第四章 液压缸

（3）由于液压缸两腔承压面积不等，当q一定时，往返运动的速度不等：
q 4q v1 A1 D2
职能符号：
v2
q 4q A2 ( D2 d 2 )
（4）工作台运动范围约等于活塞行程的2倍。
2、单作用单杆活塞缸
工作特点：
（1）单向进油，故称单作用式； （2）液压缸的返回依靠重力或弹簧力 F,v
一、液压缸主要尺寸的确定
1、工作压力的选取
根据液压缸的实际工况，计算出外负载大小，然后
参考下表选取适当的工作力。
液压缸工作压力的确定
负载
缸工作压力
0～0.7
70～140
140 ～250
>250
320
P1(bar）
60
100 ～140 180 ～210
2、活塞杆直径d与缸筒内径D的计算
受拉时： d=(0.3-0.5)D 受压时： d=(0.5-0.55)D (p1<5mpa) d=(0.6-0.7)D d=0.7D (5mpa< p1<7mpa) (p1>7mpa)
q 4q v1 v2 A ( D2 d 2 )
（2）不能实现差动连接。 （3）缸体固定时，整个工作台的移动范围约等于活塞有效行程的3倍； 活塞杆固定时，整个工作台的移动范围约等于液压缸有效行程的2倍。
（三）无杆活塞缸
压力能→往复运动机械能→回转运动机械能
二、柱塞式液压缸（柱塞缸）
度等。 液压缸安装精度不高，其中心线与导轨不平行。 执行机构相对运动的接触面缺乏润滑油，产生干摩擦 或半干摩擦。
2、排除的方法
排除系统内的空气。若没有排气装置，可开动液压系
统，用最大行程使工作部件快速运动，以排队系统内 的空气。 调整两端密封圈，使松紧合适，保证活塞杆能来回用 手拉动，试车时无泄漏即可。 校直活塞杆，修整活塞。 活塞杆两端螺母不宜拧得太紧，一般用手旋紧即可， 以保证活塞杆处于自然状态。 珩磨或研磨修复液压缸，然后根据修磨后的孔径配活 塞。 检查后，重新安装和校正。 调整执行机构运动副的润滑油量，保持适量润滑。
(σ )—活塞杆材
5、液压缸缸筒长度的确定
缸筒长度根据所需最大工作行程而定。活塞杆长度根 据缸筒长度而定。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。
二、液压缸结构设计中的几个基本问题
1、液压缸的缓冲
液压缸中使用的缓冲装置，常见的有环状间隙式，节 流口可调式或外加缓冲回路等。
2、增压液压缸
A1 A2
P1
P2
说明：
A1 p2 p1 m A2
1.增压缸不是换能元件，输入、输出均为压力能；
2.增压缸增压的同时使输出的流量减小，其总能量保持不变。
增压液压缸：使局部油路获 得高压，起压力放大作用， 它不是执行元件。故又称为 增压器。 类型：单作用、双作用
（1）单作用增压缸
(1)缸筒和缸盖 工Leabharlann Baidu压力p＜10MPa时，使用铸铁；
10MPa ＜ p＜20MPa时，使用无缝钢管； p＞20MPa时，使用铸钢或锻钢。
(a)法兰连接式
(b)半环连接式
(c)螺纹连接式
(d)拉杆连接式 (e)焊接连接式
(2)活塞与活塞杆
(3)密封装置
(4)缓冲装置 缓冲目的：减小机械碰撞 缓冲方法： 缸外缓冲－－回路上设置减速阀或制动阀 缸内缓冲（固定节流缓冲、可变节流缓冲） 缓冲装置的工作原理： 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。
i
环状间隙式缓冲装置
节流口可调式缓冲机构
2、液压缸的排气
为了排除聚集在液压缸内的空气，可在缸的两端最 高部位各装一只排气塞。
排气塞结构
排气塞结构
第四节
一、爬行：
液压缸常见故障分析 及排除方法
1、可能的原因
空气混入系统。 液压缸两端的密封圈压得太紧或太松。 活塞和活塞杆同轴度不好，活塞杆全长或局部弯曲。 活塞杆两端的螺母拧得太紧，降低了同轴度。 液压缸内孔锈蚀、拉毛，孔径因磨损出现腰鼓度、锥
D 2d
（二）双杆活塞缸
双杆式活塞缸：活塞两端都 有一根直径相等的活塞杆的 液压缸。 根据安装方式：缸筒固定式 （实心双出杆）、活塞杆固
定式（空心双出杆）两种。
工作特点：
（1）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。
1 F1 F2 ( p1 p2 ) A ( p1 p2 ) ( D 2 d 2 ) 4
2
3、增速缸
增速缸是由活塞缸和柱塞缸复合而成。增速缸能
在不增加泵的流量的前提下，提高运动部件的运动速 度。利用增速缸可实现快进、工进和快退的工作循环。
4、齿条活塞缸
如图所示，齿条活塞缸能将活塞的直线往复运 动转换为齿轮的旋转运动。
练 习
已知一单杆活塞缸，设液压油进入有杆腔时的 速度为v2，差动连接时的速度为v3，现要求v3/v2=2 时，试求活塞直径D和活塞杆直径d之间的关系？ 解：v2=q/A2=4q/π（D -d ） v3=q/A3=4q/πd v3/v2=2
第一节
液压缸的分类和特点
按结构分类：
活塞式（单杆、双杆、无杆）
柱塞式
伸缩式
按作用方式分类：单作用、双作用、组合式
单作用缸
在压力油的作用下只能作单方向运动的液压缸， 其回程需借助于运动件的自重或其它外力（如弹簧力）。
双作用缸
在压力油的作用下能实现往复两个方向运动的液压缸。
◆活塞式液压缸 ◆柱塞式液压缸 ◆摆动式液压缸 ◆组合式液压缸
① 首先是最大直径的缸筒开始外伸，直径最小的末级最后伸出。 ② 推力一定时，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。 ③ 在输入压力和流量不变前提下，其值为：
1 Fi p1 Di2 4
式中: i 指 i 级活塞缸。
4q vi Di2
④在输入压力不变前提下，随着行程逐级增大，推力逐渐减小，这种推力 的变化正好适合于自动装卸车对推力的要求。
① 固定节流缓冲 特点：在整个缓冲行程中节流口面积固定不变。 ② 可变节流缓冲 特点：节流口面积随缓冲行程增大而减小，缓冲腔内的压力几乎保持不变。
PH Aj
v
v
Aj
SH
PH
SH
固定：瞬时缓冲压力大，易产生液压冲击；外力不为0时，v不为0， 总存在机械碰撞。 可变：速度降低慢，不会引起液压冲击；最终速度为0，可避免机 械碰撞。 (5)排气装置 液压缸在安装过程中或长时间停放重新工作时，液压缸里和管道系统中 会渗入空气，为了防止执行元件出现爬行，噪声和发热等不正常现象， 需把缸中和系统中的空气排出。
D
P
P
d
0
工作原理：当输入活塞缸的液体压力为p1，活塞直径为D，柱塞直径为d时，柱塞缸中 输出的液体压力为高压，其值为：
1 1 D 2 2 p1 D p2 d p2 p1 Kp1 4 4 d
式中：K=D2/d2，称为增压比，它代表其增压程度。 工作特点：不能连续输出高压液体；增压行程短。为连续的获得高压，需 采用双作用增压缸 。 （2）双作用增压缸
一、活塞式液压缸
类型：单杆式、双杆式、无杆式
（一）单杆活塞缸
类型：双作用单杆、单作用单杆、差动液压缸
1、双作用单杆活塞缸
工作特点：
（1）双向进油，故称双作用式； （2）由于液压缸两腔承压面积不等，当p一定时，往返运动的出力不等：
1 1 2 F1 p1 A1 p2 A2 p1 D p2 ( D 2 d 2 ) 4 4 1 1 2 2 F2 p1 A2 p2 A1 p1 ( D d ) p2 D 2 4 4
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。 通常用于长行程机床，如：龙门刨床、导轨磨床、大型拉床。
三、摆动式液压缸
四、组合式液压缸
1、伸缩式液压缸
伸缩缸又称多级缸，其特点是伸出行程长，缩回尺寸小。
结构特点：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。 类型：单作用式如图(a) 、双作用式如图 (b)，前者靠外力 回程，后者靠液压回程。 工作特点：伸缩缸的外伸和缩回动作是逐级进行的。
二、推力不足或工作速度逐渐下降甚至停止：
1、可能的原因
液压缸和活塞配合间隙过大或因密封圈磨损而引起很大
间隙，造成活塞两端高、低压油互通而速度下降。 由于工作时经常用工作行程的某一段，造成液压缸孔径 局部有腰鼓形，使液压缸两端高、低压油互通。 活塞杆弯曲。 液压缸两端活塞杆处的密封元件压得过紧。 液压油中杂质过多，使活塞卡信。 油温过高使油液黏度下降，泄漏增加。 执行件导轨润滑不良。 也有可能因泵供油压力不足引起。
4q v3 d2
1 1 1 2 2 2 2 产生的推力F3： F3 p ( A1 A2 ) p D p ( D d ) p d 4 4 4
（4）液压缸返回时非差动连接，欲获得相等的快进快退速度，须满足：
q 1 ( D2 d 2 ) 4 q 1 2 d 4
1—活塞杆 2—堵头 3—托架 4、17—V形密封圈 5、14—排气孔 6、19—导向套 7—O形密封圈 8—活塞 9、22—锥销 10—缸体 11、20—压板 12、21—钢丝环 13、23—纸垫 15—活塞杆 16、25—压盖 18、24—缸盖
2.液压缸的组成
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。
2 2 2
(D -d )/d =2
D=
2
2
2
3d
第二节
液压缸的结构
一、液压缸的典型结构和组成
1.液压缸的典型结构举例
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
应用：夹紧系统、举升机构
p,q
3、差动液压缸
差动连接：单杆活塞缸的两腔同时通入 压力油，由于两腔的承压面积不同，迫 使有杆腔的回油重新进入油缸的无杆腔， 这种连接称为差动连接。 差动液压缸：采用差动连接的单杆活塞缸。
F, v
p, q
差动缸回程时连接
工作特点：
（1）是双作用单杆活塞缸；
（2）利用两腔的有效作用面积差进行工作； （3）差动连接时的速度v3和推力F3： 1 q q ' v3 D 2 4 1 ' q v3 ( D 2 d 2 ) 4
第三节
液压缸的设计与计算
在设计液压缸之前，必须对整个液压系统进行工况分析， 编制负载图，选定系统的工作压力(详见第九章)，然后根据 使用要求选择结构类型，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。 液压缸的设计内容和步骤 (1)选择液压缸的类型和各部分结构形式。 (2)确定液压缸的工作参数和结构尺寸。 (3)结构强度、刚度的计算和校核。 (4)导向、密封、防尘、排气和缓冲等装置的设计。 (5)绘制装配图、零件图、编写设计说明书。
柱塞式液压缸特点：
（1）柱塞式液压缸是单作用液压缸，即靠液压力只能实现 一个方向的运动，回程要靠自重（当液压缸垂直放置 时）或其它外力，因此柱塞缸常成对使用； （2）柱塞运动时，由缸盖上的导向套来导向，因此，柱塞 和缸筒的内壁不接触，缸筒内孔只需粗加工即
（3）柱塞重量往往比较大，水平放置时容易因自重而下垂，
第四章 液压缸
制作人：石枫
液压缸是液压系统的执行元件 液压缸的作用是将机械能转化为压力能
液压缸一般用于实现直线往复运动或摆动
液压缸在液压系统中的应用
升降台
压力机
假肢
目录
第一节 第二节 第三节 第四节

液压缸的分类和特点 液压缸的结构 液压缸的设计与计算 液压缸常见故障分析及排除方法
3、液压缸缸筒壁厚和外径的计算
缸筒最薄处壁厚：δ ≥pyD/2(σ ) δ —缸筒壁厚； D—缸筒内径；py—缸筒度验压力，当额定压Pn>160x105Pa时， Py=1.25Pn ；(σ )—缸筒材料许用应力。(σ )=σ b/n。
4、活塞杆的计算
直径强度校核：d≥[4F/π (σ )]1/2
d—活塞杆直径；F—液压缸的负载； 料许用应力，(σ )=σ b/n。