液压传动教案第四章

即：D= 2d
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
三、柱塞缸
(a)所示为柱塞缸 它只能实现一个方向的液压传动， 所示为柱塞缸， 如图 (a)所示为柱塞缸，它只能实现一个方向的液压传动， 反向运动要靠外力。若需要实现双向运动，则必须成对使用。 反向运动要靠外力。若需要实现双向运动，则必须成对使用。 (b)所示 这种液压缸中的柱塞和缸筒不接触， 所示， 如图 (b)所示，这种液压缸中的柱塞和缸筒不接触，运动时由 缸盖上的导向套来导向，因此缸筒的内壁不需精加工， 缸盖上的导向套来导向，因此缸筒的内壁不需精加工，它特别 适用于行程较长的场合。 适用于行程较长的场合。 柱塞缸输出的推力和速度各为： 柱塞缸输出的推力和速度各为：
D [σ ] + 0.4 p y δ≥ − 1 2 [σ ] − 1.3 p y
式中：D为缸筒内径； 式中： 为缸筒内径； 为缸筒试验压力，比缸最高工作压力大20％～30 20％～30％ py为缸筒试验压力，比缸最高工作压力大20％～30％ ［σ］为缸筒材料的许用应力
三、液压缸其他尺寸的确定 缸筒长度L 缸筒长度L 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， 确定，即： L=l+B+A+M+C 式中： 为活塞的最大工作行程； 为活塞宽度，一般为(0.6 (0.6式中：l为活塞的最大工作行程；B为活塞宽度，一般为(0.61)D;A为活塞杆导向长度 为活塞杆导向长度， (0.6-1.5)D;M为活塞杆密封长度 为活塞杆密封长度， 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； 为其他长度。 密封方式定；C为其他长度。 一般缸筒的长度最好不超过内径的20倍 一般缸筒的长度最好不超过内径的20倍。 20 一般导向套滑动面的长度A 一般导向套滑动面的长度A，在D＜80mm时取A=(0.6-1.0)D,在D＞ 80mm时取A=(0.6-1.0)D,在 时取A=(0.6 80mm时取A=(0.6-1.0)d；活塞的宽度B则取B=(0.6 1.0)D。 时取A=(0.6 B=(0.680mm时取A=(0.6-1.0)d；活塞的宽度B则取B=(0.6-1.0)D。
第三节
液压缸的结构设计
一、液压缸典型结构举例
双作用单活塞杆液压缸 耳环2 螺母 螺母3 防尘圈 防尘圈4 17—弹簧挡圈 弹簧挡圈5 套 15—卡键 1—耳环2—螺母3—防尘圈4、17 弹簧挡圈5—套6、15 卡键 耳环 14—O形密封圈8 12—Y形密封圈9 缸盖兼导向套10—缸筒 缸盖兼导向套10 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 活塞13 耐磨环16 卡键帽18 活塞杆19 衬套20 11 活塞13 耐磨环16 卡键帽18 活塞杆19 衬套20 缸底
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p1和p2， 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p1和p2，输入 p1 流量为q 双杆活塞缸的推力F和速度v 流量为q时，双杆活塞缸的推力F和速度v为：
（二）单杆活塞缸
1、工作原理 、 2、特点：由于液压缸两腔的有效工作面积不等，当向缸两腔分 、特点：由于液压缸两腔的有效工作面积不等， 别供油，且供油压力和流量相同时， 别供油，且供油压力和流量相同时，活塞或缸体在两个方向上的输 出推力和速度也不等
ϕ v2 D= d = d ϕ −1 v2 − 1
二、液压缸壁厚的确定 在中、低压系统中，液压缸壁厚根据结构和工艺上的需要确定， 在中、低压系统中，液压缸壁厚根据结构和工艺上的需要确定， 一般不进行计算，当液压缸工作压力较高或直径较大时， 一般不进行计算，当液压缸工作压力较高或直径较大时，才有必 要对其最薄弱部位壁厚进行强度校核
根据负载和工作压力的大小确定D 根据负载和工作压力的大小确定D： 以无杆腔作工作腔时 ①以无杆腔作工作腔时
F=
π
4
D2 p
4F D= πP
②以有杆腔作工作腔时 以有杆腔作工作腔时
F=
π
4
( D 2 − d 2 ) p; λ = d / D
4F D= π (1 − λ2 ) P
根据算出的D 值即可求出活塞杆的直径d 根据算出的D及选定的 λ 值即可求出活塞杆的直径d来， 注意：D,d的取值应按标准进行圆整 的取值应按标准进行圆整。 d＝λD。注意：D,d的取值应按标准进行圆整。
pq
8q
五、其他液压缸 增压缸（ （一）增压缸（又称增压器）
它利用活塞和柱塞有效面积的不同使液压系统中的局部区域获得 高压。输入低压力p1的液压油，输出高压力为p2的液压油。 p1的液压油 p2的液压油 高压。输入低压力p1的液压油，输出高压力为p2的液压油。
D 增大压力关系如式 p2 = p1 d
四、摆动缸 工作原理： 工作原理：见下图 转矩T和角速度 转矩 和角速度w 和角速度
Zpb ( D 2 − d 2 ) ω= = T= T Zb ( D 2 − d 2 ) 8 图所示为双叶片式摆动缸， b图所示为双叶片式摆动缸，它的摆动角度和角速度为单叶片 式的一半，而输出角度是单叶片式的两倍。 式的一半，而输出角度是单叶片式的两倍。
第二节
液压缸主要尺寸的确定
液压缸的主要尺寸：缸的内径， 液压缸的主要尺寸：缸的内径，长度 活塞杆的直径和长度 确定这些尺寸的依据：液压缸的负载，运动速度，行程长度， 确定这些尺寸的依据：液压缸的负载，运动速度，行程长度，结 构形式。 构形式。 通常液压缸要自行设计 一、液压缸内径和活塞杆直径的确定 动力较大的设备， 1、动力较大的设备，其液压缸的内径通常是先根据设备类型及缸 所受负载F确定出缸的工作压力p d/D， 所受负载F确定出缸的工作压力p，再确定λ ＝d/D，然后根据承载 情况按下面的公式计算得出。再从GB2348 80标准中选取最近的 GB2348—80 情况按下面的公式计算得出。再从GB2348 80标准中选取最近的 标准值作为所设计的缸筒内径。 标准值作为所设计的缸筒内径。
双作用液压缸： 双作用液压缸： 活塞双作用，能实现两个方向的运动， 活塞双作用，能实现两个方向的运动，左右移动速 度不等； 度不等； 双柱塞双作用。 双柱塞双作用。
二、活塞缸 按结构特点分： 按结构特点分：可分为双杆式和单杆式 固定方式为： 固定方式为：缸体固定和活塞杆固定 （一）双杆活塞缸 1、工作原理 、 2、运动范围： 、运动范围： 双杆缸运动范围 : 受安装方式影响 缸体固定： (3倍缸体长 倍缸体长) 缸体固定： (3倍缸体长) 活塞杆固定： (2倍缸体长 倍缸体长) 活塞杆固定： (2倍缸体长)
2
单作用增压缸不能连续向系统供油， 单作用增压缸不能连续向系统供油， 为双作用式增压缸， 图b为双作用式增压缸，可由两个高压 端连续向系统供油。 端连续向系统供油。
五、其他液压缸 （二）伸缩缸 伸缩式液压缸由两个或多个活塞式液压缸套装而成， 伸缩式液压缸由两个或多个活塞式液压缸套装而成，前一级活 塞缸的活塞是后一级活塞缸的缸筒，可获得很长的工作行程。 塞缸的活塞是后一级活塞缸的缸筒，可获得很长的工作行程。伸缩 缸广泛的用于起重运输车辆上。 缸广泛的用于起重运输车辆上。
伸缩式液压缸
五、其他液压缸 （三）齿条活塞缸 它由两个柱塞和一套齿轮齿条传动装置组成， 它由两个柱塞和一套齿轮齿条传动装置组成 ， 当液压油推动活 塞左右往复运动时，齿条就推动齿轮往复转动， 塞左右往复运动时，齿条就推动齿轮往复转动，从而由齿轮驱动工 作部件作往复旋转运动。 作部件作往复旋转运动。
3、特点：当两活塞杆直径相同，缸两腔的供油压力和流量都相等 、特点：当两活塞杆直径相同， 活塞（或缸体）两个方向的运动速度和推力也都相等。 时，活塞（或缸体）两个方向的运动速度和推力也都相等。 4、应用：常用于要求往复运动速度和负载相同的场合 、应用： 缸体固定式双杆活塞缸一般用于小型设备的液压系统 活塞固定式双杆活塞缸用于行程较长的大、 活塞固定式双杆活塞缸用于行程较长的大、中型设备的液压系 统 5、双杆活塞缸的推力和速度可按下式计算 、
3、活塞或缸体在两个方向上的输出推力和速度： 、活塞或缸体在两个方向上的输出推力和速度： a、当无杆腔进压力油，有杆腔回油时， 、当无杆腔进压力油，有杆腔回油时，
b、当有杆腔进压力油，无杆腔回油时， 、当有杆腔进压力油，无杆腔回油时，
比较以上两式可知，由于A1＞A2,所以F1＞F2，v1＜v2， 比较以上两式可知，由于A1＞A2,所以F1＞F2，v1＜v2， A1 所以F1 无杆腔进压力油工作时，推力大，速度低， 即无杆腔进压力油工作时，推力大，速度低，有杆腔进压力 油工作时，推力小，速度高。 油工作时，推力小，速度高。 4、应用：单杆活塞缸常用于一个方向有较大负载但运行速度 应用： 较低，另一个方向为空载快速退回运动的运动设备，例如： 较低，另一个方向为空载快速退回运动的运动设备，例如： 各种金属切削机床，压力机，注塑机， 各种金属切削机床，压力机，注塑机，起重机的液压系统 5、差动连接 差动连接 a、概念：单杆活塞缸在其左右两腔都接通高压油 、概念： 差动连接缸左右两腔的油液压力相同， 差动连接缸左右两腔的油液压力相同，但 是由于左腔(无杆腔) 是由于左腔(无杆腔)的有效面积大于右腔 有杆腔)的有效面积， 活塞向右运动， (有杆腔)的有效面积，故活塞向右运动， 同时使右腔中排出的油液(流量为q′) q′)也进 同时使右腔中排出的油液(流量为q′)也进 入左腔，加大了流入左腔的流量(q+q′) (q+q′)， 入左腔，加大了流入左腔的流量(q+q′)， 从而也加快了活塞移动的速度。 从而也加快了活塞移动的速度。
缸筒壁厚校核。缸筒壁厚校核时分薄壁和厚壁两种情况， 缸筒壁厚校核。缸筒壁厚校核时分薄壁和厚壁两种情况， D/δ≥10时为薄壁 壁厚按下式进行校核： 时为薄壁， 当D/δ≥10时为薄壁，壁厚按下式进行校核：
δ≥
2[σ ]
py D
当D/δ<10时为厚壁，壁厚按下式进行校核： D/δ<10时为厚壁，壁厚按下式进行校核： 时为厚壁
直线运动（活塞式、柱塞式）：输出推力和速度 直线运动（活塞式、柱塞式）：输出推力和速度 ）： 摆动 摆动液压缸）： ）：输出转矩和角速度 （摆动液压缸）：输出转矩和角速度
2、按结构特点分： 、按结构特点分： 单作用液压缸： 单作用液压缸： 活塞单向作用，由弹簧使活塞复位； 活塞单向作用，由弹簧使活塞复位； 柱塞单向作用，由外力使柱塞返回。 柱塞单向作用，由外力使柱塞返回。
b、差动连接时的活塞的推力和速度的计算： 、差动连接时的活塞的推力和速度的计算：
比较：因为v3>v1;F3<F1,即 所以单缸活塞杆差动连接时， 比较：因为v3>v1;F3<F1,即：所以单缸活塞杆差动连接时， v3>v1;F3<F1, 能使运动部件获得较高的速度和较小的推力。 能使运动部件获得较高的速度和较小的推力。 应用：在组合机床中，可以实现“快进（差动连接） 应用：在组合机床中，可以实现“快进（差动连接） 工进 无杆腔进油） 快退（有杆腔进油）。 （无杆腔进油） 快退（有杆腔进油）。 为使快进和快退速度相等， 为使快进和快退速度相等，即：v3＝v2 v3＝
第四章
第一节
液压缸
液压缸又称为油缸，它是液压系统中的一种执行元件。 液压缸又称为油缸，它是液压系统中的一种执行元件。 执行元件 就是将液压能转变成直线往复式的机械运动 功能就是将液压能转变成直线往复式的机械运动。 功能就是将液压能转变成直线往复式的机械运动。
液压缸的分类和特点
一、液压缸的分类 1、按运动形式分： 、按运动形式分：
一、液压缸内径和活塞杆直径的确定 动力较小的设备，液压缸的尺寸若按负载计算， 2、动力较小的设备，液压缸的尺寸若按负载计算，其数值可能很 故多按结构需要而确定。对单杆活塞缸， 小，故多按结构需要而确定。对单杆活塞缸，一般是先按结构要 λ 求选定活塞杆直径d 求选定活塞杆直径d，再按给定的速比 ϕ (ϕ = v2 / v1 = D 2 /( D 2 − d 2 )) 根据以下公式计算出缸的内径D 根据以下公式计算出缸的内径D