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1、第 5章 液 壓 缸 第 章 液 壓 缸 液 壓 缸 是 完 成 往 復 直 線 運 動 的 執(zhí) 行 元 件 ，它 是 將 液 體 的 壓 力 能 轉 換 成 機 械 能 的 能 量 轉 換裝 置 ， 其 輸 入 參 數 主 要 是 壓 力 和 流 量 ， 輸 出 參數 主 要 是 力 和 位 移 。 液 壓 缸 結 構 簡 單 、 工 作 可靠 ， 應 用 廣 泛 。第 章 液 壓 缸 第 章 液 壓 缸 液 壓 缸 的 類 型 較 多 ， 按 其 作 用 方 式 分 類 ， 可 分 為 單 作 用 式 和 雙 作 用式 兩 大 類 。 單 作 用 式 液 壓 缸 在 液 壓 力 作 用 下

2、 只 能 朝 著 個 方 向 運 動 ， 其 反 向 運動 需 要 依 靠 重 力 或 彈 簧 等 外 力 實 現 。 雙 作 用 式 液 壓 缸 依 靠 液 壓 力 可 實 現 正 、 反 兩 個 方 向 的 運 動 。 液 壓 缸 按 其 結 構 形 式 的 不 同 ， 可 分 為 活 塞 式 、 柱 塞 式 ， 擺 動 式 、伸 縮 式 等 形 式 ， 其 中 以 活 塞 式 液 壓 缸 應 用 最 多 。 活 塞 式 液 壓 缸 有 雙 桿 活 塞 缸 和 單 桿 活 塞 缸 兩 種 結 構 。 雙 桿 活 塞 缸 的 兩 端 都 有 活 塞 桿 伸 出 ， 按 其 安 裝 方 式 的

3、 不 同 ， 有 缸 固定 和 桿 固 定 兩 種 。4.1.1 活 塞 式 液 壓 缸 4.1 液 壓 缸 的 類 型 與 特 點 1.雙 桿 活 塞 缸 第 章 液 壓 缸 雙 桿 活 塞 缸 采 用 缸 固 定 如 圖 4-1所 示 ， 液 壓 缸 的 缸 筒 1、 活 塞 2、 活塞 桿 3和 工 作 臺 4， 工 作 臺 與 活 塞 桿 連 接 成 一 體 。 若 油 液 進 入 液 壓 缸 的左 腔 ， 液 壓 缸 右 腔 的 油 液 回 油 箱 ， 則 在 油 液 壓 力 的 作 用 下 ， 活 塞 連 同工 作 臺 一 起 向 右 運 動 。 若 改 變 油 液 進 、 出 液

4、 壓 缸 的 方 向 ， 則 液 壓 缸 及工 作 臺 一 起 向 左 運 動 ， 圖 中 虛 線 位 置 。 從 圖 4-1可 知 ， 雙 桿 活 塞 缸 采 用缸 固 定 其 工 作 臺 的 最 大 活 動 范 圍 約 為 活 塞 有 效 行 程 的 三 倍 。 因 此 這 種安 裝 方 式 占 地 面 積 較 大 ， 常 用 于 小 型 機 床 設 備 。lll p 、 q p 1 2 3 v4 圖 4-1 雙 桿 活 塞 缸 采 用 缸 固 定1 缸 筒 2 活 塞 3 活 塞 桿 4 工 作 臺 第 章 液 壓 缸 第 章 液 壓 缸 雙 桿 活 塞 缸 采 用 桿 固 定 如 圖

5、4-2所 示 ， 圖 4-2a中 ， 活 塞 桿 3為 實 心并 且 固 定 ， 缸 筒 1和 工 作 臺 4連 接 在 一 起 ， 若 油 液 進 入 液 壓 缸 的 左 腔 ，液 壓 缸 的 右 腔 回 油 箱 ， 則 在 油 液 壓 力 的 作 用 下 ， 缸 筒 和 工 作 臺 一 起 向左 運 動 。 但 是 ， 由 于 缸 筒 是 運 動 的 ， 與 其 相 連 的 進 、 出 油 管 需 要 采 用軟 管 連 接 。 為 了 避 免 油 管 運 動 ， 可 將 活 塞 桿 做 成 空 心 的 ， 如 圖 4-2b所示 ， 此 時 油 管 與 活 塞 桿 相 連 。 從 圖 4-2

6、可 以 看 出 ， 這 種 活 塞 缸 工 作 臺 的 最 大 活 動 范 圍 約 為 液 壓 缸 有 效 行 程 的 兩 倍 ， 因 此 占 地 面 積 較 小 ， 適 用 于 中 型 及 大 型 機 床 。 第 章 液 壓 缸l lp 、 q p 2 v1 2 3 4 4321 llp 、 q p 2v圖 4-2雙 桿 活 塞 缸 采 用 桿 固 定a)實 心 雙 桿 式 b)空 心 雙 桿 式1 缸 筒 2 活 塞 3 活 塞 桿 4 工 作 臺a) b) 第 章 液 壓 缸 第 章 液 壓 缸 212221 4 ppdDAppF 224 dD qAqv 雙 桿 活 塞 缸 的 推 力

7、及 速 度 的 計 算 ， 一 般 情 況 下 兩 個 活 塞 桿 的 直 徑 相等 ， 當 液 壓 缸 一 腔 進 油 而 另 一 腔 回 油 時 ， 兩 個 方 向 的 運 動 速 度 和 推 力是 相 等 的 。 當 油 液 的 輸 入 流 量 為 q、 輸 入 壓 力 為 p1和 輸 出 壓 力 為 p2時 ，液 壓 缸 的 推 力 F和 速 度 v分 別 為 ： (4-1)(4-2)式 中 A 活 塞 的 有 效 工 作 面 積 ， A=(D 2-d2)/4； p1 液 壓 缸 的 進 油 腔 壓 力 ； p2 液 壓 缸 的 回 油 腔 壓 力 ， 若 液 壓 缸 的 出 口 直

8、接 接 油 箱 ， p20； D 活 塞 的 直 徑 ； d 活 塞 桿 的 直 徑 ； F 液 壓 缸 的 推 力 ； v 液 壓 缸 的 運 動 速 度 ； q 輸 入 液 壓 缸 的 流 量 。 第 章 液 壓 缸 2221222111 44 pdDpDApApF 211 4DqAqv 224 dD (4-3)式 中 Al無 桿 腔 的 有 效 工 作 面 積 ， A1 = d2/4； 2.單 桿 活 塞 缸 單 桿 活 塞 缸 也 有 缸 固 定 式 和 桿 固 定 式 兩 種 安 裝 方 式 ， 無 論 是 缸 固 定還 是 桿 固 定 ， 其 工 作 臺 的 最 大 活 動 范 圍

9、 約 為 活 塞 有 效 工 作 行 程 的 兩 倍 。單 桿 活 塞 缸 左 右 兩 腔 的 有 效 工 作 面 積 不 相 等 ， 因 此 ， 兩 個 方 向 產 生 的 推力 和 速 度 也 都 不 相 等 。 下 面 以 缸 固 定 式 為 例 分 別 予 以 討 論 。 無 桿 腔 進 油 ， 如 圖 4-3a所 示 ， 液 壓 油 從 無 桿 腔 進 入 ， 其 進 油 壓 力為 p1、 流 量 為 q， 有 桿 腔 回 油 ， 其 回 油 壓 力 為 p ， 推 動 活 塞 向 右 運 動 ，則 液 壓 缸 產 生 的 推 力 F1和 速 度 v1為 ： (4-4)A2有 桿 腔

10、 的 有 效 工 作 面 積 ， A2 = (4-3) 第 章 液 壓 缸a) b) c) a)無 桿 腔 進 油 b)有 桿 腔 進 油 c)差 動 連 接圖 4-3 單 桿 活 塞 缸 第 章 液 壓 缸 第 章 液 壓 缸 第 章 液 壓 缸 第 章 液 壓 缸 2212212212 44 pDpdDApApF 2222 4 dD qAqv 222 212 /1 1 DddD Dvv ， 如 圖 4-3b所 示 ， 液 壓 油 從 有 桿 腔 進 入 ， 其 壓 力 為 p1、 流量 為 q， 無 桿 腔 回 油 ， 其 壓 力 為 p2， 推 動 活 塞 向 左 運 動 。 則 液 壓

11、 缸 產 生 的推 力 F2和 速 度 v2為 ： (4-5)(4-6)如 果 把 兩 個 方 向 上 輸 出 速 度 v2和 v1的 比 值 稱 為 速 比 系 數 ， 并 記 作 ， 則(4-7) 故 活 塞 桿 直 徑 越 小 ， 速 比 系 數 越 小 ， 活 塞 在 兩 個 方 向 上 的 運 動 速 度差 值 越 小 。 有 桿 腔 進 油 第 章 液 壓 缸 122113 4 pdAApF 2213 4dqAA qv ， 當 單 桿 活 塞 缸 左 右 兩 腔 相 互 接 通 并 同 時 輸 入 液 壓油 時 ， 稱 為 “ 差 動 連 接 ” 。 采 用 差 動 連 接 的 液

12、 壓 缸 稱 為 差 動 液 壓 缸 。 如 圖4-3c所 示 ， 假 設 液 壓 缸 固 定 ， 因 差 動 液 壓 缸 無 桿 腔 的 液 壓 力 大 于 有 桿 腔 的液 壓 力 ， 故 活 塞 向 右 移 動 ， 同 時 使 有 桿 腔 的 油 液 流 入 無 桿 腔 ， 此 時 液 壓 缸產 生 的 推 力 F3和 速 度 v3為 ： (4-8)(4-9) 若 將 F1、 F2、 F3和 v1、 v2、 v3分 別 比 較 便 可 看 出 ： Fl F2、 F3， v1 v2、v3， 即 無 桿 腔 進 油 時 產 生 的 推 力 大 、 速 度 低 ； 差 動 連 接 和 有 桿

13、腔 進 油 時 產生 的 推 力 小 、 速 度 高 。 所 以 ， 單 桿 活 塞 缸 常 用 在 “ 快 進 (差 動 連 接 )工 進(無 桿 腔 進 油 )快 退 (有 桿 腔 進 油 )”的 液 壓 系 統 中 。 如 果 要 求 v2=v3時 ， 可 得 ： d =0.707D。 上 述 活 塞 缸 都 是 雙 作 用 式 的 ， 雙 桿 活 塞 缸 在 機 床 中 應 用 較 多 ， 單 桿 活塞 缸 則 廣 泛 地 應 用 于 各 種 工 程 機 械 中 。 液 壓 缸 的 差 動 連 接 第 章 液 壓 缸 a) b) 圖 4-4 柱 塞 缸a)單 向 液 壓 驅 動 b)雙

14、 向 液 壓 驅 動1 柱 塞 2 缸 筒 3 工 作 臺 柱 塞 式 液 壓 缸 如 圖 4-4a所 示 ， 圖 中 柱 塞 1， 缸 筒 2， 工 作 臺 3。 這 是 種 單 作 用 式 液 壓 缸 。 其 柱 塞 1和 缸 筒 2不 直 接 接 觸 ， 運 動 時 由 缸 蓋 上 的 導向 套 來 導 向 ， 因 此 缸 筒 內 壁 只 需 粗 加 工 ， 而 柱 塞 為 外 圓 表 面 容 易 加 工 ，故 加 工 工 藝 性 好 。 它 特 別 適 用 于 行 程 較 長 的 場 合 ， 如 龍 門 刨 床 。 此 外 ，常 應 用 于 液 壓 升 降 機 、 自 卸 卡 車 、

15、叉 車 和 軋 機 平 衡 系 統 。 為 了 實 現 工 作臺 的 雙 向 運 動 ， 柱 塞 缸 可 成 對 反 向 布 置 ， 如 圖 4-4b所 示 。4.1.2 柱 塞 式 液 壓 缸 第 章 液 壓 缸 第 章 液 壓 缸 第 章 液 壓 缸 pdF 24 24dqv 柱 塞 缸 產 生 的 推 力 F和 運 動 速 度 v分 別 為 (4-10)(4-11)式 中 A 柱 塞 缸 的 有 效 工 作 面 積 ， A=d2/4； p 液 壓 缸 的 進 油 壓 力 ； d 柱 塞 的 直 徑 ； F 液 壓 缸 的 推 力 ； v 液 壓 缸 的 運 動 速 度 ； q 輸 入 液

16、 壓 缸 的 流 量 。 第 章 液 壓 缸 2122 2 RRb q = 擺 動 式 液 壓 缸 又 稱 為 擺 動 式 液 壓 馬 達 ， 其 輸 出 運 動 為 擺 動 運 動 ， 輸 出參 數 為 轉 矩 和 角 速 度 。 如 圖 4-5所 示 ， 其 主 要 由 缸 筒 1、 葉 片 軸 2、 定 位 塊 3和 葉 片 4等 組 成 。 圖 4-5a為 單 葉 片 式 擺 動 缸 ， 其 擺 動 角 度 可 達 300 。 它 的 理 論 輸 出 轉矩 T和 角 速 度 分 別 為 ： 2121222 ppRRb T = (4-13)(4-12)式 中 R 1 葉 片 軸 半 徑

17、； R2 缸 筒 半 徑 ； b 葉 片 寬 度 4.1.3 擺 動 式 液 壓 缸 第 章 液 壓 缸 12 21p、 q p、 q1 23 4RR RR a) b)圖 4-5 擺 動 缸a)單 葉 片 式 b)雙 葉 片 式1 缸 筒 2 葉 片 軸 3 定 位 塊 4 葉 片 圖 4-5b為 雙 葉 片 式 擺 動 缸 。 其 擺 角 最 大 可 達 150 。 它 的 理 論 輸 出 轉矩 是 單 葉 片 式 的 兩 倍 ， 在 同 等 輸 入 流 量 下 的 角 速 度 則 是 單 葉 片 式 的 半 。 擺 動 式 液 壓 缸 的 主 要 特 點 是 結 構 緊 湊 ， 但 加 工

18、 制 造 比 較 復 雜 。 在 機 床上 ， 可 用 于 回 轉 夾 具 、 送 料 裝 置 、 間 歇 進 刀 機 構 等 ； 在 液 壓 挖 掘 機 、 裝載 機 上 ， 可 用 于 鏟 斗 的 回 轉 機 構 。 第 章 液 壓 缸 p 2 = p1(D/d)2 =Kp1 (4-l4)式 中 K增 壓 比 ， K =(D/d)2。 4.1.4 其 他 液 壓 缸1. 增 壓 缸 增 壓 缸 也 叫 增 壓 器 在 液 壓 系 統 不 增 加 高 壓 能 源 的 情 況 下 ， 采 用 增 壓 缸 可 以 獲 得 比液 壓 系 統 能 源 壓 力 高 得 多 的 油 液 壓 力 。 圖

19、4-6為 一 增 壓 缸 ， 它 是 利 用 大 小 活 塞 的 有 效 工 作 面 積 之 比 來使 液 壓 系 統 中 局 部 區(qū) 域 獲 得 高 壓 的 。 當 活 塞 缸 左 腔 輸 入 的 油 液 壓 力為 p1， 右 腔 輸 出 的 油 液 壓 力 為 p2， 大 活 塞 直 徑 為 D， 小 活 塞 直 徑 為 d時 ， 則 有 第 章 液 壓 缸A1 Ap 、 q1 1 p 、 q2 2v F v F11p 、 q 221 2 p 、 q圖 4-6 增 壓 缸 圖 4-7 伸 縮 缸2.伸 縮 式 液 壓 缸 伸 縮 式 液 壓 缸 又 稱 為 多 級 液 壓 缸 ， 是 由

20、兩 個 或 多 個 活 塞 套 裝 而 成 的 ，如 圖 4-7所 示 ， 它 是 把 活 塞 桿 作 成 前 一 級 的 缸 筒 ， 伸 出 時 活 塞 按 有 效 工 作 面 積 由 大 到 小 依 次 伸 出 ， 可 獲 得 很 長 的 工 作 行 程 ， 縮 回 時 活 塞 由 小 到 大 依次 縮 回 ， 長 度 則 較 短 ， 故 結 構 較 緊 湊 。 由 于 各 級 活 塞 的 有 效 工 作 面 積 不 同 ，在 輸 入 油 液 壓 力 和 流 量 不 變 的 情 況 下 ， 液 壓 缸 的 推 力 和 速 度 是 分 級 變 化 的 ，伸 出 時 ， 先 動 作 的 活 塞

21、 速 度 低 、 推 力 大 ， 后 動 作 的 推 力 小 、 速 度 高 。 伸 縮式 液 壓 缸 常 用 于 工 程 機 械 (如 翻 斗 汽 車 ， 起 重 機 等 )和 農 業(yè) 機 械 上 。 第 章 液 壓 缸 第 章 液 壓 缸 第 章 液 壓 缸3.齒 條 活 塞 缸 齒 條 活 塞 缸 如 圖 4-8所 示 ， 它 是 由 兩 個 活 塞 缸 和 一 套 齒 條 齒 輪 傳 動裝 置 組 成 。 當 液 壓 油 進 入 液 壓 缸 左 腔 ， 右 腔 回 油 時 ， 油 液 壓 力 產 生 的 推動 使 活 塞 向 右 移 動 ， 活 塞 桿 上 的 齒 條 便 推 動 齒

22、輪 作 逆 時 針 方 向 轉 動 ， 當油 路 換 向 時 ， 則 齒 輪 反 向 轉 動 。 齒 條 活 塞 缸 常 用 于 組 合 機 床 的 回 轉 工 作臺 、 回 轉 夾 具 及 數 控 機 床 機 械 手 的 轉 位 機 構 等 。 C1 2C C3 4C C5 21p p a b圖 4-8 齒 條 缸 圖 4-9 多 位 液 壓 缸 第 章 液 壓 缸 第 章 液 壓 缸 4.多 位 液 壓 缸 多 位 液 壓 缸 一 般 為 雙 桿 活 塞 缸 ， 且 左 右 活 塞 桿 直 徑 相 等 ， 缸 筒 兩端 開 有 a、 b兩 個 進 油 口 ， 以 及 C1、 C2、 C3、

23、 C4、 C5等 回 油 口 ， 每 個回 油 口 均 可 通 過 換 向 閥 與 油 箱 通 斷 。 如 圖 4-9所 示 ， 若 所 有 回 油 口 均與 油 箱 斷 開 ， 此 時 液 壓 缸 兩 腔 同 時 進 油 并 且 壓 力 相 等 ， 則 液 壓 缸 左 右腔 液 壓 力 相 等 ， 活 塞 不 動 并 停 留 在 原 虛 線 位 置 。 若 將 回 油 口 C 4與 油 箱接 通 ， 則 液 壓 缸 右 腔 油 液 通 過 C4回 油 箱 ， 右 腔 壓 力 迅 速 降 低 ， 在 液 壓力 的 作 用 下 活 塞 右 移 ， 直 至 堵 住 油 口 C4， 此 時 兩 腔

24、液 壓 力 再 次 相 等 ，活 塞 不 動 。 因 此 ， 該 液 壓 缸 能 夠 按 要 求 停 留 在 所 需 的 位 置 上 ， 在 加 工中 可 用 于 多 工 位 、 不 等 距 離 的 送 料 機 構 。 第 章 液 壓 缸 由 于 液 壓 缸 的 行 程 和 使 用 條 件 的 限 制 ， 液 壓 缸 往 往需 要 自 行 設 計 ， 由 專 業(yè) 廠 家 制 造 。 設 計 液 壓 缸 所 需 的 原始 資 料 主 要 有 負 載 大 小 、 運 動 速 度 和 行 程 長 短 以 及 液 壓缸 的 結 構 形 式 和 安 裝 要 求 等 。 因 此 ， 設 計 時 必 須 首

25、 先 對整 個 液 壓 系 統 進 行 工 況 分 析 ， 編 制 負 載 圖 ， 選 定 工 作 壓力 ， 確 定 液 壓 缸 的 結 構 類 型 、 行 程 和 液 壓 缸 的 主 要 尺 寸 。最 后 再 進 行 結 構 設 計 ， 確 定 缸 筒 壁 厚 ， 驗 算 活 塞 桿 強 度和 穩(wěn) 定 性 ， 驗 算 螺 栓 強 度 等 。4.2 液 壓 缸 的 設 計 與 計 算 第 章 液 壓 缸當 有 桿 腔 進 油 驅 動 負 載 時 ： 1. 大 型 動 力 設 備 (如 組 合 機 床 、 拉 床 、 壓 力 機 等 ) 由 液 壓 缸 的 推 力 公 式 ： F=pA， 其 工

26、 作 壓 力 p可 以 參 見 表 4-1和 表 4-2，通 過 類 比 法 確 定 ， 或 通 過 試 驗 法 獲 得 。 然 后 根 據 進 油 情 況 進 行 計 算 ，pF4D = (4-15)當 無 桿 腔 進 油 驅 動 負 載 時 ： pF 21 4 D = (4-16)式 中 活 塞 桿 的 直 徑 d與 液 壓 缸 內 徑 D的 比 值 ， d =D， 其 取 值 范 圍 可 見 表 4-3。 4.2.1 液 壓 缸 內 徑 D和 活 塞 桿 直 徑 d的 確 定 第 章 液 壓 缸液壓缸壓力與負載的關系負 載 F/kN 5 5 10 10 20 20 30 30 50 50

27、工 作 壓 力 p/MPa 0.8 1 1.5 2 2.5 3 3 4 4 6 7 10表4-2 各類設備液壓缸常用的壓力設 備 類 型 磨 床 車 、 銑 、鉆 、 鏜 床 組 合機 床 龍 門刨 床 拉 床 農 業(yè) 機 械小 型 工 程機 械 液 壓 機 、 重 型 機 械起 重 運 輸 機 械工 作 壓 力p/MPa 0.8 2 2 4 3 5 2 8 8 10 10 16 20 32表4-3 系數的推薦值 活 塞 桿 受 力 情 況 受 拉 時 受 壓 時工 作 壓 力 p/MPa 不 限 5 5 7 7 0.3 0.45 0.5 0.55 0.6 0.7 0.7 表 4-1 第 章

28、液 壓 缸 ddD 12 21 2. 小 型 動 力 設 備 (如 磨 床 、 研 磨 機 床 等 ) 由 于 按 上 述 方 法 求 解 出 的 數 值 較 小 ， 故 一 般 按 結 構 需 要 先 確 定 活塞 桿 直 徑 d。 再 按 照 速 比 公 式 (4-7)計 算 液 壓 缸 內 徑 D: (4-17) 注 意 ： 計 算 得 出 的 D、 d須 圓 整 并 取 標 準 值 (見 表 4-4、 表 4-5)，以 便 于 零 件 互 換 。 同 時 ， 對 于 受 載 時 速 度 較 低 的 液 壓 缸 要 驗 算 最 小 穩(wěn)定 速 度 ， 不 能 保 證 的 要 適 當 增 大

29、 液 壓 缸 內 徑 。 第 章 液 壓 缸8 10 12 16 20 25 32 40 5063 80 100 125 160 200 250 320 4004 5 6 8 10 12 14 16 1820 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140160 180 200 220 250 280 320 360 400液 壓 缸 缸 筒 內 徑 尺 寸 系 列 (D/mm)表 4-5 液 壓 缸 活 塞 桿 直 徑 尺 寸 系 列 (d/mm)表 4-4 第 章 液 壓 缸 液 壓 缸 缸 筒 的 長 度 由 最 大 工 作

30、行 程 和 結 構 確 定 。 通 常 ： L=活 塞 最 大 行 程 l+活 塞 長 度 B+活 塞 桿 導 向 長 度 l1+活 塞 桿 密封 長 度 l 2+其 他 長 度 。 其 中 ： 活 塞 長 度 B=(0.6 1)D； 活 塞 桿 導 向 長 度 l1=(0.6 1.5)d；其 他 長 度 是 指 一 些 特 殊 裝 置 所 需 長 度 ， 例 如 液 壓 缸 兩 端 緩 沖 裝 置 所 需長 度 等 。 一 般 缸 筒 長 度 最 好 不 大 于 其 內 徑 的 20 30倍 。4.2.2.液 壓 缸 缸 筒 長 度 L的 確 定 第 章 液 壓 缸 在 中 、 低 壓 液

31、壓 系 統 中 ， 液 壓 缸 缸 筒 的 壁 厚 由 結 構 工 藝 要 求 決 定 ，強 度 一 般 都 滿 足 ， 故 通 常 不 須 驗 算 。 當 液 壓 缸 工 作 壓 力 較 高 或 缸 筒 內徑 較 大 時 ， 需 對 其 最 薄 處 的 壁 厚 進 行 強 度 校 核 。 校 核 方 法 為 ： 當 D/10時 ， 可 按 薄 壁 圓 筒 公 式 校 核 ， 即當 D/ 10時 ， 可 按 厚 壁 圓 筒 公 式 校 核 ， 即 2 Dp y (4-18) 13.1 4.02 yyppD (4-19) 4.2.3.缸 筒 壁 厚 的 確 定 與 校 核 第 章 液 壓 缸式

32、中 缸 筒 壁 厚 ； D 缸 筒 內 徑 (或 活 塞 直 徑 )； py 缸 筒 試 驗 壓 力 ,一 般 比 最 大 工 作 壓 力 高 20% 30%； 缸 筒 材 料 的 許 用 應 力 ， =b/s， b為 材 料 抗 拉 強 度 (查 有 關 手 冊 )， s為 安 全 系 數 ， 一 般 取 s=3.5 5。 應 當 注 意 ： 算 出 的 壁 厚 般 還 要 根 據 無 縫 鋼 管 標 準 或 有 關 標 準 作 適當 的 修 正 。 第 章 液 壓 缸 1.強 度 校 核 活 塞 桿 強 度 按 下 式 校 核 F4d (4-20)式 中 d活 塞 桿 直 徑 ； F液 壓

33、 缸 負 載 ； 活 塞 桿 材 料 的 許 用 應 力 ， =b s， b為 材 料 抗 拉 強 度 ， s為 安 全 系 數 ， 一 般 取 s1.4。2. 穩(wěn) 定 性 驗 算 對 于 長 度 與 直 徑 之 比 大 于 15的 受 壓 活 塞 桿 ， 應 按 材 料 力 學 公 式 進 行穩(wěn) 定 性 校 核 計 算 ： 即 活 塞 桿 所 能 承 受 的 負 載 F， 應 小 于 使 它 保 持 工 作 穩(wěn)定 的 臨 界 負 載 Fk。 Fk的 值 與 活 塞 桿 材 料 的 性 質 、 截 面 形 狀 、 直 徑 和 長 度 、以 及 液 壓 缸 的 安 裝 方 式 等 因 素 有 關

34、 ， 可 參 考 材 料 力 學 中 的 有 關 公 式 進 行 計 算 。 4.2.4.活 塞 桿 的 強 度 和 穩(wěn) 定 性 校 核 第 章 液 壓 缸 缸 筒 與 端 蓋 的 連 接 方 法 很 多 ， 其 中 以 螺 栓 連 接 應 用 最 廣 。 當 缸 筒與 缸 蓋 采 用 法 蘭 連 接 時 ， 要 驗 算 連 接 螺 栓 的 強 度 。 根 據 受 軸 向 工 作 載荷 的 緊 螺 栓 連 接 強 度 校 核 公 式 ： Z KF2.5d (4-21)式 中 F液 壓 缸 負 載 ； K螺 紋 擰 緊 系 數 ,K=1.25 1.5； Z螺 栓 個 數 ； 螺 栓 材 料 的

35、許 用 應 力 ， = s s， s為 材 料 的 屈 服 極 限 (查 有 關 手 冊 )， s為 安 全 系 數 ， 一 般 取 s=1.2 2.5。 4.2.5螺 栓 強 度 的 校 核 第 章 液 壓 缸 單 桿 活 塞 缸 結 構 如 圖 4-10所 示 ， 它 主 要 應 用 于 機 床 上 ， 其 結 構 由 缸筒 、 端 蓋 、 活 塞 、 活 塞 桿 等 主 要 部 分 組 成 。 缸 筒 11和 前 后 端 蓋 2、 17用四 個 拉 桿 和 螺 栓 1緊 固 連 成 一 體 。 活 塞 9通 過 半 環(huán) 6、 軸 套 5和 軸 用 擋 圈 4構 成 的 半 環(huán) 連 接 固

36、 定 在 活 塞 桿 12上 ， 這 種 連 接 方 式 工 作 可 靠 。 為 了 保 證形 成 的 油 腔 具 有 可 靠 的 密 封 和 防 止 泄 漏 ， 在 前 后 端 蓋 和 缸 筒 之 間 、 缸 筒和 活 塞 之 間 、 活 塞 和 活 塞 桿 之 間 及 活 塞 桿 與 后 端 蓋 之 間 都 分 別 設 置 了 相應 的 密 封 圈 3、 7、 8和 15。 為 了 防 止 活 塞 桿 在 運 動 時 發(fā) 生 軸 線 偏 斜 ， 后端 蓋 和 活 塞 桿 之 間 還 裝 有 導 向 套 14， 同 時 安 裝 防 塵 圈 16， 目 的 是 防 止 臟 物 和 灰 塵 進

37、入 液 壓 缸 內 部 。 緩 沖 套 10可 以 使 活 塞 及 活 塞 桿 在 右 移 行 程 終端 處 減 速 ， 以 防 止 或 減 弱 活 塞 對 端 蓋 的 撞 擊 。 端 蓋 上 開 設 的 油 口 布 置 在缸 筒 的 最 上 方 ， 以 便 于 回 油 時 將 油 液 中 夾 雜 的 少 量 空 氣 帶 回 油 箱 溢 出 。 4.3.1 液 壓 缸 的 典 型 結 構4.3 液 壓 缸 的 結 構 設 計 第 章 液 壓 缸1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 1 螺 栓 2 前 端 蓋 3、 8 O形 密 封 圈 4 軸 用

38、擋 圈 5 軸 套 6 半 環(huán) 7、 15 Y形 密 封 圈 9 活 塞 10 緩 沖 套 11 缸 筒 12 活 塞 桿 13 進 出 油 口 14 導 向 套 16 防 塵 圈 17 后 端 蓋圖 4-10 單 桿 活 塞 缸 結 構 圖 第 章 液 壓 缸 從 上 面 的 例 子 可 以 看 到 ， 液 壓 缸 的 結 構 基 本 上 由 缸 筒 組 件 、 活 塞 組件 、 密 封 裝 置 、 緩 沖 裝 置 和 排 氣 裝 置 等 五 大 部 分 組 成 。缸 筒 組 件 包 括 缸 筒 和 前 后 端 蓋 。 這 一 部 分 的 結 構 問 題 主 要 是 缸 筒 和 端蓋 的 連

39、 接 形 式 。 缸 筒 與 端 蓋 連 接 的 各 種 典 型 結 構 如 圖 4-11所 示 ， 各 種 連接 具 備 不 同 的 特 點 。 圖 4-11a為 焊 接 連 接 ， 用 于 永 久 連 接 的 場 合 ， 連 接 強度 高 ， 但 易 產 生 焊 接 變 形 ， 所 以 多 用 于 較 短 的 液 壓 缸 。 圖 4-11b為 法 蘭 連接 ， 這 種 結 構 易 于 加 工 和 裝 配 ， 但 外 形 尺 寸 較 大 ， 一 般 用 于 鑄 鐵 材 料 的缸 筒 。 圖 4-11c為 螺 紋 連 接 ， 這 種 連 接 方 式 具 有 重 量 輕 ， 外 徑 尺 寸 小

40、等 優(yōu)點 ， 但 端 部 結 構 復 雜 ， 工 藝 要 求 較 高 。 圖 4-11d為 半 環(huán) 連 接 ， 這 種 連 接 方 式 加 工 和 裝 配 方 便 ， 但 開 槽 削 弱 了 缸 筒 的 強 度 。 一 般 用 于 無 縫 鋼 管 材 料的 缸 筒 。 圖 4-11e為 拉 桿 連 接 ， 用 四 根 拉 桿 將 前 、 后 端 蓋 和 缸 筒 緊 固 ， 徑向 尺 寸 大 ， 這 種 連 接 通 常 只 用 于 較 短 的 液 壓 缸 。4.3.2 液 壓 缸 的 組 成1.缸 筒 組 件 第 章 液 壓 缸 a)焊 接 式 b)法 蘭 式 c)螺 紋 式 d)半 環(huán) 式 e

41、)拉 桿 式圖 4-11 缸 筒 與 端 蓋 連 接 形 式 第 章 液 壓 缸 2.活 塞 組 件 活 塞 組 件 由 活 塞 和 活 塞 桿 及 連 接 件 等 組 成 。 根 據 工 作 壓 力 、 安 裝 固定 方 式 及 工 作 條 件 的 不 同 ， 活 塞 和 活 塞 桿 的 連 接 方 法 主 要 采 用 如 圖 4-12所 示 ， 圖 4-12a為 整 體 式 ， 將 活 塞 和 活 塞 桿 做 成 整 體 結 構 。 這 種 結 構 雖然 簡 單 、 可 靠 ， 但 加 工 比 較 復 雜 ， 常 用 于 小 直 徑 的 液 壓 缸 中 。 圖 4-12b為 錐 銷 連 接

42、 ， 這 種 連 接 形 式 加 工 裝 配 方 便 ， 一 般 用 于 輕 載 場 合 的 雙 桿 活塞 缸 。 圖 4-12c為 螺 紋 連 接 ， 這 種 連 接 形 式 在 機 床 上 應 用 較 多 。 但 這 種結 構 由 于 螺 紋 會 使 活 塞 桿 強 度 削 弱 ， 因 此 不 適 用 于 高 壓 系 統 ， 常 用 于 單桿 活 塞 缸 。 圖 4-12d為 焊 接 式 連 接 ， 這 種 連 接 形 式 結 構 簡 單 ， 但 易 變 形 。 圖 4-12e為 半 環(huán) 連 接 ， 這 種 連 接 形 式 結 構 復 雜 ， 裝 拆 不 便 ， 但 工 作 可 靠 ，適

43、用 于 高 壓 系 統 。 第 章 液 壓 缸a) b) c) d) e)a)整 體 式 b)錐 銷 式 c)螺 紋 式 d)焊 接 式 e)半 環(huán) 式圖 4-12 活 塞 與 活 塞 桿 的 連 接 形 式 第 章 液 壓 缸 液 壓 缸 在 工 作 時 ， 由 于 壓 差 的 作 用 以 及 元 件 配 合 存 在 著 間 隙 ， 因 此 ，為 了 減 少 油 液 泄 漏 ， 液 壓 缸 需 要 密 封 。 液 壓 缸 的 端 蓋 和 缸 筒 、 活 塞 和 活塞 桿 需 要 靜 密 封 ， 一 般 采 用 “ O”形 密 封 圈 。 液 壓 缸 的 活 塞 與 缸 筒 、 活 塞桿 與

44、端 蓋 需 要 動 密 封 ， 一 般 采 用 “ Y”、 “ V” 形 密 封 圈 。 密 封 裝 置 的 結 構特 點 及 選 用 詳 見 第 六 章 。 液 壓 缸 的 泄 漏 有 內 泄 漏 和 外 泄 漏 。 內 泄 漏 是 液 壓 缸 內 部 油 液 高 壓 區(qū)向 低 壓 區(qū) 的 泄 漏 ， 內 泄 漏 將 使 油 液 發(fā) 熱 、 液 壓 缸 的 容 積 效 率 降 低 。 外 泄漏 是 液 壓 缸 內 部 油 液 向 大 氣 中 泄 漏 ， 外 泄 漏 不 但 使 油 液 損 失 影 響 環(huán) 境 ，而 且 有 著 火 的 危 險 。 液 壓 缸 設 置 緩 沖 裝 置 可 以 使

45、 活 塞 部 件 行 程 至 末 端 時 減 速 并 使 速 度 接近 于 零 ， 以 便 減 少 活 塞 運 動 部 件 的 慣 性 力 ， 減 輕 活 塞 與 端 蓋 之 間 的 機 械撞 擊 ， 從 而 減 少 噪 聲 和 振 動 ， 防 止 液 壓 缸 損 壞 。4.緩 沖 裝 置3.密 封 裝 置 第 章 液 壓 缸 緩 沖 裝 置 的 工 作 原 理 是 在 活 塞 運 動 至 接 近 缸 蓋 時 ， 使 低 壓 腔 內 油液 通 過 節(jié) 流 裝 置 來 使 活 塞 降 速 ， 從 而 達 到 緩 沖 的 效 果 。 如 圖 4-13所 示 ，圖 4-13a為 圓 柱 環(huán) 狀 間

46、隙 式 緩 沖 裝 置 ， 當 緩 沖 柱 塞 進 入 缸 蓋 上 的 內 孔 時 ，油 液 必 須 通 過 柱 塞 與 端 蓋 之 間 的 環(huán) 狀 配 合 間 隙 排 出 ， 從 而 使 活 塞 速 度降 低 。 由 于 環(huán) 狀 配 合 間 隙 是 不 變 的 ， 因 此 隨 著 活 塞 運 動 速 度 的 降 低 ，其 緩 沖 效 果 逐 漸 減 弱 。 圖 4-13b為 圓 錐 環(huán) 狀 間 隙 式 緩 沖 裝 置 ， 由 于 柱 塞與 端 蓋 之 間 的 配 合 間 隙 隨 緩 沖 柱 塞 的 深 入 而 逐 漸 減 小 ， 故 緩 沖 效 果 較好 。 圖 4-13c為 節(jié) 流 口 可

47、 調 式 緩 沖 裝 置 ， 當 緩 沖 柱 塞 進 入 配 合 孔 后 ， 油液 回 油 必 須 經 過 節(jié) 流 閥 才 能 排 出 ， 由 于 節(jié) 流 閥 1是 可 調 的 ， 故 緩 沖 作 用也 可 調 ， 但 仍 不 能 解 決 速 度 減 低 后 緩 沖 作 用 減 弱 的 缺 點 。 圖 4-13d為 節(jié)流 口 可 變 式 緩 沖 裝 置 ， 在 緩 沖 柱 塞 上 開 有 三 角 溝 槽 ， 其 節(jié) 流 孔 通 流 斷 面 越 來 越 小 ， 解 決 了 在 行 程 最 后 階 段 緩 沖 作 用 過 弱 的 問 題 ， 同 時 沖 擊壓 力 小 ， 制 動 位 置 精 度 高

48、 。 第 章 液 壓 缸 12a) b) a)圓 柱 環(huán) 狀 間 隙 b)圓 錐 環(huán) 狀 間 隙 c)節(jié) 流 口 可 調 式 d)節(jié) 流 口 可 變 式1 節(jié) 流 閥 2 單 向 閥 c) d) 必 須 指 出 ， 上 述 緩 沖 裝 置 ， 只 能 在 液 壓 缸 行 程 至 端 蓋 時 才 起 緩 沖 作 用 ， 當執(zhí) 行 元 件 在 中 間 行 程 位 置 運 動 停 止 時 ， 上 述 緩 沖 裝 置 不 起 作 用 ， 這 時 可 通 過 在 回油 路 上 設 置 背 壓 閥 來 解 決 。 圖 4-13 液 壓 缸 的 緩 沖 裝 置 第 章 液 壓 缸 液 壓 缸 內 最 高 部

49、 位 常 常 會 聚 積 空 氣 ， 這 是 由 于 液 壓 油 中 混 有 空 氣 ，或 者 液 壓 缸 長 期 不 用 而 空 氣 侵 入 液 壓 缸 所 致 ， 空 氣 的 存 在 會 使 液 壓 缸 運動 不 平 穩(wěn) ， 產 生 振 動 或 爬 行 。 為 此 ， 設 計 液 壓 缸 時 要 考 慮 空 氣 的 排 除 。對 于 水 平 放 置 要 求 不 高 的 液 壓 缸 一 般 不 設 置 專 門 的 排 氣 裝 置 ， 可 將 進 出油 口 設 置 在 缸 筒 兩 端 的 最 高 處 ， 利 用 回 油 使 空 氣 隨 油 液 一 起 排 往 油 箱 ，再 經 油 箱 排 出

50、。 對 速 度 穩(wěn) 定 性 要 求 較 高 的 液 壓 缸 或 大 型 液 壓 缸 ， 需 要 在液 壓 缸 兩 側 最 高 部 位 設 置 排 氣 裝 置 ， 如 排 氣 孔 或 排 氣 閥 。 如 圖 4-14所 示為 常 用 排 氣 閥 的 典 型 結 構 ， 兩 種 排 氣 閥 都 是 在 液 壓 缸 排 氣 時 打 開 ， 排 氣完 畢 后 關 閉 。 在 上 述 五 大 組 成 部 分 中 ， 有 的 可 能 在 整 個 液 壓 系 統 中 統 一 考 慮 ， 有 的 根 據 工 作 性 質 、 特 點 可 能 不 需 要 設 置 ， 在 結 構 設 計 時 應 注 意 到 這 點

51、5.排 氣 裝 置 第 章 液 壓 缸 a)螺 塞 式 b)鋼 球 式a) b)圖 4-14 液 壓 缸 的 排 氣 裝 置 第 章 液 壓 缸液 壓 缸 常 見 故 障 現 象 、 原 因 及 排 除 方 法 見 表 4-6所 示 。故 障現 象 原 因 分 析 排 除 方 法 爬 行 1.混 入 空 氣2.相 對 運 動 部 件 間 加 工 、 裝 配 不 當 造 成 摩擦 阻 力 太 大 或 摩 擦 阻 力 變 化3.運 動 部 件 表 面 間 潤 滑 不 良4.液 壓 缸 的 活 塞 和 活 塞 桿 的 密 封 定 心 不 良5.液 壓 缸 泄 漏 嚴 重6.流 量 閥 的 最 小 穩(wěn)

52、 定 流 量 較 大7.液 壓 缸 與 流 量 閥 間 采 用 軟 管 連 接 (軟 管變 形 大 )8.油 液 中 雜 質 多 ， 使 摩 擦 阻 力 增 大 1.設 置 排 氣 裝 置 ， 排 除 空 氣2.液 壓 缸 、 活 塞 及 活 塞 桿 等 零 件的 加 工 和 裝 配 有 較 高 要 求 ， 可 對相 關 零 件 進 行 修 復 、 調 整 或 更 換3.加 潤 滑 油 ， 改 善 摩 擦 性 能4.對 活 塞 和 活 塞 桿 進 行 校 正 定 心5.更 換 密 封 件 或 加 大 泵 的 流 量6.選 用 最 小 穩(wěn) 定 流 量 值 小 的 流 量 閥7.采 用 剛 性 管

53、 連 接8.清 洗 元 件 ， 更 換 油 液 和 濾 油 器沖 擊 1.緩 沖 間 隙 過 大2.緩 沖 裝 置 中 的 單 向 閥 /節(jié) 流 閥 失 靈3.緩 沖 腔 容 積 過 小 ,引 起 緩 沖 腔 壓 力 過 大 1.減 小 緩 沖 間 隙2.修 理 單 向 閥 /節(jié) 流 閥3.加 大 緩 沖 腔 直 徑 和 長 度表 4-6 液 壓 缸 常 見 故 障 現 象 、 原 因 及 排 除 方 法4.4 液 壓 缸 的 常 見 故 障 及 排 除 方 法 第 章 液 壓 缸故 障 現 象 原 因 分 析 排 除 方 法推 力 不 足或 者 工 作速 度 下 降 1.缸 體 和 活 塞

54、的 配 合 間 隙 過 大 或 過 小 ， 密 封件 過 緊 或 損 壞 ， 造 成 內 泄 漏 或 運 動 阻 力 大2.活 塞 桿 彎 曲 ， 引 起 劇 烈 摩 擦3.運 動 零 件 存 在 制 造 誤 差 或 裝 配 不 良 ， 引 起不 同 心 或 單 面 劇 烈 摩 擦4.缸 體 內 孔 拉 傷 與 活 塞 咬 死 ， 或 缸 內 孔 加 工不 良5.液 壓 油 中 雜 質 過 多 ， 使 活 塞 或 活 塞 桿 卡 死6.油 溫 過 高 ， 加 劇 泄 漏7.液 壓 泵 供 油 量 不 足8.液 壓 回 油 路 上 回 油 阻 力 過 大 9.溢 流 閥 調 節(jié) 壓 力 過 低

55、或 調 節(jié) 失 靈 1.修 理 或 更 換 不 符 合 精 度 要 求 的 零 件 ，重 新 裝 配 、 調 整 或 更 換 密 封 件2.校 直 活 塞 桿3.修 理 誤 差 較 大 的 零 件 重 新 裝 配4.鏜 磨 、 修 復 缸 體 或 更 換 缸 體5.清 洗 液 壓 系 統 ， 更 換 液 壓 油6.分 析 溫 升 原 因 ， 改 進 密 封 結 構 ， 避 免溫 升 過 高7.修 理 或 更 換 液 壓 泵8.增 大 回 油 管 管 徑 ， 調 低 背 壓 閥 壓 力 值9.調 高 溢 流 閥 壓 力 或 排 除 溢 流 閥 故 障泄 漏 1.密 封 件 咬 邊 ， 拉 傷 或

56、 破 壞2.密 封 件 方 向 裝 反3.缸 蓋 螺 釘 未 擰 緊4.缸 體 內 部 運 動 零 件 之 間 有 縱 向 拉 傷 或 溝 痕5.進 出 油 管 因 振 動 而 松 動 1.更 換 密 封 件2.改 正 密 封 件 方 向3.擰 緊 螺 釘4.修 理 或 更 換 零 件5.擰 緊 油 管 或 改 變 連 接 方 式噪 聲 1.空 氣 混 入2.相 對 滑 動 面 配 合 過 緊3.密 封 摩 擦 力 過 大 ， 滑 動 面 缺 少 潤 滑4.導 向 支 承 環(huán) 變 形 或 損 壞 1.設 置 排 氣 裝 置 ， 排 除 缸 內 空 氣2.重 新 裝 配 ， 注 意 合 理 間 隙3.正 確 設 計 制 造 密 封 槽 底 徑 、 寬 度 和 密封 件 壓 縮 量4.修 理 或 更 換 導 向 支 承 環(huán)