第三章液压执行元件液压缸2015

A1
无杆腔进油 D
A2
d
F1
q P1
P2
v1
(a)无杆腔进油
活塞的运动速度 v1 和推力 F1 分别为:
v1
q A1
v
4q
D 2
v
F1
( p1 A1
p2 A2 )m
4
[D
2
p1
(D2
d 2 ) p2 ]m
（4.3） （4.4）
有杆腔进油
A1
A2
F2
P1
P2
q
v2
(b)有杆腔进油
活塞的运动速度 v2 和推力F2 分别为:
3.1.1.1 双杆活塞缸
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固定形式，如图所示。
A F
F
Av
v
q P1 P2
P2 P1 q
(a)缸体固定， 活塞杆移动
(b)活塞杆固定缸 体移动，
双杆活塞缸缸筒固定与活塞杆固定的比较：
因为双活塞杆液压缸的两活塞杆直径相同，所以当
输入流量和油液压力不变时，活塞（或缸体）在两个方
9 —齿轮；l0 —传动轴；11 —缸体；12 —螺钉
3.3 缸的结构
缸的典型结构
图 3.12 双作用单活塞杆液压缸结构图
l — 缸底；2 — 卡键；3、5、9、11 — 密封圈；4 — 活塞； 6 — 缸筒；7 — 活塞杆；8 — 导向套；10 — 缸盖；12 — 防尘圈；13 — 耳轴
第三章 液压执行元件-液压 缸
作用：将液压能转换为机械能的 能量转换装置
{液压缸：输出的是直线运动
包括
液压马达：输出的是旋转运动
液压缸 A
p1
V F
d p2
Q
p p1 p2
压力p 流量Q
作用力F 速度V
液压缸
液压功率
机械功率
➢液压缸的输入量是液体的流量和压力，输出量是速度
和力。
3.1 缸的分类及特点 液压缸的分类
图3.10 伸缩式液压缸
二级活塞
伸出
BA
3.2.3 齿条活塞缸
齿条活塞缸由带有齿条杆的双作用活塞缸和齿轮齿条机 构组成，活塞往复移动经齿条、齿轮机构变成齿轮轴往复转动。
12 11
ω9
10
8 76 54 3 2
q
1 行程
图3.11 齿条活塞液压缸的结构图
1 —紧固螺帽；2 —调节螺钉；3 —端盖；4 —垫圈； 5 — O形密封圈；6 —挡圈；7 —缸套；8 — 齿条活塞；
3.2.1 增压缸
增压缸又称增压器。它能将输入的低压转变为高压供液压传动。
3.2.2 多级缸
多级缸又称伸缩式套筒缸，它由两级活塞缸套装而成，具 有活塞杆的伸出行程长度比缸体长度大，占用空间较小，结构 紧凑的特点。
伸出
缩回
图3.9 伸缩式液压缸
前一级缸的活塞是后一级缸的缸套，活塞伸出的顺序是 从大到小，相应的推力也是从大到小，而伸出的速度则是由 慢变快。
3.1.1.2 单杆活塞缸
单杆活塞缸的活塞仅一端带有活塞杆，活塞双向运动可 以获得不同的速度和输出力，其简图及油路连接方式如图所 示。
A1 D
A2
d
F1
P1 P2
v1
q
(a)无杆腔进油
A1
A2
F2
P1
P2
v2
q
(b)有杆腔进油
单杆活塞缸分解图
图3.2 单杆活塞缸
其一端伸出活塞杆，两腔有效面积不相等，当向缸两腔分 别供液体，且压力和流量都不变时，活塞在两个方向上的运动 速度和推力都不相等。
图3.3 差动连接缸
A1
A2
F3
A1 A2
F3
P1
v3
P1
wk.baidu.com
v3
q
等效
q
(c)差动联接
活塞杆的伸出速度为：
v3
A1
q
A2
v
4q
d 2
v
（4.8）
在忽略两腔连通回路压力损失的情况下，差动连接液压缸的
推力为：
F3
p1 ( A1
A2 )m
4
d 2 p1v
（4.9）
A1
A2
F3
A1 A2
F3
P1
图3.4 柱塞液压缸
如图4.5缸筒内壁不接触，因此缸筒内孔不需精加工，工 艺性好，成本低。
A
缸 筒
柱 塞 pq
（ a）
图3.5 柱塞式液压缸
柱塞式液压缸是单作用 缸，柱塞端面是受压面。其 面积大小决定了缸的输出速 度和推力。如果要得到双向 运动，可将两柱塞缸成对使 用为减轻柱塞的重量，有时 制成空心活塞。
v3
P1
v3
q
等效
q
(c)差动联接
差动连接时,液压缸的有效作用面积是活塞杆的横截 面积，工作台运动速度比无杆腔进油时的大，而输出力则 较小。
差动连接是在不增加液压泵流量的条件下，实现快速运动的 有效办法。
3.1.2 柱塞缸
活塞缸内孔和尺寸精度很高，并且要求表面光滑，大型或 超长行程的液压缸不易实现这种要求，在这种情况下可以采用柱 塞缸。
上缸的速度差值就愈小。
A1
A2
d
A1
A2
D
F1
F2
P1 P2
q
v1
P1
P2
q
v2
(a)无杆腔进油
(b)有杆腔进油
两腔进油, 差动联接
A1
A2
F3
P1
v3
q
(c)差动联接缸
当单杆活塞缸两腔同时通入相同压力的液体时，由于无 杆腔受力面积大于有杆腔受力面积，使得活塞向右的作用力 大于向左的作用力，因此活塞杆作伸出运动，并将有杆腔的 液体挤出，流进无杆腔，加快了活塞杆的伸出速度，缸的这 种连接方式被称为差动连接。
v2
q A2
v
(
D
4q 2
d
2
)
v
F2 ( p1 A2 p2 A1)cm
[
4
D2(
p1
p2 )
4
d
2
p1 ] c m
（4.5） （4.6）
比较上述各式，可以看出：v2 >v1 , F1 > F2 ；液压缸往
复运动时的速度比为：
v2 v1
D2 D2 d2
（4.7）
上式表明：当活塞杆直径愈小时，速度比接近1，在两个方向
向上的运动速度V和推力F都相等，即：
v
q A
v
(
4q D2
d
2
)
v
F
4
(D2
d
2
)( p1
p2
)m
（3.1） （3.2）
式中:
p1、 p2 —分别为缸的进、出口压力； 、 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 —缸的输入流量； A—活塞有效作用面积。
这种液压缸常用于要求往返运动速度相同的场合。
Q
V
p1
d
p2 d
Q
图3. 6 柱塞式液压缸
3.1.3 摆动缸
摆动液压缸能实现往复摆动运动，主要有单叶片式和双叶 片式两种结构形式。
12
3
D
2
3 4
1
d 4
14
图3.7 摆动缸
图3.8 单叶片摆动液压缸（马达） 1.叶片 2.限位块 3.缸筒
3.2 其它型式的常用缸
为了满足特定需要，可由上述三种基本形式和机械传动或 其它传动形式组合特种缸来满足要求
按作用方式分：单作用缸和双作用缸。 按结构形式分：活塞缸、柱塞缸、摆动液压缸。 按活塞杆形式分：单杆活塞缸、双杆活塞缸。
A F
v
Q P
单杆液压缸
A
A
F
F
v
v
Q
P
Q P
双杆液压缸
柱塞式液压缸
3.1.1 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， 其固定方式有缸筒固定和活塞杆固定两种方式。