双活塞杆双作用活塞式液压缸结构设计
第四章 液压缸(双活塞液压缸)ppt课件
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2
因为双活塞杆液压缸的两活塞杆直径相等，所以当 输入流量和油液压力不变时，其往返运动速度和推力相 等。则缸的运动速度V和推力F分别为：
vqAv (D42qd2)v （4.1）
F4(D 2d2)p (1p2)m （4.2）
式中:
p 1、 p 2 —分别为缸的进、回油压力；
、 v m —分别为缸的容积效率和机械效率； D 、d —分别为活塞直径和活塞杆直径；
q —输入流量； A—活塞有效工作面积。
这种液压缸常用于要求往返运动速度相同的场合。
4.1.1 活塞式液压缸
活塞式液压缸可分为双杆式和单杆式两种结构形式， 其安装又有缸筒固定和活塞杆固定两种方式。
4.1.1.1 双杆活塞液压缸
双活塞杆液压缸的活塞两端都带有活塞杆，分为缸体 固定和活塞杆固定两种安装形式，如下图所示。
q P1
A
F
v
P2
(a)缸筒固定式
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
.
1
F
Av
P2 P1 q
(b)活塞杆固定式
.
3
液压缸的类型和特点
u
qv A
4qv
(D2 d 2)
（1-1）
F
( p1
p2 )A
4
(D2
d
2 )( p1
p2 )
（1-2）
式中：u——活塞（或缸体）的运动速度；qv——供油流量；F——活 塞(或缸体)上的推力；p1、p2——分别为液压缸进、出口压力；A——液压 缸有效工作面积；D、d——分别为活塞、活塞杆直径。
这种两个方向等速、等力的特性使双杆液压缸可以用于双向负载基本 相等的场合，如磨床液压系统。
图1-1 双杆活塞式液压缸
2.单杆活塞式液压缸
如图1-2所示为双作用单杆活塞式液压缸。它只在活塞的一侧装有 活塞杆，因而，两腔有效作用面积不同。
当向两腔分别供油，且供油压力和流量不变时，活塞在两个方向的 运动速度和推力都不相等。
图 1-9活塞与活塞杆的连接形式 (a)整体式；(b)焊接式；(c)锥销式；(d)、(e)螺纹式；(f）、（g)半环式
2.2 密封装置
作用：是用来防止液压油的泄漏。 分类： 1、根据两个需要密封的偶合面间有无相对运动： ①动密封 ②静密封 2、常见的密封方法主要有： ①间隙密封 ②活塞环密封 ③密封圈密封。
⑷拉杆式连接：结构通用性好，缸筒加工方便，拆装容易，但端盖的
体积较大，拉杆受力后会拉伸变形，影响端部密封效果，只适用于长度不 大的中低压缸。
⑸焊接式连接：外形尺寸较大，结构简单，但焊接时易引起缸筒变形，
主要用于柱塞式液压缸。
图 1-8 (a)法兰式；(b)半环式；(c)外螺纹式；(d)内螺纹式；(e)拉杆式；(f)焊接式
液压缸的类型和特点
分类：
1、按结构特点分：活塞式、柱塞式、摆动式、组合式。 2、按作用方式分：单作用式、双作用式。
认识液压缸
三位四通换向阀构成的 卸荷回路
三、速度控制回路
控制执行元件运动速度的回路，一般是 采用改变进入执行元件的流量来实现的。
调速回 路
速度控 制回路
速度换 接回路
定量泵的节流 调速回路
变量泵的容积 调速回路
容积节流复合 调速回路
进油节流调 速回路
回油节流调 速回路
旁路节流调 速回路
1．调速回路
用于调节工作行程速度的回路。
型号：O
P、A、B、T四个通口全部封闭，液压缸闭锁， 液压泵不卸荷。
型号：H
P、A、B、T四个通口全部相通，液压缸活塞呈 浮动状态，液压泵卸荷。
型号：Y
通口P封闭，A、B、T三个通口相通，液压缸活 塞呈浮动状态，液压泵不卸荷。
型号：P
P、A、B三个通口相通，通口T封闭，液压泵与 液压缸两腔相通，可组成差动回路。
溢流阀
P
T 1－阀体 2－阀芯 3－弹簧 4－调压螺杆
2．减压阀
作用：降低系统某一支路的油液压力，使同一系统有两 个或多个不同压力。
减压原理：利用压力油通过缝隙（液阻）降压，使出口 压力低于进口压力，并保持出口压力为一定值。缝隙愈小， 压力损失愈大，减压作用就愈强。平时是打开的。
分类：
直动型减压阀 先导型减压阀
1、组成：
缸筒、缸盖、活塞 和活塞杆、密封装 置、缓冲装置和排 气装置
视频：液压缸和液压马达
一、常见液压缸的图形符号
单作用液压缸：只向左或右腔供油。 双作用液压缸：左右腔都供油。
液压缸的类型及符号
二、液压缸典型结构
1．活塞式液压缸 双作用双活塞杆式液压缸 双作用单活塞杆式液压缸
双作用双活塞杆式液压缸 缸体固定式
液压缸基本结构
液压缸通常由后端盖、缸筒、活塞杆、活塞组件、前端盖等主要部分组成；为防止油液向液压缸外泄漏或由高压腔向低压腔泄漏，在缸筒与端盖、活塞与活塞杆、活塞与缸筒、活塞杆与前端盖之间均设置有密封装置，在前端盖外侧，还装有防尘装置；为防止活塞快速退回到行程终端时撞击缸盖，液压缸端部还设置缓冲装置；有时还需设置排气装置。
上图给出了双作用单活塞杆液压缸的结构图，该液压缸主要由缸底1、缸筒6、缸盖10、活塞4、活塞杆7和导向套8等组成；缸筒一端与缸底焊接，另一端与缸盖采用螺纹连接。
活塞与活塞杆采用卡键连接，为了保证液压缸的可靠密封，在相应位置设置了密封圈3、5、9、11和防尘圈12。
下面对液压缸的结构具体分析。
3.2.1 缸体组件•缸体组件与活塞组件形成的密封容腔承受油压作用，因此，缸体组件要有足够的强度，较高的表面精度可靠的密封性。
3.2.1.1 缸筒与端盖的连接形式常见的缸体组件连接形式如图3.10所示。
(1)法兰式连接（见图a），结构简单，加工方便，连接可靠，但是要求缸筒端部有足够的壁厚，用以安装螺栓或旋入螺钉，它是常用的一种连接形式。
(2)半环式连接（见图b），分为外半环连接和内半环连接两种连接形式，半环连接工艺性好，连接可靠，结构紧凑，但削弱了缸筒强度。
半环连接应用十分普遍，常用于无缝钢管缸筒与端盖的连接中。
(3)螺纹式连接（见图f、c），有外螺纹连接和内螺纹连接两种，其特点是体积小，重量轻，结构紧凑，但缸筒端部结构复杂，这种连接形式一般用于要求外形尺寸小、重量轻的场合。
•(4)拉杆式连接（见图d），结构简单，工艺性好，通用性强，但端盖的体积和重量较大，拉杆受力后会拉伸变长，影响效果。
只适用于长度不大的中、低压液压缸。
(5)焊接式连接（见图e），强度高，制造简单，但焊接时易引起缸筒变形。
3.2.1.2 缸筒、端盖和导向套的基本要求•缸筒是液压缸的主体，其内孔一般采用镗削、绞孔、滚压或珩磨等精密加工工艺制造，要求表面粗糙度在 0.1～0.4μm，使活塞及其密封件、支承件能顺利滑动，从而保证密封效果，减少磨损；缸筒要承受很大的液压力，因此，应具有足够的强度和刚度。
液压的缸基本结构
液压缸通常由后端盖、缸筒、活塞杆、活塞组件、前端盖等主要部分组成；为防止油液向液压缸外泄漏或由高压腔向低压腔泄漏，在缸筒与端盖、活塞与活塞杆、活塞与缸筒、活塞杆与前端盖之间均设置有密封装置，在前端盖外侧，还装有防尘装置；为防止活塞快速退回到行程终端时撞击缸盖，液压缸端部还设置缓冲装置；有时还需设置排气装置。
上图给出了双作用单活塞杆液压缸的结构图，该液压缸主要由缸底1、缸筒6、缸盖10、活塞4、活塞杆7和导向套8等组成；缸筒一端与缸底焊接，另一端与缸盖采用螺纹连接。
活塞与活塞杆采用卡键连接，为了保证液压缸的可靠密封，在相应位置设置了密封圈3、5、9、11和防尘圈12。
下面对液压缸的结构具体分析。
3.2.1 缸体组件•缸体组件与活塞组件形成的密封容腔承受油压作用，因此，缸体组件要有足够的强度，较高的表面精度可靠的密封性。
3.2.1.1 缸筒与端盖的连接形式常见的缸体组件连接形式如图3.10所示。
(1)法兰式连接（见图a），结构简单，加工方便，连接可靠，但是要求缸筒端部有足够的壁厚，用以安装螺栓或旋入螺钉，它是常用的一种连接形式。
(2)半环式连接（见图b），分为外半环连接和内半环连接两种连接形式，半环连接工艺性好，连接可靠，结构紧凑，但削弱了缸筒强度。
半环连接应用十分普遍，常用于无缝钢管缸筒与端盖的连接中。
(3)螺纹式连接（见图f、c），有外螺纹连接和内螺纹连接两种，其特点是体积小，重量轻，结构紧凑，但缸筒端部结构复杂，这种连接形式一般用于要求外形尺寸小、重量轻的场合。
•(4)拉杆式连接（见图d），结构简单，工艺性好，通用性强，但端盖的体积和重量较大，拉杆受力后会拉伸变长，影响效果。
只适用于长度不大的中、低压液压缸。
(5)焊接式连接（见图e），强度高，制造简单，但焊接时易引起缸筒变形。
3.2.1.2 缸筒、端盖和导向套的基本要求•缸筒是液压缸的主体，其内孔一般采用镗削、绞孔、滚压或珩磨等精密加工工艺制造，要求表面粗糙度在 0.1～0.4μm，使活塞及其密封件、支承件能顺利滑动，从而保证密封效果，减少磨损；缸筒要承受很大的液压力，因此，应具有足够的强度和刚度。
第4章液压缸
第4章液压缸液压缸是液压系统的执行元件，它将液体的压力能转换成工作机构的机械能，用来实现直线往复运动或小于300o的摆动。
液压缸结构简单，配置灵活，设计、制造比较容易，使用维护方便，被广泛应用于各种机械设备中。
4.1 液压缸的类型、特点和基本参数计算液压缸按结构特点，分为活塞缸、柱塞缸、组合缸和摆动缸四类。
其中，活塞缸和柱塞缸用以实现直线运动，输出推力和速度；摆动缸用以实现小于300°的转动，输出转矩和角速度。
组合缸具有较特殊的结构和功用。
工程中以活塞缸应用最为广泛。
液压缸按作用方式和供油方向不同，可分为单作用式和双作用式两种。
单作用液压缸只能从一个方向供油，液压作用力只能使活塞（或柱塞）作单方向运动，反方向运动必须靠外力（如弹簧力或自重等）实现，如图4.1所示；双作用液压缸可从两个方向供油，由液压作用力实现两个方向的运动，如图4.2所示。
图4.1 单作用液压缸(a)无弹簧式(b)弹簧式(c)柱塞式图4.2 双作用液压缸(a)单杆式(b)双杆式4.1.1活塞式液压缸在缸体内作相对往复运动的组件为活塞的液压缸，称活塞缸。
活塞缸可分为双杆式和单杆式两种结构。
按其安装方式的不同，又分为缸体固定式和活塞杆固定式两种。
1.双杆活塞缸双杆活塞缸是活塞两端都带有活塞杆的液压缸，其工作原理如图4.3所示。
双杆活塞缸的特点是当两活塞杆直径相同，分别向两腔的供油压力和流量都相等时，活塞（或缸体）两个方向的运动速度和推力也都相等，即具有等推力、等速度特性。
因此，这种液压缸常用于要求往复运动速度和负载相同的场合，如各种磨床。
（a）（b）(c)图4.3双杆活塞缸(a)缸体固定(b)活塞杆固定(c)职能符号1-缸体2-活塞3-活塞杆4-工作台图4.3(a)为缸体固定式结构简图。
缸体1固定在机床床身上，工作台4与活塞杆3相连。
缸体的两端设有进、出油口，动力由活塞杆传出，进油腔位置与活塞运动方向相反。
当油液从a口进入缸左腔时，推动活塞2带动工作台向右运动，缸右腔中的油液从b口回油；反之，右腔进压力油，左腔回油时，活塞带动工作台向左运动。
液压缸设计步骤和液压缸计算方法档
液压缸设计步骤和液压缸计算方法档液压缸（油缸）设计步骤：1.确定液压缸的工作参数：包括工作压力、负荷要求、行程长度、作用力、运动速度等。
这些参数可以根据设备的应用需求来确定。
2.选择液压缸的类型：有单作用和双作用两种，单作用液压缸只能在一个方向上产生推或拉力，而双作用液压缸可以在两个方向上产生推拉力。
3.计算活塞直径和活塞杆直径：活塞直径和活塞杆直径是根据负荷要求和工作压力来计算的。
一般来说，活塞直径越大，液压缸的承载能力越大，但也会增加摩擦阻力和油液消耗量。
4.确定液压缸筒体和活塞杆材料：根据工作环境的要求和负荷的性质选择合适的材料，一般常用的材料有铸铁、钢等。
5.完成液压缸内部部件的设计：包括密封件、液压缸密封结构、液压缸的阻尼装置等。
密封结构的设计需要考虑到液压缸的工作环境和工作温度。
6.进行液压缸的强度计算：计算液压缸各个部件的强度，包括活塞杆、筒体和密封结构等。
强度计算需要考虑到工作压力和作用力等参数。
7.进行液压缸的动态计算：根据液压缸的运动速度和所需的加速度等参数，进行液压缸的动态计算。
1.计算缸体容积：液压缸的容积可以通过下式计算得到：V=π/4*D^2*L其中，V为缸体容积，D为活塞直径，L为活塞行程长度。
2.计算活塞面积：根据活塞直径计算活塞面积，可以通过下式计算得到：A=π/4*D^2其中，A为活塞面积，D为活塞直径。
3.计算活塞杆面积：根据活塞杆直径计算活塞杆面积，可以通过下式计算得到：A'=π/4*D'^2其中，A'为活塞杆面积，D'为活塞杆直径。
4.计算推力：根据工作压力和活塞面积计算液压缸的推力，可以通过下式计算得到：F=P*A其中，F为液压缸的推力，P为工作压力，A为活塞面积。
5.计算液压缸的速度：液压缸的速度可以通过可控阀门来调节，一般使用油流量来计算液压缸的速度，可以通过下式计算得到：V=Q/A其中，V为液压缸的速度，Q为油流量，A为活塞面积。
第4章液压缸
第4章 液压缸
图4-12 伸缩缸
第4章 液压缸 2. 齿条活塞缸
第4章 液压缸
图4-5 单杆活塞缸的运动范围
第4章 液压缸
单杆活塞缸还有另外一种非常重要的工作方式，即两腔同时通入压力
油，如图4-6所示，这种油路连接方式称为差动连接。在忽略两腔连通油路 压力损失的情况下，差动连接时液压缸两腔的油液压力相等。但由于无杆 腔受力面积大于有杆腔，活塞向右的作用力大于向左的作用力，活塞杆作 伸出运动，并将有杆腔的油液挤出，流进无杆腔，加快了活塞杆的伸出速 度。 差动连接时，有杆腔排出流量 q' v3 A2 ，进入无杆腔后，无杆腔流量 为
齿条活塞缸又称无杆式液压缸，它由带有齿条杆的双活塞缸和齿轮
组成，如图4-13所示。活塞的往复移动经齿轮齿条机构转换成齿轮轴的周
期性往复转动。它多用于自动生产线、组合机床等的转位或分度机构中。
图4-13 齿条活塞缸
4.1.1 活塞式液压缸
1、双杆活塞缸
图4-1所示为双杆活塞缸的原理图。活塞两侧均装有活塞杆。当两活塞 杆直径相同，供油压力和流量不变时，活塞（或缸体）在两个方向的运动速 度和推力也都相等，即
第4章 液压缸
q 4q A (D 2 - d 2) F p1 - p 2）A (p1 - p 2)(D 2 - d 2) （ 4
第4章 液压缸
液压缸往复运动时的速度比为
v2 D2 2 2 v v1 D - d
第四章液压缸
第四章 液压缸第一节 液压缸的分类和特点液压缸按结构特点的不同可分为活塞缸、柱塞缸和摆动缸三类。
按作用方式不同，可分为单作用式和双作用式两种。
1.活塞式液压缸 活塞式液压缸根据其使用要求不同可分为双杆式和单杆式两种。
(1)双杆式活塞缸。
活塞两端都有一根直径相等的活塞杆伸出的液压缸称为双杆式活塞缸，它一般由缸体、缸盖、活塞、活塞杆和密封件等零件构成。
根据安装方式不同可分为缸筒固定式和活塞杆固定式两种。
如图4-5(a)所示的为缸筒固定式的双杆活塞缸。
它的进、出口布置在缸筒两端，活塞通过活塞杆带动工作台移动，当活塞的有效行程为l 时，整个工作台的运动范围为3l ，所以机床占地面积大，一般适用于小型机床，当工作台行程要求较长时，可采用图4-5(b)所示的活塞杆固定的形式，这时，缸体与工作台相连，活塞杆通过支架固定在机床上，动力由缸体传出。
这种安装形式中，工作台的移动范围只等于液压缸有效行程l 的两倍(2l)，因此占地面积小。
进出油口可以设置在固定不动的空心的活塞杆的两端，但必须使用软管连接。
由于双杆活塞缸两端的活塞杆直径通常是相等的，因此它左、右两腔的有效面积也相等，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。
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p 1和p 2，输入流量为q 时，双杆活塞缸的推力F 和速度v 为：F=A(p 1-p 2)=π (D 2-d 2) (p 1-p 2) /4 (4-18)v=q/A=4q/π(D 2-d 2) (4-19)式中：A 为活塞的有效工作面积。
双杆活塞缸在工作时，设计成一个活塞杆是受拉的，而另一个活塞杆不受力，因此这种液压缸的活塞杆可以做得细些。
(2)单杆式活塞缸。
如图4-6所示，活塞只有一端带活塞杆，单杆液压缸也有缸体固定和活塞杆固定两种形式，但它们的工作台移动范围都是活塞有效行程的两倍。
图4-6单杆式活塞缸由于液压缸两腔的有效工作面积不等，因此它在两个方向上的输出推力和速度也不等，其值分别为：F 1=(p 1A 1-p 2A 2)=π［(p 1-p 2)D 2-p 2d 2］/4 (4-20)F 1=(p 1A 1-p 2A 2)=π［(p 1-p 2)D 2-p 2d 2 ］/4 (4-21)v 1=q/A 1=4q/πD 2 (4-22)v 2=q/A 2=4q/π(D 2-d 2) (4-23)由式(4-20)～式(4-23)可知，由于A 1＞A 2,所以F 1＞F 2，v 1＜v 2。
液压缸的设计规范
液压缸的设计规范目录:一、液压缸的基本参数1、液压缸内径及活塞杆外径尺寸系列2、液压缸行程系列(GB2349-1980) 二、液压缸类型及安装方式1、液压缸类型2、液压缸安装方式三、液压缸的主要零件的结构、材料、及技术要求1、缸体2、缸盖(导向套)3、缸体及联接形式4、活塞头5、活寒杆6、活塞杆的密封和防尘7、缓冲装置8、排气装置9、液压缸的安装联接部分(GB/T2878)四、液压缸的设计计算1、液压缸的设计计算部骤2、液压缸性能参数计算3、液压缸几何尺寸计算4、液压缸结构参数计算5、液压缸的联接计算一、液压缸的基本参数1.1液压缸内径及活塞杆外径尺寸系列1.1.1液压缸内径系列(GB/T2348-1993)8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 (90) 100 (110)125 (140) 160 (180) 200 220 (250)(280) 320 (360) 400 450 500括号内为优先选取尺寸1.1.2活塞杆外径尺寸系列(GB/T2348-1993)4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360活塞杆连接螺纹型式按细牙，规格和长度查有关资料。
1.2液压缸的行程系列(GB2349,1980)1.2.1第一系列25 50 80 100 125 160 200 250 320 400500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3200 40001.2.1第二系列40 63 90 110 140 180 220 280 360 450550 700 900 1100 1400 1800 2200 28003600二、液压缸的类型和安装办法2.1液压缸的类型对江东机械公司而言2.1.1双作用式活塞式液压缸2.1.2单作用式柱塞式液压缸2.2液压缸的安装方式对江东机械公司而言2.2.1对柱塞式头部法兰2.2.2对活塞式螺纹联接在梁上三、液压缸主要零件的结构、材料、技术要求3.1缸体3.1.1缸体材料A焊接缸头缸底等，采用35钢粗加工后调质[σ],110MPaB一般情况采用45钢HB241,285 [σ],120MPaC铸钢采用ZG310,57 [σ],100MPaD球墨铸铁 (江东厂采用)QT50,7 [σ],80,90MPaE无缝纲管调质(35号 45号) [σ],110MPa 3.1.2缸体技术要求A内径 H8 H9 精度粗糙度( 垳磨 )B内径圆度 9,11级圆柱度 8级3.2缸盖(导向套)3.2.1缸盖材料A可选35,45号锻钢B可选用ZG35,ZG45铸钢C可选用HT200 HT300 HT350铸铁D当缸盖又是导向导时选铸铁3.2.2缸盖技术要求A直径d(同缸内径)等各种回转面(不含密封圈)圆柱度按 9 、10 、11 级精度B内外圆同轴度公差0.03mmC与油缸的配合端面?按7级D导向面表面粗糙度3.2.3联接形式多种可按图133.2.4活塞头(耐磨)A材料灰铸铁HT200 HT300 钢35 、45B技术要求外径D(缸内径)与内孔D1?按7、8级外径D的圆柱度 9、10、11级端面与内孔D1的?按7级C活塞头与活塞杆的联接方式按图3形式D活塞头与缸内径的密封方式柱寒缸 40MPa以下V型组合移动部分活塞缸 32MPa以下用Yx型移动部分静止部分 32MPa以下用“O“型 3.2.5 活塞杆A端部结构按江东厂常用结构图17、18B活塞杆结构空心杆实心杆C材料实心杆35、45钢空心杆35、45无缝缸管D技术要求粗加工后调质HB229,285可高频淬火HRC45,55外圆圆度公差按9、10、11级精度圆柱度按8级两外圆?为0.01mm端面?按7级工作表面粗糙度 < (江东镀铬深度0.05mm)渡后抛光 3.2.6活塞杆的导向、密封、和防尘 A导向套结构图9(江东常用) 导向杆材料可用铸铁、球铁导向套技术要求内径H8/f8、H8/f9表面粗糙度 B活塞杆的密封与防尘柱塞缸V型组合移动部分活塞缸Yx 移动部分“O”型 (静止密封)防尘，毛毡圈(江东常用)3.2.7 液压缸缓冲装置多路节流形式缓冲参考教科书3.2.8 排气装置采用排气螺钉3.2.9液压缸的安装联接部分的型式及尺寸可用螺纹联接(细牙) 油口部位可用法兰压板联接油口部位液压缸安装可按图84 液压缸的设计计算4.1液压缸的设计计算部骤4.1.1根据主机的运动要求定缸的类型选择安装方式4.1.2根据主机的动力分析和运动分析确定液压缸的主要性能参数和主要尺寸如推力速度作用时间内径行程杆径注:负载决定了压力。
活塞杆实心制式双作用多级液压缸的设计
活塞杆实心制式双作用多级液压缸的设计
沈姝君;董勇
【期刊名称】《液压与气动》
【年(卷),期】2013(000)005
【摘要】一种末级活塞杆实心制式双作用多级液压油缸,其特点一是活塞杆属实心制式,便于加工,径向尺寸更为紧凑；二是进出油口均固定于缸筒上,便于油管安装；三是在各级缸筒的筒壁轴向上设计通油孔,区别于传统的多级缸通油孔直接钻在各级缸筒径向上,其优点是通油孔不会损伤往复运动的孔用密封圈；四是该油缸在运行中无背压,各级有杆腔无阻力,提高了效能.
【总页数】3页(P122-124)
【作者】沈姝君;董勇
【作者单位】杭州职业技术学院友嘉机电学院,浙江杭州 310018;杭州职业技术学院友嘉机电学院,浙江杭州 310018
【正文语种】中文
【中图分类】TH137
【相关文献】
1.双作用多级液压缸优化设计探讨 [J], 张悦;
2.双作用多级液压缸的缓冲设计 [J], 尹秀丽;曹常贞;周梦瑜;于慧
3.双作用多级液压缸设计分析 [J], 胡晓东;荣登科
4.双作用多级液压缸优化设计探讨 [J], 张悦
5.双作用多级液压缸设计研究 [J], 曹登峰
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目录1设计的依据、原则和步骤 (3)1.1引言 (3)1.2设计的依据 (3)1.3设计的一般原则 (3)1.4设计的一般步骤 (4)2设计的题目、技术参数、目的和要求 (5)2.1设计题目 (5)2.2设计技术参数 (5)2.3设计目的 (5)2.4设计要求 (5)3液压缸缸体结构形式的确定 (5)3.1结构初型 (5)4液压缸性能参数与结构参数的计算 (6)4.1液压缸工作负载力分析和计算 (6)4.2 液压缸的液压力计算和工作压力的选择 (7)4.3液压缸速度比的确定 (7)4.4液压缸速度计算和流量选择 (7)4.5液压缸综合结构参数及安全系数的选择 (8)5缸筒设计与计算 (9)5.1缸筒与缸盖的连接形式 (9)5.2对缸筒的要求及材料选择 (11)5.3缸筒的计算 (11)5.4缸筒加工的技术要求 (13)5.5缸筒头部法兰厚度 (14)5.6缸筒—缸盖的连接计算 (15)5.7 缸盖的材料和技术要求 (15)5.8缸盖厚度的确定 (16)5.9最小导向长度的确定 (16)5.10缸体长度的确定 (16)6活塞组件设计 (16)6.1活塞设计 (16)6.2活塞与活塞杆的连接结构 (17)6.3活塞杆设计 (18)6.4活塞杆及连接件强度校核 (19)6.5活塞杆液压缸稳定性校核 (20)7液压缸油口和排气装置设计 (21)7.1油口设计 (21)7.2排气装置设计 (22)参考文献 (23)双活塞杆双作用活塞式液压缸结构设计1设计的依据、原则和步骤1.1引言一部现代机器通常由机架、原动机、传动装置和工作机构四个主要部分构成，其中机架为载体，原动机的作用是进行能量形式的转换，为机器提供适当形式的动力，传动装置的作用是进行动力的传递，工作机构即执行机构，其作用是消耗能量而做功。
如果原动机将其他形式的能转换成液压能，执行元件消耗液压能而做功，则称为液压机械或液压机。
液压机械的执行元件即做功元件是液压马达和液压缸。
液压马达和液压缸是通用化和标准化程度很高的液压元件，用户或设计者在研制一部新的液压机械时，应尽量选择标准化的液压元件，以避免金钱的浪费和时间、精力的消耗。
但由于使用要求的千差万别，液压元件的专用化设计是不可避免的，其中以液压缸设计居多。
这是由于液压缸配置的灵活性，设计、制造比较容易，维护比较方便的特点决定的。
因而，相对其他液压元件而言，液压缸的设计是极为常见的，这也是工程技术人员必须具有的一种基本技能。
1.2设计的依据液压缸与机器及机器上的机构直接相联系，对于不同的机构，液压缸的具体用途和工作性能也不同，因此设计之前，要进行全面地分析和研究，收集必要的原始资料并加以整理作为设计的依据。
（1）了解和掌握液压缸在机器上的用途和工作要求。
（2）了解液压缸工作环境条件。
（3）了解外部负载情况。
（4）了解液压缸运动形态及安装的约束条件。
（5）了解液压系统的情况。
（6）了解有关国家标准、技术规定和其他参考资料。
1.3设计的一般原则液压缸设计时应注意如下问题：（1）保证液压缸的输出推力、拉力（或转矩）、行程和往返运动速度满足要求。
液压缸的额定工作压力（输出力的折算值）以液压泵的额定工作压力的70%为宜。
（2）保证液压缸的每个零件有足够的强度、刚度和耐用性（寿命）。
（3）在保证上述两个条件的前提下，尽量减小液压缸的外形尺寸和重（质）量。
一般说来，在外负载一定的条件下，提高液压缸的额定工作压力可减小液压缸的外形尺寸。
（4）在保证液压缸性能的前提下，尽量减少零件数量，简化结构。
（5）尽量避免液压缸承受横（侧）向负载和偏心负载，活塞杆工作时最好受拉力，以免产生纵向弯曲而引发稳定问题。
（6）液压缸的安装形式、活塞杆头部与外负载的连接形式要合理，尽量减小活塞杆伸出后的有效安装长度，避免产生“鳖劲”现象，增加液压缸的稳定性。
（7）密封部位的设计和密封件的选用要合理，保证性能可靠、漏量少、摩擦力小、寿命长、更换方便。
密封部位的设计是保证液压缸性能的重要一环，对所选用的密封件，应使其压缩率在合理范围内。
（8）根据液压缸的工作条件和具体情况设置适当的排气、缓冲和防尘措施。
在工作条件恶劣的情况下应考虑活塞杆的防护措施。
（9）各种零件的结构形式和尺寸设计，应尽量采用标准形式和规系列尺寸，尽量选用标准件。
（10）液压缸应做到成本低、制造容易、维护方便。
1.4设计的一般步骤一般情况下，应根据已确定的工作条件和掌握的设计资料，灵活地选择设计程序和步骤，反复推敲和计算，直到获得满意的设计结果。
（1）根据设计依据和负载机构的动作要求，初步确定设计方案：缸体结构设计、安装方式、连接方式等。
（2）根据液压缸承受的外部载荷作用力确定液压缸在行程各阶段上负载变化规律及必须提供的动力数据。
（3）在以输出力为主的液压缸设计中，根据负载F和选定的额定（工作）压力Pn，确定缸筒内径（即活塞外径）D和活塞杆直径d。
（4）根据选择活塞外径D和活塞杆直径d计算无杆腔面积A1和有杆腔面积A2；根据液压缸速度u的要求，确定液压缸所需的流量Q。
（5）选择缸筒材料，计算缸筒厚度或外径。
（6）选择缸底和缸盖的结构形式，计算缸底厚度、缸筒与缸盖的连接强度；确定具体安装形式及结构尺寸；确定缸筒上油口的位置、尺寸和连接形式。
（7）活塞组件设计。
（8）必要时设计缓冲和排气装置。
（9）审定全部设计资料及其他技术文件，对图纸进行修改和补充。
（10）绘制液压缸装配图和零件图，编制技术文件。
2设计的题目、技术参数、目的和要求2.1设计题目本次的设计题目即设计任务是双活塞杆双作用活塞式液压缸结构设计。
2.2设计技术参数技术参数要求：（1）系统额定压力：12Mpa;（2）额定负载：20KN；（3）行程：280mm；（4）安装分类：轴线固定。
2.3设计目的油缸是液压传动系统中实现往复运动和小于360°回摆运动的液压执行元件。
具有结构简单，工作可靠，制造容易以及使用维护方便、低速稳定性好等优点。
因此，广泛应用于工业生产各部门。
其主要应用有：工程机械中挖掘机和装载机的铲装机构和提升机构，起重机械中汽车起重机的伸缩臂和支腿机构，矿山机械中的液压支架及采煤机的滚筒调高装置，建筑机械中的打桩机，冶金机械中的压力机，汽车工业中自卸式汽车和高空作业车，智能机械中的模拟驾驶舱、机器人、火箭的发射装置等。
它们所用的都是直线往复运动油缸，即推力油缸。
所以进一步研究和改进液压缸的设计制造，提高液压缸的工作寿命及其性能，对于更好的利用液压传动具有十分重要的意义。
通过学生自己独立地完成指定的课程设计任务，提高理论联系实际、分析问题和解决问题的能力，学会查阅参考书和工具书的方法，提高编写技术文件的能力，进一步加强设计计算和制图等基本技能的训练，为毕业后成为一名出色的机械工程师打好基础。
2.4设计要求安课程设计要求，完成设计题目规定的设计任务，学会机械产品设计基本方法——1.查科技文献，2.完成方案设计和方案比较，3.完成结构设计，4.相关的计算工作，5.绘图（三维建模、二维零件图、装配图等），6.编写课程设计说明书。
3液压缸缸体结构形式的确定3.1结构初型根据设计原始技术参数和设计任务书，查阅有关参考资料设计或选择油缸的结构初型。
要求安装分类为轴线固定，轴线固定类安装形式的液压缸在工作时，轴线位置固定不变。
机床上的液压缸大多是采用这种安装形式。
（1）通用拉杆式：在两端缸盖上钻出通孔，用双头螺杆将缸和安装座连接拉紧。
一般用于短行程、压力低的液压缸。
（2）法兰式：用液压缸上的法兰将其固定在机器上。
法兰设置在活塞杆端的缸头上，外侧面与机械安装面贴紧，这叫头部外法兰式。
由于液压缸工作时反作用力的作用，安装螺栓承受液压力的拉伸作用，因而安装螺栓的直径较大，并且要求强度计算。
法兰设置在活塞杆端的缸头上，内侧面与机械安装面贴紧，这叫头部内法兰式。
液压缸工作时，安装螺栓受力不大，主要靠安装支承面承受，所以法兰直径较小，结构较紧凑。
这种安装形式在固定安装形式中应用得最多。
法兰设置在缸的底部，与机械安装面用螺栓紧固，这叫尾部法兰式。
这种安装形式使液压缸悬伸，安装长度较大，稳定性差。
（3）支座式：将液压缸头尾两端的凸缘与支座紧固在一起。
支座可置于液压缸左右的径向、切向，也可置于轴向底部的前后端。
径向安装时，安装面与活塞杆轴线在同一平面上，液压缸工作时，安装螺栓只承受剪切力；切向和轴向安装时，活塞的轴线与支座底面有一定的距离，安装螺栓既受剪切力，又承受因存在倾翻力矩而产生的弯曲力。
切向安装时倾翻力矩比轴向安装时要小一些。
对于支座安装形式，GS3766—83的2.2.2条规定：“支座式液压缸如不采用键或销承受剪切力时，则底脚固定螺栓必须经受全部剪切力而不致引起危险”。
选择法兰安装方式（头部内法兰式），优点结构较简单，易加工易装卸，缺点重量比螺纹连接的大，但比拉杆连接的小，外径较大。
形式如下图所示：4液压缸性能参数与结构参数的计算4.1液压缸工作负载力分析和计算计算工作负载是为了确定液压缸所需的牵引力，液压缸的工作负载是指工作机构在满负载情况下，以一定的加速度起动时，对液压缸产生的总阻力F或所需提供的液压力，即F=+Ff+Fg+F（N）式中——工作机构作用在活塞上的工作阻力及自重（当油缸垂直安装时）等对液压缸产生的作用力，N；Ff——工作机构满载起动时静摩擦力对液压缸产生的作用力，N；Fg——工作机构满载起动时的惯性力对液压缸产生的作用力，N；F——液压缸活塞及活塞杆处的密封摩擦阻力，N；通常以液压缸的机械效率来反映，一般取机械效率=0.95。
由于本次设计的液压缸已给出额定负载20KN，因此取F=20KN。
4.2 液压缸的液压力计算和工作压力的选择假定不计液压缸回液腔压力，液压缸的液压力有两种形式：一是作用在活塞上的液压力即推力；二是作用在活塞杆侧环形面积上的液压力即拉力。
液压缸的液压力必须大于或等于前面所分析负载力（以工作负载为主体尚有其他阻力）。
当无杆腔面积和有杆腔面积较大时，在负载相同的条件下，液压缸所需的额定压力较低；反之，则需要的额定压力较高。
由于液压缸设计是液压系统的一部分，液压缸的综合经济性并不能保证整机的经济性。
另外，在一定的外负荷条件下，工作压力较低则液压缸的直径较大，工作时有较多的油液通过，易于精确地控制流量，以获得平稳的低速运动。
选择液压缸的工作压力也可采用类比的方法，参照其他同类机械设备的工作压力，并按实际情况加以适当调整。
由于本次设计液压缸已给出系统额定压力12Mpa，因此取p=12Mpa。
4.3液压缸速度比的确定确定速度比的主要目的是为了计算活塞杆的直径及考虑液压缸是否要设计缓冲装置。
速度比不宜过大，过大时，虽然活塞杆直径也较大，有利于稳定性，但导致活塞杆侧环形面积变小而引起压力升高（拉力）时，同时还导致液压缸回程速度升高，容易引起压力冲击。