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文檔簡介
第四章液壓缸將液壓泵供給的液壓能轉(zhuǎn)換為機械能而對負(fù)載作功,實現(xiàn)直線往復(fù)運動或旋轉(zhuǎn)運動。2/6/20231液壓與液力傳動第四章液壓缸第一節(jié)液壓缸的類型及特點第二節(jié)液壓缸的設(shè)計與計算第三節(jié)液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計2/6/20232液壓與液力傳動一、液壓缸的分類
1.按結(jié)構(gòu)形式分:活塞式、柱塞式、組合式。2.按作用方式分:單作用式:液體只控制缸一腔單向運動;雙作用式:液體控制缸兩腔實現(xiàn)雙向運動。3.按用途分:串聯(lián)缸、增壓缸、增速缸、步進缸。4.按使用的壓力分:低壓缸、中壓缸、高壓缸、超高壓缸。第一節(jié)液壓缸的類型及特點2/6/20233液壓與液力傳動二、典型液壓缸1.活塞式液壓缸(1)定義:在缸體內(nèi)作相對往復(fù)運動的組件為活塞的液壓缸。(2)分類:
①按伸出活塞桿不同分:雙桿、單桿、無桿(齒輪齒條式)。②按固定方式不同分:缸體固定、活塞桿固定(3)單活塞桿液壓缸結(jié)構(gòu)第一節(jié)液壓缸的類型及特點2/6/20234液壓與液力傳動單活塞桿油缸結(jié)構(gòu):單活塞桿液壓缸只有一端有活塞桿。如圖所示是一種單活塞液壓缸。其兩端進出口油口A和B都可通壓力油或回油,以實現(xiàn)雙向運動,故稱為雙作用缸。第一節(jié)液壓缸的類型及特點2/6/20235液壓與液力傳動第一節(jié)液壓缸的類型及特點(4)單活塞桿液壓缸的連接形式2/6/20236液壓與液力傳動第一節(jié)液壓缸的類型及特點①
簡單連接式特點:1)兩腔面積不等,A1>A2;2)壓力相同時,推力不等流量相同時,速度不等即不具有等推力等速度特性。速度推力計算:無桿腔進油時:v1=q/A1=4q/πD2;F1=p1A1-p2A2=π[D2p1-(D2-d2)p2]/4有桿腔進油時:v2=q/A2=4q/π(D2-d2);F2=p1A2-p2A1=π[(D2-d2)p1-D2p2]/4單活塞桿液壓缸簡單連接比較∵A1>A2
∴v1<v2,F(xiàn)1>F2
故活塞桿伸出時,推力較大,速度較?。换钊麠U縮回時,推力較小,速度較大。因而:活塞桿伸出時,適用于重載慢速活塞桿縮回時,適用于輕載快速往復(fù)速比:λv=v2/v1=D2/D2-d22/6/20237液壓與液力傳動②差動連接:單桿活塞液壓缸兩腔同時通入流體時,利用兩端面積差進行工作的連接形式。差動連接速度、推力計算:∵v3A1=q
+v3A2;
∴v3=q/A1-A2=4q/πd2F3=p1(A1-A2)
=πd2p1/4
差動連接特點:在不增加流量的前提下,實現(xiàn)快速運動。③單桿活塞液壓缸應(yīng)用單桿活塞液壓缸不同連接,可實現(xiàn)如下工作循環(huán):(差動連接)(無桿腔進油)(有桿腔進油)快進→工進→快退v3、F3v1、F1v2、F2
第一節(jié)液壓缸的類型及特點2/6/20238液壓與液力傳動(5)雙桿活塞液壓缸①特點:兩腔面積相等;壓力相同時,推力相等,流量相同時,速度相等。即具有等推力等速度特性。第一節(jié)液壓缸的類型及特點2/6/20239液壓與液力傳動②推力、速度計算:
v=q/A=4q/π(D2-d2);F=(p1-p2)A=π(D2-d2)(p1-p2)/4③工作形式:缸體固定式:進油腔回油腔運動方向左右活塞右移右左活塞左移此種方式占地面積大,三倍于缸筒L,用于中小型設(shè)備,進油腔位置與活塞運動方向相反。桿固定式:進油腔回油腔運動方向左右缸體左移右左缸體右移此種方式占地范圍小,為缸筒長度的兩倍,用于大中型設(shè)備。進油腔位置與活塞運動方向相同。第一節(jié)液壓缸的類型及特點2/6/202310液壓與液力傳動2.柱塞式液壓缸(1)定義:在缸體內(nèi)做相對往復(fù)運動的組件是柱塞的液壓缸。(1)結(jié)構(gòu):缸體、柱塞、導(dǎo)向套、鋼絲卡圈等。第一節(jié)液壓缸的類型及特點2/6/202311液壓與液力傳動(3)工作原理只能單向運動,回程需靠外力自重或彈簧力,需雙向運動時,常成對使用。(4)速度、推力計算v=q/A=4q/πd2
F=pA=πd2p/4(5)特點
∵柱塞工作時總是受壓,一般較粗∴水平放置易下垂,產(chǎn)生單邊磨損故常垂直放置,有時可做成空心又∵缸體內(nèi)壁與柱塞不接觸∴可不加工或只粗加工,工藝性好故常用于長行程機床,如龍門刨床、導(dǎo)軌磨床、大型拉床。動畫演示第一節(jié)液壓缸的類型及特點2/6/202312液壓與液力傳動3.擺動液壓缸(1)分類:分為單葉片式、雙葉片。第一節(jié)液壓缸的類型及特點2/6/202313液壓與液力傳動(2)組成:缸體、定子塊、葉片、傳動軸等。(3)工作原理:
當(dāng)缸的一個油口進壓力油,另一油口回油時,葉片在壓力油作用下往一個方向擺動,帶動軸偏轉(zhuǎn)一定角度小于3600)當(dāng)進回油口互換時,擺動油缸反轉(zhuǎn)。(4)參數(shù)計算:
T=zb/2·(R2-r2)(p1-p2)ηm;ω=2qηcv/zb(R2-r2)對于雙葉片:T雙=2T單;ω雙=1/2·ω單
(當(dāng)輸入液壓油壓力和流量不變時)(5)特點:結(jié)構(gòu)緊湊,輸出轉(zhuǎn)矩大,但密封困難,一般只用于中低壓系統(tǒng)。第一節(jié)液壓缸的類型及特點2/6/202314液壓與液力傳動三、其它形式的常用缸1.增壓缸(增壓器)
(1)作用:得到高于泵壓的輸出壓力。(2)結(jié)構(gòu):分單作用、雙作用增壓缸。(3)增壓原理:A1p1=A2p2
p1πD2/4=p2πd2/4p2=A1/A2p1=p1D2/d2
=Kp1K—增壓比第一節(jié)液壓缸的類型及特點(4)特點:在不提高泵壓的前提下,依靠A的變化單作用實現(xiàn)斷續(xù)增壓,雙作用實現(xiàn)持續(xù)增壓。2/6/202315液壓與液力傳動2/6/202316液壓與液力傳動2.多級缸(伸縮缸)(1)結(jié)構(gòu):由兩個或多個活塞缸或柱塞缸套裝而成,有單作用和雙作用之分。
(2)工作原理活塞或柱塞伸出時,從大到小,速度逐漸增大,推力逐漸減小。活塞或柱塞縮回時,從小到大。(3)特點:∵工作時可伸很長,不工作時縮短,∴占地面積小,且推力隨行程增加而減小。故起重機伸縮臂、自動傾卸卡車、火箭發(fā)射臺等皆用。動畫演示第一節(jié)液壓缸的類型及特點2/6/202317液壓與液力傳動3.齒條活塞缸(無桿液壓缸)(1)結(jié)構(gòu):缸體、活塞、齒條、齒輪、端蓋等。第一節(jié)液壓缸的類型及特點(2)工作原理左腔進油,右腔回油時,齒條右移,齒輪帶動工作臺逆轉(zhuǎn)。右腔進油,左腔回油時,齒條左移,齒輪帶動工作臺順轉(zhuǎn)。(3)應(yīng)用:常用于需要回轉(zhuǎn)運動的場合,如:自動線、磨床。2/6/202318液壓與液力傳動第二節(jié)液壓缸的設(shè)計與計算一、主要參數(shù)的設(shè)計計算1.液壓缸工作壓力的確定:
根據(jù)液壓缸的實際工況,計算出外負(fù)載大小,然后參考下表選取適當(dāng)?shù)墓ぷ鲏毫Α?.液壓缸內(nèi)徑D的確定:(1)根據(jù)最大總負(fù)載和選取的工作壓力來確定:負(fù)載(KN)0~0.770~140140~250>250壓力(Mpa)610~1418~21322/6/202319液壓與液力傳動(2)根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)速度要求和選定液壓泵流量來確定D第二節(jié)液壓缸的設(shè)計與計算計算所得液壓缸的內(nèi)徑(即活塞直徑)應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)值。3.活塞桿直徑d
受拉時:d=(0.3-0.5)D
受壓時:d=(0.5-0.55)D(p1<5Mpa)d=(0.6-0.7)D(5Mpa<p1<7Mpa)d=0.7D(p1>7Mpa)直徑d強度校核:d≥[4F/π(σ)]1/2d—活塞桿直徑;F—液壓缸的負(fù)載;(σ)—活塞桿材料許用應(yīng)力;(σ)=σb/n。2/6/202320液壓與液力傳動4.液壓缸缸體長度L
原則:由液壓缸最大行程、活塞寬度、活塞桿導(dǎo)向套長度活塞桿密封長度和特殊要求的其它長度確定,減小加工難度,一般液壓缸缸體長度不應(yīng)大于內(nèi)徑的20—30倍。5.缸筒壁厚δ確定原則:中低壓系統(tǒng),無需校核;高壓大直徑時,必須校核δ。缸筒最薄處壁厚:δ≥pyD/2(σ)δ—缸筒壁厚;D—缸筒內(nèi)徑;py—缸筒試驗壓力,當(dāng)額定壓Pn>16MPa時,Py=1.25Pn;Pn≤16MPa時,Py=1.5Pn;(σ)—缸筒材料許用應(yīng)力。(σ)=σb/n,n為安全系數(shù),當(dāng)D/δ≥10時,一般取n=5.第二節(jié)液壓缸的設(shè)計與計算2/6/202321液壓與液力傳動6.其它部位尺寸的確定
導(dǎo)向長度H≥L/20+D/2(L為液壓缸最大行程)
活塞寬度B=(0.6—1.0)D;
導(dǎo)向套滑動面長度AA=(0.6—10)D(D<80mm);A=(0.6—1)d(D≥80mm)如裝有隔套K時,C=H-(A+B)/2
活塞桿長度由行程L確定,必要時需進行穩(wěn)定性驗算。當(dāng)液壓缸承受軸向壓縮載荷時:若l/d≤15時,無須驗算l/d≥15時,可按材料力學(xué)有關(guān)公式進行。第二節(jié)液壓缸的設(shè)計與計算2/6/202322液壓與液力傳動第三節(jié)液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計
一、液壓缸的典型結(jié)構(gòu)舉例1.典型結(jié)構(gòu)缸體組件、活塞組件、密封件、連接件、緩沖裝置、排氣裝置等。2.設(shè)計依據(jù)缸工作壓力、運動速度、工作條件、加工工藝及拆裝檢修等。二、缸體與端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計1.缸體與端蓋的連接∵工作壓力、缸體材料、工作條件不同,∴連接形式很多。鑄鐵缸體,外形尺寸大。法蘭連接;半環(huán)連接;螺紋連接;焊接連接;拉桿連接。2/6/202323液壓與液力傳動2.活塞和活塞桿的連接
∵工作壓力、安裝方式、工作條件的不同。∴活塞組件有多種結(jié)構(gòu)形式。整體式;焊接式;錐銷式;螺紋式;半環(huán)式.3.活塞桿頭部結(jié)構(gòu)
活塞桿是連接活塞和工作部件的傳力零件,必須具有足夠的強度和剛度,一般用鋼料制成,且需鍍鉻。4.液壓缸的緩沖裝置(1)緩沖的必要性∵在質(zhì)量較大、速度較高(v>12m/min),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)重影響加工精度,甚至使液壓缸損壞?!喑T诖笮?、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。第三節(jié)液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計
2/6/202324液壓與液力傳動(2)緩沖原理利用節(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。(3)緩沖裝置類型①圓柱形環(huán)隙式緩沖裝置;②圓錐形環(huán)隙式緩沖裝置;③可變節(jié)流槽式緩沖裝置
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