液压与气动液压缸

液压缸的缸筒长度由活塞最大行程、活塞长度、活塞杆导向套长 度、活塞杆密封长度和特殊要求的长度确定。 一般活塞长度为(0.6-1.0)D，导向套长度为(0.6-1.5)d。为减少加 工难度，一般液压缸缸筒长度不应大于内径的 20-30倍。
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3 液压缸强度校核
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�
当通入压力油时，活塞由大到小依次伸出；缩回时，活塞则由 小到大依次收回。各级压力和速度可按活塞缸的有关公式计算。
�
特别适用于工程机械及自动线步进式输送装置。
参数计算
π 2 F =P D η i 1 4 i mi
4qη v = i
vi πD 2 i
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第一节 液压缸的工作原理、 类型和特点
1 液压缸的工作原理
缸筒固定： 一腔连续地输入压力油。当油的压 缸筒固定：一腔连续地输入压力油。当油的压 力足以克服活塞杆上的所有负载时，活塞以速度连 续向另一腔运动，活塞杆对外界做功 ，反之亦然。 活塞杆固定 ：一腔连续地输入压力油时，则缸 活塞杆固定： 筒向另一方向运动，反之亦然。
n
15 时，应对活塞杆进行稳定性验算） （当活塞杆长度L与其直径d之比大于 之比大于15 15时，应对活塞杆进行稳定性验算） �
稳定临界负载 Fk 按材料力学公式和液压设计手册确定。
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32 结束
习
1 2 3 4 试述柱塞式液压缸的特点。
题
液压缸为什么要设置缓冲装置？应如何设置？ 液压缸为什么要设置排气装置？ 已知单活塞杆液压缸缸筒直径 D=50mm，活塞杆直径 d=35mm，液压泵供
油流量为q=10L/min，试求：（ 1）液压缸差动连接时的运动速度；（ 2）若缸 在差动阶段所能克服的外负载 F=1000N，缸内油液压力有多大（不计管内压力 损失）？ 5 一柱塞缸的柱塞固定，缸筒运动，压力油从空心柱塞中通入，压力为
p=10MPa，流量为q=25L/min，缸筒直径为 D=100mm，柱塞外径为 d=80mm，柱 塞内孔直径为 d0=30mm，试求柱塞缸所产生的推力和运动速度。
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(4) 齿轮齿条缸
齿条活塞缸是活塞缸与齿轮齿条机构组成的复合式缸。它将活 塞的直线往复运动转变为齿轮的旋转运动，用于机床的进刀机构、 回转工作台转位、液压机械手等。
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第三节 液压缸的典型结构
结构举例
� 缸体组件 包括缸筒、缸盖、缸底等零件 � 活塞组件 包括活塞与活塞杆等零件 � 密封装置 活塞与缸筒、活塞杆与缸盖的密封 � 缓冲装置 � 排气装置
叶片摆动缸的两倍，输出角速度是单叶片缸的一半。
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结构
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5 组合式液压缸
(1) 串联缸
是由两个缸组成的串连液压缸。两个缸分别有自己的进油口、出油口，缸 筒固定在同一个活塞杆上。两个缸的进油口相连，出油口也相连。串连液压缸 的输出力是两个缸输出力的总和。
参数计算
q A 1 F = p(A + A ) 1 2 v=
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(2) 增压缸
增压缸是活塞缸与柱塞缸组成的复合缸，但 它不是能量转换装置， 只是一个增压器件。
参数计算
A p =p 1 2 1A 2
增压比为大活塞与小柱塞的面 积比 K ＝D /d ；增压能力是在降 低有效流量的基础上得到的；增压 缸作为中间环节，用在低压系统要 求有局部高压油路的场合。
2 2
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(3) 伸缩缸
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 单作用伸缩液压 时缸的轴向尺寸很小。除 双作用伸缩液压缸 外，还有 外，还有单作用伸缩液压 缸，它与双作用不同点是回程靠外力，而双作用靠液压作用力。
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2 液压缸主要尺寸的确定
缸直径D、活塞杆直径d、缸长度L 主要尺寸： 主要尺寸：缸直径 如：对单杆缸而言 杆径
ψ −1 d =D ψ D=
4F 1 πp 1
无杆腔进油
有杆腔进油
4F 2 + d2 D= πp 1
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计算所得的液压缸内径 D 和活塞杆直经 d 应圆整为标准 系列，参见《新编液压工程手册》。
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重点难点
�
液压缸的作用和工作原理 液压缸的参数计算 各类液压缸的特点及应用
�
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第一节 液压缸的组成和类型 液压缸的组成和类型 第二节 第二节 液压缸原理及参数计算 液压缸原理及参数计算 第三节 第三节 液压缸的典型结构 液压缸的典型结构 第四节 第四节 液压缸的设计计算 液压缸的设计计算
教学要求 教学要求 重点难点 本章目录
液压缸是液压系统中的执 行元件，它的职能是将液压能 转换成机械能。液压缸的输入 量是液体的流量和压力，输出 量是直线速度和力。液压缸的 活塞能完成往复直线运动，输 出有限的直线位移。
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教学要求
�
掌握液压缸的作用和工作原理 掌握液压缸的类型和参数计算 熟悉各类液压缸的特点 了解各类液压缸的结构和设计计算
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33 结束 33
6
设计一单杆活塞液压缸，要求快进时为差动连接，快进和快
退（有杆腔进油）时的速度均为 6m/min。工进时（无杆腔进油，非 差动连接）可驱动的负载为 F=25000N，回油背压为 0.25MPa，采用额 定压力为6.3MPa、额定流量为 25L/min 的液压泵，试确定：（ 1）缸 筒内径和活塞杆直径各是多少？（ 2）缸筒壁厚（缸筒材料选用无缝 钢管）是多少？
缸筒壁厚校核
� �
δ≥10 时 薄壁缸： D/ D/δ 10时 厚壁缸： D/ δ＜10 时 D/δ 10时
4F π [σ
p D y δ≥ 2[σ ]
D δ≥ ( 2
活塞杆强度
� �
[σ ] + 0.4 p y [σ ] − 1.3 p y
−1 )
杆受拉时： 杆受压时：
�
d ≥
]
F F
≤
k k
稳定性验算
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34 结束 34
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当缸筒固定时，运动部件移动范围是活塞有效行程的三倍； 当活塞杆固定时，运动部件移动范围是活塞有效行程的两倍 。
L = 3l
L = 2l
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2 单活塞杆缸
单活塞杆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，即 L = 2l 。
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1 液压缸工作压力的确定
液压缸要承受的负载包括有效工作负载、摩擦阻力和惯性力等。 液压缸的工作压力按负载确定。对于不同用途的液压设备，由于工作 条件不同，采用的压力范围也不同。设计时，液压缸的工作压力可按 负载大小及液压设备类型参考相关手册来确定。
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b T = η b ∫ R 2 (p − p )rdr = (R 2 − R 2)(p − p )η m R 1 2 1 1 2 m 2 2 1 2qη v w = 2πn = b(R 2 − R 2) 2 1
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单叶片式 双叶片式
摆动角度较大，可达 300° 摆动角度一般小于 150°。但在相同条件下，输出转矩是单
两种工作状态比较：
q =q =A v =A v , 1 2 1 1 2 2 ϕ ≈1 v A F ϕ= 2 = 1 = 1, v A F ϕ >> 1 1 2 2
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v ≈v 2 1 v >> v 2 1
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差动连接缸
单活塞杆缸两腔同时通压力油，称为差动连接。差 动连接的缸只能一个方向运动。图示为向右运动。
�
无杆腔进油
�
有杆腔进油
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参数计算
q 4q ⎧ 1 = 1 ⎪v1 = 2 A ⎪ πD 1 无杆腔进油：⎨ ⎪ π 2 π 2 2) F = p D − p (D − d ⎪1 1 24 ⎩ 4 q 4q ⎧ 2 2 = ⎪v 2 = 2 − d 2) A π ( D 有杆腔进油：⎪ 2 ⎨ ⎪ π 2 2 π 2 F = p (D − d ) − p D ⎪ 2 1 2 ⎩ 4 4
1 双活塞杆缸
双活塞杆缸活塞两侧都有活塞杆伸出。
注：本章所论及的液压缸，除特别指明外，均以缸筒固 定，活塞杆运动。
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参数计算
v= q 4q = 2 −d2) A π(D
π 2 2 F = (D − d )(p −p ) 1 2 4
双活塞杆缸根据安装方式不同又分为活塞杆固定式和缸筒固定式两种。
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液压缸排气
排气阀排气、排气塞排气、进出油口排气
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第四节 液压缸的计算
液压缸的参数计算及设计 步骤
(1) 根据使用要求确定液压缸的类型； (2) 按负载和运动要求确定液压缸的主要结构尺寸； (3) 进行强度验算； (4) 进行结构设计。 液压缸的主要尺寸包括液压缸的内径D、缸的长度L、活 塞杆直径d。主要根据液压缸的负载、活塞运动速度和行程等 因素来确定上述参数。
柱塞缸只能作单作用缸，要求往复运动时，需成对使用。柱塞缸能承受 一定的径向力。
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参数计算
单向运动时 双向运动时
v=
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4q πd 2
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F=p
π 2 d 4
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4 摆动缸
当通入液压油，它的主轴能输出小于 360°的摆动运动的缸称为摆 动式液压缸。常用于辅助装置，如送料和转位装置、液压机械手及 间歇进给机构。
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2 液压缸的组成
液压缸组成：活塞、缸体、活塞杆、端盖、密封等
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3 液压缸的分类
�
按结构形式分：
活塞缸 又分单杆活塞缸、双杆活塞缸 柱塞缸 又分径向柱塞泵和轴向柱塞泵 摆动缸 又分单叶片摆动缸、双叶片摆动缸
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液压缸共性结构
缸体与缸盖连接 活塞与活塞杆连接
常见连接方式有法兰连接式、 半环连接式 、螺纹连接式 、拉杆 连接式 、焊接式连接等
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常见的有一体式、锥销式连接外、还 有螺纹式连接和半环式连接等多种型式。
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液压缸缓冲
间隙缓冲 可调缓冲 卸载缓冲
q
1 vA
= q + q 1
2 = q + vA
2
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q 4q = 2 A −A 1 2 πd π F = p(A − A ) = d 2p 1 2 4 v=
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3 柱塞缸
柱塞与缸筒间无配合关系，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。
�
按作用方式分：
单作用液压缸 一个方向的运动依靠液压作用力实现，另一
个方向依靠弹簧力、 重力等实现； 双作用液压缸 两个方向的运动都依靠液压作用力来实现； 复合式缸 活塞缸与活塞缸的组合、活塞缸与柱塞缸的组合、 活塞缸与机械结构的组合等。
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第二节 液压缸基本参数的计算