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1、1,第四章 液压缸,垛癣虫怠供眨窿揩训菜越蝴小驼箔末镜虞咆捅晤增连柒降候汽打榴俯自斋第四章液压缸第四章液压缸,2,本章提要,液压缸的类型及特点 液压缸的设计计算 液压缸的典型结构 液压缸的密封,通过本章的学习，要求掌握液压缸设计中应考虑的主要问题，包括结构类型的选择和参数计算等，为液压缸设计打下基础。,本章主要内容为：,唤挝帖玫湃礼射菲柏痹气篇改寓筒慧携虐询耻蒜喊涌粒俊庶凰温娃涣餐妹第四章液压缸第四章液压缸,3,液压缸（油缸）主要用于实现机构的直线往复运动，其结构简单，工作可靠，应用广泛。,液压缸的输入量是液体的流量和压力，输出量是速度和力。 液压缸和液压马达都是液压执行元件， 其职能是将液压
2、能转换为机械能。,舒焊尧屑赐亿岁陵战延砖抡衅胃亿向命懈孺怜誉栏忘辟恒楼缔刚汇撂褐廖第四章液压缸第四章液压缸,4,4.1 液压缸的类型及特点,液压缸的分类,按供油方向分：单作用缸和双作用缸。 按结构形式分：活塞缸、柱塞缸、伸缩套筒缸。 按活塞杆形式分：单杆活塞式缸、双杆活塞式缸。,禽弹晋浊煤杖伞堕虱茹获菏束娶够炔赌弹致碑厌吠尊准垛谎藤清裤们近烦第四章液压缸第四章液压缸,5,4.1.1 活塞式液压缸,活塞式液压缸可分为双杆式和单杆式两种结构形式，其安装又有缸筒固定和活塞杆固定两种方式。,4.1.1.1 双杆活塞液压缸,双活塞杆液压缸的活塞两端都带有活塞杆，分为缸体固定和活塞杆固定两种安装形式，如图
3、41所示。,惦蚕罚起们羊似阁阵儒慕搅辣脸溢频隔癌机涯骂买若世燎啦溢绎菱尝敲昼第四章液压缸第四章液压缸,6,当双活塞杆液压缸的两活塞杆直径相等，输入流量和油液压力不变时，其往返运动速度和推力相等。则缸的运动速度V和推力F分别为：,（4.1）,（4.2）,式中:,、d 分别为活塞直径和活塞杆直径；,q 输入流量；,A活塞有效工作面积。,这种液压缸常用于要求往返运动速度相同的场合。,衍孰凯驱备横盐鸵莫翁脚咎北首翌烯忆秉贵战猩第冒胞种奈切浪翰未芒创第四章液压缸第四章液压缸,7,4.1.1.2单活塞杆液压缸,单活塞杆液压缸的活塞仅一端带有活塞杆，活塞双向运动可以获得不同的速度和输出力，其简图及油路连接方
4、式如图4.2所示。,(b)有杆腔进油,q,虏熏麻卉短述圭最封冉冀昧蛔胎存须践都襟牟惑辑研秆肤标理盈宋畜卜娜第四章液压缸第四章液压缸,8,无杆腔进油,（4.3）,（4.4）,活塞的运动速度 和推力 分别为:,省淬植冻裔漱说酗景庄电宛胃遵稽咏器清伊扫藕肥状姚于穿枪谨汗珍父贼第四章液压缸第四章液压缸,9,有杆腔进油,活塞的运动速度 和推力 分别为:,(b)有杆腔进油,q,（4.5）,（4.6）,下黎嫂帧捧闰苹以况班翼叹寝沦厉蛹窘售蝎领湿柒赏君颗郊沟秉色伏陕勤第四章液压缸第四章液压缸,10,比较上述各式，可以看出： , ；液压缸往复运动时的速度比为：,（4.7）,上式表明：当活塞杆直径愈小时，速度比接
5、近1，在两个方向上的速度差值就愈小。,(b)有杆腔进油,q,沈墙氢沤飞笔桌秒境叶踏肯薄瑞槽丹觉谬怎孕惧屈纤独祝尿考藤陋贺斥怪第四章液压缸第四章液压缸,11,两腔进油,差动联接,当单杆活塞缸两腔同时通入压力油时，由于无杆腔有效作用面积大于有杆腔的有效作用面积，使得活塞向右的作用力大于向左的作用力，因此，活塞向右运动，活塞杆向外伸出；与此同时，又将有杆腔的油液挤出，使其流进无杆腔，从而加快了活塞杆的伸出速度，单活塞杆液压缸的这种连接方式被称为差动连接。,翱墓煞秃玫辫孩诗晃福亲帛秽邹账都涅丝肢警骚小泛誊璃水墩笔毫柞害剑第四章液压缸第四章液压缸,12,两腔进油,差动联接,（4.8）,（4.9）,在忽略
6、两腔连通油路压力损失的情况下，差动连接液压缸的推力为：,等效,活塞的运动速度为：,叉咕嚼挡触啃夕帧至柜危碟苑槽登宰烷炙逼滑障蔼兑食奎昨形海燃廓阂蹭第四章液压缸第四章液压缸,13,两腔进油,差动联接,等效,差动连接时,液压缸的有效作用面积是活塞杆的横截面积，工作台运动速度比无杆腔进油时的大，而输出力则较小。,差动连接是在不增加液压泵容量和功率的条件下，实现快速运动的有效办法。,殿牺承滓爆蘸驻夏求汞俐胃镍焰撞移辆至芜呆灼裔毗敝膜呐货化惨冒史起第四章液压缸第四章液压缸,14,差动液压缸计算举例,例4.1：已知单活塞杆液压缸的缸筒内径D=100mm，活塞杆直径d=70mm，进入液压缸的流量q=25mi
7、n，压力P1=2Mpa，P2=0。液压缸的容积效率和机械效率分别为0.98、0.97，试求在图4.2(a)、(b)、4.3所示的三种工况下，液压缸可推动的最大负载和运动速度各是多少？并给出运动方向。,解：在图4.2（a）中，液压缸无杆腔进压力油，回油腔压力为零，因此，可推动的最大负载为：,液压缸向左运动，其运动速度为：,箕畅已油涣尹氯特押尧春骚遏撵煽擂芒熟卡峦丹扦犁郸苦雾讯拢健渣皑漾第四章液压缸第四章液压缸,15,在图4.2（b）中，液压缸为有杆腔进压力油，无杆腔回油压力为零，可推动的负载为：,液压缸向左运动，其运动速度为：,在图4.2（c）中，液压缸差动连接，可推动的负载力为：,液压缸向左运
8、动，其运动速度为：,盏蒙亡歌心舀速嗜退利瀑泄戚履断搂奋闯轰枷漫巴灸芥较乖鼠靠蓝要溜瓤第四章液压缸第四章液压缸,16,4.1.2 柱塞式液压缸,图4.3柱塞式液压缸,当活塞式液压缸行程较长时，加工难度大,使得制造成本增加。 某些场合所用的液压缸并不要求双向控制,柱塞式液压缸正是满足了这种使用要求的一种价格低廉的液压缸。,造鹰锰叮调弥壤颖间边瑚烤龟悉汛避苦普眉贵酱犁款台解襄续昌乐秀爽辐第四章液压缸第四章液压缸,17,图4.3柱塞式液压缸,如图4.3（a）所示，柱塞缸由缸筒、柱塞、导套、密封圈和压盖等零件组成，柱塞和缸筒内壁不接触，因此缸筒内孔不需精加工，工艺性好，成本低。,阂厌呈洒卫二掸萄曰国送丛
9、半环幅圭尧愧独忙蕾塞图炳宣耗佰峨粱始杜皖第四章液压缸第四章液压缸,18,柱塞式液压缸是单作用的，它的回程需要借助自重或弹簧等其它外力来完成。如果要获得双向运动，可将两柱塞液压缸成对使用为减轻柱塞的重量，有时制成空心柱塞。,p1,p2,域拂瘟恕茂溅妮杖测坍谰阉茸调糜反巴友呻箭半馆取络善绳坤恼变汲疯霹第四章液压缸第四章液压缸,19,4.1.3 伸缩式液压缸,伸缩式单作用缸,脂饱稳喂夸帝膊役雌花硬淆站明毛细航饰秩状饶肉怎民裔踌率碴溅乘震魏第四章液压缸第四章液压缸,20,伸缩式液压缸的特点是：活塞杆伸出的行程长，收缩后的结构尺寸小，适用于翻斗汽车，起重机的伸缩臂等。,慈但舍局斜脓耶袖位赖笋投衍囚食婴译
10、呀恩江肉骑唱占满朋忠倒琐孩刺于第四章液压缸第四章液压缸,21,4.1.4 齿条活塞缸,齿条活塞缸由带有齿条杆的双作用活塞缸和齿轮齿条机构组成，活塞往复移动经齿条、齿轮机构变成齿轮轴往复转动。,图4.6齿条活塞液压缸的结构图 1 紧固螺帽；2 调节螺钉；3 端盖；4 垫圈；5 O形密封圈； 6 挡圈；7 缸套；8 齿条活塞；9 齿轮；l0 传动轴；11 缸体；12 螺钉,阵捐哪枢困滦譬肠雄岔褒享刽钓家婚攘危佩鞠比壳滓父抓删销葫丛嫩规爵第四章液压缸第四章液压缸,22,4.2 液压缸的结构,图 4.9 双作用单活塞杆液压缸结构图 l 缸底；2 卡键；3、5、9、11 密封圈；4 活塞；6 缸筒； 7
11、 活塞杆；8 导向套；10 缸盖；12 防尘圈；13 耳轴,厢佣鸡农褐腺敲厌缩栈欲综愁渣稿夯残杉数征挠倍遁藉填绽楔组潭迪翟佑第四章液压缸第四章液压缸,23,图 4.9 双作用单活塞杆液压缸结构图 l 缸底；2 卡键；3、5、9、11 密封圈；4 活塞；6 缸筒； 7 活塞杆；8 导向套；10 缸盖；12 防尘圈；13 耳轴,单活塞杆液压缸主要由缸底1、缸筒6、缸盖10、活塞4、活塞杆7和导向套8等组成。缸筒一端与缸底焊接，另一端与缸盖采用螺纹连接。活塞与活塞杆采用卡键连接。为了保证液压缸的可靠密封，在相应部位设置了密封圈3、5、9、11和防尘圈12。,幌抚恍起栈三祸垫思零省擦韶确衫碑消咆域柞酷
12、蔗辕株斡检辈栈榴菱涌焚第四章液压缸第四章液压缸,24,4.2.1.1 缸筒与端盖的连接,图4.8缸体与缸盖的连接结构,4.2.1 缸体组件,法兰式,半环式,外螺纹式,拉杆式,焊接式,内螺纹式,夹农陀扳症温澡盟虏号哮谬捻鞘咽宵恃赃锤妆蟹倦驾御歪苞晃兔闭趋兆乙第四章液压缸第四章液压缸,25,（2）半环式连接，分为外半环连接和内半环连接两种连接形式。,(1）法兰式连接,闺饲杨降阀钦漆黍蛰摊李时握捎失苟筐埔治傣届味圆欣愉谆逾辞葱苫缝骗第四章液压缸第四章液压缸,26,（3）螺纹式连接,外螺纹连接,内螺纹连接,禾房驹扬煌烬材牢瑞芦岸蹿肮钉良拨美撂洲赖送闹饮甫六长药牵咀吉快馈第四章液压缸第四章液压缸,27,
13、（5）焊接式连接,（4）拉杆式连接,篮缅整狞练烙逃挺豹窍福菲吻磁娇阳诚敦挛赐莲熔圣活逊步个吓唱紫椰全第四章液压缸第四章液压缸,28,缸筒 是液压缸的主体，其内孔一般采用镗削、绞孔、滚压或珩磨等精密加工工艺制造，要求表面粗造度在0.1m0.4m。,端盖 装在缸筒两端，与缸筒形成封闭油腔，同样承受很大的液压力，因此，端盖及其连接件都应有足够的强度。,导向套 对活塞杆或柱塞起导向和支承作用，有些液压缸不设导向套，直接用端盖孔导向。,缸筒，端盖和导向套的材料选择和技术要求可参考液压设计手冊。,蚜朵淡允抨雄乘鹤谓生铲锯童朗绎陀痕空皑歌姓惟游竭攻朋顿蝉姿坐烫氢第四章液压缸第四章液压缸,29,4.2.3 活
14、塞组件,活塞组件由活塞、密封件、活塞杆和连接件等组成。,活塞与活塞杆的连接形式,如图4.9所示，活塞与活塞杆的连接最常用的有螺纹连接和半环连接形式，除此之外还有整体式结构、焊接式结构、锥销式结构等。,不舅层七丑笛豆懈戌胳拣巨葡圃扯崩支辟大扔民匣略替叔尔宏看凿又耽乞第四章液压缸第四章液压缸,30,密封装置主要用来防止液压油的泄漏。对密封装置的基本要求是具有良好的密封性能，并随压力的增加能自动提高密封性。除此以外，摩擦阻力要小，耐油。 油缸主要采用密封圈密封，密封圈有O形、V形、Y形及组合式等数种，其材料为耐油橡胶、尼龙、聚氨脂等。,（1）O形密封圈,O形密封圈的截面为圆形，主要用于静密封。与唇形
15、密封圈相比，运动阻力较大，作运动密封时容易产生扭转，故一般不单独用于油缸运动密封。,鸯奴傅爹哆妓波发晤用博巢暑似驻刻圾罗摆乃堑胸蛮殿膨暇荡湘吐僚腻肢第四章液压缸第四章液压缸,31,（1）O形密封圈,图4.10 O型密封圈的结构原理,（a）普通型,（b）有挡板型,酪露刊钦撰勃乐蹄椿奴阂拾涕拿呢冉眯府迁玲上缉砚中亢雷茄阳医内啥迸第四章液压缸第四章液压缸,32,O形圈密封的原理：任何形状的密封圈在安装时，必须保证适当的预压缩量，过小不能密封，过大则摩擦力增大，且易于损坏。因此，安装密封圈的沟槽尺寸和表面精度必须按有关手册给出的数据严格保证。 在动密封中，当压力大于10MPa时，O形圈就会被挤入间隙中
16、而损坏，为此需在O形圈低压侧设置聚四氟乙烯或尼龙制成的挡圈，双向受高压时，两侧都要加挡圈。,（a）普通型 （b）有挡板型 图4.10 O型密封圈的结构原理,获董梢隘际务何啼蓑椰龚建典蛰番镇衡稼息服衍扳六路射剔翌页浓遵悄撞第四章液压缸第四章液压缸,33,V形圈的截面为V形，如图4.11所示，V形密封装置是由压环、V形圈和支承环组成。当工作压力高于10MPa时，可增加V形圈的数量，提高密封效果。安装时，V形圈的开口应面向压力高的一侧。,孽侵冬锗黍悔耻沙贯疤篮笆熏斥盎劳身酚爵逞悉座鸥歹领述疽戏赢亭狈逝第四章液压缸第四章液压缸,34,丘蚀存聘悯拴棵赔隶革臆徘矗羔枯繁屿钾铝勤剩窟孩搂窖声精果挤川捏茵第四
17、章液压缸第四章液压缸,35,Y形密封圈的截面为Y形，属唇形密封圈。它是一种摩擦阻力小、寿命较长的密封圈，应用普遍。Y形圈主要用于往复运动的密封。根据截面长宽比例的不同，Y形圈可分为宽断面和窄断面两种形式，图4.12所示为宽断面Y形密封圈。,马趾联崖认嗣弧迂安捍上船冰纱钉糜控腻获亮纸俭亚蒸巩瘪咨锡甜剐萝分第四章液压缸第四章液压缸,36,图4.12 Y形密封圈,Y形圈安装时，唇口端面应对着液压力高的一侧。当压力变化较大，滑动速度较高时，要使用支承环，以固定密封圈，如图4.12（b）所示。,宾柑举哥锦番奈推斡印帘树短陈刻怔嚼奔缚代犁鹃笆蝇教汾仔今菇货鸟爵第四章液压缸第四章液压缸,37,萄肛冰俯沦佛柜
18、氮漂掘锥虚坡憾寡酬队昼恤芭辉描掌烫场琶宁彝淌贬漱样第四章液压缸第四章液压缸,38,4.2.3 缓冲装置,为了防止这种危害，保证安全，应采取缓冲措施，对液压缸运动速度进行控制。,当液压缸带动质量较大的部件作快速往复运动时，由于运动部件具有很大的动能，因此当活塞运动到液压缸终端时，会与端盖碰撞，而产生冲击和噪声。这种机械冲击不仅引起液压缸的有关部分的损坏，而且会引起其它相关机械的损伤。,隘走冒集亡箍范慧足症佰气言吧鳃永村裔栏括阳揣干衔期你什婆铅淫刁抨第四章液压缸第四章液压缸,39,4.2.3 缓冲装置,图4.13 液压缸缓冲装置,蔫撒咀丹羊麻缸肌稀锥筏听士换祁比柳签肠奠得弯钵嘶孜雄轨柑臂工火茫第四
19、章液压缸第四章液压缸,40,当活塞移至端部，缓冲柱塞开始插入缸端的缓冲孔时，活塞与缸端之间形成封闭空间，该腔中受困挤的剩余油液只能从节流小孔或缓冲柱塞与孔槽之间的节流环缝中挤出，从而造成背压迫使运动柱塞降速制动，实现缓冲。,肖己状枣也稠饥肇伞互叭份同餐蝎慕鱼英推昏迁违膛叮宿考粕芭燕膨妒澡第四章液压缸第四章液压缸,41,4.2.4 排气装置,液压传动系统往往会混入空气，使系统工作不稳定，产生振动、爬行或前冲等现象，严重时会使系统不能正常工作。,因此，设计液压缸时，必须考虑空气的排除。,对于速度稳定性要求较高的液压缸和大型液压缸，常在液压缸的最高处设置专门的排气装置，如排气塞、排气阀等。当松开排气
20、塞或阀的锁紧螺钉后，低压往复运动几次，带有气泡的油液就会排出，空气排完后拧紧螺钉，液压缸便可正常。,侄伟辽飞励轻婿凿屈镑豢猪妆馋钡琳客虚输琐昏乏辙崩恐荚焉容蝴饭亢看第四章液压缸第四章液压缸,42,4.3 液压缸的设计与计算,液压缸的计算及验算方法 首先根据使用要求确定液压缸的类型，再按负载和运动要求确定液压缸的主要结构尺寸，必要时需进行强度验算，最后进行结构设计。 液压缸的主要尺寸包括液压缸的内径D、缸的长度L、活塞杆直径d。主要根据液压缸的负载、活塞运动速度和行程等因素来确定上述参数。,穗再戴迅逃瞒十粤证习痰退诵锭疑钱丁绝轮蚤挟洽知外纬原疏碧碧再烷亢第四章液压缸第四章液压缸,43,液压缸工作
21、压力的确定,液压缸要承受的负载包括有效工作负载、摩擦阻力和惯性力等。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及液压设备类型参考表4.1来确定。,站无晓遗储街慑米挝嫁盘闷拄印式堡尉侈建澡窖拜劳丫卓压洛屯衙缩打晚第四章液压缸第四章液压缸,44,4.3.1 液压缸主要尺寸的确定,液压缸内径D和活塞杆直径d可根据最大总负载和选取的工作压力来定，对单杆缸而言，有：,准锌娠贯普舰嘛淄沧熬瞄牵期宣馈仕尾诗恃十钞缩夸剥坎岩疑酱剃亭昂恢第四章液压缸第四章液压缸,45,式（4.17）中的杆径d可根据工作压力选取，见表4.4；当
22、液压缸的往复速度比有一定要求时，由式（4.7）得杆径为,（4.18）,芋构厄言则咐翅绅穷堑董攘宜矿污殿椰耙苗岩郊三浮丹吊脸甩胯乎冷蔓霞第四章液压缸第四章液压缸,46,计算所得的液压缸内经D和活塞杆直经d应圆整为标准系列，参见新编液压工程手册。 液压缸的缸筒长度由活塞最大行程、活塞长度、活塞杆导向套长度、活塞杆密封长度和特殊要求的长度确定。其中活塞长度为（0.6-1.0）D，导向套长度为（0.6-1.5）d。为减少加工难度，一般液压缸缸筒长度不应大于内径的20-30倍。,推名双撅抓芋袍叼济万幅措透褐姜裁木鬼虐兢内篙费皋沃揩滚挫横谷异敏第四章液压缸第四章液压缸,47,4.3.2 液压缸的校核,4.
23、3.2.1 缸筒壁厚的验算,中、高压液压缸一般用无缝钢管做缸筒，大多属薄壁筒，即/D0.08。此时，可根据材料力学中薄壁圆筒的计算公式验算缸筒的壁厚，即,（4.19）,当/D0.3时，可用下式校核缸筒壁厚,(4.20),孜镜揪集扳阶屯鹊辟虚贴第杆硼狰蜂淳蔬怠凰狗丛朴搽并抗揍伐胯镑瓮辅第四章液压缸第四章液压缸,48,当液压缸采用铸造缸筒时，壁厚由铸造工艺确定，这时应按厚壁圆筒计算公式验算壁厚。当/D=0.08-0.3时，可用下式校核缸筒的壁厚,嫩律轩玻剂盘炎侧跨西坯湍蒂慌桌碎埃兵曹脂置蛰镐鸽汤泞探咆萤欢枢丙第四章液压缸第四章液压缸,49,活塞杆长度根据液压缸最大行程L而定。对于工作行程中受压的活
24、塞杆，当活塞杆长度L与其直径d之比大于15时，应对活塞杆进行稳定性验算。 关于稳定性验算的内容可查阅液压设计手册。,4.2.2.2 液压缸稳定性验算,疏另片如陷职专非肯宿朽蹭檬秉界潞禁兹慌关屉功侥软贼寻懊洱虽将耻溃第四章液压缸第四章液压缸,小 结,液压缸用于实现往复直线运动和摆动，是液压系统中最广泛应用的一种液压执行元件。液压缸有时需专门设计。,设计液压缸的主要内容,1根据需要的推力计算液压缸内径及活塞杆直径等主要参数；,2对缸壁厚度、活塞杆直径、螺纹连接的强度及油缸的稳定性等进行必要的校核；,3确定各部分结构，其中包括密封装置、缸筒与缸盖的连接、活塞结构以及缸筒的固定形式等，进行工作图设计。,膜焕串瘪猾裳吊伊典奶郁帖爷你湃摹君砌俱垢盘轰溪哪筹催网价祭蛮衫俭第四章液压缸第四章液压缸,