液压油缸的计算

第四章液压油缸
本章讨论四个问题：
1．液压缸的类型和工作原理；液压缸的密封；
2．液压缸设计计算；
3．通过本章的学习，要求掌握液压缸设计中应考虑的结构问题；
4．结构类型的选择和参数计算。

§4-1 液压油缸的类型和工作原理
一、液压缸的分类
1．活塞式：双伸出杆，单伸出杆。

2．柱塞式：
3．摆动油缸：摆动油缸，齿条油缸。

常用的油缸有三种：双作用单伸杆活塞式油缸，伸缩式套筒油缸，单叶片摆动油缸。

二、工作原理
通过高压液体对活塞有效面积的作用，把液压能转化成机械能对外载作工。

1．单伸杆活塞式油缸
（1）结构与符号
它油活塞、活塞杆、缸体、缸盖、缸底、密封、防尘圈等组成。

（2）工作过程（根据图讲解） （3）基本参数 速度v ：
式中：Q —进入油缸的流量（l/min ）；A —活塞的有效面积（cm 2）。

牵引力F ：
式中：F —牵引力（N ）；p —油缸中液压力（Mpa ）；A —有效作用面积（cm 2）。

（3）油缸的差动连接 运动特点：
结果说明：如果活塞杆的面积f 是等于1/2活塞面积的话，则活塞右行
和左行的速度相等。

()
()
()
()
1
22222
21min 40min 404
10min 10v v m d
D Q v m D Q D Q v m
A
Q
v >−××=×=×=×=
πππ()
F
F N A p F ×=××=97.0102
工()
f Q
d Q v D v d D Q D v d v D D Q D v d D Q D Q Q v ×=××=×=
×××−×+××=××−+
=×+=
104040404040
402
12
1
2221212221
22
2
1
1πππππ
π()
2224
10d D Q
v −××=π
牵引力：F=p.f 2．伸缩式套筒油缸 （1）结构组成及职能符号
结构组成：一级活塞、二级活塞、缸筒、缸头、密封等。

（2）工作过程：一级活塞直径D 1，二级活塞直径D 2，D 1〉D 2。

伸出过程：若外载为p 工，不考虑摩擦，则一、二级活塞同时推动负载时所需的油压力 p:
当从缸底进出油口A 进油时，液压力是逐渐建立的，那么，当压力达到p 1时，一、二级活塞同时伸出推动负载升起，此时二级活塞相对于一级活塞不动，当到达行程终点时，系统内压力继续升高，当压力达到p 2时，又推动二级活塞继续运动，推动负载继续上升，直至二级活塞的行程终点，此时，举升过程结束。

缩回过程：此时压力油改变方向，从进油口B 进油，二级活塞在压力油的作用下缩回，直至行程终点，此时，压力油进入一级活塞，推动一二级活塞同时回到终点。

3．摆动油缸
1
2212
222
11;4
4
p p D D p D p p D p >∴>×=
×= 工
工
π
π
（1） 结构组成和符号
组成：带叶片的转子、定子、外壳等。

（2）工作原理（根据图讲解） （3）基本参数： 单叶片：
§4-2 液压油缸的结构特点（根据油缸结构拆装讲解） 一、 缸筒与缸盖的连接 二、 活塞结构 三、 密封 四、 缓冲装置 五、 排气装置
§4-3 液压油缸的设计计算 一、
油缸设计中应注意的问题
()()()()
()()()
效率。

分别为容积效率和机械、；为叶片轴直径；入油缸的流量为进
；为缸体内径；为叶片厚度；差为进油腔和回油腔压力角速度扭矩m v v v m cm d l Q cm D cm b MPa p d D b Q d D b Q n m N d D b p d d D d D b p M ηηηπηππωηηmin /34002
301030.8
22222
2223
22m ∆−×××=−×
×××==−××∆=××+−×
−××∆=
1．活塞杆应有好的稳定性，尽量使活塞杆在受拉状态下承受最大负载； 2．考虑油缸在行程终了处的制动问题和油缸的排气问题； 3．油缸职能一段固定，应正确确定油缸的安装和固定方式； 4．尽可能做到结构简单、紧凑，加工、装配和维修方便。

二、
油缸主要尺寸的确定
1．油缸的主要尺寸
油缸的主要尺寸包括：缸筒内径、活塞缸直径、缸筒长度以及缸筒壁厚等。

2．主要尺寸的确定 （1）缸筒直径的确定
（2）活塞杆尺寸的选取
活塞杆的直径d ，按工作时的受力情况来确定。

根据表4-2来确定。

（3）油缸长度的确定
油缸筒长度=活塞行程+活塞长度+活塞导向长度+活塞杆密封及导向 长度+其它长度。

活塞长度=(0.6—1)D ；活塞杆导向长度=（0.6—1.5）d 。

其它长度指一些特殊的需要长度，如：两端的缓冲装置长度等。

某些单活塞杆油缸油时提出最小导向程度的要求，如：H ≥L/20+D/2。

三、
强度和刚度校核
1．缸壁强度校核。

的直径同结构形式，计算缸筒，进一步根据油缸的不面积可求得活塞的有效和工作压力，由活塞所需要的推力根据公式D p F :A A p F ×=[]
[][][]max
max max max 33.23.008.05208.0p D
p D
n n n
p D
p D
b b
−≥
===××≥
≤σδδ
σσσσσδδ
：时，可用以下公式校验—当壁厚。

安全系数，一般取—材料抗拉强度；—。

缸筒材料许用应力，—缸壁内最大工作压力；
—式中：其强度，即：时，可按薄壁公式校验当缸壁厚度
2．活塞杆强度压杆稳定性校核 （1） 活塞杆强度校核 （2） 压杆稳定性校核
当活塞杆的长径比l/d<10时，可按比4-1的公式选择d ，不必进行压 杆稳定性校核，当长径比l/d>10时，其压杆稳定性的校核可有关设计手册进行校核。

3．螺栓连接强度校核
对于缸盖和缸筒为法兰连接的油缸，其螺栓的拉应力为：
[][]强度计算。

结构来确定，不必进行中低压缸的壁厚一般由时，可按下时校验：当壁厚
−×−×+≥
≥13.14.023.0max max p p D D
σσδδ
[]
[][]活塞杆直径。

—活塞杆所受负载；—；全系数，取为安
为材料的抗拉强度，，活塞杆材料许用应力，—式中：
校核：活塞杆的强度可按下式d F n n n
b b
4.1 F
4d ==××≥
σσσσσπ[][]。

—安全系数，一般取—材料屈服极限；—许用应力；—；
螺纹内摩擦系数，一般—螺纹个数；—为螺距；
，螺纹种，螺纹内径，在标准紧固—螺纹直径；—；
螺纹预紧系数，—液压缸最大作用力；—式中：要求：合成应力为：螺栓的剪切应力为：5.21.212.0224.15.12.13.1347.02.0411*******
10
11
n K K Z T t d d d d K K F n
Z
d d F K K Z d F
K S S S S S s
n n s s s
σσσσσστσσστπσ=−=−==
<≈×+=≈×××××=
××××=。