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1、第三章 液压缸,2023/1/14,液压缸的功用,将液压泵供给的液压能转换为机械能而对负载作功，实现直线往复运动或旋转运动。,2023/1/14,2023/1/14,按结构不同可为三类:1.活塞缸 2.柱塞缸 3.摆动缸（摆动液压马达）按运动形式不同:1.直线运动 活塞缸、柱塞缸（推力和速度）2.摆动 摆动缸（转矩和角速度）按作用方式：1.单作用式 液压力只能使液压缸单向运动，反向依靠外力。2.双作用式 液压力可使液压缸实现两个方向的运动。,第一节 液压缸的分类和特点,一、活塞缸,活塞缸的分类:按结构不同可分为：双活塞杆、单活塞杆。按固定方式不同可分：缸体固定、活塞杆固定。,2023/1/14
2、,1.双活塞杆缸,（1）工作原理,2023/1/14,缸体固定式 活塞杆固定式,双活塞缸推力和速度计算,F=pA F=,2023/1/14,（2）特点和应用,1）特点：因两腔面积相等，压力相同时，推力相等，流量相同时，速度相等。即具有等推力等速度特性。2）应用：常用于往复运动速度和负载相同的场合，如磨床。,2023/1/14,缸体固定式,进油腔 回油腔 运动方向 左 右 活塞右移 右 左 活塞左移 运动范围大于3倍有效行程，适用于小型液压设备。进油腔位置与活塞运动方向相反。,2023/1/14,活塞杆固定式,进油腔 回油腔 运动方向 左 右 缸体左移 右 左 缸体右移 运动范围大于2倍有效行程
3、，适用于行程长的大、中型液压设备，进油腔位置与活塞运动方向相同。,2023/1/14,2.单活塞杆缸,（1）工作原理,2023/1/14,（2）单杆活塞缸的特点,两腔面积不等，A1 A2 压力相同时，推力不等。流量相同时，速度不等。即不具有等推力等速度特性。常把无杆腔进油作为工作行程，把有杆腔进油作为空载退回行程。,2023/1/14,1、无杆腔进油时,F1=A1 p,2023/1/14,速度和推力计算,2、有杆腔进油时,2023/1/14,速度和推力计算,差动连接,单杆活塞液压缸两腔同时通入油液时，两端面积差进行工作的连接形式。,2023/1/14,3、差动连接,2023/1/14,速度和推
4、力计算,差动连接特点,在不增加流量的前提下，实现快速运动，推力减小。差动缸在组合机床上采用较多。,2023/1/14,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、F2,2023/1/14,单活塞杆液压缸简单连接比较,A1 A2 v1 F2 故 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 因而：活塞杆伸出时，适用于重载慢速 活塞杆缩回时，适用于轻载快速 若 即 快进与快退运动速度相等,2023/1/14,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
5、越小。固定方式和工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。,2023/1/14,2023/1/14,例3-1 有一双作用单杆活塞液压缸，已知缸内径D=100mm，活塞杆直径d=70mm，进入液压缸的流量q=40L/min，进油压力p1=5MPa，回油压力p2=0，计算在无杆腔进油、有杆腔进油、差动连接三种情况下，液压缸的运动速度大小和方向，推力的大小和方向。,解：（1）无杆腔进油,运动方向由无杆腔向有杆腔运动，推力方向和运动方向相同。,2023/1/14,2023/1/14,（2）有杆腔进油运动方向由有杆腔向无杆腔运动，推力方向和运动方向相同。,2023/1/14
6、,（3）差动连接,运动方向由无杆腔向有杆腔运动，推力方向和运动方向相同。,在缸体内做相对往复运动的组件是柱塞的液压缸。,2023/1/14,二、柱塞缸,柱塞缸结构,2023/1/14,柱塞缸工作原理,自重只能单向运动，回程需靠外力 弹簧力需双向运动时，常成对使用。,2023/1/14,柱塞缸的特点,柱塞缸的特点是柱塞与缸筒无配合要求，缸筒内孔不需精加工，甚至可不加工。运动时由缸盖上的导向套来导向，它特别适用于行程较长的场合。主要用在龙门刨床、导轨磨床、大型拉床等大行程设备的液压系统中。,2023/1/14,摆动液压缸分类,1.叶片式摆动缸 叶片式又分单叶片式、双叶片。,2023/1/14,叶片
7、式摆动液压缸组成,缸体、定子块、叶片、摆动轴等 单叶片缸的摆动角不超过280，双叶片缸的摆动角不超过150。,2023/1/14,叶片式摆动液压缸工作原理,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一个方向摆动，带动轴偏转一定角度（小于3600），当进回油口互换时，摆动缸反转。,2023/1/14,双叶片摆动式液压缸,T双=2T单 双=1/2单,2023/1/14,2齿轮齿条式摆动缸,齿轮齿条式摆动缸的原理是将液压缸的往复运动通过齿条带动齿轮，转化成齿轮轴的正反向摆动旋转，将缸的推力转化成齿轮轴的输出扭矩。齿轮齿条式摆动缸 结构有单齿条和双齿条两种。,2023/1/14,齿轮
8、齿条式摆动缸结构,2023/1/14,2023/1/14,2.齿轮齿条式摆动缸,双齿条式,单齿条式,摆动缸特点,结构紧凑，输出转矩大，但密封困难，一般只用于中低压系统。常用于机床送料装置、回转夹具、机器人手臂等液压系统中。,2023/1/14,四、其它形式的常用缸,增压缸（增压器）伸缩缸（多级缸）,2023/1/14,增压缸的作用,增压缸能将输入的低压转变为高压油，向液压系统中的某一支路供油。,2023/1/14,增压缸结构,由大、小直径分别为为D和d的复合缸筒和复合活塞组成。,2023/1/14,增压缸增压原理,A1 p1=A2 p2 p1D2/4=p2d2/4 p2=D2/d2p1 D2/
9、d2增压比,2023/1/14,增压缸特点,在不增大 p p 的前提下，来增大输出压力，有单 作用断续增压、双作用连续增压 两种方式。增压缸不能直接作为执行元件。,2023/1/14,2.伸缩缸结构,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。,2023/1/14,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。,2023/1/14,伸缩缸特点应用,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，起重机伸缩臂、自动倾卸卡车、火箭发射台等皆用。,2023/1/14,第二节 液压缸的结构,一、缸体组件二、活塞组件
10、三、液压缸的缓冲四、液压缸的排气,2023/1/14,一、缸体组件,缸件组件包括缸筒、前后缸盖和导向套。a.法兰式b.半环式c.拉杆式d.螺纹式,2023/1/14,二、活塞组件,活塞组件包括活塞和活塞杆 活塞和活塞杆的连接形式有下列几种:a.整体式 b.焊接式 c.锥销式 d.螺纹式 e.卡环式,2023/1/14,三、液压缸的缓冲,液压缸的缓冲装置是为了防止活塞在行程终了时和缸盖发生撞击。常见的缓冲装置有以下三种。（1）环状间隙式缓冲装置：图a为圆柱形环隙式缓冲装置、图b为圆锥形环隙式。（2）可变节流式缓冲装置：图c为可变节流式缓冲装置。（3）可调节流式缓冲装置：图d为可调节缓冲装置。,2
11、023/1/14,a.圆柱形环隙式 b.圆锥形环隙式 c.可变节流式 d.可调节流式,2023/1/14,四、液压缸排气,液压系统中混入空气后会使其工作不稳定，产生振动、噪声、低速爬行及启动时突然前冲现象。要保证液压缸的正常工作，需排除积留在液压缸内的空气。图示为排气塞结构。,2023/1/14,第三节 液压缸的设计计算,液压缸的设计是在对所设计的液压系统进行工况分析、负载计算和确定系统的工作压力。然后根据使用要求确定液压缸的类型，再按负载、运动要求和最大行程等确定液压缸的主要结构尺寸，。液压缸的主要尺寸包括缸体的内径D、活塞杆直径d和液压缸的长度L等。,2023/1/14,一、液压缸工作压力
12、的确定,液压缸的工作压力按负载确定，对于不同用途的液压设备，由于工作条件不同，采用的压力范围也不同。设计时，液压缸的工作压力可按负载大小或根据液压设备的类型采用类比法选取。具体可参见表3-1和表3-2。,2023/1/14,二、缸筒内径D和活塞杆直径d的确定,缸筒内径D是根据液压缸负载和选定的工作压力来确定。无杆腔 有杆腔,2023/1/14,2023/1/14,对于活塞杆直径d可按工作时受力情况来决定，如表3-3所示。对单杆活塞缸，d值也可由D和往返速度比=v2/v1来确定。最后将以上各式计算出的D、d,应按GB/T2348-2001标准进行圆整。,三、液压缸壁厚和其他尺寸的确定,液压缸的壁厚常由结构工艺上的需要来确定，一般不需要进行强度校核，只有在高压和直径较大时，才对缸壁最薄弱部位进行强度校核。当D/10时 当D/10时,2023/1/14,2023/1/14,式中，py试验压力，当缸的额定工作压力pn16Mpa时，取py=1.5 pn；pn16Mpa时，取py=1.25 pn；为缸筒材料的许用应力。,2.液压缸其他尺寸,液压缸的缸筒长度是根据所需的最大工作行程和结构上的需要而定的，从制造工艺考虑，一般不大于其内径的20倍。通常活塞宽度为（0.61）D；活塞杆导向长度为（0.61.5）d。,2023/1/14,
