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1、1,液压缸,液压缸是将液压能转变为机械能的、做直线往复运动（或摆动运动）的液压执行元件。它结构简单、工作可靠。用它来实现往复运动时，可免去减速装置，并且没有传动间隙，运动平稳，因此在各种机械的液压系统中得到广泛应用。,2,液压缸的类型及特点 液压缸的结构 液压缸的设计与计算,3,目的任务： 了解液压缸结构形式 掌握液压缸参数计算和特点重点难点： 单杆活塞液压缸 密封、缓冲、排气,4,液压缸的类型及特点,直线运动,摆动运动,活塞缸,单杆,双杆,双作用,柱塞缸,单作用,组合缸,摆动缸（摆动马达）,齿轮缸,按结构特点可分为:,按作用方式可分为:,液体只控制缸的一腔实现单向运动,液体控制缸的两腔实现双
2、向运动,5,活塞式液压缸,双 杆 按伸出活塞杆不同 单 杆 缸体固定 按固定方式不同 活塞杆固定,定义：在缸体内作相对往复运动的组件为活塞的液压缸。,6,结构特点：活塞两侧均装有活塞杆，当杆径相同，有效工作面积一样。供油压力和流量不变时,活塞在两个方向的运动速度和推力也相等.,基本参数：,双杆活塞式液压缸,7,应用及安装,应用场合：两个方向力和速度一样的场合。安装方式：l活塞有效工作行程。 L活塞两端的活动范围。,8,缸固定 L=3 l,实心双杆活塞式液压缸,9,杆固定 L=2 l,空心双杆活塞式液压缸,10,单杆活塞式液压缸,结构：缸体、活塞、活塞杆、密封、缸盖等,11,单出杆液压缸工作原理
3、,工作原理：活塞在液压力的作用下，作直线往复运动。两侧有效作用面积不等，当供油压力和流量不变时，活塞在两个方向的运动速度和输出推力不等。应用：往返运动速度及推力不同的场合。,12,无杆腔进油参数计算,1）推力,式中： p1进油压力 p2回油压力,2）运动速度,13,有杆腔进油参数计算,特点：同样 q ，v1 F2 。 活塞杆直径越小，两个方向速度差值越小。,1）推力,2）运动速度,14,例：液压刨床,活塞杆升出时，推力大速度小；缩回时，推力小速度大，适用于伸出时承受工作负载，缩回时为空载或轻载的场合。,翻斗车,15,参数计算：推力：若不考虑管路压力损失，P2P1P,差动连接,F3 F1 。差动
4、连接后，推力小,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,16,差动缸运动速度,若要使活塞往返速度相等，即：,结论：当,时，快进、快退速度相等。,或,活塞只有一个，设此时的速度为v3,求得：,3 1 。差动连接后，在不增加流量的前提下，实现快速运动.,17,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 环： （差动连接） （无杆腔进油）（有杆腔进油） 快进 工进 快退 v3、F3 v1、F1 v2、F2,单杆缸比较1,单杆缸比较2,18,单活塞液压缸参数计算小结,19,柱塞缸式液压缸,柱塞缸：在缸体内做相对往复运动的组件是柱塞的液压缸.组成：缸筒、柱塞
5、、导向套、密封圈、压盖,单向液压驱动，回程靠外力（如自重等）。,20,双柱塞缸,双向液压驱动，常用,21,参数计算及特点,推力：,速度：,柱塞粗、受力好。柱塞重量大自重造成单边磨损，常垂直使用。简化加工工艺（缸体内孔和柱塞没有配合，不需精加工；柱塞外圆面比内孔加工容易。）,龙门刨床 常用于长行程机床，如 导轨磨床 大型拉床,22,组合式液压缸,伸缩缸工作原理:,活塞或柱塞伸出时，从大到小，速度逐渐增大，推力逐渐减小。活塞或柱塞缩回时，从小到大。,23, 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 故 起重机伸缩臂、自动倾卸卡车、火箭发 射台等皆用,伸缩缸特点应用:,24,
6、结构: 缸体、活塞、齿条、齿轮、端盖等,齿条活塞缸,应用: 常用于需要回转运动的场合，如：自动线、组合机床等的转位或分度机构中.,25,液压缸的结构,液压滑台液压缸,26,27,组成：缸体组件、活塞组件、密封件、连接件等组成。设置缓冲装置、排气装置。根据工作压力、运动速度、工作条件、加工工艺、装拆检修等要求考虑缸的结构。,28,缸体组件组成,缸筒：液压缸主体。保证足够的强度、刚度，加工的尺寸精度和粗糙度。端盖：与缸筒形成密闭容积。保证强度，选择工艺性较好的结构形式。连接件：保证足够的强度和刚度。导向套：起导向和支承作用。,29,缸体组件连接形式,法兰式（A）：加工装拆方便，连接可靠。螺纹式（C
7、、D）：重量轻，结构紧凑、复杂。半环式（B）：连接可靠，装拆方便，需加厚筒壁。拉杆式（E）：加工装拆方便，体积重量大，拉杆易变形。焊接式（F）：结构简单，尺寸小，焊接易引起缸筒变形。,30,缸体组件连接形式,31,活塞组件组成,活塞：受油压在缸筒内往复运动。保证强度和良好的耐磨性，可为整体式和组合式。铸铁制造。活塞杆：连接活塞和工作部件的传力零件。保证足够的强度的刚度，外圆应耐磨和防锈。钢料制造。连接件,32,活塞组件的连接形式,整体式(a)焊接式(b)锥销式(c )：加工容易，装配简单，承载小。用于轻载。螺纹式(d、e)：结构简单、装拆方便，需防松。常用结构。半环式(f、g)：强度高，结构复
8、杂。高压、振动大时采用。,结构简单，尺寸紧凑，但需整体更换。常用于D/d比值小，尺寸不大的场合。,33,活塞与活塞杆的连接形式,1.半环2.轴套3.弹簧圈,34,密封装置,作用：防止液压油的泄漏。设计要求：密封性能好，摩擦阻力小，耐腐蚀耐磨，寿命长。密封方法：间隙密封：依靠配合件间的微小间隙防止泄漏。结构简单，摩擦力小，零件加工精度高，难以完全消除泄漏。减小间隙以减小泄漏。活塞上开平衡槽，减小偏心量，提高密封性能活塞环密封：活塞环形槽内弹性金属环紧贴缸筒实现密封。加工复杂，自动补偿，工作可靠，寿命长。密封圈密封：利用橡胶或塑料的弹性使环形圈紧贴密封面。密封圈形式：O形、Y形、V形、组合式密封。
9、防尘圈：设在活塞杆密封圈外部防止外界灰尘等异物进入液压缸内。,35,36,37,38,39,40,41,42,43,缓冲装置,缓冲的必要性: 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。 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。,44,缓冲原理：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。 常用的缓冲装置： 环隙式： (a、b)利用缓冲柱塞A与缓冲油腔B的间隙，产生缓冲压力，实现减速制动。节流式： (c、d)通过节流槽、节流阀调节缓冲压力的大小，使缓冲压力变化
10、较平缓。,45,46,排气装置,作用：液压系统混入空气后，使液压缸产生爬行或振动、前冲。需设置排气装置。位置：排气孔的位置应配置在缸两侧的最高处。排气装置：排气塞、排气阀。,47,48,液压缸的设计与计算,液压缸内径D的计算活塞杆直径d的计算液压缸缸筒长度l的计算缸筒壁厚 的校核缸盖固定螺栓直径d1的校核活塞杆稳定性验算,主要尺寸计算,校核计算,49,液压缸工作压力的确定,50,无杆腔进油时：,有杆腔进油时：,液压缸内径D的计算(一),一、根据最大总负载和工作压力确定,以单杆缸为例,51,无杆腔进油时有杆腔进油时求出D后,按国标圆整为标准系列尺寸。,设计中，常初步选回油压力P20，公式可简化为
11、,52,二、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：由：V1=4q/D2得：D =4q/V1,有杆腔进油时： 由：V2=4q/(D2-d2)得： D=4q/V2d2,求出D后，按国标圆整为标准尺寸。,53,液压缸活塞杆直径d的计算（二）,（2）按液压缸的往复速度比v 确定：推荐液压缸的往复速度比v见表43,（1）按工作压力和设备类型确定：表41、表42,求出d后,按国标圆整为标准尺寸。,54,液压缸筒长度的确定（三）,液压缸筒长度L由所需行程及结构需要确定。液压缸筒长度L活塞最大行程活塞宽度活塞杆导向长度活塞杆密封长度其他长度（如缓冲装置所需长度等）为减小加工难度，一般液压缸
12、筒长度不大于内径的2030倍。,55,液压缸的校核,一、缸筒壁厚的校核：薄壁筒（无缝钢管，/D0.08),式中：pmax 缸筒内最高工作压力,厚壁筒（铸造/D0.03 ）,圆整为标准壁厚: 1）铸造：满足最小尺寸; 2）无缝钢管：查手册。,厚壁筒（铸造0.08/D0.03）,56,二、缸盖固定螺栓直径的校核,固定螺栓在工作中同时承受拉应力和剪切应力。校核公式： d1=5.2KF/Z式中：d1螺栓底径K螺纹拧紧系数F缸筒端部承受的最大推力Z螺栓数,57,时，强度校核即可,时，要进行稳定性计算,稳定条件：,式中：F 活塞杆所受最大压力 Fk 活塞杆的稳定临界力 nk 稳定安全系数 nk = 2 4
13、,三、活塞杆稳定性校核,58,59,学习要求,重点掌握双作用单杆活塞式液压缸的三种连接方式的分析和计算；掌握活塞式、柱塞式三种液压缸的结构特点和图形符号；了解液压缸结构的要求和密封的种类；了解液压缸设计计算要点及强度、刚度的校核。,60,习题,一个单活塞杆液压缸，无杆腔进压力油时为工作行程，此时负载为55000N。有杆腔进油时为快速退回，要求速度提高一倍。液压缸工作压力为7MPa，不考虑背压，计算选用活塞和活塞杆直径。,61,设计一单杆活塞式液压缸，要求快进时为差动连接，快退和快进时速度为.ms，工进时可驱动的负载为，回油压力为.a，采用额定压力为.a、额定流量为min的液压泵，试确定：（）缸
14、筒内径和活塞杆的直径；（）若缸筒材料选用无缝钢管，其许用应力，计算缸筒的臂厚。,62,图(a)中，小液压缸回油腔（面积A1）的油液进入大液压缸（面积A3 ）。而在图(b)中，两活塞用机械直接相连，油路连接和图(a)相似，供给小液压缸的流量为Q，压力为p。试分别计算图(a)和图(b)中大活塞杆上的推力和运动速度。,pA2A3/A1,QA1/A2A3,pA1,Q/A1,63,向一差动连接液压缸供油，液压油的流量为Q，压力为P。当活塞杆直径变小时，其活塞速度v及作用力F将如何变化？要使v3/v22，则活塞与活塞杆直径之比应为多少？,64,某液压泵的输出油压P=10MPa，转速n=1450r/min，排量V=100ml/r，容积效率v=0.95，总效率=0.9，求泵的输出功率和电动机的驱动功率。某变量叶片泵的转子外径d=83mm，定子内径D=89mm，叶片宽度b=30mm，求:(1)当泵的排量V=16ml/r时，定子与转子的偏心量有多大？(2)泵的最大排量是多少？某液压泵的排量为V，泄漏量qv=kl*P。此泵可兼做马达使用，当泵和马达的转速相同时，其容积效率是否相同？,
