液压与气压传动课件第3-4章

双杆活塞缸的推力及速度的计算
由于活塞两腔有效面积相等，如果供油压力和流量不变，两个方向的
运动速度和推力是相等的。当油液的输入流量为 q、输入压力为p1 和输出 压力为p2时，液压缸的推力F 和速度v 分别为：
双杆活塞缸的推力及速度的计算
F
p1
p2 A
pπ D2
4
d2
p1 p2
式中 A ——活塞的有效工作面积，A=π(D 2-d 2)/4；
实心双杆液压缸的工作原理：当压力油通过油道a(或b)分别进入液 压缸两腔时，就推动活塞带动工作台作往复运动。
缸体固定双活塞杆液压缸
实心双杆液压缸的占地面积，由工作原理可知：双杆活塞缸采用
缸固定其工作台的最大活动范围约为活塞有效行程的三倍。因此这种安
装方式占地面积较大，常用于小型机床设备。
2.空心双杆液压缸
根据力平衡关系有：
p1
D12
4
p2
πD22 4
整理有
p2
（
D1 D2
)2Leabharlann p12.伸缩缸伸缩缸又称多级缸，它由两个或多个活塞缸套装而成。前一级活塞缸 的活塞是后一级活塞缸的缸体。工作时活塞外伸动作逐级进行，首先是最大 直径的活塞外伸，当其达到终点的时候，稍小直径的活塞开始外伸，这样各 级活塞依次外伸。它适用于安装空间受到限制而行程要求很长的场合，如起 重机伸缩臂液压缸、自卸汽车举升液压缸等。
二0一九年九月二十九日第一节液压缸的类型及其特点第二节液压缸的结构第三节液压缸的安装调整维护与常见故障分析小结第三章液压缸第三章液压缸液压缸是完成往复直线运动的执行元件它是将液体的压力能转换成机械能的能量转换装置其输入参数主要是压力和流量输出参数主要是力和位移
液压与气压传动
第4版
二0一九年九月二十九日
切削机床、压力机、起重机的液压系统。
在实际生产中，单活塞杆液压缸的差动连接常用在需要实现：“快 速接近-慢速进给-快速退回”工作循环的组合机床液压传动系统中。
若要求“快速接近”与“快速退回”的速度相等，这可以通过选择D
。 与d的尺寸来实现，D与d的关系为d=0.7D
二 、柱塞缸
柱塞式液压缸是单作用缸，它的回程需要借助自重或弹簧等其他外力来完成， 如果要获得双向运动，可将两柱塞液压缸成对使用，如图所示。
通过上述分析可知:
比较：
运动方向： →
→
←
速 度 V： V3 ＞ V1 推 力 F： F3 ＜ F1
＜ V2 ＞ F2
无杆腔进压力油工作时，推力大，速度低；有杆腔进压力油工作时，
推力小，速度高。因此，单杆活塞式液压缸常用于一个方向有较大负载、
运行速度较低，另一个方向为空载、快速退回运动的设备，如各种金属
1. 结构 单活塞杆液压缸由缸体、端盖、活塞、活塞杆、导向套、密封圈等 组成，如图所示。
单活塞杆液压缸的应用---自卸汽车
2.工作原理
单活塞杆液压缸的活塞只有一端带活塞杆，因而左右两腔有效作用 面积不同。单杆液压缸有缸体固定和活塞杆固定两种形式，如图所示。
它们的工作台移动范围都是活塞有效行程的两倍。
第二节 液压缸的结构
液压缸由缸体组件、活塞组件、密封件、连接件等基本部分组成。 此外，还有缓冲装置和排气装置。本节主要介绍密封、缓冲装置和排气 装置。
双作用单出杆活塞液压缸的典型结构举例：
1-螺钉； 2-缸底； 3-弹簧卡圈； 4-挡环； 5-卡环（由2个半圆组成）； 6-密封圈； 7-挡圈； 8-活塞； 9-支承环； 10-活塞与活塞杆之间的密封圈； 11-缸筒； 12-活塞杆； 13-导向套； 14-导向套和缸筒之间的密封圈； 15-端 盖； 16-导向套和活塞杆之间的密封圈； 17-挡圈； 18-锁紧螺钉； 19-防尘 圈； 20-锁紧螺帽； 21-耳环； 22-耳环衬套圈
液压缸的工作台与缸筒连接成一体，主要由缸体、活塞、活塞杆、 端盖、托架等组成，活塞杆固定在床身上。
工作原理：当压力油通过活塞杆2的中心孔和径向孔b(或a)分别进 入液压缸两腔时，就推动缸体带动工作台作往复运动。
2.空心双杆液压缸
空心双杆液压缸采用活塞固定，其工作台的最大活动范围约为活塞 有效行程的两倍。因此占地面积较小，适用于中型及大型机床。
设备，推力和速度的计算较典型。
液压与气压传动
第4版
二0一九年九月二十九日
第四章 液压辅助装置
第一节 蓄能器 第二节 过滤器 第三节 油管与管接头 第四节 压力表与压力表开关 第五节 油箱 第六节 液压泵站 小结
第四章 液压辅助装置
第一节 蓄能器
蓄能器是储存压力能的装置。它应用于间歇需要大流量的系统中， 达到节约能量、减少投资的目的；也可应用于液压系统中。起吸收压力 脉动及减小液压冲击的作用。
一、蓄能器的类型
蓄能器主要有重锤式、弹簧式和充气式三
种。最常用的是充气式蓄能器。
充气式蓄能器利用压缩气体储存能量。为安全
起见，所充气体应采用惰性气体 (一般为氮气)。
按蓄能器的结构可分为直接接触式和隔离式两
类。隔离式又分为活塞式和气囊式两种。
(1) 活塞式蓄能器 图4-1所示为活塞式蓄
能器,利用活塞2将气体1与液压油3隔离，其优
第三章 液压缸
第一节 液压缸的类型及其特点 第二节 液压缸的结构 第三节 液压缸的安装、调整、维护与常见故障分析 小结
第三章 液压缸
液压缸是完成往复直线运动的执行元件，它是将液体的压力 能转换成机械能的能量转换装置，其输入参数主要是压力和流量， 输出参数主要是力和位移。液压缸结构简单、工作可靠，应用广 泛。
双作用单杆活塞式液压缸剖面结构及实物图
第一节 液压缸的类型及其特点
液压缸的类型较多，按其作用方式分类，可分为单作用式和双作用 式两大类。
单作用式液压缸在液压力作用下只能朝着—个方向运动，其反向运 动需要依靠重力或弹簧等外力实现。
双作用式液压缸依靠液压力可实现正、反两个方向的运动。 液压缸按其结构形式的不同，可分为活塞式、柱塞式，其中以活塞 式液压缸应用最广泛。
伸缩液压缸
2.齿条缸
齿条缸又称无杆式液压缸，由一根带有齿条杆的双活塞缸1和一套齿 轮齿条传动机构2组成，如图所示。压力油推动活塞左右往复运动时，经 齿条推动齿轮轴往复转动，齿轮便驱动工作部件做周期性的往复旋转运动。 齿条缸多用于自动生产线、组合机床等转位或分度机构的液压系统中。
齿条液压缸 1—柱塞缸； 2---齿轮齿条传动机构
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。柱塞缸主要用在龙门刨床、导轨磨床、大型拉床等大行程设备的液 压系统中。
三、组合式液压缸
1．增压器 增压器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，其工作原理如图3-12所示。它由直径不同的两个液压缸串联而成， 大缸为原动缸，小缸为输出缸，其增压后的压力为p2。
点是结构简单，工作平稳、可靠，安装、维护
方便，寿命长。缺点是由于活塞惯性和摩擦阻
力的影响，反应不够灵敏，容量较小。
图4-1 活塞式蓄能器 1-气体 2-活塞 3-液压油
(2)气囊式蓄能器 图4-2所示，它利用气囊3把油和空气隔离。气 囊出口上有气门1，气门只在为气囊充气时才打开，平时关闭。壳体下 部有一个提升阀4，在工作状态肘，压力油液经过提升阀进入，当油液 排空时提升阀可以防止气囊被挤出。另外，充气时一定要打开螺塞5， 以便把壳体中的气体放掉，充完气后再拧紧螺塞5。这种蓄能器，重最 轻，惯性小，反应灵敏，容易维护。但气囊和壳体制造较困难，气囊 的使用寿命也较短。
二、液压缸的调整 三、液压缸的维护 组装液压缸时的注意事项 安装密封元件的注意事项
四、液压缸的常见故障及排除方法
小结
1.液压执行机构是将液压能转换为机械能的装置，常用的有液压马达和 液压缸。
2.液压马达按结构可分为齿轮式、叶片式和柱塞式三大类；根据液压缸 的结构特点可分为活塞缸、柱塞缸。
3.差动液压缸的三种进油方式常用于“快进→工进→快退”工作循环的
当压力油同时供给单活塞杆液压缸的两腔时，由于无杆腔的总作 用力较大，活塞以一定的速度向右运动。此时，有杆腔排出的油液与系 统供给的油液汇合后进入液压缸的无杆腔。这种连接方式称为差动连接。
差动连接时作用力和速度为：
v3
q A1 A2
4q πd 2
F3 p A1 A2
p πd 2
4
单活塞杆液压缸差动连接的应用
一 、活塞式液压缸
活塞式液压缸有双杆活塞缸和单杆活塞缸两种结构
（一）双活塞杆液压缸
双活塞杆液压缸的两端都有活塞杆伸出，按其安装方式的不同，有 缸体固定和活塞杆固定两种。其中活塞杆固定常做成空心双杆液压缸， 缸体固定常做成实心双杆液压缸。
1.实心双杆液压缸
3-1 实心双杆液压缸结构
l-压盖 2-密封圈 3-导向套 4-纸垫 5-活塞 6-缸体 7-活塞杆 8-端盖 9-支架 10-螺母。
二、蓄能器的功用 主要用途如下：
1.短期大量供油。 2.系统保压。 3.应急能源。 4.缓和压力冲击。 5.吸收压力脉动。
三、蓄能器的安装及使用
图4-2 气囊式蓄能器 1-气门 2-壳体 3-气囊
4-提升阀 5-螺塞
第二节 过滤器
一、过滤器的功用和过滤精度 1.过滤器的功用 液压油在使用过程中不断被污染。统计资料表明，液压系统的故障 约有80%以上是由于油液污染造成的。为了保证系统正常的工作，必须 对系统中污染物的颗粒大小及数量予以控制。过滤器的功用就在于不断 净化油液，使污染程度控制在允许的范围内。 2.过滤精度 过滤器的精度通常用能被滤掉的杂质颗粒的公称尺寸(lμm)来表示。 通常分为四个等级: 粗（d>100um）、普通（d≥10-100um）、精（d≥510um）、特精（d≥1-5um），一般要求系统过滤精度小于运动副间隙的 一半。此外，压力越高，对过滤精度要求亦越高。 过滤精度的推荐值（见表4-1）。
（一）间隙密封
间隙密封是利用运动副间的配合间隙起密封作用的。为了减少泄漏， 相对运动部件的配合间隙必须足够小，故对配合面的加工精度和表面粗 糙度提出了较高的要求。图中活塞外圆表面上开有若干个环形槽，主要 是为了使活塞四周都有压力油的作用，这有利于活塞的对中以减小活塞 移动的摩擦力。这种密封形式主要用于速度较高的低压液压缸与活塞配 合处，此外也广泛用于各种泵、阀的柱塞配合中。
p1 ——液压缸的进油腔压力；
p2 ——液压缸的回油腔压力，若液压缸的出口直接接油箱，p2≈0；
D ——活塞的直径；
d ——活塞杆的直径；
F ——液压缸的推力； v ——液压缸的运动速度；
q ——输入液压缸的流量。
若液压缸的出口直接接油箱，p2≈0 ，p1=p
则
F
p1
p2
A
pπ D2
4
d2
（二）单活塞杆液压缸
（二）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方法，它通过密封 圈本身的受压变形来实现密封。橡胶密封圈的断面通常做成0形、Y形和 V形等。
V形密封圈的应用
二、液压缸的缓冲
液压缸设置缓冲装置可以使活塞部件行程至末端时减速并使速度接 近于零，以便减少活塞运动部件的惯性力，减轻活塞与端盖之间的机械 撞击，从而减少噪声和振动，防止液压缸损坏。
液压缸的排气装置
排气塞的结构
第三节 液压缸的安装、调整、维护与常见故障分析
一、液压缸的正确安装方法 1.地脚形液压缸的安装方法
二、液压缸的调整 三、液压缸的维护 四、液压缸的常见故障及排除方法
第三节 液压缸的安装、调整、维护与常见故障分析
一、液压缸的正确安装方法 1.地脚形液压缸的安装方法
2.法兰形液压缸的安装方法 3.耳环形液压缸的安装方法
一、液压缸的密封
液压缸泄漏有内泄漏和外泄漏，如图3-15所示，液压装置的内、外 泄漏直接影响系统的性能和效率，外泄漏还会污染工作环境。泄漏严重 时会使整个系统无法工作，泄漏的原因是配合间隙两侧有压力差或相对 运动，因此，必须采用适当的密封装置来防止和减少泄漏。常见的密封 方法有以下两种。
配合间隙两侧有压力差：压差流动 配合间隙有相对运动：剪切流动
常见的缓冲装置 ①环状间隙式缓冲装置：
缓冲装置要解决的问题：缓冲工作过程 反向启动
②节流口可变式缓冲装置：
③节流口可调式缓冲装置：
三、液压缸的排气
液压缸内最高部位常常会聚积空气，这是由于液压油中混有空气， 或者液压缸长期不用而空气侵入液压缸所致，空气的存在会使液压缸运 动不平稳，产生振动或爬行。为此，设计液压缸时要考虑空气的排除。 对于水平放置要求不高的液压缸一般不设置专门的排气装置，可将进出 油口设置在缸体两端的最高处，利用回油使空气随油液一起排往油箱， 再经油箱排出。对速度稳定性要求较高的液压缸或大型液压缸，需要在 液压缸两侧最高部位设置排气装置，如排气塞或排气阀。在液压缸排气 时打开排气塞或排气阀，排气完毕后关闭排气塞或排气阀。
3.单活塞杆液压缸的速度及推力
当供给液压缸的流量q一定时、供 油压力p一定，回油压力为零时，活塞 两个方向的运动速度、两个方向的作用 力为：
以无杆腔进油时：
v1
q A1
4q πD 2
F1
pA1
p πD2
4
以有杆腔进油时：
v2
q A2
4q πD 2 d 2
F2
pA2
pπ D2
4
d2
单活塞杆液压缸的差动连接