液压与气压传动3(本)

液压与气压传动
O型密封圈
I.主要性能
O形封圈是一种截面为圆形的橡胶圈， 如图3-14所示。其材料主要为丁腈 橡胶或氟橡胶。O形密封圈是液压与 气压传动系统中使用最广泛的一种 密封件。它主要用于静密封和往复 运动密封。
第三章 液压缸
图5-1 O形密封圈 d1—O形圈内径 d2—O形圈截面直径
其使用速度范围一般为0.005~0.3m/s。用于旋转运动密封时，仅 限于低速回转密封装臵。如液压挖掘机的中央回转接头的分配阀 动密封机构。一般O形密封圈在旋转运动密封装臵中使用较少。
图3-8 缸筒和缸盖结构 1—缸盖 2—缸筒 3—压板 图3-8 缸筒和缸盖结构 图3-8 缸筒和缸盖结构 4—半环 5—防松螺母 3—压板 1—缸盖 2—缸筒 6—拉杆 1—缸盖 2—缸筒 3—压板 4—半环 5—防松螺母 6—拉杆 4—半环 5—防松螺母 6—拉杆
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2. 活塞和活塞杆
3 1 2 2
4
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2. 柱塞式液压缸
单柱塞缸只能实现一个方向运动，反向 要靠外力，如图3-5a所示。用两个柱塞 缸组合，如图3-5b所示，也能用压力 油实现往复运动。柱塞运动时，由缸盖 上的导向套来导向，因此，缸筒内壁不 需要精加工。它特别适用于行程较长的 场合。
F pA m p
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1）双杆活塞缸
图3-1b所示为活塞杆固定的双 杆活塞缸。它的进、出油液可经 活塞杆内的通道输入液压缸或从 液压缸流出。也可以用软管连接， 进、出口就位于缸的两端。它的 推力和速度与缸筒固定的形式相 同。但是其工作台移动范围为缸 筒有效行程的两倍，故可用于较 大型的机械 。
第三章 液压缸
v qV 4qV A -11） （3-12）
图3-5 柱塞式液压缸 a）单柱塞缸 b）双柱塞缸 1—缸筒 2—柱塞
式中 d—柱塞直径
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3. 伸缩式液压缸
第三章 液压缸
伸缩式液压缸由两上或多个活塞套装而成，前一级缸的活塞杆是后 一级缸的缸筒。伸出时，可以获得很长的工作行程，缩回时可保持 这种液压缸起动时，活塞有效面积 很小的结构尺寸。（见课件2图2-38）所示为一种双作用式普通伸缩 最大，因此，输出推力也最大。随着行程 缸，在各级活塞依次伸出时，液压缸的有效面积是逐级变化的。在 逐级增长，推力随之逐级减小；速度则逐 输入流量和压力不变的情况下，则液压缸的输出推力和速度也逐级 级增快。如欲推力和速度始终保持恒定， 变化。其值为 ： 可采用同步伸缩液压缸 。
第三章 液压缸
图3-2 单杆活塞缸 a）向右运动 b）向左运动
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2）单杆活塞缸
单杆活塞缸的推力和速度计算式如下：
第三章 液压缸
π π F1 ( p1 A1 p2 A2 )m p1 D 2 p2 ( D 2 d 2 ) m 4 4
F2 ( p1 A2 p2 A1 )m p1 ( D 2 d 2 ) p2 D 2 m 4 4
图3-3 差动液压缸
考虑容积效率η p1 π d 2m 向液压缸右腔输油，而左腔通油箱活塞便向左运动，推力和速 （3-9） F3 p1 ( A1 A2 )m V 4 度与式（3-4）式（3-6）相同。如要求v3和活塞向左运动的速 度v2相等，即v3=v2，则必须使D= 2d 4q v3 V q q （3-10） 2 v π A1v3 q πd A2v3 A A d
第三章 液压缸
图2-39 增压缸
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Part 3.2 液压缸的结构
第三章 液压缸
从图3-7可以看到，液压缸的结构可以分为缸筒和缸盖、活塞和 活塞杆、密封装臵、缓冲装臵和排气装臵五个部分 。
图3-7单杆活塞式液压缸结构 1—活塞杆 2—防尘圈 3—活塞杆密封 4—活塞杆导向环 5、7、16、19—反衬密封圈 6、8、10、17、18—O型密封 9—活塞前缓冲 11—活塞 12—活塞密封 13、15—低 摩密封 14—螺钉止动销 20—止动销 21—密封圈 22—前缸盖 23—法兰 24—可调缓 冲器 25—螺纹止动销 26—缸筒 27—后缓冲套 28—后止动环 29—后缸盖
v1 v2 4qV q V A π( D 2 d 2 )
（3-1）
（3-2）
式中
A— 活塞的有效面积； D、d— 活塞和活塞杆的直径； q— 输入流量； p1、p2— 缸的进、出口压力； ηm、ηV— 缸的机械效率、容积效率。
这种安装形式，工作台移动范围约为活塞有效行程的三倍，占 地面积大，适用于小型机械。
School of Mechanical Engineering 其他
金属活塞环 油封 导向支承环 防尘圈
东南大学机械工程学院 其他
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3）常用密封件
第三章 液压缸
除间隙密封外，密封都是利用密封件使偶合面间的间隙控制在工 作介质能通过的最小间隙之下。该最小间隙取决于工作介质的压 力、粘度、相对分子质量等。 接触式动密封中的压型密封，是通过由预压缩力和介质压力产生的 压紧力，在密封件与偶合面之间形成接触压力，介质压力愈高，接 触压力愈大，使密封件与耦合面紧密贴合，以阻塞泄漏通道，达到 自密封。而自封式自紧型密封，则是利用密封件自身变形所产生的 反压力也随介质压力的增加而增大，从而达到自密封。 现介绍常用的O形、Y形和V形密封圈的主要性能、密封原理及其 应用。
Fi p
vi
π Di2 mi 4 4q Vi
πDi2
（3-13) （3-14) 式中 i—第i级活塞
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1 2 3
第三章 液压缸
图2-38
伸缩缸结构示意图
3—缸体
1、2—活塞
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4. 增压式液压缸
图2-39所示为一种活塞缸和柱 塞缸组合而成的增压缸，用以 使液压系统中的局部区域获得 高压。在这里，活塞缸中的有 效面积大于柱塞的有效工作面 积，所以向活塞缸无杆腔输入 低压油时可以在柱塞缸出口得 到高压油。
v1 4q V q V A πD 2 1 4q V q V A2 π( D 2 d 2 )
（3-3） （3-4）
（3-5） （3-6）
v2
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2）单杆活塞缸
第三章 液压缸
在液压缸的活塞往复运动速度有一定要求的情况下，活塞杆直径 d通常根据液压缸速度比λν=v2/v1的要求以及缸内径D来确定。由式 （3-5）和式（3-6）得：
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第三章 液压缸
液压与气压传动中的执行元件是将流体的压力能转 化为机械能的元件。它驱动机构作直线往复或旋转 （或摆动）运动，其输入为压力和流量，输出为力 和速度，或转矩和转速。
液压缸是实现直线往复运动的执行元件 。
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Part 3.1 液压缸的类型和特点
第三章 液压缸
液压缸按其结构形式，可以分为活塞缸、柱塞缸和组合缸等 。
第三章 液压缸
活塞和活塞杆的结构形式很多， 有螺纹式连接和半环式连接等， 如图3-9所示。前者结构简单， 但需有螺母防松装臵。后者结 构复杂，但工作较可靠。此外， 在尺寸较小的场合，活塞和活 塞杆也有制成整体式结构的。
图3-9 活塞和活塞杆的结构 a）螺纹式连接 b）半环式连接 1—弹簧卡圈 2—轴套 3—螺母 4—半环 5—压板 6—活塞 7—活塞杆
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第三章 液压缸
根据被密封的偶合面在设备运转时有无相对运动，可将密封分为 静密封和动密封两大类。另外按照密封件的制作材料、结构形式 和密封机理等还可进一步细分。密封的分类见下表。
表5-1 密封的分类 分类 非金属静密封 静密封 橡胶-金属复合静密封 金属静密封 液态密封垫 主要密封件 O形橡胶密封圈 橡胶垫片 聚四氟乙烯生料带 组合密封垫圈 金属垫圈 空心金属O形密封圈 密封胶
图3-1 双杆活塞缸 b）活塞杆固定
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2）单杆活塞缸
2）单杆活塞缸 图3-2所示为 单杆活塞缸。由于只在活塞 的一端有活塞杆，使两腔的 有效工作面积不相等，因此 在两腔分别输入相同流量的 情况下，活塞的往复运动速 度不相等。它的安装也有缸 筒固定和活塞杆固定两种， 进、出口的布臵根据安装方 式而定；但工作台移动范围 都为活塞有效行程的两倍 。
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第三章 液压缸
Chapter 3 液压缸
本章主要内容： 3.1 液压缸的类型及特点 3.2 液压缸的结构 3.3 液压缸主要尺寸的确定及选用
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第三章 液压缸
目的任务:
了解液压缸的结构形式、工作原理； 掌握液压缸的设计计算方法和特点。
重点难点:
单杆活塞液压缸； 密封、缓冲、排气。
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3. 密封装臵 （p226） 1）密封的作用及其意义
第三章 液压缸
在液压与气压传动系统及其元件中，安臵密封装臵和密封元件的 作用，在于防止工作介质的泄漏及外界尘埃和异物的侵入。设臵 于密封装臵中、起密封作用的元件称为密封件。
液压与气压传动的工作介质，在系统及元件的容腔内流动或暂存 时，由于压力、间歇、粘度等因素的变化，而导致少量工作介质 越过容腔边界，由高压腔向低压腔或外界流出，这种“越界流出” 现象称为泄漏。
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1. 缸筒和缸盖
第三章 液压缸
缸筒和缸盖的常见连接结构形式如图3-10所示。 图3-8c为外螺纹连接，图3-8d为 图3-8a采用法兰连接，结构简单、 图3-8e为拉杆式连接，容易加 内螺纹连接。螺纹连接装拆时要 加工和装拆都方便，但外形尺寸和 工和装拆，但外形尺寸较大， 使用专用工具，适用于较小的缸 质量都大。图3-8b为半环连接，加 且较重。图3-8f为焊接式连接 筒。 工和装拆方便，但是，这种结构须 结构简单，尺寸小，但缸底处 在缸筒外部开有环形槽而削弱其强 内径不易加工，且可能引起变 度，有时要为此增加缸的壁厚。 形 。