几种液压缸介绍

由式(4-20) ～式(4-23) 可知，由于A1＞A2,所以F1＞F2，v1＜v2。如把两个方向上的输出速度v2 和v1 的比值称为速度比， 记作λv，则λv=v 2/v 1=1/ ［1-(d/D)2］。因此， d = D (λ v − 1) / λ v 。在已知D和λv时，可 确定d值。
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4q 4q = 2 2 π ( D − d ) πd 2
2. 柱塞缸
即： D=
2d
(4-26)
把单杆活塞缸实现 差动连接， 并按D=[KF()2[KF]]d设计 缸径和杆径的油缸称之为差动液压缸。 如图4-8(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。如图4-8(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，它特别适用于行程较长的场合。 柱塞缸 输出的推力和速度各为：
图4-6单杆式活塞缸 由于液压缸两腔的有效工作面积不等，因此 它在两个方向上的输出推力和速度也不等，其值分别为： F1=(p1A1-p2A2)=π［(p1-p2)D 2-p2d2］/4 F1=(p1A1-p2A2)= π［(p1-p2)D 2-p2d2 ］/4 v1=q/A 1=4q/πD2 v2=q/A 2=4q/π(D2-d2) (4-20) (4-21) (4-22) (4-23)
图 4-8
柱塞缸 F=pA=p πd2/4 υi=q/A=4q/πd2 (4-27) (4-28)
3. 其他液压缸 (1) 增压液压缸。增 压液压缸又 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。它有 单作用和双作用两种 型式，单作用 增 压缸的工作 原理如图 4-9(a) 所示，当 输入活塞缸的液体压 力为 p1，活塞直径为 D，柱 塞 直径为d时，柱塞缸中输出的液体压力为高压，其值为： p2=p 1(D/d) 2=Kp 1 (4-29)
图4-13 空心双活塞杆式液压缸的 结构 1—活塞杆2—堵头3—托架 4、17 —V形密封圈5、14 —排气孔6、19—导向套 7—O形密封圈8—活塞9、22—锥销 10—缸体 11、20 —压板12 、21—钢丝环 13 、23—纸垫 15—活塞杆16 、25 —压盖18 、24 —缸盖 2. 液压缸的组成 从上 面所 述 的液压缸 典 型 结 构 中 可以 看 到，液压缸的 结 构 基 本 上 可以分为缸筒和缸盖、活塞和活塞 杆、密封装置、缓冲装置和排 气装置五 个部分，分述如下。 (1) 缸筒和缸盖。一般 来说，缸筒和缸盖的 结构 形式和其使用的 材料 有 关。工作压力 p ＜10MPa 时，使用 铸铁 ；p ＜20MPa 时，使用 无缝钢 管； p＞ 20MPa 时，使用 铸钢 或 锻钢。图 4-14 所示为缸筒和缸盖的常 见结 构 形式。图 4-14(a) 所示为 法兰连接 式，结 构 简 单，容易 加 工，也 容易 装 拆，但 外 形 尺寸 和 重 量 都 较大，常用 于 铸铁 制 的缸筒 上。图 4-14(b) 所示为 半 环 连接 式，它的缸筒壁部因 开了环形槽而削弱了强度，为此有时要加厚缸壁，它容易加工和装拆，重量较轻，常用于无缝钢管或锻 钢制的缸筒 上。图 4-14(c) 所示为 螺纹连接式，它的缸筒端 部结构复 杂，外 径加工时要求 保 证内外径同心，装拆要使用 专用 工具，它的外 形尺寸 和重 量都 较小，常用于无 缝钢 管或 铸钢制的缸筒 上。图4-14(d) 所示为拉杆 连接式，结 构的通用性 大， 容易 加 工和装 拆，但 外形 尺寸 较大，且 较 重。图 4-14(e) 所示为 焊 接连接式，结 构简单，尺寸 小，但 缸底 处内径不易 加 工， 且可能引起 变形。
式中：K=D 2d2，称为增压比，它代表其增压程度。 显然增 压能力是在降低有效能量的基础上得到的，也就是说增压缸仅仅是增大输出的压力，并不能增大输出的能量。 单作用 增 压缸在 柱 塞运动 到终 点 时，不 能再 输 出 高 压液体，需 要 将 活塞 退回到 左 端 位 置，再 向右 行时 才又 输 出 高 压液
图4-10伸缩缸 伸缩缸的外伸动作是逐级进行的。首先是最大直径的缸筒以最低的油液压力开始外伸，当到达 行程终点后，稍小直径的 缸筒开始外伸，直径最小的末级最后伸出。 随着工作级数变大，外伸缸筒直径越来越小，工作油液压力随之升高，工作速度 变快。其值为：
π 2 D Fi=p 1 4 i
V1=4q/ πDi2 式中的i指i级活塞缸。
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2006-3-22
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形聚氨酯 密封 圈12 ，由 于活塞 与缸孔有一定 间隙，采用由尼龙1010 制成的 耐磨环( 又叫支 承环)13 定心 导向。杆 18 和活塞 11 的内孔由密封圈 14 密封。较长的 导向套 9 则可保 证 活塞杆不偏离中心，导 向套外 径由O 形圈 7密封，而 其 内孔则由 Y形密封 圈 8 和防尘圈3分别防止油外漏和灰尘带 入缸内。缸 与杆端 销孔与外界 连接， 销孔内有尼龙衬套抗磨。
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体，为了克服这一缺点，可采用双作用增压缸，如图4-9(b) 所示，由两个高压端连续 向系统供油。
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图4-9增压缸 (2) 伸缩 缸。伸 缩缸由两个 或多 个活塞缸套 装 而成，前一 级活塞缸的活塞杆 内孔是 后一 级活塞缸的缸筒，伸出时可 获得 很长的工作行程， 缩回时可保持很小的 结构尺寸，伸缩缸被广泛用于起重 运输车辆上。 伸 缩 缸可以 是 如图 4-10(a) 所示的单作用式，也 可以 是 如图 4-10(b) 所示的双作用式，前者靠外 力 回 程，后者靠 液压 回 程。
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图4-14 缸筒和缸盖结构 (a) 法兰连接式 (b)半环连接式(c) 螺纹连接式 (d) 拉杆 连接式 (e) 焊接连接式 1—缸盖2—缸筒 3—压板4—半环5—防松螺帽6—拉杆 (2) 活塞与活塞杆。可以把短行程的液压缸的活塞杆 与活塞做成一体，这是最简单的形式。但当行程较长时，这种整体 式活塞组件的加工较费事，所以常把活塞 与活塞杆分开制造，然后再 连接成一体。图4-15 所示为几种常见的活塞与活塞杆的 连接形式。 图 4-15(a) 所示为活塞 与 活塞杆 之 间采 用 螺母 连接，它 适 用 负载 较小，受力无 冲 击 的液压缸 中。螺 纹 连接 虽 然结 构 简 单，安装方便可靠，但在活塞杆上车螺纹将削弱其强度。图4-15(b)和(c) 所示为 卡环式连接方式。图4-15(b) 中活塞杆5上开 有一个 环 形槽，槽 内 装有两个 半圆环 3 以 夹紧 活塞 4，半 环 3 由 轴 套 2 套住，而 轴 套 2 的 轴 向位 置用 弹簧卡圈 1 来 固定。图 4-16 (c) 中的活塞杆，使用了 两个 半圆环 4，它 们分别由两个密封 圈座 2 套住，半圆 形的活塞 3 安放 在密封圈 座的 中间。图 4-15(d) 所示是一种径向销式连接结构，用锥销 1把活塞 2固连在活塞杆3上。这种连接方式特别适用于 双出杆式活塞。 (3) 密封装置。 液压缸中常见的密封装置如图4-16所示。图4-16(a) 所示为间 隙密封，它依靠 运动间的微小间隙来防止泄 漏。为了提高这种装置的密封能力，常在活塞的表面上制出几条细小的环形槽，以增大油液通过间隙时的阻力。它的结构简 单，摩擦阻力小，可耐高温，但泄漏大，加工要求高，磨 损后无法恢 复原有能力，只有在尺寸 较小、压力较低、相对运动 速 度较高的缸筒和活塞间使用。图4-16(b) 所示为摩擦 环密封，它依靠套在活塞上的摩擦 环(尼龙或其他高分子材料制成)在O形 密封圈弹力作用下贴紧 缸壁而防止泄漏。这种材料
图4-12双作用单活塞杆液压缸 1—耳环2—螺母3—防尘圈4、17 —弹簧挡圈5—套6、15 —卡键 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 如图4-13 所示为一空心 双活塞杆式液压缸的 结构。由图可见，液压缸的左右 两腔是通过油口 b 和d 经活塞杆 1和 15 的中心 孔与左右径向孔a和c相通的。由于活塞杆固定在床身上，缸体 10 固定在工作台上，工作台在径向孔c 接通压力油，径向孔a接 通回 油 时 向右 移动；反之 则向左 移动。在 这 里，缸盖 18 和 24 是通过 螺钉 ( 图 中未画 出) 与压 板 11 和 20 相 连，并 经钢丝环 12 相 连，左缸盖24 空套在托架3孔内，可以自由伸 缩。空心活塞杆的一端用堵头2 堵死，并通过锥销9 和22 与活塞8相连。缸筒相对 于活塞运动由左右 两个导 向套 6和 19 导 向。活塞 与 缸筒之 间、缸盖与 活塞杆 之 间以及缸盖与缸筒之 间分别用 O形圈 7、V形圈 4 和17 和纸垫13 和23 进行密封，以防止油液的 内、外泄漏。缸筒在接近行程的左右 终端时，径向孔a和c 的开口逐渐减小，对移 动 部件 起 制 动缓冲作用。为 了排 除 液压缸中 剩留 的 空 气，缸盖 上设 置有 排 气孔 5 和14 ，经导 向套 环槽的 侧 面孔 道 ( 图中未画 出)引出与排气阀相连。
进入无杆腔的流量q1=
v3
πD 2 π (D 2 − d 2 ) = q + v3 4 4
v3=4q/πd2
(4-25)
由式 (4-24) 、式 (4-25) 可知，差 动连接时液压缸的推力比非差动连接时小，速度比非差 动连接时大，正好利用 这一点， 可使在不加大油源流量的情况下得到较快的运动速度，这种连接方式被广泛应用于组合机床的液压动力系统和其他机械设备 的快速运动 中。如果要求机床往返快速相等时，则由式 (4-23) 和式 (4-25) 得：