双活塞杆双作用活塞式液压缸结构设计说明
第四章 液压缸(双活塞液压缸)ppt课件
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2
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：
vqAv (D42qd2)v （4.1）
F4(D 2d2)p (1p2)m （4.2）
式中:
p 1、 p 2 —分别为缸的进、回油压力；
、 v m —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。
4.1.1 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。
4.1.1.1 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，如下图所示。
q P1
A
F
v
P2
(a)缸筒固定式
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
.
1
F
Av
P2 P1 q
(b)活塞杆固定式
.
3
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）。
液压缸的类型和特点
u
qv A
4qv
(D2 d 2)
（1-1）
F
( p1
p2 )A
4
(D2
d
2 )( p1
p2 )
（1-2）
式中：u——活塞（或缸体）的运动速度；qv——供油流量；F——活 塞(或缸体)上的推力；p1、p2——分别为液压缸进、出口压力；A——液压 缸有效工作面积；D、d——分别为活塞、活塞杆直径。
这种两个方向等速、等力的特性使双杆液压缸可以用于双向负载基本 相等的场合，如磨床液压系统。
图1-1 双杆活塞式液压缸
2.单杆活塞式液压缸
如图1-2所示为双作用单杆活塞式液压缸。它只在活塞的一侧装有 活塞杆，因而，两腔有效作用面积不同。
当向两腔分别供油，且供油压力和流量不变时，活塞在两个方向的 运动速度和推力都不相等。
图 1-9活塞与活塞杆的连接形式 (a)整体式；(b)焊接式；(c)锥销式；(d)、(e)螺纹式；(f）、（g)半环式
2.2 密封装置
作用：是用来防止液压油的泄漏。 分类： 1、根据两个需要密封的偶合面间有无相对运动： ①动密封 ②静密封 2、常见的密封方法主要有： ①间隙密封 ②活塞环密封 ③密封圈密封。
⑷拉杆式连接：结构通用性好，缸筒加工方便，拆装容易，但端盖的
体积较大，拉杆受力后会拉伸变形，影响端部密封效果，只适用于长度不 大的中低压缸。
⑸焊接式连接：外形尺寸较大，结构简单，但焊接时易引起缸筒变形，
主要用于柱塞式液压缸。
图 1-8 (a)法兰式；(b)半环式；(c)外螺纹式；(d)内螺纹式；(e)拉杆式；(f)焊接式
液压缸的类型和特点
分类：
1、按结构特点分：活塞式、柱塞式、摆动式、组合式。 2、按作用方式分：单作用式、双作用式。
液压缸基本结构
液压缸通常由后端盖、缸筒、活塞杆、活塞组件、前端盖等主要部分组成；为防止油液向液压缸外泄漏或由高压腔向低压腔泄漏，在缸筒与端盖、活塞与活塞杆、活塞与缸筒、活塞杆与前端盖之间均设置有密封装置，在前端盖外侧，还装有防尘装置；为防止活塞快速退回到行程终端时撞击缸盖，液压缸端部还设置缓冲装置；有时还需设置排气装置。
上图给出了双作用单活塞杆液压缸的结构图，该液压缸主要由缸底1、缸筒6、缸盖10、活塞4、活塞杆7和导向套8等组成；缸筒一端与缸底焊接，另一端与缸盖采用螺纹连接。
活塞与活塞杆采用卡键连接，为了保证液压缸的可靠密封，在相应位置设置了密封圈3、5、9、11和防尘圈12。
下面对液压缸的结构具体分析。
3.2.1 缸体组件•缸体组件与活塞组件形成的密封容腔承受油压作用，因此，缸体组件要有足够的强度，较高的表面精度可靠的密封性。
3.2.1.1 缸筒与端盖的连接形式常见的缸体组件连接形式如图3.10所示。
(1)法兰式连接（见图a），结构简单，加工方便，连接可靠，但是要求缸筒端部有足够的壁厚，用以安装螺栓或旋入螺钉，它是常用的一种连接形式。
(2)半环式连接（见图b），分为外半环连接和内半环连接两种连接形式，半环连接工艺性好，连接可靠，结构紧凑，但削弱了缸筒强度。
半环连接应用十分普遍，常用于无缝钢管缸筒与端盖的连接中。
(3)螺纹式连接（见图f、c），有外螺纹连接和内螺纹连接两种，其特点是体积小，重量轻，结构紧凑，但缸筒端部结构复杂，这种连接形式一般用于要求外形尺寸小、重量轻的场合。
•(4)拉杆式连接（见图d），结构简单，工艺性好，通用性强，但端盖的体积和重量较大，拉杆受力后会拉伸变长，影响效果。
只适用于长度不大的中、低压液压缸。
(5)焊接式连接（见图e），强度高，制造简单，但焊接时易引起缸筒变形。
3.2.1.2 缸筒、端盖和导向套的基本要求•缸筒是液压缸的主体，其内孔一般采用镗削、绞孔、滚压或珩磨等精密加工工艺制造，要求表面粗糙度在 0.1～0.4μm，使活塞及其密封件、支承件能顺利滑动，从而保证密封效果，减少磨损；缸筒要承受很大的液压力，因此，应具有足够的强度和刚度。
液压的缸基本结构
液压缸通常由后端盖、缸筒、活塞杆、活塞组件、前端盖等主要部分组成；为防止油液向液压缸外泄漏或由高压腔向低压腔泄漏，在缸筒与端盖、活塞与活塞杆、活塞与缸筒、活塞杆与前端盖之间均设置有密封装置，在前端盖外侧，还装有防尘装置；为防止活塞快速退回到行程终端时撞击缸盖，液压缸端部还设置缓冲装置；有时还需设置排气装置。
上图给出了双作用单活塞杆液压缸的结构图，该液压缸主要由缸底1、缸筒6、缸盖10、活塞4、活塞杆7和导向套8等组成；缸筒一端与缸底焊接，另一端与缸盖采用螺纹连接。
活塞与活塞杆采用卡键连接，为了保证液压缸的可靠密封，在相应位置设置了密封圈3、5、9、11和防尘圈12。
下面对液压缸的结构具体分析。
3.2.1 缸体组件•缸体组件与活塞组件形成的密封容腔承受油压作用，因此，缸体组件要有足够的强度，较高的表面精度可靠的密封性。
3.2.1.1 缸筒与端盖的连接形式常见的缸体组件连接形式如图3.10所示。
(1)法兰式连接（见图a），结构简单，加工方便，连接可靠，但是要求缸筒端部有足够的壁厚，用以安装螺栓或旋入螺钉，它是常用的一种连接形式。
(2)半环式连接（见图b），分为外半环连接和内半环连接两种连接形式，半环连接工艺性好，连接可靠，结构紧凑，但削弱了缸筒强度。
半环连接应用十分普遍，常用于无缝钢管缸筒与端盖的连接中。
(3)螺纹式连接（见图f、c），有外螺纹连接和内螺纹连接两种，其特点是体积小，重量轻，结构紧凑，但缸筒端部结构复杂，这种连接形式一般用于要求外形尺寸小、重量轻的场合。
•(4)拉杆式连接（见图d），结构简单，工艺性好，通用性强，但端盖的体积和重量较大，拉杆受力后会拉伸变长，影响效果。
只适用于长度不大的中、低压液压缸。
(5)焊接式连接（见图e），强度高，制造简单，但焊接时易引起缸筒变形。
3.2.1.2 缸筒、端盖和导向套的基本要求•缸筒是液压缸的主体，其内孔一般采用镗削、绞孔、滚压或珩磨等精密加工工艺制造，要求表面粗糙度在 0.1～0.4μm，使活塞及其密封件、支承件能顺利滑动，从而保证密封效果，减少磨损；缸筒要承受很大的液压力，因此，应具有足够的强度和刚度。
液压缸基本结构
液压缸通常由后端盖、缸筒、活塞杆、活塞组件、前端盖等主要部分组成；为防止油液向液压缸外泄漏或由高压腔向低压腔泄漏，在缸筒与端盖、活塞与活塞杆、活塞与缸筒、活塞杆与前端盖之间均设置有密封装置，在前端盖外侧，还装有防尘装置；为防止活塞快速退回到行程终端时撞击缸盖，液压缸端部还设置缓冲装置；有时还需设置排气装置。
上图给出了双作用单活塞杆液压缸的结构图，该液压缸主要由缸底1、缸筒6、缸盖10、活塞4、活塞杆7和导向套8等组成；缸筒一端与缸底焊接，另一端与缸盖采用螺纹连接。
活塞与活塞杆采用卡键连接，为了保证液压缸的可靠密封，在相应位置设置了密封圈3、5、9、11和防尘圈12。
下面对液压缸的结构具体分析。
3.2.1 缸体组件•缸体组件与活塞组件形成的密封容腔承受油压作用，因此，缸体组件要有足够的强度，较高的表面精度可靠的密封性。
3.2.1.1 缸筒与端盖的连接形式常见的缸体组件连接形式如图3.10所示。
(1)法兰式连接（见图a），结构简单，加工方便，连接可靠，但是要求缸筒端部有足够的壁厚，用以安装螺栓或旋入螺钉，它是常用的一种连接形式。
(2)半环式连接（见图b），分为外半环连接和内半环连接两种连接形式，半环连接工艺性好，连接可靠，结构紧凑，但削弱了缸筒强度。
半环连接应用十分普遍，常用于无缝钢管缸筒与端盖的连接中。
(3)螺纹式连接（见图f、c），有外螺纹连接和内螺纹连接两种，其特点是体积小，重量轻，结构紧凑，但缸筒端部结构复杂，这种连接形式一般用于要求外形尺寸小、重量轻的场合。
•(4)拉杆式连接（见图d），结构简单，工艺性好，通用性强，但端盖的体积和重量较大，拉杆受力后会拉伸变长，影响效果。
只适用于长度不大的中、低压液压缸。
(5)焊接式连接（见图e），强度高，制造简单，但焊接时易引起缸筒变形。
3.2.1.2 缸筒、端盖和导向套的基本要求•缸筒是液压缸的主体，其内孔一般采用镗削、绞孔、滚压或珩磨等精密加工工艺制造，要求表面粗糙度在0.1～0.4μm，使活塞及其密封件、支承件能顺利滑动，从而保证密封效果，减少磨损；缸筒要承受很大的液压力，因此，应具有足够的强度和刚度。
液压缸基本结构
液压缸通常由后端盖、缸筒、活塞杆、活塞组件、前端盖等主要部分组成；为防止油液向液压缸外泄漏或由高压腔向低压腔泄漏，在缸筒与端盖、活塞与活塞杆、活塞与缸筒、活塞杆与前端盖之间均设置有密封装置，在前端盖外侧，还装有防尘装置；为防止活塞快速退回到行程终端时撞击缸盖，液压缸端部还设置缓冲装置；有时还需设置排气装置。
上图给出了双作用单活塞杆液压缸的结构图，该液压缸主要由缸底1、缸筒6、缸盖10、活塞4、活塞杆7和导向套8等组成；缸筒一端与缸底焊接，另一端与缸盖采用螺纹连接。
活塞与活塞杆采用卡键连接，为了保证液压缸的可靠密封，在相应位置设置了密封圈3、5、9、11和防尘圈12。
下面对液压缸的结构具体分析。
3.2.1 缸体组件•缸体组件与活塞组件形成的密封容腔承受油压作用，因此，缸体组件要有足够的强度，较高的表面精度可靠的密封性。
3.2.1.1 缸筒与端盖的连接形式常见的缸体组件连接形式如图3.10所示。
(1)法兰式连接（见图a），结构简单，加工方便，连接可靠，但是要求缸筒端部有足够的壁厚，用以安装螺栓或旋入螺钉，它是常用的一种连接形式。
(2)半环式连接（见图b），分为外半环连接和内半环连接两种连接形式，半环连接工艺性好，连接可靠，结构紧凑，但削弱了缸筒强度。
半环连接应用十分普遍，常用于无缝钢管缸筒与端盖的连接中。
(3)螺纹式连接（见图f、c），有外螺纹连接和内螺纹连接两种，其特点是体积小，重量轻，结构紧凑，但缸筒端部结构复杂，这种连接形式一般用于要求外形尺寸小、重量轻的场合。
•(4)拉杆式连接（见图d），结构简单，工艺性好，通用性强，但端盖的体积和重量较大，拉杆受力后会拉伸变长，影响效果。
只适用于长度不大的中、低压液压缸。
(5)焊接式连接（见图e），强度高，制造简单，但焊接时易引起缸筒变形。
3.2.1.2 缸筒、端盖和导向套的基本要求•缸筒是液压缸的主体，其内孔一般采用镗削、绞孔、滚压或珩磨等精密加工工艺制造，要求表面粗糙度在 0.1～0.4μm，使活塞及其密封件、支承件能顺利滑动，从而保证密封效果，减少磨损；缸筒要承受很大的液压力，因此，应具有足够的强度和刚度。
(完整word版)液压缸设计说明书(word文档良心出品)
液压缸的设计一、液压缸类型与安装方式的确定当下各种液压缸规格品种比较少，主要是因各种机械对液压缸的要求差别太大。
比如对液压缸的内径、活塞杆直径、液压缸的行程和连接方式等要求不一样。
由于本次液压设计主要是实现立式快速的原则，故选双作用单活塞杆立式快速液压缸的设计。
因为是活塞式，故用螺纹连接。
二、液压缸的结构设计1、缸体与缸的连接缸体与缸的连接形式较多，有拉杆连接、法兰连接、内半环连接、焊接连接、内螺纹连接等。
在此选用法兰连接，如下图所示：这种连接结构简单，装拆方便。
3、活塞与活塞杆的连接活塞与活塞杆的连接大多采用螺纹连接结构和卡键连接结构。
螺纹连接结构形式简单实用，应用较为普遍；卡键连接机构适用于工作压力较大，工作机械振动较大的油缸。
因此从多方面的因素考虑选择螺纹连接结构。
4、液压缸缸体的安全系数对缸体来说，液压力、机械力和安全系数有关的因素都对缸体有影响。
液压缸因压力过高丧失正常工作能力而破坏，往往是强度问题、刚度和定性问题三种形式给表现出来，其中最重要的还是强度问题。
要保证缸体的强度，一定要考虑适当的安全系数。
三、液压缸的主要技术性能参数的计算（一）、压力所谓压力，是指作用在单位面积上的负载。
从液压原理可知，压力等于负载力与活塞的有效工作面积之比。
P=F/A(N/m2)式中：F—作用在活塞上的负载力（N）A—活塞的有效工作面积（m2）从上述可知，压力值的建立是因为负载力的存在而产生的，在同一个活塞的有效工作面积上，负载越大，所需的压力就越大，活塞产生的作用力就越大。
如果活塞的有效工作面积一定，压力越大，活塞产生的作用力就越大。
由此可知：1、根据负载力的大小，选择活塞面积合适的液压缸和压力适当的液压泵。
2、根据液压泵的压力和负载力，设计和选用合适的液压缸。
3、根据液压缸的压力和液压缸的活塞面积，确定负载的重量。
在液压系统中，为了便于液压元件和管路的设计选用，往往将压力分级。
见下表因本次液压缸的设计要求中已知的公称压力为30Mpa，由表1.1可知，本此液压缸属于高压。
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。
双活塞杆双作用活塞式液压缸结构设计说明
目录1设计的依据、原则和步骤 (3)1.1引言 (3)1.2设计的依据 (3)1.3设计的一般原则 (3)1.4设计的一般步骤 (4)2设计的题目、技术参数、目的和要求 (5)2.1设计题目 (5)2.2设计技术参数 (5)2.3设计目的 (5)2.4设计要求 (5)3液压缸缸体结构形式的确定 (5)3.1结构初型 (5)4液压缸性能参数与结构参数的计算 (6)4.1液压缸工作负载力分析和计算 (6)4.2 液压缸的液压力计算和工作压力的选择 (7)4.3液压缸速度比的确定 (7)4.4液压缸速度计算和流量选择 (7)4.5液压缸综合结构参数及安全系数的选择 (8)5缸筒设计与计算 (8)5.1缸筒与缸盖的连接形式 (8)5.2对缸筒的要求及材料选择 (11)5.3缸筒的计算 (11)5.4缸筒加工的技术要求 (13)5.5缸筒头部法兰厚度 (14)5.6缸筒—缸盖的连接计算 (14)5.7 缸盖的材料和技术要求 (15)5.8缸盖厚度的确定 (15)5.9最小导向长度的确定 (16)5.10缸体长度的确定 (16)6活塞组件设计 (16)6.1活塞设计 (16)6.2活塞与活塞杆的连接结构 (17)6.3活塞杆设计 (17)6.4活塞杆及连接件强度校核 (19)6.5活塞杆液压缸稳定性校核 (20)7液压缸油口和排气装置设计 (21)7.1油口设计 (21)7.2排气装置设计 (22)参考文献 (22)双活塞杆双作用活塞式液压缸结构设计1设计的依据、原则和步骤1.1引言一部现代机器通常由机架、原动机、传动装置和工作机构四个主要部分构成，其中机架为载体，原动机的作用是进行能量形式的转换，为机器提供适当形式的动力，传动装置的作用是进行动力的传递，工作机构即执行机构，其作用是消耗能量而做功。
如果原动机将其他形式的能转换成液压能，执行元件消耗液压能而做功，则称为液压机械或液压机。
液压机械的执行元件即做功元件是液压马达和液压缸。
液压缸设计步骤和液压缸计算方法档
液压缸设计步骤和液压缸计算方法档液压缸（油缸）设计步骤：1.确定液压缸的工作参数：包括工作压力、负荷要求、行程长度、作用力、运动速度等。
这些参数可以根据设备的应用需求来确定。
2.选择液压缸的类型：有单作用和双作用两种，单作用液压缸只能在一个方向上产生推或拉力，而双作用液压缸可以在两个方向上产生推拉力。
3.计算活塞直径和活塞杆直径：活塞直径和活塞杆直径是根据负荷要求和工作压力来计算的。
一般来说，活塞直径越大，液压缸的承载能力越大，但也会增加摩擦阻力和油液消耗量。
4.确定液压缸筒体和活塞杆材料：根据工作环境的要求和负荷的性质选择合适的材料，一般常用的材料有铸铁、钢等。
5.完成液压缸内部部件的设计：包括密封件、液压缸密封结构、液压缸的阻尼装置等。
密封结构的设计需要考虑到液压缸的工作环境和工作温度。
6.进行液压缸的强度计算：计算液压缸各个部件的强度，包括活塞杆、筒体和密封结构等。
强度计算需要考虑到工作压力和作用力等参数。
7.进行液压缸的动态计算：根据液压缸的运动速度和所需的加速度等参数，进行液压缸的动态计算。
1.计算缸体容积：液压缸的容积可以通过下式计算得到：V=π/4*D^2*L其中，V为缸体容积，D为活塞直径，L为活塞行程长度。
2.计算活塞面积：根据活塞直径计算活塞面积，可以通过下式计算得到：A=π/4*D^2其中，A为活塞面积，D为活塞直径。
3.计算活塞杆面积：根据活塞杆直径计算活塞杆面积，可以通过下式计算得到：A'=π/4*D'^2其中，A'为活塞杆面积，D'为活塞杆直径。
4.计算推力：根据工作压力和活塞面积计算液压缸的推力，可以通过下式计算得到：F=P*A其中，F为液压缸的推力，P为工作压力，A为活塞面积。
5.计算液压缸的速度：液压缸的速度可以通过可控阀门来调节，一般使用油流量来计算液压缸的速度，可以通过下式计算得到：V=Q/A其中，V为液压缸的速度，Q为油流量，A为活塞面积。
各种液压缸的工作原理及结构
柱塞缸的速度推力特性
柱塞运动速度 v ＝ qηv /A＝ 4 qηv /πd 2 柱塞推力 F＝ pAηm＝p（πd 2 / 4 ）ηm
伸缩液压缸
▪ 它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。
整理得：v3＝ q /（A1－A2）＝4 q /πd 2
如果要求 差动缸向右运动速度v3＝非差动连接向左运动速度 v2
则
D =2 1/2 d
ห้องสมุดไป่ตู้
▪ 活塞推力
F3＝ p1（A1－A2）ηm
柱塞缸
柱塞缸的特点
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。
双杆活塞缸的速度推力特性
v ＝ q / A ＝ 4 qηv /π（D 2－ d 2） 缸在左右两个方向上输出的速度相等，ηv为缸的容积效率。
F ＝ A（p1－ p2）ηm＝π（D 2－d 2）（p1－ p2）ηm /4 缸在左右两个方向上输出的推力相等，ηm为缸的机械效率。
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。
单杆活塞缸速度推力特性
向推右力运动F1＝速度（A1vp11＝－qAη2vp/2A）1η＝m 4 qηv /πD 2
向左运动速度 左运动推力
F2
v＝2 （＝Aq2ηpv1/－A2＝A1p42q）ηηvm/π（D
双作用多级液压缸设计分析
双作用多级液压缸设计分析摘要：双作用多级液压缸的制作难度、维修难度相比于传统液压缸来说更高。
本文重点分析了一种双作用多级液压缸的结构，说明了其在工作时的大致过程，并给出了相应的工作原理，提出了优化改进方案。
关键词：双作用多级液压缸；结构；设计双作用多级液压缸是一种区别于传统液压缸的新型液压机器，与后者相比，前者的优点是结构非常紧凑，且外形很小，可以满足空间不大的环境，还能够满足外伸内缩时带动负载的功能。
但相比普通液压缸，其结构又比较复杂，成本与加工难度很高，都必须由专业的工厂设计。
1.液压结构设计在系统对负载的运动速度没有具体要求，而只是对其推力和行程有要求的情况下，对液压缸的结构进行了设计。
其结构设计图如图1所示。
此液压缸是双作用两级活塞式的。
由第一级活塞，第二级活塞还有缸筒构成，其中1为缸筒，2为第一级活塞，3为第二级活塞。
首先将第一级的活塞筒部做成双层的结构，并在外层的左端开有一个小孔（D），内层的右侧开有小孔E，液压缸的油口A在第二级的活塞杆上面，并在第二级活塞杆上开一小孔C，且C与B相通，B口通过其通道与液压缸的右半部分相连[1]。
2.双作用多级液压缸工作过程我们将第一级的活塞左半部分的有效面积称为S1，右半部分面积为S2，第二级活塞左端部分的面积为S2，有端部分的有效面积为S2a.一般情况下，我们将液压缸活塞向外伸展时分为两种情况，第一种为第二级活塞不动，第一级活塞运动，两级活塞一起向外翻。
第二种是每当第一级到达右面的点时，其所受的压力等于第二级活塞左半部分所受的压力，将第二级活塞推到第一级活塞的右半部分。
在上述分析活塞外伸过程中，考虑到活塞的右端有效面积相对于左端面积比较小，而且外伸时有杆腔的压力比较低，忽略了作用在活塞右端上的液压力，这与实际是符合的[2]。
我们从多级液压缸的工作过程可以看出这种液压缸较单级液压缸的效率更高，需注意方面更多。
3.二级双作用液压缸的设计注意点在二级双作用液压缸中，其一级活塞杆制作过程比较复杂，在设计时要详细地考虑合理的设置。
第四章液压缸
第四章 液压缸第一节 液压缸的分类和特点液压缸按结构特点的不同可分为活塞缸、柱塞缸和摆动缸三类。
按作用方式不同，可分为单作用式和双作用式两种。
1.活塞式液压缸 活塞式液压缸根据其使用要求不同可分为双杆式和单杆式两种。
(1)双杆式活塞缸。
活塞两端都有一根直径相等的活塞杆伸出的液压缸称为双杆式活塞缸，它一般由缸体、缸盖、活塞、活塞杆和密封件等零件构成。
根据安装方式不同可分为缸筒固定式和活塞杆固定式两种。
如图4-5(a)所示的为缸筒固定式的双杆活塞缸。
它的进、出口布置在缸筒两端，活塞通过活塞杆带动工作台移动，当活塞的有效行程为l 时，整个工作台的运动范围为3l ，所以机床占地面积大，一般适用于小型机床，当工作台行程要求较长时，可采用图4-5(b)所示的活塞杆固定的形式，这时，缸体与工作台相连，活塞杆通过支架固定在机床上，动力由缸体传出。
这种安装形式中，工作台的移动范围只等于液压缸有效行程l 的两倍(2l)，因此占地面积小。
进出油口可以设置在固定不动的空心的活塞杆的两端，但必须使用软管连接。
由于双杆活塞缸两端的活塞杆直径通常是相等的，因此它左、右两腔的有效面积也相等，当分别向左、右腔输入相同压力和相同流量的油液时，液压缸左、右两个方向的推力和速度相等。
当活塞的直径为D ，活塞杆的直径为d ，液压缸进、出油腔的压力为p 1和p 2，输入流量为q 时，双杆活塞缸的推力F 和速度v 为：F=A(p 1-p 2)=π (D 2-d 2) (p 1-p 2) /4 (4-18)v=q/A=4q/π(D 2-d 2) (4-19)式中：A 为活塞的有效工作面积。
双杆活塞缸在工作时，设计成一个活塞杆是受拉的，而另一个活塞杆不受力，因此这种液压缸的活塞杆可以做得细些。
(2)单杆式活塞缸。
如图4-6所示，活塞只有一端带活塞杆，单杆液压缸也有缸体固定和活塞杆固定两种形式，但它们的工作台移动范围都是活塞有效行程的两倍。
图4-6单杆式活塞缸由于液压缸两腔的有效工作面积不等，因此它在两个方向上的输出推力和速度也不等，其值分别为：F 1=(p 1A 1-p 2A 2)=π［(p 1-p 2)D 2-p 2d 2］/4 (4-20)F 1=(p 1A 1-p 2A 2)=π［(p 1-p 2)D 2-p 2d 2 ］/4 (4-21)v 1=q/A 1=4q/πD 2 (4-22)v 2=q/A 2=4q/π(D 2-d 2) (4-23)由式(4-20)～式(4-23)可知，由于A 1＞A 2,所以F 1＞F 2，v 1＜v 2。
双作用液压缸的设计与控制
双作用液压缸的设计与控制液压缸是由两个工作腔室组成的，每个腔室都可以通过油液进行充排油。
在设计双作用液压缸时，需要考虑以下几个关键因素：1.功能要求：首先确定液压缸需要实现的功能，例如运动速度、力量大小、运动行程等。
这些要求将直接影响液压缸的设计参数。
2.工作压力和力量计算：通过力学分析和液压传动原理，可以计算出液压缸需要承受的工作压力和输出力量。
这些参数将用于选择合适的液压缸尺寸、材料和结构。
3.活塞杆设计：液压缸的活塞杆要经受压力和运动负荷，在设计中需要考虑杆的强度和刚度，以确保其安全运行。
4.密封设计：为了保证液压缸的密封性能，设计中需要选用合适的密封件和密封结构，并确定密封面的几何参数，以确保液压缸可靠运行，并尽量减少泄漏问题。
5.液压控制系统：液压缸的控制是通过控制液压系统的流量和压力来实现的。
在设计和选型液压系统时，需要确定控制方式、控制元件和控制参数，以满足液压缸的运动要求。
在液压缸的控制方面，常见的方法包括手动、自动和电子控制。
手动控制是通过手动阀实现的，操作简单但精确性较差；自动控制是通过控制阀和传感器实现的，可以实现复杂的控制操作；电子控制是利用电子元件和控制系统来实现液压缸的精确控制，具有高精度和灵活性。
双作用液压缸的控制方式有很多种，常见的有位置控制、力控制和速度控制。
位置控制是通过控制液压缸的行程来实现的，可以实现精确的位置控制；力控制是通过控制液压缸的输出力来实现的，可以保持一定的力量大小；速度控制是通过控制液压缸的运动速度来实现的，可以根据需要调整运动速度。
总之，双作用液压缸的设计和控制是一个涉及多个学科和技术领域的综合性问题。
在设计过程中，不仅要考虑液压系统和机械结构的相互配合，还需要考虑控制系统和操作要求。
只有科学合理地设计和控制液压缸，才能保证其稳定运行和正常工作。
双作用液压缸的设计与控制
双作用液压缸的设计与控制双作用液压缸是一种常见的液压执行元件。
它主要由缸筒、活塞、活塞杆、密封件、阀门等部件组成。
液压油通过阀门的控制，分别进入两个腔体，从而实现液压缸的伸缩动作。
在设计和控制双作用液压缸时，需要考虑以下几个关键因素。
首先，设计液压缸时，需要确定所需的工作负载和运动速度。
工作负载是液压缸所需要承受的力或扭矩，而运动速度则决定了液压缸的运动效率和响应速度。
这些参数的确定将决定液压缸的尺寸和功率需求。
其次，液压缸的结构设计也是重要的一环。
设计缸筒和活塞的尺寸和形状，需要考虑到工作负载的大小以及工作环境的要求。
此外，液压缸的密封件也需要进行合理的设计，以确保液压缸在工作过程中的密封性和稳定性。
另外，液压缸的控制方式也是设计和应用中的关键问题。
液压缸一般可以通过手动操作、电动、液压和传感器等控制方式进行控制。
对于一些繁琐和复杂的操作，采用自动化控制方式将提高操作效率和安全性。
在液压缸的控制过程中，需要注意液压系统的设计和调整。
液压系统应根据液压缸的工作要求进行设计，并进行合理的液压元件的选择和配置。
在液压系统的调整中，需要注意各个液压元件之间的匹配性与协调性，以确保液压缸的正常工作。
最后，还需要对液压缸进行性能测试和维护。
对于液压缸的性能测试，可以通过加载试验和寿命试验等方法进行，以评估液压缸的工作性能和寿命。
液压缸的维护包括定期检查液压缸的密封性和润滑情况，及时更换液压油和密封件等，以延长液压缸的使用寿命。
综上所述，设计和控制双作用液压缸需要综合考虑工作负载、运动速度、结构设计、控制方式、液压系统设计和调整、性能测试和维护等多个因素。
只有在合理设计和控制的基础上，液压缸才能发挥其最佳的工作效果和寿命。
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目录1设计的依据、原则和步骤 (3)1.1引言 (3)1.2设计的依据 (3)1.3设计的一般原则 (3)1.4设计的一般步骤 (4)2设计的题目、技术参数、目的和要求 (5)2.1设计题目 (5)2.2设计技术参数 (5)2.3设计目的 (5)2.4设计要求 (5)3液压缸缸体结构形式的确定 (5)3.1结构初型 (5)4液压缸性能参数与结构参数的计算 (6)4.1液压缸工作负载力分析和计算 (6)4.2 液压缸的液压力计算和工作压力的选择 (7)4.3液压缸速度比的确定 (7)4.4液压缸速度计算和流量选择 (7)4.5液压缸综合结构参数及安全系数的选择 (8)5缸筒设计与计算 (8)5.1缸筒与缸盖的连接形式 (8)5.2对缸筒的要求及材料选择 (11)5.3缸筒的计算 (11)5.4缸筒加工的技术要求 (13)5.5缸筒头部法兰厚度 (14)5.6缸筒—缸盖的连接计算 (14)5.7 缸盖的材料和技术要求 (15)5.8缸盖厚度的确定 (15)5.9最小导向长度的确定 (16)5.10缸体长度的确定 (16)6活塞组件设计 (16)6.1活塞设计 (16)6.2活塞与活塞杆的连接结构 (17)6.3活塞杆设计 (17)6.4活塞杆及连接件强度校核 (19)6.5活塞杆液压缸稳定性校核 (20)7液压缸油口和排气装置设计 (21)7.1油口设计 (21)7.2排气装置设计 (22)参考文献 (22)双活塞杆双作用活塞式液压缸结构设计1设计的依据、原则和步骤1.1引言一部现代机器通常由机架、原动机、传动装置和工作机构四个主要部分构成，其中机架为载体，原动机的作用是进行能量形式的转换，为机器提供适当形式的动力，传动装置的作用是进行动力的传递，工作机构即执行机构，其作用是消耗能量而做功。
如果原动机将其他形式的能转换成液压能，执行元件消耗液压能而做功，则称为液压机械或液压机。
液压机械的执行元件即做功元件是液压马达和液压缸。
液压马达和液压缸是通用化和标准化程度很高的液压元件，用户或设计者在研制一部新的液压机械时，应尽量选择标准化的液压元件，以避免金钱的浪费和时间、精力的消耗。
但由于使用要求的千差万别，液压元件的专用化设计是不可避免的，其中以液压缸设计居多。
这是由于液压缸配置的灵活性，设计、制造比较容易，维护比较方便的特点决定的。
因而，相对其他液压元件而言，液压缸的设计是极为常见的，这也是工程技术人员必须具有的一种基本技能。
1.2设计的依据液压缸与机器及机器上的机构直接相联系，对于不同的机构，液压缸的具体用途和工作性能也不同，因此设计之前，要进行全面地分析和研究，收集必要的原始资料并加以整理作为设计的依据。
（1）了解和掌握液压缸在机器上的用途和工作要求。
（2）了解液压缸工作环境条件。
（3）了解外部负载情况。
（4）了解液压缸运动形态及安装的约束条件。
（5）了解液压系统的情况。
（6）了解有关国家标准、技术规定和其他参考资料。
1.3设计的一般原则液压缸设计时应注意如下问题：（1）保证液压缸的输出推力、拉力（或转矩）、行程和往返运动速度满足要求。
液压缸的额定工作压力（输出力的折算值）以液压泵的额定工作压力的70%为宜。
（2）保证液压缸的每个零件有足够的强度、刚度和耐用性（寿命）。
（3）在保证上述两个条件的前提下，尽量减小液压缸的外形尺寸和重（质）量。
一般说来，在外负载一定的条件下，提高液压缸的额定工作压力可减小液压缸的外形尺寸。
（4）在保证液压缸性能的前提下，尽量减少零件数量，简化结构。
（5）尽量避免液压缸承受横（侧）向负载和偏心负载，活塞杆工作时最好受拉力，以免产生纵向弯曲而引发稳定问题。
（6）液压缸的安装形式、活塞杆头部与外负载的连接形式要合理，尽量减小活塞杆伸出后的有效安装长度，避免产生“鳖劲”现象，增加液压缸的稳定性。
（7）密封部位的设计和密封件的选用要合理，保证性能可靠、漏量少、摩擦力小、寿命长、更换方便。
密封部位的设计是保证液压缸性能的重要一环，对所选用的密封件，应使其压缩率在合理范围内。
（8）根据液压缸的工作条件和具体情况设置适当的排气、缓冲和防尘措施。
在工作条件恶劣的情况下应考虑活塞杆的防护措施。
（9）各种零件的结构形式和尺寸设计，应尽量采用标准形式和规系列尺寸，尽量选用标准件。
（10）液压缸应做到成本低、制造容易、维护方便。
1.4设计的一般步骤一般情况下，应根据已确定的工作条件和掌握的设计资料，灵活地选择设计程序和步骤，反复推敲和计算，直到获得满意的设计结果。
（1）根据设计依据和负载机构的动作要求，初步确定设计方案：缸体结构设计、安装方式、连接方式等。
（2）根据液压缸承受的外部载荷作用力确定液压缸在行程各阶段上负载变化规律及必须提供的动力数据。
（3）在以输出力为主的液压缸设计中，根据负载F和选定的额定（工作）压力Pn，确定缸筒内径（即活塞外径）D和活塞杆直径d。
（4）根据选择活塞外径D和活塞杆直径d计算无杆腔面积A1和有杆腔面积A2；根据液压缸速度u的要求，确定液压缸所需的流量Q。
（5）选择缸筒材料，计算缸筒厚度或外径。
（6）选择缸底和缸盖的结构形式，计算缸底厚度、缸筒与缸盖的连接强度；确定具体安装形式及结构尺寸；确定缸筒上油口的位置、尺寸和连接形式。
（7）活塞组件设计。
（8）必要时设计缓冲和排气装置。
（9）审定全部设计资料及其他技术文件，对图纸进行修改和补充。
（10）绘制液压缸装配图和零件图，编制技术文件。
2设计的题目、技术参数、目的和要求2.1设计题目本次的设计题目即设计任务是双活塞杆双作用活塞式液压缸结构设计。
2.2设计技术参数技术参数要求：（1）系统额定压力：12Mpa;（2）额定负载：20KN；（3）行程：280mm；（4）安装分类：轴线固定。
2.3设计目的油缸是液压传动系统中实现往复运动和小于360°回摆运动的液压执行元件。
具有结构简单，工作可靠，制造容易以及使用维护方便、低速稳定性好等优点。
因此，广泛应用于工业生产各部门。
其主要应用有：工程机械中挖掘机和装载机的铲装机构和提升机构，起重机械中汽车起重机的伸缩臂和支腿机构，矿山机械中的液压支架及采煤机的滚筒调高装置，建筑机械中的打桩机，冶金机械中的压力机，汽车工业中自卸式汽车和高空作业车，智能机械中的模拟驾驶舱、机器人、火箭的发射装置等。
它们所用的都是直线往复运动油缸，即推力油缸。
所以进一步研究和改进液压缸的设计制造，提高液压缸的工作寿命及其性能，对于更好的利用液压传动具有十分重要的意义。
通过学生自己独立地完成指定的课程设计任务，提高理论联系实际、分析问题和解决问题的能力，学会查阅参考书和工具书的方法，提高编写技术文件的能力，进一步加强设计计算和制图等基本技能的训练，为毕业后成为一名出色的机械工程师打好基础。
2.4设计要求安课程设计要求，完成设计题目规定的设计任务，学会机械产品设计基本方法——1.查科技文献，2.完成方案设计和方案比较，3.完成结构设计，4.相关的计算工作，5.绘图（三维建模、二维零件图、装配图等），6.编写课程设计说明书。
3液压缸缸体结构形式的确定3.1结构初型根据设计原始技术参数和设计任务书，查阅有关参考资料设计或选择油缸的结构初型。
要求安装分类为轴线固定，轴线固定类安装形式的液压缸在工作时，轴线位置固定不变。
机床上的液压缸大多是采用这种安装形式。
（1）通用拉杆式：在两端缸盖上钻出通孔，用双头螺杆将缸和安装座连接拉紧。
一般用于短行程、压力低的液压缸。
（2）法兰式：用液压缸上的法兰将其固定在机器上。
法兰设置在活塞杆端的缸头上，外侧面与机械安装面贴紧，这叫头部外法兰式。
由于液压缸工作时反作用力的作用，安装螺栓承受液压力的拉伸作用，因而安装螺栓的直径较大，并且要求强度计算。
法兰设置在活塞杆端的缸头上，内侧面与机械安装面贴紧，这叫头部内法兰式。
液压缸工作时，安装螺栓受力不大，主要靠安装支承面承受，所以法兰直径较小，结构较紧凑。
这种安装形式在固定安装形式中应用得最多。
法兰设置在缸的底部，与机械安装面用螺栓紧固，这叫尾部法兰式。
这种安装形式使液压缸悬伸，安装长度较大，稳定性差。
（3）支座式：将液压缸头尾两端的凸缘与支座紧固在一起。
支座可置于液压缸左右的径向、切向，也可置于轴向底部的前后端。
径向安装时，安装面与活塞杆轴线在同一平面上，液压缸工作时，安装螺栓只承受剪切力；切向和轴向安装时，活塞的轴线与支座底面有一定的距离，安装螺栓既受剪切力，又承受因存在倾翻力矩而产生的弯曲力。
切向安装时倾翻力矩比轴向安装时要小一些。
对于支座安装形式，GS3766—83的2.2.2条规定：“支座式液压缸如不采用键或销承受剪切力时，则底脚固定螺栓必须经受全部剪切力而不致引起危险”。
选择法兰安装方式（头部内法兰式），优点结构较简单，易加工易装卸，缺点重量比螺纹连接的大，但比拉杆连接的小，外径较大。
形式如下图所示：4液压缸性能参数与结构参数的计算4.1液压缸工作负载力分析和计算计算工作负载是为了确定液压缸所需的牵引力，液压缸的工作负载是指工作机构在满负载情况下，以一定的加速度起动时，对液压缸产生的总阻力F或所需提供的液压力，即F=+Ff+Fg+F（N）式中——工作机构作用在活塞上的工作阻力及自重（当油缸垂直安装时）等对液压缸产生的作用力，N；Ff——工作机构满载起动时静摩擦力对液压缸产生的作用力，N；Fg——工作机构满载起动时的惯性力对液压缸产生的作用力，N；F——液压缸活塞及活塞杆处的密封摩擦阻力，N；通常以液压缸的机械效率来反映，一般取机械效率=0.95。
由于本次设计的液压缸已给出额定负载20KN，因此取F=20KN。
4.2 液压缸的液压力计算和工作压力的选择假定不计液压缸回液腔压力，液压缸的液压力有两种形式：一是作用在活塞上的液压力即推力；二是作用在活塞杆侧环形面积上的液压力即拉力。
液压缸的液压力必须大于或等于前面所分析负载力（以工作负载为主体尚有其他阻力）。
当无杆腔面积和有杆腔面积较大时，在负载相同的条件下，液压缸所需的额定压力较低；反之，则需要的额定压力较高。
由于液压缸设计是液压系统的一部分，液压缸的综合经济性并不能保证整机的经济性。
另外，在一定的外负荷条件下，工作压力较低则液压缸的直径较大，工作时有较多的油液通过，易于精确地控制流量，以获得平稳的低速运动。
选择液压缸的工作压力也可采用类比的方法，参照其他同类机械设备的工作压力，并按实际情况加以适当调整。
由于本次设计液压缸已给出系统额定压力12Mpa，因此取p=12Mpa。
4.3液压缸速度比的确定确定速度比的主要目的是为了计算活塞杆的直径及考虑液压缸是否要设计缓冲装置。
速度比不宜过大，过大时，虽然活塞杆直径也较大，有利于稳定性，但导致活塞杆侧环形面积变小而引起压力升高（拉力）时，同时还导致液压缸回程速度升高，容易引起压力冲击。