第四章 液压缸

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差动液压缸
差动液压缸的推力和速度计算式:
差动连接时,有杆腔排出流量q’进入无杆腔, 则有:
q q q v3 A2 v3 A1
q 4q v3 cv 2 cv A1 A2 d
忽略两腔连通回路压力损失(即p1=p2): 图 差动液压缸
F3 ( p1 A1 p2 A2 ) cm
缸Ⅲ运动时,液压泵工作压力p=4Mpa。
三缸运动都停止时,液压泵工作压力p=5Mpa。
4.1 液压缸的类型和基本参数计算
活塞缸并联
3) 各液压缸的运动速度:
q q vi 500q 4 Ai 2010
(i 1, 2, 3)
总结:液压缸并联时,负载最小的液压缸最先动作;当一个 缸在运动时,其他液压缸静止,液压泵输出的流量全部流入 运动的液压缸。
《液压传动及控制》
第四章 液压缸
4.1 液压缸的类型和基本参数计算
液压缸
液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 。 缸筒固定:一腔连续地输入压力油。当油的压力足以克服 活塞杆上的所有负载时,活塞以速度连续向另一腔运动,活塞 杆对外界做功 。反之亦然。
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。
4.1 液压缸的类型和基本参数计算
常见液压缸的图形符号
4.1 液压缸的类型和基本参数计算
双杆活塞缸
1)双杆活塞缸 如图所示为
缸筒固定的双杆活塞缸,活 塞两侧的活塞杆直径相等,
图3-8 缸筒和缸盖结构 1—缸盖 2—缸筒 6—拉杆
4.2 液压缸的典型结构
活塞和活塞杆
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4.21所示。 前者结构简单,但需 有螺母防松装置。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。
4.2 液压缸的典型结构
缸筒和缸盖
缸筒和缸盖的常见连接结构形式如图4.20所示: 图4.20a采用法兰连接, 结构简单、加工和装拆都 方便,但外形尺寸和质量 都大。图4.20b为半环连 接,加工和装拆方便,但 是,这种结构须在缸筒外 部开有环形槽而削弱其强 度,有时要为此增加缸的 壁厚。
图4.20 缸筒和缸盖结构 1—缸盖 2—缸筒 3—压板 4—半环
有效行程的两倍,常用于大中 型的机械 。
4.1 液压缸的类型和基本参数计算
双杆活塞缸
双杆活塞缸的推力和速度计算式
q 4q v1 v2 cv cv 2 2 A (D d )
F1 F2 A( p1 p2 )cm

4
( D 2 d 2 )( p1 p2 )cm
4.1 液压缸的类型和基本参数计算
柱塞式液压缸
(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,柱塞回 程要靠其它外力或柱塞的自重; (2)柱塞只靠缸套支承,故适于做长行 程液压缸; (3)工作时柱塞总受压,因而它必须 有足够的刚度;; (4)柱塞重量往往较大,水平放置时 容易因自重而下垂,造成密封件和导 向单边磨损,故其垂直使用更有利。
图4.5 柱塞式液压缸 a)单柱塞缸 b)双柱塞缸 1—缸筒 2—柱塞
4.1 液压缸的类型和基本参数计算
柱塞式液压缸
单向运动时
双向运动时
4.1 液压缸的类型和基本参数计算
柱塞式液压缸
柱塞缸的输出力F和运动速度v的 计算式:
F pA cm

4
D p cm
2
q 4q v cv 2 cv A D
4.1 液压缸的类型和基本参数计算
活塞缸并联
例4.1:图示液压系统,液压 缸活塞的面积A1=A2=A3= 20cm2,所受的负载F1= 4000N,F2=6000N,F3= 8000N,泵的流量q,试分析: 1) 三个液压缸的动作顺序? 2) 液压泵的工作压力有何变 化? 3) 各液压缸的运动速度?
活塞与活塞杆用螺纹连接,并用止动销14固死。前、后缸盖 通过法兰23和螺钉(图中未示)压紧在缸筒的两端。为了提高密 封性能并减少摩擦力,在活塞与缸筒之间、活塞杆与导向环之间、 导向环与前缸盖这间、活塞杆与导向环之间、导向环与前缸盖之 间、前后缸盖与缸筒之间装有各种动、静密封圈。当活塞移动接 近左右终端时,液压缸回油腔的油只能通过缓冲柱塞上通流面积 逐渐减小的轴向三角槽和可调缓冲器24回油箱,对移动部件起制 动缓冲作用。缸中空气经可调缓冲器中的排气通道排出 。
4.1 液压缸的类型和基本参数计算
活塞缸并联
解:推动液压缸Ⅰ运动所需的压力:
F1 4000 6 p1 2 10 N m 2MPa 4 A1 2010
推动液压缸Ⅱ运动所需的压力:
F2 6000 6 p2 3 10 N m 3MPa 4 A2 2010
4.1 液压缸的类型和基本参数计算
活塞缸串联
v1 A2 v1 80cm 2 v2 1.6 10 m / s 2 A1 100cm
2
2) 已知: P2=P1/2 ,求F1、F2?
1 p2 p1 2 F1 5.4 KN p1 A1 p2 A2 F1 F2 4.5 KN p2 A1 F2

4
d 2 p1 cm
由上可知,差动连接时实际的有效作用面积是活塞杆的横截面积。
4.1 液压缸的类型和基本参数计算
差动液压缸
与非差动连接无杆 腔进油工况相比,在输 入油液压力和流量相同 的条件下,活塞杆伸出 速度较大而推力较小。 实际应用中,液压系统 常通过控制阀来改变单 杆缸的油路连接,使其 有不同的工作方式,从 而获得快进(差动连 接)—工进(无杆腔进 油)— 快退(有杆腔 进油)的工作循环。
4.1 液压缸的类型和基本参数计算
差动液压缸
单杆活塞缸的左右腔同时 接通压力油,如图4.3 所示,
称为差动连接,此缸称为差动 液压缸。差动液压缸左、右腔 压力相等,但左、右腔有效面 积不相等,因此,活塞向右运 动。差动连接时因回油腔的油 液进入左腔,从而提高活塞运 动速度。
4.1 液压缸的类型和基本参数计算
4.1 液压缸的类型和基本参数计算
活塞缸串联
例4.2:图示两个结构相同相互串联的液压缸,无杆腔的面积A1= 100cm2,有杆腔面积A2=80cm2,缸1输入压力p1=9×105Pa,输 入流量q1=12L/min,不计损失和泄漏,求: 1) 两缸承受相同负载时(F1=F2),该负载的数值及两缸的运动速度? 2) 缸2的输入压力是缸1的一半时( P2=P1/2 ),两缸各能承受多少 负载? 3) 缸1不承受负载时(F1=0),缸2能承受多大的负载。
4.2 液压缸的典型结构
单杆活塞式液压缸结构
图 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
4.1 液压缸的类型和基本参数计算
活塞缸串联
解:1) 求F1、F2?
F1 F2
p1 A1 p2 A2 F1 F1 F2 5 KN p2 A1 F2
求两个的运动速度v1,v2?
q1 12L / min 2 v1 2 10 m/ s 2 A1 100cm
式中 D—柱塞直径
图4.5 柱塞式液压缸 a)单柱塞缸 b)双柱塞缸 1—缸筒 2—柱塞
4.1 液压缸的类型和基本参数计算
摆动缸
单叶片式摆动缸的最大回 转角度一般小于280°; 双叶片式摆动缸的最大回 转角度一般小于150°。
当通入液油,它的 主轴能输出小于 360°的摆动运动 的缸称为摆动式液 压缸。常用于辅助 装置,如送料和转 位装置、液压机械 手及间歇进给机构。
(a)单叶片式 图4.7 摆动缸
(b)双叶片式
4.1 液压缸的类型和基本参数计算
增压缸
增压缸是活塞缸与柱塞缸组成的复合缸,但它不是能量 转换装置,只是一个增压器件。
增压比为大活塞与小柱
塞的面积比K=D2/d2 ;
增压能力是在降低有效
流量的基础上得到的;
增压缸作为中间环节, 用在低压系统要求有局部 高压油路的场合。
4.2 液压缸的典型结构
缸筒和缸盖
图4.20c为外螺纹连接,图4.20d为内螺纹连接。螺纹连接装拆
时要使用专用工具,适用于较小的缸筒。
图4.20 缸筒和缸盖结构 1—缸盖 2—缸筒 5—防松螺母
4.2 液压缸的典型结构
缸筒和缸盖
图4.20e为拉杆式连接,容易加工和装拆,但外形尺寸较大, 且较重。图4.20f为焊接式连接结构简单,尺寸小,但缸底处 内径不易加工,且可能引起变形 。
活塞杆固定:一腔连续地输入压力油时,则缸筒向另一方
向运动。反之亦然。
4.1 液压缸的类型和基本参数计算
液压缸的分类
按结构形式分: 活塞缸 柱塞缸 摆动缸 又分单叶片摆动缸、双叶片摆动缸 又分单杆活塞缸、双杆活塞缸
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;
4.1 液压缸的类型和基本参数计算
单杆活塞缸
单杆活塞缸的推力和速度计算式
(1)无杆腔进油:
q v1 cv A1
F1 ( p1 A1 p2 A2 )cm
4.1 液压缸的类型和基本参数计算
单杆活塞缸
单杆活塞缸的推力和速度计算式
(2)有杆腔进油:
q v2 cv A2
F2 ( p1 A2 p2 A1 )cm
4.1 液压缸的类型和基本参数计算
单杆活塞缸
2)单杆活塞缸 如图所示为 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、出口的布置根据安装方 式而定;但工作台移动范围 都为活塞有效行程的两倍。
4.1 液压缸的类型和基本参数计算
多级缸
又称伸缩套筒式缸,由两个或多个活塞式缸套装而成。前 一级活塞缸的活塞杆是后一级活塞缸的缸筒。各级活塞依次伸 出可获得很长的行程,当依次缩回时缸的轴向尺寸很小。 除双作用伸缩液压缸外,
还有单作用伸缩液压缸,
它与双作用不同点是回程 靠外力,而双作用靠液压
作用力。特别适用于工程
4.1 液压缸的类型和基本参数计算
活塞缸串联
3) 已知F1=0,求F2?
F1 0
p1 A1 p2 A2 F1 F2 11.25KN p2 A1 F2
总结:液压串联时,求速度时,前一液压缸的输出为后一液 压缸的输入;求力时,需对每一个液压缸进行受力平衡分析。
推动液压缸Ⅲ运动所需的压力:
F3 8000 6 p3 4 10 N m 4MPa 4 A3 2010
4.1 液压缸的类型和基本参数计算
活塞缸并联
1) 三个缸的动作顺序:缸Ⅰ、缸Ⅱ、缸Ⅲ。
2) 液压泵的工作压力变化:
缸Ⅰ运动时,液压泵工作压力p=2Mpa。
缸Ⅱ运动时,液压泵工作压力p=3Mpa。
它的进、出油口位于缸筒两
端。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,适用于中小 型机械。
4.1 液压缸的类型和基本参数计算
双杆活塞缸
右图所示为活塞杆固定的双杆 活塞缸。它的进、出油液可经
ຫໍສະໝຸດ Baidu
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。其工作台移动范围为缸筒
机械及自动线步进式输送 装置。
4.1 液压缸的类型和基本参数计算
齿条活塞缸
齿条活塞缸是活塞缸与齿轮齿条机构组成的复合式缸。 它将活塞的直线往复运动转变为齿轮的旋转运动,用于机床 的进刀机构、回转工作台转位、液压机械手等。
4.2 液压缸的典型结构
单杆活塞式液压缸结构
液压缸的结构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 。
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