4 液压缸

第四章液压缸目的任务了解液压缸的作用与分类、结构和工作原理。掌握液压缸主要参数的计算和性能特点。重点难点单活塞杆液压缸三种状态下推力、速度的计算第一节液压缸的工作原理、类型及特点作用：液压缸是一种能量转换装置，它将输入的液体压力能转换为机械能输出，实现直线往复运动或往复摆动。液压缸是液压系统中的执行元件。一、工作原理（P45图4.1.1）1、主要结构：缸筒、活塞、活塞杆、前后端盖及密封件等。2、双作用单活塞杆液压缸原理阐述3、主要性能参数输入：压力p、流量q输出：推力F、速度v二、分类：按运动方式按结构形式活塞缸柱塞缸摆动缸伸缩式套筒缸按特殊用途串联缸增压缸增速缸步进缸组合缸按活塞杆形式单活塞缸双活塞缸单作用式：活塞只能作单向运动双作用式：活塞可以双向运动三、特点结构简单工作可靠传动平稳用途广泛第二节液压缸基本参数的计算一、双活塞杆缸的计算（P46图4.2.1）已知压力和流量，计算速度和推力v=q/A=4q/π(D2-d2)F=（p1-p2）A=（p1-p2）（D2-d2）π/4特点：（1）两活塞杆直径相等时两腔面积相等；（2）两腔压力相等时，推力相等（等推力特性）；      （3）两腔流量相等时，速度相等（等速度特性）。二、单活塞杆缸的计算（P47图4.2.2）特点：（1）两腔面积不等，A1>A2（2）压力相等时，推力不等；流量相等时，速度不等。不具有等推力等速度特性。速度、推力计算：1、无杆腔进油v1=q/A1=4q/πD2F1=p1A1-p2A2=π[D2p1-(D2-d2)p2]/42、有杆腔进油v2=q/A2=4q/π(D2-d2)F2=p1A2-p2A1=π[(D2-d2)p1-D2p2]/4单杆液压缸简单连接比较由于A1>A2所以v1<v2、F1>F2因而无杆腔进油时，推力较大，速度较小有杆腔进油时，推力较小，速度较大应用无杆腔进油，重载慢速（工作行程）。有杆腔进油，轻载快速（空回行程）。3、差动连接（P48图4.2.3）差动连接：单活塞杆缸两腔相连特点：同时通入液压油,利用两腔面积差进行工作速度、推力计算单活塞杆缸的应用单活塞杆缸不同连接，可实现如下工作循环：（差动连接）（无杆腔进油)（有杆腔进油）快进→工进→快退 v3、F3v1、F1v2、F2三、柱塞缸（P48图4.2.4）主要结构：缸体、柱塞、导向套、卡圈、端盖等特点：（1）缸体内壁与柱塞不接触，加工工艺性好，成本低，适用于长行程机床（如大型拉床、龙门刨床）等。（2）只能单向运动，回程需靠外力（重力、弹簧力、其它单活塞杆缸）或成对使用。（3）柱塞工作时总是受压，要有足够的刚度。（4）柱塞重力较大，水平放置易下垂，产生单边磨损，故常垂直使用，有时做成中空（如导轨磨床）。速度、推力计算：v=q/A=4q/πd2F=pA=πd2p/4四、摆动缸（P49图4.2.5）又称摆动液压马达当它通入压力油时，主轴能做小于360°的摆动，常用于夹具夹紧装置、送料装置、转位装置及周期性进给的系统中。输入压力、流量输出转矩、角速度五、组合式液压缸1、增压缸（P50图4.2.6）又称增压器增压器有两种：单作用（图a）双作用（图b）作用：得到高于泵压的输出压力工作原理输入压力与输出压力的关系：p2=D2/d2p1D2/d2=K式中K—增压比2、增速缸（P50图4.2.7）作用：得到较快的速度3、伸缩缸（P50图4.2.8）又称多级缸，由两级或多级活塞缸套装而成，有单作用和双作用之分。特点：活塞伸出时，从大到小，速度逐级增大，推力逐级减小。活塞缩回时，从小到大，速度由快逐渐变慢。应用：∵工作行程很长，缩回后缸的长度短、结构紧凑、占地空间小。∴起重机伸缩臂、自动装卸卡车、火箭发射台等。第三节液压缸的结构、组成及安装形式一、液压缸典型结构以双作用单活塞杆缸为例（P51图4.3.1）工程机械中通用。主要零件：缸底（后缸盖、后端盖）、缸筒（缸体）、前缸盖（前端盖）、导向套、活塞、活塞杆。其它零件：1、3、4、5、6、7、9、10、14、16、17、18、19、20、21、22等。二、液压缸的组成可分为缸体组件、活塞组件、密封装置、缓冲装置和排气装置等。1、缸体组件包括缸筒、前后缸盖和导向套等。缸筒：材料常用20或45号无缝钢管，内孔采用镗孔、珩磨、滚压等工艺。缸筒内径D的确定：先计算（根据负载和速度，或工作压力和输入流量），再表选（P52表4.3.1）。前缸盖45号钢居多，后缸盖20号钢居多。缸筒和缸盖的连接（P52图4.3.2）（1）法兰连接：缸筒端部墩粗制成法兰盘或焊接法兰盘，再用螺栓与缸盖固定。结构简单、易于加工和装拆，但重量和外形尺寸大。（2）卡环连接：将卡环切成两半（外半环）或三段（内半环）装在缸筒环形槽内，再用套或挡圈压住。结构紧凑，外形尺寸小，重量较轻，易于加工和装拆，但缸筒上开了环形槽而削弱了强度。（3）螺纹连接：分为外螺纹和内螺纹连接，重量轻，外径小，但缸筒端部复杂，装卸时需用专门工具，用于要求外形尺寸小重量轻的场合。（4）拉杆连接：前后缸盖装在缸筒两端，用四根拉杆（螺杆）紧固。通用性好，缸筒加工容易，装拆方便，应用广泛。但外形尺寸和重量较大，拉杆受力后会拉伸变形，影响端部密封效果，只适用于长度较短的中低压缸。（5）焊接式连接：（只能是）后缸盖与缸筒后端焊接。强度高，制造简单，外形尺寸小，但焊接时缸筒易变形。2、活塞组件（P53图4.3.3）包括活塞、活塞杆和连接件等。活塞：材料常用铸铁。活塞杆：材料常用45号冷拉圆钢，车、磨、淬火并镀硬铬。活塞杆直径d的确定：先计算（根据受力，或进退速比），再表选（P53表4.3.3）。连接形式有：整体式、螺纹式、半环式。螺纹式：常用于单杆缸，结构简单，装拆方便，但需防止螺母松动。半环式：常用于高压大负载或振动比较大的场合，强度高，装拆方便，但结构复杂。3、密封装置作用：防止泄漏和污染活塞与缸筒、活塞杆与导向套及缸盖之间的动密封，活塞与活塞杆、导向套与缸筒的静密封。4、缓冲装置（P54表4.3.4）缓冲的必要性：活塞运动到终点时撞击缸盖，产生冲击和噪声，影响设备的工作精度以至损坏零件。缓冲原理：活塞接近缸盖时，两者之间封住一部分油液，利用小孔或缝隙的节流阻尼作用在液压缸的回油腔产生很大的阻力，实现减速，避免撞击。缓冲装置类型：主要有节流口可调式和节流口变化式两种。常在大型、高速或高精度液压缸中设置缓冲装置或在系统中设置缓冲回路。5、排气装置（P54图4.3.4）排气的必要性：系统在安装或停止工作后常会渗入空气、油液中混有空气，空气的积聚使液压缸产生振动、噪声、爬行和前冲现象，严重时会使液压系统不能正常工作。排气形式：（1）排气孔：对要求不高的液压缸，可不设专门的排气装置，而将油口设置在缸筒两端的最高处，通过回油把缸内的空气带回油箱。（2）排气阀和排气塞：对速度平稳性要求高的液压缸，则要求设置排气阀或排气塞排气。排气方法：使液压缸两腔经该阀与油箱相通，启动时拧开排气阀使液压缸空载往复运动几次即可将空气排出，然后将排气阀或排气塞关闭。三、液压缸的安装方式（P55表4.3.5）1、底座式或法兰式缸筒与机体间无相对运动2、轴销式有相对转动3、耳环式有相对转动4、球头式有相对转动本章小结主要概念：液压缸的类型；液压缸的差动联接及其特点、应用；液压缸的五大组成部分；液压缸的泄漏途径、液压缸的密封；液压缸的缓冲原理。复习思考题：P55：3