回时，从小到大。多级缸特点应用工作时可伸很长，不工作时缩短工作时可伸很长，不工作时缩短占地面积小，且推力随行程增加而减小占地面积小，且推力随行程增加而减小故故起重机伸缩臂、自动倾卸卡车、火箭发起重机伸缩臂、自动倾卸卡车、火箭发射台等皆用射台等皆用动画演示动画演示齿条活塞缸（无杆液压缸）齿条活塞缸（无杆液压缸）结结构构工作原理工作原理应应用用无杆液压缸结构无杆液压缸结构缸体、活塞、齿条、齿轮、端盖等缸体、活塞、齿条、齿轮、端盖等无杆液压缸工作原理无杆液压缸工作原理左腔进油，右腔回油时，齿条右移，左腔进油，右腔回油时，齿
13、条右移，齿轮带动工作台逆转。齿轮带动工作台逆转。右腔进油，左腔回油时，齿条左移，右腔进油，左腔回油时，齿条左移，齿齿轮带动工作台顺转轮带动工作台顺转。无杆液压缸应用无杆液压缸应用常用于需要回转运动的场合，常用于需要回转运动的场合，如：自动线、磨床如：自动线、磨床4、2液压缸的设计与计算液压缸的设计与计算液压缸工作压力的确定液压缸工作压力的确定液液压缸内径和活塞杆直径的确定压缸内径和活塞杆直径的确定缸筒壁缸筒壁厚厚的确定的确定液压缸其它部位尺寸的确定液压缸其它部位尺寸的确定4、2液压缸的设计与计算液压缸的设计与计算液压缸的主要尺寸包括：液压缸的主要尺寸包括：液压缸内径液压缸内径D活塞杆直径活塞杆
14、直径d液压缸缸体长度液压缸缸体长度L液压缸工作压力的确定液压缸工作压力的确定见表见表4、2、1，4、2、2液压缸内径和活塞杆直径的确定液压缸内径和活塞杆直径的确定（一）液压缸内径（一）液压缸内径D（二）活塞杆直径二）活塞杆直径d液压缸内径液压缸内径D1根据最大总负载和选取的工作压力来确定根据最大总负载和选取的工作压力来确定2根据执行机构速度要求和选定液压泵流量根据执行机构速度要求和选定液压泵流量来确定来确定根据最大总负载和选取的工作压力来确定根据最大总负载和选取的工作压力来确定以单杆缸为例：以单杆缸为例：无杆腔进油时无杆腔进油时D=4F1/(p1-p2)-d2p2/p1-p2有杆腔进油时有杆腔
15、进油时D=4F2/(p1-p2)+d2p1/p1-p2若初步选取回油压力若初步选取回油压力p2=0，则上面两式简化为：则上面两式简化为：无杆腔进油时无杆腔进油时D=4F1/p1有杆腔进油时有杆腔进油时D=4F2/p1+d2根据执行机构速度要求和选定液压泵流量来确定无杆腔进油时：D=4qv/v1有杆腔进油时：D=4qv/v1+d2计算所得液压缸的内径（即活塞直径）应圆整为标准值（二）活塞杆直径（二）活塞杆直径d原则：活塞杆直径可根据工作压力或设原则：活塞杆直径可根据工作压力或设备类型选取液压缸的往复速度比备类型选取液压缸的往复速度比有一定要求时有一定要求时d=Dv-1/v计算所得活塞杆直径计算所
16、得活塞杆直径d亦应圆整亦应圆整为标准系列值。为标准系列值。（三）液压缸缸体长度（三）液压缸缸体长度L原则：由液压缸最大行程、活塞宽原则：由液压缸最大行程、活塞宽度、活塞杆导向套长度、活塞杆导向套长度、活度、活塞杆密封塞杆密封长度和特殊要求的长度和特殊要求的其它长度确定其它长度确定,为减小加工为减小加工难难度，一般液压缸缸体长度不度，一般液压缸缸体长度不应大于内径的应大于内径的2030倍。倍。三三缸筒缸筒壁厚壁厚中低压系统，无需校核中低压系统，无需校核确定原则确定原则高压大直径时，必须校核高压大直径时，必须校核缸筒壁厚缸筒壁厚校核方法校核方法薄壁缸体（无缝钢管）薄壁缸体（无缝钢管）:当当/D0.
17、08时时pmaxD/2厚壁缸体（铸造缸体）厚壁缸体（铸造缸体）:当当/D=0.080.3时时pmaxD/2.3-3pmax当当/D0.3时时D/2+0.4py/-1.3py-1液压缸其它部位尺寸的确定液压缸其它部位尺寸的确定导向长度导向长度HL/20+D/2（L为液压缸最大行程为液压缸最大行程）活塞宽度活塞宽度B=（0、61、0）D；A=(0.610)D（D80mm）导向套滑动面长度导向套滑动面长度AA=(0.61)d（D80mm）如装有隔如装有隔套套K时，时，C=H-（A+B）/2液压缸其它部位尺寸的确定液压缸其它部位尺寸的确定活塞杆长度活塞杆长度由由L确定，必要时需进行稳定性验算。确定，必
18、要时需进行稳定性验算。当液压缸承受轴向压缩载荷时：当液压缸承受轴向压缩载荷时：若若l/d15时，无须验算时，无须验算验算验算l/d15时，可按材料力学有关公式进行时，可按材料力学有关公式进行4、3液压缸结构设计4、3、1液压缸的典型结构举例液压缸的典型结构举例4、3、2缸体与端盖的结构设计缸体与端盖的结构设计4、3、1液压缸的典型结构举例液压缸的典型结构举例典型结构典型结构设计依据设计依据典型结构典型结构缸体组件、活塞组件、密封件、缸体组件、活塞组件、密封件、连接件、缓冲装置、排气装置等。连接件、缓冲装置、排气装置等。设计依据设计依据缸工作压力、运动速度、工作条件、缸工作压力、运动速度、工作条
19、件、加工工艺及加工工艺及拆装检修等。4、3、2缸体与端盖的结构设计缸体与端盖的连接缸体与端盖的连接活塞和活塞杆结构活塞和活塞杆结构活塞杆头部的连接活塞杆头部的连接液压缸的缓冲装置液压缸的缓冲装置液压缸的排气装置液压缸的排气装置缸体与端盖的连接缸体与端盖的连接法兰连接法兰连接半环连接半环连接螺纹连接螺纹连接拉杆连接拉杆连接焊接连接焊接连接缸体与端盖的连接缸体与端盖的连接工作压力、缸体材料、工作压力、缸体材料、工作条件不同工作条件不同连接形式很多低压，连接形式很多低压，铸铁缸体，外形尺寸铸铁缸体，外形尺寸大大缸体与端盖的连接形式缸体与端盖的连接形式法兰连接：高压，需焊接法兰盘，较杂。法兰连接：高压
20、，需焊接法兰盘，较杂。内半环内半环结构简单、紧凑、装结构简单、紧凑、装卸卸半环连接半环连接方便方便（但因缸体上开了环行槽，强度削弱）（但因缸体上开了环行槽，强度削弱）外半环外半环内螺纹内螺纹螺纹连接螺纹连接重量轻，外径小，但端部复杂，重量轻，外径小，但端部复杂，外螺纹外螺纹装卸不便，需专用工具装卸不便，需专用工具焊接连接焊接连接拉杆连接拉杆连接通用性好，缸体加工方便，装拆方通用性好，缸体加工方便，装拆方便，但端盖体积大，重量也大，拉便，但端盖体积大，重量也大，拉杆受力后会拉伸变形，影响端部密杆受力后会拉伸变形，影响端部密封效果，只适于低压封效果，只适于低压.活塞和活塞杆的连接活塞和活塞杆的连接
21、工作压力、安装方式、工作压力、安装方式、工作条件的不同。工作条件的不同。活塞组件有多种结构形式。活塞组件有多种结构形式。整体式：常用于小直径液压缸，整体式：常用于小直径液压缸，结构简单，轴向尺寸紧凑，结构简单，轴向尺寸紧凑，但损坏后需整体更换但损坏后需整体更换活塞和活塞杆的连接活塞和活塞杆的连接焊接式：同上焊接式：同上锥销式：常用于双杆缸，加工容易，装配锥销式：常用于双杆缸，加工容易，装配简单，但承简单，但承载能力小，且需防止载能力小，且需防止脱落脱落螺纹式：常用于单杆缸，结构简单，装拆螺纹式：常用于单杆缸，结构简单，装拆方便，但方便，但需需防止螺母松动防止螺母松动。半环式：常用于高压大负载或
22、振动比较大半环式：常用于高压大负载或振动比较大的场合，强的场合，强度高，但结构复杂，度高，但结构复杂，装拆方便。装拆方便。活塞杆头部结构活塞杆头部结构活塞杆：是连接活塞和工作部件的传活塞杆：是连接活塞和工作部件的传力零件，必须具有足力零件，必须具有足够的强够的强度和刚度，一般用钢料制成度和刚度，一般用钢料制成,且需镀铬。且需镀铬。液压缸的缓冲装置液压缸的缓冲装置必要性必要性缓冲原理缓冲原理缓冲装置类型缓冲装置类型缓冲的必要性缓冲的必要性在质量较大、速度较高在质量较大、速度较高(v12m/min），），由于惯性力较大，活塞运动到终端时会撞由于惯性力较大，活塞运动到终端时会撞击缸盖，产生冲击和噪声
23、，严重影响加工击缸盖，产生冲击和噪声，严重影响加工精度，甚至使液压缸损坏。精度，甚至使液压缸损坏。常在大型、高速、或高精度液压缸中设置常在大型、高速、或高精度液压缸中设置缓冲装置或在系统中设置缓冲回路。缓冲装置或在系统中设置缓冲回路。缓冲原理缓冲原理利用节流方法在液压缸的回油腔产利用节流方法在液压缸的回油腔产生阻力，减小速度，避免撞击。生阻力，减小速度，避免撞击。缓冲装置类型缓冲装置类型（1）圆柱形环隙式缓冲装置圆柱形环隙式缓冲装置（2）圆锥形环隙式缓冲装置圆锥形环隙式缓冲装置（3）可变节流槽式缓冲装置可变节流槽式缓冲装置（4）可调节流孔式缓冲装置可调节流孔式缓冲装置液压缸的排气装置液压缸的排
24、气装置必要性必要性排气方法排气方法排气的必要性排气的必要性系统在安装或停止工作后常会渗入空气系统在安装或停止工作后常会渗入空气使液压缸产生爬行、振动和前冲，换向精度降低等。使液压缸产生爬行、振动和前冲，换向精度降低等。故故必须设置排气装置必须设置排气装置。排气方法排气方法1排气孔排气孔油口设置在液压缸最高处油口设置在液压缸最高处2排气塞排气塞象螺钉象螺钉（如暖气包上的放气阀）（如暖气包上的放气阀）3排气阀排气阀使液压缸两腔经该阀与使液压缸两腔经该阀与油油箱相通启动时，拧开排气箱相通启动时，拧开排气阀使液压缸空载往复运动阀使液压缸空载往复运动几次即可几次即可4、4液压缸常见故障及其排除方法液压缸常见故障及其排除方法见表见表43
