液壓傳動第五章第1頁，課件共35頁，創作于2023年2月液壓執行元件是將液壓泵提供的液壓能轉變為機械能的能量轉換裝置,它包括液壓缸和液壓馬達。第2頁，課件共35頁，創作于2023年2月液壓缸又稱為油缸，它是液壓系統中的一種執行元件，其功能就是將液壓能轉變成直線往復式的機械運動。§5-1液壓缸的類型和特點液壓缸壓力p,流量Q液壓功率作用力F,速度V機械功率★輸入量：壓力和流量（液壓功率）★輸出量：力和速度（機械功率）第3頁，課件共35頁，創作于2023年2月液壓缸根據其結構形式的不同可分為活塞缸和柱塞缸兩種。第4頁，課件共35頁，創作于2023年2月1.活塞缸活塞式液壓缸根據其使用要求不同可分為雙桿式和單桿式兩種結構形式；按其安裝不同又分為缸筒固定和活塞桿固定兩種方式。(1)單桿式活塞缸活塞僅一端帶有活塞桿。單桿液壓缸有缸體固定和活塞桿固定兩種形式，但它們的工作臺移動范圍都是活塞(或缸體)有效行程的兩倍。第5頁，課件共35頁，創作于2023年2月無桿腔進油活塞運動速度v1和推力F1分別為：

有桿腔進油活塞運動速度v2和推力F2分別為：

A1>A2

v1<v2,F1>F2液壓缸往復運動時的速度比第6頁，課件共35頁，創作于2023年2月(2)差動活塞缸單桿活塞缸在其左右兩腔都接通高壓油時稱為“差動連接”。兩腔壓力相等,活塞兩側有效面積不等,活塞向右運動。由上可知，差動連接時液壓缸的推力比非差動連接時小,速度比非差動連接時大。第7頁，課件共35頁，創作于2023年2月可使在不加大油源流量的情況下得到較快的運動速度。若,即,則差動連接缸在兩個方向上的速度相等，輸出力也相等。第8頁，課件共35頁，創作于2023年2月(3)雙桿式活塞缸活塞兩端都有一根直徑相等的活塞桿伸出的液壓缸稱為雙桿式活塞缸，分為缸筒固定式和活塞桿固定式兩種安裝方式。第9頁，課件共35頁，創作于2023年2月活塞通過活塞桿帶動工作臺移動,當活塞的有效行程為l時,整個工作臺的運動范圍為3l,所以機床占地面積大,一般適用于小型機床。缸體與工作臺相連,活塞桿通過支架固定在機床上。這時,工作臺的移動范圍只等于液壓缸有效行程l的兩倍(2l),因此占地面積小。第10頁，課件共35頁，創作于2023年2月因為雙桿活塞缸的兩活塞桿直徑相等，所以當輸入流量和油液壓力不變時，其往返運動速度和推力相等，則液壓缸的運動速度v和推力F分別為

因此,這種液壓缸常用于要求往返運動速度相同的場合。第11頁，課件共35頁，創作于2023年2月當活塞式液壓缸行程較長時,加工難度大,制造成本高。某些場合所用的液壓缸并不要求雙向控制,柱塞式液壓缸正是滿足了這種使用要求的一種價格低廉的液壓缸。2.柱塞缸柱塞缸由缸筒、柱塞、導向套、密封圈和壓蓋等組成。柱塞和缸筒內壁不接觸,因此缸筒內孔不需要精加工,工藝性好,成本低。第12頁，課件共35頁，創作于2023年2月柱塞式液壓缸是單作用的,它的回程需要借助自重或彈簧等其他外力來完成。如果要獲得雙向運動,可將兩柱塞液壓缸成對使用以減輕柱塞的重量,有時制成空心柱塞。柱塞缸的推力F和速度為v：單作用雙作用動畫演示第13頁，課件共35頁，創作于2023年2月它利用活塞和柱塞有效面積的不同使液壓系統中的局部區域獲得高壓。它有單作用和雙作用兩種型式。3.其他液壓缸(1)增壓缸(增壓器)增壓比，反映增壓強度注意：增壓缸僅僅能增大輸出壓力,并不能增大輸出能量第14頁，課件共35頁，創作于2023年2月單作用增壓缸在柱塞運動到終點時,不能再輸出高壓液體,需要將活塞退回到左端位置,再向右行時才又輸出高壓液體,為了克服這一缺點,可采用雙作用增壓缸,由兩個高壓端連續向系統供油。第15頁，課件共35頁，創作于2023年2月伸縮缸由兩個或多個活塞缸套裝而成，前一級活塞缸的活塞桿內孔是后一級活塞缸的缸筒。(2)伸縮缸特點：活塞桿伸出的行程長，收縮后的結構尺寸小，適用于翻斗汽車、起重機的伸縮臂等。單作用式靠外力回程雙作用式靠液壓回程第16頁，課件共35頁，創作于2023年2月伸縮缸的外伸動作是逐級進行的。首先是最大直徑的缸筒以最低的油液壓力開始外伸，當到達行程終點后，稍小直徑的缸筒開始外伸，直徑最小的末級最后伸出。隨著工作級數變大，外伸缸筒直徑越來越小，工作油液壓力隨之升高，工作速度變快。其推力F和速度v分別為：動畫演示第17頁，課件共35頁，創作于2023年2月5.2.1液壓缸的典型結構單活塞桿液壓缸主要由缸筒、缸蓋、活塞、活塞桿和導向套等組成。缸筒一端與缸底焊接,另一端與缸蓋采用螺紋連接。活塞與活塞桿采用螺紋連接。為了保證液壓缸的可靠密封,在相應部位設置了密封圈和防塵圈。§5-2液壓缸的典型結構和組成第18頁，課件共35頁，創作于2023年2月

液壓缸的結構基本上可以分為缸筒和缸蓋、活塞和活塞桿、密封裝置、緩沖裝置和排氣裝置五個部分。

(1)活塞和活塞桿

可以把短行程的液壓缸的活塞桿與活塞做成一體，這是最簡單的形式。但當行程較長時，常把活塞與活塞桿分開制造，然后再連接成一體。活塞與活塞桿的連接最常用的有螺紋連接和半環連接形式,除此以外還有整體式結構、焊接式結構、錐銷式結構。5.2.2液壓缸的組成第19頁，課件共35頁，創作于2023年2月(2)缸筒和缸蓋

缸筒和缸蓋承受油液的壓力，因此要有足夠的強度、較高的表面精度和可靠地密封性。其具體結構形式和使用材料有關。p＜10MPa鑄鐵10MPa＜p＜20MPa無縫鋼管p＞20MPa鑄鋼或鍛鋼法蘭式連接結構簡單,易加工裝拆,連接可靠,但質量和尺寸較大半環式連接的缸筒壁部因開了環形槽而削弱了強度,為此有時要加厚缸壁,它易加工裝拆,重量較輕螺紋連接的缸筒端部結構復雜,外徑加工時要求保證內外徑同心,裝拆要使用專用工具,外形尺寸和重量都較小拉桿式連接結構簡單,通用性大,易加工裝拆,但質量和尺寸較大,且拉桿受力后拉伸變長,影響密封性焊接式連接結構簡單，尺寸小，強度高，但缸底處內徑不易加工，且可能引起變形第20頁，課件共35頁，創作于2023年2月(3)緩沖裝置當工作機構質量較大、轉速較高時，由于慣性力較大，行程終了時，活塞與缸蓋發生撞擊，引起破壞性事故或嚴重影響機械精度。為此，大型、高速或高精度的液壓缸常設有緩沖裝置。工作原理是當活塞接近缸蓋時，在活塞和缸蓋之間封住一部分油液，強迫它從小孔或細縫中擠出，以產生很大的阻力，使工作部件受到制動，逐漸減慢運動速度，從而避免活塞和缸蓋相互撞擊。當緩沖柱塞進入缸蓋上的內孔時,孔中的液壓油只能通過間隙δ排出,使活塞速度降低,起緩沖作用

被封在活塞和缸蓋間的油液經可調節流閥的小孔排出,調節節流孔大小,可控制緩沖腔內緩沖壓力的大小,以適應液壓缸不同負載和速度時對緩沖的不同要求在緩沖柱塞上開有三角槽,隨著柱塞逐漸進入配合孔中,其節流面積越來越小,解決了在行程最后階段緩沖作用過弱的問題第21頁，課件共35頁，創作于2023年2月(4)放氣裝置

液壓傳動系統往往會混入空氣，使系統工作不穩定，產生振動、爬行或前沖等現象，嚴重時會使系統不能正常工作。

因此，設計液壓缸時，必須考慮空氣的排出。一般可在液壓缸的最高處設置進出油口把氣帶走，或可設置專門的放氣孔或排氣裝置，如排氣塞、排氣閥等。兩種排氣裝置都是在液壓缸排氣時打開（讓它全行程往復移動數次），排氣完畢后關閉。1-活塞桿2-堵頭3-托架4、17-V形密封圈5、14-排氣孔6、19-導向套7-O形密封圈8-活塞9、22-錐銷10-缸體11、20-壓板12、21-鋼絲環13、23-紙墊15-活塞桿16、25-壓蓋18、24-缸蓋空心雙活塞桿液壓缸第22頁，課件共35頁，創作于2023年2月(5)密封裝置活塞裝置上的密封件主要用來防止液壓油的泄露。對密封裝置的基本要求是具有良好的密封性能，并隨壓力的增加能自動提高密封性。除此以外，摩擦阻力要小，耐油。依靠運動件的微小間隙來防止泄漏。為了提高這種裝置的密封能力,常在活塞的表面上制出幾條細小的環形槽,以增大油液通過間隙時的阻力依靠套在活塞上的摩擦環(尼龍或其他高分子材料制成)在O形密封圈彈力作用下貼緊缸壁而防止泄漏它利用橡膠或塑料的彈性使各種截面的環形圈貼緊在靜、動配合面之間來防止泄漏在活塞桿和缸蓋密封處增添防塵圈,并放在向著活塞桿外伸的一端。第23頁，課件共35頁，創作于2023年2月單桿雙作用液壓缸雙桿雙作用液壓缸單桿單作用液壓缸單作用伸縮液壓缸雙作用伸縮液壓缸第24頁，課件共35頁，創作于2023年2月液壓缸的設計是整個液壓系統設計中的一部分,它是在對整個系統進行了工況分析,編制了負載圖,選定了工作壓力之后進行的,設計過程可分為以下五個步驟：(1)選擇液壓缸的類型和各部分結構形式；(2)確定液壓缸的工作參數和結構尺寸；(3)結構強度、剛度的計算和校核；(4)導向、密封、防塵、排氣和緩沖等裝置的設計；(5)繪制裝配圖、零件圖、編寫設計說明書。

§5-3液壓缸的設計和計算第25頁，課件共35頁，創作于2023年2月1.液壓缸設計中應注意的問題

液壓缸的設計和使用正確與否,直接影響到它的性能和是否易于發生故障。所以,在設計液壓缸時,必須注意以下幾點:(1)盡量使液壓缸的活塞桿在受拉狀態下承受最大負載，或在受壓狀態下具有良好的穩定性。(2)考慮液壓缸行程終了處的制動問題和液壓缸的排氣問題。(3)正確確定液壓缸的安裝、固定方式。第26頁，課件共35頁，創作于2023年2月(4)液壓缸各部分的結構需根據推薦的結構形式和設計標準進行設計，盡可能做到結構簡單、緊湊、加工、裝配和維修方便。(5)在保證能滿足運動行程和負載力的條件下，應盡可能地縮小液壓缸的輪廓尺寸。(6)要保證密封可靠，防塵良好。第27頁，課件共35頁，創作于2023年2月2.計算液壓缸的結構尺寸(1)缸筒內徑D

根據負載的大小來選定工作壓力或往返運動速度比,求得液壓缸的有效工作面積,從而得到缸筒內徑D,再從GB2348-80標準中選取最近的標準值作為所設計的缸筒內徑。以無桿腔作工作腔時以有桿腔作工作腔時液壓缸的有效工作面積為第28頁，課件共35頁，創作于2023年2月(2)活塞桿外徑d

通常先從滿足速度或速度比的要求來選擇，然后再校核其結構強度和穩定性。也可根據活塞桿受力狀況來確定:受拉力作用時，d=0.3～0.5D。受壓力作用時，則有若速度比為，則第29頁，課件共35頁，創作于2023年2月l為活塞的最大工作行程；B為活塞寬度，一般為(0.6～1)D；A為活塞桿導向長度，取(0.6～1.5)D；M為活塞桿密封長度，由密封方式定；C為其他長度。(3)缸筒長度L缸筒長度L由最大工作行程長度加上各種結構需要來確定，即：注意：從制造工藝考慮，缸筒的長度最好不超過其內徑的20倍。第30頁，課件共35頁，創作于2023年2月對液壓缸的缸筒壁厚δ、活塞桿直徑d和缸蓋固定螺栓的直徑，在高壓系統中必須進行強度校核。3.強度校核(1)缸筒壁厚校核δ缸筒壁厚校核分薄壁和厚壁兩種情況。當D/δ≥10時為薄壁，壁厚按下式進行校核：當D/δ＜10時為厚壁，壁厚按下式進行校核：pt：缸筒試驗壓力，隨缸的額定壓力的不同取不同的值D：缸筒內徑[σ]:缸筒材料許用應力第31頁，課件共35頁，創作于2023年2月(3)液壓缸蓋固定螺栓直徑校核液壓缸蓋固定螺栓直徑按下式計算：(2)活塞桿直徑校核活塞桿的直徑d按下式進行校核：F：液壓缸負載k:螺紋擰緊系數(1.12～1.5)Z：固定螺栓個數[σ]:螺栓材料許用應力第32頁，課件共35頁，創作于2023年2月4.液壓缸穩定性校核

活塞桿軸向受壓時，其直徑d一般不小于長度L的1/15。當L