7液压缸.

第七章液压缸液压缸是将液压能转变为机械能，用来实现直线往复运动的执行元件一、液压缸的分类–按结构形式分：•活塞缸：分单杆活塞缸、双杆活塞缸•柱塞缸•伸缩缸•摆动缸–按作用方式分：•单作用液压缸一个方向的运动依靠液压作用力实现，另一个方向依靠弹簧力、重力等实现；•双作用液压缸两个方向的运动都依靠液压作用力来实现；二、典型结构的液压缸双作用：单活塞杆式液压缸单活塞杆缸差动连接的速度推力特性运动速度v3＝（q＋q‘）/A1＝（q＋A2v3）/A1整理得：v3＝q/（A1－A2）＝4q/πd2如果要求差动缸向左运动速度v3＝非差动连接向右运动速度v2则D=21/2d活塞推力F3＝p1(A1－A2)ηm单活塞杆缸两腔同时通压力油，称为差动连接。差动连接的缸只能一个方向运动。图示为向左运动。二、典型结构的液压缸双作用：双活塞杆液压缸双活塞杆液压缸双杆活塞缸的速度推力特性v＝q/A＝4qηv/π（D2－d2）缸在左右两个方向上输出的速度相等，ηv为缸的容积效率。F＝A(p1－p2)ηm＝π(D2－d2)(p1－p2)ηm/4缸在左右两个方向上输出的推力相等，ηm为缸的机械效率。当缸筒固定时，长度方向所占的空间是活塞有效行程的三倍；当活塞杆固定时，长度方向所占的空间是活塞有效行程的两倍。二、典型结构的液压缸柱塞式液压缸二、典型结构的液压缸：柱塞式液压缸–柱塞缸只能作单作用缸，要求往复运动时，需成对使用。•柱塞缸的速度推力特性–柱塞运动速度v＝qηv/A＝4qηv/πd2–柱塞推力F＝pAηm＝p（πd2/4）ηm柱塞缸的特点柱塞与缸筒无配合关系，缸筒内孔不需精加工，只是柱塞与缸盖上的导向套有配合关系。为减轻重量，减少弯曲变形，柱塞常做成空心。二、典型结构的液压缸伸缩液压缸伸缩液压缸•特别适用于工程机械及自动线步进式输送装置。它由两个或多个活塞式缸套装而成，前一级活塞缸的活塞杆是后一级活塞缸的缸筒。各级活塞依次伸出可获得很长的行程，当依次缩回时缸的轴向尺寸很小。除双作用伸缩液压缸外，还有单作用伸缩液压缸，它与双作用不同点是回程靠外力，而双作用靠液压作用力。二、典型结构的液压缸齿条活塞缸•齿条活塞缸的速度推力特性–输出转矩TM＝Δp（π/8）D2Diηm–输出角速度ω＝8qηv/(πD2Di)式中Δp为缸左右两腔压力差，D为活塞直径，Di为齿轮分度圆直径。齿条活塞缸是活塞缸与齿轮齿条机构组成的复合式缸。它将活塞的直线往复运动转变为齿轮的旋转运动，用在机床的进刀机构、回转工作台转位、液压机械手等。二、典型结构的液压缸：增压缸•增压比为大活塞与小柱塞的面积比K＝D2/d2小柱塞缸输出的压力p2＝p1Kηm•增压能力是在降低有效流量的基础上得到的。•增压缸作为中间环节，用在低压系统要求有局部高压油路的场合。增压缸是活塞缸与柱塞缸组成的复合缸，目地是为了提供比泵出口压力还要高的压力源二、典型结构的液压缸：增速缸•增速缸用于快速运动回路，在不增加泵的流量的前提下，使执行元件获得尽可能大的工作速度。增速缸也是活塞缸与柱塞缸组成的复合缸，活塞缸的活塞内腔是柱塞缸的缸筒，柱塞固定在活塞缸的缸筒上。当液压油进入柱塞缸时，活塞将快速运动（活塞缸大腔必须补油）；当液压油同时进入柱塞缸和活塞缸时，活塞慢速运动。二、典型结构的液压缸：摆动式液压缸摆动液压缸能实现小于360°角度的往复摆动，可直接输出扭矩二、典型结构的液压缸：摆动式液压缸•单叶片式摆动角度较大，可达300°–输出转矩T＝（R22－R12）Δpηmb/2–输出角速度ω＝2qηv/b（R22－R12）双叶片式摆动角度一般小于150°。但在相同条件下，输出转矩是单叶片摆动缸的两倍，输出角速度是单叶片缸的一半。当通入液压油，它的主轴能输出小于360°的摆动运动的缸称为摆动式液压缸。常用于辅助装置，如送料和转位装置、液压机械手及间歇进给机构。二、典型结构的液压缸：摆动式液压缸在相同体积和输入压力下，叶片数增加，输出扭矩加大，但回转角度减小三、液压缸的结构缸体组件包括缸筒、缸底、缸盖及缸头等零件。活塞组件包括活塞与活塞杆等零件。密封装置有活塞与缸筒、活塞杆与缸盖的动密封，缸底与缸筒、缸头与缸筒的静密封。缓冲装置排气装置三、液压缸的结构（1）缸筒结构选材：35号无缝钢管、ZG35、35钢锻件（可以直接焊接）铸铁45号钢（无焊接件，可用调质处理提高强度）特殊用途选用合金钢无缝钢管（40Cr，30CrMnSi）技术要求：表面粗糙度要小（Ra=0.2~0.4μm)圆度和圆柱度要求工艺要求:内孔一般用珩磨或滚压加工三、液压缸的结构（2）缸杆结构技术要点:细长杆的压杆稳定性选材：35号、45号圆钢或无缝钢管技术要求：一般表面要镀硬铬表面粗糙度要小（Ra=0.2~0.4μm)有圆度和圆柱度要求三、液压缸的结构（3）缸底结构常用结构:焊接式、螺纹连接和法兰连接选材：35号、45号钢锻件、铸件、圆钢或焊接件球墨铸铁三、液压缸的结构（4）缸盖结构包含缸盖、导向套和缸头等零件常用结构:法兰连接、螺纹连接、卡键连接和钢丝卡圈连接密封结构：防漏、防尘和耐磨选材：缸盖一般选35号、45号钢锻件、铸件、圆钢或焊接件，球墨铸铁导向套选铸铁、青铜和尼龙三、液压缸的结构（5）活塞结构主要考虑与活塞杆的连接和密封（静密封），与缸筒内壁之间的滑动与密封与活塞杆的连接常用结构:焊接式、螺纹连接和卡键连接选材：35号、45号钢锻件、铸件、圆钢或焊接件球墨铸铁三、液压缸的结构（6）耳环与铰轴与机构的连接件，常用带球铰衬套的耳环，保证油缸受力轴心线方向选材：35号、45号钢锻件、铸件、圆钢三、液压缸的结构（7）液压缸的缓冲装置在运动速度较高和运动部件的质量较大时，防止活塞在行程终点与缸盖和缸底发生碰撞，引起冲击，损坏液压缸三、液压缸的结构（7）液压缸的缓冲装置常用的缓冲装置：固定节流缓冲装置可变节流缓冲装置缓冲阀缓冲装置溢流阀缓冲回路液压缸的缓冲装置三、液压缸的结构（8）液压缸的排气装置排除缸内的空气，残留的空气（可压缩性）使液压缸产生爬行、噪声和发热如何设置排气装置？1、在液压缸的最高处设置进出油口2、设置排气孔或放气阀液压缸的排气装置四、液压缸的密封装置（1）密封类型动密封静密封（2）动密封分：往复动密封旋转动密封（3）往复动密封分：轴用密封孔用密封四、液压缸的密封装置（4）常用的密封件O形密封圈Y形密封圈V形密封圈组合密封圈其它的辅助密封件：防尘圈、挡圈和导向支承环Y型密封圈O型密封圈组合密封垫圈四、液压缸的密封装置V形密封圈四、液压缸的密封装置橡塑组合密封装置四、液压缸的密封装置五、液压缸的设计要点（1）基本参数的设计根据工作负载和工作速度要求，结合系统的泵的工作压力与输出流量确定缸径和杆径（2）结构强度计算和稳定性校核缸筒的壁厚计算（薄壁筒和厚壁筒）缸底厚度活塞杆的稳定性计算活塞杆的强度计算五、液压缸的设计要点（1）基本参数的设计根据工作负载和工作速度要求，结合系统的泵的工作压力与输出流量确定缸径和杆径（a）工作负载与液压缸推力液压缸的工作负载是指工作机构在满负荷情况下，以一定速度起动时对液压缸产生的总阻力。液压缸的推力应等于或略大于其工作时的总阻力。（b）运动速度液压缸的运动速度与其输入流量和活塞、活塞杆的面积有关。工作机构运动速度和液压缸已定，可根据所需的运动速度和缸径来选择液压泵；在速度没有要求时，可根据已选定的泵流量和缸径来确定运动速度。五、液压缸的设计要点（1）基本参数的设计（c）缸筒内径缸筒内径即活塞外经，为液压缸的主要参数，可根据以下原则确定。1．按推力计算缸筒内径D在液压系统给定的工作压力p后求缸径。2．按运动速度计算缸筒内径当液压缸运动速度有要求时，可根据液压缸的流量计算缸筒内径D。3．推力F与运动速度同时给定时，缸筒内径的计算如果系统中液压泵的类型和规格已定，则液压缸的工作压力和流量己知，此时可先根据推力计算内径，然后校核其工作速度。当计算速度与要求相差较大时，建议重新选择不同规格的液压泵。五、液压缸的设计要点（1）基本参数的设计(d)活塞杆直径的确定确定活塞直径时，通常应先满足液压缸速度或速比的要求，然后再校核其结构强度和稳定性。五、液压缸的设计要点（1）基本参数的设计(e)最小导向长度的确定当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到导向套滑动面中点的距离称为最小导向长度。如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度(间隙引起的挠度)增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一定的最小导向长度。五、液压缸的设计要点（1）基本参数的设计(e)最小导向长度的确定对一般的液压缸，最小导向长度应满足以下要求：220DLH五、液压缸的设计要点（1）基本参数的设计(f)其它参数活塞的宽度B，一般取B=(0.6~1.0)D；导向套滑动面的长度A，在D80mm时，取A=(0.6~1.0)D在D80mm时，取A=(0.6~1.0)d五、液压缸的设计要点（2）结构强度计算和稳定性校核缸筒的壁厚计算（薄壁筒和厚壁筒）活塞杆的稳定性计算活塞杆的强度计算缸底厚度五、液压缸的设计要点（2）结构强度计算和稳定性校核（a）缸筒的壁厚计算（薄壁筒和厚壁筒）：缸筒内径确定后，由强度条件计算壁厚；然后求出缸筒外径。当缸筒壁厚δ与内径D的比值小于0.1时，称为薄壁缸筒，按薄壁圆筒公式计算2pD[σ]为缸筒材料的许用拉应力。[σ]=σb/n;σb为抗拉强度极限，n为安全系数，一般取n=5五、液压缸的设计要点（2）结构强度计算和稳定性校核（a）缸筒的壁厚计算（薄壁筒和厚壁筒）：当缸筒壁厚δ与内径D的比值大于0.1时，称为厚壁缸筒，壁厚按材料力学厚壁圆筒公式计算。13.1][4.0][2ppD五、液压缸的设计要点（2）结构强度计算和稳定性校核(b)液压缸的稳定性和活塞杆强度验算按速比要求初步确定活塞杆直径后，还必需满足液压缸的稳定性及其强度要求。活塞杆的稳定性计算五、液压缸的设计要点（2）结构强度计算和稳定性校核(b)液压缸的稳定性和活塞杆强度验算一根受压的直杆，在其轴向负载F超过稳定临界力FK时，即失去原有直线状态下的平衡，称为失稳。对液压缸，其稳定条件为KKnFFFK——液压缸的稳定临界力；nk——稳定性安全系数，一般取nk=2~4。当l/d10时要进行稳定性验算时当1λμ=λrl()22μπ=lEIFkλ——活塞杆的柔性系数；μ——长度折算系数，见表7-2；E——活塞杆材料的纵向弹性模量，对钢材，E=2.1X1011PaI——活塞杆断面的最小惯性矩；λ1——柔性系数；r——活塞杆横断面的回转半径AIr材料abλ1λ2钢（A3）310011.4010561钢（A5）460036.1710060硅钢589038.1710060铸铁770012080-时当12λλλbaAFk活塞杆的强度验算:当活塞杆受纯压缩或纯拉伸时][4212ddF[σ]——活塞杆材料的许用应力，[σ]=σs/n，σs为材料的屈服极限n——安全系数，n=1.4~2。五、液压缸的设计要点（2）结构强度计算和稳定性校核（c）缸底厚度、螺栓连接强度的计算