液压传动教案第四章

第四章
第一节
液压缸
液压缸又称为油缸，它是液压系统中的一种执行元件。 液压缸又称为油缸，它是液压系统中的一种执行元件。 执行元件 就是将液压能转变成直线往复式的机械运动 功能就是将液压能转变成直线往复式的机械运动。 功能就是将液压能转变成直线往复式的机械运动。
液压缸的分类和特点
一、液压缸的分类 1、按运动形式分： 、按运动形式分：
b、差动连接时的活塞的推力和速度的计算： 、差动连接时的活塞的推力和速度的计算：
比较：因为v3>v1;F3<F1,即 所以单缸活塞杆差动连接时， 比较：因为v3>v1;F3<F1,即：所以单缸活塞杆差动连接时， v3>v1;F3<F1, 能使运动部件获得较高的速度和较小的推力。 能使运动部件获得较高的速度和较小的推力。 应用：在组合机床中，可以实现“快进（差动连接） 应用：在组合机床中，可以实现“快进（差动连接） 工进 无杆腔进油） 快退（有杆腔进油）。 （无杆腔进油） 快退（有杆腔进油）。 为使快进和快退速度相等， 为使快进和快退速度相等，即：v3＝v2 v3＝
根据负载和工作压力的大小确定D 根据负载和工作压力的大小确定D： 以无杆腔作工作腔时 ①以无杆腔作工作腔时
F=
π
4
D2 p
4F D= πP
②以有杆腔作工作腔时 以有杆腔作工作腔时
F=
π
4
( D 2 − d 2 ) p; λ = d / D
4F D= π (1 − λ2 ) P
根据算出的D 值即可求出活塞杆的直径d 根据算出的D及选定的 λ 值即可求出活塞杆的直径d来， 注意：D,d的取值应按标准进行圆整 的取值应按标准进行圆整。 d＝λD。注意：D,d的取值应按标准进行圆整。
D [σ ] + 0.4 p y δ≥ − 1 2 [σ ] − 1.3 p y
式中：D为缸筒内径； 式中： 为缸筒内径； 为缸筒试验压力，比缸最高工作压力大20％～30 20％～30％ py为缸筒试验压力，比缸最高工作压力大20％～30％ ［σ］为缸筒材料的许用应力
三、液压缸其他尺寸的确定 缸筒长度L 缸筒长度L 缸筒长度L：缸筒长度L由最大工作行程长度加上各种结构需要来 确定， 确定，即： L=l+B+A+M+C 式中： 为活塞的最大工作行程； 为活塞宽度，一般为(0.6 (0.6式中：l为活塞的最大工作行程；B为活塞宽度，一般为(0.61)D;A为活塞杆导向长度 为活塞杆导向长度， (0.6-1.5)D;M为活塞杆密封长度 为活塞杆密封长度， 1)D;A为活塞杆导向长度，取(0.6-1.5)D;M为活塞杆密封长度，由 密封方式定； 为其他长度。 密封方式定；C为其他长度。 一般缸筒的长度最好不超过内径的20倍 一般缸筒的长度最好不超过内径的20倍。 20 一般导向套滑动面的长度A 一般导向套滑动面的长度A，在D＜80mm时取A=(0.6-1.0)D,在D＞ 80mm时取A=(0.6-1.0)D,在 时取A=(0.6 80mm时取A=(0.6-1.0)d；活塞的宽度B则取B=(0.6 1.0)D。 时取A=(0.6 B=(0.680mm时取A=(0.6-1.0)d；活塞的宽度B则取B=(0.6-1.0)D。
当活塞的直径为D 活塞杆的直径为d 液压缸进、出油腔的压力为p1和p2， 当活塞的直径为D，活塞杆的直径为d，液压缸进、出油腔的压力为p1和p2，输入 p1 流量为q 双杆活塞缸的推力F和速度v 流量为q时，双杆活塞缸的推力F和速度v为：
（二）单杆活塞缸
1、工作原理 、 2、特点：由于液压缸两腔的有效工作面积不等，当向缸两腔分 、特点：由于液压缸两腔的有效工作面积不等， 别供油，且供油压力和流量相同时， 别供油，且供油压力和流量相同时，活塞或缸体在两个方向上的输 出推力和速度也不等
第三节
液压缸的结构设计
一、液压缸典型结构举例
双作用单活塞杆液压缸 耳环2 螺母 螺母3 防尘圈 防尘圈4 17—弹簧挡圈 弹簧挡圈5 套 15—卡键 1—耳环2—螺母3—防尘圈4、17 弹簧挡圈5—套6、15 卡键 耳环 14—O形密封圈8 12—Y形密封圈9 缸盖兼导向套10—缸筒 缸盖兼导向套10 7、14 O形密封圈8、12 Y形密封圈9—缸盖兼导向套10 缸筒 11—活塞13—耐磨环16—卡键帽18—活塞杆19—衬套20—缸底 活塞13 耐磨环16 卡键帽18 活塞杆19 衬套20 11 活塞13 耐磨环16 卡键帽18 活塞杆19 衬套20 缸底
即：D= 2d
三、柱塞缸
(a)所示为柱塞缸 它只能实现一个方向的液压传动， 所示为柱塞缸， 如图 (a)所示为柱塞缸，它只能实现一个方向的液压传动， 反向运动要靠外力。若需要实现双向运动，则必须成对使用。 反向运动要靠外力。若需要实现双向运动，则必须成对使用。 (b)所示 这种液压缸中的柱塞和缸筒不接触， 所示， 如图 (b)所示，这种液压缸中的柱塞和缸筒不接触，运动时由 缸盖上的导向套来导向，因此缸筒的内壁不需精加工， 缸盖上的导向套来导向，因此缸筒的内壁不需精加工，它特别 适用于行程较长的场合。 适用于行程较长的场合。 柱塞缸输出的推力和速度各为： 柱塞缸输出的推力和速度各为：
3、特点：当两活塞杆直径相同，缸两腔的供油压力和流量都相等 、特点：当两活塞杆直径相同， 活塞（或缸体）两个方向的运动速度和推力也都相等。 时，活塞（或缸体）两个方向的运动速度和推力也都相等。 4、应用：常用于要求往复运动速度和负载相同的场合 、应用： 缸体固定式双杆活塞缸一般用于小型设备的液压系统 活塞固定式双杆活塞缸用于行程较长的大、 活塞固定式双杆活塞缸用于行程较长的大、中型设备的液压系 统 5、双杆活塞缸的推力和速度可按下式计算 、
伸缩式液压缸
五、其他液压缸 （三）齿条活塞缸 它由两个柱塞和一套齿轮齿条传动装置组成， 它由两个柱塞和一套齿轮齿条传动装置组成 ， 当液压油推动活 塞左右往复运动时，齿条就推动齿轮往复转动， 塞左右往复运动时，齿条就推动齿轮往复转动，从而由齿轮驱动工 作部件作往复旋转运动。 作部件作往复旋转运动。
四、摆动缸 工作原理： 工作原理：见下图 转矩T和角速度 转矩 和角速度w 和角速度
Zpb ( D 2 − d 2 ) ω= = T= T Zb ( D 2 − d 2 ) 8 图所示为双叶片式摆动缸， b图所示为双叶片式摆动缸，它的摆动角度和角速度为单叶片 式的一半，而输出角度是单叶片式的两倍。 式的一半，而输出角度是单叶片式的两倍。
一、液压缸内径和活塞杆直径的确定 动力较小的设备，液压缸的尺寸若按负载计算， 2、动力较小的设备，液压缸的尺寸若按负载计算，其数值可能很 故多按结构需要而确定。对单杆活塞缸， 小，故多按结构需要而确定。对单杆活塞缸，一般是先按结构要 λ 求选定活塞杆直径d 求选定活塞杆直径d，再按给定的速比 ϕ (ϕ = v2 / v1 = D 2 /( D 2 − d 2 )) 根据以下公式计算出缸的内径D 根据以下公式计算出缸的内径D
2
单作用增压缸不能连续向系统供油， 单作用增压缸不能连续向系统供油， 为双作用式增压缸， 图b为双作用式增压缸，可由两个高压 端连续向系统供油。 端连续向系统供油。
五、其他液压缸 （二）伸缩缸 伸缩式液压缸由两个或多个活塞式液压缸套装而成， 伸缩式液压缸由两个或多个活塞式液压缸套装而成，前一级活 塞缸的活塞是后一级活塞缸的缸筒，可获得很长的工作行程。 塞缸的活塞是后一级活塞缸的缸筒，可获得很长的工作行程。伸缩 缸广泛的用于起重运输车辆上。 缸广泛的用于起重运输车辆上。
3、活塞或缸体在两个方向上的输出推力和速度： 、活塞或缸体在两个方向上的输出推力和速度： a、当无杆腔进压力油，有杆腔回油时， 、当无杆腔进压力油，有杆腔回油时，
b、当有杆腔进压力油，无杆腔回油时， 、当有杆腔进压力油，无杆腔回油时，
比较以上两式可知，由于A1＞A2,所以F1＞F2，v1＜v2， 比较以上两式可知，由于A1＞A2,所以F1＞F2，v1＜v2， A1 所以F1 无杆腔进压力油工作时，推力大，速度低， 即无杆腔进压力油工作时，推力大，速度低，有杆腔进压力 油工作时，推力小，速度高。 油工作时，推力小，速度高。 4、应用：单杆活塞缸常用于一个方向有较大负载但运行速度 应用： 较低，另一个方向为空载快速退回运动的运动设备，例如： 较低，另一个方向为空载快速退回运动的运动设备，例如： 各种金属切削机床，压力机，注塑机， 各种金属切削机床，压力机，注塑机，起重机的液压系统 5、差动连接 差动连接 a、概念：单杆活塞缸在其左右两腔都接通高压油 、概念： 差动连接缸左右两腔的油液压力相同， 差动连接缸左右两腔的油液压力相同，但 是由于左腔(无杆腔) 是由于左腔(无杆腔)的有效面积大于右腔 有杆腔)的有效面积， 活塞向右运动， (有杆腔)的有效面积，故活塞向右运动， 同时使右腔中排出的油液(流量为q′) q′)也进 同时使右腔中排出的油液(流量为q′)也进 入左腔，加大了流入左腔的流量(q+q′) (q+q′)， 入左腔，加大了流入左腔的流量(q+q′)， 从而也加快了活塞移动的速度。 从而也加快了活塞移动的速度。
pq
8q
五、其他液压缸 增压缸（ （一）增压缸（又称增压器）
它利用活塞和柱塞有效面积的不同使液压系统中的局部区域获得 高压。输入低压力p1的液压油，输出高压力为p2的液压油。 p1的液压油 p2的液压油 高压。输入低压力p1的液压油，输出高压力为p2的液压油。
D 增大压力关系如式 p2 = p1 d
第二节
液压缸主要尺寸的确定
液压缸的主要尺寸：缸的内径， 液压缸的主要尺寸：缸的内径，长度 活塞杆的直径和长度 确定这些尺寸的依据：液压缸的负载，运动速度，行程长度， 确定这些尺寸的依据：液压缸的负载，运动速度，行程长度，结 构形式。 构形式。 通常液压缸要自行设计 一、液压缸内径和活塞杆直径的确定 动力较大的设备， 1、动力较大的设备，其液压缸的内径通常是先根据设备类型及缸 所受负载F确定出缸的工作压力p d/D， 所受负载F确定出缸的工作压力p，再确定λ ＝d/D，然后根据承载 情况按下面的公式计算得出。再从GB2348 80标准中选取最近的 GB2348—80 情况按下面的公式计算得出。再从GB2348 80标准中选取最近的 标准值作为所设计的缸筒内径。 标准值作为所设计的缸筒内径。