第四章：液压缸(含习题答案)

第二节 液压缸的结构
三、活塞与活塞杆的连接
a)螺纹式连接
b)卡环式连接
1－螺母 2、8－活塞 3、9－活塞杆 4－弹簧卡圈 5－轴套 6－半环 7－压板 注意：活塞组件的结构形式应根据工作压力、安装形式和工作条件等选用。 螺纹式连接：在高压大载荷且有冲击的情况下，活塞杆因车制螺纹而削弱强度；为 防止螺母松动，需用开口销或双螺母锁紧，以保证连接可靠； 卡环式连接：连接可靠，可承受较大负载与振动，但结构复杂，装拆不便； 其它连接形式：整体式、焊接式、锥销式等。 38-23
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第一节 液压缸的类型及特点
四、其它形式液压缸
A1 D2 p a A1 p b A2 p b p a pa 2 A2 d
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第一节 液压缸的类型及特点
四、其它形式液压缸
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作业：4-5，4-7
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第二节 液压缸的结构
一、液压缸的典型结构举例：单活塞杆，双活塞杆 二、缸筒与缸盖的连接 三、活塞和活塞杆的连接 四、活塞杆头部结构 五、液压缸的缓冲装置 六、液压缸的排气装置 七、液压缸的密封
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第三节 液压缸的设计和计算
液压缸设计步骤
一、液压缸工作压力的确定 根据负载计算工作压力，也可根据用途查表。 二、液压缸内径和活塞杆直径的确定 内径根据工作负载和工作压力确定。必要时校核强度。 三、液压缸其他部位尺寸的确定 四、液压缸的强度和刚度校核
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第三节 液压缸的设计和计算
一、液压缸工作压力p的确定 F=pA
差动连接回路：单活塞杆缸无杆腔通压力油，有杆腔排出的油液又 回到无杆腔。
F3 v 3 + p1 qV
π A1 D 2 4
π A2 D 2 d 2 4
F2 v 2 + p2=0 p1 qV
差动连接
中位停止
无杆腔进油
π F3 p1 A1 A2 m p1 d 2m 4 q 4q v3 V V V 2 V v3 A1 qV V v3 A2 A1 A2 πd
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第一节 液压缸的类型及特点
不同连接形式单活塞杆液压缸的推力和速度 （2）有杆腔进油 推力：
π 2 2 2 F2 ( p1 A2 p2 A1 ) m D d p D p2 m 1 4 速度： 4qVV q v2 A2 π D 2 d 2
q 4qVV v1 A1 πD 2
往返速比：
v2 D2 1 v 2 1 2 2 v1 D d 1 d D
——速比λv越大，活塞杆直径d越大。
d D 1
1
v
π 2 D 4 π 2 A2 D d 2 4 A1
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第一节 液压缸的类型及特点
L D ， 20 2
L为液压缸最大行程
第二节 液压缸的结构
四、活塞杆头部结构：根据液压缸和工作机械连接的要求选择。
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第二节 液压缸的结构
五、液压缸缓冲装置
缓冲装置：当活塞杆带动质量大的部件运动时，由于惯性大，因此当活塞杆运动 到液压缸终端时，会与缸盖相碰而产生冲击和噪声，且损害部件。为防止危害， 应采用缓冲装置。 工作原理：在活塞和缸盖的行程极限位置之间封住部分油液，强迫它从小孔或细 缝中挤出，利用节流原理以产生很大的排油阻力，实现运动部件的制动，避免活 塞撞击缸盖。 形式： ① 节流口可调式 ② 节流口可变式 ③ 环状间隙式
第四章 液压缸
第一节 液压缸的类型及特点 第二节 液压缸的结构 第三节 液压缸的设计计算
重点： 液压缸的计算 难点：结构 教学目的：学会设计液压缸
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第一节 液压缸的类型及特点
液压缸：将液体的压力能转换成机械能的能量转换装置。 输入：液体的流量和压力 液压缸的分类： 1）按供油方向 单作用式 双作用式 2）按结构型式不同 活塞式 柱塞式 摆动式 伸缩式 一、活塞式液压缸 二、柱塞式液压缸 三、其他类型液压缸
式中：F-液压缸最大负载；p-液压缸工作压力； A-液压缸活塞有效工作面积。 表4-1 不同负载条件下的工作压力
负载F／kN 液压缸的工作压力 p／MPa ＜5 ＜0.8～1 5～10 1.5～2 10～20 2.5～3 20～30 3～4 30～50 4～5 ＞50 ≥5～7
表4-2 各类机械常用的工作压力
π 2 D d 2 p1 4 q 4qVV v2 V V A2 π D2 d 2 F2 p1 A2
D 2d
v3 v2
A1 A2 A2
A1 2 A2
F3 F2
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第一节 液压缸的类型及特点
不同连接形式单活塞杆液压缸的推力和速度 （3）差动连接：单活塞杆缸无杆腔通压力油，有杆腔排出的油液 又回到无杆腔。 π 2 推力： F3 p1 A1 A2 m d p1m 4 4qVV 速度： v3 πd 2
第二节 液压缸的结构
七、液压缸的密封装置
a)间隙密封
b)摩擦环密封
c) 密封圈密封
d)密封圈密封
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第三节 液压缸的设计和计算
设计内容： ①分析工况、编制负载图和确定最大负载力（详见第九章第六节）；
②综合使用要求，确定结构类型、安装形式和安装空间； ③根据负载值、速度和最大行程决定液压缸的主要尺寸。 一般来说，液压缸是标准件，可根据标准的产品目录进行选型，但 有时也需要参考有关设计手册自行设计。
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第二节 液压缸的结构
一、液压缸的典型结构举例 单活塞杆液压缸
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第二节 液压缸的结构
一、液压缸的典型结构举例 单活塞杆液压缸
第二节 液压缸的结构
一、液压缸的典型结构举例 双活塞杆液压缸
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第二节 液压缸的结构
一、液压缸的典型结构举例 双活塞杆液压缸
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第二节 液压缸的结构
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第二节 液压缸的结构
五、液压缸排气装置
液压缸中不可避免地会混入空气，由此引起活塞运动时的爬行和振动，并产生 噪声，甚至使整个液压系统不能正常工作。 对于速度稳定性要求较高的情况，液压缸上要设置排除空气的装置，排气装置 安装在液压缸两端或缸盖的最上部。
排气： 打开排气装置，让液压缸全行程往复移动数次，空气较油轻，易于排出，直 到排气装置喷出的是油而不是气。 速度稳定性不高的液压缸，不设置专门的排气装置，而是将油口设置在缸筒 38-28 两端最高处，使空气随油液排回油箱。
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第一节 液压缸的类型及特点
三、伸缩式液压缸
由两个或多个活塞式液压缸套装形成，前一级活塞缸的活塞是后一级活塞缸的 缸筒。结构尺寸紧凑。适用于自卸汽车和汽车式起重机的伸缩臂。 伸出时：（按活塞1，2的有效工作面积由大到小依次伸出）可获得很长的行程； 缩回时：（按活塞有效工作面积由小到大依次缩回）轴向长度尺寸变得很小。
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第一节 液压缸的类型及特点
一、活塞式液压缸
空心双杆活塞缸（杆定式）：进、出油口可设置在活塞杆两端靠近活塞的一侧 ，此时活塞杆应为空心结构。安装空间小，适用于中、大型机床。
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第一节 液压缸的类型及特点
双活塞杆式液压缸的推力及速度计算 推力：
π 2 F ( p1 p2 ) Aηm ( p1 p2 ) ( D d 2 ) ηm 4
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第一节 液压缸的类型及特点
不同连接形式单活塞杆液压缸的推力和速度 （1）无杆腔进油 推力：
F1 ( p1 A1 p2 A2 )m π 2 D p1 D 2 d 2 p2 m 4
速度：
q 4qV V v1 A1 πD 2
π 2 D 4 π 2 A2 D d 2 4 A1
（1）缸筒内径D按液压缸推力或速度公式计算后，从标准GB/T2348-1993中规 定的系列，选取合适的标准值圆整得到。 （2）单杆活塞缸d由D和往返速比求得。
d D 1 1
v
（3）活塞杆直径d也可按受力情况初选，然后根据校核最后确定。 表4-4 活塞杆直径的选取 活塞杆受力情况 受 拉 受压及拉 受压及拉 受压及拉 工作压力p／MPa — p≤5 5＜p≤7 p＞7 活塞杆直径d d = (0.3～0.5) D d = (0.5～0.55) D d = (0.6～0.7) D d = 0.7D
ηm：液压缸的机械效率。 速度： qV ηV qV ηV 4qV ηV v 2 2 A π(D d ) / 4 π(D2 d 2 ) ηV：液压缸的容积效率。
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第一节 液压缸的类型及特点
一、活塞式液压缸 2. 单活塞杆液压缸
活塞仅有一端带有活塞杆，活塞双向运动可获得不同的速度和输出力。 缸定式/杆定式：工作台的最大活动范围都是活塞有效行程的2倍。
注意： ① v3>v1， v3>v2 ； F3<F1 ，F3<F2 ，差 动连接是一种减小推力而获得较高 速度的方法。 ② A1=2A2，则差动液压缸在左右两个 运动方向上速度相等时，推力也相 等。（向左运动：有杆腔通压力油 ，无杆腔排油回油箱）
q 4qVV v1 A1 πD 2
v2
4qVV q A2 π D 2 d 2
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第三节 液压缸的设计和计算
三、液压缸其他部位尺寸的确定
活塞杆导向长度：①D<80mm：LA=(0.6~1.0)D；② D>80mm：LA=(0.6~1.5)D 。 活塞宽度： B 0 .6 ~ 1 .0 D 隔套K的宽度： C=H-0.5(LA+B） 活塞杆长度根据液压缸最大行程而定。 单杆活塞缸的最小导向长度： H
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输出：力和直线速度
3）按不同的使用压力 中低压缸（额定压力为2.5～6.3MPa） 中高压缸（额定压力为10～16MPa） 高压缸（额定压力为25～31.5MPa）
第一节 液压缸的类型及特点
一、活塞式液压缸 1. 双活塞杆液压缸
活塞两端都带有活塞杆，安装形式可分为： ① 缸体固定（缸定式）：占用空间大，工作台的移动范围约为活塞行程的3倍 ② 活塞杆固定（杆定式）：工作台移动范围约为活塞行程的2倍，安装空间小。
机 设备类型 磨床 工作压力p／ MPa 组合机床 床 车 镗 铣 2～ 4 拉床 龙门刨床 ＜10 农业机械 小型工程机械 工程机械中的辅 助机构 10～16 压力机重型机械 起重运输机械 船舶起货机 大中型挖掘机 20～32
0.8～2
3～ 5
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第三节 液压缸的设计和计算
二、液压缸主要尺寸的确定
二、缸筒与缸盖的连接
a）法兰连接
b）卡环连接
c）螺纹连接
d）拉杆连接
e）焊接连接
f）螺纹连接
注意：缸筒和缸盖的连接方式主要根据工作压力、缸筒材料和工作条件决定。 工作压力不高时：常用铸铁制造缸筒，缸筒与缸盖之间多采用法兰连接，结构易于 加工和装拆，但外形尺寸稍大。 工作压力较高时：常用无缝钢管来制作缸筒，可采用法兰、卡环、螺纹等多种连接 方式。采用卡环连接时需在缸筒上开环形槽，会削弱缸筒强度，但装拆方便。采用螺 纹连接时外形尺寸较小，但端部结构较复杂，装拆不便。 38-22
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第一节 液压缸的类型及特点
二、柱塞式液压缸 单作用式液压缸大多是柱塞式的，单向液压驱动，靠外力回程。
推力：
π 2 F pA m p d m 4
输出速度：
qV V 4 qV V v A πd 2
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第一节 液压缸的类型及特点
柱塞式液压缸的使用：为实现其双向运动，常成对使用。
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第二节 液压缸的结构
典型的液压缸缓冲装置
速度降低缓冲作用随之减弱
缓冲均匀，制动位置精度高
速度降低缓冲作用随之减弱
a)节流口可调式 b)节流口可变式 c)环状间隙式 1—针形节流阀 2 —单向阀 3 —三角沟槽
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第二节 液压缸的结构
两端带缓冲装置的单活塞杆液压缸
①活塞5处于最左位置时，压力油从油口a经孔c、d、单向阀3、孔e进入油缸左 腔f，推动活塞4向右移动；油缸右腔g的油液从油口b排出，此时单向阀6关闭。 ②当活塞向右运动接近终点时，右端回油腔g的油液须经过活塞5端部的轴向三 角槽流出，使油液获得节流而起缓冲作用。