液力传动-液压缸

L
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(3)基本参数
双活塞杆液压缸的两端直径通常是相等的，因而液压缸 左、右两腔的有效面积相同。
若供油压力和流量不变，则活塞往复运动时，两个方向上 的作用力和速度是相等的，其中：
作用力： 速度：
F Ap (D2 d 2 ) p
4
v
Q
1 （D2
d 2)
因此活塞会产生向右的运动。
pQ
Q`
v3
活塞向右运动时，小腔排出 的油流量为Q`，这股流量与供 油流量合在一起进入大腔，使 活塞向右运动的速度加快。
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Q' v3 A2
v3 A1 Q Q' Q v3 A2
Q v3 ( A1 A2 )
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可知：
➢a.只要改变活塞杆的直径就可改变运动速度。因此，采用差 动液压缸可以方便地实现所要求的快速运动，比从大油腔 单独供油时的速度大；
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二、液压缸设计中应注意的问题
1.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。
2.要保证密封可靠、防尘良好。 3.液压缸的活塞杆最好在受拉的情况下工作，以免产生纵向
弯曲。对受压的细长活塞杆则应进行稳定性校核。若活塞很 长而又水平放置时，由于自重产生的挠度一般应小于 0.001L(L为活塞杆长度)，以防破坏密封装置。也可用加中间 支承的方法来减小垂度。
A.根据负载来确定缸筒内径 无杆腔内径D=(4F/πp)(1/2)； 有杆腔内径D=(4F/πp＋d2)(1/2)
B.根据工作速度来确定缸筒内径 (2)活塞杆直径
A.活塞杆直径除满足强、刚度要求外，对于单杆液压缸来说 往往以满足工作速度的速比，来确定活塞杆直径，然后再校核 其强度和稳定性。
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由此可见这种液压缸的工作有如下特点：
(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，柱塞的回程要靠其它的外力或柱塞的自重(当液压 缸垂直放置时)；
(2)柱塞只靠缸套支承，而不与缸筒接触，这样缸筒极易加 工，故适于做长行程液压缸；
(3)工作时液压缸总受压，它必须具有足够的刚度。
为了实现双向往复运动，即实现两个方向的液压驱动，可 采用双柱塞缸并排安装的方案。
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(6)柱塞只靠钢套支撑而不与缸体接触，这样缸筒易于加工， 故适于做长行程的液压缸。若太长，有时需要加辅助导向 机构。
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三、摆动式液压缸
(2)工作原理
无杆腔 进油腔
有杆腔 回油腔
特点：
因两侧有效作用面积和油液压力不等，活塞在液压 力的作用下，作直线往复运动，但速度不相同。
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(3)安装方式
例：液压刨床
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(4)基本参数
①从大腔(无杆腔)进油
F1
p1 A1
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B.活塞杆直径还可按缸的工作压力来确定。 (3)缸筒长度L
缸筒长度由活塞行程，再加上各种结构来确定
➢4. 强度校核
（1）薄壁强度校核
pyD 2[ ]
（2）厚壁强度校核
D 2
[ ] [ ] 3 py
1
（3）活塞杆强度校核 d
4F [ ]
（4）缸盖螺栓强度校核
ds
5.2kF z[ ]
液压与液力传动
上堂课内容回顾
（1）各种液压泵的结构和原理。 （2）各液压泵的特性和应用。
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第四章 液压缸与液压马达
油马达输出的是转速和转矩，是连续的转动；而有些 工作机要求的是力和往复直线运动或者是转矩较小的往复摆 动，这就是动力油缸。
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K为螺纹拧紧系数
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➢5.活塞杆稳定性校核; F Fk
nk
式中，nk为安全系数；Fk为所允许的临界载荷。
当 l / rk 1 2
Fk
2 2EJ
l2
当 l / rk 1 2 ,且 1 / 2 20 ，则不必校核。
当 l / rk 1 2 ，且 之间 1 / 2 20 ~ 120
以免缸盖松开，产生泄漏。拉杆计算的目的，就是估算拉杆 预加载荷量。
拉杆预加载荷为：
FI
AP
(1
1
1 2
Ac Ec LT
) ps
AT ET Lc
式中，AP为活塞有效面积； ps为规定分离压力；Ac，Ec，Lc 分别为 缸筒筒壁的截面积、弹性模量和有效长度。 AT，ET， LT分别为拉杆的截面积、弹性模量和有效长度。
一、 设计液压缸一般要做以下几方面的工作：
➢1.选择液压缸的类型和结构形式 选择液压缸的类型是进行以后各项设计工作的基础。这步
工作可参考前面两节介绍的内容来进行。
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➢2.确定液压缸的工作参数 (1)液压缸的工作压力 p=F/A (2)液压缸的工作速度 (3)液压缸的行程 ➢3.计算液压缸的结构尺寸 (1)缸筒内径
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摆动式液压缸的输出扭矩和转速
输出转矩：
M t
Z
D
2 d
2
pbrdr
Z 2
pb[( D )2 ( d )2 ] Z 228
pb(D2 d 2 )
Z pb(D2 d 2 ) 8
由于存在摩擦，即 M<Mt 所以机械效率为：
输出角速度：
M
Mt
扇形的面积（中心角α）为：
4
式中：p-供油压力；A-活塞有效面积；Q-供油量；d-活塞杆 直径；D-活塞直径。
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2.单活塞杆液压缸
(1) 结构特点：
液压缸只有一端有活塞杆，从缸的端头伸出。其结构组 成与双活塞杆液压缸相似。
职能符号：
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结构动画
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当压力油从左油口进入缸的左腔时，推动活塞向右运动，
从而通过活塞杆带动工作台也向右运动，缸右腔的油则从右口 排出。
当压力油从右口进，则工作台会产生反向(左)的运动，左 口就会成为排油口。
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1.双活塞杆液压缸
缸的职能符号：
(1)结构特点： 两侧有效工作面积一样。
➢b.只要有A1=2A2 （即： d 2 D2 2）的关系，差动连接的运 动速度v3可以等于小腔进油(供油流量不变)大腔回油时的运 动速度；
➢c.这种缸的活塞推力为：
F3
p( A1
A2 )
4
d2
p1
返回时，如果回油压力p2 =0，则推力为
F2
p1 A2
A1 p2
[(D2
4
d 2 ) p1
D2 p2 ]
A2 p2
4
[D2
p1
(D2
d 2 ) p2 ]
Q 4Q v1 A1 D2
②从小腔进油
F2
p1 A2
A1 p2
[(D2 4
d 2 ) p1
D2 p2 ]
v2
Q A2
4Q (D2 d2)
③v2、v1之比称为速度比：
v
v2 v1
1
1 (d
)2
D
可知：单活塞杆液压缸左、右两个方向的工作性能不对称的。
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(4)柱塞端面是受油压的工作面，所以: 柱塞上有效作用力为:
F pA d 2 p
4 柱塞的运动速度为:
Q 4Q
v A d 2
式中：d-柱塞直径，其它符号意义同前。
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(5)柱塞式液压缸是单作用式的，它的回程需要借助自重（垂 直放置时）、弹簧力等其它外力来完成。
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4.液压缸的热胀冷缩应不受防碍。液压传动系统中由于功率 损耗、机械摩擦及油的粘性摩擦都会使油发热。液压缸受热 后便膨胀伸长，因此对长行程的液压缸在结构设计时应考虑 它有自由伸缩的余地，以免液压缸受到额外的热应力。一般 将液压缸固定在机架上时，只能固定一端的缸盖，而让另一 端自由伸缩。
Fk
1
fA
a
2
l rk
式中，1 为柔度系数；2 为液压缸末端系数， rk为活塞杆回转半 径，ａ为实验常数，对钢取ａ＝１/5000。
➢6.缓冲计算
Pc m ax
E2 Aclc
mv02 2 Aclc
式中，E2为机械能。
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➢7. 拉杆拉杆预加载荷
缸筒和缸盖是利用拉杆组装在一起的。利用拉杆预应力，
摆动式液压缸是一种作往复旋转运动的执行元件。
符号：
单片式摆动式液压缸，由于结构的限制，其旋转的 角度小于360°。
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双片式摆动液压缸，摆动角度小于180°。但与单片式相 比，在结构尺寸相同的情况下，其输出转矩增大一倍，并 具有径向液压力平衡的优点。
双片式和单片式，都可使输出轴作逆时针和作顺时针旋转。
5.根据需要设置缓冲装置和放气装置。缓冲和放气不是任何 情况下都需要的，一定要根据液压缸的使用条件来决定有无 必要设置这两种装置，以免使液压缸的结构造成不必要的复 杂化。
6.尽量缩短进、出油管的长度，以减少压力损失。进、出油 口的位置要恰当，不要被活塞运动到终端时把它堵死。
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一、分类
第一节 液压缸类型和特点
活塞式
单作用油缸 柱塞式
伸缩式
动力油缸
双Hale Waihona Puke Baidu用油缸
单活塞杆 差动 双活塞杆 伸缩式
串联
组合油缸
增压 多位 齿条传动
摆动油缸 以运动形式分两种：
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单叶片式 双叶片式
往复直线运动 往复摆动
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二、活塞式液压缸
结构：由缸筒、活塞、活塞杆、端盖、支架和密封件组成。
4
d 2 p1
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可见：
（1）F2=F3，差动液压缸可以实现活塞左右运 动时的推力相等，而且推力比非差动连接小。
（2）差动油缸克服了活塞杆面积，对往复运动 力与速度的影响。
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二、柱塞式液压缸
柱塞式液压缸由缸筒1、 活塞2、缸套3和弹簧卡圈4等 零件组成。压力油从唯一的 油口进入缸筒，推动柱塞向 下运动，压力油泄掉，柱塞 不会自动向上运动。
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(2)安装方式：两种
缸筒固装在机架上，活塞杆与工作台相连。 这种安装方式当活塞杆的有效行程为l时，整个工作台
的运动范围是3l，所以机器占地面积较大。
L
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活塞杆固装在机架上，缸筒则与工作台相连。
工作台的移动范围只等于活塞有效行程l的2倍(2l)， 所以机器占地面积较小。
V
Qt Q
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因此，实际转速为：
M
8QV
(D2 d 2 )Zb
式中，D-缸体内孔直径；d-输出轴外圆的直径；b-叶片的宽 度；其它符号意义同前。
要增加摆动式液压缸的输出扭矩，可用增加叶片的数目来 实现。叶片的数目应成对增加（考虑对称径向液压力平 衡）。
S
1 (D2 8
d 2 )
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则摆动油缸（Z个转子叶片）转过α角所排出
的液体体积为： V Z（D2 d 2 )b
8
所以，流量为：
Qt
V t
1 8
(D2
d 2 )b
t
Z 8
(D2
d 2 )b
因此，转速为：
(D2
8Qt d2
)Zb
由于漏失，使得Q>Qt，所以容积效率为：
若叶片的对数为Z，在其它条件不变的情况下，摆动缸的输 出扭矩将增大Z倍，但转速将减小Z倍。
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四、其它液压缸（同学们自学） （1）、伸缩液压缸 （2）、无活塞杆液压缸 又称齿条活塞液压缸 （3）、增压液压缸 （4）、多级液压缸 （5）、气－液阻尼液压缸 （6）、气压油缸 （7）、复合式油缸
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(5)差动液压缸
若要得到对称的工作特性，对单活塞杆液
压缸来说可采用差动工作方式来实现。 所谓差
动工作方式，就是把油路接成如图所示的差动
连接，即压力油同时进入大腔和小腔。这时两
腔的压力虽然相同，但由于两腔有效面积不同，
故而推动活塞向右的力大于推活塞向左的力，
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第二节 液压缸的设计与计算
液压缸的设计是整个液压系统设计任务之一，本节要 介绍如何利用前面的知识来设计液压缸的方法与步骤。实 际设计中，可利用的计算机辅助设计软件也不少。
要设计好液压缸，还必须事先作好调查研究，掌握必 要的原始资料。 注意：主机的用途和工作条件；执行机构的结构特点、负 载大小、行程范围和动作要求；材料、器材的供应情况和 生产加工条件；国家标准和技术规范等。