第五章 液压缸

一、液压缸主要尺寸的确定 1、工作压力的选取
根据液压缸的实际工况， 根据液压缸的实际工况，计算出外负载大 然后参考下表选取适当的工作压力。 小，然后参考下表选取适当的工作压力。
液
负
缸 工 作
压
0 ～
缸
工
作
7 0 ～
压
力
的
确
定
2 5 0
载
压 力
0 .7
1 4 0
1 4 0 ～ 1 8 0 ～
> 2 5 0
P
1
( b a r ）
6 0
1 0 0 ～
1 4 0
2 1 0
3 2 0
2、活塞杆直径d与缸筒内径D的计算 受拉时： d=(0.3-0.5)D 受压时： d=(0.5-0.55)D (p1<5mpa) d=(0.6-0.7)D (5mpa< p1<7mpa) d=0.7D (p1>7mpa)
3、液压缸缸筒壁厚和外径的计算 缸筒最薄处壁厚：δ≥pyD/2(σ) δ—缸筒壁厚；D—缸筒内径； py—缸筒度验压力，当额定压 Pn>160x105Pa时，Py=1.25Pn ； (σ)—缸筒材料许用应力。 (σ)=σb/n。
反向移动时，若 v2 = v 必须
D = 2d
由以上公式可以看出，差动连 接时液压缸的实际有效作用面积是 活塞杆的横截面积。与非差动连接 无杆腔进油工况相比，在输入油液 压力和流量相同的条件下，活塞杆 伸出速度较大而推力较小。
柱塞缸
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。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，要求往 复运动时，需成对使用。柱塞缸能 承受一定的径向力。
作业
已知某单杆双作用液压缸的缸径为 100mm，活塞杆直径为50mm，向 100mm，活塞杆直径为50mm，向 液压缸的供油量为100L/min，不计 液压缸的供油量为100L/min，不计 内泄漏，试计算液压缸活塞杆的往 返运动的速度和差动连接时的速度。
4、活塞杆的计算 直径强度校核： 直径强度校核：d≥[4F/π(σ)]1/2 d—活塞杆直径；F—液压缸的负载； 活塞杆直径； 液压缸的负载； 活塞杆直径 液压缸的负载 (σ)—活塞杆材料许用应力， (σ) 活塞杆材料许用应力， 活塞杆材料许用应力 /n。 (σ)=σb/n。
5、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 度与活塞杆直径之比大于15时，应按 材料力学有关公式对活塞进行压杆稳 定性验算。
固定方式 缸筒固定，一腔连续地输入压力油，当 油的压力足以克服活塞杆上的所有负载 时，活塞以一定的速度连续向另一腔运 v 动，活塞杆对外界做功 ；反之亦然。
1
活塞杆固定，一腔连续地输入压力油时， 则缸筒向另一方向运动；反之亦然。
第二节 液压缸基本参数的计算
双杆活塞缸
双杆活塞 缸活塞两侧 都有活塞杆 伸出。
活塞与活塞杆连接
常见的有一体式、锥销式连接外、 常见的有一体式、锥销式连接外、还有螺 纹式连接和半环式连接等多种型式
液压缸缓冲
i
间隙缓冲 可调缓冲 卸载缓冲
环状间隙式缓冲装置
节流口可调式缓冲机构
液压缸排气
排气阀排气、排气塞排气、 排气阀排气、排气塞排气、进出油口排气
密封装置 限制或防止液体泄漏的措施称为密封。 密封的作用不仅是防止液压油的泄漏， 还要防止空气和尘埃侵入液压系统。内 泄漏指油液从高压腔向低压腔的泄漏， 所泄漏的油液并没有对外做功，其压力 能绝大部分转化为热能，使系统的容积 效率降低，损耗功率，造成执行元件的 运动速度减慢。外泄漏不仅损耗油液， 而且污染环境，是不允许的。
参数计算 单向运动
4q v= 2 πd
F=p
π
4
d
2
双向运动
增压缸
增压缸是活塞缸与柱塞缸组成的复合缸，但 它不是能量转换装置，只是一个增压器件。 A
p2 = p1
1
A2
参数计算
2 2
A1 p2 = p1 A2
增压比为大活塞与小柱塞的面积比 K＝D /d ；增压能力是在降低有效流 量的基础上得到的； 增压缸作为中间环节，用在低压系统要 求有局部高压油路的场合。
第五章 液压缸
液压缸属于液压系统的执行元件。 液压缸将液体的压力能转化为机械能， 用于驱动工作机构作往复直线运动。 液压缸结构简单，工作可靠，可与杠 杆、连杆、齿轮齿条、棘轮棘爪、凸 轮等机构实现多种机械运动，故其应 用比液压马达更为广泛。
第一节 工作原理、 类型和特点 1. 工作原理
把系统的压力能转换为机械能，以 v
L = 3l
L=2l
当活塞杆固定时，运动部件移动范围是活塞有效 当活塞杆固定时， 行程的两倍 。
L = 3l
L=2l
单杆活塞缸 单杆活塞缸只有一端带活塞杆，它也有 缸筒固定和活塞杆固定两种安装方式， 两种方式的运动部件移动范围均为活塞 有效行程的两倍，即 L = 2l 。
参数计算
q1 4q1 v1 = A = π D 2 1 无杆腔进油 F = p π D2 − p π (D2 − d 2 ) 1 2 1 4 4
1-缸底 2-弹簧挡圈 3-套环 4-卡环 5-活塞 6- 型密封圈 7-支承环 8-挡圈 9- 形密封圈 10-缸筒 11-管接头 12-导向套 13-缸盖 14-防尘圈 15-活塞杆 16-定位螺钉 17-耳环
液压缸共性结构 缸体与缸盖连接
常见连接方式有法兰连接式、 常见连接方式有法兰连接式、半环连接式 、螺纹 连接式 、拉杆连接式 、焊接式连接等
液压系统对密封的要求为：在一定 压力下，密封性能可靠，受温度变 化影响小；对相对运动表面产生的 摩擦力小，磨损小，磨损后最好能 自动补偿，耐油性和抗腐蚀性要好， 使用寿命要长；结构简单，便于拆 装。
第四节 液压缸的设计和计算 液压缸的设计和计算是在对整个 液压系统进行工况分析，计算了最大 负载力，先定了工作压力的基础上进 行的。因此，首先要根据使用要求确 定结构类型，在按照负载情况，运动 要求决定液压缸的主要结构尺寸，最 后进行结构设计。
注：本章所论及的液压缸，除特别指明外， 本章所论及的液压缸，除特别指明外， 均以缸筒固定， 均以缸筒固定，活塞杆运动
参数计算
q 4q v= = 2 2 A π(D −d ) F = (D −d )( p1 − p2 ) 4
2 2
π
双杆活塞缸根据安装方式不同又分为 活塞杆固定式和缸筒固定式两种。
当缸筒固定时，运动部件移动范围是活塞有效 当缸筒固定时， 行程的三倍；占地面积大。 行程的三倍；占地面积大。
差动连接缸
单活塞杆缸两腔同时通压力油，称为 差动连接。差动连接的缸只能一个方 向运动。图示为向右运动。
参数计算
F = p1 ( A1 − A2 ) = p1 vA1 = q + vA3 v=
π
4
d2
F = p1 ( A1 − A2 ) = p1
q 4q = A1 − A3 π d 2
π
4
d
2
vA1 = q + vA2 q 4q v= = 2 A1 − A2 π d
q2 4q2 v2 = = 2 2 A2 π D − d ) （ 有杆腔进油 F = p π (D2 − d 2 ) − p π D2 1 2 2 4 4
两种工作状态比较： 两种工作状态比较：
当q1 = q2 ,
p
1
= p,
p
2
= 0时， v1 < v2
ϕ ≈ 1时 v2 ≈ v1 v2 A1 F1 速比 ϕ = = = ,则 v1 A2 F2 ϕ >> 1时 v2 >> v1
伸缩缸
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。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。 除双作用伸缩液压缸外，还有单作用伸缩液 压缸，它与双作用不同点是回程靠外力，而 双作用靠液压作用力。
参数计算
Fi = P 1
π
4
Dη
2 i mi
4qηvi vi = 2 π Di
当通入压力油时，活塞由大到小依次伸 出；缩回时，活塞则由小到大依次收回。 各级压力和速度可按活塞缸的有关公式 计算。 特别适用于工程机械及自动线步进式输 送装置。
第三节 液压缸的典型结构及组成 缸体组件 包括缸筒、缸盖、缸底等。 活塞组与缸盖 的密封。 缓冲装置 排气装置
1
实现直线往复运动。
2. 组成：活塞、缸体、活塞杆、端盖、密封 组成：活塞、缸体、活塞杆、端盖、
液压缸的分类
按结构形式分： 活塞缸 柱塞缸 摆动缸 单杆活塞缸、双杆活塞缸 径向柱塞缸和轴向柱塞缸 单叶片摆动缸、双叶片摆动缸
按作用方式分： 单作用液压缸 一个方向的运动依靠液 压作用力实现，另一个方向依靠弹簧力、 重力等实现； 双作用液压缸 两个方向的运动都依靠 液压作用力来实现； 复合式缸 活塞缸与活塞缸的组合、 活塞缸柱塞缸的组合、活塞缸与机械结 构的组合等。