第五章液壓缸

1、第五章 活塞缸 柱塞缸 組合缸 按結(jié)構(gòu)形式液壓缸可分為：輸入：壓力和流量輸出：推力和速度 除單個(gè)使用外，為實(shí)現(xiàn)特殊功能液壓缸還可組合或與其它機(jī)構(gòu)相結(jié)合。5.1 液壓缸的類型和特點(diǎn)v 液體或氣體只控制缸一腔單向運(yùn)動(dòng)；v 液體或氣體控制缸兩腔實(shí)現(xiàn)雙向運(yùn)動(dòng)。按作用方式可分為：一、活塞缸1.雙桿活塞缸 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：兩側(cè)有效工作面積一樣。mmppdDAppFF)(4)(21222121)(42221dDqAqvvvv推力和速度：應(yīng)用：兩個(gè)方向力和速度一樣的場合。職能符號(hào)：l 活塞有效工作行程L 工作臺(tái)的移動(dòng)范圍缸固定 L=3 l桿固定 L=2 l安裝方式缸固定，活塞移動(dòng)L 工作臺(tái)移動(dòng)范圍約為活塞有效行程的

2、3倍，適用于小型設(shè)備中?；钊麠U固定，缸移動(dòng)L 工作臺(tái)移動(dòng)范圍約為活塞有效行程的2倍，適用于較大型設(shè)備中。2.單桿活塞缸 進(jìn)、出油口的布置據(jù)安裝方式而定?？筛淄补潭?，也可活塞桿固定。無桿腔進(jìn)油腔回油腔有桿腔工作原理：因兩側(cè)有效作用面積或油液壓力不等，活塞在液壓推力的作用下，作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。推力及速度：式中：p1進(jìn)油壓力； p2回油壓力。mmdpDppApApF22221221114)(mmdpDppApApF21221122124)(2114DqAqvvv)(42222dDqAqvvv例：液壓刨床差動(dòng)缸：單桿活塞缸的左右兩腔都接通高壓油時(shí)稱為“差動(dòng)連接”。22134dqAAqvVV結(jié)論：差動(dòng)連接

3、后，速度大，推力小。mmdpAApF4)(212113q1q2p q 差動(dòng)連接時(shí)活塞(或缸筒)只能向一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，要使它反向運(yùn)動(dòng)，油路接法須與非差動(dòng)式連接相同。二、柱塞缸單柱塞缸：單向液壓驅(qū)動(dòng)，回程靠外力。雙柱塞缸：雙向液壓驅(qū)動(dòng)mmdppAF42推力及速度：24dqAqvVV應(yīng)用：行程較長的場合。職能符號(hào)： 缸體內(nèi)孔和柱塞沒有配合，不需精加工柱塞外圓面比內(nèi)孔加工容易。三、其它液壓缸1、增壓缸：如由活塞缸和柱塞缸組成的增壓缸，利用活塞和柱塞有效面積的不同獲得局部區(qū)域的高壓。輸入活塞缸的液體壓力為p1，柱塞缸輸出的高液體壓力p2為：mdDpp2122、伸縮缸：由兩個(gè)或多個(gè)活塞缸套裝而成，前一級(jí)活塞

4、缸的活塞是后一級(jí)活塞缸的缸筒，伸出時(shí)可獲得很長的工作行程，縮回時(shí)可保持很小結(jié)構(gòu)尺寸。3、齒輪缸：由兩個(gè)柱塞缸和一套齒輪齒條傳動(dòng)裝置組成。柱塞的移動(dòng)經(jīng)齒輪齒條傳動(dòng)裝置變成齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)工件的往復(fù)擺動(dòng)或間歇進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。5.2 液壓缸的典型結(jié)構(gòu)和組成液壓缸的組成：(一)缸筒和缸蓋通常缸筒和缸蓋的結(jié)構(gòu)形式和使用的材料有關(guān)：v 工作壓力p10MPa時(shí)使用鑄鐵；v p20MPa時(shí)使用鑄鋼或鍛鋼(二)活塞和活塞桿常見結(jié)構(gòu)形式：螺紋式、半環(huán)式和錐銷式連接等。(三)密封裝置：依靠運(yùn)動(dòng)間的微小間隙防止泄漏。為提高密封能力，常在活塞表面上制出幾條細(xì)小環(huán)形槽，以增大油液通過間隙時(shí)的阻力。：依靠套在活塞上的摩擦環(huán)在O形

5、密封圈彈力作用下貼緊缸壁而防止泄漏。適用于缸筒和活塞之間的密封。 ：利用橡膠或塑料的彈性使各種截面的環(huán)形圈貼緊在靜、動(dòng)配合面之間來防止泄漏。缸筒和活塞之間、缸蓋和活塞桿之間、活塞和活塞桿之間、缸筒和缸蓋之間都能使用。 (四)緩沖裝置(五)排氣裝置 在安裝過程中或長時(shí)間停放重新工作時(shí)，液壓缸和管道系統(tǒng)中會(huì)滲入空氣，為防止執(zhí)行元件出現(xiàn)爬行、噪聲和發(fā)熱等不正?，F(xiàn)象，需把缸中和系統(tǒng)中的空氣排出。 5.3 液壓缸的設(shè)計(jì)和計(jì)算一、液壓缸的設(shè)計(jì)內(nèi)容和步驟 v 選擇液壓缸的類型和各部分結(jié)構(gòu)形式；v 確定液壓缸的工作參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸；v 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度的計(jì)算和校核；v 導(dǎo)向、密封、防塵、排氣和緩沖等裝置的設(shè)計(jì)；v

6、 繪制裝配圖、零件圖、編寫設(shè)計(jì)說明書。二、液壓缸主要尺寸的確定 (1)缸筒內(nèi)徑D： 根據(jù)負(fù)載大小來選定工作壓力或運(yùn)動(dòng)速度和輸入的流量。 求得液壓缸的有效工作面積，從而得到缸筒內(nèi)徑D，再從GB23482001標(biāo)準(zhǔn)中選取最近的標(biāo)準(zhǔn)值作為所設(shè)計(jì)的缸筒內(nèi)徑。 按國標(biāo)圓整為標(biāo)準(zhǔn)尺寸。以無桿腔作工作腔時(shí)：max4IFDp以有桿腔作工作腔時(shí)：2max4dpFDI式中：pI 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； Fmax最大作用負(fù)載。 按速度比v確定：vvDd1按工作壓力確定：(2)活塞桿外徑d： 可根據(jù)滿足速度或速度比的要求來選擇，也可根據(jù)活塞桿受力狀況來確定。 按國標(biāo)圓整為標(biāo)準(zhǔn)尺寸。(3

7、)缸筒長度L： 根據(jù)最大工作行程長度及各種結(jié)構(gòu)需要來確定，即：一般缸筒的長度最好不超過內(nèi)徑的20倍。L=l+B+A+M+C式中：l活塞的最大工作行程； B活塞寬度，一般為(0.6-1)D; A活塞桿導(dǎo)向長度，取(0.6-1.5)D; M活塞桿密封長度，由密封方式定； C其他長度。三、強(qiáng)度校核 (1)缸筒壁厚 ：缸筒壁厚校核時(shí)分薄壁和厚壁兩種情況：時(shí)，為薄壁10/D2Dpy式中：py 缸筒試驗(yàn)壓力)16( ,25.1annyMpppp缸額定壓力)16( ,5 .1annyMpppp缸額定壓力nb 缸筒材料的許用應(yīng)力。b 材料抗拉強(qiáng)度 n 安全系數(shù)，一般取n = 5時(shí)，為厚壁10/D13 . 14

8、 . 02yyppD21 DD缸筒外徑： 圓整為標(biāo)準(zhǔn)壁厚。(2)活塞桿直徑按下式校核：桿AF4Fd 式中： 活塞桿材料的許用應(yīng)力；nbb 抗拉強(qiáng)度； n 安全系數(shù)，n = 1.4 2。(3)液壓缸蓋固定螺栓直徑按下式校核：2 . 5ZkFds式中：F液壓缸負(fù)載；Z固定螺栓個(gè)數(shù)； k螺紋擰緊系數(shù)，k=1.121.5； =s/(1.2-2.5),s材料屈服極限。 四、穩(wěn)定性校核 kKnFF 穩(wěn)定條件：式中：F 活塞桿所受最大壓力； Fk 活塞桿的穩(wěn)定臨界力； nk 穩(wěn)定安全系數(shù)，一般取nk= 2 4。222lEJFkAJrk式中：l 安裝長度； rk活塞桿截面最小回轉(zhuǎn)半徑1 柔性系數(shù)；2 末端系數(shù)

9、（由液壓缸的支承方式?jīng)Q定） E 活塞桿材料彈性模量； J 活塞桿截面慣性矩； A 活塞桿橫截面積。穩(wěn)定臨界力Fk 的確定：當(dāng)細(xì)長比 時(shí)：21krl221kkrlafAF式中：f 由材料強(qiáng)度決定的實(shí)驗(yàn)值； a 系數(shù)，具體數(shù)值見P100表5-4。120202121時(shí)，且krl當(dāng)細(xì)長比 時(shí)：五、緩沖計(jì)算 液壓缸在緩沖時(shí)，背壓腔內(nèi)產(chǎn)生的液壓能E1和工作部件產(chǎn)生的機(jī)械能E2分別為：E1=pcAclc cfclFmvlApE20PP221摩擦能工作部件的動(dòng)能高壓腔中液壓能式中：pc緩沖腔中的平均緩沖壓力； pp高壓腔中的油液壓力； Ac、Ap緩沖腔、高壓腔的有效工作面積； lc緩沖行程長度；m工作部件質(zhì)量； v0工作部件運(yùn)動(dòng)速度；Ff摩擦力。 當(dāng)E1=E2時(shí)，工作部件的機(jī)械能全部被緩沖腔液體所吸收，則： pc=E2/Aclc 若緩沖裝置為節(jié)流口可調(diào)式緩沖裝置，緩沖過程中壓力逐漸降低，假定緩沖壓力線性地降低，則最大緩沖壓力即沖擊壓力為： cccclAmvpp220max 如緩沖裝置為節(jié)流口變化式緩沖裝置，則由于緩沖壓力Pc始終不變，最大緩沖壓力的值如上式。 設(shè)計(jì)液壓缸時(shí)，須注意以下幾點(diǎn)：v 盡量使活塞桿在受拉狀態(tài)下承受最大負(fù)載，或在受壓狀態(tài)下具有良好的穩(wěn)定