情境三液壓缸的結(jié)構(gòu)分析(白柳)

1、情境三情境三 液壓缸的結(jié)構(gòu)分析液壓缸的結(jié)構(gòu)分析情境描述情境描述l液壓系統(tǒng)的組成 液壓缸是液壓系統(tǒng)中常用的一種執(zhí)行元件，又稱液壓缸是液壓系統(tǒng)中常用的一種執(zhí)行元件，又稱為油缸，它是將液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置。為油缸，它是將液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置。 活塞式液壓缸、柱塞式液壓缸能實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，輸出力(F)和速度(v)； 擺動(dòng)式液壓缸在一定角度范圍內(nèi)往復(fù)搖動(dòng)，輸出轉(zhuǎn)矩(M)和角速度。 功用：功用：輸入量：流量和壓力（液壓功率） 輸出量：速度和力（機(jī)械功率）P523.1 3.1 液壓缸的工作原理、類型液壓缸的工作原理、類型3.43.4 液壓缸常見故障及其排除方法液壓缸常見故障及其排除方法3.33.3

2、 液壓缸的典型結(jié)構(gòu)液壓缸的典型結(jié)構(gòu)3.23.2 液壓缸的參數(shù)計(jì)算液壓缸的參數(shù)計(jì)算主要內(nèi)容主要內(nèi)容一、液壓缸的工作原理、類型一、液壓缸的工作原理、類型1、液壓缸的工作原理、液壓缸的工作原理 缸筒固定：缸筒固定：一腔連續(xù)地輸入壓力油。當(dāng)一腔連續(xù)地輸入壓力油。當(dāng)油的壓力足以克服活塞桿上的所有負(fù)載時(shí)，油的壓力足以克服活塞桿上的所有負(fù)載時(shí)，活塞以活塞以 速度速度連續(xù)向另一腔運(yùn)動(dòng)，活塞桿對連續(xù)向另一腔運(yùn)動(dòng)，活塞桿對外界做功外界做功 。1v 活塞桿固定活塞桿固定：一腔連續(xù)地輸入壓力油時(shí)，一腔連續(xù)地輸入壓力油時(shí)，則缸筒向另一方向運(yùn)動(dòng)。則缸筒向另一方向運(yùn)動(dòng)。2、液壓缸的分類、液壓缸的分類 按結(jié)構(gòu)形式分：按結(jié)構(gòu)形

3、式分： 活塞缸活塞缸 又分單桿活塞缸、雙桿活塞缸又分單桿活塞缸、雙桿活塞缸 柱塞缸柱塞缸 又分徑向柱塞缸和軸向柱塞缸又分徑向柱塞缸和軸向柱塞缸 擺動(dòng)缸擺動(dòng)缸 又分單葉片擺動(dòng)缸、雙葉片擺動(dòng)缸又分單葉片擺動(dòng)缸、雙葉片擺動(dòng)缸按作用方式分：按作用方式分： 單作用液壓缸：單作用液壓缸：壓力油只供入液壓缸的一腔，壓力油只供入液壓缸的一腔，使缸體實(shí)現(xiàn)單方向的運(yùn)動(dòng)，反方向運(yùn)動(dòng)依靠彈簧使缸體實(shí)現(xiàn)單方向的運(yùn)動(dòng)，反方向運(yùn)動(dòng)依靠彈簧力、重力或外部載荷等實(shí)現(xiàn)；力、重力或外部載荷等實(shí)現(xiàn)； 雙作用液壓缸：雙作用液壓缸：壓力油交替供入液壓缸的兩腔，壓力油交替供入液壓缸的兩腔，兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)都依靠液壓作用力來實(shí)現(xiàn)；兩個(gè)方向的運(yùn)

4、動(dòng)都依靠液壓作用力來實(shí)現(xiàn)； 復(fù)合式缸：復(fù)合式缸：活塞缸與活塞缸的組合、活塞缸活塞缸與活塞缸的組合、活塞缸與柱塞缸的組合、活塞缸與機(jī)械結(jié)構(gòu)的組合等。與柱塞缸的組合、活塞缸與機(jī)械結(jié)構(gòu)的組合等。 l雙活塞桿液壓缸其安裝有缸筒固定和活塞桿固定兩種方式。 P54 lL3lL 2l 當(dāng)缸筒固定時(shí)，工作臺(tái)往復(fù)移動(dòng)范圍是活塞有效行程的三當(dāng)缸筒固定時(shí)，工作臺(tái)往復(fù)移動(dòng)范圍是活塞有效行程的三倍，常用于小型液壓設(shè)備。倍，常用于小型液壓設(shè)備。 l 當(dāng)活塞桿固定時(shí)，工作臺(tái)往復(fù)移動(dòng)范圍是活塞有效行程的當(dāng)活塞桿固定時(shí)，工作臺(tái)往復(fù)移動(dòng)范圍是活塞有效行程的兩倍兩倍 ，一般用于中型或大型液壓設(shè)備。，一般用于中型或大型液壓設(shè)備。雙桿

5、活塞缸的典型結(jié)構(gòu)：雙桿活塞缸的典型結(jié)構(gòu)： 由缸筒4，前、 后缸蓋3，前、后壓蓋2，活塞5，活塞桿1，兩套V形密封圈6等主要部分組成。 l單活塞桿液壓缸其安裝也有缸筒固定和活塞桿固定兩種方式。 P55單活塞桿缸只有一端帶活塞桿，它也有缸筒固定和單活塞桿缸只有一端帶活塞桿，它也有缸筒固定和活塞桿固定兩種安裝方式，兩種方式的工作臺(tái)往復(fù)活塞桿固定兩種安裝方式，兩種方式的工作臺(tái)往復(fù)移動(dòng)范圍均為活塞有效行程的兩倍，即移動(dòng)范圍均為活塞有效行程的兩倍，即 。lL 2 當(dāng)單桿活塞缸兩腔同時(shí)通入壓力油時(shí)，如圖示，由于無桿腔受力面積大于有桿腔的受力面積，使得活塞向右的作用力大于向左的作用力，因此活塞桿作伸出運(yùn)動(dòng)，并

6、將有桿腔的油液擠出，流進(jìn)無桿腔，這樣加快了活塞桿的伸出速度，單桿活塞液壓缸的這種連接方式被稱為差動(dòng)連接。 P56柱塞缸柱塞缸動(dòng)畫 屬單作用液壓缸，靠液壓力實(shí)現(xiàn)單方向運(yùn)動(dòng)，回程靠自重或其它外力來實(shí)現(xiàn)。 特點(diǎn)及應(yīng)用場合：由于柱塞與導(dǎo)向套配合，以保證良好的導(dǎo)向，故可以不與缸筒接觸，因而對缸體內(nèi)壁的精度要求很低，甚至可以不加工，工藝性好，特別適合行程較長的場合。柱塞工作時(shí)總是受壓，柱塞要有足夠的剛度，故一般柱塞較粗，重量較大，水平安裝時(shí)易產(chǎn)生單邊磨損，故柱塞缸適宜于垂直安裝使用。水平安裝使用時(shí)，為減輕重量，常做成空心的。P56根據(jù)符號判斷活塞缸類型根據(jù)符號判斷活塞缸類型(a)(b)(c)(a)(b)1

7、、工作過程2、缸的參數(shù) F，v3、液體的參數(shù) p，qv=q/Al關(guān)系F=pA二、液壓缸基本參數(shù)的計(jì)算二、液壓缸基本參數(shù)的計(jì)算1、雙活塞桿缸參數(shù)計(jì)算、雙活塞桿缸參數(shù)計(jì)算 P55)d(D4qAqv)p )(pd(D4F222122（4-7）（4-8）l比較上述各式，可以看出：v2v1，F(xiàn)1F2；液壓缸往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度比為：22212dDDvvv上式表明： 當(dāng)活塞桿直徑愈小時(shí)，速度比越接近當(dāng)活塞桿直徑愈小時(shí)，速度比越接近1，在兩個(gè)方，在兩個(gè)方向上的速度差值就愈小。速度不相等這一特點(diǎn)常被用于實(shí)現(xiàn)機(jī)向上的速度差值就愈小。速度不相等這一特點(diǎn)常被用于實(shí)現(xiàn)機(jī)床的快速退回及工作進(jìn)給。床的快速退回及工作進(jìn)給。 2

8、、單活塞桿缸參數(shù)計(jì)算、單活塞桿缸參數(shù)計(jì)算P55)d(DpDp4FD4qAqv無桿腔進(jìn)2222122111211ApAp油（4-10）（4-9）Dp)d(Dp4F)dD（4qAqv有桿腔進(jìn)22221122122222ApAp油（4-12）（4-11） 單活塞桿缸兩腔同時(shí)通壓力油，由于活塞兩側(cè)有效作用面積A1和A2不相等，活塞只能向一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。圖示為向右運(yùn)動(dòng)，從缸右腔排出的油液也進(jìn)入左腔，使活塞實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)。3、差動(dòng)連接缸參數(shù)計(jì)算、差動(dòng)連接缸參數(shù)計(jì)算d2Dvv,時(shí)2AA,AA當(dāng),AAApd4)Ap(AFd4qAAqvAvqAvqqq2321233212213221323131此 時(shí)即時(shí)令（4-1

9、4）（4-13）比較分析：差動(dòng)連接時(shí)實(shí)際起有效作用的面積是活塞桿的橫截面積。與非差動(dòng)連接無桿腔進(jìn)油工況相比，在輸入油液壓力和流量相同的條件下，活塞桿伸出速度較大而推力較小。 實(shí)際應(yīng)用中，液壓系統(tǒng)常通過控制閥來改變單桿液壓缸的油路連接，使其有不同的工作方式，從而獲得快進(jìn)（差動(dòng)連接）工進(jìn)（無桿腔進(jìn)油）快退（有桿腔進(jìn)油）的工作循環(huán)。差動(dòng)連接是在不增加液壓泵流量的前提下實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)的有效辦法，它被廣泛應(yīng)用于組合機(jī)床的液壓動(dòng)力滑臺(tái)和各類專用機(jī)床中。pd4)Ap(AFd4qAAqv22132213)d(DpDp4FD4qAqv2222122111211ApApDp)d(Dp4F)dD（4qAqv22221

10、122122222ApAp單向運(yùn)動(dòng)時(shí)單向運(yùn)動(dòng)時(shí)22d4pFd4qv雙向運(yùn)動(dòng)時(shí)雙向運(yùn)動(dòng)時(shí)3、柱塞缸參數(shù)計(jì)算、柱塞缸參數(shù)計(jì)算 單柱塞缸只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)方向的液壓傳動(dòng)，反向運(yùn)動(dòng)要靠外力。若需要實(shí)現(xiàn)雙向運(yùn)動(dòng)，則必須成對使用。P57 如圖，液壓缸活塞直徑D=0.1m，活塞桿直徑d=0.07m，輸入液壓缸流量qv = 8.3310-4m3/s。試求活塞帶動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)的速度。練習(xí)練習(xí)1= 0.21 m/s 已知：液壓缸左腔有效作用面積A1410-3 m2，右腔有效作用面積A2210-3 m2，輸入壓力油的流量4.1610-4 m3 /s，壓力1106Pa。試求：（1）活塞向右運(yùn)動(dòng)的速度（2）活塞可克服的阻力練習(xí)

11、練習(xí)2= 0.208 m/s F= 2103 Nl如圖所示兩個(gè)結(jié)構(gòu)和尺寸均相同的液壓缸相互串聯(lián)，無桿腔面積A1=100cm2，有桿腔面積A2=80cm2，液壓缸1輸入壓力P1=0.9Mpa，輸入流量q1=12L/min，不計(jì)壓力損失和泄漏，試計(jì)算兩缸負(fù)載相同時(shí)（F1=F2），負(fù)載和運(yùn)動(dòng)速度v1、v2各為多少？P12P1v1F2vF2A12A121q練習(xí)練習(xí)3提示：活塞兩側(cè)受力平衡P12P1v1F2vF2A12A121q44211110)80100(101009 . 0AAAP三、液壓缸的典型結(jié)構(gòu)三、液壓缸的典型結(jié)構(gòu) 缸體組件缸體組件 包括缸筒、缸蓋等零件包括缸筒、缸蓋等零件 活塞組件活塞組件

12、包括活塞與活塞桿等零件包括活塞與活塞桿等零件 密封裝置密封裝置 活塞與缸筒、活塞桿與缸蓋的動(dòng)密封；缸體和缸蓋的靜密封活塞與缸筒、活塞桿與缸蓋的動(dòng)密封；缸體和缸蓋的靜密封 緩沖裝置緩沖裝置 排氣裝置排氣裝置活 塞 桿拉 桿襯 套前 端 蓋放 氣 口缸 筒活 塞緩 沖 頭后 端 蓋密 封 圈緩 沖 閥(b )(a)(c)結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)分析P57 （a）法蘭式。法蘭式連接結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，連接可靠，但要求缸筒端部有足夠的壁厚，用以安裝螺栓或旋入螺釘。缸筒端部一般用鑄造、鐓粗或焊接方式制成粗大的外徑。它是常用的一種連接形式。 （b）半環(huán)式。半環(huán)式連接分為外半環(huán)連接和內(nèi)半環(huán)連接兩種形式。半環(huán)連接工藝性好

13、，連接可靠，結(jié)構(gòu)緊湊，但削弱了缸筒強(qiáng)度。半環(huán)連接是應(yīng)用十分普遍的一種連接形式，常用于無縫鋼管缸筒與端蓋的連接中。 1.缸體與端蓋的連接缸體與端蓋的連接P58 （c）螺紋式。螺紋式連接有外螺紋連接和內(nèi)螺紋連接兩種形式，其特點(diǎn)是體積小、質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)緊湊，但缸筒端部結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。這種連接形式一般用于要求外形尺寸小、質(zhì)量小的場合。 （d）拉桿式。拉桿式連接結(jié)構(gòu)簡單，工藝性好，通用性強(qiáng)，但端蓋的體積和質(zhì)量較大，拉桿受力后會(huì)拉伸變長，影響密封效果，只適用于長度不大的中低壓缸。 （e）焊接式。焊接式連接強(qiáng)度高，制造簡單，但焊接時(shí)易引起缸筒變形。 2、活塞與活塞桿連接、活塞與活塞桿連接螺紋連接：拆裝方便，但在高

14、壓、大負(fù)載下需要螺母防螺紋連接：拆裝方便，但在高壓、大負(fù)載下需要螺母防松裝置。松裝置。卡鍵連接：壓力大、震動(dòng)大時(shí)常采用?？ㄦI連接：壓力大、震動(dòng)大時(shí)常采用。P583、密封、密封l設(shè)計(jì)和選用密封裝置的基本要求是：密封裝置應(yīng)具有良好的密封性能，并隨壓力的增加能自動(dòng)提高；動(dòng)密封處運(yùn)動(dòng)阻力要??；密封裝置要耐油抗腐蝕、耐磨、壽命長、制造簡單、拆裝方便。l常見的密封方法： 1)間隙密封2)活塞環(huán)密封P583)密封圈密封 密封圈采用橡膠，尼龍或其它高分子材料制成，密封圈密封是目前使用最為廣泛的一種密封形式。 下圖a,b,c分別表示了用O型，V型和Y型橡膠密封圈在活塞桿和端蓋密封處的應(yīng)用。 活塞桿密封處設(shè)置防塵

15、圈。防塵圈的唇邊應(yīng)朝向活塞桿外伸的一側(cè)，如圖d所示。電氣液壓技術(shù)電氣液壓技術(shù)活塞密封活塞密封電氣液壓技術(shù)電氣液壓技術(shù)活塞密封活塞密封電氣液壓技術(shù)電氣液壓技術(shù)活塞桿密封活塞桿密封4、液壓缸緩沖、液壓缸緩沖 液壓缸一般都設(shè)置緩沖裝置，特別是對大型、高速或要求高的液壓缸，為了防止活塞在行程終點(diǎn)時(shí)和缸蓋相互撞擊，引起噪聲、沖擊，則必須設(shè)置緩沖裝置。原理：通過節(jié)流的方法增大回油阻力，使排油腔產(chǎn)生足夠的緩沖壓力，活塞因運(yùn)動(dòng)受阻而減速，從而避免與缸蓋快速相撞。P595、液壓缸排氣、液壓缸排氣必要性：必要性：液壓缸在安裝過程中或長時(shí)間停放重新工作時(shí)，液壓缸里和管道系統(tǒng)中會(huì)滲入空氣，為了防止執(zhí)行元件出現(xiàn)爬行，噪

16、聲和發(fā)熱等不正常現(xiàn)象，需把缸中和系統(tǒng)中的空氣排出。 P59排氣結(jié)構(gòu)形式排氣結(jié)構(gòu)形式 1 1、進(jìn)出油口：、進(jìn)出油口：設(shè)置在液壓缸最高處，使空氣隨油液排往油箱，設(shè)置在液壓缸最高處，使空氣隨油液排往油箱，再從油箱中逸出。常用于要求不高的液壓缸。再從油箱中逸出。常用于要求不高的液壓缸。2 2、排氣塞：、排氣塞：象螺釘（如暖氣片上的放氣閥）。象螺釘（如暖氣片上的放氣閥）。 3 3、排氣閥：、排氣閥：使液壓缸兩腔經(jīng)該閥與油箱相通使液壓缸兩腔經(jīng)該閥與油箱相通 啟動(dòng)時(shí)，擰開排氣閥使液壓缸空載往復(fù)運(yùn)動(dòng)幾次即可。啟動(dòng)時(shí)，擰開排氣閥使液壓缸空載往復(fù)運(yùn)動(dòng)幾次即可。 最高位置處最高位置處四、液壓缸常見故障及其排除方法液壓缸常見故障：液壓缸常見故障：1、爬行、爬行 2、沖擊、沖擊 3、推力、速度不夠、推力、速度不夠 4、外泄露、外泄露P60復(fù)復(fù) 習(xí)習(xí) 題題3.1 液壓缸是液壓系統(tǒng)的 裝置，作用是將 轉(zhuǎn)換為 能。3.2 對于差動(dòng)液壓缸，若使其往返速度相等，則活塞面積為活塞桿面積的 。3.3 當(dāng)工作行程較長時(shí)，采用 缸較合適。3.4 柱塞式液壓缸只能實(shí)現(xiàn) 運(yùn)動(dòng)。3.5 液壓缸的速度取決于 。3.6 排氣裝置應(yīng)設(shè)在液壓缸的 位置。3.7 在液壓缸中，為了減少活塞在終端的沖擊，應(yīng)采取 措施。3.8 如果