第四章 液压缸(柱塞式)
液压 第四章液压缸
π (D − d )
2 2
4Leabharlann − p2πD4
2
2
= ( p1 − p2 )
πD
4
2
− p1
πd
4
因为： 因为：A无>A有 比较上述结果： 比较上述结果：v <v有，F无>F有
无
即活塞杆伸出时，速度较慢，推力较大； 即活塞杆伸出时，速度较慢，推力较大； 活塞杆缩回时，速度较快，推力较小。 活塞杆缩回时，速度较快，推力较小。 因此适用于伸出时承受工作载荷，缩回时为 因此适用于伸出时承受工作载荷， 空载或轻载场合。 空载或轻载场合。 速度比： 速度比：
二、柱塞式液压缸（单作用式） 柱塞式液压缸（单作用式）
特点： ）柱塞与缸体不接触。 特点：1）柱塞与缸体不接触。 2 ）柱塞重量大 水平安装时会下垂， 柱塞重量大,水平安装时会下垂 水平安装时会下垂， 引起单边磨损，故多垂直使用。 引起单边磨损，故多垂直使用。 3）柱塞工作时受恒压。 ）柱塞工作时受恒压。 4）柱塞缸是单作用缸。为得到双向 ）柱塞缸是单作用缸。 运动，常成对使用。 运动，常成对使用。
v有 D2 λv = = 2 v无 D − d 2
无
当活塞杆直径愈小时， 差值愈小。 当活塞杆直径愈小时，v 与v有差值愈小。
③差动连接： 差动连接： 当单杆缸两腔同时通入压力 油时，由于无杆腔的有效 由于无杆腔的有效 面积大于有杆腔的有效面 积，则活塞受到的向右的 作用力大于向左的作用力， 作用力大于向左的作用力， 活塞右移， 活塞右移，并将有杆腔的 油液挤出，流进无杆腔， 油液挤出，流进无杆腔， 加快活塞杆的右移速度。 加快活塞杆的右移速度。 这种连接方式称~。 这种连接方式称 。
其运动速度和推力的计算： 其运动速度和推力的计算：
第四章 液压缸
D2
4
( p1 p2 )
d2
4
p1 ]m
4F d 2 p1 D m ( p1 p2 ) p1 p2
※按国标圆整为标准尺寸。
（4）.活塞杆直径 d
1）按λv 确定
D2 v 2 D d2
v 1 dD v
2）按工作压力确定
※按国标圆整为标准尺寸。
（2）.速度和速比
qv 4qv v1 A1 D2 q 4qv v2 v A2 ( D 2 d 2 )
对速度要求高时：由v、q ,确定D ；或已知v、 D ,确定q 。 对速度没有要求：由q、D、d 确定v 。 v2、d 由速比λv 确定
D2 v2 2 速比：v v1 D d2
4.2液压缸的类型、特点和基本参数计算
液压缸的分类
按结构形式分： 活塞缸:又分单杆活塞缸、双杆活塞缸 柱塞缸:又分单柱塞缸和双柱塞缸 摆动缸:又分单叶片摆动缸、双叶片摆动缸 按作用方式分： 单作用液压缸: 一个方向的运动依靠液压作用力实 现，另一个方向依靠弹簧力、重力等实现； 双作用液压缸:两个方向的运动都依靠液压作用力来 实现； 复合式缸:活塞缸与活塞缸的组合、活塞缸与柱塞缸 的组合、活塞缸与机械结构的组合等。
3） 应用 两个方向力和速度一样的场合。
职能符号：
4）安装方式
双杆活塞缸根据安装方式不同又分为活塞杆固 定式和缸筒固定式两种。 注：本章所论及的液压缸，除特别指明外，均以 缸筒固定，活塞杆运动
{
缸固定 L=3 l 杆固定 L=2 l
l——活塞有效工作行程。
当缸筒固定时，运动部件移动范围是活塞 有效行程的三倍；当活塞杆固定时，运动部件 移动范围是活塞有效行程的两倍 。
液压缸原理
F Ap
4
(D2 d 2 ) p
v
q 1 （D 2 d 2 ) 4
式中：p-供油压力；A-活塞有效面积；q-供油量；d-活塞杆 直径；D-活塞直径。
2012-8 东昌学院· 机电工程系 8
2.单活塞杆液压缸
2012-8
东昌学院· 机电工程系
9
(1)结构特点：
这种液压缸的活塞只有一端从缸的端头伸出。其结构组 成与双活塞杆液压缸相似。
27
摆动式液压缸的输出扭矩和转速计算方法如下:
Mt
D 2 d 2
1 D 2 d 2 1 pbrdr pb[( ) ( ) ] pb( D 2 d 2 ) 2 2 2 8
1 pb( D 2 d 2 ) 8
由于存在摩擦， M<Mt
输出角速度：
M 所以机械效率为： Mt
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。
2012-8
东昌学院· 机电工程系
24
(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。太长，有时需要加辅助导向机 构。
2012-8
东昌学院· 机电工程系
25
四、摆动式液压缸
摆动式液压缸是一种作往复旋转运动的执行元件。 符号：
1 2 扇形的面积（中心角α ）为： F ( D d 2 ) 8
2012-8 东昌学院· 机电工程系 28
则摆动油缸（转子叶片）转过α 角所排出的液体体积为：
1 2 V （D d 2 )b 8
V 1 ( D 2 d 2 )b Qt t 8 t 1 2 ( D d 2 )b 8 Qt 2 ( D d 2 )b
第四章：液压缸(含习题答案)
d D 1 1
v
（3）活塞杆直径d也可按受力情况初选，然后根据校核最后确定。 表4-4 活塞杆直径的选取 活塞杆受力情况 受 拉 受压及拉 受压及拉 受压及拉 工作压力p／MPa — p≤5 5＜p≤7 p＞7 活塞杆直径d d = (0.3～0.5) D d = (0.5～0.55) D d = (0.6～0.7) D d = 0.7D
38-30
第三节 液压缸的设计和计算
液压缸设计步骤
一、液压缸工作压力的确定 根据负载计算工作压力，也可根据用途查表。 二、液压缸内径和活塞杆直径的确定 内径根据工作负载和工作压力确定。必要时校核强度。 三、液压缸其他部位尺寸的确定 四、液压缸的强度和刚度校核
38-31
第三节 液压缸的设计和计算
一、液压缸工作压力p的确定 F=pA
注意： ① v3>v1， v3>v2 ； F3<F1 ，F3<F2 ，差 动连接是一种减小推力而获得较高 速度的方法。 ② A1=2A2，则差动液压缸在左右两个 运动方向上速度相等时，推力也相 等。（向左运动：有杆腔通压力油 ，无杆腔排油回油箱）
q 4qVV v1 A1 πD 2
v2
4qVV q A2 π D 2 d 2
38-10
第一节 液压缸的类型及特点
二、柱塞式液压缸 单作用式液压缸大多是柱塞式的，单向液压驱动，靠外力回程。
推力：
π 2 F pA m p d m 4
输出速度：
qV V 4 qV V v A πd 2
液压缸
活塞式液压缸
活塞式液压缸由缸体、活塞和活塞杆、端盖等 主要部件组成。 活塞式液压缸通常有单杆和双杆两种形式。又 有缸体固定、活塞移动与活塞杆固定、缸体移动 两种运动方式。
双杆活塞缸
结构特点： 结构特点：活塞两侧均装有活塞杆，两侧有效 工作面积一样。
双杆活塞式液压缸， 双杆活塞式液压缸，活塞两侧都装有活 塞杆，由于两腔的有效面积相等， 塞杆，由于两腔的有效面积相等，故供油压力 和流量不变时， 和流量不变时，活塞往返的作用力和运动速度 都相等， 都相等，即 ：
柱塞缸(单作用)
●单向液压驱动，回程靠外力（垂直放 置时的重力或弹簧的弹力等外力）。
柱塞上的作用力：
F = pA = p
π
4
d2
柱塞的速度：
v= q A = 4q
柱塞式液压缸
πd 2
双柱塞缸（两个柱塞缸合用）
●双向液压驱动
摆动式液压缸
•摆动式液压缸也称摆动马达。 当它通入液压油时， 它的主轴输出小于360°的摆动运动。
π 2 π 2 2 F2 = p1 A2 − p2 A1 = p1 ( D − d ) − p2 D 4 4 q 4q υ2 = = A2 π( D2 − d 2 )
比较两种形式，即无杆腔进油（活塞杆伸出） 时，推力大，速度低，有杆腔进油时（活塞杆缩 回），推力小，速度高。
适用于往返运动速度及推力不同的场合， 一个方向有较大负载但运行速度较低，另一 个方向空载快速退回。
气体的来源
气体对液压系统的影响
排气方法 1 、 排气孔 对要求不高的液压缸将油口设置在 液压缸最高处，使空气随油液排往油箱。 2 、 排气阀和排气塞 对速度平稳性要求高的液 压缸，则要求设置排气阀或排气塞排气。
第4章液压缸
第4章液压缸液压缸是液压系统的执行元件，它将液体的压力能转换成工作机构的机械能，用来实现直线往复运动或小于300o的摆动。
液压缸结构简单，配置灵活，设计、制造比较容易，使用维护方便，被广泛应用于各种机械设备中。
4.1 液压缸的类型、特点和基本参数计算液压缸按结构特点，分为活塞缸、柱塞缸、组合缸和摆动缸四类。
其中，活塞缸和柱塞缸用以实现直线运动，输出推力和速度；摆动缸用以实现小于300°的转动，输出转矩和角速度。
组合缸具有较特殊的结构和功用。
工程中以活塞缸应用最为广泛。
液压缸按作用方式和供油方向不同，可分为单作用式和双作用式两种。
单作用液压缸只能从一个方向供油，液压作用力只能使活塞（或柱塞）作单方向运动，反方向运动必须靠外力（如弹簧力或自重等）实现，如图4.1所示；双作用液压缸可从两个方向供油，由液压作用力实现两个方向的运动，如图4.2所示。
图4.1 单作用液压缸(a)无弹簧式(b)弹簧式(c)柱塞式图4.2 双作用液压缸(a)单杆式(b)双杆式4.1.1活塞式液压缸在缸体内作相对往复运动的组件为活塞的液压缸，称活塞缸。
活塞缸可分为双杆式和单杆式两种结构。
按其安装方式的不同，又分为缸体固定式和活塞杆固定式两种。
1.双杆活塞缸双杆活塞缸是活塞两端都带有活塞杆的液压缸，其工作原理如图4.3所示。
双杆活塞缸的特点是当两活塞杆直径相同，分别向两腔的供油压力和流量都相等时，活塞（或缸体）两个方向的运动速度和推力也都相等，即具有等推力、等速度特性。
因此，这种液压缸常用于要求往复运动速度和负载相同的场合，如各种磨床。
（a）（b）(c)图4.3双杆活塞缸(a)缸体固定(b)活塞杆固定(c)职能符号1-缸体2-活塞3-活塞杆4-工作台图4.3(a)为缸体固定式结构简图。
缸体1固定在机床床身上，工作台4与活塞杆3相连。
缸体的两端设有进、出油口，动力由活塞杆传出，进油腔位置与活塞运动方向相反。
当油液从a口进入缸左腔时，推动活塞2带动工作台向右运动，缸右腔中的油液从b口回油；反之，右腔进压力油，左腔回油时，活塞带动工作台向左运动。
简述柱塞式液压缸的工作原理和用途
简述柱塞式液压缸的工作原理和用途
柱塞式液压缸是一种常见的液压执行元件，它的工作原理是利用液压系统中的液体压力来推动柱塞行进，完成力的传递和动作。
柱塞式液压缸由柱塞、油缸、密封装置和连接件等组成。
油缸中装有液压油，当液压油通过管道进入柱塞的一侧时，压力会将柱塞推动向另一侧，从而产生线性运动。
柱塞的线性运动可用于推动其他机械部件，实现各种工作任务。
柱塞式液压缸的用途非常广泛。
它常见于各种工程机械、冶金设备、煤矿机械、船舶、农机等。
它可以用于举升、推拉、弯曲、剪切等工作，具有传动力大、动作平稳、响应迅速等优点。
同时，柱塞式液压缸具有自锁性能，即使在液压系统停止工作时，它也能保持位置不会发生位移。
因此，柱塞式液压缸在工业中有着广泛的应用。
液压-第04章液压执行元件
由于柱塞的瞬时方位角呈周期性变化，液压马达总
的输出转矩也周期性变化，所以液压马达输出的转矩是 脉动的，通常只计算马达的平均转矩。
Ft Ft Ft FN
Ft
F F
13
4.1.3 低速大扭矩液压马达
低速大扭矩液压马达是相对于高速马达而言的，通常 这类马达在结构形式上多为径向柱塞式,其特点是：最低转 速低，大约在5~10转/分；输出扭矩大，可达几万牛顿米； 径向尺寸大，转动惯量大。
动、制动、调速和换向。通常高速马达的输出转矩不
大，最低稳定转速较高，只能满足高速小扭矩工况。
9
柱塞式马达的工作原理
当压力油输入液压马达时，处于压力腔的柱塞被顶 出，压在斜盘上，斜盘对柱塞产生反力，该力可分解为 轴向分力和垂直于轴向的分力。其中，垂直于轴向的分 力使缸体产生转矩。
Ft Ft Ft Ft FN
由上式可见，液压马达的总效率亦同于液压泵的总效 率，等于机械效率与容积效率的乘积。
8
4.1.2
高速液压马达
一般来说，额定转速高于 500r/min 的马达属于高 速马达，额定转速低于 500r/min 的马达属于低速马达。
高速液压马达基本型式：齿轮式、叶片式和轴向 柱塞式等。 它们的主要特点是转速高，转动惯量小，便于启
（2.32）
马达的实际输出转矩小于理论输出转矩： pV T m （2.33） 2 因马达实际存在机械摩擦，故实际输出转矩应考虑机 械效率。
7
• 功率和总效率 马达的输入功率为
N i pq
马达的输出功率为 N o 2nT 马达的总效率为
（2.34） （2.35） （2.36）
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
缸 筒
柱 塞 p q （ a ） 图4.3柱塞式液压缸
2柱塞式液压缸是 单作用的它的回程 Q V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，
4Q V 2 d
p1
d
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 d p2 Q
d 2 m
柱塞。成对连接推力
为：
F ( p1 p2 )
4
图4.3柱塞式液压缸
式中：d—柱塞直径，p1—进油压力，p2—另一缸的回油压力。
3
4.1.2 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。
A
缸 筒
图4.3柱塞式液压缸
柱 塞 p q
（ a ）
1
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。