第四章 液压执行元件

双杆活塞缸的速度推力特性 油缸在左右两个方向上输出的速度相等 速度相等。 油缸在左右两个方向上输出的速度相等。 4qηV q v= = 2 2 A π (D − d ) 油缸在左右两个方向上输出的推力相等。 油缸在左右两个方向上输出的推力相等。 推力相等
F = A( p1 − p2 ) =
π
4
( D 2 − d 2 )( p1 − p2 )η m
4.3 油缸细部结构 1 缸筒材料：无缝钢管 缸筒材料：
2 缸筒与缸盖连接方式：法兰式、螺纹式、半环式、拉 缸筒与缸盖连接方式 法兰式、螺纹式、半环式、 连接方式： 杆式、 杆式、焊接式 液压缸安装连接形式：脚架式、耳环式、铰轴式、 液压缸安装连接形式：脚架式、耳环式、铰轴式、法兰 式
活塞杆安装连接方式：耳环式、法兰式。 活塞杆安装连接方式：耳环式、法兰式。 耳环式：单耳环、带衬套的单耳环、 耳环式：单耳环、带衬套的单耳环、球铰型单耳环
如果要求差动缸向右运动速度v 如果要求差动缸向右运动速度 3＝非差动连接向左运动 速度 v2，则 D = 2d
活塞推力
F3 = p1 ( A1 − A2 )ηm =
π
伸出速度较快， 推力较小，用于机构快进， 伸出速度较快，而推力较小，用于机构快进，不增加泵 速度较快 的容量和功率。 的容量和功率。
4
′ 4 R′ηmi pi′ = π ( Di2 − di2 )
双作用伸缩液压缸特别适用于工程机械及自动线步进式 输送装置。 输送装置。单作用伸缩液压缸与双作用伸缩液压缸不同 点是回程靠外力，而双作用靠液压作用力。 点是回程靠外力，而双作用靠液压作用力。 此外，还有齿条活塞缸、增速缸、增压缸、 此外，还有齿条活塞缸、增速缸、增压缸、摆动式液压 缸等。 缸等。
Y形密封圈 形密封圈 类型：宽断面、 类型：宽断面、窄断面 密封原理：唇口端对着高压侧，压力使唇口贴紧壁面。 对着高压侧 密封原理：唇口端对着高压侧，压力使唇口贴紧壁面。 特点：密封性、稳定性和耐压性较好，阻力小，寿命较长， 特点：密封性、稳定性和耐压性较好，阻力小，寿命较长，唇边 磨损后能自动补偿。材料：丁晴橡胶、氟橡胶、聚氨酯橡胶。 磨损后能自动补偿。材料：丁晴橡胶、氟橡胶、聚氨酯橡胶。
单杆活塞缸速度推力特点
向 右运 动 速度 qηV 4 v1 = = qηV 2 A1 π D 向 右运 动 推力 D 2 ( p − p0 ) + d 2 p0 ηm 4 向 左运 动 速度 qηV 4qηV v2 = = A2 π ( D 2 − d 2 ) 向 左运 动 推力 F1 = D 2 ( p − p0 ) − d 2 p0 η m 4 往 返速 比 v2 1 λ= = v1 d 2 2 1 − D F2 =
π
无杆腔进油
π
有杆腔进油
单杆活塞缸差动连接的速度 单杆活塞缸差动连接的速度 推力特性 差动连接： 差动连接：单活塞杆缸两 腔同时通压力油， 腔同时通压力油，p1=p2。 差动连接的液压缸只能向 一个方向运动。 一个方向运动。
q + q′ q + A2 v3 = 运动速度 v3 = A1 A1
q 4q ⇒ v3 = = A1 − A2 π d 2
4
伸缩液压缸
结构：由两个或多个活塞式缸套装而成， 结构：由两个或多个活塞式缸套装而成，前一级活塞缸 的活塞杆是后一级活塞缸的缸筒。 的活塞杆是后一级活塞缸的缸筒。各级活塞依次伸出可 获得很长的行程，当依次缩回时缸的轴向尺寸很小。 获得很长的行程，当依次缩回时缸的轴向尺寸很小。特 别适用于工程机械及自动线步进式输送装置。 别适用于工程机械及自动线步进式输送装置。
第二级臂伸出：换向阀 动作 动作。 第二级臂伸出：换向阀B动作。 进油： 口 缸 活塞杆中心油道 活塞杆中心油道→缸 口 一级缸活塞 进油：c口→缸1活塞杆中心油道 缸2d口→一级缸活塞 内孔→ 二级柱塞缝隙→一级无 杆30内孔 二级柱塞缸内腔 二级柱塞缝隙 一级无 内孔 二级柱塞缸内腔→二级柱塞缝隙 杆腔→二节臂伸出 杆腔 二节臂伸出 回油：一级有杆腔→30内油道 口→缸1有杆腔 内油道→e口 缸 有杆腔 有杆腔→b口 回油：一级有杆腔 内油道 口 →换向阀 换向阀b 换向阀 第三节臂伸出：一级缸筒29完全伸出 油压上升→二级 完全伸出→油压上升 第三节臂伸出：一级缸筒 完全伸出 油压上升 二级 柱塞24伸出 伸出→第三节臂伸出 柱塞 伸出 第三节臂伸出
3 活塞和活塞杆 材料：活塞——灰铸铁、耐磨铸铁、铝合金。 灰铸铁、 材料：活塞 灰铸铁 耐磨铸铁、铝合金。 活塞杆——35钢或 钢。 钢或45钢 活塞杆 钢或 连接形式 4.4 密封装置 类型： 类型： 间隙式密封 密封圈密封 活塞环密封 O型密封圈 型 Y型密封圈 型 V型密封圈 型 组合式密封 组合式密封
活塞杆的构造：实心活塞杆、 活塞杆的构造：实心活塞杆、空心活塞杆 活塞杆的导向：无导向套、金属导向套、 活塞杆的导向：无导向套、金属导向套、非金属导向环
O型密封圈 型密封圈 特点：结构紧凑、 特点：结构紧凑、摩 擦力小，装拆方便， 擦力小，装拆方便， 成本低。 成本低。 应用: 应用 静密封＜ 静密封＜32MPa 动密封＜ 动密封＜10MPa。 。 密封槽的设计 异型油封模具的设计
双作用单杆活塞缸 一端带活塞杆，有缸筒固定和活塞杆固定两种安装方式， 一端带活塞杆，有缸筒固定和活塞杆固定两种安装方式， 运动部件移动范围为活塞有效行程 两倍。 有效行程的 运动部件移动范围为活塞有效行程的两倍。 双向运动速度不同，推力也不同。 双向运动速度不同，推力也不同。
双作用单杆活塞缸 单杆活塞缸只有一端带活塞杆， 单杆活塞缸只有一端带活塞杆，有缸筒固定和活塞杆固 定两种安装方式，运动部件移动范围为活塞有效行程 有效行程的 定两种安装方式，运动部件移动范围为活塞有效行程的 两倍。 两倍。 双向运动速度不同，推力也不同。 双向运动速度不同，推力也不同。
组合式密封 组成： 形圈 滑环或支撑环。 形圈、 组成：O形圈、滑环或支撑环。 特点：寿命长、摩擦阻力小且稳定。 特点：寿命长、摩擦阻力小且稳定。 应用：适用＜50MPa 应用：适用＜ 的活塞及活塞杆往复 运动密封。 运动密封。
放尘封 作用：防止灰尘、 作用：防止灰尘、沙粒等 进入缸内。 进入缸内。 类型：无骨架式、 类型：无骨架式、骨架式 双唇形密封圈 内唇与外唇的作用
P1——进油压力、 P2——回油腔背压力、ηm——液压 进油压力、 回油腔背压力、 进油压力 回油腔背压力 液压 缸机械效率、 ——活塞有效作用面积、 ——活塞有效作用面积 缸机械效率、A——活塞有效作用面积、D——活塞直 活塞直 活塞杆直径、 液压缸容积效率。 径、d——活塞杆直径、ηV——液压缸容积效率。 活塞杆直径 液压缸容积效率 油缸在左右两个方向上输出的推力相等， 油缸在左右两个方向上输出的推力相等，ηm为缸的机械 效率。 效率。
( D 2 − d 2 ) p1η m
柱塞缸的特点 柱塞与缸筒无配合关系，缸筒内孔不需精加工， 柱塞与缸筒无配合关系，缸筒内孔不需精加工，只是柱 塞与缸盖上的导向套有配合关系。 塞与缸盖上的导向套有配合关系。 为减轻重量，减少弯曲变形，柱塞常做成空心。 为减轻重量，减少弯曲变形，柱塞常做成空心。 柱塞缸只能作单作用缸，需借重力缩回。 柱塞缸只能作单作用缸，需借重力缩回。 柱塞缸的速度推力特性 qηV 4qηV = 柱 塞运动速度 v = A πd2 π F = pAηm = pd 2η m 柱 塞推力
3.汽车起重机伸缩臂液压缸（顺序伸缩） 汽车起重机伸缩臂液压缸（顺序伸缩） 汽车起重机伸缩臂液压缸 第一节臂为双作用活塞缸（ 动作） 第一节臂为双作用活塞缸（缸1、换向阀 动作） 、换向阀A动作 第二节、第三节由双级缸2驱动 驱动， 第二节、第三节由双级缸 驱动，第一级双作用活塞缸 驱动第二节臂，第二级柱塞缸驱动第三节臂。 驱动第二节臂，第二级柱塞缸驱动第三节臂。 第一节伸出：进油：换向阀A→a口→活塞杆 油管油 活塞杆11油管油 第一节伸出：进油：换向阀 口 活塞杆 无杆腔→缸筒 道→无杆腔 缸筒、第一节臂伸出 无杆腔 缸筒、 回油：有杆腔→11油管油道 油管油道→b口→换向阀 换向阀A 回油：有杆腔 油管油道 口 换向阀
双杆活塞缸 活塞两侧都有活塞杆 伸出。 伸出。 安装方式：活塞杆固 安装方式： 定式和缸筒固定式。 定式和缸筒固定式。
双活塞杆缸的应用
塞 有 效 行 程 的 两 倍 。
当 活 塞 杆 固 定 时 ， 运 动 部 件 移 动 范 围 是 活
有 效 行 程 的 三 倍 ；
当 缸 筒 固 定 时 ， 运 动 部 件 移 动 范 围 是 活 塞
伸缩液压缸的速度推力特性 1.伸出时，依次从大到小、从外 伸出时 依次从大到小、 伸出 伸出。 到内伸出 到内伸出。 4qηVi 4 Rηmi vi = pi = 2 πຫໍສະໝຸດ BaiduDi π Di2 2.缩回时，依次从小到大、从内到外缩回。 缩回时 依次从小到大、从内到外缩回。 缩回 缩回
′ 4qηVi vi′ = π ( Di2 − di2 )
第四章 液压执行元件
§3.1 液压缸的类型和特点
液压缸是将液压能转变为机械能的装置， 液压缸是将液压能转变为机械能的装置，输出往复直线 运动。 运动。 液压缸的分类 – 按结构形式分： 按结构形式分： 又分单杆活塞缸、 活塞缸 又分单杆活塞缸、双杆活塞缸 柱塞缸 又分单叶片摆动缸、 摆动缸 又分单叶片摆动缸、双叶片摆动缸 – 按作用方式分： 按作用方式分： 油液只通缸的一腔， 单作用液压缸 油液只通缸的一腔，油液驱动活 塞杆单方向运动，反向靠弹簧力、重力等驱动； 塞杆单方向运动，反向靠弹簧力、重力等驱动； 双向运动都依靠油压力驱动； 双作用液压缸 双向运动都依靠油压力驱动； 活塞缸与活塞缸组合、 复合式缸 活塞缸与活塞缸组合、活塞缸与柱塞 缸组合、活塞缸与机械结构组合。 缸组合、活塞缸与机械结构组合。
缓冲装置 目的：放置缸中运动件在行程终端发生碰撞、以致损坏。 目的：放置缸中运动件在行程终端发生碰撞、以致损坏。 缓冲原理：缓冲柱塞（绿色）在排油腔产生足够大的缓 缓冲原理：缓冲柱塞（绿色）在排油腔产生足够大的缓 ），使 下降， 冲压力（回油阻力）， 下降 避免碰撞。 冲压力（回油阻力），使v下降，避免碰撞。 间隙式：圆柱形环隙式、 常用缓冲装置 间隙式：圆柱形环隙式、圆锥形环隙式 可变节流槽式 可变节流孔式
ξ4.2 液压缸的典型结构 1.双作用单活塞杆液压缸 双作用单活塞杆液压缸 包括缸筒、缸盖、缸底等零件。 缸体组件 包括缸筒、缸盖、缸底等零件。 包括活塞与活塞杆等零件。 活塞组件 包括活塞与活塞杆等零件。 活塞与缸筒、活塞杆与缸盖的密封。 密封装置 活塞与缸筒、活塞杆与缸盖的密封。 缓冲装置、 缓冲装置、排气装置 液压缸安装连接形式：脚架式，耳环式， 液压缸安装连接形式：脚架式，耳环式，铰轴式 2.自卸汽车伸缩式液压缸 自卸汽车伸缩式液压缸
与 孔 相 对 动 。 滑
孔 用 密 封 装 在 轴 的 内 ， 短 唇 槽
与 轴 相 对 动 。 滑
轴 用
＜ MPa MPa MPa
应 用
密 20 ： 往 封 装 ， 复 在 窄 运 孔 断 动 的 面 密 槽 ＜ 封 内 ， ， 32 宽 短 断 唇 。 面
V形密封圈 形密封圈 组成：压环、 形环 形环、 组成：压环、V形环、支撑环 密封原理： 密封原理： 开口端对应高压侧； 对应高压侧 开口端对应高压侧； 压环、支撑环压力使V形圈唇 压环、支撑环压力使 形圈唇 口贴紧壁面。 口贴紧壁面。 特点： 特点： 密封性好、耐压高、寿命长。 密封性好、耐压高、寿命长。 应用 适用＜ 适用＜50MPa的活塞及活塞杆 的活塞及活塞杆 往复运动密封。 往复运动密封。 油液泄露时， 油液泄露时，可调整压环压力 补偿V形环接触应力 形环接触应力。 补偿 形环接触应力。