第五章 液压系统的执行元件

A1 P A2 P2 1
A1 p2 p1 A2
比值 A1 / A2 称为增压比。
由于 A1 / A2 1 因此压力 p 2 被放大，从而起到增压的作用。
各种类型液压缸的选择
机器的往复直线运动直接采用液压缸来实现是最简单方便的。

要求往返运动速度和承受负载相同，采用双活塞杆式液压缸； 要求单向负载较大的工进、另一方负载较小的快速退回，
对于长期不使用的缸或者新使用的缸， 其内部会存有气体，引起缸的振动和爬 行，有时影响缸的运动平稳。
方法主要有：排气阀排气、排气塞排气、进出油口排气
注意：气体比油轻这个道理，应当将排气装置安装于
缸工作腔的最高位置，否则排气无效。
5.3 液压缸的设计与计算
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。
单杆活塞缸简单连接结论
活塞杆直径越小，两个方向速度差值越小。
若把两个方向上的输出速度v2和v1的比值称为速度比，记作 λv， 则： v v2 1 d D 1
v1 d 1 D
2
v
v
在已知D和λv时，可确定d值。
固定方式和工作过程皆与双杆活塞液压缸相同。
• 简单连接式（a,b）
只有一端有活塞杆。其两端进出油口 都可通压力油或回油，以实现双向运 动，故又称为双作用单杆活塞缸。
• 差动连接式 (c)
（1）简单连接式
无杆腔进油时 有杆腔进油时
两种进油方式比较
单杆活塞缸的计算简图
前提条件：不论哪腔进油，供油流量为 q ；
进口压力油为
p1 ，大于出口压力油 p2 。
由两个活塞缸和一套齿条传动装置
2.齿条活塞缸
组成的复合式缸。


齿轮齿条传动装置将活塞的移动变成齿轮的传动， 用于实现工作部件的往复摆动或间歇进给运动。 用在机床的进刀机构、回转工作台转位、分度装置、 液压机械手等。
3.增压缸
增压缸能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。但它不是能量转换装置， 只是一个增压器件。 不计摩擦力，根据力平衡关系，可有如下等式：
液压缸简介
液压缸是液压执行元件，
机 将液压能转变为机械能的、 床 工 作 动）。结构简单、工作可 台 往 靠。用它来实现往复运动 复 运 可免去减速装置，且无传 动
翻 斗 车 机 构
做直线往复运动（或摆
动间隙，运动平稳，因此 在各种机械的液压系统中 得到广泛应用。
5.1
液压缸的类型和工作原理
一、活塞式液压缸
二、柱塞式 液压缸
由缸筒、柱塞、导套和压盖等组成，柱塞 和缸筒无配合关系，只是柱塞与缸盖上的 导向套有配合关系。故缸筒内壁不需精加 工，特适用于行程较长的场合。
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。 柱塞缸的速度推力特性： 柱塞缸运动速度：
4q v v d 2

4 d 2 p1 m
类似差动缸

柱塞缸输出的推力：
F
F ( p1 p 2 )

4
d2
柱塞式液压缸特点：
(1)它是一种单作用式液压缸，靠液压力只能实现一个方 向的运动，柱塞回程要靠其它外力或柱塞的自重；
(2)柱塞只靠缸套支承而不与缸套接触，这样缸套极易加 工，故适于做长行程液压缸； (3)工作时柱塞总受压，因而它必须有足够的刚度； (4)柱塞重量往往较大，水平放置时容易因自重而下垂， 造成密封件和导向单边磨损，故其垂直使用更有利。
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) 其中：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。
4、活塞杆的计算 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； (σ)—活塞杆材料许用应力，(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。
则宜用单活塞杆式液压缸，并可考虑用差动连接。

行程较长时，可采用柱塞缸，以减少加工的困难；


系统的压力比较低，局部需要较大的压力，可用增压缸；
往复摆动运动可用直线式液压缸加连杆机构或齿轮—齿条机构
来实现，也可用摆动式液压缸。
5.2 液压缸的结构
拉 杆 液 压 缸 结 构
可分为缸体组件、活塞组件、密封
双杆活塞缸的速度推力特性

当两活塞杆直径相同，供油压力 和流量不变时，活塞式液压缸在 左右两个方向上的运动速度和推 力都相等。

q A 4q D2 d 2
F p1 p2 A m

D 4
2
d 2 p1 p2 m

2.单杆活塞缸
F1 A1 p1 A2 p 2 m

D 4

2
p1 D 2 d 2 p 2 m
2


1
2
q 4q A1 D2
q 4q A2 D2 d 2
F2 A2 p1 A1 p 2 m
D 4
液压缸工作压力的确定
负载
缸工作压力
0～0.7
70～140
140 ～250
>250
320
P1(bar）
60
100 ～140 180 ～210
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)
无论采用其中哪一种形式，液压缸 运动所占空间长度都是两倍活塞或 缸体的行程。
（2）差动连接
单杆活塞缸两腔同 时通入流体时，利 用两端面积差进行 工作的连接形式。
差动连接的缸只能一个方向运动，图示向右。 有杆腔排出流量进入无杆腔，液压缸的运动 速度和推力为： 流量连续性方程 运动速度
3


1.液压马达一般需要正反转，故在内部结构上应具有对称性， 而液压泵一般是单方向旋转的，没有这一要求。 2.为了减小吸油阻力，减小径向力，一般液压泵的吸油口比出 油口的尺寸大。而液压马达低压腔的压力稍高于大气压力，所 以没有上述要求。 3.液压马达要求能在很宽的转速范围内正常工作，因此，应采 用液动轴承或静压轴承。因为当马达速度很低时，若采用动压 轴承，就不易形成润滑滑膜。
装置、缓冲装置和排气装置等。
缸体组件
缸体组件与活塞组件构成密封的容腔，承受油压。因此缸体
组件要有足够的强度，较高的表面精度和可靠的密封性。
法兰连接
半环连接
螺纹连接
活塞组件由活塞、活塞杆
活塞组件
和连接件等组成
密封装置
要求液压缸所选用的密封元件，在工作压力下具有良好 的密封性能。并且，密封性能应随着压力升高而自动提高， 使泄漏不致因压力升高而显著增加。
双杆活塞缸 单杆活塞缸
双杆活塞缸的两端都有活塞伸出。一般由缸筒、缸盖、 活塞、活塞杆和密封件等零件构成。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.双杆活塞缸
根据安装方式不同分为: 缸筒固定式和活塞杆固定式
缸筒固定，活塞运动：工作台运动所占空间长度为活塞有
效行程的三倍（图a）。一般多用于小机床； 活塞杆固定，缸筒运动：工作台运动所占空间长度为液压 缸有效行程的两倍（图b），适用于中型及大型机床。
（1）简单连接式
q p1
p2
无杆腔进油时 有杆腔进油时
两种进油方式比较
（1）简单连接式
q p2
p1
无杆腔进油时 有杆腔进油时
两种进油方式比较
（1）简单连接式
无杆腔进油时 有杆腔进油时
两种进油方式比较
1）由于两腔面积不等,A1 > A2，所以F1＞F2，v1＜v2。 2）流量相同速度不等；压力相同推力不等。 即不具有等推力等速度特性。 3）活塞杆伸出时，F较大，v较小，适用于重载慢速; 活塞杆缩回时，F较小，v较大，适用于轻载快速。
液压缸的设计内容和步骤 (1)选择液压缸的类型和各部分结构形式。 (2)确定液压缸的工作参数和结构尺寸。 (3)结构强度、刚度的计算和校核。 (4)导向、密封、防尘、排气和缓冲等装置的设计。 (5)绘制装配图、零件图、编写设计说明书。
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，计算出外负载大小， 然后参考下表选取适当的工作力。
液压缸的计算
液压缸的计算主要涉及以下参数：
缸的结构参数:缸内径D、活塞杆外径d； 液压油的动力参数:进油压力
p1 、回油压力 p 2 、供油流量 q ；
F、速度v。
外载荷的动力参数:往复缸的推力
5.4 液压马达
液压马达是把液体的压力能转换为机 械能的装置。同类型的液压泵和液压 马达结构上相似，但工作情况不同， 使得结构上也有差异。
液压缸常用的密封方法：

间隙密封 密封元件的密封 间隙密封
缓冲结构示例
缓冲装置是在运动速度决、惯 性大的液压缸上所设置的一种 减缓冲击的装置。
液压缸在缓冲时通过回油腔节流口的作用，将进油腔液压油的 压力能、运动部件的动能转化成缓冲腔液压油的压力能。这种 压力能可以用节流口流量通用公式分析。