液压与气动传动液压缸分析解析.pptx

液压缸是执行元件，压力能转换为机械能，实现往复直线运动或摆动，输出力或扭矩。当液压缸的回油压力为零且不计损失时，输出速度v等于输入油量q除以排量A，输出推力F等于输入压力p乘以排量A，即 输入液压功率p q等于输出机械功率Fv。3.2.1 液压缸的分类及基本计算第1页/共81页 其作用方式可分为单作用式和双作用式两种。单作用式液压缸液压油只能使油缸实现单向运动，即压 力油只是通向液压缸的一腔，而反方向运动则必须依靠外力来实现，如复位弹簧力、自重或其它外部作用；双作用式液压缸在两个方向上的运动都由液压油压力推动来实现，可实现双向运动。液压缸有多种结构，但根据其具体结构特点可分为活塞式、柱塞式和摆动式三类基本形式，除此以外，还有在基本形式上发展起来的各种特殊用途的组合液压缸。第2页/共81页活塞缸单杆双杆柱塞缸伸缩缸分类单作用双作用按作用方式按结构直线运动摆动运动摆动缸（摆动马达）齿轮缸第3页/共81页油缸的分类油缸的分类1、单作用活塞式油缸单向液压驱动，回程靠自重、弹簧或其它外力。2、单作用柱塞式油缸柱塞较粗，受力较好，稳定性好，单向进油驱动，回程靠外力。3、单作用伸缩式油缸液压油进入后，将活塞从大到小逐节推出，然后靠自重从小到大逐节缩回，这种油缸的特点是缸筒短，伸出长。缸筒不受安装位置所限。第4页/共81页 4、双作用单活塞杆油缸双向液压驱动，往复速度、力不等。5、差动油缸差动油缸主要是靠油路的连接方式构成差动。可加大活塞杆的伸出速度，推力相应减小。6、双杆双作用油缸可实现等速往复运动。7、双作用伸缩式油缸它是自卸汽车所用的双作用伸缩油缸，由一节活塞缸和一节柱塞缸组成。第5页/共81页8、串联油缸 小直径的油缸获得大的作用面积，提高牵引力。9、增压油缸从低压系统可获得高压系统的能力。10、齿条油缸第6页/共81页缸固定缸固定 3.2.1.1 活塞式液压缸活塞式液压缸可分为双杆式和单杆式两种结构形式，其安装方式有缸筒固定和活塞杆固定两种形式。油缸的基本参数是指油缸往复运动的速度v和牵引力F。3.2.1.1.1 3.2.1.1.1 双杆活塞式液压缸双杆活塞式液压缸图3.1所示为双杆活塞式液压缸的工作原理图，活塞两侧都有活塞杆伸出。当两活塞杆直径相同，供油压力和流量不变时，活塞式液压缸在两个方向上的运动速度和推力都相等，即第7页/共81页缸固定缸固定式中 v液压缸的运动速度(ms)；F液压缸的推力(N)；v液压缸的容积效率；第8页/共81页m液压缸的机械效率；q液压缸的流量(m3s)；A液压缸的有效工作面积(m2)，也可看成 单位位移排量(m3m)；p1进油压力(Pa)；p2回油压力(Pa)；D活塞直径，即缸筒直径(m)；d活塞杆直径(m)。这种液压缸常用于要求往返运动速度相同的场合。这种液压缸在传动时活塞杆只承受拉力，多数用于机床。缸固定缸固定第9页/共81页图3.1(b)为活塞杆固定式结构，当液压缸的左腔进油时，推动缸体向左移动，右腔回油；反之，当液压缸的右腔进油时，缸体则向右运动。b）杆固定）杆固定a)缸固定缸固定图3.1(a)为缸体固定式结构，当液压缸的左腔进油，推动活塞向右移动，右腔活塞杆向外伸出，左腔活塞杆向内缩进，液压缸右腔油液回油箱；反之，活塞反向运动。这类液压缸常用于中小型设备中。第10页/共81页 3.2.1.2 单杆活塞式液压缸 图3.2所示为双作用单活塞杆液压缸，活塞杆只从液压缸的一端伸出，液压缸的活塞在两腔有效作用面积不相等，当向液压缸两腔分别供油，且压力和流量都不变时，活塞在两个方向上的运动速度和推力都不相等，即运动具有不对称性。如图3.2(a)所示，当无杆腔进油时，活塞的运动速度v1和推力F1分别为第11页/共81页如图3.2(b)所示，当有杆腔进油时，活塞的运动速度v2和推力F2分别为比较上述各式，可以看出v2v1,F1F2;液压缸往复运动时的速度比为上式表明，活塞杆直径愈小，速度比愈接近1，液压缸在两个方向上的速度差值就愈小。第12页/共81页如图3.3所示，当单杆活塞缸两腔同时通入压力油时，由于无杆腔有效作用面积大于有杆腔的有效作用面积，使得活塞向右的作用力大于向左的作用力，因此，活塞向右运动，活塞杆向外伸出；与此同时，又将有杆腔的油液挤出，使其流进无杆腔，从而加快了活塞杆的伸出速度，单活塞杆液压缸的这种连接方式被称为差动连接。在差动连接时，有杆腔排出流量进入无杆腔，根据流量连续性方程可导出液压缸的运动速度v3为第13页/共81页在忽略两腔连通油路压力损失的情况下，差动连接液压缸的推力F3为 由上两式可知，差动连接时，液压缸的有效作用面积是活塞杆的横截面积，与非差动连接无杆腔进油工况相比，在输入油压力和流量不变的条件下，活塞杆伸出速度较大，而推力较小。实际应用中，液压传动系统常通过控制阀来改变单活塞杆液压缸的油路连接，使它有不同的工作方式，从而获得快进+工进+快退的工作循环。差动连接是在不增加液压泵容量和功率的条件下，实现快速运动的有效办法。第14页/共81页例题3.1 已知单活塞杆液压缸的缸筒内径 D=100mm，活塞杆直径 d=70mm，进入液压缸的流量 q=25Lmin，压力 p1=2MPa，p2=0液压缸的容积效率和机械效率分别为0.98、0.97，试求在图3.2和图3.3所示的三种工况下，液压缸可推动的最大负载和运动速度各是多少?并给出运动方向。第15页/共81页第16页/共81页第17页/共81页3.2.1.2 柱塞式液压缸前面所讨论的活塞式液压缸的应用非常广泛，但这种液压缸由于缸孔加工精度要求很高，当行程较长时，加工难度大，使得制造成本增加。在生产实际中，某些场合所用的液压缸并不要求双向控制，柱塞式液压缸正是满足了这种使用要求的一种价格低廉的液压缸。如图3.4(a)所示，柱塞缸由缸筒、柱塞、导套、密封圈和压盖等零件组成，柱塞和缸筒内壁不接触，因此缸筒内孔不需精加工，工艺性好，成本低。第18页/共81页单一的柱塞缸只能制成单作用缸，如果要获得双向运动，可采用图3.4(b)所示的复合式柱塞缸结构，即将两柱塞液压缸成对使用，每个柱塞缸控制一个方向的运动参数。柱塞缸的柱塞端面是受压面，其面积大小决定了柱塞缸的输出速度和推力。为保证柱塞缸有足够的推力和稳定性，一般柱塞较粗，重量较大，水平安装时易产生单边磨损，故柱塞缸适宜于垂直安装使用。为减轻柱塞的重量，有时制成空心柱塞。柱塞缸结构简单，制造方便，常用于工作行程较长的场合，如大型拉床，矿用液压支架等。第19页/共81页（）它是一种单作用式液压缸，靠（）它是一种单作用式液压缸，靠液压力只能实现一个方向的运动，柱液压力只能实现一个方向的运动，柱塞回程要靠其它外力或柱塞的自重；塞回程要靠其它外力或柱塞的自重；（）柱塞只靠缸套支承而不与缸套（）柱塞只靠缸套支承而不与缸套接触，这样缸套极易加工，故适于做接触，这样缸套极易加工，故适于做长行程液压缸；长行程液压缸；（）工作时柱塞总受压，因而它必须（）工作时柱塞总受压，因而它必须有足够的刚度；有足够的刚度；（）柱塞重量往往较大，水平放置时（）柱塞重量往往较大，水平放置时容易因自重而下垂，造成密封件和导向容易因自重而下垂，造成密封件和导向单边磨损，故其垂直使用更有利。单边磨损，故其垂直使用更有利。柱塞式液压缸特点：柱塞式液压缸特点：第20页/共81页摆动式液压缸输出转矩，并实现往复摆动，有时也称为摆动马达，在结构上有单叶片和双叶片两种形式，如图3.5所示。单叶片式摆动液压缸由定子块1、缸体2、摆动轴3、叶片4、左右支承盘和左右盖板等主要零件组成。定子块固定在缸体上，叶片和摆动轴固连在一起。当两油口相继通以压力油时，叶片即带动摆动轴作往复摆动。3.2.1.3 摆动式液压缸第21页/共81页根据能量守恒原理，结合式(3.10)得输出角速度为当考虑到机械效率时，单叶片缸的摆动轴输出转矩为式中 D缸体内孔直径(m)；d摆动轴直径(m)；b叶片宽度(m)。V每转排量，p1qp2第22页/共81页单叶片摆动液压缸的摆角一般不超过280，双叶片摆动液压缸的摆角一般不超过150。当输入压力和流量不变时，双叶片摆动液压缸摆动轴输出转矩是相同参数单叶片摆动缸的两倍，而摆动角速度则是单叶片的一半，摆动缸结构紧凑，输出转矩大，但密封困难，一般只用于中、低压系统中往复摆动、转位或间歇运动的地方。第23页/共81页例3.2 如图3.5所示单叶片摆动液压缸，供油压力p110 MPa，流量q=25Lmin，回油压力p2=0.5 MPa，D=100 mm，d40 mm，若输出轴的角速度为7 rads，摆动液压缸的容积效率和机械效率分别为0.96和0.98，求摆动油缸的叶片宽度和输出扭矩是多少?解 p1qp2第24页/共81页3.2.1.4 组合式液压缸上述为液压缸的三种基本形式，为了满足特定的需要，还可以在这三种基本液压缸的基础上构成各种组合式液压缸。3.2.1.4.1 增压缸增压缸也称增压器，它能将输入的低压油转变为高压油供液压系统中的高压支路使用，增压缸如图3.6所示。第25页/共81页它由有效面积为A1的大液压缸和有效作用面积为A2的小液压缸在机械上串联而成，大缸作为原动缸，输入压力为p1，小缸作为输出缸，输出压力为p2。若不计摩擦力，根据力平衡关系，可有如下等式：图3.6 增压液压缸比值A1A2称为增压比，由于A1A21，压力p2被放大，从而起到增压的作用。第26页/共81页3.2.1.4.2 多级缸多级缸又称伸缩缸它由两级或多级活塞缸套装而成，如图3.7所示。第27页/共81页 前一级缸的活塞杆就是后一级缸的缸套，活塞伸出的顺序是从大到小，相应的推力也是从大到小，而伸出的速度则是由慢变快。空载缩回的顺序一般是从小活塞到大活塞，收缩后液压缸总长度较短，占用空间较小，结构紧凑。多级缸适用于工程机械和其它行走机械，如起重机伸缩臂、车辆自卸等。第28页/共81页 3.2.1.4.3 齿条活塞缸齿条活塞缸由带有齿条杆的双活塞缸和齿轮齿条机构组成，如图3.8所示。齿条活塞往复移动带动齿轮 9并驱动传动轴10往复摆动，它多用于自动线、组合机床等转位或分度机构中。图3.8 齿条活塞液压缸的结构图 1-紧固螺帽;2-调节螺钉;3-端壁；4-垫圈;5-O形密封圈;6-挡圈;7-缸套;8-齿条活塞;9-齿轮;10-传动轴;11-缸体;12-螺钉第29页/共81页 3.2.2 液压缸的结构液压缸通常由后端盖、缸筒、活塞杆、活塞组件、前端盖等主要部分组成；为防止油液向液压缸外泄漏或由高压腔向低压腔泄漏，在缸筒与端盖、活塞与活塞杆、活塞与缸筒、活塞杆与前端盖之间均设置有密封装置，在前端盖外侧，还装有防尘装置；为防止活塞快速退回到行程终端时撞击缸盖，液压缸端部还设置缓冲装置；有时还需设置排气装置。1-缸底 2-套环 3-密封圈4-活塞5-o型密封圈 6-缸筒7-活塞杆8-导向套 9-密封圈10-缸盖 11-Y型密封圈 12-防尘圈 13-耳环第30页/共81页图3.9给出了双作用单活塞杆液压缸的结构图，该液压缸主要由缸底1、缸筒6、缸盖10、活塞4、活塞杆7和导向套8等组成；缸筒一端与缸底焊接，另一端与缸盖采用螺纹连接。活塞与活塞杆采用卡键连接，为了保证液压缸的可靠密封，在相应位置设置了密封圈3、5、9、11和防尘圈12。现对液压缸的结构具体分析如下。第31页/共81页3.2.2.1 缸体组件 缸体组件与活塞组件形成的密封容腔承受油压作用，因此，缸体组件要有足够的强度，较高的表面精度可靠的密封性。第32页/共81页 3.2.2.1.1 缸筒与端盖的连接形式常见的缸体组件连接形式如图所示。第33页/共81页常见的缸体组件连接形式如图3.10所示。(1)法兰式连接，结构简单，加工方便，连接可靠，但是要求缸筒端部有足够的壁厚，用以安装螺栓或旋入螺钉，缸筒端部一般用铸造、镦粗或焊接方式式制成粗大的外径，它是常用的一种连接形式。环焊法兰(2)半环式连接，分为外半环连接和内半环连接两种连接形式，半环连接工艺性好，连接可靠，结构紧凑，削弱了缸筒强度。半环连接应用十分普遍，常用于无缝钢管缸筒与端盖的连接中。第34页/共81页(3)螺纹式连接，有外螺纹连接和内螺纹连接两种，其特点是体积小，重量轻，结构紧凑，但缸筒端部结构复杂，这种连接形式一般用于要求外形尺寸小、重量轻的场合。(4)拉杆式连接，结构简单，工艺性好，通用性强，但端盖的体积和重量较大，拉杆受力后会拉伸变长，影响效果。只适用于长度不大的中、低压液压缸。(5)焊接式连接，强度高，制造简单，但焊接时易引起缸筒变形。第35页/共81页 3.2.2.1.2 缸筒、端盖和导向套基本要求缸筒是液压缸的主体，其内孔一般采用镗削、绞孔、滚压或珩磨等精密加工工艺制造，要求表面粗糙度在 0.10.4m，使活塞及其密封件、支承件能顺利滑动，从而保证密封效果，减少磨损；缸筒要承受很大的液压力，因此，应具有足够的强度和刚度。第36页/共81页端盖装在缸筒两端，与缸筒形成封闭油腔，同样承受很大的液压力，因此，端盖及其连接件都应有足够的强度。设计时既要考虑强度，又要选择工艺性较好的结构形式。导向套对活塞杆或柱塞起导向和支承作用，有些液压缸不设导向套，直接用端盖孔导向，这种结构简单，但磨损后必须更换端盖。缸筒、端盖和导向套的材料选择和技术要求可参考液压工程手册。第37页/共81页 3.2.2.2 活塞组件 活塞组件由活塞、活塞杆和连接件等组成。随液压缸的工作压力、安装方式和工作条件的不同，活塞组件有多种结构形式。如图所示，活塞与活塞杆的连接最常用的有螺纹连接和半环连接形式，除此之外还有整体式结构、焊接式结构、锥销式结构等。第38页/共81页 3.2.2.2.1 活塞与活塞杆的连接形式螺纹式连接如图3.11(a)所示，结构简单，装拆方便，但一般需备螺母防松装置；半环式连接如图3.11(b)所示，连接强度高，但结构复杂，装拆不便，半环连接多用于高压和振动较大的场合。第39页/共81页整体式连接和焊接式连接结构简单，轴向尺寸紧凑，但损坏后需整体更换，对于活塞与活塞杆比值较小、行程较短或尺寸不大的液压缸，其活塞与活塞杆可采用整体或焊接式连接。锥销式连接加工容易，装配简单，但承载能力小，且需要有必要的防止脱落措施，在轻载情况下可采用锥销式连接。第40页/共81页3.2.2.2.2 活塞组件的密封活塞装置主要用来防止液压油的泄漏，良好的密封是液压缸传递动力、正常动作的保证，根据两个需要密封的耦合面间有无相对运动，可把密封分为动密封和静密封两大类。设计或选用密封装置的基本要求是具有良好的密封性能，并随压力的增加能自动提高密封性，除此以外，摩擦阻力要小、耐油、抗腐蚀、耐磨、寿命长、制造简单、拆装方便。常见的密封方法有以下几种。第41页/共81页 (1)间隙密封间隙密封是一种常用的密封方法，它依靠相对运动零件配合面间的微小间隙来防止泄漏，由环形缝隙轴向流动理论可知，泄漏量与间隙的三次方成正比，因此可用减小间隙的办法来减小泄漏。一般间隙为0.010.05mm，这就要求配合面有很高的加工精度。间隙密封第42页/共81页在活塞的外圆表面一般开几道宽0.30.5mm、深0.5lmm、间距25mm的环形沟槽，称平衡槽，其作用是:(a)使活塞具有自位性能，由于活塞的几何形状和同轴度误差，工作压力油在密封间隙中的不对称分布将形成一个径向不平衡力，称为液压卡紧力，它使摩擦力增大，开平衡槽后，使得径向油压力趋于平衡，使活塞能够自动对中，减小了摩擦力；间隙密封(b)由于同心环缝的泄漏要比偏心环缝小得多，活塞的对中减少了油液的泄漏量，提高了密封性能；(c)自润滑作用，油液储存在平衡槽内，使活塞能自动润滑。第43页/共81页间隙密封的特点是结构简单、摩擦力小、耐用，但对零件的加工精度要求较高，且难以完全消除泄漏。故只适用于低压、小直径的快速液压缸。(2)活塞环密封活塞环密封依靠装在活塞环形槽内的弹性金属环紧贴缸筒内壁实现密封，如图3.12所示。图312 活塞环密封 l-缸筒;2-螺母;3-活塞;4-活塞杆;5-活塞环第44页/共81页它的密封效果较间隙密封好，适用的压力和温度范围很宽，能自动补偿磨损和温度变化的影响，能在高速条件下工作，摩擦力小，工作可靠，寿命长，但不能完全密封。活塞环的加工复杂，缸筒内表面加工精度要求高，一般用于高压、高速和高温的场合。图312 活塞环密封 l-缸筒;2-螺母;3-活塞;4-活塞杆;5-活塞环第45页/共81页 (3)密封圈密封密封圈密封是液压系统中应用最广泛的一种密封，密封圈有O形、V形、Y形及组合式等数种，其材料为耐油橡胶、尼龙、聚氨酯等。O形密封圈 O形密封圈的截面为圆形，主要用于静密封和速度较低的滑动密封，其结构简单紧凑，安装方便，价格便宜，可在-40120C的温度范围内工作。但与唇形密封圈相比，其寿命较短，密封装置机械部分的精度要求高，启动阻力较大。O形圈的使用速度范围为0.050.3ms。第46页/共81页O形圈密封的原理如图3.13(a)所示，O形圈装入密封槽后，其截面受到压缩后变形。在无液压力时，靠Q形圈的弹性对接触面产生预接触压力，实现初始密封，当密封腔充入压力油后，在液压力的作用下，O形圈挤向槽一侧，密封面上的接触压力上升，提高了密封效果。任何形状的密封圈在安装时，必须保证适当的预压缩量，过小不能密封，过大则摩擦力增大，且易于损坏，因此，安装密封圈的沟槽尺寸和表面精度必须按有关手册给出的数据严格保证。普通型第47页/共81页在动密封中，当压力大于10MPa时，O形圈就会被挤入间隙中而损坏，为此需在O形圈低压侧设置聚四氟乙烯或尼龙制成的挡圈，其厚度为1.252.5mm，双向受高压时，两侧都要加挡圈，其结构如图3.13(b)所示。挡圈型第48页/共81页 V形密封圈V形圈的截面为V形，如图3.14所示，V形密封装置是由压环、V形圈和支承环组成。当工作压力高于10MPa时，可增加V形圈的数量，提高密封效果。安装时，V形圈的开口应面向压力高的一侧。V形圈密封性能良好，耐高压，寿命长，通过调节压紧力，可获得最佳的密封效果，但V形密封装置的摩擦阻力及结构尺寸较大，主要用于活塞杆的往复运动密封，它适宜在工作压力p50MPa、温度-4080的条件下工作。压环型圈挡圈型第49页/共81页 Y形密封圈Y形密封圈的截面为Y形，属唇形密封圈。它是一种密封性、稳定性和耐压性较好，摩擦阻力小，寿命较长的密封圈，故应用很普遍。Y形圈主要用于往复运动的密封，根据截面长宽比例的不同，Y形圈可分为宽断面和窄断面两种形式；图3.15所示为宽断面Y形密封圈。Y型圈带支撑的Y型圈第50页/共81页Y形圈的密封作用取决于它的唇边对耦合圆的紧密接触程度，在压力油作用下，唇边对耦合面产生较大的接触压力，从而达到密封的目的；当液压力升高时，唇边与藕合面贴得更紧，接触压力更高，密封性能更好。Y形圈安装时，唇口端面应对着压力高的一侧，当压力变化较大、滑动速度较高时，要使用支承环，以固定密封圈，如图3.15(b)所示。Y型圈带支撑的Y型圈第51页/共81页宽断面Y形圈一般适用于工作压力p20MPa、工作温度为-30100、使用速度小于0.5ms的场合。窄断面Y形圈一般适用于工作压力p32MPa、使用温度为-3040的场合，详细结构参见液压工程手册。第52页/共81页 3.2.2.3 缓冲装置当液压缸拖动负载的质量较大、速度较高时，一般应在液压缸中设缓冲装置，必要时还需在液压传动系统中设缓冲回路，以免在行程终端发生过大的机械碰撞，导致液压缸损坏。缓冲的原理是当活塞或缸筒接近行程终端时，在排油腔内增大回油阻力，从而降低液压缸的运动速度，避免活塞与缸盖相撞。液压缸中常用的缓冲装置如图3.16所示。图316 液压缸缓冲装置 (a)圆柱形环隙式;(b)圆锥形环隙式;(c)可变节流槽式;(d)可调节流孔式第53页/共81页3.2.2.3.1 圆柱形环隙式缓冲装置如图3.16(a)，当缓冲柱塞进入缸盖上的内孔时，缸盖和缓冲活塞间形成缓冲油腔，被封闭油液只能从环形间隙排出，产生缓冲压力，从而实现减速缓冲。这种缓冲装置在缓冲过程中，由于其节流面积不变，故缓冲开始时，产生的缓冲制动力很大，但很快就降低了。其缓冲效果较差，但这种装置结构简单，制造成本低，所以在系列化的成品液压缸中多采用这种缓冲装置。(a)圆柱形环隙式第54页/共81页3.2.2.3.2 圆锥形环隙式缓冲装置如图3.16(b)，由于缓冲柱塞为圆锥形，所以缓冲环形间隙随位移量而改变；即节流面积随缓冲行程的增大而缩小，使机械能的吸收较均匀，其缓冲效果较好。(b)圆锥形环隙式第55页/共81页3.2.2.3.3 可变节流槽式缓冲装置如图3.16(c)，在缓冲柱塞上开有由浅渐深的三角节流槽，节流面积随着缓冲行程的增大而逐渐减小，缓冲压力变化平缓。(c)可变节流槽式第56页/共81页3.2.2.3.4 可调节流孔式缓冲装置如图3.16(d)，在缓冲过程中，缓冲腔油液经小孔节流排出，调节节流孔的大小，可控制缓冲腔内缓冲压力的大小，以适应液压缸不同的负载和速度工况对缓冲的要求，同时当活塞反向运动时，高压油从单向阀进入液压缸内，活塞也不会因推力不足而产生启动缓慢或困难等现象。(d)可调节流孔式第57页/共81页3.2.2.4 排气装置液压传动系统中往往会混入空气，使系统工作不稳定，产生振动、爬行或前冲等现象；严重时会使系统不能正常工作。因此，设计液压缸时，必须考虑空气的排除，对于要求不高的液压缸，往往不设计专门的排气装置，而是将油口布置在缸筒两端的最高处，这样也能使空气随油液排往油箱，再从油箱溢出；对于速度稳定性要求较高的液压缸和大型液压缸，常在液压缸的最高处设置专门的排气装置，如排气塞、排气阀等。当松开排气塞或阀的锁紧螺钉后，低压往复运动几次，带有气泡的油液就会排出，空气排完后拧紧螺钉，液压缸便可正常工作。第58页/共81页第59页/共81页2023/2/2260 （一）机械锁定装置 1.钢珠锁特点：结构简单、工作可靠第60页/共81页2023/2/2261 2.摩擦锁特点：结构简单、可在任意位置自锁，但只适合小负载。第61页/共81页一、基本参数计算.总阻力：式中：Fl 工作载荷 Ff 摩擦阻力 Fa 惯性阻力3.2.3 3.2.3 液压缸的设计计算第62页/共81页2.2.工作压力的选取工作压力的选取 根据液压缸的实际工况，计算出外负载大小，根据液压缸的实际工况，计算出外负载大小，然后参考下表选取适当的工作力。然后参考下表选取适当的工作力。第63页/共81页速比：v的选择：p，选v;p,选v.3.速度和速比对速度要求高时：由v、q,确定D；或已知v、D,确定q。对速度没有要求：由q、D、d 确定v。v2、d 由速比v 确定第64页/共81页4.缸筒内径D按推力计算：按拉力计算：按国标圆整为标准尺寸。第65页/共81页5.活塞杆直径 d1）按v 确定2）按工作压力确定按国标圆整为标准尺寸。第66页/共81页6.6.液压缸缸筒长度的确定液压缸缸筒长度的确定 缸筒长度根据所需最大工作行程而定。活缸筒长度根据所需最大工作行程而定。活塞杆长度根据缸筒长度而定。对于工作行程塞杆长度根据缸筒长度而定。对于工作行程受压的活塞杆，当活塞杆长度与活塞杆直径受压的活塞杆，当活塞杆长度与活塞杆直径之比大于之比大于1515时，应按材料力学有关公式对活时，应按材料力学有关公式对活塞进行压杆稳定性验算。塞进行压杆稳定性验算。第67页/共81页时，为薄壁筒（无缝钢管）式中：py 实验压力1.缸筒壁厚二、结构计算和校核 n 安全系数 n=5 pn 缸的额定压力 许用应力，b 抗拉强度第68页/共81页注意：圆整为标准壁厚 1）铸造：满足最小尺寸 2）无缝钢管：查手册 (无缝钢管外径不需加工）时，为厚壁筒（铸造）缸筒外径：第69页/共81页2.活塞杆的校核1）强度校核式中：活塞杆材料的许用应力 n 安全系数 n=1.4 2b 抗拉强度第70页/共81页2）稳定性校核时，强度校核即可时，要进行稳定性计算稳定条件：式中：F 活塞杆所受最大压力 Fk 活塞杆的稳定临界力 nk 稳定安全系数 nk =2 4dF第71页/共81页式中：l 活塞杆的计算长度 rk 活塞杆截面最小回转半径当细长比 时：1 柔性系数2 末端系数（由液压缸的支承方式决定）E 弹性模量J 活塞杆截面惯性矩A 活塞杆横截面积稳定临界力Fk 的确定：第72页/共81页当 时：式中：f 由材料强度决定的实验值 a 系数第73页/共81页1.安装方法（1）液压缸只能一端固定，另一端自由，使热胀冷缩不受限制（2）底脚形和法兰形液压缸的安装螺栓不能直接承受推力载荷。（3）耳环形液压缸活塞杆顶端连接头的轴线方向必须与耳轴的轴线方向一致。3.2.4 3.2.4 液压缸的安装与维护第74页/共81页2.液压缸的调整（1）排气装置的调整（2）缓冲装置的调整（3）注意事项第75页/共81页3.液压缸的维护（1）在拆卸液压缸前，先松开溢流阀，将系统压力降为零，再切断电源。（2）放掉液压缸两腔油液，一般应先松开端盖的连接螺栓，然后按顺序拆卸。（3）拆卸时，不能损伤进、出油口螺纹，活塞杆表面和头部螺纹。（4）拆卸后，应检查各配合表面及密封（5）组装液压缸前，将各部分用汽油或煤油洗净晾干。（6）组装液压缸时特别注意密封元件的安装（7）耐压试验后应再次紧固有关螺栓。第76页/共81页4.液压缸常见故障和排除方法故障现象产 生 原 因排 除 方 法爬行1外界空气进入缸内2密封压得太紧3活塞与活塞杆不同轴4活塞杆弯曲变形5缸筒内壁拉毛，局部磨损严重或腐蚀6安装位置有误差7双活塞杆两端螺母拧得太紧8导轨润滑不良1开动系统，打开排气塞（阀）强迫排气2调整密封，保证活塞杆能用手拉动而试车时无泄漏即可3校正或更换，使同轴度小于0.04mm4校正活塞杆，保证直线度小于0.1/10005适当修理，严重者重磨缸孔，按要求重配活塞6校正7调整8适当增加导轨润滑油量推力不足，速度不够或逐渐下降1缸与活塞配合间隙过大或形密封圈破坏2工作时经常用某一段，造成局部几何形状误差增大，产生泄漏3缸端活塞杆密封压得过紧，摩擦力太大4活塞杆弯曲，使运动阻力增加1更换活塞或密封圈，调整到合适间隙2镗磨修复缸孔内径，重配活塞3放松、调整密封4校正活塞杆冲击1活塞与缸筒间用间隙密封时，间隙过大，节流阀失去作用2端部缓冲装置中的单向阀失灵，不起作用1更换活塞，使间隙达到规定要求，检查缓冲节流阀2修正、配研单向阀与阀座或更换外泄漏1密封圈损坏或装配不良使活塞杆处密封不严2活塞杆表面损伤3管接头密封不严4缸盖处密封不良1检查并更换或重装密封圈2检查并修复活塞杆3检查并修整4检修密封圈及接触面第77页/共81页小 结液压缸是用于实现直线运动和摆动的元件，是液压系统运用最多的执行元件。液压缸的结构形式有：活塞式液压缸、柱塞式液压缸、摆动液压缸及组合液压缸。液压缸的输出力和速度的计算是合理选用液压缸的基础，必须给予重视。对具有代表性的活塞式液压缸，在结构上主要包括缸筒的结构、柱塞的结构、缓冲装置、排气装置及各部分的密封结构。第78页/共81页作业3.1 多级伸缩缸在外伸、内缩时，不同直径的柱塞以什么样的顺序运动?为什么?3.2 已知单杆液压缸缸筒直径 D=50mm，活塞杆直径 d=35mm，液压泵供油流量为 q=10Lmin，试求，(1)液压缸差动连接时的运动速度；(2)若缸在差动阶段所能克服的外负载 F=1000N，缸内油液压力有多大(不计管内压力损失)?3.3 一柱塞缸的柱塞固定，缸筒运动，压力油从空心柱塞中通入，压力为 p=10MPa，流量为q=25Lmin，缸筒直径为 D=100mm，柱塞外径为 d=80mm，柱塞内孔直径为 d0=30mm，试求柱塞缸所产生的推力和运动速度。第79页/共81页3.4 设计一单杆活塞液压缸，要求快进时为差动连接，快进和快退(有杆腔进油)时的速度均为6mmin。工进时(无杆腔进油，非差动连接)可驱动的负载为 F=25000N，回油背压为0.25 MPa，采用额定压力为6.3MPa、额定流量为25Lmin的液压泵，试确定：(1)缸筒内径和活塞杆直径各是多少?(2)缸筒壁厚最小值(缸筒材料选用无缝钢管)是多少?第80页/共81页感谢您的观看！第81页/共81页