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第三章液壓缸 2020 3 24 液壓缸的功用 將液壓泵供給的液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能而對(duì)負(fù)載作功 實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 2020 3 24 2020 3 24 按結(jié)構(gòu)不同可為三類(lèi) 1 活塞缸2 柱塞缸3 擺動(dòng)缸 擺動(dòng)液壓馬達(dá) 按運(yùn)動(dòng)形式不同 1 直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)活塞缸 柱塞缸 推力和速度 2 擺動(dòng)擺動(dòng)缸 轉(zhuǎn)矩和角速度 按作用方式 1 單作用式液壓力只能使液壓缸單向運(yùn)動(dòng) 反向依靠外力 2 雙作用式液壓力可使液壓缸實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng) 第一節(jié)液壓缸的分類(lèi)和特點(diǎn) 一 活塞缸 活塞缸的分類(lèi) 按結(jié)構(gòu)不同可分為 雙活塞桿 單活塞桿 按固定方式不同可分 缸體固定 活塞桿固定 2020 3 24 1 雙活塞桿缸 1 工作原理 2020 3 24 缸體固定式活塞桿固定式 雙活塞缸推力和速度計(jì)算 F pAF 2020 3 24 2 特點(diǎn)和應(yīng)用 1 特點(diǎn) 因兩腔面積相等 壓力相同時(shí) 推力相等 流量相同時(shí) 速度相等 即具有等推力等速度特性 2 應(yīng)用 常用于往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度和負(fù)載相同的場(chǎng)合 如磨床 2020 3 24 缸體固定式 進(jìn)油腔回油腔運(yùn)動(dòng)方向左右活塞右移右左活塞左移運(yùn)動(dòng)范圍大于3倍有效行程 適用于小型液壓設(shè)備 進(jìn)油腔位置與活塞運(yùn)動(dòng)方向相反 2020 3 24 活塞桿固定式 進(jìn)油腔回油腔運(yùn)動(dòng)方向左右缸體左移右左缸體右移運(yùn)動(dòng)范圍大于2倍有效行程 適用于行程長(zhǎng)的大 中型液壓設(shè)備 進(jìn)油腔位置與活塞運(yùn)動(dòng)方向相同 2020 3 24 2 單活塞桿缸 1 工作原理 2020 3 24 2 單桿活塞缸的特點(diǎn) 兩腔面積不等 A1 A2壓力相同時(shí) 推力不等 流量相同時(shí) 速度不等 即不具有等推力等速度特性 常把無(wú)桿腔進(jìn)油作為工作行程 把有桿腔進(jìn)油作為空載退回行程 2020 3 24 1 無(wú)桿腔進(jìn)油時(shí) F1 A1p 2020 3 24 速度和推力計(jì)算 2 有桿腔進(jìn)油時(shí) 2020 3 24 速度和推力計(jì)算 差動(dòng)連接 單桿活塞液壓缸兩腔同時(shí)通入油液時(shí) 兩端面積差進(jìn)行工作的連接形式 2020 3 24 3 差動(dòng)連接 2020 3 24 速度和推力計(jì)算 差動(dòng)連接特點(diǎn) 在不增加流量的前提下 實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng) 推力減小 差動(dòng)缸在組合機(jī)床上采用較多 2020 3 24 單桿活塞液壓缸應(yīng)用 單桿活塞液壓缸不同連接 可實(shí)現(xiàn)如下工作循環(huán) 差動(dòng)連接 無(wú)桿腔進(jìn)油 有桿腔進(jìn)油 快進(jìn) 工進(jìn) 快退v3 F3v1 F1v2 F2 2020 3 24 單活塞桿液壓缸簡(jiǎn)單連接比較 A1 A2 v1F2故活塞桿伸出時(shí) 推力較大 速度較小活塞桿縮回時(shí) 推力較小 速度較大因而 活塞桿伸出時(shí) 適用于重載慢速活塞桿縮回時(shí) 適用于輕載快速若即快進(jìn)與快退運(yùn)動(dòng)速度相等 2020 3 24 單活塞桿液壓缸簡(jiǎn)單連接結(jié)論 活塞桿直徑越小 兩個(gè)方向速度差值越小 固定方式和工作過(guò)程皆與雙桿活塞液壓缸相同 運(yùn)動(dòng)行程皆為兩倍的活塞或缸體的有效行程 2020 3 24 2020 3 24 例3 1有一雙作用單桿活塞液壓缸 已知缸內(nèi)徑D 100mm 活塞桿直徑d 70mm 進(jìn)入液壓缸的流量q 40L min 進(jìn)油壓力p1 5MPa 回油壓力p2 0 計(jì)算在無(wú)桿腔進(jìn)油 有桿腔進(jìn)油 差動(dòng)連接三種情況下 液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度大小和方向 推力的大小和方向 解 1 無(wú)桿腔進(jìn)油 運(yùn)動(dòng)方向由無(wú)桿腔向有桿腔運(yùn)動(dòng) 推力方向和運(yùn)動(dòng)方向相同 2020 3 24 2020 3 24 2 有桿腔進(jìn)油運(yùn)動(dòng)方向由有桿腔向無(wú)桿腔運(yùn)動(dòng) 推力方向和運(yùn)動(dòng)方向相同 2020 3 24 3 差動(dòng)連接 運(yùn)動(dòng)方向由無(wú)桿腔向有桿腔運(yùn)動(dòng) 推力方向和運(yùn)動(dòng)方向相同 在缸體內(nèi)做相對(duì)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的組件是柱塞的液壓缸 2020 3 24 二 柱塞缸 柱塞缸結(jié)構(gòu) 2020 3 24 柱塞缸工作原理 自重只能單向運(yùn)動(dòng) 回程需靠外力彈簧力需雙向運(yùn)動(dòng)時(shí) 常成對(duì)使用 2020 3 24 柱塞缸的特點(diǎn) 柱塞缸的特點(diǎn)是柱塞與缸筒無(wú)配合要求 缸筒內(nèi)孔不需精加工 甚至可不加工 運(yùn)動(dòng)時(shí)由缸蓋上的導(dǎo)向套來(lái)導(dǎo)向 它特別適用于行程較長(zhǎng)的場(chǎng)合 主要用在龍門(mén)刨床 導(dǎo)軌磨床 大型拉床等大行程設(shè)備的液壓系統(tǒng)中 2020 3 24 擺動(dòng)液壓缸分類(lèi) 1 葉片式擺動(dòng)缸葉片式又分單葉片式 雙葉片 2020 3 24 葉片式擺動(dòng)液壓缸組成 缸體 定子塊 葉片 擺動(dòng)軸等單葉片缸的擺動(dòng)角不超過(guò)280 雙葉片缸的擺動(dòng)角不超過(guò)150 2020 3 24 葉片式擺動(dòng)液壓缸工作原理 當(dāng)缸的一個(gè)油口進(jìn)壓力油 另一油口回油時(shí) 葉片在壓力油作用下往一個(gè)方向擺動(dòng) 帶動(dòng)軸偏轉(zhuǎn)一定角度 小于3600 當(dāng)進(jìn)回油口互換時(shí) 擺動(dòng)缸反轉(zhuǎn) 2020 3 24 雙葉片擺動(dòng)式液壓缸 T雙 2T單 雙 1 2 單 2020 3 24 2 齒輪齒條式擺動(dòng)缸 齒輪齒條式擺動(dòng)缸的原理是將液壓缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)通過(guò)齒條帶動(dòng)齒輪 轉(zhuǎn)化成齒輪軸的正反向擺動(dòng)旋轉(zhuǎn) 將缸的推力轉(zhuǎn)化成齒輪軸的輸出扭矩 齒輪齒條式擺動(dòng)缸結(jié)構(gòu)有單齒條和雙齒條兩種 2020 3 24 齒輪齒條式擺動(dòng)缸結(jié)構(gòu) 2020 3 24 2020 3 24 2 齒輪齒條式擺動(dòng)缸 雙齒條式 單齒條式 擺動(dòng)缸特點(diǎn) 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) 常用于機(jī)床送料裝置 回轉(zhuǎn)夾具 機(jī)器人手臂等液壓系統(tǒng)中 2020 3 24 四 其它形式的常用缸 增壓缸 增壓器 伸縮缸 多級(jí)缸 2020 3 24 增壓缸的作用 增壓缸能將輸入的低壓轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏河?向液壓系統(tǒng)中的某一支路供油 2020 3 24 增壓缸結(jié)構(gòu) 由大 小直徑分別為為D和d的復(fù)合缸筒和復(fù)合活塞組成 2020 3 24 增壓缸增壓原理 A1p1 A2p2p1 D2 4 p2 d2 4p2 D2 d2p1D2 d2 增壓比 2020 3 24 增壓缸特點(diǎn) 在不增大pp的前提下 來(lái)增大輸出壓力 有單作用斷續(xù)增壓 雙作用連續(xù)增壓兩種方式 增壓缸不能直接作為執(zhí)行元件 2020 3 24 2 伸縮缸結(jié)構(gòu) 由兩個(gè)或多個(gè)活塞缸或柱塞缸套裝而成 有單作用和雙作用之分 2020 3 24 伸縮缸工作原理 活塞或柱塞伸出時(shí) 從大到小 速度逐漸增大 推力逐漸減小 活塞或柱塞縮回時(shí) 從小到大 2020 3 24 伸縮缸特點(diǎn)應(yīng)用 工作時(shí)可伸很長(zhǎng) 不工作時(shí)縮短 占地面積小 且推力隨行程增加而減小 起重機(jī)伸縮臂 自動(dòng)傾卸卡車(chē) 火箭發(fā)射臺(tái)等皆用 2020 3 24 第二節(jié)液壓缸的結(jié)構(gòu) 一 缸體組件二 活塞組件三 液壓缸的緩沖四 液壓缸的排氣 2020 3 24 一 缸體組件 缸件組件包括缸筒 前后缸蓋和導(dǎo)向套 a 法蘭式b 半環(huán)式c 拉桿式d 螺紋式 2020 3 24 二 活塞組件 活塞組件包括活塞和活塞桿活塞和活塞桿的連接形式有下列幾種 a 整體式b 焊接式c 錐銷(xiāo)式d 螺紋式e 卡環(huán)式 2020 3 24 三 液壓缸的緩沖 液壓缸的緩沖裝置是為了防止活塞在行程終了時(shí)和缸蓋發(fā)生撞擊 常見(jiàn)的緩沖裝置有以下三種 1 環(huán)狀間隙式緩沖裝置 圖a為圓柱形環(huán)隙式緩沖裝置 圖b為圓錐形環(huán)隙式 2 可變節(jié)流式緩沖裝置 圖c為可變節(jié)流式緩沖裝置 3 可調(diào)節(jié)流式緩沖裝置 圖d為可調(diào)節(jié)緩沖裝置 2020 3 24 a 圓柱形環(huán)隙式b 圓錐形環(huán)隙式c 可變節(jié)流式d 可調(diào)節(jié)流式 2020 3 24 四 液壓缸排氣 液壓系統(tǒng)中混入空氣后會(huì)使其工作不穩(wěn)定 產(chǎn)生振動(dòng) 噪聲 低速爬行及啟動(dòng)時(shí)突然前沖現(xiàn)象 要保證液壓缸的正常工作 需排除積留在液壓缸內(nèi)的空氣 圖示為排氣塞結(jié)構(gòu) 2020 3 24 第三節(jié)液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 液壓缸的設(shè)計(jì)是在對(duì)所設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)進(jìn)行工況分析 負(fù)載計(jì)算和確定系統(tǒng)的工作壓力 然后根據(jù)使用要求確定液壓缸的類(lèi)型 再按負(fù)載 運(yùn)動(dòng)要求和最大行程等確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸 液壓缸的主要尺寸包括缸體的內(nèi)徑D 活塞桿直徑d和液壓缸的長(zhǎng)度L等 2020 3 24 一 液壓缸工作壓力的確定 液壓缸的工作壓力按負(fù)載確定 對(duì)于不同用途的液壓設(shè)備 由于工作條件不同 采用的壓力范圍也不同 設(shè)計(jì)時(shí) 液壓缸的工作壓力可按負(fù)載大小或根據(jù)液壓設(shè)備的類(lèi)型采用類(lèi)比法選取 具體可參見(jiàn)表3 1和表3 2 2020 3 24 二 缸筒內(nèi)徑D和活塞桿直徑d的確定 缸筒內(nèi)徑D是根據(jù)液壓缸負(fù)載和選定的工作壓力來(lái)確定 無(wú)桿腔有桿腔 2020 3 24 2020 3 24 對(duì)于活塞桿直徑d可按工作時(shí)受力情況來(lái)決定 如表3 3所示 對(duì)單桿活塞缸 d值也可由D和往返速度比 v2 v1來(lái)確定 最后將以上各式計(jì)算出的D d 應(yīng)按GB T2348 2001標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整 三 液壓缸壁厚和其他尺寸的確定 液壓缸的壁厚常由結(jié)構(gòu)工藝上的需要來(lái)確定 一般不需要進(jìn)行強(qiáng)度校核 只有在高壓和直徑較大時(shí) 才對(duì)缸壁最薄弱部位進(jìn)行強(qiáng)度校核 當(dāng)D 10時(shí) 當(dāng)D 10時(shí) 2020 3 24 2020 3 24 式中 py試驗(yàn)壓力 當(dāng)缸的額定工作壓力pn 16Mpa時(shí) 取py 1 5pn pn 16Mpa時(shí) 取py 1 25pn 為缸筒材料的許用應(yīng)力 2 液壓缸其他尺寸 液壓缸的缸筒長(zhǎng)度是根據(jù)所需的最大工作行程和結(jié)構(gòu)上的需要而定的 從制造工藝考慮 一般不大于其內(nèi)徑的20倍 通?；钊麑挾葹?0 6 1 D 活塞桿導(dǎo)向長(zhǎng)度為 0 6 1 5 d 2020 3 24