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1、第三章 液压缸的设计3.1液压缸的结构和组成液压缸是液压系统的执行元件，它是一种把液体的压力能转换成机械能以实现直线往复运动的能量转换装置。液压缸结构简单，工作可靠，在液压系统中得到了广泛的应用。液压缸按其结构形式，可分为活塞缸、柱塞缸两类。活塞缸和柱塞缸的输入为压力和流量，输入为推力和速度。液压缸的组成：基本上由缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置和排气装置五部分组成。3.2伺服液压缸的基本要求这类液压缸主要的技术要求是：低摩擦、无爬行、有较高的频率响应，低内外泄露。因此，通常对其摩擦副作用特殊处理如下：缸筒：内摩擦面镀硬铬后抛光或精密衍磨；活塞密封：用玻璃微珠填充的聚乙烯制的O行或
2、唇形密封圈。活塞杆密封：用丁腈橡胶制预加压唇形密封圈，也有用内圆带很小圆锥度的导向套静动压密封圈；活塞杆导向套：用高耐磨和高硬度的Fe3N铸铁；防尘圈：用双金属型，并预先衍磨成刃口形；油管：伺服阀与液压缸之间的油管用过渡块内直接钻孔的通道和预装的厚壁刚性短管。电液伺服液压缸用途较广：飞机的起落架、薄钢板轧机、材料疲劳实验机、模拟实验机、机械手等，作为力或位置或速度伺服之用。3.3伺服液压缸与普通液压缸的区别系统用伺服液压缸是伺服系统设计中又一关键性元件，一般很少能根据参数选择，绝大多数是根据工艺要求，计算结果、设备的结构尺寸等进行非标准设计，而设计出的液压缸结构几动态特性又直接影响了系统的性能
3、和正常使用，所以伺服系统用液压缸的设计是控制系统中很重要的部分。系统伺服液压缸与传动液压缸的区别名称传动用液压缸伺服用液压缸区域（1）缸体应满足强度要求要满足刚度要求，因此强度必然得到满足（2）活塞杆应进行压杆稳定计算出力端应满足连接刚度的要求，不存在失稳问题（3）缸的固定方法有很多方法，只要满足强度和动作要求应计算固定的刚度对稳定性的影响（4）缸的出力应克服静载荷和动载荷能满足系统的动态指标没，克服负载力是必然的（5）缸的密封是防止油的内泄和外泄除防止内外泄外，要求密封圈动、静摩擦系数相近，而且要很小，如要求h大，有时需要一定的内泄量（6）高速运动缸应考虑缓冲问题缸的运行速度是由电气信号控制
4、，不必考虑缓冲装置（7）传动缸上可能放置行程开关要考虑传感器放置的位置（8）泵站及阀台远离执行元件伺服阀与液压缸距离愈近愈好（9）很少拆卸便于拆装，方便检查伺服阀及传感器表3.13.4液压缸尺寸的计算单活塞杆液压缸 无杆腔为工作腔 P1A1-P2A2=F /om式中 F 系统最大外负载力 F=153.6KN P1 液压系统的压力MPa P1=20MPa P 2液压缸回油腔压力 P2=0.5MPa A 1液压缸无杆腔的有效面积 A1=D2/4 A 2液压缸有杆腔的有效面积 A2=1/4（D2-d2） D 液压缸内径或活塞直径 d 活塞杆直径 F/om液压缸的最大工作力 F 液压缸的最大外负载 o
5、m液压缸的机械效率 om=0.90.97当用以上公式确定液压缸尺寸时，需首先选取回油腔压力（被动）P2和杆径比d/D根据回路特点选取背压的经验数据如下表：背压经验数据回路特点背压/MPa回油路上设有节流阀0.20.5回油路上有背压阀或调速阀0.51.5采用补油泵的闭式回路11.5表3.2根据该表格选择系统的背压为0.5MPa。当活塞杆受拉时，一般取d/D=0.30.5；当活塞杆受压时，为保证杆的稳定性，一般取d/D=0.50.7。根据以上推荐值，选d/D=0.55。将各值代入式（3.1），可得D=102mm，圆整后，取D=100mm d=0.55D=0.55100=55mm，圆整后，取d=56
6、mm3.5液压缸主要零部件设计参数计算 F油缸推力 Q油缸流量 D活塞直径 d活塞杆直径 缸筒壁厚 h缸底厚度3.5.1油缸推力的计算活塞杆前进时： F=D2/4P （式3.2） 油缸机械效率，一般取0.94代入上式得： F=20.5（3.141002/4）=160.9KN活塞杆后退时：代入式（3.2）得： F=20.5（3.14（1002-562）/4）=110.5KN3.5.2油缸流量的计算一般油泵直接供油的液压系统中，主缸的工作速度不超过50mm/s，快进是速度不超过300mm/s，快退与快进速度大体相等。故mm/s V1=100， V2=100mm/s， V工进=50mm/s活塞杆前进时： Q=D2/4VV式中 V容积效率，采用橡胶或塑料圈时，V=1，采用金属环时，V=0.98代入式3.2得： Q工进=(3.14（1002-562）/40.98) 0.05=16.5dm3/min活塞杆后退时：代入式3.2得： Q2=(3.14（1002-562）/40.98) 0.1=32.3dm/min
