1、第四章 液壓缸,制作人：石楓,液壓缸,液壓缸是液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件,液壓缸的作用是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為壓力能,液壓缸一般用于實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)或擺動(dòng),液壓缸在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用,升降臺(tái) 壓力機(jī) 假肢,第一節(jié) 液壓缸的分類(lèi)和特點(diǎn) 第二節(jié) 液壓缸的結(jié)構(gòu) 第三節(jié) 液壓缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 第四節(jié) 液壓缸常見(jiàn)故障分析及排除方法,目錄,按結(jié)構(gòu)分類(lèi)：,活塞式（單桿、雙桿、無(wú)桿） 柱塞式 伸縮式,按作用方式分類(lèi)：?jiǎn)巫饔?、雙作用、組合式,第一節(jié) 液壓缸的分類(lèi)和特點(diǎn),雙作用缸,單作用缸,在壓力油的作用下只能作單方向運(yùn)動(dòng)的液壓缸， 其回程需借助于運(yùn)動(dòng)件的自重或其它外力（如彈簧力）。,在壓力油的作用下能實(shí)現(xiàn)往復(fù)兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的液壓缸。

2、,活塞式液壓缸 柱塞式液壓缸 擺動(dòng)式液壓缸 組合式液壓缸,一、活塞式液壓缸,類(lèi)型：?jiǎn)螚U式、雙桿式、無(wú)桿式,（一）單桿活塞缸,類(lèi)型：雙作用單桿、單作用單桿、差動(dòng)液壓缸,1、雙作用單桿活塞缸,工作特點(diǎn)：,（1）雙向進(jìn)油，故稱(chēng)雙作用式；,（2）由于液壓缸兩腔承壓面積不等，當(dāng)p一定時(shí)，往返運(yùn)動(dòng)的出力不等：,（3）由于液壓缸兩腔承壓面積不等，當(dāng)q一定時(shí)，往返運(yùn)動(dòng)的速度不等：,（4）工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)范圍約等于活塞行程的2倍。,職能符號(hào)：,2、單作用單桿活塞缸,工作特點(diǎn)：,（1）單向進(jìn)油，故稱(chēng)單作用式； （2）液壓缸的返回依靠重力或彈簧力,應(yīng)用：夾緊系統(tǒng)、舉升機(jī)構(gòu),3、差動(dòng)液壓缸,差動(dòng)連接：?jiǎn)螚U活塞缸的兩腔同時(shí)通

3、入壓力油，由于兩腔的承壓面積不同，迫使有桿腔的回油重新進(jìn)入油缸的無(wú)桿腔，這種連接稱(chēng)為差動(dòng)連接。,差動(dòng)液壓缸：采用差動(dòng)連接的單桿活塞缸。,工作特點(diǎn)：,（1）是雙作用單桿活塞缸；,（2）利用兩腔的有效作用面積差進(jìn)行工作；,（3）差動(dòng)連接時(shí)的速度v3和推力F3：,產(chǎn)生的推力F3：,（4）液壓缸返回時(shí)非差動(dòng)連接，欲獲得相等的快進(jìn)快退速度，須滿(mǎn)足：,（二）雙桿活塞缸,雙桿式活塞缸：活塞兩端都有一根直徑相等的活塞桿的液壓缸。,根據(jù)安裝方式：缸筒固定式（實(shí)心雙出桿）、活塞桿固定式（空心雙出桿）兩種。,工作特點(diǎn)：,（1）當(dāng)分別向左、右腔輸入相同壓力和相同流量的油液時(shí)，液壓缸左、右兩個(gè)方向的推力和速度相等。,（

4、2）不能實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接。,（3）缸體固定時(shí)，整個(gè)工作臺(tái)的移動(dòng)范圍約等于活塞有效行程的3倍；活塞桿固定時(shí)，整個(gè)工作臺(tái)的移動(dòng)范圍約等于液壓缸有效行程的2倍。,（三）無(wú)桿活塞缸,二、柱塞式液壓缸（柱塞缸）,壓力能往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)械能回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)械能,柱塞式液壓缸特點(diǎn)：,（1）柱塞式液壓缸是單作用液壓缸，即靠液壓力只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，回程要靠自重（當(dāng)液壓缸垂直放置時(shí)）或其它外力，因此柱塞缸常成對(duì)使用； （2）柱塞運(yùn)動(dòng)時(shí)，由缸蓋上的導(dǎo)向套來(lái)導(dǎo)向，因此，柱塞和缸筒的內(nèi)壁不接觸，缸筒內(nèi)孔只需粗加工即 （3）柱塞重量往往比較大，水平放置時(shí)容易因自重而下垂，造成密封件和導(dǎo)向件單邊磨損，故柱塞式液壓缸垂直使用較為有利。

5、,通常用于長(zhǎng)行程機(jī)床，如：龍門(mén)刨床、導(dǎo)軌磨床、大型拉床。,三、擺動(dòng)式液壓缸,四、組合式液壓缸 1、伸縮式液壓缸,伸縮缸又稱(chēng)多級(jí)缸，其特點(diǎn)是伸出行程長(zhǎng)，縮回尺寸小。,結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：伸縮缸由兩個(gè)或多個(gè)活塞缸套裝而成，前一級(jí)活塞缸的活塞桿內(nèi)孔是后一級(jí)活塞缸的缸筒，伸出時(shí)可獲得很長(zhǎng)的工作行程，縮回時(shí)可保持很小的結(jié)構(gòu)尺寸，伸縮缸被廣泛用于起重運(yùn)輸車(chē)輛上。,類(lèi)型：?jiǎn)巫饔檬饺鐖D(a) 、雙作用式如圖 (b)，前者靠外力回程，后者靠液壓回程。,工作特點(diǎn)：伸縮缸的外伸和縮回動(dòng)作是逐級(jí)進(jìn)行的。, 首先是最大直徑的缸筒開(kāi)始外伸，直徑最小的末級(jí)最后伸出。, 推力一定時(shí)，隨著工作級(jí)數(shù)變大，外伸缸筒直徑越來(lái)越小，工作油液壓力

6、隨之升高，工作速度變快。, 在輸入壓力和流量不變前提下，其值為：,式中: i 指 i 級(jí)活塞缸。,在輸入壓力不變前提下，隨著行程逐級(jí)增大，推力逐漸減小，這種推力的變化正好適合于自動(dòng)裝卸車(chē)對(duì)推力的要求。,2、增壓液壓缸,說(shuō)明： 1.增壓缸不是換能元件，輸入、輸出均為壓力能； 2.增壓缸增壓的同時(shí)使輸出的流量減小，其總能量保持不變。,增壓液壓缸：使局部油路獲得高壓，起壓力放大作用，它不是執(zhí)行元件。故又稱(chēng)為增壓器。,類(lèi)型：?jiǎn)巫饔谩㈦p作用,（1）單作用增壓缸,工作原理：當(dāng)輸入活塞缸的液體壓力為p1，活塞直徑為D，柱塞直徑為d時(shí)，柱塞缸中輸出的液體壓力為高壓，其值為：,式中：K=D2/d2，稱(chēng)為增壓比，

7、它代表其增壓程度。,工作特點(diǎn)：不能連續(xù)輸出高壓液體；增壓行程短。為連續(xù)的獲得高壓，需采用雙作用增壓缸 。,（2）雙作用增壓缸,3、增速缸,增速缸是由活塞缸和柱塞缸復(fù)合而成。增速缸能在不增加泵的流量的前提下，提高運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)速度。利用增速缸可實(shí)現(xiàn)快進(jìn)、工進(jìn)和快退的工作循環(huán)。,4、齒條活塞缸,如圖所示，齒條活塞缸能將活塞的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為齒輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。,D= d,練 習(xí),已知一單桿活塞缸，設(shè)液壓油進(jìn)入有桿腔時(shí)的速度為v2，差動(dòng)連接時(shí)的速度為v3，現(xiàn)要求v3/v2=2時(shí)，試求活塞直徑D和活塞桿直徑d之間的關(guān)系？,解：v2=q/A2=4q/（D2-d2）,v3=q/A3=4q/d2,v3/v2=

8、2,(D2-d2)/d2=2,第二節(jié) 液壓缸的結(jié)構(gòu),一、液壓缸的典型結(jié)構(gòu)和組成,1.液壓缸的典型結(jié)構(gòu)舉例,1耳環(huán) 2螺母 3防塵圈 4.17彈簧擋圈 5套 6.15卡鍵 7.14O形密封圈 8.12Y形密封圈 9缸蓋兼導(dǎo)向套 10缸筒 11活塞 13耐磨環(huán) 16卡鍵帽 18活塞桿 19襯套 20缸底,1活塞桿 2堵頭 3托架 4、17V形密封圈 5、14排氣孔 6、19導(dǎo)向套 7O形密封圈 8活塞 9、22錐銷(xiāo) 10缸體 11、20壓板 12、21鋼絲環(huán) 13、23紙墊 15活塞桿 16、25壓蓋 18、24缸蓋,2.液壓缸的組成,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(gè)部分

9、。,(1)缸筒和缸蓋,工作壓力p10MPa時(shí)，使用鑄鐵；,10MPa p20MPa時(shí)，使用無(wú)縫鋼管；,p20MPa時(shí)，使用鑄鋼或鍛鋼。,(a)法蘭連接式 (b)半環(huán)連接式 (c)螺紋連接式 (d)拉桿連接式 (e)焊接連接式,(2)活塞與活塞桿,(3)密封裝置,(4)緩沖裝置,緩沖目的：減小機(jī)械碰撞,緩沖方法：,缸外緩沖回路上設(shè)置減速閥或制動(dòng)閥,缸內(nèi)緩沖（固定節(jié)流緩沖、可變節(jié)流緩沖）,利用活塞或缸筒在其走向行程終端時(shí)封住活塞和缸蓋之間的部分油液，強(qiáng)迫它從小孔或細(xì)縫中擠出，以產(chǎn)生很大的阻力，使工作部件受到制動(dòng)，逐漸減慢運(yùn)動(dòng)速度，達(dá)到避免活塞和缸蓋相互撞擊的目的。,緩沖裝置的工作原理：, 固定節(jié)流

10、緩沖,特點(diǎn)：在整個(gè)緩沖行程中節(jié)流口面積固定不變。, 可變節(jié)流緩沖,特點(diǎn)：節(jié)流口面積隨緩沖行程增大而減小，緩沖腔內(nèi)的壓力幾乎保持不變。,固定：瞬時(shí)緩沖壓力大，易產(chǎn)生液壓沖擊；外力不為0時(shí)，v不為0，總存在機(jī)械碰撞。 可變：速度降低慢，不會(huì)引起液壓沖擊；最終速度為0，可避免機(jī)械碰撞。,(5)排氣裝置,液壓缸在安裝過(guò)程中或長(zhǎng)時(shí)間停放重新工作時(shí)，液壓缸里和管道系統(tǒng)中會(huì)滲入空氣，為了防止執(zhí)行元件出現(xiàn)爬行，噪聲和發(fā)熱等不正常現(xiàn)象，需把缸中和系統(tǒng)中的空氣排出。,在設(shè)計(jì)液壓缸之前，必須對(duì)整個(gè)液壓系統(tǒng)進(jìn)行工況分析，編制負(fù)載圖，選定系統(tǒng)的工作壓力(詳見(jiàn)第九章)，然后根據(jù)使用要求選擇結(jié)構(gòu)類(lèi)型，按負(fù)載情況、運(yùn)動(dòng)要求、

11、最大行程等確定其主要工作尺寸，進(jìn)行強(qiáng)度、穩(wěn)定性和緩沖驗(yàn)算，最后再進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。,液壓缸的設(shè)計(jì)內(nèi)容和步驟,(1)選擇液壓缸的類(lèi)型和各部分結(jié)構(gòu)形式。 (2)確定液壓缸的工作參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸。 (3)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度的計(jì)算和校核。 (4)導(dǎo)向、密封、防塵、排氣和緩沖等裝置的設(shè)計(jì)。 (5)繪制裝配圖、零件圖、編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。,第三節(jié) 液壓缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算,1、工作壓力的選取 根據(jù)液壓缸的實(shí)際工況，計(jì)算出外負(fù)載大小，然后參考下表選取適當(dāng)?shù)墓ぷ髁Α?一、液壓缸主要尺寸的確定,2、活塞桿直徑d與缸筒內(nèi)徑D的計(jì)算 受拉時(shí)： d=(0.3-0.5)D 受壓時(shí)： d=(0.5-0.55)D (p17mpa),3、液壓缸

12、缸筒壁厚和外徑的計(jì)算 缸筒最薄處壁厚：pyD/2() 缸筒壁厚； D缸筒內(nèi)徑；py缸筒度驗(yàn)壓力，當(dāng)額定壓Pn160 x105Pa時(shí)，Py=1.25Pn ；()缸筒材料許用應(yīng)力。()=b/n。,5、液壓缸缸筒長(zhǎng)度的確定 缸筒長(zhǎng)度根據(jù)所需最大工作行程而定。活塞桿長(zhǎng)度根據(jù)缸筒長(zhǎng)度而定。對(duì)于工作行程受壓的活塞桿，當(dāng)活塞桿長(zhǎng)度與活塞桿直徑之比大于15時(shí)，應(yīng)按材料力學(xué)有關(guān)公式對(duì)活塞進(jìn)行壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算。,4、活塞桿的計(jì)算 直徑強(qiáng)度校核：d4F/()1/2 d活塞桿直徑；F液壓缸的負(fù)載； ()活塞桿材料許用應(yīng)力，()=b/n。,1、液壓缸的緩沖 液壓缸中使用的緩沖裝置，常見(jiàn)的有環(huán)狀間隙式，節(jié)流口可調(diào)式或外加緩

13、沖回路等。,二、液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)基本問(wèn)題,2、液壓缸的排氣 為了排除聚集在液壓缸內(nèi)的空氣，可在缸的兩端最高部位各裝一只排氣塞。,排氣塞結(jié)構(gòu),第四節(jié) 液壓缸常見(jiàn)故障分析 及排除方法,一、爬行： 1、可能的原因 空氣混入系統(tǒng)。 液壓缸兩端的密封圈壓得太緊或太松。 活塞和活塞桿同軸度不好，活塞桿全長(zhǎng)或局部彎曲。 活塞桿兩端的螺母擰得太緊，降低了同軸度。 液壓缸內(nèi)孔銹蝕、拉毛，孔徑因磨損出現(xiàn)腰鼓度、錐度等。 液壓缸安裝精度不高，其中心線與導(dǎo)軌不平行。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的接觸面缺乏潤(rùn)滑油，產(chǎn)生干摩擦或半干摩擦。,2、排除的方法 排除系統(tǒng)內(nèi)的空氣。若沒(méi)有排氣裝置，可開(kāi)動(dòng)液壓系統(tǒng)，用最大行程使工作部件

14、快速運(yùn)動(dòng)，以排隊(duì)系統(tǒng)內(nèi)的空氣。 調(diào)整兩端密封圈，使松緊合適，保證活塞桿能來(lái)回用手拉動(dòng)，試車(chē)時(shí)無(wú)泄漏即可。 校直活塞桿，修整活塞。 活塞桿兩端螺母不宜擰得太緊，一般用手旋緊即可，以保證活塞桿處于自然狀態(tài)。 珩磨或研磨修復(fù)液壓缸，然后根據(jù)修磨后的孔徑配活塞。 檢查后，重新安裝和校正。 調(diào)整執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)副的潤(rùn)滑油量，保持適量潤(rùn)滑。,二、推力不足或工作速度逐漸下降甚至停止： 1、可能的原因 液壓缸和活塞配合間隙過(guò)大或因密封圈磨損而引起很大間隙，造成活塞兩端高、低壓油互通而速度下降。 由于工作時(shí)經(jīng)常用工作行程的某一段，造成液壓缸孔徑局部有腰鼓形，使液壓缸兩端高、低壓油互通。 活塞桿彎曲。 液壓缸兩端活塞桿處的密封