液力传动-液压缸

为了实现双向往复运动，即实现两个方向的液压驱动，可 采用双柱塞缸并排安装的方案。
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(6)柱塞只靠钢套支撑而不与缸体接触，这样缸筒易于加工， 故适于做长行程的液压缸。若太长，有时需要加辅助导向 机构。
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三、摆动式液压缸
➢b.只要有A1=2A2 （即： d 2 D2 2）的关系，差动连接的运 动速度v3可以等于小腔进油(供油流量不变)大腔回油时的运 动速度；
➢c.这种缸的活塞推力为：
F3
p( A1
A2 )
4
d2
p1
返回时，如果回油压力p2 =0，则推力为
F2
p1 A2
A1 p2
[(D2
4
d 2 ) p1
D2 p2 ]
液压与液力传动
上堂课内容回顾
（1）各种液压泵的结构和原理。 （2）各液压泵的特性和应用。
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第四章 液压缸与液压马达
油马达输出的是转速和转矩，是连续的转动；而有些 工作机要求的是力和往复直线运动或者是转矩较小的往复摆 动，这就是动力油缸。
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(2)工作原理
无杆腔 进油腔
有杆腔 回油腔
特点：
因两侧有效作用面积和油液压力不等，活塞在液压 力的作用下，作直线往复运动，但速度不相同。
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(3)安装方式
例：液压刨床
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(4)基本参数
①从大腔(无杆腔)进油
F1
p1 A1
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一、分类
第一节 液压缸类型和特点
活塞式
单作用油缸 柱塞式

伸缩式
动力油缸
双作用油缸
单活塞杆 差动 双活塞杆 伸缩式
串联
组合油缸
增压 多位 齿条传动
摆动油缸 以运动形式分两种：
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单叶片式 双叶片式
往复直线运动 往复摆动
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二、活塞式液压缸
结构：由缸筒、活塞、活塞杆、端盖、支架和密封件组成。
V
Qt Q
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因此，实际转速为：
M
8QV
(D2 d 2 )Zb
式中，D-缸体内孔直径；d-输出轴外圆的直径；b-叶片的宽 度；其它符号意义同前。
要增加摆动式液压缸的输出扭矩，可用增加叶片的数目来 实现。叶片的数目应成对增加（考虑对称径向液压力平 衡）。
S
1 (D2 8
d 2 )
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则摆动油缸（Z个转子叶片）转过α角所排出
的液体体积为： V Z（D2 d 2 )b
8
所以，流量为：
Qt
V t
1 8
(D2
d 2 )b
t
Z 8
(D2
d 2 )b
因此，转速为：
(D2
8Qt d2
)Zb
由于漏失，使得Q>Qt，所以容积效率为：
L
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(3)基本参数
双活塞杆液压缸的两端直径通常是相等的，因而液压缸 左、右两腔的有效面积相同。
若供油压力和流量不变，则活塞往复运动时，两个方向上 的作用力和速度是相等的，其中：
作用力： 速度：
F Ap (D2 d 2 ) p
4
v
Q
1 （D2
d 2)
摆动式液压缸是一种作往复旋转运动的执行元件。
符号：
单片式摆动式液压缸，由于结构的限制，其旋转的 角度小于360°。
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双片式摆动液压缸，摆动角度小于180°。但与单片式相 比，在结构尺寸相同的情况下，其输出转矩增大一倍，并 具有径向液压力平衡的优点。
双片式和单片式，都可使输出轴作逆时针和作顺时针旋转。
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二、液压缸设计中应注意的问题
1.在保证能满足运动行程和负载力的条件下，应尽可能地缩 小液压缸的轮廓尺寸。
2.要保证密封可靠、防尘良好。 3.液压缸的活塞杆最好在受拉的情况下工作，以免产生纵向
弯曲。对受压的细长活塞杆则应进行稳定性校核。若活塞很 长而又水平放置时，由于自重产生的挠度一般应小于 0.001L(L为活塞杆长度)，以防破坏密封装置。也可用加中间 支承的方法来减小垂度。
因此活塞会产生向右的运动。
pQ
Q`
v3
活塞向右运动时，小腔排出 的油流量为Q`，这股流量与供 油流量合在一起进入大腔，使 活塞向右运动的速度加快。
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Q' v3 A2
v3 A1 Q Q' Q v3 A2
Q v3 ( A1 A2 )
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可知：
➢a.只要改变活塞杆的直径就可改变运动速度。因此，采用差 动液压缸可以方便地实现所要求的快速运动，比从大油腔 单独供油时的速度大；
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(5)差动液压缸
若要得到对称的工作特性，对单活塞杆液
压缸来说可采用差动工作方式来实现。 所谓差
动工作方式，就是把油路接成如图所示的差动
连接，即压力油同时进入大腔和小腔。这时两
腔的压力虽然相同，但由于两腔有效面积不同，
故而推动活塞向右的力大于推活塞向左的力，
K为螺纹拧紧系数
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➢5.活塞杆稳定性校核; F Fk
nk
式中，nk为安全系数；Fk为所允许的临界载荷。
当 l / rk 1 2
Fk
2 2EJ
l2
当 l / rk 1 2 ,且 1 / 2 20 ，则不必校核。
当 l / rk 1 2 ，且 之间 1 / 2 20 ~ 120
若叶片的对数为Z，在其它条件不变的情况下，摆动缸的输 出扭矩将增大Z倍，但转速将减小Z倍。
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四、其它液压缸（同学们自学） （1）、伸缩液压缸 （2）、无活塞杆液压缸 又称齿条活塞液压缸 （3）、增压液压缸 （4）、多级液压缸 （5）、气－液阻尼液压缸 （6）、气压油缸 （7）、复合式油缸
A2 p2
4
[D2
p1
(D2
d 2 ) p2 ]
Q 4Q v1 A1 D2
②从小腔进油
F2
p1 A2
A1 p2
[(D2 4
d 2 ) p1
D2 p2 ]
v2
Q A2
4Q (D2 d2)
③v2、v1之比称为速度比：
v
v2 v1
1
1 (d
)2
D
可知：单活塞杆液压缸左、右两个方向的工作性能不对称的。
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摆动式液压缸的输出扭矩和转速
输出转矩：
M t
Z
D
2 d
2
pbrdr
Z 2
pb[( D )2 ( d )2 ] Z 228
pb(D2 d 2 )
Z pb(D2 d 2 ) 8
由于存在摩擦，即 M<Mt 所以机械效率为：
输出角速度：
M
Mt
扇形的面积（中心角α）为：
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B.活塞杆直径还可按缸的工作压力来确定。 (3)缸筒长度L
缸筒长度由活塞行程，再加上各种结构来确定
➢4. 强度校核
（1）薄壁强度校核
pyD 2[ ]
（2）厚壁强度校核
D 2
[ ] [ ] 3 py
1
（3）活塞杆强度校核 d
4F [ ]
（4）缸盖螺栓强度校核
ds
5.2kF z[ ]
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(4)柱塞端面是受油压的工作面，所以: 柱塞上有效作用力为:
F pA d 2 p
4 柱塞的运动速度为:
Q 4Q
v A d 2
式中：d-柱塞直径，其它符号意义同前。
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(5)柱塞式液压缸是单作用式的，它的回程需要借助自重（垂 直放置时）、弹簧力等其它外力来完成。
A.根据负载来确定缸筒内径 无杆腔内径D=(4F/πp)(1/2)； 有杆腔内径D=(4F/πp＋d2)(1/2)
B.根据工作速度来确定缸筒内径 (2)活塞杆直径
A.活塞杆直径除满足强、刚度要求外，对于单杆液压缸来说 往往以满足工作速度的速比，来确定活塞杆直径，然后再校核 其强度和稳定性。
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一、 设计液压缸一般要做以下几方面的工作：
➢1.选择液压缸的类型和结构形式 选择液压缸的类型是进行以后各项设计工作的基础。这步
工作可参考前面两节介绍的内容来进行。
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➢2.确定液压缸的工作参数 (1)液压缸的工作压力 p=F/A (2)液压缸的工作速度 (3)液压缸的行程 ➢3.计算液压缸的结构尺寸 (1)缸筒内径
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由此可见这种液压缸的工作有如下特点：
(1)它是一种单作用式液压缸，靠液压力只能实现一个方向 的运动，柱塞的回程要靠其它的外力或柱塞的自重(当液压 缸垂直放置时)；
(2)柱塞只靠缸套支承，而不与缸筒接触，这样缸筒极易加 工，故适于做长行程液压缸；