第四章液壓缸

小組成員：陳浩釧張帆鄭云鵬

席坤玲何沼濤余家東

蔣亮張士武干輝王滔液壓缸簡介4.1液壓缸的類型及其簡介4.1.2常用液壓缸及其特點(diǎn)1.柱塞式液壓缸2.活塞式液壓缸1）單桿活塞液壓缸2）雙桿活塞液壓缸3.伸縮式液壓缸單作用式雙作用式4.擺動(dòng)液壓缸其速出扭矩和回轉(zhuǎn)角速度分別為r:葉片半徑；b：葉片寬度；R1，R2：葉片頂端底端半徑d,D：葉片頂端底端直徑；△p:進(jìn)出口壓差4.1.3液壓缸的典型結(jié)構(gòu)舉例液壓缸的結(jié)構(gòu)由:缸體組件、活塞組件、密封裝置、緩沖裝置和排氣裝置五個(gè)基本部分組成。1）、液壓缸的組成缸體組件缸體組件：包括缸底、缸筒、缸頭、連接件和缸蓋等.缸體組件的連接形式∵壓力、缸體材料、工作條件不同∴連接形式很多常見的缸體組件的聯(lián)接形式有：法蘭聯(lián)接、螺紋聯(lián)接、半環(huán)聯(lián)接、拉桿聯(lián)接、鋼絲聯(lián)接、焊接等幾種連接形式。缸筒和缸蓋的常見結(jié)構(gòu)形式

法蘭連接式，結(jié)構(gòu)簡單，容易加工，也容易裝拆，但外形尺寸和重量都較大，常用于鑄鐵制的缸筒上。半環(huán)連接式，它的缸筒壁部因開了環(huán)形槽而削弱了強(qiáng)度，為此有時(shí)要加厚缸壁，它容易加工和裝拆，重量較輕，常用于無縫鋼管或鍛鋼制的缸筒上。

螺紋連接式，它的缸筒端部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，外徑加工時(shí)要求保證內(nèi)外徑同心，裝拆要使用專用工具，它的外形尺寸和重量都較小，常用于無縫鋼管或鑄鋼制的缸筒上。

拉桿連接式，結(jié)構(gòu)的通用性大，容易加工和裝拆，但外形尺寸較大，且較重。

拉桿連接式

焊接連接式，結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，但缸底處內(nèi)徑不易加工，且可能引起變形。一般機(jī)床上用的液壓缸，缸筒和缸蓋的結(jié)構(gòu)形式和其使用的材料有關(guān)。工作壓力p＜10MPa時(shí)，使用高強(qiáng)度鑄鐵；p＜20MPa時(shí)，使用無縫鋼管；p＞20MPa時(shí)，使用鑄鋼或鍛鋼。活塞組件由活塞、活塞桿和聯(lián)接件等組成。

半環(huán)式連接

螺紋式連接

2）、活塞組件(活塞和活塞桿連接

)

螺紋式連接結(jié)構(gòu)簡單，裝卸方便，但在高壓大負(fù)載下需要有螺帽防松裝置。半環(huán)式連接結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，裝卸不便，但工作較可靠。此外活塞和活塞桿也有制成整體式結(jié)構(gòu)的，但它只適用于尺寸較小的場合。活塞一切工作般用耐磨鑄鐵制造，活塞桿則不論是空心的還是實(shí)心的，大多用鋼料制造。液壓缸的密封裝置主要用來防止液壓油的泄漏。密封裝置的優(yōu)劣，將直接影響液壓缸的工作性能和效率。3）、液壓缸的密封裝置對(duì)密封裝置的基本要求是：1）密封性能好，且隨著壓力的增加，密封性能隨之增加。2）摩擦阻力要小。3）足夠的使用壽命和耐油性。4）使用的溫度范圍廣。5）結(jié)構(gòu)工藝性好，成本低廉。密封性、耐磨性、經(jīng)濟(jì)性。密封圈活塞桿缸蓋

液壓缸密封圈及其安裝位置當(dāng)缸筒與機(jī)體間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，可采用支座或法蘭來安裝定位當(dāng)缸筒與機(jī)體間需相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，可采用軸銷、耳環(huán)或球頭等連接方式當(dāng)液壓缸兩端都有底座時(shí)，只能固定一端，另一端需浮動(dòng)，以適應(yīng)熱脹冷縮當(dāng)采用法蘭或軸銷安裝定位時(shí)，需注意壓桿穩(wěn)定性4）、液壓缸的安裝定位5）、緩沖裝置

必要性：

1）在質(zhì)量較大、速度較高（v>12m/min），由于慣性力較大，活塞運(yùn)動(dòng)到終端時(shí)會(huì)撞擊缸蓋，產(chǎn)生沖擊和噪聲，嚴(yán)重影響加工精度，甚至使液壓缸損壞。

2）常在大型、高速、或高精度液壓缸中設(shè)置緩沖裝置或在系統(tǒng)中設(shè)置緩沖回路。緩沖原理：利用節(jié)流方法在液壓缸的回油腔產(chǎn)生阻力，減小速度，避免撞擊。帶可調(diào)緩沖裝置的液壓缸緩沖原理：

是活塞在接近行程終端時(shí)，將回油阻力增大，

從而降低活塞速度。液壓缸緩沖過程及剖面結(jié)構(gòu)圖（1）正常回油（2）節(jié)流回油可調(diào)緩沖裝置1》．節(jié)流式緩沖裝置當(dāng)活塞活塞移近缸蓋時(shí)，凸臺(tái)進(jìn)入凹腔，由于凸臺(tái)和凹腔間的間隙較小（有時(shí)用一○形密封圈擋油），所在回油腔中的油液只能經(jīng)針狀節(jié)流閥流出，從而在回油腔中形成緩沖壓力，使淤塞受到制動(dòng)作用。2》．可變節(jié)流式緩沖裝置活塞與缸蓋間的油液須經(jīng)軸向三角槽流出，從而在回油腔中形成緩沖壓力使活塞受到制動(dòng)作用。

在緩沖長度內(nèi)，工作油液只能通過可調(diào)節(jié)流閥。

這種緩沖方式適用于液壓缸運(yùn)動(dòng)速度的范圍為6～20m/min。對(duì)于高速運(yùn)動(dòng)液壓缸，應(yīng)使用輔助緩沖裝置或剎車裝置。當(dāng)液壓缸活塞桿回縮時(shí)，單向閥開啟，即可調(diào)節(jié)流閥旁通，此時(shí)液壓缸活塞桿以最大速度回縮。3》．間隙緩沖裝置當(dāng)活塞移進(jìn)缸蓋時(shí)，活塞上的凸臺(tái)和凹腔之間的環(huán)狀間隙δ中擠壓出去，使回油腔滑調(diào)腔中的壓力升高而形成緩沖壓力，從而使活塞減慢了移動(dòng)速度。

6）、排氣裝置

1）安裝排氣裝置必要性：

液壓系統(tǒng)在安裝或停止工作后常會(huì)滲入空氣。2）液壓系統(tǒng)滲入空氣的危害：

液壓缸運(yùn)行前應(yīng)將缸內(nèi)的空氣排凈，否則運(yùn)行時(shí)缸內(nèi)氣體被壓縮，造成液壓缸的抖動(dòng)或爬行，并產(chǎn)生噪聲。

排氣使用方法：1排氣孔油口設(shè)置在液壓缸最高處；

2排氣塞象螺釘（如暖氣片上的放氣閥）；

3排氣閥使液壓缸兩腔經(jīng)該閥與油箱相通啟動(dòng)時(shí)，擰開排氣閥使液壓缸空載往復(fù)運(yùn)動(dòng)幾次即可。排氣閥排氣、排氣塞排氣、進(jìn)出油口排氣液壓缸排氣水平安裝的液壓缸進(jìn)出油口最好向上，便于氣體的排出，或在液壓缸的最高部位設(shè)置排氣裝置。對(duì)于速度穩(wěn)定性要求較高的液壓缸和大型液壓缸，則必須安裝排氣裝置。

兩種排氣裝置都在液壓缸排氣時(shí)打開（讓活塞全行程往復(fù)移動(dòng)數(shù)次），排氣完畢后關(guān)閉。

排氣裝置工作過程示意圖工作原理：當(dāng)液壓缸活塞桿回縮時(shí)，自動(dòng)放氣閥關(guān)閉；當(dāng)液壓缸活塞桿伸出時(shí)，其開啟。此時(shí)，空氣通過排氣孔排出，直至工作油液充滿無桿腔。

放氣閥應(yīng)安裝于液壓系統(tǒng)最高點(diǎn)，因在最高點(diǎn)處其可收集液壓油中所有空氣。4.2液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)依據(jù)①了解和掌握液壓缸在機(jī)械上的用途和動(dòng)作要求。②了解液壓缸的工作條件。③了解外部負(fù)載情況。④了解液壓缸的最大行程，運(yùn)動(dòng)速度或時(shí)間，安裝空間所允許的外形尺寸以及缸本身的動(dòng)作。⑤⑥設(shè)計(jì)已知液壓系統(tǒng)的液壓缸，應(yīng)了解液壓系統(tǒng)中液壓泵的工作壓力和流量的大小、管路的通徑和布置情況、各種液壓閥的控制情況。了解有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范以及參考資料。設(shè)計(jì)原則①保證缸運(yùn)動(dòng)的出力、速度、和行程。②保證缸每個(gè)零件有足夠的強(qiáng)度、剛度和耐用性。③在保證以上兩個(gè)條件的前提上，盡量減小缸的外形尺寸。④在保證缸性能的前提下，盡量減少零件數(shù)量，簡化結(jié)構(gòu)。⑤要盡量避免缸承受橫向負(fù)載，活塞桿工作時(shí)最好承受拉力，以免產(chǎn)生縱向彎曲。⑥缸的安裝形式好活塞桿頭部與外部負(fù)載的形式要合理，盡量減少活塞桿伸出后的有效安裝長度，增加缸的穩(wěn)定性。⑦密封件的選用要合理，確保性能可靠性、泄露少、摩擦力小、壽命長、更換方便。⑧根據(jù)缸的工作條件和具體情況設(shè)置適當(dāng)?shù)木彌_、防塵、和排氣裝置。⑨各零件的結(jié)構(gòu)形式和尺寸應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)形式和尺寸系列，盡量選用標(biāo)準(zhǔn)件。⑩要求做到成本低、制造容易、維修簡單方便。設(shè)計(jì)步驟①根據(jù)設(shè)計(jì)依據(jù)，初步確定設(shè)計(jì)方案，會(huì)同有關(guān)人員進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。②對(duì)缸進(jìn)行受力分析，選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式、安裝方式。③根據(jù)工作負(fù)載、重力、摩擦力和慣性力確定液壓缸在行程各階段上負(fù)載的變化規(guī)律及有關(guān)的技術(shù)數(shù)據(jù)。④根據(jù)工作負(fù)載和選定的額定壓力，確定活塞端面面積并計(jì)算活塞直徑和缸筒直徑。⑤根據(jù)缸徑和運(yùn)動(dòng)速度之比或者工作負(fù)載和材料的許用應(yīng)力，確定活塞桿直徑。⑥根據(jù)運(yùn)動(dòng)速度、工作出力和活塞直徑，確定液壓泵的流量和壓力。⑦選擇缸蓋的結(jié)構(gòu)形式，計(jì)算厚度和強(qiáng)度。⑧審定全部設(shè)計(jì)計(jì)算資料，進(jìn)行修改補(bǔ)充。⑨選擇適當(dāng)?shù)拿芊饨Y(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)緩沖、排氣和防塵等裝置。⑩繪制裝配圖和零件圖，編制技術(shù)文件。1.工作負(fù)載FR2.速比φ3.缸筒內(nèi)徑D4.活塞桿直徑d5.最小導(dǎo)向長度H4.2.2基本參數(shù)設(shè)計(jì)1.工作負(fù)載FRFR=Fe+Ff+Fi其中

Fe：穩(wěn)定工作下的負(fù)載

Ff：摩擦阻力

Fi：啟動(dòng)慣性阻力注意：各項(xiàng)載荷均應(yīng)在機(jī)構(gòu)滿負(fù)荷狀態(tài)下計(jì)算，其中磨擦擦阻力按啟動(dòng)狀態(tài)的靜摩擦力計(jì)算。缸的牽引力等于工作負(fù)載。缸自身摩擦阻力已經(jīng)用機(jī)械效率的形式在牽引力計(jì)算中加以考慮，不再計(jì)入。2.速比φ速比是指雙作用單桿液壓缸活塞桿縮回速度與伸出速度之比。可按JB1086-67系列標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)不同的壓力級(jí)別，從下表的推薦值中選取3.缸筒內(nèi)徑D1）動(dòng)力較大的液壓設(shè)備：通常根據(jù)最大牽引力FR來確定活塞桿的直徑d選擇可參考下表2）動(dòng)力較小的液壓設(shè)備：常根據(jù)缸的流量q 和活塞的運(yùn)動(dòng)速度v來決定式中，q為缸所需流量，m3/s；v1，v2為活塞的伸出，縮回運(yùn)動(dòng)速度m/s4.活塞桿直徑d活塞桿直徑通常是先按選定的速比和缸筒的內(nèi)徑D初算，然后再驗(yàn)算其強(qiáng)度和穩(wěn)定性。由得計(jì)算結(jié)果應(yīng)按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)圓整5.最小導(dǎo)向長度H

最小導(dǎo)向長度是在活塞桿全部伸出時(shí)，導(dǎo)向套滑動(dòng)面中點(diǎn)，到活塞支撐面中點(diǎn)的距離。導(dǎo)向長度的大小影響缸的初始撓度、穩(wěn)定性和活塞桿強(qiáng)度，因此必須使其不小于規(guī)定的最小值H。可用下面經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。(m)式中，L為缸的最大工作行程4.2.3液壓缸強(qiáng)度計(jì)算1.缸筒壁厚和外徑

承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應(yīng)力分布規(guī)律因壁厚的不同各異。一般分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。

通過上式得到的外徑D外后通過查表，將計(jì)算出的外徑圓整到標(biāo)準(zhǔn)系列中去，并向大的方向調(diào)整。薄壁圓筒計(jì)算公式：厚壁圓筒計(jì)算公式：式中：Py為實(shí)驗(yàn)壓力，為缸筒材料許用應(yīng)力。缸筒的壁厚計(jì)算出來以后，便可得到缸筒的外徑：2.活塞桿的計(jì)算活塞桿的計(jì)算應(yīng)包括活塞桿的強(qiáng)度計(jì)算和穩(wěn)定性校核（即壓桿穩(wěn)定性計(jì)算）

1）活塞桿的強(qiáng)度計(jì)算活塞桿主要受拉力和壓力作用，因此有：（m）式中，F(xiàn)R為液壓缸負(fù)載，N；d為活塞桿的直徑，m；為活塞桿材料的許用應(yīng)力，Mpa62）穩(wěn)定性驗(yàn)算活塞桿所能承受的負(fù)載FR，應(yīng)小于使它保持工作穩(wěn)定的臨界負(fù)載FK。FK的值與活塞桿材料的性質(zhì)、截面形狀、直徑和長度，以及缸的安裝方式等因素有關(guān)，可按材料力學(xué)中的有關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算，即

式中，nk為安全系數(shù)，一般取nk=2—4。當(dāng)活塞桿的細(xì)長比：時(shí)當(dāng)活塞桿的細(xì)長比：時(shí)附：液壓缸的支承方式和末端系數(shù)的值3）、端蓋厚度設(shè)計(jì)（法蘭端蓋厚度計(jì)算方法）當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到最前端時(shí)，全部推力由端蓋承受此時(shí)計(jì)算出最大端蓋厚度，滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求

圖、法蘭端蓋端蓋厚度計(jì)算：D為缸筒直徑，單位為m，dH為螺釘孔圓周直徑，單位為m,dm為作用力圓周直徑，單位為m，且dm=db為螺釘孔直徑，單位為m,d為活塞桿孔直徑，單位為m，De為端蓋外徑，單位為m，p為工作