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1、“流體傳動與控制”課程單元探究式教學小組組長：常樂組員：常樂，韋城，曹杰，甘建宇 第四章 液壓缸4 .1 液壓缸的類型及其特點4 .2 液壓缸的設計計算 4 .1 液壓缸的類型及其特點 （1 ）液壓缸的類型直線運動液壓缸單作用缸柱塞式活塞式彈簧復位式多級伸縮式雙作用缸單活塞桿式雙活塞桿式多級伸縮式特種缸 齒條傳動式 擺動液壓缸單葉片雙葉片 （2 ）常用液壓缸及其特點 1 .柱塞式液壓缸推力和運動速度計算式：p 2d4ApF 2q4d (N)(m/s) 例圖： 2 .活塞式液壓缸 1 ）單桿活塞液壓缸 （1 ）供油量不變時，活塞往復運動的速度不等活塞桿伸出速度： 211 4 DqAq vv （m

2、/s)活塞桿縮回速度：)( 4 2222 dDqAq vv （m/s） (2 )活塞兩方向運動時的作用力不相等 活塞桿推力： 活塞桿拉力： 602221 104D4F mpdDp 602222 1044F mpDpdD (N)(N) （3 ）液壓缸的差動連接 單桿活塞液壓缸在其左右兩腔相互連通并輸入壓力油時稱之為“差動連接”。 不計容積損失時，差動連接缸的伸出速度： 活塞推力： 2213 /4/ dqAAq (m/s) 62213 104/ mm pdAApF （N） 單桿雙桿 3 .伸縮式液壓缸形式：單作用和雙作用特點：總行程較長，收縮后很短，適用于空間小而行程長的場合供油量不變，各級活塞依

3、次伸出速度和推力：雙作用缸各級活塞桿縮回運動速度和牽引力：2/4 iii Dq 60222 104/4/ miiiiii pdDpDF （m/s）(N) 22 /4 iii dDq 60222 104/4/ miiii pDpdDF （m/s）(N) 4 .擺動液壓缸圖（a）為單葉片擺動液壓缸，其輸出扭矩和回轉角速度為： mRR m pRRbprdrbT 222112 2 bdD q 22 8（Nm）(1/s) (3 )其他液壓缸及特點 1 .串聯(lián)液壓缸（增力缸）：用于徑向尺寸受限制且要求處理較大的情況 2 .增壓液壓缸 輸入輸出壓力關系： 22 44 dpDp BA AB pdDp 2 3

4、.齒條液壓缸 （4 ）緩沖裝置目的：避免造成機械沖擊和噪聲，引起破壞性事故或嚴重影響機械精度原理：使活塞在接近缸蓋時，在緩沖油腔內產(chǎn)生足夠的緩沖壓力，即增大缸的回油阻力，降低活塞的移動速度，避免撞擊缸蓋常用緩沖裝置結構簡圖可調式不可調式 （5 ）排氣裝置 目的：為及時排除積留在缸內的空氣，在兩端最高處設計排氣裝置以避免部件的不均勻運動和油液的氧化以及液壓裝置元件的腐蝕。 液 壓 缸 的 設 計 計 算一 ， 設 計 依 據(jù) 、 原 則 和 步 驟二 ， 基 本 參 數(shù) 計 算三 ， 液 壓 缸 強 度 計 算 一 ， 設 計 依 據(jù) 、 原 則 和 步 驟1， 設 計 依 據(jù)（ 1） 了 解

5、和 掌 握 液 壓 缸 在 機 械 上 的 用 途 和 動 作 要 求 。（ 2） 了 解 液 壓 缸 的 工 作 條 件（ 3） 了 解 外 部 負 載 情 況（ 4） 了 解 液 壓 缸 的 最 大 行 程 ， 運 動 速 度 或 時 間 ， 安 裝 空 間 所 允許 的 外 形 尺 寸 以 及 缸 本 身 的 動 作（ 5） 設 計 已 知 液 壓 系 統(tǒng) 的 液 壓 缸 ， 應 了 解 液 壓 系 統(tǒng) 中 液 壓 泵 的工 作 壓 力 和 流 量 大 小 、 管 路 的 通 徑 和 布 置 情 況 、 各 種 液 壓 閥 的控 制 情 況 。（ 6） 了 解 有 關 國 家 標 準 、

6、 技 術 規(guī) 范 及 參 考 資 料 2， 設 計 原 則（ 1） 保 證 缸 運 動 的 出 力 、 速 度 和 行 程（ 2） 保 證 缸 每 個 零 件 有 足 夠 的 強 度 、 剛 度 和 耐 用 性（ 3） 在 保 證 以 上 兩 個 條 件 的 前 提 下 ， 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 構（ 5） 要 盡 量 避 免 缸 承 受 橫 向 負 載 ， 活 塞 桿 工 作 時 最 好 承 受 拉 力 ， 以 免 產(chǎn) 生 縱 向 彎 曲（ 6） 缸 的 安 裝 形 式 和

7、活 塞 桿 頭 部 與 外 部 負 載 的 連 接 形 式 要 合 理 ， 盡 量 減 小 活 塞 桿 伸出 后 的 有 效 安 裝 長 度 ， 增 加 缸 的 穩(wěn) 定 性 3， 設 計 步 驟（ 1） 根 據(jù) 設 計 依 據(jù) ， 初 步 確 定 設 計 方 案 ， 會 同 有 關 人 員 進 行 技 術 經(jīng) 濟 分 析（ 2） 對 缸 進 行 受 力 分 析 ， 選 擇 適 當 的 結 構 形 式 、 安 裝 方 式（ 3） 根 據(jù) 工 作 負 載 、 重 力 、 摩 擦 力 和 慣 性 力 確 定 液 壓 缸 在 形 成 各 階 段 上 負 載 的 變 化規(guī) 律 及 有 關 的 技 術 數(shù)

8、 據(jù)（ 4） 根 據(jù) 工 作 負 載 和 選 定 的 額 定 壓 力 ， 確 定 活 塞 端 面 面 積 并 計 算 活 塞 直 徑 和 缸 筒 外徑（ 5） 根 據(jù) 缸 徑 和 運 動 速 度 之 比 或 者 工 作 負 載 和 材 料 的 許 用 應 力 ， 確 定 活 塞 桿 的 直 徑（ 6） 根 據(jù) 運 動 速 度 、 工 作 出 力 和 活 塞 直 徑 ， 確 定 液 壓 泵 的 壓 力 和 流 量 （ 7） 選 擇 缸 蓋 的 結 構 形 式 ， 計 算 厚 度 和 強 度（ 8） 審 定 全 部 設 計 計 算 資 料 ， 進 行 修 改 補 充（ 9） 選 擇 適 當 的 密

9、 封 結 構 ， 設 計 緩 沖 、 排 氣 和 防 塵 等 裝 置（ 10） 繪 制 裝 配 圖 和 零 件 圖 ， 編 制 技 術 文 件 二 ， 基 本 參 數(shù) 計 算 1. 工 作 負 載 缸 的 工 作 負 載 包 括 機 構 穩(wěn) 定 功 能 工 作 狀 態(tài) 下 的 靜 負 載 摩 擦 阻 力 、 和 啟 動 慣 性 阻 力 各 項 載 荷 均 應 在 滿 負 荷 狀 態(tài) 下 計 算 ， 其 中 摩 擦 阻 力 按 啟 動 狀 靜 摩 擦 阻 力 計 算 。缸 自 身 的 摩 擦 阻 力 已 經(jīng) 用 機 械 效 率 的 形 式 在 牽 引 力 計 算 中 加 以 考 慮 ， 故 不再

10、 計 入 。 缸 的 牽 引 力 等 于 工 作 負 載 。RF eFfF iFifeR FFFF m 2， 速 比 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 JB 1068 67系 列 標 準 ， 根 據(jù) 不 同 的 壓 力 級 別 ， 從 下 表 中 選 取 推 薦 值 。2v 1v )/(/ 22212 dDDvv 工 作 壓 力 /MPa p 10 10p20速 比 1.33 1.462 2 3， 缸 筒 內 徑（ 1） 動 力 較 大 的 液 壓 設 備 （ 如 拉 床 、 刨 床 、 車 床 、 組 合 機

11、床 、 工 程 機 械 及 礦山 機 械 等 ） 的 缸 筒 內 徑 ， 通 常 根 據(jù) 最 大 牽 引 力 來 確 定 。 然 后 再 按 速 度 要 求計 算 所 需 流 量 ， 或 者 按 已 經(jīng) 選 定 的 流 量 來 驗 算 速 度 。 對 于 無 桿 腔 ： 對 于 有 桿 腔 ： )()( 104 020 6 pppdppFD mR )()( 104 020 6 pppdppFD mR 兩 式 中 ， 為 缸 的 最 大 推 力 ， N； 為 缸 的 機 械 效 率 ， 通 常 取 =0.95； 為 回 油 背 壓 ， MPa； p為 進 口 工 作 壓 力 ， MPa； d為

12、活 塞 桿 直 徑 ， m。 活 塞 干 的 直 徑 選 擇RF m m0P工 作 壓 力 /(MPa) 活 塞 桿 直 徑 工 作 壓 力 /（ ） 活 塞 桿 直 徑 小 于 （ . . ） . . （ 2） 動 力 較 小 的 液 壓 設 備 （ 如 磨 床 、 珩 床 及 研 磨 類 機 床 等 ） ， 常 根 據(jù) 缸 的 流 量 q和活 塞 的 運 動 速 度 V來 決 定 ， 即 式 中 ， q為 缸 所 需 流 量 ， ； 、 為 活 塞 的 伸 出 、 縮 回 運 動 速 度 ， /s。14vqD 224 dvqD sm 3 21,vv 4.活 塞 桿 直 徑 d 活 塞 桿

13、直 徑 通 常 是 先 按 選 定 的 速 比 和 鋼 筒 的 內 徑 D初 算 ， 然 后 再 檢 驗 算 其 強 度 和穩(wěn) 定 性 。 計 算 結 果 亦 應 按 有 關 標 準 圓 整 。 1d D 5.最 小 導 向 長 度 H 最 小 導 向 長 度 是 在 活 塞 桿 全 部 伸 出 時 ， 導 向 套 滑 動 面 中 點 到 活 塞支 撐 面 中 點 的 距 離 。 導 向 長 度 的 大 小 影 響 缸 的 初 始 撓 度 、 穩(wěn) 定 性和 活 塞 桿 的 強 度 ， 因 此 必 須 使 其 不 小 于 規(guī) 定 的 最 小 值 H。 關 于 最小 導 向 長 度 的 精 確 計

14、 算 方 法 ， 還 有 待 于 進 一 步 實 驗 研 究 ， 目 前 對于 一 般 的 液 壓 缸 ， 可 用 下 面 的 經(jīng) 驗 公 式 計 算 ， 即 式 中 ， L為 缸 的 最 大 工 作 行 程 。220 DLH 三 ， 液 壓 缸 強 度 計 算1. 缸 筒 壁 厚 和 外 徑 缸 筒 壁 厚 （ 或 缸 外 徑 ） 由 缸 的 強 度 條 件 來 確 定 。 由 材 料 力 學 可 知 ， 受 內 力的 圓 筒 ， 其 內 應 力 分 布 規(guī) 律 因 壁 厚 的 不 同 而 各 異 。 薄 壁 圓 筒 計 算 公 式 ： 厚 壁 圓 筒 計 算 公 式 ： D外 2 yp D

15、 0.4 12 1.3 yypD p 式 中 ： 為 實 驗 壓 力 為 缸 筒 材 料 許 用 應 力 。 缸 筒 的 壁 厚 計 算 出 來 以 后 ， 便 可 得 到 缸 筒 的 外 徑 ： 通 過 上 式 得 到 缸 體 的 外 徑 后 通 過 查 表 ， 將 計 算 出 的 外 徑 圓 整 到 標 準 系 列 中 去 ，并 向 大 的 方 向 圓 整 。yp = 2D D 外D外 2， 活 塞 桿 的 計 算1， 活 塞 桿 的 強 度 計 算 活 塞 桿 主 要 受 拉 力 和 壓 力 作 用 ， 因 此 ： 64 10RFd 式 中 ： 為 液 壓 缸 負 載 ， N; 為 活

16、塞 桿 的 直 徑 ， m； 為 活 塞 桿 材 料 的許 用 應 力 ， Mpa。RF d 2， 穩(wěn) 定 性 驗 算 活 塞 桿 所 能 承 受 的 負 載 ， 應 該 小 于 它 穩(wěn) 定 工 作 時 的 臨 界 負 載 。 另 外 ， 的取 值 與 活 塞 桿 的 材 料 性 質 、 截 面 形 狀 、 直 徑 和 長 度 ， 以 及 缸 體 的 安 裝 方 式 有 關 ， 可按 材 料 力 學 中 的 公 式 計 算 ： 式 中 ： 為 安 全 系 數(shù) ， 。RF kF kF/R k kF F n kn 2 4kn 1， 當 活 塞 桿 的 細 長 比 時 ：1 2/ kl r 22 2

17、k EJF l 2， 當 活 塞 桿 的 細 長 比 時 ：1 2/ kl r 221k kfAF a lr 3， 端 蓋 厚 度 計 算法 蘭 端 蓋 厚 度 計 算 ： be mH ddD ddpDh 2 4,缸 底 厚 度 計 算1， 平 底 缸 ， 無 孔 時 （ a圖 ） 有 孔 時 （ b圖 ）2， 橢 圓 底 缸 （ c圖 ) 其 中 ， V=(2+K2)/6 K=a/b pdh 433.0 0d433.0 D pDDh PDVh p 2.02 3.半 球 形 缸 底 （ d圖 ) 當 時 : 當 時 ： 665.0356.0 prh e， ppDh 4.04 h 665.0,356.0 prh e 3131311 11 yyryrh 5， 缸 體 鏈 接 計 算為 了 保 證 連 接 的 可 靠 性 ， 對 于 工 作 壓 力 較 高 的 液 壓 缸 ， 應 該 對 缸 體的 連 接 度 進 行 計 算 。 具 體 計 算 方 法 參 考 有 關 設 計 手 冊 。 感謝觀賞