第四章液壓缸(流體傳動)

1、重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院1重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院主講：劉振軍 博士 教授流體傳動與控制流體傳動與控制2011年9月重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2第第4章章 液壓缸液壓缸重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院3功用功用：將壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能而對負(fù)載作功，實現(xiàn)直線往復(fù)：將壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能而對負(fù)載作功，實現(xiàn)直線往復(fù)運動。運動。4.1 類型及特點類型及特點結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)形式活塞式活塞式柱塞式柱塞式組合式組合式單作用式單作用式作用方式作用方式雙作用式雙作用式重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院4 只有一腔能進(jìn)出壓力油，活塞（缸體）只能依靠液壓力只有一腔

2、能進(jìn)出壓力油，活塞（缸體）只能依靠液壓力作單向運動，回程需借助自重作單向運動，回程需借助自重/ /外力的液壓缸外力的液壓缸單作用式單作用式單作用式又分為單作用式又分為無彈簧式無彈簧式附彈簧式附彈簧式柱塞式柱塞式4.1 類型及特點類型及特點重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院5 兩腔均能進(jìn)出壓力油，活塞（缸體）能作正、反兩個方向兩腔均能進(jìn)出壓力油，活塞（缸體）能作正、反兩個方向移動。移動。雙作用式又分兩種雙作用式又分兩種雙作用式雙作用式雙桿形雙桿形單桿形單桿形4.1 類型及特點類型及特點重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院6柱塞式液壓缸柱塞式液壓缸單活塞桿式液壓缸單活塞桿式液壓缸雙活塞桿

3、式液壓缸雙活塞桿式液壓缸伸縮式液壓缸伸縮式液壓缸4.1 類型及特點類型及特點重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院7單活塞桿式液壓缸單活塞桿式液壓缸雙活塞桿式液壓缸雙活塞桿式液壓缸伸縮式液壓缸伸縮式液壓缸彈簧復(fù)位式液壓缸彈簧復(fù)位式液壓缸4.1 類型及特點類型及特點重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院8增壓缸增壓缸串聯(lián)式液壓缸串聯(lián)式液壓缸齒輪缸齒輪缸4.1 類型及特點類型及特點重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院9擺動缸擺動缸4.1 類型及特點類型及特點重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院104.1 類型及特點類型及特點重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院114.1 類型及特點

4、類型及特點重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院121-缸底 2-彈簧擋圈 3-套環(huán) 4-卡環(huán) 5-活塞 6- 型密封圈 7-支承環(huán) 8-擋圈 9-形密封圈 10-缸筒 11-管接頭 12-導(dǎo)向套 13-缸蓋 14-防塵圈 15-活塞桿 16-定位螺釘 17-耳環(huán) 1.1.活塞缸活塞缸 單活塞桿液壓缸只有一端有活塞桿。兩端進(jìn)出油口單活塞桿液壓缸只有一端有活塞桿。兩端進(jìn)出油口A和和B都都可通壓力油或回油，以實現(xiàn)雙向運動，故稱為雙作用缸。可通壓力油或回油，以實現(xiàn)雙向運動，故稱為雙作用缸。4.1 類型及特點類型及特點重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院13重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)

5、院144.1 類型及特點類型及特點重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院15當(dāng)供給液壓缸的流量當(dāng)供給液壓缸的流量Q一定時，活塞兩個方向的運動速度為：一定時，活塞兩個方向的運動速度為：v1 = Q/A1 = 4 Q/D2 (向左）向左）v2 = Q/A2 = 4 Q/(D2-d2) (向右）向右）當(dāng)供油壓力當(dāng)供油壓力 p 一定，回油壓力為零時作用力一定，回油壓力為零時作用力F1 = p.A1 = p.D2/4 (向右）向右）F2 = p.A2 = p.(D2-d2)/4 (向左）向左）A1 F3A2dv1Dv2F14.1 類型及特點類型及特點重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院16當(dāng)差動連

6、接時，作用力為：當(dāng)差動連接時，作用力為：F3 = p(A1-A2) = p.(d2/4)速度速度: v3 = (Q+Q2)/A1 = (Q+v3.A2)/A1v3 = Q/(A1-A2) = 4Q/d2 差 動 連 接 的 單 活 塞 桿 液 壓 缸P2QA1Q1P1Q2A2F3V34.1 類型及特點類型及特點重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院174.1 類型及特點類型及特點重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院18 單活塞桿液壓缸可以是缸筒固定，活塞運動；也可以是活單活塞桿液壓缸可以是缸筒固定，活塞運動；也可以是活塞桿固定缸筒運動。無論采用其中哪一種形式，液壓缸運動所塞桿固定缸筒運動

7、。無論采用其中哪一種形式，液壓缸運動所占空間長度都是兩倍行程。占空間長度都是兩倍行程。單活塞桿液壓缸運動所占空間4.1 類型及特點類型及特點重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院19雙活塞桿式液壓缸雙活塞桿式液壓缸11活塞桿活塞桿 22堵頭堵頭 33托架托架 4 4、17V17V形密封圈形密封圈 5 5、1414排氣孔排氣孔 6 6、1919導(dǎo)向套導(dǎo)向套 7O7O形密封圈形密封圈 88活塞活塞 9 9、2222錐銷錐銷 1010缸體缸體 1111、2020壓板壓板 1212、2121鋼絲環(huán)鋼絲環(huán) 1313、2323紙墊紙墊 1515活塞桿活塞桿 1616、2525壓蓋壓蓋1 81 8、242

8、4缸蓋缸蓋 雙活塞桿液壓缸的兩端都有活塞伸出，組成與單活塞桿液壓雙活塞桿液壓缸的兩端都有活塞伸出，組成與單活塞桿液壓缸基本相同。缸筒與缸蓋用法蘭連接，活塞與缸筒內(nèi)壁之間采用缸基本相同。缸筒與缸蓋用法蘭連接，活塞與缸筒內(nèi)壁之間采用間隙密封。間隙密封。4.1 類型及特點類型及特點重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院201活塞桿 2壓蓋 3缸蓋 4缸筒 5活塞 6密封圈雙活塞桿液壓缸結(jié)構(gòu)4.1 類型及特點類型及特點重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院21 雙活塞桿液壓缸的兩活塞桿直徑通常相等，活塞兩端有效雙活塞桿液壓缸的兩活塞桿直徑通常相等，活塞兩端有效面積相同。如果供油壓力不變，那么活塞反

9、復(fù)運動時兩個方向面積相同。如果供油壓力不變，那么活塞反復(fù)運動時兩個方向的作用力和速度相等。的作用力和速度相等。v = Q/A = 4Q/ (D2-d2) F = p.A = p . (D2-d2) /4這種液壓缸在傳動時活塞桿只承受拉力，多數(shù)用于機(jī)床。這種液壓缸在傳動時活塞桿只承受拉力，多數(shù)用于機(jī)床。4.1 類型及特點類型及特點重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院222. 柱塞式液壓缸柱塞式液壓缸柱塞式液壓缸特點柱塞式液壓缸特點(1) 一種單作用式液壓缸，靠液壓力只能實現(xiàn)一個方向的運一種單作用式液壓缸，靠液壓力只能實現(xiàn)一個方向的運動，柱塞回程要靠其它外力或柱塞的自重；動，柱塞回程要靠其它外

10、力或柱塞的自重；4.1 類型及特點類型及特點重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院23(2) 柱塞只靠缸套支承而不與缸套接觸，這樣缸套極易加工，柱塞只靠缸套支承而不與缸套接觸，這樣缸套極易加工，故適于做長行程液壓缸；故適于做長行程液壓缸；(3) 工作時柱塞總受壓，因而它必須有足夠的剛度；工作時柱塞總受壓，因而它必須有足夠的剛度；(4) 柱塞重量往往較大，水平放置時容易因自重而下垂，造成柱塞重量往往較大，水平放置時容易因自重而下垂，造成密封件和導(dǎo)向單邊磨損，故其垂直使用更有利。密封件和導(dǎo)向單邊磨損，故其垂直使用更有利。柱塞上有效作用力柱塞上有效作用力F為：為：24p dFpA24QQvAd柱塞

11、運動速度為：柱塞運動速度為：4.1 類型及特點類型及特點重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院241活塞 2套筒 3O形密封圈 4缸筒 5缸蓋伸縮式液壓缸結(jié)構(gòu)示意圖3. 伸縮式液壓缸伸縮式液壓缸 具有二級或多級活塞，如伸縮式缸活塞伸出順序從大到小，具有二級或多級活塞，如伸縮式缸活塞伸出順序從大到小，而空載縮回的順序則一般從小到大。可實現(xiàn)較長的行程，而縮而空載縮回的順序則一般從小到大?？蓪崿F(xiàn)較長的行程，而縮回時長度較短，結(jié)構(gòu)較為緊湊。常用于工程機(jī)械和農(nóng)業(yè)機(jī)械上?；貢r長度較短，結(jié)構(gòu)較為緊湊。常用于工程機(jī)械和農(nóng)業(yè)機(jī)械上。4.1 類型及特點類型及特點重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院254.1

12、 類型及特點類型及特點重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院264.1 類型及特點類型及特點重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院27缸筒缸筒主要是由鋼材制成，主要是由鋼材制成，工作壓力p10MPa 鑄鐵缸筒 10MPap20MPa 無縫鋼管 p20MPa 鑄鋼或鍛鋼4.2 液壓缸的典型結(jié)構(gòu)液壓缸的典型結(jié)構(gòu) 缸筒內(nèi)要經(jīng)過精細(xì)加工，表面粗糙度缸筒內(nèi)要經(jīng)過精細(xì)加工，表面粗糙度Ra0.08 m，以以減少密封件的摩擦減少密封件的摩擦。重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院28通常由鋼材制成，有前端蓋和后端蓋，安裝在缸筒的前后兩端，通常由鋼材制成，有前端蓋和后端蓋，安裝在缸筒的前后兩端，蓋板和缸筒

13、的連接方法有焊接、拉桿、法蘭、羅紋連接等。蓋板和缸筒的連接方法有焊接、拉桿、法蘭、羅紋連接等。4.2 液壓缸的典型結(jié)構(gòu)液壓缸的典型結(jié)構(gòu)缸蓋缸蓋重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院29活塞活塞 活塞的材料通常用鋼或鑄鐵，也可采用鋁合金?；钊麘?yīng)有一活塞的材料通常用鋼或鑄鐵，也可采用鋁合金?；钊麘?yīng)有一定的導(dǎo)向長度，一般取活塞長度為缸筒內(nèi)徑的（定的導(dǎo)向長度，一般取活塞長度為缸筒內(nèi)徑的（0.61.0）倍倍。 活塞桿是由鋼材做成實心桿或空心桿，表面經(jīng)淬火再鍍鉻處活塞桿是由鋼材做成實心桿或空心桿，表面經(jīng)淬火再鍍鉻處理并拋光。短行程的液壓缸的活塞桿與活塞做成一體。理并拋光。短行程的液壓缸的活塞桿與活塞做成

14、一體。4.2 液壓缸的典型結(jié)構(gòu)液壓缸的典型結(jié)構(gòu)活塞桿活塞桿重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院30活塞與活塞桿的連接活塞與活塞桿的連接螺母連接螺母連接 結(jié)構(gòu)簡單，適用負(fù)載較小，受力無沖擊結(jié)構(gòu)簡單，適用負(fù)載較小，受力無沖擊的缸中，安裝方便可靠，但在活塞桿上車的缸中，安裝方便可靠，但在活塞桿上車螺紋將削弱其強(qiáng)度。螺紋將削弱其強(qiáng)度。法蘭連接法蘭連接高壓，需焊接法蘭盤，較復(fù)雜高壓，需焊接法蘭盤，較復(fù)雜結(jié)構(gòu)簡單，軸向尺寸緊湊，但損壞后需整體更換結(jié)構(gòu)簡單，軸向尺寸緊湊，但損壞后需整體更換整體式整體式4.2 液壓缸的典型結(jié)構(gòu)液壓缸的典型結(jié)構(gòu)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院31卡環(huán)式連接卡環(huán)式連接

15、 活塞桿上開有一個環(huán)形槽，槽內(nèi)裝有兩個半圓環(huán)活塞桿上開有一個環(huán)形槽，槽內(nèi)裝有兩個半圓環(huán)3以夾緊以夾緊活塞活塞4，半環(huán)，半環(huán)3由軸套由軸套2套住，而軸套套住，而軸套2的軸向位置用彈簧卡的軸向位置用彈簧卡圈圈1來固定。來固定。4.2 液壓缸的典型結(jié)構(gòu)液壓缸的典型結(jié)構(gòu)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院32徑向銷式連接徑向銷式連接 用錐銷用錐銷1把活塞把活塞2固連在活塞桿固連在活塞桿3上。特別適用于雙出桿式上。特別適用于雙出桿式活塞。活塞。 4.2 液壓缸的典型結(jié)構(gòu)液壓缸的典型結(jié)構(gòu)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院33緩沖裝緩沖裝置置作用：防止活塞在行程的終點與前后端蓋板發(fā)生碰撞，引起防止

16、活塞在行程的終點與前后端蓋板發(fā)生碰撞，引起噪音，影響工件精度或使液壓缸損壞。噪音，影響工件精度或使液壓缸損壞。前后端蓋上設(shè)緩沖裝置前后端蓋上設(shè)緩沖裝置緩沖原理：利用節(jié)流方法在液壓缸的利用節(jié)流方法在液壓缸的回油腔產(chǎn)生阻力，減小速回油腔產(chǎn)生阻力，減小速度，避免撞擊。度，避免撞擊。4.2 液壓缸的典型結(jié)構(gòu)液壓缸的典型結(jié)構(gòu)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院34 凡是兩個零件連接處或相對運動表面都應(yīng)設(shè)置密封裝置凡是兩個零件連接處或相對運動表面都應(yīng)設(shè)置密封裝置靜密封靜密封O形圈形圈動密封動密封O形圈形圈、V形密封、形密封、U形密封形密封、 Y形密封、復(fù)合密封、形密封、復(fù)合密封、活塞環(huán)?；钊h(huán)。密封裝

17、置密封裝置用以防止油液的泄漏用以防止油液的泄漏4.2 液壓缸的典型結(jié)構(gòu)液壓缸的典型結(jié)構(gòu)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院35放氣裝置放氣裝置 在安裝過程中或停止工作的一段時間后，空氣將滲入液壓在安裝過程中或停止工作的一段時間后，空氣將滲入液壓系統(tǒng)內(nèi)，缸筒內(nèi)如存留空氣，將使液壓缸在低速時產(chǎn)生爬行、系統(tǒng)內(nèi)，缸筒內(nèi)如存留空氣，將使液壓缸在低速時產(chǎn)生爬行、顫抖現(xiàn)象，換向時易引起沖擊，因此在液壓缸結(jié)構(gòu)上要能及時顫抖現(xiàn)象，換向時易引起沖擊，因此在液壓缸結(jié)構(gòu)上要能及時排除缸內(nèi)留存的氣體。排除缸內(nèi)留存的氣體。 雙作用式液壓缸不設(shè)雙作用式液壓缸不設(shè)專門的放氣孔，將液壓油專門的放氣孔，將液壓油出入口布置在前

18、后蓋板的出入口布置在前后蓋板的最高處。最高處。 大型雙作用式液壓缸則必須在前后端蓋板設(shè)放氣栓塞。對大型雙作用式液壓缸則必須在前后端蓋板設(shè)放氣栓塞。對于單作用式液壓缸液壓油出入口一般設(shè)在缸筒底部，在最高處于單作用式液壓缸液壓油出入口一般設(shè)在缸筒底部，在最高處設(shè)放氣栓塞。設(shè)放氣栓塞。4.2 液壓缸的典型結(jié)構(gòu)液壓缸的典型結(jié)構(gòu)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院36 液壓缸的設(shè)計和計算液壓缸的設(shè)計和計算 選擇結(jié)構(gòu)類型，按負(fù)載情況、運動要求、最大行程等確定其選擇結(jié)構(gòu)類型，按負(fù)載情況、運動要求、最大行程等確定其主要工作尺寸，進(jìn)行強(qiáng)度、穩(wěn)定性和緩沖驗算，最后再進(jìn)行結(jié)構(gòu)主要工作尺寸，進(jìn)行強(qiáng)度、穩(wěn)定性和緩沖

19、驗算，最后再進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計。設(shè)計。 液壓缸的設(shè)計內(nèi)容和步驟液壓缸的設(shè)計內(nèi)容和步驟(1)(1)選擇液壓缸的類型和各部分結(jié)構(gòu)形式選擇液壓缸的類型和各部分結(jié)構(gòu)形式 (2)(2)確定液壓缸的工作參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸確定液壓缸的工作參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸 (3)(3)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度的計算和校核結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度的計算和校核 (4)(4)導(dǎo)向、密封、防塵、排氣和緩沖等裝置的設(shè)計導(dǎo)向、密封、防塵、排氣和緩沖等裝置的設(shè)計 (5)(5)繪制裝配圖、零件圖、編寫設(shè)計說明書繪制裝配圖、零件圖、編寫設(shè)計說明書 4.3 設(shè)計計算設(shè)計計算重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院37 計算液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸計算液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸 三個主要結(jié)構(gòu)尺寸

20、三個主要結(jié)構(gòu)尺寸缸筒內(nèi)徑缸筒內(nèi)徑D活塞桿外徑活塞桿外徑d缸筒長度缸筒長度L(1)缸筒內(nèi)徑缸筒內(nèi)徑D 負(fù)載負(fù)載工作壓力工作壓力 往返速度比往返速度比 有效工作面積有效工作面積 缸筒內(nèi)徑缸筒內(nèi)徑D 取標(biāo)準(zhǔn)值取標(biāo)準(zhǔn)值 以無桿腔作工作腔時以無桿腔作工作腔時 max4IFDp4.3 設(shè)計計算設(shè)計計算重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院38以有桿腔作工作腔時以有桿腔作工作腔時 2max4dpFDI(2)活塞桿外徑活塞桿外徑d 先從滿足速度或速度比的要求來選擇，然后再校核其結(jié)構(gòu)強(qiáng)先從滿足速度或速度比的要求來選擇，然后再校核其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性。度和穩(wěn)定性。 vvD1(3)缸筒長度缸筒長度L 由最大工作行程

21、長度加上各種結(jié)構(gòu)需要來確定由最大工作行程長度加上各種結(jié)構(gòu)需要來確定 L=l+B+A+M+C最大工作行程最大工作行程 活塞寬度活塞寬度 一般為一般為(0.6-1)D 桿導(dǎo)向長度桿導(dǎo)向長度 取取(0.6-1.5)D 活塞桿密封長度活塞桿密封長度 其他長度其他長度 4.3 設(shè)計計算設(shè)計計算重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院39(4)最小導(dǎo)向長度的確定最小導(dǎo)向長度的確定 活塞桿全部外伸時，活塞支承面中點到導(dǎo)向套滑動面中點活塞桿全部外伸時，活塞支承面中點到導(dǎo)向套滑動面中點的距離。的距離。保證穩(wěn)定性的最小長度保證穩(wěn)定性的最小長度 HL/20+D/2 4.3 設(shè)計計算設(shè)計計算重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院40隔套寬度隔套寬度C 2ABCH 強(qiáng)度