1、1第四章第四章 液壓執(zhí)行元件液壓執(zhí)行元件 液壓與氣壓傳動液壓與氣壓傳動2 本章主要內(nèi)容為 ： 液壓馬達的工作原理與性能參數(shù)。液壓馬達的工作原理與性能參數(shù)。 高速液壓馬達及低速大扭矩馬達。高速液壓馬達及低速大扭矩馬達。 液壓缸的類型及特點液壓缸的類型及特點 通過本章的學習，要求掌握這幾種馬達的工作原理、結(jié)構(gòu)特點、及主要性能特點；了解不同類型的馬達之間的性能差異及適用范圍，掌握液壓缸設計中應考慮的主要問題，包括結(jié)構(gòu)類型的選擇和參數(shù)計算等，為日后正確選用奠定基礎。3T 轉(zhuǎn)矩 T 角速度 馬達p Q 流量 Q 壓力 p4 液壓馬達和液壓泵在結(jié)構(gòu)上基本相同，也是靠密封容積的變化進行工作的。常見的液馬達也

2、有齒輪式、葉片式和柱塞式等幾種主要形式；從轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩范圍分,可有高速馬達和低速大扭矩馬達之分。馬達和泵在工作原理上是互逆的，當向泵輸入壓力油時，其軸輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩就成為馬達。 由于二者的任務和要求有所不同，故在實際結(jié)構(gòu)上只有少數(shù)泵能做馬達使用。 5 工作壓力工作壓力 馬達入口油液的實際壓力稱為馬達的工作壓力，馬達入口壓力和出口壓力的差值稱為馬達的工作壓差。 流量和排量流量和排量 馬達入口處的流量稱為馬達的實際流量。馬達密封腔容積變化所需要的流量稱為馬達的理論流量。實際流量和理論流量之差即為馬達的泄漏量。 馬達軸每轉(zhuǎn)一周，由其密封容腔有效體積變化而排馬達軸每轉(zhuǎn)一周，由其密封容腔有效體積變化而排出的

3、液體體積稱為馬達的排量。出的液體體積稱為馬達的排量。 6 容積效率和轉(zhuǎn)速 因馬達實際存在泄漏，由實際流量 q 計算轉(zhuǎn)速 n 時，應考慮馬達的容積效率 。當液壓馬達的泄漏流量為 ，馬達的實際流量為 ，則液壓馬達的容積效率為： vlqltqqqqqqqltv1（2.29） 馬達的輸出轉(zhuǎn)速等于理論流量 與排量 的比值，即 tqVvtVqVqn（2.30） tftmTTTT1（2.31） 機械效率 7 輸出轉(zhuǎn)矩 因馬達實際存在機械摩擦，故實際輸出轉(zhuǎn)矩應考慮機械效率。 設馬達的出口壓力為零，入口工作壓力為p，排量為V，則馬達的理論輸出轉(zhuǎn)矩與泵有相同的表達形式,即 2pVTt（2.32） 馬達的實際輸出轉(zhuǎn)

4、矩小于理論輸出轉(zhuǎn)矩： mpVT2（2.33） 8 功率和總效率 馬達的輸入功率為 pqNi（2.34） 馬達的輸出功率為 nTNo2（2.35） 馬達的總效率為 mviopqnTNN2（2.36） 由上式可見，液壓馬達的總效率亦同于液壓泵的總效率，等于機械效率與容積效率的乘積。 9 4.1.2 高速液壓馬達高速液壓馬達 一般來說，額定轉(zhuǎn)速高于500r/min的馬達屬于高速馬達，額定轉(zhuǎn)速低于500r/min的馬達屬于低速馬達。 高速液壓馬達基本型式：齒輪式、葉片式和軸向柱塞式等。 它們的主要特點是轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)動慣量小，便于啟動、制動、調(diào)速和換向。通常高速馬達的輸出轉(zhuǎn)矩不大，最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速較高，只能滿

5、足高速小扭矩工況。 10 柱塞式柱塞式馬達的工作原理馬達的工作原理 當壓力油輸入液壓馬達時，處于壓力腔的柱塞被頂出，壓在斜盤上，斜盤對柱塞產(chǎn)生反力，該力可分解為軸向分力和垂直于軸向的分力。其中，垂直于軸向的分力使缸體產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。tFNFFFtFtFtF11 柱塞式柱塞式馬達的扭矩計算馬達的扭矩計算 NF 當壓力油輸入液壓馬達后，所產(chǎn)生的軸向分力為： pdF24（2.37） FF 使缸體3產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的垂直分力為： ggptgdtgFFt24（2.38） tFtFtFtF12 柱塞式柱塞式馬達的扭矩計算馬達的扭矩計算 單個柱塞產(chǎn)生的瞬時轉(zhuǎn)矩為： itipRtgdRFTgsin4sin2（2.39） 液

6、壓馬達總的輸出轉(zhuǎn)矩： NiiNiipRtgdTT121sin4g（2.40） R 柱塞在缸體的分布圓半徑； d 柱塞直徑； NFFFtFtFtFtFN 壓力腔半圓內(nèi)的柱塞數(shù) 13 柱塞式柱塞式馬達的扭矩計算馬達的扭矩計算 NFFFtFtFtFtF 可以看出，液壓馬達總的輸出轉(zhuǎn)矩等于處在馬達壓力腔半圓內(nèi)各柱塞瞬時轉(zhuǎn)矩的總和。 由于柱塞的瞬時方位角呈周期性變化，液壓馬達總的輸出轉(zhuǎn)矩也周期性變化，所以液壓馬達輸出的轉(zhuǎn)矩是脈動的，通常只計算馬達的平均轉(zhuǎn)矩。 14 低速大扭矩液壓馬達是相對于高速馬達而言的，通常這類馬達在結(jié)構(gòu)形式上多為徑向柱塞式,其特點是：最低轉(zhuǎn)速低，大約在510轉(zhuǎn)/分；輸出扭矩大，可達

7、幾萬牛頓米；徑向尺寸大，轉(zhuǎn)動慣量大。 它可以直接與工作機構(gòu)直接聯(lián)接，不需要減速裝置，使傳動結(jié)構(gòu)大為簡化。低速大扭矩液壓馬達廣泛用于起重、運輸、建筑、礦山和船舶等機械上。 低速大扭矩液壓馬達的基本形式有三種：它們分別是曲柄連桿馬達、靜力平衡馬達和多作用內(nèi)曲線馬達。 15 曲柄連桿式低速大扭矩液壓馬達應用較早，同類型號為JMZ型，其額定壓力16MPa，最高壓力21MPa，理論排量最大可達6.140 r/min。 16 馬達由殼體、曲柄連桿活塞組件、偏心軸及配油軸組成。殼體1內(nèi)沿圓周呈放射狀均勻布置了五只缸體，形成星形殼體；缸體內(nèi)裝有活塞2，活塞2與連桿3通過球絞連接，連桿大端做成鞍型圓柱瓦面緊貼在

8、曲軸4的偏心圓上，液壓馬達的配流軸5與曲軸通過十字鍵連結(jié)在一起，隨曲軸一起轉(zhuǎn)動，馬達的壓力油經(jīng)過配流軸通道，由配流軸分配到對應的活塞油缸。17腔通壓力油，活塞受到壓力油的作用。腔與排油窗口接通。受油壓作用的柱塞通過連桿對偏心圓中心作用一個力N，推動曲軸繞旋轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動，對外輸出轉(zhuǎn)速和扭矩；隨著驅(qū)動軸、配流軸轉(zhuǎn)動，配流狀態(tài)交替變化。在曲軸旋轉(zhuǎn)過程中，位于高壓側(cè)的油缸容積逐漸增大，而位于低壓側(cè)的油缸的容積逐漸縮小，因此，高壓油不斷進入液壓馬達，從低壓腔不斷排出。 配流軸過渡密封間隔的方位和曲軸的偏心方向保持一致18 靜力平衡式低速大扭矩馬達也叫無連桿馬達，是從曲柄連桿式液壓馬達改進、發(fā)展而來的，它的

9、主要特點是取消了連桿，并且在主要摩擦副之間實現(xiàn)了油壓靜力平衡，所以改善了工作性能。 國外把這類馬達稱為羅斯通（Roston）馬達，國內(nèi)也有不少產(chǎn)品，并已經(jīng)在船舶機械、挖掘機以及石油鉆探機械上使用。 19 液 壓 馬 達的偏心軸與曲軸的形式相類似，既是輸出軸，又是配流軸。五星輪3套在偏心軸的凸輪上，高壓油經(jīng)配流軸中心孔道通到曲軸的偏心配流部分，然后經(jīng)五星輪中的徑向孔進入油缸的工作腔內(nèi)。204.1.3.3 多作用內(nèi)曲線馬達 缸體壓油口配油軸定子柱塞回油口 液壓馬達由定子1、轉(zhuǎn)子2、配流軸4與柱塞組3等主要部件組成，定子1的內(nèi)壁有若干段均布的、形狀完全相同的曲面組成。 每 一 相 同 形狀的曲面又可

10、分為對稱的兩邊，其中允許柱塞副向外伸的一邊稱為進油工作段，與它對稱的另一邊稱為排油工作段。21缸體壓油口配油軸定子柱塞回油口22每個柱塞在液壓馬達每轉(zhuǎn)中往復的次數(shù)等于定子曲面數(shù)X ，稱 X 為該液壓馬達的作用次數(shù)。Z 個柱塞缸孔，每個缸孔的底部都有一配流窗口，并與它的中心配流軸4相配合的配流孔相通。缸體壓油口配油軸定子柱塞回油口配流軸4中間有進油和回油的孔道，它的配流窗口的位置與導軌曲面的進油工作段和回油工作段的位置相對應，所以在配流軸圓周上有2X個均布配流窗口。234.2 4.2 液壓缸液壓缸按供油方向分：單作用缸和雙作用缸。按結(jié)構(gòu)形式分：活塞缸、柱塞缸、伸縮套筒缸、擺動液壓缸。按活塞桿形式

11、分：單活塞桿缸、雙活塞桿缸。AFQPv單桿液壓缸單桿液壓缸AFQPv雙桿液壓缸雙桿液壓缸AFQPv柱塞式液壓缸柱塞式液壓缸24 液壓缸液壓缸（油缸）主要用于實現(xiàn)機構(gòu)的直線往復運動，也可以實現(xiàn)擺動，其結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，應用廣泛。液壓缸的輸入量是液體的流量和壓力，輸出量是速度和力。液壓缸和液壓馬達都是液壓執(zhí)行元件， 其職能是將液壓能轉(zhuǎn)換為機械能。p1p2FVdQ21pppA液壓缸壓力p 流量Q液壓功率作用力F 速度V機械功率25理想液壓缸理想液壓缸AFQPv理想單桿液壓缸理想單桿液壓缸PQ=PvAFQPv理想雙桿液壓缸理想雙桿液壓缸PQ=PvFQPvA1理想油缸理想油缸數(shù)學模型數(shù)學模型A/()A

12、單位位移排量油缸有效工作面積_AAQvPFvFQP264.2.1 4.2.1 活塞式液壓缸活塞式液壓缸 活塞式液壓缸可分為雙桿式和單桿式兩種結(jié)構(gòu)形式，其安裝又有缸筒固定和活塞桿固定兩種方式。4.2.1.1 4.2.1.1 雙桿活塞液壓缸雙桿活塞液壓缸 雙活塞桿液壓缸的活塞兩端都帶有活塞桿，分為缸體固定和活塞桿固定兩種安裝形式，如圖31所示。AFqv(a)缸筒固定式缸筒固定式1P2PAFqv(b)活塞桿固定式活塞桿固定式1P2P27 因為雙活塞桿液壓缸的兩活塞桿直徑相等兩活塞桿直徑相等，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。則缸的運動速度V和推力F分別為：vvdDqAqv)(

13、422（3.1）mppdDF)(42122（3.2）式中:、1p2p分別為缸的進、回油壓力；vm分別為缸的容積效率和機械效率；、D、d 分別為活塞直徑和活塞桿直徑；q 輸入流量；A活塞有效工作面積。這種液壓缸常用于要求往返運動速度相同的場合。這種液壓缸常用于要求往返運動速度相同的場合。284.2.1.2單活塞桿液壓缸單活塞桿液壓缸 單活塞桿液壓缸的活塞僅一端帶有活塞桿，活塞雙向運動可以獲得不同的速度和輸出力，其簡圖及油路連接方式如圖3.2所示。2A1F1v(a)無桿腔進油無桿腔進油1P2P1ADdq2A2F(b)有桿腔進油有桿腔進油1P2P1A2vq29無桿腔進油vvDqAqv2114（3.3

14、）mmpdDpDApApF)(4)(2221222111（3.4）1v1F活塞的運動速度 和推力 分別為:2A1F1v(a)無桿腔進油無桿腔進油1P2P1ADdq30有桿腔進油活塞的運動速度 和推力 分別為:2v2F2A2F(b)有桿腔進油有桿腔進油1P2P1A2vqvvdDqAqv)(42222（3.5）mmpDpdDApApF)(4)(2212211222（3.6）31 比較上述各式，可以看出： , ；液壓缸往復運動時的速度比為： 2v1v1F2F22212dDDvv（3.7） 上式表明：當活塞桿直徑愈小時，速度比接近當活塞桿直徑愈小時，速度比接近1，在兩個方向上的速度差值就愈小。在兩個方

15、向上的速度差值就愈小。2A1F1v(a)無桿腔進油無桿腔進油1P2P1ADdq2A2F(b)有桿腔進油有桿腔進油1P2P1A2vq32兩腔進油,差動聯(lián)接2A3F(c)差動聯(lián)接差動聯(lián)接1P1A3vq 當單桿活塞缸兩腔同時通入壓力油時，由于無桿腔有效作用面積大于有桿腔的有效作用面積，使得活塞向右的作用力大于向左的作用力，因此，活塞向右運動，活塞桿向外伸出；與此同時，又將有桿腔的油液擠出，使其流進無桿腔，從而加快了活塞桿的伸出速度，單活塞桿液壓缸的這種連接方式被稱為差動連接差動連接。33兩腔進油,差動聯(lián)接2A3F(c)差動聯(lián)接差動聯(lián)接1P1A3vqvvdqAAqv22134（3.8）vmpdAApF

16、1221134)(（3.9） 在忽略兩腔連通油路壓力損失的情況下，差動連接液壓缸的推力為：3F1P21AA 3vq等效活塞的運動速度為：34兩腔進油,差動聯(lián)接2A3F(c)差動聯(lián)接差動聯(lián)接1P1A3vq3F1P21AA 3vq等效 差動連接差動連接時時,液壓缸液壓缸的的有效作用面積有效作用面積是是活塞桿的橫截活塞桿的橫截面積面積，工作臺運動速度比無桿腔進油時的大，而輸出力則較小。 差動連接是在不增加液壓泵容量和功率的條件下，實差動連接是在不增加液壓泵容量和功率的條件下，實現(xiàn)快速運動的有效辦法?，F(xiàn)快速運動的有效辦法。35 差動液壓缸計算舉例差動液壓缸計算舉例 例3.1：已知單活塞桿液壓缸的缸筒內(nèi)

17、徑已知單活塞桿液壓缸的缸筒內(nèi)徑D=100mm，活，活塞桿直徑塞桿直徑d=70mm，進入液壓缸的流量，進入液壓缸的流量q=25min，壓力，壓力P1=2Mpa，P2=0。液壓缸的容積效率和機械效率分別為。液壓缸的容積效率和機械效率分別為0.98、0.97，試求在圖，試求在圖3.2(a)、(b)、(c)所示的三種工況下，所示的三種工況下，液壓缸可推動的最大負載和運動速度各是多少？并給出運液壓缸可推動的最大負載和運動速度各是多少？并給出運動方向。動方向。)(1523797.01021 .04462121NpDFm)/(052.0601 .098.01025442321smDqvv 解：解：在圖3.2

18、（a）中，液壓缸無桿腔進壓力油，回油腔壓力為零，因此，可推動的最大負載為： 液壓缸向左運動，其運動速度為：36)(777197. 0102)07. 01 . 0(4)(46221222NpdDFm)/(102. 060)07. 01 . 0(98. 010254)(4223222smdDqvm)(6466097. 010207. 04462123NpdFm)/(106.06007.098.01025442323smdqvv 在圖3.2（b）中，液壓缸為有桿腔進壓力油，無桿腔回油壓力為零，可推動的負載為： 液壓缸向左運動，其運動速度為： 在圖3.2（c）中，液壓缸差動連接，可推動的負載力為： 液

19、壓缸向左運動，其運動速度為：374.2.2 柱塞式液壓缸圖3.3柱塞式液壓缸 當活塞式液壓缸行程較長時，加工難度大,使得制造成本增加。 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。柱塞pq 缸筒A（a）38柱塞pq 缸筒A（a）圖3.3柱塞式液壓缸 如圖如圖3.33.3（a a）所示，柱塞缸由）所示，柱塞缸由缸筒、柱塞、缸筒、柱塞、導套、密封圈和壓蓋導套、密封圈和壓蓋等零件組成，柱塞和缸筒內(nèi)等零件組成，柱塞和缸筒內(nèi)壁不接觸，因此缸筒內(nèi)孔不需精加工，工藝性好，壁不接觸，因此缸筒內(nèi)孔不需精加工，工藝性好，成本低。成本低。39 柱塞式液壓缸是柱塞式

20、液壓缸是單作用的，它的回程單作用的，它的回程需要借助自重或彈簧需要借助自重或彈簧等其它外力來完成。等其它外力來完成。如果要獲得雙向運動，如果要獲得雙向運動，可將兩柱塞液壓缸成可將兩柱塞液壓缸成對使用為減輕柱塞的對使用為減輕柱塞的重量，有時制成空心重量，有時制成空心柱塞。柱塞。圖3.3柱塞式液壓缸QQVdd24dQV2214)(dppF式中：d柱塞直徑，p1進油壓力，p2另一缸的回油壓力。p1p2404.2.3 擺動式液壓缸圖4.4擺動液壓缸Dd1234432411 擺動液壓缸能實現(xiàn)小于360角度的往復擺動運動，由于它可直接輸出扭矩，故又稱為擺動液壓馬達，主要有單葉片式和雙葉片式兩種結(jié)構(gòu)形式。4

21、1圖4.4擺動液壓缸Dd1234432411 單葉片擺動液壓缸單葉片擺動液壓缸主要由定子塊1、缸體2、擺動軸3、葉片4、左右支承盤和左右蓋板等主要零件組成。定子塊固定在缸體上，葉片和擺動軸固連在一起，當兩油口相繼通以壓力油時，葉片即帶動擺動軸作往復擺動。42圖4.4擺動液壓缸Dd1234432411當考慮到機械效率時，單葉片缸的擺動軸輸出轉(zhuǎn)矩為p1p2mppdDbT)(82122（3.10）D 缸體內(nèi)孔直徑； d 擺動軸直徑； b 葉片寬度；43圖3.4擺動液壓缸Dd1234432411q根據(jù)能量守恒原理,結(jié)合式(3.10)得輸出角速度為D 缸體內(nèi)孔直徑； d 擺動軸直徑； b 葉片寬度；)(

22、822dDbqv（3.11）44Dd1234432411q 單葉片擺動液壓缸單葉片擺動液壓缸的的擺角擺角一般不超過一般不超過 ，雙葉雙葉片擺動液壓缸片擺動液壓缸的的擺角擺角一般不超過一般不超過 。 當輸入壓力和流量不變時，雙葉片擺動液壓缸擺動軸當輸入壓力和流量不變時，雙葉片擺動液壓缸擺動軸輸出轉(zhuǎn)矩輸出轉(zhuǎn)矩是相同參數(shù)單葉片擺動缸的兩倍，而擺動角速度是相同參數(shù)單葉片擺動缸的兩倍，而擺動角速度則是單葉片的一半。則是單葉片的一半。45Dd1234432411q 擺動缸結(jié)構(gòu)緊湊，輸出轉(zhuǎn)矩大，但密封困難，擺動缸結(jié)構(gòu)緊湊，輸出轉(zhuǎn)矩大，但密封困難，一般只用于中、低壓系統(tǒng)中往復擺動，轉(zhuǎn)位或間一般只用于中、低壓系

23、統(tǒng)中往復擺動，轉(zhuǎn)位或間歇運動的地方。歇運動的地方。46缸體伸出伸出縮回縮回套筒活塞活塞伸縮式單作用缸伸縮式單作用缸47伸出伸出縮回縮回 伸縮式液壓缸的特點是：活塞桿伸出的行程長，收縮后的結(jié)構(gòu)尺寸小，適用于翻斗汽車，起重機的伸縮臂等。48伸縮式雙作用缸伸縮式雙作用缸伸出伸出BA二級活塞 缸體兩端有進、出油口A和B。當A口進油，B口回油時，先推動一級活塞向右運動。一級活塞右行至終點時，二級活塞在壓力油的作用下繼續(xù)向右運動。49伸出伸出BA二級活塞504.1.5 齒條活塞缸 齒條活塞缸由帶有齒條桿的雙作用活塞缸和齒輪齒條機構(gòu)組成，活塞往復移動經(jīng)齒條、齒輪機構(gòu)變成齒輪軸往復轉(zhuǎn)動。87654321121

24、1109行程圖4.6齒條活塞液壓缸的結(jié)構(gòu)圖1 緊固螺帽；2 調(diào)節(jié)螺釘；3 端蓋；4 墊圈；5 O形密封圈；6 擋圈；7 缸套；8 齒條活塞；9 齒輪；l0 傳動軸；11 缸體；12 螺釘q514.3 液壓缸的結(jié)構(gòu) 圖 4.9 雙作用單活塞桿液壓缸結(jié)構(gòu)圖l 缸底；2 卡鍵；3、5、9、11 密封圈；4 活塞；6 缸筒；7 活塞桿；8 導向套；10 缸蓋；12 防塵圈；13 耳軸52 圖 4.9 雙作用單活塞桿液壓缸結(jié)構(gòu)圖l 缸底；2 卡鍵；3、5、9、11 密封圈；4 活塞；6 缸筒；7 活塞桿；8 導向套；10 缸蓋；12 防塵圈；13 耳軸 單活塞桿液壓缸主要由缸底1、缸筒6、缸蓋10、活塞

25、4、活塞桿7和導向套8等組成。缸筒一端與缸底焊接，另一端與缸蓋采用螺紋連接?；钊c活塞桿采用卡鍵連接。為了保證液壓缸的可靠密封，在相應部位設置了密封圈3、5、9、11和防塵圈12。534.3.1.1 缸筒與端蓋的連接圖4.8缸體與缸蓋的連接結(jié)構(gòu)4.3.1 缸體組件54（2）半環(huán)式連接）半環(huán)式連接，分為外半環(huán)連接和內(nèi)半環(huán)連接兩種連接形式。 (1）法蘭式連接）法蘭式連接55（3）螺紋式連接）螺紋式連接外螺紋連接內(nèi)螺紋連接56（5）焊接式連接）焊接式連接（4）拉桿式連接）拉桿式連接57 缸筒缸筒 是液壓缸的主體，其內(nèi)孔一般采用鏜削、絞孔、滾壓或珩磨等精密加工工藝制造，要求表面粗造度在0.1m0.4m

26、。 端蓋端蓋 裝在缸筒兩端，與缸筒形成封閉油腔，同樣承受很大的液壓力，因此，端蓋及其連接件都應有足夠的強度。 導向套導向套 對活塞桿或柱塞起導向和支承作用，有些液壓缸不設導向套，直接用端蓋孔導向。584.3.3 活塞組件 活塞組件由活塞、密封件、活塞桿和連接件等組成?；钊c活塞桿的連接形式 如圖4.9所示，活塞與活塞桿的連接最常用的有螺紋連接和半環(huán)連接形式，除此之外還有整體式結(jié)構(gòu)、焊接式結(jié)構(gòu)、錐銷式結(jié)構(gòu)等。12345(a)(b) 1一活塞桿；2一活塞；3一密封圈；4一彈簧圈；5一螺母1一卡鍵；2一套環(huán)；3一彈簧卡圈59 活塞裝置主要用來防止液壓油的泄漏。對密封裝置的對密封裝置的基本要求基本要求

27、是具有良好的密封性能，并隨壓力的增加能自動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提高密封性。除此以外，摩擦阻力要小，耐油。 油缸主要采用密封圈密封，密封圈有O形、V形、Y形及組合式等數(shù)種，其材料為耐油橡膠、尼龍、聚氨脂等。 （1）O形密封圈 O形密封圈的截面為圓形，主要用于靜密封。與唇形密封圈相比，運動阻力較大，作運動密封時容易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，故一般不單獨用于油缸運動密封。60 （1）O形密封圈(a) 圖4.10 O型密封圈的結(jié)構(gòu)原理 （a）普通型（b)（b）有擋板型61 O形圈密封的原理：任何形狀的密封圈在安裝時，必須保證適當?shù)念A壓縮量，過小不能密封，過大則摩擦力增大，且易于損壞。因

28、此，安裝密封圈的溝槽尺寸和表面精度必須按有關(guān)手冊給出的數(shù)據(jù)嚴格保證。 在動密封中，當壓力大于10MPa時，O形圈就會被擠入間隙中而損壞，為此需在O形圈低壓側(cè)設置聚四氟乙烯或尼龍制成的擋圈，雙向受高壓時，兩側(cè)都要加擋圈。(a) （b) （a）普通型 （b）有擋板型圖4.10 O型密封圈的結(jié)構(gòu)原理 62 V形圈的截面為V形，如圖3.11所示，V形密封裝置是由壓環(huán)、V形圈和支承環(huán)組成。當工作壓力高于10MPa時，可增加V形圈的數(shù)量，提高密封效果。安裝時，V形圈的開口應面向壓力高的一側(cè)。（2）V形密封圈（a) （b) （c） a)壓環(huán) b)V型圈 c)支承環(huán)圖4.11 V形密封圈63 Y形密封圈的截面

29、為Y形，屬唇形密封圈。它是一種摩擦阻力小、壽命較長的密封圈，應用普遍。Y形圈主要用于往復運動的密封。根據(jù)截面長寬比例的不同，Y形圈可分為寬斷面和窄斷面兩種形式，圖3.12所示為寬斷面Y形密封圈。（3） Y（Yx）形密封圈 (a)(b)圖3.12 Y形密封圈64(a)(b)圖4.12 Y形密封圈 Y形圈安裝時，唇口端面應對著液壓力高的一側(cè)。當壓力變化較大，滑動速度較高時，要使用支承環(huán)，以固定密封圈，如圖3.12（b）所示。654.3.3 緩沖裝置 為了防止這種危害，保證安全，應采取緩沖措施，對液壓缸運動速度進行控制。 當液壓缸帶動質(zhì)量較大的部件作快速往復運動時，由于運動部件具有很大的動能，因此當

30、活塞運動到液壓缸終端時，會與端蓋碰撞，而產(chǎn)生沖擊和噪聲。這種機械沖擊不僅引起液壓缸的有關(guān)部分的損壞，而且會引起其它相關(guān)機械的損傷。664.3.3 緩沖裝置udu(b)u(a)（c）u(d)圖4.13 液壓缸緩沖裝置67udu(b)u(a)（c）u(d) 當活塞移至端部，緩沖柱塞開始插入缸端的緩沖孔時，活塞與缸端之間形成封閉空間，該腔中受困擠的剩余油液只能從節(jié)流小孔或緩沖柱塞與孔槽之間的節(jié)流環(huán)縫中擠出，從而造成背壓迫使運動柱塞降速制動，實現(xiàn)緩沖。684.3.4 排氣裝置排氣裝置 液壓傳動系統(tǒng)往往會混入空氣，使系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，液壓傳動系統(tǒng)往往會混入空氣，使系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，產(chǎn)生振動、爬行或前沖等現(xiàn)象

31、，嚴重時會使系統(tǒng)不能正常產(chǎn)生振動、爬行或前沖等現(xiàn)象，嚴重時會使系統(tǒng)不能正常工作。工作。 因此，設計液壓缸時，必須考慮空氣的排除。因此，設計液壓缸時，必須考慮空氣的排除。 對于速度穩(wěn)定性要求較高的液壓缸和大型液壓缸，常在液壓缸的最高處設置專門的排氣裝置，如排氣塞、排氣閥等。當松開排氣塞或閥的鎖緊螺釘后，低壓往復運動幾次，帶有氣泡的油液就會排出，空氣排完后擰緊螺釘，液壓缸便可正常。694.4 液壓缸的設計與計算液壓缸的計算及驗算方法 首先根據(jù)使用要求確定液壓缸的類型，再按首先根據(jù)使用要求確定液壓缸的類型，再按負載和運動要求確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸，必負載和運動要求確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸，必要時需

32、進行強度驗算，最后進行結(jié)構(gòu)設計。要時需進行強度驗算，最后進行結(jié)構(gòu)設計。 液壓缸的主要尺寸包括液壓缸的內(nèi)徑液壓缸的主要尺寸包括液壓缸的內(nèi)徑D、缸、缸的長度的長度L、活塞桿直徑、活塞桿直徑d。主要根據(jù)液壓缸的負載、。主要根據(jù)液壓缸的負載、活塞運動速度和行程等因素來確定上述參數(shù)?；钊\動速度和行程等因素來確定上述參數(shù)。70液壓缸工作壓力的確定 液壓缸要承受的負載包括有效工作負載、摩擦阻力和慣性力等。液壓缸的工作壓力按負載確定。對于不同用途的液壓設備，由于工作條件不同，采用的壓力范圍也不同。設計時，液壓缸的工作壓力可按負載大小及液壓設備類型參考表3.1來確定。714.4.1 液壓缸主要尺寸的確定 液壓

33、缸內(nèi)徑液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑和活塞桿直徑d可根據(jù)最大總負載和選取的工作壓力來定，對單桿缸而言，有：2124dpFD有桿腔進油時：有桿腔進油時：（3.17）114pFD（3.16）無桿腔進油時無桿腔進油時722124dpFD有桿腔進油時：有桿腔進油時：（3.17）114pFD（3.16）無桿腔進油時無桿腔進油時 式（3.17）中的桿徑d可根據(jù)工作壓力選取，見表3.4；當液壓缸的往復速度比有一定要求時，由式（3.7）得桿徑為1 Dd（3.18）73 計算所得的計算所得的液壓缸內(nèi)經(jīng)液壓缸內(nèi)經(jīng)D D和活塞桿直經(jīng)和活塞桿直經(jīng)d d應圓整應圓整為標準系列，參見為標準系列，參見新編液壓工程手冊新編液壓工程

34、手冊。 液壓缸的缸筒長度由活塞最大行程、活塞長度、活塞桿導向套長度、活塞桿密封長度和特殊要求的長度確定。其中活塞長度為（0.6-1.0）D，導向套長度為（0.6-1.5）d。為減少加工難度，一般液壓缸缸筒長度不應大于內(nèi)徑的20-30倍。744.4.2 液壓缸的校核4.4.2.1 缸筒壁厚的驗算 中、高壓液壓缸一般用無縫鋼管做缸筒，大多屬薄壁筒，即/D0.08。此時，可根據(jù)材料力學中薄壁圓筒的計算公式驗算缸筒的壁厚，即 2maxDp（3.19） 當/D0.3時，可用下式校核缸筒壁厚) 13 . 14 . 0(2maxmaxppD(3.20)75 當液壓缸采用鑄造缸筒時，壁厚由鑄造工藝確定，這時應

35、按厚壁圓筒計算公式驗算壁厚。當/D=0.08-0.3時，可用下式校核缸筒的壁厚maxmax3 3 . 2pDp(3.21)maxp式中: 缸筒內(nèi)的最高工作壓力 缸筒材料的許允應力76 活塞桿長度根據(jù)液壓缸最大行程活塞桿長度根據(jù)液壓缸最大行程L L而定。對于而定。對于工作行程中受壓的活塞桿，當活塞桿長度工作行程中受壓的活塞桿，當活塞桿長度L L與其直與其直徑徑d d之比大于之比大于1515時，應對活塞桿進行穩(wěn)定性驗算。時，應對活塞桿進行穩(wěn)定性驗算。 關(guān)于穩(wěn)定性驗算的內(nèi)容可查閱液壓設計手冊關(guān)于穩(wěn)定性驗算的內(nèi)容可查閱液壓設計手冊。4.4.2.2 4.4.2.2 液壓缸穩(wěn)定性驗算液壓缸穩(wěn)定性驗算77 液壓缸用于實現(xiàn)往復直線運動和擺動，是液壓系液壓缸用于實現(xiàn)往復直線運動和擺動，是液壓系統(tǒng)中最廣泛應用的一種液壓執(zhí)行元件。液壓缸有時需統(tǒng)中最廣泛應用的一種液壓執(zhí)行元件。液壓缸有時需專門設計。專門設