第11講液壓缸結(jié)構(gòu)、設(shè)計

1、3、2 液壓缸的典型結(jié)構(gòu)及組成3、2、2 液壓缸的典型結(jié)構(gòu)舉例液壓缸的典型結(jié)構(gòu)舉例 3、2、2 缸體與端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計缸體與端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計 典型結(jié)構(gòu)典型結(jié)構(gòu)缸體組件、活塞組件、密封件、缸體組件、活塞組件、密封件、 連接件、緩沖裝置、排氣裝置等。連接件、緩沖裝置、排氣裝置等。 一、液壓缸的結(jié)構(gòu)一、液壓缸的結(jié)構(gòu)1、 缸體與端蓋的結(jié)構(gòu)缸體與端蓋的結(jié)構(gòu) 缸體與端蓋的連接缸體與端蓋的連接 活塞和活塞桿結(jié)構(gòu)活塞和活塞桿結(jié)構(gòu) 液壓缸的緩沖裝置液壓缸的緩沖裝置 液壓缸的排氣裝置液壓缸的排氣裝置 二、液壓缸的組成二、液壓缸的組成缸體與端蓋的連接缸體與端蓋的連接 法蘭連接法蘭連接 半環(huán)連接半環(huán)連接 螺紋連接螺紋連接

2、 拉桿連接拉桿連接 焊接連接焊接連接 缸體與端蓋的連接缸體與端蓋的連接 工作壓力、缸體材料、工作壓力、缸體材料、 工作條件不同工作條件不同 連接形式很多低壓，連接形式很多低壓， 鑄鐵缸體，外形尺寸鑄鐵缸體，外形尺寸大大 缸體與端蓋的連接形式缸體與端蓋的連接形式法蘭連接：高壓，需焊接法蘭盤，較雜。法蘭連接：高壓，需焊接法蘭盤，較雜。 內(nèi)半環(huán)內(nèi)半環(huán) 結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、裝卸結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、裝卸半環(huán)連接半環(huán)連接 方便方便（但因缸體上開了環(huán)行槽，強(qiáng)度削弱但因缸體上開了環(huán)行槽，強(qiáng)度削弱） 外半環(huán)外半環(huán) 內(nèi)螺紋內(nèi)螺紋 螺紋連接螺紋連接 重量輕，外徑小，但端部復(fù)雜，重量輕，外徑小，但端部復(fù)雜， 外螺紋外螺紋 裝

3、卸不便，需專用工具裝卸不便，需專用工具 焊接連接焊接連接拉桿連接拉桿連接通用性好，缸體加工方便，裝拆方通用性好，缸體加工方便，裝拆方便，但端蓋體積大，重量也大，拉便，但端蓋體積大，重量也大，拉桿受力后會拉伸變形，影響端部密桿受力后會拉伸變形，影響端部密封效果，只適于封效果，只適于中低壓中低壓. 活塞和活塞桿的連接活塞和活塞桿的連接 工作壓力、安裝方式、工作壓力、安裝方式、 工作條件的不同。工作條件的不同。 活塞組件有多種結(jié)構(gòu)形式。活塞組件有多種結(jié)構(gòu)形式。 整體式：常用于小直徑液壓缸，整體式：常用于小直徑液壓缸， 結(jié)構(gòu)簡單，軸向尺寸緊湊，結(jié)構(gòu)簡單，軸向尺寸緊湊， 但損壞后需整體更換但損壞后需整體

4、更換 活塞和活塞桿的連接活塞和活塞桿的連接焊接式：同上焊接式：同上 錐銷式：常用于雙桿缸，加工容易，裝配錐銷式：常用于雙桿缸，加工容易，裝配 簡單，但承簡單，但承 載能力小，且需防止載能力小，且需防止 脫落脫落 螺紋式：常用于單桿缸，結(jié)構(gòu)簡單，裝拆螺紋式：常用于單桿缸，結(jié)構(gòu)簡單，裝拆 方便，但方便，但需需 防止螺母松動防止螺母松動。 半環(huán)式：常用于高壓大負(fù)載或振動比較大半環(huán)式：常用于高壓大負(fù)載或振動比較大 的場合，強(qiáng)的場合，強(qiáng) 度高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，度高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 裝拆方便。裝拆方便。 活塞桿頭部結(jié)構(gòu)活塞桿頭部結(jié)構(gòu)活塞桿：是連接活塞和工作部件的傳活塞桿：是連接活塞和工作部件的傳 力零件，必須具

5、有足力零件，必須具有足 夠的強(qiáng)夠的強(qiáng) 度和剛度，一般用鋼料制成度和剛度，一般用鋼料制成, 且需鍍鉻。且需鍍鉻。液壓缸的緩沖裝置液壓缸的緩沖裝置 必要性必要性緩沖原理緩沖原理緩沖裝置類型緩沖裝置類型緩沖的必要性緩沖的必要性 在質(zhì)量較大、速度較高在質(zhì)量較大、速度較高(v12m/min），）， 由于慣性力較大，活塞運動到終端時會撞由于慣性力較大，活塞運動到終端時會撞 擊缸蓋，產(chǎn)生沖擊和噪聲，嚴(yán)重影響加工擊缸蓋，產(chǎn)生沖擊和噪聲，嚴(yán)重影響加工 精度，甚至使液壓缸損壞。精度，甚至使液壓缸損壞。 常在大型、高速、或高精度液壓缸中設(shè)置常在大型、高速、或高精度液壓缸中設(shè)置 緩沖裝置或在系統(tǒng)中設(shè)置緩沖回路。緩沖裝

6、置或在系統(tǒng)中設(shè)置緩沖回路。緩沖原理緩沖原理利用節(jié)流方法在液壓缸的回油腔產(chǎn)利用節(jié)流方法在液壓缸的回油腔產(chǎn)生阻力，減小速度，避免撞擊。生阻力，減小速度，避免撞擊。 緩沖裝置類型緩沖裝置類型 （1） 圓柱形環(huán)隙式緩沖裝置圓柱形環(huán)隙式緩沖裝置 （2） 圓錐形環(huán)隙式緩沖裝置圓錐形環(huán)隙式緩沖裝置 （3） 可變節(jié)流槽式緩沖裝置可變節(jié)流槽式緩沖裝置 （4） 可調(diào)節(jié)流孔式緩沖裝置可調(diào)節(jié)流孔式緩沖裝置 緩沖裝置緩沖裝置(2/3) （1 1）圓柱形環(huán)隙式緩沖裝置）圓柱形環(huán)隙式緩沖裝置 當(dāng)緩沖柱塞進(jìn)入缸蓋上的內(nèi)孔時，缸蓋和活當(dāng)緩沖柱塞進(jìn)入缸蓋上的內(nèi)孔時，缸蓋和活塞間形成緩沖油腔塞間形成緩沖油腔B B，被封閉油液只能從

7、環(huán)形間，被封閉油液只能從環(huán)形間隙排出，產(chǎn)生緩沖壓力，從而實現(xiàn)減速緩沖。這隙排出，產(chǎn)生緩沖壓力，從而實現(xiàn)減速緩沖。這種緩沖裝置在緩沖過程中，由于其節(jié)流面積不變，種緩沖裝置在緩沖過程中，由于其節(jié)流面積不變，故緩沖開始時產(chǎn)生的緩沖制動力很大，但很快就故緩沖開始時產(chǎn)生的緩沖制動力很大，但很快就降低了，其降低了，其緩沖效果較差緩沖效果較差，但這種裝置結(jié)構(gòu)簡單，但這種裝置結(jié)構(gòu)簡單，便于設(shè)計和降低制造成本便于設(shè)計和降低制造成本，所以在一般系列化的，所以在一般系列化的成品液壓缸中多采用這種緩沖裝置。成品液壓缸中多采用這種緩沖裝置。 緩沖裝置緩沖裝置(2/3)（2 2）圓錐形環(huán)隙式緩沖裝置）圓錐形環(huán)隙式緩沖裝置

8、由于緩沖柱塞為圓錐形，所以緩沖環(huán)形間隙隨由于緩沖柱塞為圓錐形，所以緩沖環(huán)形間隙隨位移量位移量l l而改變，即節(jié)流面積隨緩沖行程的而改變，即節(jié)流面積隨緩沖行程的增大而縮小，使機(jī)械能的增大而縮小，使機(jī)械能的吸收較均勻吸收較均勻，其緩，其緩沖效果較好沖效果較好。緩沖裝置緩沖裝置(3/3)（3 3）可變節(jié)流槽式緩沖裝置）可變節(jié)流槽式緩沖裝置 理想緩沖裝置應(yīng)在全部工作過程中保理想緩沖裝置應(yīng)在全部工作過程中保持緩沖壓力恒定不變，因此，可在緩沖柱塞持緩沖壓力恒定不變，因此，可在緩沖柱塞上開由淺到深的三角節(jié)流溝槽，節(jié)流面積隨上開由淺到深的三角節(jié)流溝槽，節(jié)流面積隨著緩沖行程的增大而逐漸減小，著緩沖行程的增大而逐

9、漸減小，緩沖壓力變緩沖壓力變化平緩，但需要專門設(shè)計化平緩，但需要專門設(shè)計。緩沖裝置緩沖裝置(3/3)（4 4）可調(diào)節(jié)流孔式緩沖裝置）可調(diào)節(jié)流孔式緩沖裝置 在緩沖過程中，緩沖腔油液經(jīng)小孔節(jié)在緩沖過程中，緩沖腔油液經(jīng)小孔節(jié)流排出，調(diào)節(jié)節(jié)流孔的大小，可控制緩沖腔流排出，調(diào)節(jié)節(jié)流孔的大小，可控制緩沖腔內(nèi)緩沖壓力的大小，以適應(yīng)液壓缸不同的負(fù)內(nèi)緩沖壓力的大小，以適應(yīng)液壓缸不同的負(fù)載和速度工況對緩沖的要求，同時當(dāng)活塞反載和速度工況對緩沖的要求，同時當(dāng)活塞反向運動時，高壓油從單向閥進(jìn)入液壓缸內(nèi)，向運動時，高壓油從單向閥進(jìn)入液壓缸內(nèi)，活塞也不會因推力不足而產(chǎn)生啟動緩慢或困活塞也不會因推力不足而產(chǎn)生啟動緩慢或困難

10、等現(xiàn)象。難等現(xiàn)象。 液壓缸的排氣裝置液壓缸的排氣裝置 必要性必要性排氣方法排氣方法排氣的必要性排氣的必要性 系統(tǒng)在安裝或停止工作后常會滲入空氣系統(tǒng)在安裝或停止工作后常會滲入空氣 使液壓缸產(chǎn)生爬行、振動和前沖，換向精度降低等。使液壓缸產(chǎn)生爬行、振動和前沖，換向精度降低等。 故故 必須設(shè)置排氣裝置必須設(shè)置排氣裝置。 排氣方法排氣方法1 排氣孔排氣孔 油口設(shè)置在液壓缸最高處油口設(shè)置在液壓缸最高處 2 排氣塞排氣塞 象螺釘象螺釘（如暖氣包上的放氣閥）（如暖氣包上的放氣閥） 3 排氣閥排氣閥 使液壓缸兩腔經(jīng)該閥與油使液壓缸兩腔經(jīng)該閥與油 箱相通啟動時，擰開排氣箱相通啟動時，擰開排氣 閥使液壓缸空載往復(fù)運

11、動閥使液壓缸空載往復(fù)運動 幾次即可幾次即可 1缸蓋 2放氣小孔 3缸體 4活塞桿三、三、 液壓缸的設(shè)計與計算液壓缸的設(shè)計與計算一、一、設(shè)計設(shè)計 ：二、校核二、校核 液壓缸內(nèi)徑液壓缸內(nèi)徑D、 活塞桿直徑活塞桿直徑d、 液壓缸缸體長度液壓缸缸體長度L液壓缸設(shè)計中的注意事項液壓缸設(shè)計中的注意事項（1 1）活塞桿受拉狀態(tài)下承受最大負(fù)載，在受壓）活塞桿受拉狀態(tài)下承受最大負(fù)載，在受壓狀態(tài)下具有穩(wěn)定性。狀態(tài)下具有穩(wěn)定性。（2 2）排氣和制動問題）排氣和制動問題（3 3）液壓缸的安裝，只能在一端用鍵或銷定位。）液壓缸的安裝，只能在一端用鍵或銷定位。（4 4）結(jié)構(gòu)簡單緊湊）結(jié)構(gòu)簡單緊湊（5 5）密封性要好）密封

12、性要好 一、設(shè)計一、設(shè)計缸工作壓力、運動速度、工作條件、缸工作壓力、運動速度、工作條件、加工工藝及加工工藝及拆 裝檢修等。 設(shè)計依據(jù)：設(shè)計依據(jù)：液壓缸的主要尺寸包括：液壓缸的主要尺寸包括： 液壓缸內(nèi)徑液壓缸內(nèi)徑D 活塞桿直徑活塞桿直徑d 液壓缸缸體長度液壓缸缸體長度L液壓缸內(nèi)徑液壓缸內(nèi)徑D 1 根據(jù)最大總負(fù)載和選取的工作壓力來確定根據(jù)最大總負(fù)載和選取的工作壓力來確定 2 根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)速度要求和選定液壓泵流量根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)速度要求和選定液壓泵流量 來確定來確定液壓缸工作壓力的確定液壓缸工作壓力的確定 LfAFFFF21VV液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑的確定液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑的確定（一）液壓缸內(nèi)徑（一

13、）液壓缸內(nèi)徑D （二）活塞桿直徑二）活塞桿直徑d 一一 雙桿缸雙桿缸vv224qqADd2212m12m4FA ppDdpp液壓缸內(nèi)徑液壓缸內(nèi)徑D 二二 單桿缸單桿缸 無桿腔進(jìn)油時無桿腔進(jìn)油時 活塞的速度和推力1vv214qqAD22211122m12m22122m()4444Fp Ap AD pDdpDppd pP2以單桿缸為例：以單桿缸為例：無桿腔進(jìn)油時無桿腔進(jìn)油時 是最大工作負(fù)載。是最大工作負(fù)載。P P1 1 P P2 2液壓缸工作腔的工作壓力，可根據(jù)機(jī)床類型液壓缸工作腔的工作壓力，可根據(jù)機(jī)床類型或負(fù)載的大小來確定或負(fù)載的大小來確定, P, P2 2 是背壓一般為零。是背壓一般為零。ma

14、xFm a x14 FDp根據(jù)最大總負(fù)載和選取的工作壓力來確定根據(jù)最大總負(fù)載和選取的工作壓力來確定D 當(dāng)液壓缸的往復(fù)速度比有一定要求時，由式得桿當(dāng)液壓缸的往復(fù)速度比有一定要求時，由式得桿徑徑d d為：為： 缸的速度比缸的速度比 過大會使無桿腔產(chǎn)生過大的背壓，過大會使無桿腔產(chǎn)生過大的背壓，速度比速度比 過小則活塞桿太細(xì)，穩(wěn)定性不好。過小則活塞桿太細(xì)，穩(wěn)定性不好。 缸主要尺寸的計算缸主要尺寸的計算(2/3)dD12 根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)速度要求和選定液壓根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)速度要求和選定液壓泵流量泵流量 來確定來確定以單桿缸為例：以單桿缸為例：無桿腔進(jìn)油時無桿腔進(jìn)油時有桿腔進(jìn)油時有桿腔進(jìn)油時1v214qqADv2

15、2224qqADd（二）活塞桿直徑（二）活塞桿直徑d 原則：活塞桿直徑可根據(jù)工作壓力或設(shè)原則：活塞桿直徑可根據(jù)工作壓力或設(shè) 備類型選取液壓缸的往復(fù)速度比備類型選取液壓缸的往復(fù)速度比 有一定要求時有一定要求時 d = Dv-1/v d = Dv2-v1/V V2 2 計算所得活塞桿直徑計算所得活塞桿直徑d亦應(yīng)圓整亦應(yīng)圓整 為標(biāo)準(zhǔn)系列值。為標(biāo)準(zhǔn)系列值?；钊麠U直徑活塞桿直徑d 根據(jù)活塞桿的受力情況來確定根據(jù)活塞桿的受力情況來確定一般受拉力作用時，一般受拉力作用時， d = （0.30.5）D受壓時：見表受壓時：見表 計算所得活塞桿直徑計算所得活塞桿直徑d亦應(yīng)圓整亦應(yīng)圓整 為標(biāo)準(zhǔn)為標(biāo)準(zhǔn)系列值。系列值。

16、（三）液壓缸缸體長度（三）液壓缸缸體長度L 原則：由液壓缸最大行程、活塞寬原則：由液壓缸最大行程、活塞寬 度、活塞桿導(dǎo)向套度、活塞桿導(dǎo)向套長長 度、活塞桿密封度、活塞桿密封 長度和特殊要求的其它長度確定長度和特殊要求的其它長度確定, 為減小加工難度，一般液壓缸缸體長度不應(yīng)大于內(nèi)徑為減小加工難度，一般液壓缸缸體長度不應(yīng)大于內(nèi)徑的的2030倍倍。 L=l+A+B +M+C液壓缸其它部位尺寸的確定液壓缸其它部位尺寸的確定 導(dǎo)向長度導(dǎo)向長度HL/20+D/2 （L為液壓缸最大行程為液壓缸最大行程） 活塞寬度活塞寬度B =（0、61、0）D； A =(0.610)D （D80mm） 導(dǎo)向套滑動面長度導(dǎo)向

17、套滑動面長度A A =(0.61)d （D80mm） 如裝有隔如裝有隔套套K時，時， C = H -（A+B）/2M :活塞桿密封長度，由密封方式?jīng)Q定活塞桿密封長度，由密封方式?jīng)Q定（四）最小導(dǎo)向長度的確定（四）最小導(dǎo)向長度的確定 如果導(dǎo)向長度過小，影響液壓缸如果導(dǎo)向長度過小，影響液壓缸的穩(wěn)定，因此必須保證有一個最小導(dǎo)的穩(wěn)定，因此必須保證有一個最小導(dǎo)向長度。向長度。 H L /20+D/2H L /20+D/2L L 液壓缸的最大工作行程液壓缸的最大工作行程D D 缸筒內(nèi)徑缸筒內(nèi)徑二二 強(qiáng)度校核強(qiáng)度校核（一）缸筒壁厚一）缸筒壁厚（二）活塞桿外徑校核二）活塞桿外徑校核（三）缸蓋固定羅雙的直徑校核（

18、三）缸蓋固定羅雙的直徑校核（四）緩沖計算（四）緩沖計算（五）液壓缸穩(wěn)定性校核（五）液壓缸穩(wěn)定性校核（一）缸筒壁厚（一）缸筒壁厚校核方法校核方法1、缸筒壁厚、缸筒壁厚 中低壓系統(tǒng)，無需校核中低壓系統(tǒng)，無需校核確定原則確定原則 高壓大直徑時，必須校核高壓大直徑時，必須校核 薄壁缸體（無縫鋼管）薄壁缸體（無縫鋼管）: 當(dāng)當(dāng)D/ 10時時 ptD/2 = b /n Pt 為缸筒的試驗壓力，由液壓缸的額定壓力來確定為缸筒的試驗壓力，由液壓缸的額定壓力來確定 缸筒材料的許用壓力缸筒材料的許用壓力b 缸筒材料的抗拉強(qiáng)度缸筒材料的抗拉強(qiáng)度n一般取為一般取為5厚壁缸體（鑄造缸體）厚壁缸體（鑄造缸體）: 當(dāng)當(dāng)D/

19、 10時時 D/2+ 0.4 pt/ -1.3pt-1若若 液壓缸缸筒與缸蓋采用半環(huán)連接，液壓缸缸筒與缸蓋采用半環(huán)連接，應(yīng)取應(yīng)取缸筒壁最小處的值。缸筒壁最小處的值。（二）活塞桿外徑校核（二）活塞桿外徑校核（1）受拉安全 d4F/ = b /1.4 缸的強(qiáng)度計算和校核缸的強(qiáng)度計算和校核(3/3) （2） 活塞桿的穩(wěn)定性計算 活塞桿受軸向壓力作用時，有可能產(chǎn)生彎曲，當(dāng)此軸向力達(dá)到臨界值Fk時，會出現(xiàn)壓桿不穩(wěn)定現(xiàn)象，臨界值Fk的大小與活塞桿長度和直徑，以及缸的安裝方式等因素有關(guān)。只有當(dāng)活塞桿的計算長度時，才進(jìn)行活塞桿的縱向穩(wěn)定性計算。其計算按材料力學(xué)有關(guān)公式進(jìn)行。 使缸保持穩(wěn)定的條件為： （4.30） Fcr可根據(jù)細(xì)長比的范圍按下述有關(guān)公式計算： （a）當(dāng)細(xì)長比 時： （4.31） （b）細(xì)長比 ，且 20120時： （4.32） （c）當(dāng)細(xì)長比時，缸具有足夠的穩(wěn)定性，不必校核。 crcrFFnimkl22lEJiFkimklim)(1kliafAFk（三）缸蓋固定螺栓的直徑校核（三）缸蓋固定螺栓的直徑校核 d5.2