液压控制技术第四章

液压缸中常见的密封装置如图4-13所示。
对于活塞杆外伸部分来说，由于它很容易把脏物带入 液压缸，使油液受污染，使密封件磨损，因此常需在活塞 杆密封处增添防尘圈，并放在向着活塞杆外伸的一端。
图4-13密封装置 间隙密封(b)摩擦环密封(c)O形圈密封(d)V形圈密封
▪ （4）缓冲装置。
为了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，常在液压缸前 后端盖上设有缓冲装置，以使活塞移到快接近行程终点时 速度减慢下来终至停止。
4.1 液压缸
▪ 液压缸是将液压泵输出的压力能转换为机 械能的能量转换装置，它主要是可使运动 部件实现往复运动或摆动。
4.1.1 液压缸的类型和特点
4.1．2 几种常用的液压缸
▪ 1．活塞式液压
活塞式液压缸根据其使用要求不同分为双杆式和单杆 式两种。其固定方式有缸体固定和活塞杆固定两种。 ▪ （1）双杆式活塞缸
置使用，如图4-4(b)所示。
图 4-4 柱塞式液压缸
▪ 当柱塞的直径为ｄ，输入液压油的流量为，压力为时，其柱塞上所 产生的推力Ｆ和速度ｖ为
F pA p d 2
4
v qv 4q
A d 2
柱塞式液压缸的主要特点是柱塞与缸筒无配合要求，缸筒内孔不需精 加工，甚至可以不加工。运动时由缸盖上的导向套来导向，所以它特别适 用于行程较长的场合。
往复运动，并利用设在缸两端的缓冲及排气装置，减少冲
击和振动。为了防止泄漏，在缸筒与活塞、活塞杆与导向
套以及缸筒与缸盖等处均安装了密封圈，并利用拉杆将缸 筒、缸盖等连接在一起。
图 4-10 单杆活塞缸的典型结构 1—前缸盖 2—活塞 3—缸筒 4—后缸盖 5—缸头 6—导向套
7—拉杆 8—活塞杆
2．液压缸的组成
3．摆动缸
▪ 摆动式液压缸也称摆动液压马达。用于将液压油的压力能转变为其输出轴往 复摆动的机械能。
图4-5（a）所示为单叶片式摆动缸，它的摆动角度较大，可达300°。
图 4-5 摆动缸 (a）单叶片式 (b）双叶片式 (c）图形符号
▪ 当摆动缸进出油口压力为ｐ1和ｐ2，输人流量为 ｑv时，它的输出转矩Ｔ和角速度各为
第四章 液压缸与液压马达
▪
在液压传动系统中，将液压泵提供的液压能转变为机
Байду номын сангаас
械能的能量转换装置称为液压执行元件，它包括液压缸和
液压马达。液压马达习惯上是指输出旋转运动的液压执行
元件，而把输出直线运动(其中包括输出摆动运动)的液压
执行元件称为液压缸。
目录
▪ 4.1 液压缸 (a) 4.1.1 液压缸的类型和特点 (b) 4.1．2 几种常用的液压缸 (c) 4.1.3 其他液压缸 (d) 4.1.4 液压缸的典型结构和组成 (e) 4.1.5 液压缸的安装、调整、常见故障和排除方法 ▪ 4.2 液压马达 (a) 4.2.1 液压马达的特点和分类 (b) 4.2.2 液压马达的工作原理 (c) 4.2.3 液压马达的基本参数和性能指标
图4-9双作用单活塞杆液压缸 1—耳环2—螺母3—防尘圈4、17—弹簧挡圈5—套6、15—卡键 7、14—O形密封圈8、12—Y形密封圈9—缸盖兼导向套10—缸筒 11—活塞13—耐磨环16—卡键帽18—活塞杆19—衬套20—缸底
▪
图4-10 所示为单杆活塞缸的典型结构。
▪
当压力油从a孔或b孔进入缸筒3时，可使活塞实 现
▪（2）单杆式活塞缸
如图4-2（a）所示，无杆腔进压力油，有杆腔回油，当输入液压缸的油液 流量为ｑv，液压缸进出油口压力分别为ｐ1和ｐ2时，其活塞上所产生的推力 Ｆ1和速度ｖ1为
F1 A1 p1 A2 p2 4
p1 p2 D2 p2d 2
v1
qv A1
4qv
D 2
图 4-2 单杆活塞式液压缸 (a) 无杆腔进油; (b) 有杆腔进油
Fi
p1 4
Di2
V1 4q Di2
3．齿轮齿条缸
▪ 齿轮齿条活塞缸又称无杆式液压缸，它由带有齿条杆 的双活塞缸和齿轮齿条机构所组成，如图4-8所示。活塞 的往复移动经齿轮齿条机构转换成齿轮轴的周期性往复转 动。用于实现工作部件的往复摆动或间歇进给运动。它多 用于自动生产线、组合机床等的转位或分度机构中。
T b R2 R1
p1
p2
rdr
b 2
R22
R12
p1 p2
2n 2q b R22 R12
4.1.3 其他液压缸
▪ 1. 增压液压缸
▪ 增压液压缸又称增压器。图4-6所示是一种由 活塞缸和柱塞缸组成的增压缸，它利用活塞和柱 塞有效面积的不同使液压系统中的局部区域获得 高压。它有单作用和双作用两种型式，单作用增 压缸的工作原理如图4-6(a)所示
端盖装在缸筒两端，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。设计时既要考虑强度， 又要选择工艺性较好的结构形式。
一般而言，缸筒和缸盖的结构形式和其使用的材料有关。工作压 力p＜10MPa时，使用铸铁；p＜20MPa时，使用无缝钢管；p＞ 20MPa时，使用铸钢或锻钢。图4-11所示为缸筒和缸盖的常见结构 形式。
所以右腔中油液的压力稍大于左腔油液压力。而这个差值一般都较小可以忽略不 计，则差动缸活塞推力F3 和运动速度 v3为：
F3
p1 A1
A2
p1
4
d2
v3
4q
d 2
图4-3 差动连接液压缸
比较上式(4-4)、式(4-9)可知，ｖ3>ｖ1；比较上式(4-3)、式(4-8)可知，F3< F1。这说明在输入流量和工作压力相同的情况下，差动连接时液压缸的推力比非 差动连接时小，速度比非差动连接时大，也就是单杆活塞缸差动连接时能使其速 度提高，同时其推力下降。正好利用这一点，可使在不加大油源流量的情况下得 到较快的运动速度，这种连接方式被广泛应用于组合机床的液压动力滑台和其它 机械设备的快速运动中。 如果要求快速运动和快速退回速度相等，即需v2=v3，则推导出条件为:
（a）螺母连接 1-活塞 2-螺母 3—活塞杆
（b）卡环式连接 1-弹簧卡 2-轴套 3-半环 4-活塞 5-活塞杆
（c）卡环式连接 1-活塞杆 2-密封圈座 3-活塞 4-半环
（d）径向销式连接 1-锥销 2-活塞 3-活塞杆
图4-12常见的活塞组件结构形式
▪ （3）密封装置。
液压缸的密封装置用以防止油液的泄漏，液压缸的密 封主要是指活塞、活塞杆处的动密封和缸盖等处的静密封。 常采用O形密封圈和Y形密封圈。
▪ 如图3-5（b）所示，当有杆腔进压力油，无杆腔回油时，即 油液从如图3-5b所示的右腔(有杆腔)输入时，其活塞上所产生的 推力Ｆ2和速度ｖ2为
F2 A2 p1 A1 p2 4
p1 p2 D2 p1d 2
v2
q A2
4q D2 d2
▪ 如果向单杆活塞缸的左右两腔同时通压力油，如图4-3所示，即所谓的差动
活塞杆是连接活塞和工作部件的传力零件，它必须具有足够的强 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有防锈能力，故活 塞杆外圆表面有时需镀铬。
行程比较短的液压缸往往把活塞杆与活塞做成一体，这是最简单 的形式。但当行程较长时，这种整体式活塞组件的加工较费事，所以 常把活塞与活塞杆分开制造，然后再连接成一体。
双杆式活塞缸的活塞两端都有一根直径相等的活塞杆伸 出，它根据安装方式不同又可以分为缸体固定式和活塞杆 固定式两种。
如图4-1（a）所示的为缸筒固定式的双杆活塞缸。它的进、出油口布置在缸筒 两端，活塞通过活塞杆带动工作台移动，当缸的左腔进压力油，右腔回油时，活 塞带动工作台向右移动；反之，右腔进压力油，左腔回油时，活塞带动工作台向 左移动。
图4-1（b）所示的活塞杆固定的双杆活塞缸。其缸体与工作台相连，活塞 杆通过支架固定在机床上，动力由缸体传递。在这种安装形式中，当缸的左腔 进压力油，右腔回油时，缸体带动工作台向左移动；反之，缸体带动工作台向 右移动。
图 4-1 双杆活塞式液压缸 (a) 缸体固定,活塞杆运动 (b) 活塞杆固定，缸体运动
D 2d
2. 柱塞缸
▪
柱塞缸是一种单作用液压缸，在液压力的作用下只能
实现单方向的运动，它的回程需要借助其他外力来实现。
其工作原理如图4-4（a）所示，柱塞与工作部件连接，缸
筒固定在机体上。当压力油进入缸筒时，推动柱塞带动运
动部件向右运动，但反向退回时必须靠其它外力或自重驱
动。若需要实现双向运动，则柱塞缸通常必须成对反向布
图 4-8 齿轮齿条活塞缸
4.1.4 液压缸的典型结构和组成
▪ 1．液压缸的典型结构举例 图4-9所示为一个较常用的双作用单活塞杆液压缸。它是由缸底
20、缸筒10、缸盖兼导向套9、活塞11和活塞杆18组成。缸筒一端与 缸底焊接，另一端缸盖(导向套)与缸筒用卡键6、套5和弹簧挡圈4固 定，以便拆装检修，两端设有油口A和B。活塞11与活塞杆18利用卡 键15、卡键帽16和弹簧挡圈17连在一起。活塞与缸孔的密封采用的 是一对Y形聚氨酯密封圈12，由于活塞与缸孔有一定间隙，采用由尼 龙1010制成的耐磨环(又叫支承环)13定心导向。杆18和活塞11的内 孔由密封圈14密封。较长的导向套9则可保证活塞杆不偏离中心，导 向套外径由O形圈7密封，而其内孔则由Y形密封圈8和防尘圈3分别 防止油外漏和灰尘带入缸内。缸与杆端销孔与外界连接，销孔内有尼 龙衬套抗磨。
单作用增压缸在柱塞运动到终点时，不能再
输出高压液体，需要将活塞退回到左端位置，再向 右行时才又输出高压液体，为了克服这一缺点，可 采用双作用增压缸，如图4-6（b）所示，由两个高 压端连续向系统供油。
图4-6 增压缸 （a）单作用增压缸 （b）双作用增压缸