汽车机械基础章 (18)

u3
qv A1 A2
4qv
d 2
（18-7）
F3
p1 A1
p2 A2
4
D 2 p1
4
(D2
d 2 ) p1
4
d 2 p1
（18-8）
差动连接时，实际起有效作用的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，在输入油液压力和流量相
同的条件下，活塞杆的伸出速度较大而推力较小。
第18章液压缸和液压马达
第18章液压缸和液压马达 图18-12挡圈的设置
第18章液压缸和液压马达 图18-6齿条活塞缸
第18章液压缸和液压马达
18.2液压缸的结构
如图18-7所示为液压滑台液压缸的典型结构，它由缸筒、 活塞、活塞杆、端盖等组成。为了防止油液向外泄漏，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 筒之间均设置密封圈。为了防止灰尘、沙粒、水等脏物进入液 压缸内部，在端盖与活塞杆之间装有防尘圈，用以刮除活塞杆 上的脏物。为了防止活塞快速退回到行程终端时撞击缸盖，在 液压缸的端部还设置了缓冲装置。液压缸用螺钉固定在滑座上， 活塞杆通过支架和滑台固定在一起，当活塞杆往复移动时，即 带动滑台运动。
第18章液压缸和液压马达
图18-8 (a)法兰式；(b)半环式；(c)外螺纹式；(d)内螺纹式；(e)拉杆式；(f)焊接式
第18章液压缸和液压马达 2.缸筒、
缸筒是液压缸的主体，它与端盖、活塞等零件构成密闭的 容腔承受油压，因此，要有足够的强度和刚度，以便抵抗液压 力和其他外力的作用。缸筒内孔一般采用镗削、绞孔、滚压或 珩磨等精密加工工艺制造，以使活塞及其密封件、支撑件能顺 利滑动和保证密封效果，减少磨损。为防止腐蚀，缸筒内部有 时需要镀铬。
第18章液压缸和液压马达 18.1.3
摆动式液压缸也称摆动马达，是输出转矩并实现往复摆动 的执行元件，有单叶片和双叶片两种形式。
如图18-4(a)所示为单叶片式摆动缸，它的摆动角较大，可
达300°。当摆动缸进出油口压力分别为p1和p2，且输入流量
为qv时，它的输出转矩T和角速度ω各为
T
b 2
(
R2
第18章液压缸和液压马达
图18-2 (a)无杆腔进油；(b)有杆腔进油；(c) 差动连接
第18章液压缸和液压马达
（1）当无杆腔进油时，活塞的运动速度u1和推力F1分别为：
u1
qv A1
4qv
D 2
（18-3）
F1 p1 A1 p2 A2
4
D2
p1
4
(D2
d
2 ) p2
4
பைடு நூலகம்
D 2 ( p1
p2
)
u qv
4qv
A (D2 d 2)
（18-1）
第18章液压缸和液压马达
F
( p1
p2 )A
4
(D2
d
2 )( p1
p2 )
（18-2）
式中：u——活塞（或缸体）的运动速度；qv——供油流量； F——活塞(或缸体)上的推力；p1、p2——分别为液压缸进、 出口压力；A——液压缸有效工作面积；D、d——分别为活塞、 活塞杆直径。
第18章液压缸和液压马达
第18章液压缸和液压马达
18.1 液压缸的类型和特点 18.2 液压缸的结构 18.3 液压马达
第18章液压缸和液压马达
18.1液压缸的类型和特点
18.1.1
1.
如图18-1所示为双杆活塞式液压缸的原理图，活塞两侧 均装有活塞杆。当两活塞杆直径相同（即有效工作面积相 等）、供油压力和流量不变时，那么活塞往返运动时两个方 向的推力和运动速度均相等，即
实现初始密封（如图18-11（a）所示）。当密封腔充入压力油 后，在液压力p的作用下，O形圈被挤到槽的一侧，O形圈变成 如图18-11（b）所示。O形圈以更大的弹性变形力密封，密封
面上的接触压力上升为pm，提高了密封效果。O形圈在安装时
必须保证适当的预压缩量，压缩量的大小直接影响O 形圈的 使用性能和寿命，过小不能密封，过大则摩擦力增大，且易损 坏。
端盖装在缸筒端部，与缸筒形成密闭容腔，同样承受很大 的液压力，因此它们及其连接部件都应有足够的强度。
导向套对活塞杆或柱塞起导向和支撑作用。有些液压缸不 设导向套，直接用端盖孔导向，结构简单，但磨损后必须更换 缸盖。
第18章液压缸和液压马达 18.2.2
1.
如图18-9所示为活塞与活塞杆连接的主要形式。整体式连 接（如图18-9（a）所示）和焊接式连接（如图18-9（b）所示） 结构简单，轴向尺寸紧凑，但损坏后需整体更换。锥销式连接 （如图18-9（c）所示）加工容易，装配简单，但承载能力小， 且需要必要的防止脱落装置。螺纹式连接（如图18-9（d）、 （e）所示）结构简单，装拆方便，但一般需备有防松螺母。 半环式连接（如图18-9（f）、（g）所示）强度高，但结构复 杂。在轻载情况下，可采用锥销式连接。一般情况使用螺纹式 连接；高压和振动较大的情况下，使用半环式连接；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式或焊接式 连接。
4
d
2
p2
（18-4）
第18章液压缸和液压马达
（2）当有杆腔进油时，活塞的运动速度u2和推力F2分别为：
u2
qv A2
4qv
(D2 d 2)
（18-5）
F2 p1 A2 p2 A1
4
(D2
d
2 ) p1
4
D2
p2
4
D2
(
p1
p2
)
4
d
2
p1
（18-6）
式中：qv——供油流量；p1、p2——分别为液压缸进、出口 压力；D、d——分别为活塞、活塞杆直径。A1、A2——分别
归纳起来，液压缸由缸体组件、活塞组件、密封件和连接 件等基本部分所组成，此外，一般液压缸还设有缓冲装置和排 气装置。
第18章液压缸和液压马达 图18-7 液压滑台液压缸
1第8.128.章1 液压缸和液压马达
1.
缸体组件常见的连接形式如图18-8所示。法兰式结构简 单，加工和拆装都很方便，连接可靠，缸筒端部一般采用铸 造、镦粗或焊接方式制成粗大的外径，用以穿装螺栓，大中 型液压缸大部分采用此种结构。半环式连接分外半环连接和 内半环连接两种，半环连接工艺性好，连接可靠，结构紧凑， 拆装方便。但半环槽对缸筒强度有所削弱，需加厚缸壁，常 用于无缝钢管、缸筒与端盖的连接。螺纹式连接分为外螺纹 连接和内螺纹连接两种，其特点是重量轻，外径小，结构紧 凑，但缸筒端部结构复杂，装卸需专用工具，旋端盖时易损 坏密封圈，一般用于小型液压缸。拉杆式连接结构通用性好， 缸筒加工方便，拆装容易，但端盖的体积较大，拉杆受力后 会拉伸变形，影响端部密封效果，只适用于长度不大的中低 压缸。焊接式连接外形尺寸较大，结构简单，但焊接时易引 起缸筒变形，主要用于柱塞式液压缸。
活塞杆是连接活塞和工作部件的传力零件，它必须具备 足够的强度和刚度。活塞杆无论是实心的还是空心的，通常 都用钢料制造。活塞杆在导向套内往复运动，其外圆表面应 当耐磨并具有防锈能力，故活塞杆外圆表面一般镀铬。
第18章液压缸和液压马达
18.2.3
密封装置的作用是用来防止液压油的泄漏。液压泵、液 压缸、液压马达等是依靠密闭容积的变化来传递能量的，所 以，密封装置的优劣将直接影响液压元件的性能。根据两个 需要密封的偶合面间有无相对运动，可把密封装置分为动密 封和静密封两类。密封装置应该具有良好的密封性能，并能 随着压力的增加自动提高其密封性能，同时，摩擦阻力要小， 耐油性、耐腐蚀性、耐磨性要好，使用寿命长，还要制造简 单，装拆方便，使用的温度范围宽等。常见的密封方法主要 有间隙密封、活塞环密封和密封圈密封。
这种两个方向等速、等力的特性使双杆液压缸可以用于 双向负载基本相等的场合，如磨床液压系统。
第18章液压缸和液压马达 图18-1 双杆活塞式液压缸
第18章液压缸和液压马达
2.
如图18-2所示为双作用单杆活塞式液压缸。它只在活塞 的一侧装有活塞杆，因而，两腔有效作用面积不同。当向两 腔分别供油，且供油压力和流量不变时，活塞在两个方向的 运动速度和推力都不相等。
第18章液压缸和液压马达 图18-11 O形圈密封原理
第18章液压缸和液压马达
在静密封中，当压力大于32MPa时，或在静密封中，当 压力大于10MPa时，O形圈就会被挤入间隙中而损坏，以致 密封效果降低或失去密封作用，为此在O形圈低压侧需设置 由聚四氟乙烯或尼龙制成的挡圈（如图18-12所示），其厚 度为1.25～2.5mm。当双向受高压时，两侧都要加挡圈。
第18章液压缸和液压马达
图18-9活塞与活塞杆的连接形式 (a)整体式；(b)焊接式；(c)锥销式；(d)、(e)螺纹式；(f）、（g)半环式
第18章液压缸和液压马达
2.
活塞受油压的作用在缸筒内做往复运动，因此，活塞必 须具有一定的强度和良好的耐磨性。活塞一般用铸铁制造。 活塞的结构通常分为整体式和组合式两类（如图18-9所示）。
第18章液压缸和液压马达 1.
间隙密封是依靠相对运动零件配合面间的微小间隙来防 止泄漏实现密封的，因此，可用减小间隙的办法来减少泄漏。 一般的间隙为0.01～0.05mm，这就要求配合面的加工精度很 高。在圆柱配合面的间隙密封中，常在配合表面上开有几道 环行的沟槽（宽0.3～0.5mm，深0.5～1mm，间距2～5mm）， 一般称平衡槽。其作用是可使活塞自动对中，各向油压趋于 平衡，减小摩擦阻力；可减小偏心量，增大油液泄漏阻力， 提高密封性能；可储存油液，使活塞能自动润滑。
间隙密封的特点是结构简单，摩擦阻力小，磨损小，润 滑性能好，但对零件的加工精度要求较高，密封效果较差， 因此，间隙密封仅适用于尺寸较小，压力较低，运动速度较 高的活塞与缸体内孔间的密封。
第18章液压缸和液压马达
2.
活塞环密封是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18-10所示。其密封效果较间隙密封 好，适应的压力和温度范围宽，能自动补偿磨损和温度变化 的影响，能在高速条件下工作，摩擦阻力小，使用寿命长， 工作可靠。但因活塞环与其对应的滑动面之间为金属接触， 故不能完全密封，且活塞环加工复杂，缸筒内表面加工精度 要求高，一般用于高压、高温、高速的场合。
第18章液压缸和液压马达
图18-10活塞环密封 (a)活塞环的安装；(b)活塞环
第18章液压缸和液压马达
3.
（1）O形密封圈。O形密封圈的截面是圆形，主要用于静密 封和滑动密封。O形圈密封的原理如图18-11所示，它属于挤压 密封。当密封圈装入密封槽后，其截面受到一定的压缩变形。
在无液压力时，靠密封圈的弹性对接触面产生预接触压力p0，
2
R12 )( p1
p2 )
（18-9）
2qv
b(R22 R12 )
（18-10）
式中：b为叶片的宽度；R1、R2分别为叶片底部、顶部的回转半径。
第18章液压缸和液压马达
图18-4 (a)单叶片式摆动缸；(b)双叶片式摆动缸；(c) 图形符号
第18章液压缸和液压马达
18.1.4
1.
伸缩缸也称多级缸，它由两极或两极以上活塞缸套装而 成，如图18-5所示，前一级活塞缸的活塞就是后一级活塞缸 的缸筒。当伸缩缸逐个伸出时，有效工作面积依次减小，因 此，当输入流量相同时，外伸速度依次增大；当负载恒定时， 液压缸的工作压力逐渐升高。空载收回的顺序一般是从小活 塞到大活塞，活塞全部收回后，总长度较短，结构紧凑，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。
18.1.2
如图18-3所示，柱塞缸由缸筒1、柱塞2、导向套3、密 封圈4和压盖5等零件所组成。由于柱塞与导向套配合，以保 证良好的导向，故可以不与缸筒接触。因而，对缸筒内壁的 要求很低，甚至可以不加工，工艺性好，成本低，特别适合 于行程较长的场合。
第18章液压缸和液压马达 图18-3柱塞式液压缸
第18章液压缸和液压马达 图18-5伸缩缸
第18章液压缸和液压马达
2.
如图18-6所示为齿条活塞缸，又称无杆活塞缸，它由带 齿条杆的双活塞缸和齿轮齿条机构所组成。这种液压缸的特 点是：将活塞的直线往复运动经过齿轮、齿条机构转换为回 转运动。齿条活塞缸常用于机床的进给机构、回转工作台的 转位机构等。
是液压缸无杆腔和有杆腔的活塞有效作用面积。
第18章液压缸和液压马达
（ 3 ） 液 压 缸 两 腔 同 时 供 入 压 力 油 （ 如 图 18-2 （ c ） 所 示），由于无杆腔工作面积比有杆腔工作面积大，活塞向右 的推力大于向左的推力，故其向右移动。液压缸的这种连接 方式称为差动连接，差动连接时，活塞的速度和推力分别为：