液压缸概述

液压缸
液压缸
液压缸
• 第一章 液压缸概述 • 第二章 液压缸结构及设计 • 第三章 液压缸密封件的选用 • 第四章 液压缸的设计禁忌
液压缸概述
第一章 液压缸概述
1.1 液压缸的定义 1.2 液压缸的类型与特点 1.3 液压缸的基本计算 1.4 典型液压缸结构
液压缸的定义
• 1.1液压缸的定义
液压缸是液压系统的执行元件，它将液压能转换为机械能，用 来实现直线往复运动或小于360°的摆动。
v2
A1
A2
Fv 21
A1
F1
v3
FvA312
F1
D d D d D d
p1
p2
p2
p1
q+q'
q'
q
q
q
q
q
q
无杆腔进油、有杆腔回油——牵引力大，速度q低——工作行程
有杆腔进油、无杆腔回油——牵引力小，速度高——返回行程
活塞杆输出和缩回速度不相等。
有杆腔和无杆腔同时进油——差动油缸——活塞杆伸出——牵引力
缸筒与端盖的连接形式
• 1.5缸筒与端盖的连接形式
（a）法兰式
结构简单，加工方 便，连接可靠，是 一种常用的连接方 式。但是这种连接 方式使得油缸体积 大，重量高
（b）半环式
工艺性好，连接可 靠，但对缸体有削 弱作用，常用于无 缝钢管缸筒和端盖 的连接。
（c）外螺纹式
体积小，重量轻， 结构紧凑，但缸筒 端部较复杂，装卸 需专用工具，常用 于要求外形尺寸小、 重量轻的场合。
典型液压缸结构 • c、双活塞杆式液压缸
双活塞杆液压缸的两端都有活塞伸出，组成与单活塞杆液压缸基本相同。 缸筒与缸盖用法兰连接，活塞与缸筒内壁之间采用间隙密封。
1—活塞杆 2—堵头 3—托架 4、17—V形密封圈 5、14—排气孔 6、19—导向套 7—O形密封圈 8—活塞 9、22—锥销 10—缸体 11、20—压板 12、21—钢丝环 13、23—纸垫 15—活塞杆 16、25—压盖1 8、24—缸盖
典型液压缸结构
• 1.4典型液压缸结构 a、柱塞缸
典型液压缸结构
由柱塞，缸筒，导向套，缸底，压盖，密封圈等组成。 柱塞为无缝钢管，表面镀烙，耐磨防绣； 柱塞由导向套导向，缸筒内壁无须加工； 缸筒上部有排气装置，排除混入油中的空气，防止振动噪声和爬行； 缸底支撑在球面轴承上，保证中心受压； 球面支承周围设有弹簧，减振缓冲； 密封装置：柱塞－缸筒－V形密封圈（动密封）；缸底－缸筒－o形密封圈 （固定密封）。 防尘装置：压盖内有防尘圈，清除柱塞外露表面的污泥。
1—隔板 2—缸体 3—转动轴 4—叶片
液压缸的类型与特点
液压缸的类型与特点
液压缸的类型与特点
4）其他缸
a) 增力缸 pq
D d
增力缸结构图
图示为由两个单杆活塞缸串联在一起的增力缸，当压力油通入两缸左腔时，
串联活塞向右运动，两缸右腔的油液同时排出，这种油缸的推力等于两缸推力的
总和。由于增加了活塞的有效面积，因而使活塞杆上的推力或拉力得到增加。设
典型液压缸结构
活塞缸（双作用单活塞杆液压缸）
由缸底、缸筒、缸盖、活塞、活塞杆、导向套、支承耳环等 组成； 连接方式：缸筒－缸底：焊接，法兰连接 缸筒－缸盖：螺纹连接，法兰连接，卡键连接 活塞－活塞杆：螺纹连接，卡键连接 耳环－活塞杆：螺纹连接，焊接 活塞上装有支承环（尼龙材料），防止缸筒内壁拉伤； 缸盖后面设有导向套，保证活塞杆沿轴心运动，不偏心； 密封装置：缸筒－缸盖：o形密封圈（固定密封） 活塞－活塞杆：o形密封圈（固定密封） 活塞杆－缸盖： Y或V形密封圈（动密封） 活塞－缸筒: 一对背靠背Y形密封圈（动密封） 防尘装置 排气装置 缓冲装置
柱塞缸
压
缸
伸缩式套筒缸
图型符号
特点
活塞只单向受力而运动，反向运动依靠活塞自重 或其它外力
柱塞只单向受力而运动，反向运动依靠柱塞自重 或其它外力
有多个互相连动的活塞，可依次伸缩，行程较 大，由外力使活塞返回
液压缸的类型与特点
普通缸
单 不可调缓冲 活缸 塞 杆 可调缓冲缸
双
差动缸
作
用
液 压 缸
双 等行程等速缸 活 塞
缸筒与端盖的连接形式
（d）内螺纹式
体积小，重量轻，结 构紧凑，但缸筒端部 较复杂，常用于要求 外形尺寸小，重量轻 的场合。
（e）焊接式
工作可靠，强度高， 制造简单，但易产生 焊接变形。
（f）拉杆式
结构简单，工艺性好， 通用性强，但端盖体 积较大，用于长度不 大的中、低压液压缸。
活塞与活塞杆的连接形式
设置缓冲装置的目的：使活塞接近终端时，增达回油阻力，减缓运动件的运动 速度，避免冲击。
缓冲装置
作用：防止活塞在行程的终点与前后端盖板发生碰撞，引起噪音，影响工件精 度或使液压缸损坏。前后端盖上设缓冲装置 缓冲原理：在活塞接近行程终端时，增大回油阻力（使回油压力提高）， 降低活塞的运动速度。
常用的缓冲装置： 柱塞缓冲、行程节流缓冲。
进油压力为p，活塞直径为D，活塞杆直径为d，不考虑摩擦损失，增力缸的牵引
力为
F p π D 2 p π (D 2 d 2 ) p π (2 D 2 d 2 )
44
4
液压缸的类型与特点
b) 增压缸
D d
p1 q1
p2 q2
增压缸结构图
图示为由活塞缸和柱塞缸组合而成的增压缸，用以使液压系统中的局部区域
活塞与活塞杆的连接形式
12 3 45
1一活塞杆；2一(活a)塞；3一密封圈； 4一弹簧圈；5一螺母
（a)螺纹连接
结构简单，拆装方便
1一卡键；2一(b套) 环；3一弹簧卡圈
（b)半环连接
结构简单，拆装方便，强度高， 多用于高压及振动较大的场合
缓冲装置
• 1.7缓冲装置
执行元件端部的冲击现象： 活塞运动到端部时，将与缸底或缸盖发生机械碰 撞，由于速度的剧变，而产生刚性冲击，负载越大，速度越高，冲击越大。
压力p 流量Q 液压功率
液压缸
作用力F 速度V 机械功率
液压缸的类型与特点
• 1.2液压缸的类型与特点
按结构分类：柱塞式液压缸、活塞式液压缸、摆动液压缸、组合液 压缸 按供油次数：单作用液压缸、双作用液压缸
按驱动负载：推力缸、拉力缸、摆动液压缸
液压缸的类型与特点 各类液压缸简图
名称
单
活塞缸
作
用
液
气压力转换成大体相等的液压力
液压缸的类型与特点 1)柱塞式液压缸(柱塞缸)
柱塞式液压缸由缸体、柱塞、导套、密封圈、压盖等零件组成。 单作用式（只有一个油口），单向驱动，柱塞的回程靠外力（重力， 弹簧力）实现。 柱塞较粗，受力较好，柱塞不与缸筒内壁接触，加工工艺性好。 千斤顶液压缸，叉车举升液压缸，起重机变幅和伸缩液压缸。
p1A1
p1
πD2 4
液压缸的基本计算
(2) 当有杆腔进油、无杆腔回油时
F2A2p1A1p2m4D2 d2 p14D2p2m
u2
Qv
A2
4Qv D2d2
式中 F2——推力 u2——速度
A1——大腔面积 p1——供液压力 A2——小腔面积 p2—— 回油压力
若回油腔直接接油箱，p2≈0，则：
液压缸的基本计算
• 3）双活塞杆式液压缸
由于活塞两侧面积相等，故当供液压力相同时，驱动的负载相；当 供液流量不变时，活塞伸出速度与退回速度相同。
F p 1 p 2 A m 4D 2 d 2p 1 p 2 m
uQv A
D 4Q 2vd2
式中 F——推力 ； p1——供液压力 ； p2——回液压力； u——速度 ； D——活塞直径 ； d——活塞杆直径； Q——供液流量。
液压缸稳态下的p与FL、Q与u的计算所依据的两个基本 方程是：活塞杆或柱塞上稳态力平衡方程和流量连续方程。
液压缸的基本计算 • 1）柱塞式液压缸
FApcm4d2pcm
uQcv
A
4Qd2cv
式中 ，F ——推力 ；
p——供液压力； cm ——机械效率
Q——供液流量 ； u——柱塞速度 ； cv ——容积效率
c) 伸缩式液压缸
伸缩式液压缸是由两个或多个活塞式液压缸套装而成的，前一级
活塞缸的活塞杆是后一级活塞缸的缸筒。
伸缩式液压缸具有多级套筒形活塞杆，故又称为多级液压缸。
A
B
3
1
2
1—活塞
2—活塞
3—缸体
伸缩式液压缸示意图
液压缸的类型与特点
液压缸的基本计算
• 1.3液压缸的基本计算
液压缸的基本计算是指供液压力p与负载FL、输入流量 Q与运动速度u的计算。
液压缸的类型与特点
在差动连接时，差动缸活塞推力F3和运动速度 u3:
F 3A 1 A 2p 1m 4D 2 d2p 1m
u3
QA1Q'v
Q D2d2
4
D2
u3
4
4Q
整理得： u 3 d 2
由上述可知，差动连接比非差动连接时的推力小而运动速度快， 所以，这种连接形式是以减小推力为代价而获得快速运动的。
小，速度高——快进
单活塞杆双作用缸具有快伸、慢伸和快缩三种工作状态。
动画
液压缸的类型与特点
液压缸的类型与特点
（2）双活塞杆液压缸
v
v
v
v
F
F
F
F
A
A
p1 q
l
l
q p2
l
A
p1 q
l
q p2 A
l
双杆活塞式液压缸及其安பைடு நூலகம்形式
动画
两工作腔有效液压作用面积相等，伸出和缩回时的牵引力和速度都相同。 用作磨床工作台和龙门刨床工作台驱动液压缸。
F2 p1A2 p1π4(D2d2)
液压缸的基本计算
u 2 与 之比称为液压缸的速度比 ， 即：
u1
u2
u1
Q Q//A A1 2A A1 2D2D 2d2
(3) 液压缸左右两腔同时进入压力油，即差动连接
在差动连接时，液压缸左右两腔同时进入压力油，但因为两腔的 有效作用面积不等，故活塞向右运动。
液压缸的类型与特点
2)活塞式液压缸
活塞式液压缸由缸筒、活塞和活塞杆、端盖等主要部件组成。 活塞式液压缸通常有单杆和双杆两种形式。又有缸筒固定、活塞移 动与活塞杆固定、缸筒移动两种运动方式。
A F
A F
Q P
v
v
Q
P
单杆液压缸
双杆液压缸
液压缸的类型与特点
(1)单活塞杆液压缸：
v1
A1
FvA112
F1
液压缸的类型与特点
液压缸的类型与特点
3）摆动式液压缸
摆动式液压缸又称为摆动液压电动机或回转液压缸，它把油液的
压力能转变为摆动运动的机械能。常用的摆动式液压缸有单叶片和双
叶片两种。
动画
(a) 单叶片式
(b) 双叶片式
单叶片式摆动缸：最大摆角300°，转速高，扭矩小； 双叶片式摆动缸：最大摆角150°，转速低，扭矩大；
获得高压。在这里活塞缸中活塞的有效工作面积大于柱塞的有效工作面积，所以
向活塞缸无杆腔送入低压油时，可以在柱塞缸那里得到高压油，它们之间的关系
为：
π 4
D2
p1
π 4
d2
p2
p2
D2 d
p1
Kp1
其中：D、d——活塞、柱塞的直径；
K——增压比K=D2/d2
液压缸的类型与特点
液压缸的类型与特点
杆 双向缸
伸缩式套筒缸 摆动缸
活塞双向受液压力而运动，在行程终了时不减速， 双向受力及速度不同
活塞在行程终了时减速制动，减速值不变
活塞在行程终了时减速制动，并且减速值可调
活塞两端面积差较大，使活塞往复运动的推力和 速度相差较大
活塞左右移动速度，行程及推力均相等
利用对油口进、排油次序的控制，可使两个活塞作多 种配合动作的运动
典型液压缸结构 • b、单活塞杆液压缸
单活塞杆液压缸只有一端有活塞杆。两端进出口油口A和B都可通 压力油或回油，以实现双向运动，故称为双作用缸。
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
液压缸的基本计算
• 2）单活塞杆式液压缸
(1) 当无杆腔进油、有杆腔回油时
F1A1p1A2p2m4D2p14D2 d2 p2m
u1QA 1v 4Q D 2v
式中 F1——推力 u1——速度
A1——大腔面积 p1——供液压力 A2——小腔面积 p2—— 回油压力
若回油腔直接接油箱，p2≈0，则F：1
有多个互相联动的活塞，可依次伸出获得较大行程
可输出小于360°或180°的旋转运动
液压缸的类型与特点
弹簧复位缸
增压缸
组
合
串联缸
缸
齿条传动缸
气—液转换器
单向液压驱动，由弹簧力复位 由A腔进油驱动，使B输出高压油源 用于缸的直径受限制，长度不受限制处，能获得较大推力 活塞的往复运动转换成齿轮的往复回转运动
• 1.6活塞与活塞杆的连接形式
活塞的材料通常用钢或铸铁，也可采用铝合金。活塞应有一定的导向长度，一 般取活塞长度为缸筒内径的（0.6～1.0）倍。活塞杆是由钢材做成实心杆或空心杆 ，表面经淬火再镀铬处理并抛光。短行程的液压缸的活塞杆与活塞做成一体。
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。