液压缸的典型结构及组成 液压缸的设计计算
3液压缸解读
液压缸液压缸（又称油缸）是液压系统中常用的一种执行元件，是把液体的压力能转变为机械能的装置，主要用于实现机构的直线往复运动，也可以实现摆动，其结构简单，工作可靠，应用广泛。
3.1 液压缸的类型及特点液压缸可按运动方式、作用方式、结构形式的不同进行分类，其常见种类如下。
3.1.1活塞式液压缸活塞式液压缸可分为双杆式和单杆式两种结构形式，其安装又有缸筒固定和活塞杆固定两种方式。
3.1.1.1双杆活塞液压缸双活塞杆液压缸的活塞两端都带有活塞杆，分为缸体固定和活塞杆固定两种安装形式，如图3．1所示。
图3.1 双活塞杆液压缸安装方式简图因为双活塞杆液压缸的两活塞杆直径相等，所以当输入流量和油液压力不变时，其往返运动速度和推力相等。
则缸的运动速度V 和推力F 分别为：)(422d D q A q v v -==πη （3.1）m p p d D F ηπ))((42122--= （3.2）式中: 1p 、2p --分别为缸的进、回油压力；v η、m η--分别为缸的容积效率和机械效率；D 、d--分别为活塞直径和活塞杆直径；q--输入流量；A--活塞有效工作面积。
这种液压缸常用于要求往返运动速度相同的场合。
3.1.1.2单活塞杆液压缸单活塞杆液压缸的活塞仅一端带有活塞杆，活塞双向运动可以获得不同的速度和输出力，其简图及油路连接方式如图3.2所示。
(1)当无杆腔进油时[图3.2（a ）]，活塞的运动速度1v 和推力1F 分别为v v D q A q v ηπη2114== （3.3）m m p d D p D A p A p F ηπη])([4)(2221222111--=-= （3.4）(2)当有杆腔进油时[图3.2(b)]，活塞的运动速度2v 和推力2F 分别为v v d D q A q v ηπη)(42222-==（3.5）m m p D p d D A p A p F ηπη])[(4)(2212211222--=-= （3.6）式中符号意义同式（3.1）、式（3.2）。
液压传动第四章
3
4.1.1
活塞式液压缸
1.单杆双作用活塞式液压缸
(1).结构 缸体、活塞、活塞杆、密封、缸盖等
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4
1.单杆双作用活塞式液压缸
(2).工作原理
无杆腔 进油腔
有杆腔
回油腔
工作原理：因两侧有效作用面积或油液压力不等， 活塞在液压力的作用下，作直线往复运动。
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3.缸筒长度L 缸筒长度L由最大工作行程长度加上各种结构需要来确定，即（一般缸 筒的长度最好不超过内径的20倍） ： L=l+B+A+M+C 式中： l为活塞的最大工作行程； B为活塞宽度，一般为(0.6-1)D; A为活塞杆导向长度，取(0.6-1.5)D; M为活塞杆密封长度，由密封方式定； C为其他长度。
液压缸的组成(续2）
3.密封装置
(a)间隙密封 (b)摩擦环密封
(c)O形圈密封
(d)V形圈密封
24
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4.2.2
液压缸的组成(续3）
4.缓冲装置
液压缸的缓冲装置 1—节流阀 中国地质大学远程教学
25
4.2.2
液压缸的组成(续4）
5.放气装置
放气装置 1—缸盖 2—放气小孔 3—缸体 中国地质大学远程教学
q v 3( A1 A 2 )
速度： v 3 推力：
q A1 A 2
q A杆
4q
d
F 3 pA 1 pA 2 p ( A 1 A 2 ) pA 杆 p
d
4
2
特点：v3 > v1 ；F3 < F1 。 结论 差动连接后，速度大，推力小
液压缸的设计_液压与气动技术专业毕业设计
毕业设计液压缸的设计摘要将液压缸提供的液压能重新转换成机械能的装置称为执行元件。
执行元件是直接做功者，从能量转换的观点看，它与液压泵的作用是相反的。
根据能量转换的形式，执行元件可分为两类三种：液压马达、液压缸、和摆动液压马达，后者也可称摆动液压缸。
液压马达是作连续旋转运动并输出转矩的液压执行元件；而液压缸是作往复直线运动并输出力的液压执行元件。
而此说明书是针对液压缸的工作环境和工作要求来确定液压缸的工作压力和承载能力，来确定其缸筒内径、壁厚和活塞杆的直径。
再根据液压缸的零部件的工作要求确定零件的工艺，根据零件的精度要求确定零件的加工方法，并生成工艺卡片，完成零件的加工。
关键字：液压缸、机械能、转矩、执行元件目录摘要 (I)第1章绪论 (1)第2章液压传动系统的执行元件——液压缸 (2)2.1 液压缸的类型及结构形式 (2)2.2 液压缸的组成 (4)第3章液压缸的设计 (10)3.1 简介 (10)3.2 液压缸的设计 (10)3.2.1 缸筒的设计 (12)3.2.2 活塞杆的设计 (14)结论 (18)参考文献 (19)致谢 (20)第1章绪论液压传动是研究以有压流体（液体）为传动介质来实现各种机械的传动控制的学科。
液压传动是根据流体力学的基本原理，利用流体的压力能进行能量的传递和控制各种机械零部件运动。
目前，液压技术已广泛应用于各个工业领域的技术装备上，例如机械制造、工程、建筑、矿山、冶金、船舶等机械，上至航空、航天工业，下至地矿、海洋开发工程，几乎无处不见液压技术的踪迹。
液压技术的应用领域大致上可以归纳为以下几个主要方面：（1）各种举升、搬运作业。
尤其在行走机械和较大驱动功率的场合，液压传动已经成为一种主要方式。
如起重机、起锚机等。
（2）各种需要作用力大的推、挤、挖掘等作业装置。
例如，各种液压机、塑料注射成型机等。
（3）高响应、高精度的控制。
飞机和导弹的姿态控制等装置。
（4）多种工作程序组合的自动操作与控制。
第四章：液压缸(含习题答案)
d D 1 1
v
（3）活塞杆直径d也可按受力情况初选，然后根据校核最后确定。 表4-4 活塞杆直径的选取 活塞杆受力情况 受 拉 受压及拉 受压及拉 受压及拉 工作压力p／MPa — p≤5 5＜p≤7 p＞7 活塞杆直径d d = (0.3～0.5) D d = (0.5～0.55) D d = (0.6～0.7) D d = 0.7D
38-30
第三节 液压缸的设计和计算
液压缸设计步骤
一、液压缸工作压力的确定 根据负载计算工作压力，也可根据用途查表。 二、液压缸内径和活塞杆直径的确定 内径根据工作负载和工作压力确定。必要时校核强度。 三、液压缸其他部位尺寸的确定 四、液压缸的强度和刚度校核
38-31
第三节 液压缸的设计和计算
一、液压缸工作压力p的确定 F=pA
注意： ① v3>v1， v3>v2 ； F3<F1 ，F3<F2 ，差 动连接是一种减小推力而获得较高 速度的方法。 ② A1=2A2，则差动液压缸在左右两个 运动方向上速度相等时，推力也相 等。（向左运动：有杆腔通压力油 ，无杆腔排油回油箱）
q 4qVV v1 A1 πD 2
v2
4qVV q A2 π D 2 d 2
38-10
第一节 液压缸的类型及特点
二、柱塞式液压缸 单作用式液压缸大多是柱塞式的，单向液压驱动，靠外力回程。
推力：
π 2 F pA m p d m 4
输出速度：
qV V 4 qV V v A πd 2
液压缸的结构和材料
小来选择，选择范围很广，对那些低压小的尺寸的液压缸，可使用 灰口铸铁，常用的为HT200到HT350之间，要求高一些的，则可选用 球墨铸铁QT450-10、QT500-7及QT600-3等。要求再高的可以采用铸 钢，如ZG230-450、ZG270-500、ZG310-570等。对那些大、中型锻造 液压机，就常用35或40锻钢，有时也用20MnMo等低合金钢来制造 烟台液压缸。而在一些大吨位的锻造或模锻液压机中，液压缸的材 料有时选用18MnMoNb合金钢，用大的钢锭直接锻造成液压缸的毛 坯。
单杆活塞液压缸结构
缸体组件
缸体组件包括： －缸体、端盖、导向套、连接件等
缸筒与端盖的连接方式 －法兰连接 －螺纹连接 －半环连接 －拉杆连接 －焊接
缸体组件(2/4)
（a）法兰式。法兰式连接结构简单，加工方便，连 接可靠，但要求缸筒端部有足够的壁厚，用以安装 螺栓或旋入螺钉。缸筒端部一般用铸造、镦粗或焊 接方式制成粗大的外径。它是常用的一种连接形式。
4.1.4 液压缸的典型结构和材料 1.液压缸典型结构
缸体组件 活塞组件 密封组件 缓冲组－套环；4－卡环；5－活塞；6－O形密封圈； 7－支承环；8－挡圈；9－YX 形密封圈；10－缸体；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
缸体组件(3/4)
（d）拉杆式。拉杆式连接结构简单，工艺性好，通 用性强，但端盖的体积和质量较大，拉杆受力后会 拉伸变长，影响密封效果，只适用于长度不大的中 低压缸。
（e）焊接式。焊接式连接强度 高，制造简单，但焊接时易引起 缸筒变形。
（f）钢丝连接。结构简单，尺寸 小，重量轻。但是轴向尺寸略有 增加，承载能力小。
液压缸的计算
(2)伸缩缸。
伸缩缸由两个或多个活塞缸套装而成，前一级活塞缸的活塞杆内孔是后一级活塞缸的缸筒，伸出时可获得很长的工作行程，缩回时可保持很小的结构尺寸，伸缩缸被广泛用于起重运输车辆上。
伸缩缸可以是如图4-10(a)所示的单作用式，也可以是如图4-10(b)所示的双作用式，前者靠外力回程，后者靠液压回程。
图4-10伸缩缸伸缩缸的外伸动作是逐级进行的。
首先是最大直径的缸筒以最低的油液压力开始外伸，当到达行程终点后，稍小直径的缸筒开始外伸，直径最小的末级最后伸出。
随着工作级数变大，外伸缸筒直径越来越小，工作油液压力随之升高，工作速度变快。
其值为：F i=p124iD(4-30)V1=4q/πD i2 (4-31) 式中的i指i级活塞缸。
图4-11齿轮缸(3)齿轮缸。
它由两个柱塞缸和一套齿条传动装置组成，如图4-11所示。
柱塞的移动经齿轮齿条传动装置变成齿轮的传动，用于实现工作部件的往复摆动或间歇进给运动。
二、液压缸的典型结构和组成1.液压缸的典型结构举例图4-12所示的是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。
图4-12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—缸底如图4-13所示为一空心双活塞杆式液压缸的结构。
液压缸结构及原理
a)
b)
图4-4 柱塞缸 a)单向液压驱动 b)双向液压驱动 1－柱塞 2－缸筒 3－工作台
第４章
液压缸
第４章
液压缸
第４章
液压缸
柱塞缸产生的推力F和运动速度v分别为
F
4
d2p
(4-10)
4q v d 2
式中 A ——柱塞缸的有效工作面积，A=πd2/4； p ——液压缸的进油压力； d ——柱塞的直径； F ——液压缸的推力； v ——液压缸的运动速度； q ——输入液压缸的流量。
第４章
液压缸
第４章
液压缸
⑶ 双杆活塞缸的推力及速度的计算，一般情况下两个活塞杆的直径相 等，当液压缸一腔进油而另一腔回油时，两个方向的运动速度和推力 是相等的。当油液的输入流量为q、输入压力为p1和输出压力为p2时， 液压缸的推力F和速度v分别为：
F p1 p 2 A
v
q 4q A D2 d 2
(4-11)
第４章
液压缸
4.1.3 摆动式液压缸
摆动式液压缸又称为摆动式液压马达，其输出运动为摆动运动，输出 参数为转矩和角速度。如图4-5所示，其主要由缸筒1、叶片轴2、定位块3 和叶片4等组成。 图4-5a为单叶片式摆动缸，其摆动角度可达300°。它的理论输出转 矩T和角速度ω分别为：
T=
b 2 2 R2 R1 p1 p 2 2
b)
c)
图4-3 单杆活塞缸
a)无杆腔进油 b)有杆腔进油 c)差动连接
第４章
液压缸
第４章
液压缸
第４章
液压缸
第４章
液压缸
⑵ 有杆腔进油 ，如图4-3b所示，液压油从有杆腔进入，其压力为p1、流 量为q，无杆腔回油，其压力为p2，推动活塞向左运动。则液压缸产生的 推力F2和速度v2为：
第4章-液压缸-用.
2.双叶片式摆动缸 在径向尺寸和工作压力相同的条件下，是单叶片式摆动缸输出转矩 的2倍，但回转角度相应减少，一般不超过150°。
特点和应用： 结构紧凑、输出转矩大，但密封困难。 一般只用于中、低压系统中的往复摆动， 转位或间歇运动的场合。 如：机床回转夹具、送料装置等。
1A 2
18 0
A 1
1 0 0
2.速度计算
缸1 q v1A1
v1A q11 1 0 6 0 1 1 0 0 341.6m/m in
缸2 q1出v1A2 q2进 v2A1
v 2 v 1 A A 1 2 A A 1 2v 1 1 8 0 0 0 1 .6 m /m in 1 .2 8 m /m in
（3）柱塞重量往往比较大，水平放置时容易因自重而下 垂，造成密封件和导向件单边磨损，故柱塞式液压缸垂直使 用较为有利；
（4）当柱塞行程特别长时，仅靠导向套导向不够，可在 缸筒内设置各种不同形式的辅助支承，起到辅助导向的作用。
推力Ｆ F＝pA＝ｐ４ ｄ２
速度ｖ ｖ＝q＝ 4q A d2
2.应用 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，所以它特别适用在行程 较长的场合。
三、摆动式液压缸 摆动式液压缸是输出转矩并实现往复摆动的执行元件。 当通入压力油时，它的主轴能输出小于3600的摆动运动。
单叶片式 双叶片式
1-定子块；2-缸体；3-摆动轴；4-叶片
1.单叶片式摆动缸
当摆动缸进出油口压力为ｐ1和ｐ2，输入流量为 ｑ时，输出转矩Ｔ和角速度ω各为
T＝ b 8(D2－ d2)(p1－ p2)m
液压缸的典型结构和组成
液压缸9 密封装置
液压缸的典型结构和组成
(4) 缓冲装置 缓冲装置的工作原理是利用活塞或缸筒在其走向行程终端时封住
活塞和缸盖之间的部分油液，强迫它从小孔或细缝中挤出，以产生 很大的阻力，使工作部件受到制动，逐渐减慢运动速度，达到避免 活塞和缸盖相互撞击的目的。
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.
液压、液力与气压传动技术
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液压缸的典型结构和组成
Page ▪ 3
图4.7 缸筒和缸盖常见结构
1.缸盖； 2.缸筒； 3.压板； 4.半环； 5.防松螺帽； 6.拉杆
液压缸的典型结构和组成
（2）活塞与活塞杆 图4.8所示为几种常见的活塞与活塞杆的连接形式。 图4.8（a）所示为活塞与活塞杆之间采用螺母连接； 图4.8（b）和（c）所示为卡环式连接方式； 图4.8（d）所示是一种径向销式连接结构。
液压、液力与气压传动技术
液压缸的典型结构和组成
1.1 液压缸的组成
液压缸的结构基本上可以分为缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封 装置、缓冲装置和排气装置五个部分。
(1) 缸筒和缸盖 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4.7所示为缸筒和缸盖的常见结构形式。 图4.7（a）所示为法兰连接式; 图4.7（b）所示为半环连接式; 图4.7（c）所示为螺纹连接式图; 图4.7（d）所示为拉杆连接式; 图4.7（e）所示为焊接连接式。
《液压传动》(课件)-第四章精选全文
4．缓冲装置
图 液压缸缓冲装置的形式
缓冲装置有两种形式：一种为节流式， 它是指在液压缸活塞运动至接近缸盖时，使低 压回油腔内的油液，全部或部分通过固定节流 或可变节流器，产生背压形成阻力，达到降低 活塞运动速度的缓冲效果，图中的（a）， （b），（d），（e），（f）均属于此类。
另一类为卸载式，如图（c）所示，它是 指在活塞运动至接近缸盖时，双向缓冲阀2的 阀杆先触及缸盖，阀杆沿轴向被推离起密封作 用的阀座，液压缸两腔通过缓冲阀2的开启而 高低压腔互通，缸两腔的压差迅即减小而实现 缓冲。
当解锁压力油卸除之后又能自动锁紧。
1—锁紧套筒；2—活塞杆； 3—活塞
图套筒式锁紧装置
二、刹片式锁紧装置
如图所示，在液压缸的端盖上带有一 制动刹片1，它在碟形弹簧 2 的作用下被紧 紧地压在活塞杆 3 上，依靠摩擦力抵消轴 向力，从而使活塞杆锁紧在任意位置上。
当解锁压力油进入 A 腔后，在液压力 的作用下，将制动刹片顶开，使之脱离活 塞杆，达到解锁的目的。
F1
F2
(p1
p2 )A m
π 4
(D2
d2 )( p1
p2 )m
（4-1）
v1
v2
q A
v
（4-2）
式中， A ——液压缸的有效面积； ηm ——液压缸的机械效率； ηv——液压缸的容积效率； D ——活塞直径； d ——活塞杆直径； q ——输入液压缸的流量；
p1 ——进油腔压力；
p2 ——回油腔压力。
图（b）所示为半环连接，缸筒壁部因开了环形槽而削弱了 强度，因此有时要加厚缸壁，它容易加工和装拆，重量较轻， 常用于无缝钢管或锻钢制造的缸筒上。
图（c）所示为螺纹连接，缸筒端部结构复杂，外径加工时 要求保证内外径同心，装拆要使用专用工具，它的外形尺寸和重 量都较小，常用于无缝钢管或铸钢制的缸筒上。
第11讲液压缸结构、设计
螺纹连接<
> 重量轻，外径小，但端部复杂，
外螺纹 装卸不便，需专用工具
焊接连接
拉杆连接
通用性好，缸体加工方便，装拆方 便，但端盖体积大，重量也大，拉 杆受力后会拉伸变形，影响端部密 封效果，只适于中低压.
活塞和活塞杆的连接
∵ 工作压力、安装方式、 工作条件的不同。
∴ 活塞组件有多种结构形式。 整体式：常用于小直径液压缸，
1、缸筒壁厚δ
中低压系统，无需校核
确定原则 <
高压大直径时，必须校核δ
薄壁缸体（无缝钢管）:
当D/δ≥ 10时 δ≥ptD/2[б]
[б]= бb /n Pt 为缸筒的试验压力，由液压缸的额定压力来确定 [б] 缸筒材料的许用压力 бb 缸筒材料的抗拉强度
n一般取为5
厚壁缸体（铸造缸体）:
当D/δ ≤ 10时 δ≥D/2[√[б]+ 0.4 pt/[б] -1.3pt-1] 若 液压缸缸筒与缸盖采用半环连接，δ应取 缸筒壁最小处的值。
d为：
d D 1
缸的速度比 过大会使无杆腔产生过大的背压，速 度比 过小则活塞杆太细，稳定性不好。
2 根据执行机构速度要求和选定液压 泵流量 来确定
以单杆缸为例： 无杆腔进油时
1
q A1
v
4q
D2
有杆腔进油时
2
q A2
4qvD2 dຫໍສະໝຸດ 2（二）活塞杆直径d原则：活塞杆直径可根据工作压力或设 备类型选取液压缸的往复速度比 有一定要求时
V1
液压缸内径和活塞杆直径的确定
（一）液压缸内径D
（二）活塞杆直径d
液压缸内径D
一 双杆缸
F
A p1 p2 m
第五章液压缸介绍
例：液压刨床
差动缸：单杆活塞缸的
左右两腔都接通高压油 时称为“差动连接”。
F3 p1 ( A1 A2 ) m p1
d2
4
m
q1
pq
qV 4qV v3 A1 A2 d 2
q2
结论：差动连接后，速度大，推力小。 差动连接时活塞 ( 或缸筒 ) 只能向一个方 向运动，要使它反向运动，油路接法须与非 差动式连接相同。
(2)活塞杆外径d： 可根据满足速度或速度比的要求来选择， 也可根据活塞杆受力状况来确定。 按速度比λv确定：
v 1 dD v
按工作压力确定：
※ 按国标圆整为标准尺寸。
(3)缸筒长度L： 根据最大工作行程长度及各种结构需要来 确定，即： L=l+B+A+M+C
式中：l—活塞的最大工作行程； B—活塞宽度，一般为(0.6-1)D; A—活塞杆导向长度，取(0.6-1.5)D; M—活塞杆密封长度，由密封方式定； C—其他长度。
摩擦环密封：依靠套在活塞上的摩擦环在O 形密封圈弹力作用下贴紧缸壁而防止泄漏。 适用于缸筒和活塞之间的密封。
O形密封圈和V形密封圈：利用橡胶或塑料的弹性使各种截面的环形圈贴紧在静、动配合 面之间来防止泄漏。缸筒和活塞之间、缸盖和活塞杆之间、活塞和活塞杆之间、缸筒和 缸盖之间都能使用。
(四)缓冲装置
设计液压缸时，须注意以下几点：
尽量使活塞杆在受拉状态下承受最大负载，或在
受压状态下具有良好的稳定性；
考虑液压缸行程终了处的制动问题和液压缸的排 气问题；
正确确定液压缸的安装、固定方式；
液压缸各部分的结构需根据推荐的结构形式和设 计标准进行设计，尽可能做到结构简单、紧凑、加工、 装配和维修方便； 在保证能满足运动行程和负载力的条件下，应尽 可能地缩小液压缸的轮廓尺寸； 要保证密封可靠，防尘良好。
液压与气压传动电子教材 (2)
《液压与气压传动》教学大纲一、课程性质与任务1．课程性质：本课程是车辆工程专业的专业选修课。
2．课程任务：通过本课程的学习使学生了解和掌握液压传动技术的基本知识，典型液压元件的结构特点和工作原理；掌握液压基本回路的组成，典型液压传动系统的工作原理；液压传动系统的设计计算及其在工程实际中的应用等；通过实验课使学生对液压元件结构及液压传动系统有更深刻的认识，并掌握必要的实验技能和一定的分析和解决问题的实际能力。
二、课程教学基本要求通过对液压概念、液压元件和液压系统组成的介绍，让学生理解液压系统以及各组成元件的工作方式、工作原理、结构细节对性能的影响，最终达到自己设计液压系统的目的。
通过必要的理论学习和实验操作，使学生掌握基本的实验方法及实验技能，学习科学研究的方法，帮助学生学习和运用理论处理实际问题，验证消化和巩固基础理论；通过液压传动实验使学生初步具备液压元件、液压回路的调整和测试的综合能力；培养学生正确处理实验数据和分析实验结果的能力，运用所学的理论解决实际问题的能力，提高学生的综合素质。
使学生同时具备将抽象的液压原理用简洁的机构表达出来的能力。
教学中要坚持以学生为主体，教师为主导，充分调动学生学习的主动性和积极性，让学生主动参与教学全过程；课堂教学中要多采用模型、实物和现代教育技术，加强直观性教学，注意理论联系实际，重视培养学生的实际操作能力。
成绩考核形式：平时30%（作业、考勤、练习、实验），期末70%（考试）。
成绩评定采用百分制，60分为及格。
三、课程教学内容第一章绪论1．教学基本要求了解液压传动发展概述；理解压力、流量、速度的基本概念；掌握液压系统的工作原理、组成。
2．要求学生掌握的基本概念、理论通过本章教学使学生初步具有识别简单液压系统的技能，激起学生的学习热情和学习兴趣。
3．教学重点和难点教学重点是液压传动的工作原理，关于压力和流量的两个重要概念。
教学难点是液压系统的组成。
4．教学内容第一节液压与气压传动系统的工作原理1．液压与气压传动的工作原理2．液压与气压传动系统的组成3．液压与气压传动系统的职能符号第二节液压与气压传动的优缺点1．液压与气压传动的优点2．液压与气压传动的缺点第三节液压与气压传动的应用与发展1．液压与气压传动的应用2．液压与气压传动的发展第二章液压油与液压流体力学基础1．教学基本要求了解流体力学三个基本方程式：连续性方程、伯努利方程和动量方程的意义和计算；理解动力学基本概念：理想液体、恒定流动、迹线和流线等；掌握液体静力学基本方程及意义、压力、流量两个重要参数。
液压缸设计
第一章液压系统设计液压缸动作过程3150KN热压成型机液压系统属于中高压液压系统，涉及快慢速切换、多级调压、保压补压等多个典型的液压回路。
工作过程为电机启动滑块快速下行滑块慢速下行保压预卸滑块慢速回程滑块快速回程推拉缸推出推拉缸拉回循环结束。
按液压机床类型初选液压缸的工作压力为28Mpa,根据快进和快退速度要求，采用单杆活塞液压缸。
液压系统设计参数〔1〕合模力；〔2〕最大液压压28Mp；〔3〕主缸行程700㎜；〔4〕主缸速度υ快＝38㎜/s、υ慢=4.85㎜/s。
分析负载〔一〕外负载压制过程中产生的最大压力，即合模力。
〔二〕惯性负载设活塞杆的总质量m＝100Kg，取△(三)阻力负载活塞杆竖直方向的自重活塞杆质量m≈1000Kg，同时设活塞杆所受的径向力等于重力。
静摩擦阻力动摩擦阻力由此得出液压缸在各个工作阶段的负载如表****所示。
表*** 液压缸在各个工作阶段的负载F工况负载组成负载值F工况负载组成负载值F 启动981保压3150×103加速537补压3150×103快速491快退+G10301按上表绘制负载图如图***所示。
F/N v/mm s-1537 491981 384.850 l/mm 0 l/mm-491 -981由已知速度υ快＝38㎜/s、υ慢=4.85㎜/s和液压缸行程s=700mm，绘制简略速度图，如图***所示。
液压缸的计算〔一〕液压缸承受的合模力为3150KN，最大压力p1=28Mp。
鉴于整个工作过程要完成快进、快退以及慢进、慢退，因此液压缸选用单活塞杆式的。
在液压缸活塞往复运动速度有要求的情况下，活塞杆直径d根据液压缸工作压力选取。
由合模力和负载计算液压缸的面积。
将这些直径按GB/T 2348—2001以及液压缸标准圆整成就近标准值，得:由此得液压缸两腔的实际有效面积〔二〕确定液压缸壁厚根据公式计算液压缸壁厚。
式中：δ=管壁厚 mmP=最大压力 kg/cm2D=液压缸内径 mm许用应力，[]=,n为安全系数，此处取n=5。
(液压与气压传动技术)第3章执行元件
第一节 液压缸
一、液压缸的作用、类型和特点
2、液压缸的类型 按结构形式，可以分为：
1）活塞式液压缸 2）柱塞式液压缸
双杆活塞缸 单杆活塞缸
3） 伸缩式液压缸
双杆活塞缸
活塞两侧的活塞杆直径相等。
进、出油口位于缸筒两端； 工作台移动范围约为活塞有 效行程的三倍。
进、出油口在活塞杆上，或 用软管连接在缸筒两端； 工作台移动范围约为活塞有 效行程的二倍。
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
一、液压缸的典型结构 液压缸的结构形式很多，在此以单杆活塞缸
为例，说明液压缸的基本组成。
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
第二节 液压缸的典型结构和组成
b. 速度
v1
qv
A1
4qv D2
v2
qv
A2
(D 4q2vd2)
特点：同样 q ，v1 < v2 ；
p 一样，F1 > F2 。
4. 应用：往返运动速度及推力不同的场合。
例：液压刨床
单杆活塞缸
单活塞杆液压缸左右两 腔同时接通压力油，这种 连接方式称为差动连接， 此缸称为差动缸。
此时液压缸两腔压力相等，但两腔活塞的工作 面积不相等，活塞将向有杆腔方向运动。
（3）参数计算
推力：
F
pApd2
4
速度：
液压系统设计简明手册
液压系统设计简明手册本书是由机械电子工业部教材编辑室与全国机械制造专业教学指导委员会和教材编审委员会联合组织编写的系列机械制造简明手册中的一本。
本书着重介绍液压系统的计算和结构设计，通过具体实例叙述了液压系统设计的全过程，对液压缸、油路板、集成块和液压站的设计方法也作了详细说明，并提供实际图样作参考。
同时也收集了常用的液压元件和辅助元件的产品和安装尺寸，以便读者在设计时选用。
"第一章液压系统的设计与实例一、液压系统的设计步骤和内容二、组合机床液压系统设计实例第二章液压缸的设计一、液压缸主要尺寸的确定二、液压缸的结构设计三、液压缸的典型结构第三章集成油路的设计一、液压油路板的结构与设计二、液压集成块结构与设计三、叠加阀装置设计第四章液压站的设计一、液压油箱的设计二、液压站的结构设计第五章常用液压元件一、液压泵和液压马达二、液压阀（GE系列）第六章辅助元件一、管道二、管接头三、密封件四、滤油器五、蓄能器六、空气滤清器七、液位计附录附录A 工作介质的种类、性能和应用（摘自GB7631.2-87）附录B 常用液压与气动元件图形符号（摘自GB786.1-93）制钉机的液压系统设计作者：广东五邑大学尹学军刘海刚摘要：本文介绍了自动制钉机液压系统的设计，采用了较先进的集成油路板式结构。
关键词：制钉机；液压系统原理图；集成油路板式结构1前言射钉枪由于其效率高，使钉受力均匀、一致，使用方便等优点而广泛用于包装、广告装饰及家具制造、制鞋业等方面。
而作为其“子弹”的排钉，也就有了大量的需求。
笔者曾在珠江三角洲地区的制钉厂调查，发现这种钉子不仅在本地区，而且在内地和港澳、东南亚等地，都有相当的需要，经济效益可观。
排钉的制造过程为：（1）压线——将一定直径、一定强度的铁丝在压辊机上压扁；（2）排线——将若干条（一般为80～150条）压扁的铁线拉直并排在一起；（3）并线——将排好的线用粘合剂粘合在一起并烘干，成为板料；（4）制钉——将板料送到制钉机上成型。
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设计过程中，首先根据使用要求选择液压缸的结构类型，然后按负载情 况、运动要求、最大行程等确定其主要工作尺寸，进行强度、稳定性和缓冲 验算，最后再进行结构设计。
执行元件 液压缸的设计计算
液压缸的设计计算的主要内容包括两方面：
O型圈
执行元件 液压缸
V型圈
Y型圈
4.缓冲装置
当液压缸速度较高且驱动质量较大的部件时，其惯性很大。活塞运动到液压缸 终端停止时，会产生很大的冲击和噪声，严重的可能使活塞和端盖发生撞击，使液 压元件受损。
为消除和减少冲击，防止碰撞，必须采取适当的制动和缓冲装置。 缓冲装置的工作原理 为：当活塞行程接近端盖时，利用对油液的节流作用， 增大液压缸的回油阻力，使回油腔中产生足够大的缓冲压力，使活塞减速，从而防 止活塞撞击缸盖。
执行元件 液压缸
常用缓冲装置类型：
(a)圆柱环形缝隙式
执行元件
(c)可变节流槽式
液压缸
(b)圆锥环形缝隙式 (d)可调节流孔式
5.排气装置 通常有两种：一种是在液压缸的最高部位处开排气孔，并用管道连接排 气阀进行排气；另一种是在液压缸的最高部位安放排气塞。
执行元件 液压缸
4.3 液压缸的设计计算
最小导向长度（H） 当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到导向套滑动面中点的距离。
H L D 20 2
执行元件 液压缸的设计计算
缸筒长度（Ｌ） 原则：由液压缸最大工作行程长度、活塞宽度、活塞杆导向套长度、活塞 杆密封长度和特殊要求的其它长度确定。 其中：活塞宽度 =（0.6 —1.0）D； 最小导向长度H：H≥L/20 + D/2； D<80mm时，A=(0.6-10)D； 导向套滑动面长度A〈 D≥80mm时，A=(0.6-1)d； 为减小加工难度，一般液压缸缸体长度不应大于内径的20~30倍。
执行元件 液压缸
活塞环密封：依靠在活塞上的活塞环在O形圈弹力作用下贴紧缸壁而防止 泄漏。适用于高速、高压且不要求保压的液压缸密封；
执行元件 液压缸
l-缸筒;2-螺母;3-活塞;4-活塞杆;5-活塞环
密封件密封：利用橡胶和塑料的弹性使各种截面的环形圈（有O型，Y型、 V型圈等 ）紧贴在静、动配合面之间来防止泄漏。其应用最广泛。
p y —— 缸筒试验压力， 缸的额定压力pn≤16MPa， p y=1.5pn ; 缸的额定压力pn＞16MPa， p y=1.25pn ;
执行元件 液压缸的设计计算
活塞杆直径d校核
d
4F
F —— 活塞杆上的作用力；
[σ] —— 活塞杆材料的许用应力， [σ]= σ b/ 1.4 ；
注意：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。
执行元件 液压缸
执行元件 液压缸
3. 密封装置 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 。用于
防止液压缸内部（活塞与缸筒内孔的配合面）和外部的泄漏。 采用的密封方式有： 间隙密封：依靠运动件间的微小间隙来 防止泄漏，仅用在尺寸较小、压力较低、 相对运动速度较高的缸筒和活塞之间；
执行元件 液压缸的设计计算
拉杆式连接
焊接连接式
2. 活塞组件（活塞和活塞杆）
活塞一般用耐磨铸铁制造，也可用钢或铝合金制造；活塞杆则大多采用 钢制造。
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。
其最常用的连接方式有： ① 半环式连接，包括单半环及双半环形式。 ② 螺纹式连接。
在高压大负载下，螺纹式连接必须设置有锁紧装置。
执行元件 液压缸的设计计算
二、 液压缸校核
缸体壁厚δ校核 中低压系统，无需校核
原则〈 高压大直径时，必须校核δ
校核方法： 1、 薄壁缸体（无缝钢管） 当 D/ δ≥10 时： δ≥ pyD/2[б]
执行元件 液压缸的设计计算
缸筒材料的许用应力 [σ]=σ b/ n n为安全系数，一般n=5
2、 厚壁缸体（铸造缸体） 当 D/δ ＜10 时：δ≥D/2（√[б]+ 0.4 py/[б] -1.3py-1 ）
执行元件 液压缸的设计计算
液压缸盖固定螺栓直径ds校核 液压缸盖固定螺栓在工作过程中同时承受拉应力和扭应力，其螺栓
直径可按下式校核：
5.2kF
ds z
F —— 液压缸总负载；
z —— 固定螺栓个数 ；
k —— 螺纹拧紧系数，k=1.12~1.5 ； [σ] —— 螺栓材料的许用应力，
[σ]= σ s/ （1.2~1.5） ；
执行元件 液压缸
1.缸体组件（缸筒和缸盖）
缸筒和缸盖的结构形式与其使用的材料有关：
工作压力 p（MPa）
<10
10~20
>20
材料 铸铁
无缝钢管 铸钢 锻钢
连接方式
法兰式连接 半环式连接
螺纹连接 螺纹连接 半环式连接
拉杆连接式 焊接连接式
执行元件 液压缸
法兰式连接
半环连接式
螺纹连接式
执行元件 液压缸
执行元件 液压缸的设计计算
缓冲计算
液压缸的缓冲计算主要是估计缓冲时液压缸内出现的最大冲击压力，以便用来校 核缸筒强度、制动距离是否负荷要求。
液压缸在缓冲时，缓冲腔内产生的液压能（E1）和工作部件产生的机械能（E2）分别为：
E1 pc Aclc
E2
p p Aplc
1 2
mv02
Ff lc
l c —— 缓冲长度； pc —— 缓冲腔中的平均缓冲压力；
第四章 执行元件
4.1 概 述 4.2 液压缸的典型结构及组成 4.3 液压缸的设计计算 4.4 液压马达 4.5 气缸的典型结构
执行元件 液压缸
二、液压缸的组成
根据液压缸各部分的结构和功用，可将液压缸划分为以下几个部分： 缸体组件（缸筒和缸盖）
活塞组件（活塞和活塞杆） 密封装置 缓冲装置 排气装置
以单杆缸为例（不考虑损失）：
无杆腔进油时
D =√4F1/π(p1-p2)-p2d2/p1-p2
有杆腔进油时
D =√4F2/π(p1-p2)+p1d2/p1-p2
若初步选取回油压力p2=0，则上面两式简化为：
无杆腔进油时 D =√4F1/πp1
有杆腔进油时
D =√4F2/πp1+d2
执行元件 液压缸的设计计算
Ff —— 摩擦力；
pp —缓—冲计高算压中腔，中如油发液现压工力作；腔中的V液0 —压—能和工工作作部部件件运的动动速能度不；能m全—部—被缓工冲作腔部缩件吸总收质时量，； 制动时就可能产生活塞和缸盖相碰现象。
Ac 、Ap —— 缓冲腔、高压腔中的有效工作面积；
执行元件 液压缸的设计计算
3. 液压缸设计中应注意的问题 ① 尽量使活塞杆，在受拉状态下承受最大负载，或在受压状态下，具 有良好的纵向稳定性。 ② 考虑液压缸的行程终了处的缓冲问题和液压缸的排气问题。 ③ 正确确定液压缸的安装、固定方式。 ④ 液压缸各部分的结构需根据推荐的结构形式和设计标准进行设计，尽 可能做到结构简单、紧凑、加工和装配、维修方便。
缸筒内径（D） 根据执行机构的速度要求和选定的液压泵流量来确定 无杆腔进油时： D=√4q/πv1 有杆腔进油时： D=√4q/πv2+ d2
计算所得液压缸的内径（即活塞直径）应圆整为标准系列值。
执行元件 液压缸的设计计算
活塞杆直径（d） 原则：活塞杆直径可根据工作压力或设备类型选取。 当液压缸的往复速度比有一定要求时，d = D√（λv-1）/λv 计算所得活塞杆直径d亦应圆整为标准系列值。
液压缸主要尺寸的确定
液压缸内径（D） 活塞杆直径（d） 液压缸缸体长度（L） 液压缸最小导向长度（H）
缸体壁厚δ校核
液 压 缸 校 核 活塞杆直径d校核
液压缸盖固定螺栓直径d s校核
执行元件 液压缸的设计计算
一、 液压缸主要尺寸的确定
缸筒内径（D）
1 根据最大总负载和选取的工作压力来确定