十六章液压系统执行元件

柱塞式液压缸
单活塞杆式液压缸
双活塞杆式液压缸
伸缩式液压缸
单活塞杆式液压缸 双活塞杆式液压缸
伸缩式液压缸
D 1
D2
增压缸 弹簧复位式液压缸
伸缩式液压缸 串联式液压缸
二.液压缸的典型结构
(一)活塞式液压缸 1.双作用双活塞杆液压缸的结构图
双活塞杆液压缸的两端都有活塞伸出，如图所示。其组成与单 活塞杆液压缸基本相同。缸筒与缸盖用法兰连接，活塞与缸筒内壁之 间采用间隙密封。
五、排气装置
为了便于排除液压缸内的空气： ※油口设在液压缸的最高处，油液从 液压缸的最高点进入和引出 ※排气塞装在液压缸两端的最高处。
放气装置：在安装过程中或停止工作的一段时间后，空气将渗入液压 系统内，缸筒内如存留空气，将使液压缸在低速时产生爬行、颤抖现 象，换向时易引起冲击，因此在液压缸结构上要能及时排除缸内留存 的气体。一般双作用式液压缸不设专门的放气孔，而是将液压油出入 口布置在前后盖板的最高处。大型双作用式液压缸则必须在前后端盖 板设放气栓塞。对于单作用式液压缸液压油出入口一般设在缸筒底部， 在最高处设放气栓塞。
（1）活塞两端有效作用面积相同时,在供油压力表和流量相同的情况下, 液压缸往复运动的速度相等，缸在左右两个方向上输出的推力相等.
F1 F 2 P

4
( D 2 d 2 )( N )
P
4qv V 1 V2 (m / s) 2 2 (D d )
（2）固定缸体时(实心双活塞杆液压缸）：工作台往返运动范围为有效 行程L的3倍，运动范围大，占地面积大，一般用于小型设备。 固定活塞杆时（空心双活塞杆液压缸）：工作台往复运动范围为活塞有 效行程的2倍，因运动范围不大 ，占地面积小，常用于中型或大型机床 或液压设备。 （3）活塞与缸体之间采用间隙密封，结构简单，摩擦阻力小，但内泄 漏较大，仅用于工作台运动速度较高的场合。
因为A1＞A2，所以V2＞V1
活塞往返运动速度不相等:两 腔有效作用面积相差越大， 往返速度差别就越大.
2）活塞两方向的作用力不相等 当供油压力p一定，回油压力为零时 作用力： 当压力油进入无杆腔时，油液对活塞的作用力（克服的外负载） F1为：
F1=p.A1=p.πD2/4 (向右） 当压力油进入有杆腔时，油液对活塞的作用力F2为： F2=p.A2=p.π(D2-d2)/4 (向左） 因为F1＞F2，所以双作用单活塞杆式液压缸在工作中，工作 台慢速运动时，活塞获得的推力大，工作台快速运动时，活 塞获得的推力小。
功率如何变化？
三、液压缸的密封 液压缸密封性能的好坏直接影响液压缸的工作性能和效率 .液压缸中的密封主要指活塞和缸体之间，活塞杆和端盖 之间的密封，用于防止内、外泄漏。
(1)在一定工作压力下，具有良好的密封性能。 密封装置的要求：(2)相对运动表面之间的摩擦力要小，且稳定。 (3)要耐磨，工作寿命长，或磨损后能自动补偿。 (4)使用维护简单，制造容易，成本低。
（2）V形密封圈。
V形圈的截面为V形。如图5.15所示的V形密封装置是由压环、V 形圈（也称密封环）和支承环组成。安装时，V形圈的开口应 面向压力高的一侧。
密封原理：压环压紧密封环时，支承环使密封环产生变形而起密封作用。
密封特点：V形圈密封性能良好，耐高压，寿命长，通过 调节压紧力，可获得最佳的密封效果，但V形密封装置的 摩擦阻力及结构尺寸较大，主要用于压力较高和移动速度 不高的液压系统中。
密封包括：
固定件的静密封:如缸体与端盖间的密封 运动件的动密封:如:活塞与缸体,活塞杆与端盖间的密封
间隙密封和密封圈密封。
液压缸常用的密封方法:
1、间隙密封：
密封原理:间隙密封是一种常用的密封 方法。它依靠相对运动零件之间很小 的配合间隙来保证密封防止泄漏。 环形沟槽的作用:
①减小活塞与缸壁之间的接触面积, 增强密封效果. ②有利于活塞的对中性,从而减小活 塞移动时的摩擦力 间隙密封的特点: ①结构简单、摩擦阻力小、内泄漏大。 ②密封性能差，但对零件的加工精度要求较高， 密封性能不随压力的升高而升高 . 故只适用于低压、小直径的运动速度较高的场合。
伸缩式液压缸结构示意图 1—活塞 2—套筒 3—O形密封圈 4—缸筒 5—缸盖
伸缩液压缸的特点（动画演示）
当输入流量相同时，外伸速度逐次增大； 当负载恒定时，液压缸的工作压力逐次增高。 常用于安装空间小而行程要求很长的场合.如： 起重机伸缩臂液压缸和消防云梯液压缸。
3. 齿轮液压缸 图3－10所示，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，从而由齿轮驱动工作部件作往复旋 转运动。
由qv1=2qv2=2qv可知:输入无活塞杆一腔的油液增加1倍,使活塞向有活 塞杆一侧方向的运动速度也提高了1倍.即V3=V2=2V1
（3）双作用单活塞杆液压缸拓展 a)无杆腔进油且两腔压力都不为零时?
b)有杆腔进油且两腔都有压力时
(二)、其它液压缸简介
1.柱塞式液压缸
只能在压力油的作用下产生单向运动,另一个方向的运动要靠自 重或弹簧等其它外力来实现 。
柱塞式液压缸:柱塞仅单向运动,返程是利用自重或负荷将柱塞推回. 柱塞与缸筒不接触,故缸筒内壁不必精加工,适应行程较长的场合.
单作用液压缸
活塞式
单活塞杆液压缸:如上. 双活塞杆液压缸：
伸缩液压缸:以短缸获得长行程.用液压油由大到小逐节 推出.靠外力由小到大逐节缩回. 单活塞杆液压缸:单边有杆,双侧液压驱动 双作用液压缸 双活塞杆液压缸:双边有杆,双向液压驱动 伸缩液压缸:双向液压驱动,伸出由大到小逐节推出;由小 到大逐节缩回 齿条传动液压缸:活塞往复运动经齿条机构变成齿轮轴的转动 组合液压缸 : 增压液压缸:利用活塞之间有效作用面积不同使液压系统局部 区域获得高压
图5.15 V形密封圈
（3）Y形密封圈 密封特点：Y形密封圈的截面为Y形，属唇形密封圈。它是一种 密封性、稳定性和耐压性较好、摩擦阻力小、寿命较长的密 封圈，故应用也很普遍。Y形圈主要用于往复运动的密封。 密封原理：密封圈受油压的作用使两唇张开并贴紧在密封表面 实现动密封。当液压力升高时，唇边与偶合面贴得更紧，接 触压力更高，密封性能更好。 Y形圈安装时，唇口端应对着液压力高的一侧。当压力变 化较大、滑动速度较高时，要使用支承环，以固定密封圈。 如图5.16（b）所示。
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2、双作用单活塞杆液压缸 （1）结构及工作原理 单活塞杆液压缸只有一端有活塞杆。如图所示是一种 单活塞液压缸。其两端进出口油口A和B都可通压力油或回 油，以实现双向运动，故称为双作用缸。
1-缸底 2-弹簧挡圈 3-套环 4-卡环 5-活塞 6- 型密封圈 7-支承环 8-挡圈 9- 形密封圈 10-缸筒 11-管接头 12-导向套 13-缸盖 14-防尘圈 15-活塞杆 16-定位螺钉 17-耳环
3)可作差动连接
两腔同时输入压力油,利用活塞两侧有效作用面积差进行工作的单活塞 杆液压缸称差动连接液压缸:工作台向有杆腔方向移动,有杆腔排出的 油液进入液压缸的无杆腔.qv1=qv+qv2 qv2=A2v3 qv1=A1v3
速度为:v3=(qv+qv2)/A1=(qv+v3.A2)/A1 所以 v3=qv/(A1-A2)=4qv/πd2 作用力为： F3=F1-F2=p(A1-A2)=p.(πd2/4) 由上式可知:当单活塞杆液压缸差动连接后,活塞(或工作台)的运动速度 V3大于非差动连接时的速度V1,因而可以获得快速运动.且活塞的运动速 度与活塞杆的截面积A3成反比
柱塞式液压缸的特点:
(1).柱塞缸的缸体内壁与柱塞不接触,不需要精加工.因此行程较长时,宜采用 柱塞式液压缸. (2).柱塞式液压缸的柱塞常作成空心的,以减轻重量,防止柱塞下垂,降低密封 装置的单面磨损. (3)为了得到大行程的双向运动,柱塞液压缸必须成对使用.
2、伸缩式液压缸
伸缩式液压缸具有二级或多级活塞，如图所示。前一级活塞缸 的活塞就是后一级活塞缸的缸筒.伸缩式液压缸中活塞伸出的顺序式 从大到小，而空载缩回的顺序则一般是从小到大。伸缩缸可实现较长 的行程，而缩回时长度较短，结构较为紧凑。此种液压缸常用于工程 机械和农业机械上。
三角形环形槽（平衡槽）
2、密封圈密封： 1）优点： (1)结构简单，制造方便，成本低； (2)能自动补偿磨损； (3)密封性能可随压力加大而提高，密封可靠； (4)被密封的部位，表面不直接接触，所以加 工精度可以 放低 5)既可用于固定件，也可用于运动件。
（1）O形密封圈。
O形密封圈的截面为圆形，即可用于固定件的密封也可用 于运动件的密封. 密封原理 :依靠装配后受油压作用产生的压缩变形实现 密封的 特点:结构简单紧凑，摩擦力较其他密封圈小，安装方便， 价格便宜，
qv qv
qv
图4-3 差动连பைடு நூலகம்的单活塞杆液压缸
F 1 v1 A1 A2 A1 A2
F 2 v2 A1 A2
F 3 v3
D
D
D
d
d
p1
q (a)
p2
q2
p2 q '2
(b)
p1
q
q+q' p1 q (c)
q'
d
(d)
在组合机床中，常用：下图(a )作工进； 图4-2 图(b )作快退； 图(c )作快进。 为使快进和工进速度相等，即：
图5.16 宽断面Y形密封圈
液压缸
塑料注射成型机
四、缓冲装置
缓冲原理： 当活塞接近端盖时，增大液压缸回油阻力，使 缓冲油腔内产生足够的缓冲压力，以降低活塞 的运动速度，从而减小或避免活塞撞击端盖。
缓冲装置： 为了防止活塞在行程的终点与前后端盖板发生 碰撞，引起噪音，影响工件精度或使液压缸损 坏，常在液压缸前后端盖上设有缓冲装置，以 使活塞移到快接近行程终点时速度减慢下来终 至停止。
增压缸
增压缸(2/2)
设输入原动缸的压力为p1 ，输出缸的出油压力为p2 ，若 不计摩擦力，根据力平衡关系，可有如下等式
A1 p1 A2 p2
A1 整理得： P 2 P1 A2

4
D p1
2

4
d p2
称为增压比
2
D1
D2
K=D2/d2

A1 A2
增压比:大小两活塞的有效作用面积之比
增压缸只能将高压油输入其它液压缸以获得大的推力，其本身不能直接作 为执行元件；增压缸仅仅是增大了输出的压力，并不能增大输出的能量。
第十五章液压执行元件
一、液压缸功用、分类及图形符号: 1、液压缸的功用
执 行 元 件
液压缸：将液压能转变为直线运动形式的机械能,输出 运动速度和推力。 液压马达：将液压能转变为连续的回转运动的机械能， 使系统输出一定的转矩和转速；
2、液压缸分类及图形符号 按液压作用方式分：单作用液压缸、双作用液压缸 按结构分：柱塞式、活塞式、伸缩液压缸 、组合液压缸
齿轮液压缸的结构图
4.组合式液压缸 增压液压缸结构
增压缸又称增压器。它能将输入的低压油转变为高压油供液压系统 中的高压支路使用。增压缸如图所示。它由面积不同（分别为A1 和A2）的两个液压缸串联而成，大缸为原动缸，小缸为输出缸。
原理：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，
1—活塞杆
2—压盖
双活塞杆液压缸结构 3—缸盖 4—缸筒 5—活塞
6—密封圈
双活塞缸机构示意
常 用 的 结 构
实心双活塞杆液压缸：
缸体固定，活塞杆与运动构件相连。进出油口设在两端盖上。 空心活塞杆液压缸： 活塞杆固定不动，缸体与工作台相连，进出油口设在活塞杆上。
2、双作用双活塞杆液压缸的特点及应用：
液压缸习题
1、图示两个结构相同且串联着的液压缸。设无杆腔面积A1=100cm2，有 杆腔面积阿A2=80cm2,缸1输入压力F1＝9×106pa，输入流量Q1＝12L/min， 若不计损失和泄漏.问： （1）缸1不承受负载（F1=0）缸2能承受多少负载？ （2）两缸承受相同负载时(F1=F2)，该负载的数值及两缸的运动速度分 别为多少？
液压缸的固定形式
它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。
L L L L
（2）双作用单活塞杆液压缸的特点和应用
1）工作台往复运动速度不相等
当供给液压缸的流量qv一定时，活塞两个方向的运动速度为： 压力油输入无杆腔,工作台向有杆方向（右）运动时其速度v1为： V1=qv/A1=4qv/πD2 (向右） 压力油输入有杆腔，工作台向无杆腔方向（左）运动时的速度V2为 V2= qv/A2=4qv/π(D2-d2) (向左）