液壓缸類型和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)講解

1、液壓缸類型和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)講解31 移動式液壓缸 32 擺動式液壓缸 1、液壓缸的運(yùn)動狀況、缸固定和桿固定的特點(diǎn)；2、雙作用單活塞桿液壓缸的推力及速度的計(jì)算 ；3、差動油缸的設(shè)計(jì)及計(jì)算。 本 章 重 點(diǎn)1、活塞式液壓缸和柱塞式液壓缸；2、雙作用單活塞桿液壓缸；3、差動連接和差動油缸。本 章 難 點(diǎn) 液壓缸是液壓傳動系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，它的作用是將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動工作機(jī)構(gòu)作直線往復(fù)運(yùn)動或往復(fù)擺動。 液壓缸結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，在各種機(jī)械的液壓系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。第三章 液壓缸* 液壓缸的特點(diǎn)和作用 前一章所學(xué)的液壓馬達(dá)也是一種執(zhí)行元件，它是將輸入的壓力油使輸出軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，將液壓能轉(zhuǎn)換成連續(xù)回轉(zhuǎn)的機(jī)械

2、能。 液壓缸有多種形式，按其作用方式分類，分為單作用式和雙作用式兩大類。 單作用液壓缸是指利用液壓油推動活塞(柱塞)作一個(gè)方向運(yùn)動，而反向運(yùn)動則依靠重力或彈簧力等實(shí)現(xiàn)。 雙作用* 液壓缸的類型 第三章 液壓缸液壓缸是指正、反兩個(gè)方向的運(yùn)動都依靠壓力油來實(shí)現(xiàn)?；钊揭簤焊?(piston cylinder) 應(yīng)用最多。根據(jù)移動和擺動分類移動式液壓缸擺動式液壓缸vFT第三章 液壓缸液壓缸按結(jié)構(gòu)型式不同分類活塞式柱塞式擺動式伸縮式高壓液壓缸，其額定壓力為2532 MPa ； 一般用于油壓機(jī)一類機(jī)械液壓缸按不同的使用壓力分類中低壓液壓缸中高壓液壓缸高壓液壓缸中低壓液壓缸，額定壓力為 ； 一般用于機(jī)床類

3、機(jī)械中高壓液壓缸，其額定壓力為1016 MPa ； 一般用于建筑車輛和飛機(jī)上第三章 液壓缸一、活塞式液壓缸31 移動式液壓缸 二、柱塞式液壓缸三、復(fù)合式液壓缸四、伸縮式液壓缸第三章 液壓缸一、活塞式液壓缸(piston cylinder) p68 活塞式液壓缸按作用方式分有單作用、雙作用之分； 雙作用又分雙作用雙活塞桿和雙作用單活塞桿。按其安裝方式不同，又分缸固定式和活塞桿固定式兩種： 活塞式液壓缸單作用雙作用雙作用雙活塞桿雙作用單活塞桿第三章 液壓缸 單作用活塞缸工作時(shí)靠壓力油推動，返回時(shí)靠 自重(或彈簧)的作用實(shí)現(xiàn)。1、單作用活塞式液壓缸 (one-way cylinder) 1）圖形符號

4、單作用式伸縮缸動畫2）結(jié)構(gòu)：由1缸體、2活塞、3活塞桿、密封、4缸蓋等組成4123第三章 液壓缸3）基本計(jì)算（速度v和推力F計(jì)算）（若不考慮泄漏 ） p1 DvFq第三章 液壓缸 雙作用活塞式液壓缸又分雙作用雙活塞桿、雙作用單活塞桿兩種；根據(jù)安裝方式不同又有缸筒固定式和活塞桿固定式兩種。 2、雙作用活塞式液壓缸(double-acting cylinder)雙作用活塞式液壓缸雙作用雙活塞桿雙作用單活塞桿液壓缸固定式活塞桿固定式液壓缸固定式活塞桿固定式雙作用雙桿缸固定雙作用雙桿桿固定1）雙作用雙活塞桿式液壓缸 液壓缸固定式工作原理(如圖) 壓力油p1 流量為q 從a 口進(jìn)入缸左腔，當(dāng)液壓油的作用

5、力克服阻力后，活塞和與之相連的工作臺一起從左向右運(yùn)動，缸右腔的油液(p2)則從b 口流出，若改變進(jìn)油方向， 液壓油從b口流入缸右腔，工作臺的運(yùn)動反向。p1qap2b第三章 液壓缸 活塞桿固定式工作原理(如圖) 壓力p1 的液壓油從孔口a 流入缸左腔，缸筒和工作臺 從右向左運(yùn)動，缸右腔的油液(p2)則從孔口b 流出，改變進(jìn)油方向，液壓油從b口流入缸右腔，缸體向右運(yùn)動。abp1qp2第三章 液壓缸 推力及速度計(jì)算 雙桿活塞缸的兩個(gè)活塞桿的直徑通常是相等的(直徑用d 表示)，故其左右兩腔的有效工作面積也是相等的(缸筒直徑用D 表示)。當(dāng)進(jìn)入液壓缸的流量相同時(shí)，其往返(正反)速度相等；（314）第三章

6、 液壓缸當(dāng)進(jìn)入液壓缸的壓力相同時(shí)，正反兩方向的推力相等；（313）式中：A 液壓缸的有效工作面積；p2 回油腔壓力。 液壓缸的機(jī)械效率； 液壓缸的容積效率；D 活塞的直徑；d 活塞桿的直徑；q 輸入液壓缸的流量；p1 進(jìn)油腔壓力；第三章 液壓缸4工作臺(不屬于液壓缸組成部分)4vFvF1缸筒2活塞桿3活塞雙作用雙桿液壓缸固定工作臺的最大活動范圍是活塞有效行程L 的3 倍。vvFF缸筒活塞桿活塞工作臺雙作用雙桿活塞桿固定工作臺的最大活動范圍是缸有效行程L 的2 倍 雙作用雙活塞桿式液壓缸的圖形符號第三章 液壓缸 雙作用雙活塞桿式液壓缸的特性歸納:(1) 計(jì)算公式： 無論是缸固定還是桿固定計(jì)算速度

7、和推力的公式相同；(3) 最大活動范圍： 缸固定、桿固定時(shí)工作臺的最大活動范圍不同； (缸固定3L,桿固定2L)；(2) 圖形符號： 無論是缸固定還是桿固定圖形符號相同； (4) 應(yīng)用： 缸固定安裝方式占地面積大，常用于小型機(jī)床(設(shè)備)。 桿固定占地面積較小，適用于中型及大型機(jī)床(設(shè)備) 。2) 雙作用單活塞桿式液壓缸 如圖所示，單桿活塞缸也有缸固定式和桿固定式兩種安裝方式，無論是缸固定式還是桿固定式，其工作臺的最大活動范圍都是活塞(缸筒)有效行程L 的2 倍。 單桿活塞缸由于左右兩腔的有效工作面積不相等，所以兩腔所產(chǎn)生的推力和左右方向的速度不相等。第三章 液壓缸雙作用單桿活塞缸缸固定式缸筒活

8、塞桿3活塞工作臺工作臺的最大活動范圍是有效行程L 的2 倍雙作用單桿活塞缸桿固定式缸筒活塞桿3活塞4工作臺工作臺的最大活動范圍是有效行程L 的2 倍雙作用單活塞桿液壓缸A1A2v1F1v2F2 壓力油為p1進(jìn)入無桿腔，推動活塞向右運(yùn)動速度為v1，回油壓力p2，則推力F1為： 若不計(jì)回油壓力，p2=0，則：（315）壓力油進(jìn)入無桿腔(以無桿腔作為工作油腔)若輸入的油液流量為q，則速度v1為：(316)第三章 液壓缸 壓力油進(jìn)入有桿腔(以有桿腔作為工作油腔)（317） 若不計(jì)回油壓力,p2=0，則： 推力為F2，速度為v2，即：速度v2為： (3 18)第三章 液壓缸 工程實(shí)用上常把兩方向上的速度

9、v2和v1的比值稱為速度比，并記為 ，即：（319 ） 在已知活塞的直徑 D 和速比 ，可確定活塞桿的直徑d 值，速比 越大，活塞桿的直徑d 越大 。 雙作用單活塞桿式液壓缸的圖形符號 雙作用單活塞桿式液壓缸的特性歸納:(1) 計(jì)算速度和推力的公式不相同（v1，v2； F1， F2）；(2) 無論是缸固定還是桿固定圖形符號相同；(3) 缸固定和桿固定時(shí)工作臺的最大活動范圍相同(2L)。 第三章 液壓缸雙作用活塞式液壓缸特性歸納雙桿進(jìn)油方向不同時(shí)速度和推力的公式相同缸固定與桿固定的圖形符號相同缸固定與桿固定時(shí)工作臺的最大活動范圍不相同單桿進(jìn)油方向不同時(shí)速度和推力的公式不相同缸固定與桿固定的圖形符

10、號相同缸固定與桿固定時(shí)工作臺的最的大活動范圍相同速度和推力的計(jì)算公式 速度計(jì)算公式推力計(jì)算公式雙桿單桿以無桿腔進(jìn)壓力油以有桿腔進(jìn)壓力油3、差動油缸( cylinder with differential)1）差動連接當(dāng)雙作用單桿液壓缸左右兩腔同時(shí) 通壓力油時(shí)，由于油缸左、右兩腔的有 效工作面積不相等，兩腔的推力也不相 等，從而產(chǎn)生差動運(yùn)動，這種油路的連 接形式稱差動連接。 （簡單定義差動連接雙作用單桿油缸左右兩腔相互接通并同時(shí)輸入壓力油時(shí)，稱為差動連接。) 第三章 液壓缸第三章 液壓缸雙作用單桿液壓缸的差動連接qqq+ qA1A2v3F3 差動連接時(shí)的速度v3，推力F3 (322 )解得 (3

11、21) 第三章 液壓缸(320)（忽略兩腔連通油路的壓力損失 時(shí)） 可見，差動連接時(shí)，實(shí)際起作用的有效面積是活塞桿的橫截面積A3，又稱差動面積差動連接的意義： 采用差動連接時(shí)，不增大油泵的供油量卻可得到較大的速度。 活塞反向運(yùn)動，其速度v2 從上面推導(dǎo)可知，差動連接不能使運(yùn)動反向.第三章 液壓缸要活塞反向運(yùn)動必須進(jìn)行如下油路設(shè)計(jì)（見圖）這種的油路設(shè)計(jì)既可以差動連接，又可以反向運(yùn)動。 A1A2Dd反向運(yùn)動的速度v2 當(dāng)要求正反向運(yùn)動速度相等時(shí)， 結(jié)論：把活塞桿的直徑d做成活塞直徑D的倍的雙作用單桿缸，采用差動連接，可有速度v3，反向運(yùn)動非差動連接，可有速度v2，且可得到正反向運(yùn)動速度相等v2=v

12、3。要使v2=v3，則 ：定義： 結(jié)構(gòu)尺寸滿足dD的雙作用單桿的液壓缸稱為差動油缸。差動油缸圖形符號為：2）差動油缸第三章 液壓缸差動油缸的特點(diǎn)： 1. 具有雙作用單桿的液壓缸的特點(diǎn)；2. 具有dD結(jié)構(gòu)尺寸；差動油缸的意義： 在用定量泵供油時(shí)，以無桿腔為工作油腔，采用差動連接，有正向運(yùn)動速度v3，以有桿腔為工作油腔，不能采用差動連接，可以得到反向運(yùn)動速度v2，且可使正反向運(yùn)動的速度相等（v2=v3）。第三章 液壓缸二、柱塞式液壓缸 p721、柱塞式液壓缸的特點(diǎn) 柱塞式液壓缸為單作用缸，即工作時(shí)靠壓力油推動，返回靠彈簧或自重完成。優(yōu)點(diǎn)：缸內(nèi)壁不需精加工、工藝性好、成本低、制造容易。應(yīng)用：行程較長

13、的場合，如導(dǎo)軌磨床、龍門刨床。若要求往復(fù)工作運(yùn)動時(shí)，常將柱塞缸成對使用，即由兩個(gè)柱塞缸分別完成相反方向運(yùn)動。第三章 液壓缸單柱塞缸單向液壓驅(qū)動，回程靠外力。第三章 液壓缸 如上圖a)所示，柱塞式液壓缸只能單方向向右運(yùn)動，反向退回時(shí)靠外力，如彈簧力、重力等完成。若要求往復(fù)工作運(yùn)動時(shí)，常將柱塞缸成對使用，即由兩個(gè)柱塞缸分別完成相反方向運(yùn)動。如圖b)所示。a)雙柱塞缸雙向液壓驅(qū)動第三章 液壓缸b)第三章 液壓缸3、推力和速度計(jì)算 (323) 2、柱塞液壓缸的圖形符號 (324) FPvdq第三章 液壓缸三、復(fù)合油缸 1、增力油缸 由兩個(gè)單活塞桿缸串聯(lián)在一起，當(dāng)壓力油通入兩缸左腔時(shí)，串聯(lián)活塞向右運(yùn)動，

14、兩缸右腔的油液同時(shí)排出，其推力等于兩腔推力之和，即:式中： p1進(jìn)油壓力；p2回油壓力；第三章 液壓缸增力油缸第三章 液壓缸若忽略回油壓力，即p2=0，則： 這種液壓缸用于徑向安裝尺寸受到限制而輸出力又要求很大的場合。 增力油缸的圖形符號： 增壓油缸又叫增壓器，在液壓系統(tǒng)中采用增壓油缸，可以在不增加高壓能源的情況下，獲得比液壓系統(tǒng)中能源壓力高得多的油壓力。2、增壓油缸增壓油缸增壓油缸動畫第三章 液壓缸 如圖所示為一種由活塞缸和柱塞組合而成的增壓油缸，它是利用活塞和柱塞有效工作面積之差來使液壓系統(tǒng)中局部區(qū)域獲得高壓的。當(dāng)輸入活塞缸左腔的壓力油為pa，則柱塞缸右腔輸出的壓力為pb (327) pb

15、pa第三章 液壓缸式中 為增壓比， ，它表示增壓油缸的增壓能力，增壓能力是在降低有效流量的基礎(chǔ)上得到的。qbqa 即 第三章 液壓缸四、伸縮式液壓缸 p72 伸縮式液壓缸又稱為多級液壓缸，是由兩個(gè)或多個(gè)活塞套裝而成。它的前一級活塞缸的活塞是后一級活塞缸的缸筒，伸出時(shí)(按活塞1、2的有效工作面積由大到小依次伸出)，可獲得很長的工作行程，縮回時(shí)(按活塞有效工作面積由小到大依次縮回)長度則較短，故結(jié)構(gòu)較緊湊。第三章 液壓缸 圖49為雙作用式伸縮缸(亦有單作用式)。 伸縮式液壓缸常用于工程機(jī)械(如翻斗汽車、起重機(jī)等)和農(nóng)業(yè)機(jī)械上。 由于各級活塞的有效工作面積不同，在輸入液壓力和流量不變的情況下，液壓缸

16、的推力和速度是分級變化的：先動作的活塞速度低、推力大；后動作的推力小、速度高。雙作用式伸縮缸動畫單作用式伸縮缸動畫第三章 液壓缸活塞1活塞2 （其它形式液壓缸，見教材 自閱）五、液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 p741、液壓缸典型結(jié)構(gòu)2、液壓缸的組件3、液壓缸主要尺寸的計(jì)算和強(qiáng)度校核缸體組件活塞組件緩沖裝置排氣裝置密封裝置第三章 液壓缸 常有單葉片和雙葉片式兩種結(jié)構(gòu)形式，(也有多葉片式的)，擺動式液壓缸由缸筒1、葉片軸2、定位塊3 和葉片4 組成，見圖。32 擺動式液壓缸 p77擺動式液壓缸也稱回轉(zhuǎn)式液壓缸或擺動馬達(dá)。第三章 液壓缸缸筒葉片軸定位塊葉片單葉片式擺動缸葉片雙葉片式擺動缸缸筒葉片軸定位塊擺動馬達(dá)

17、（擺動缸）結(jié)構(gòu)：葉片、缸體、輸出軸雙葉片式單葉片式擺動缸動畫 單葉片擺動缸，其擺動角度可達(dá)300 ，雙葉片擺缸其擺動角最大可達(dá)150。雙葉片擺動缸輸出轉(zhuǎn)矩是單葉片的2倍，在同等條件下角速度則是單葉片的一半。圖形符號為：(333) (332) 對單葉片擺動缸,輸出轉(zhuǎn)矩TM和回轉(zhuǎn)角速度分別為： 當(dāng)葉片為z 時(shí),其輸出轉(zhuǎn)矩TM為： 回轉(zhuǎn)角速度為：第三章 液壓缸式中 p1缸的進(jìn)口壓力； p2缸的出口壓力； b葉片寬； m缸的機(jī)械效率； v缸的容積效率； z葉片數(shù)； R1葉片底部的回轉(zhuǎn)半徑(葉片軸半徑)； R2葉片頂部的回轉(zhuǎn)半徑(缸體內(nèi)半徑)； TM缸輸出轉(zhuǎn)矩； 缸輸出角速度。 第三章 液壓缸 擺動式液

18、壓缸的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，但加工制造比較復(fù)雜。在機(jī)床上，用于回轉(zhuǎn)夾具、送料裝置、間歇進(jìn)刀機(jī)構(gòu)等；在液壓挖掘機(jī)、裝載機(jī)上，用于鏟斗的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。目前，在艦船的液壓舵機(jī)上逐步由擺動式液壓缸取代柱塞式液壓缸；在艦船穩(wěn)定平臺的執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，也不少采用擺動式液壓缸。 第三章 液壓缸表中符號：A面積q 流量b葉片寬R1葉片軸半徑R2缸孔半徑z葉片數(shù)液壓缸的典型結(jié)構(gòu)液壓缸安裝連接形式：腳架式，耳環(huán)式，鉸軸式 缸體組件 包括缸筒、缸蓋、缸底等零件。 活塞組件 包括活塞與活塞桿等零件。 密封裝置 有活塞與缸筒、活塞桿與缸蓋的密封。 緩沖裝置 排氣裝置例題1 差動油缸如圖所示，若無桿腔面積A1=502， 有桿腔面積A2=252，負(fù)載F=27.6103 N，機(jī)械 效率m=，容積效率v=，試求：1）供油壓力大??；2）當(dāng)活塞以95/min的速度運(yùn)動時(shí)所需的供油量；3）液壓缸的輸入功率。A2 vFpqA1液壓缸的習(xí)題講解第三章 液壓缸解：1）供油壓力p由題意： 2）所需供油量q根據(jù)公式： 第三章 液壓缸3）液壓缸的輸入功率N 答：1）供油壓力