种液压缸设计

液 压 缸 是 将 液 压 能 转 变 为 机 械 能的 、 做 直 线 往 复 运 动 （ 或 摆 动 运 动 ）的 液 压 执 行 元 件 。 它 结 构 简 单 、 工 作可 靠 。 用 它 来 实 现 往 复 运 动 时 ， 可 免去 减 速 装 置 ， 并 且 没 有 传 动 间 隙 ， 运动 平 稳 ， 因 此 在 各 种 机 械 的 液 压 系 统中 得 到 广 泛 应 用 。 根 据 常 用 液 压 缸 的 结 构 形 式 ， 可将 其 分 为 四 种 类 型 ：活 塞 式柱 塞 式伸 缩 式摆 动 式 单 活 塞 杆 式双 活 塞 杆 式 单 活 塞 杆 液 压 缸 只 有 一 端 有 活 塞 杆 。 如图 所 示 是 一 种 单 活 塞 液 压 缸 。 其 两 端 进 出 口油 口 A和 B都 可 通 压 力 油 或 回 油 ， 以 实 现 双 向运 动 ， 故 称 为 双 作 用 缸 。1、 单 活 塞 杆 液 压 缸1-缸 底 2-弹 簧 挡 圈 3-套 环 4-卡 环 5-活 塞 6- 型 密 封 圈 7-支 承 环 8-挡 圈 9- 形 密 封 圈 10-缸 筒 11-管 接 头 12-导 向 套 13-缸 盖 14-防 尘 圈 15-活 塞 杆 16-定 位 螺 钉 17-耳 环 参 照 下 图 ， 当 供 给 液 压 缸 的 流 量 Q一 定 时 ，活 塞 两 个 方 向 的 运 动 速 度 为 ：V1=Q/A1=4Q/ D2 (向 左 ） V2= Q/A2=4Q/ (D2-d2) (向 右 ） 当 供 油 压 力 p一 定 ， 回 油 压 力 为 零 时 作 用 力 ： F1=p.A1=p. D2/4 (向 右 ）F2=p.A2=p. (D2-d2)/4 (向 左 ） 当 其 差 动 连 接 时 ， 作 用 力 为 ： F3=p(A1-A2)=p.( d2/4) 速 度 :v3=(Q+Q2)/A1=(Q+v3.A2)/A1 所 以 v3=Q/(A1-A2)=4Q/ d2图 4-3 差 动 连 接 的 单 活 塞 杆 液 压 缸符 号 意 义 参 阅 下 图 单 活 塞 杆 液 压 缸 可 以 是 缸 筒 固 定 ， 活 塞运 动 ； 也 可 以 是 活 塞 杆 固 定 缸 筒 运 动 。 无论 采 用 其 中 哪 一 种 形 式 ， 液 压 缸 运 动 所 占空 间 长 度 都 是 两 倍 行 程 。 （ 见 下 图 ）单 活 塞 杆 液 压 缸 运 动 所 占 空 间 双 活 塞 杆 液 压 缸 的 两 活 塞 杆 直 径 通 常 相等 ， 活 塞 两 端 有 效 面 积 相 同 。 如 果 供 油 压 力不 变 ， 那 么 活 塞 反 复 运 动 时 两 个 方 向 的 作 用力 和 速 度 相 等 。v=Q /A=4Q /(D2-d2) , F=p.A=p. (D2-d2)/4 v活 塞 （ 或 缸 筒 ） 运 动 速 度 ； Q 供 油 流 量 ；F活 塞 （ 或 缸 筒 ） 上 的 作 用 力 ； p供 油 压 力 ； A活 塞 有 效 面 积 ； D活 塞 直 径 ； d活 塞 杆 直 径 。 这 种 液 压 缸 在 传 动 时 活 塞 杆 只 承 受 拉 力 ，多 数 用 于 机 床 。 双 活 塞 杆 液 压 缸 的 两 端 都 有 活 塞 伸 出 ，如 图 所 示 。 其 组 成 与 单 活 塞 杆 液 压 缸 基 本相 同 。 缸 筒 与 缸 盖 用 法 兰 连 接 ， 活 塞 与 缸筒 内 壁 之 间 采 用 间 隙 密 封 。1 活 塞 杆 2 压 盖 3 缸 盖 4 缸 筒 5 活 塞 6 密 封 圈双 活 塞 杆 液 压 缸 结 构 双 活 塞 缸 机 构 示 意 将 缸 筒 固 定 在 床 身 上 ， 活 塞 杆 和 工 作 台相 联 接 时 ， 工 作 台 运 动 所 占 空 间 长 度 为 活 塞有 效 行 程 的 三 倍 （ 见 图 A） 。 一 般 多 用 于 小机 床 ； 反 之 ， 将 活 塞 杆 固 定 在 床 身 上 ， 缸 筒和 工 作 台 相 联 接 时 ， 工 作 台 运 动 所 占 空 间 长度 为 液 压 缸 有 效 行 程 的 两 倍 （ 见 图 B） ， 适用 于 中 型 及 大 型 机 床 。 柱 塞 式 液 压 缸 结 构 （ ） 它 是 一 种 单 作 用 式 液 压 缸 ， 靠液 压 力 只 能 实 现 一 个 方 向 的 运 动 ， 柱塞 回 程 要 靠 其 它 外 力 或 柱 塞 的 自 重 ；（ ） 柱 塞 只 靠 缸 套 支 承 而 不 与 缸 套接 触 ， 这 样 缸 套 极 易 加 工 ， 故 适 于 做长 行 程 液 压 缸 ；（ ） 工 作 时 柱 塞 总 受 压 ， 因 而 它 必 须有 足 够 的 刚 度 ；（ ） 柱 塞 重 量 往 往 较 大 ， 水 平 放 置 时容 易 因 自 重 而 下 垂 ， 造 成 密 封 件 和 导 向单 边 磨 损 ， 故 其 垂 直 使 用 更 有 利 。柱 塞 式 液 压 缸 特 点 ： 柱 塞 上 有 效 作 用 力 F为 ：F=p.A=柱 塞 运 动 速 度 为 ：v= = 式 中 d柱 塞 直 径 ； 其 它 符 号 意 义 同前 。A d2 p . d2 4Q 4Q 伸 缩 式 液 压 缸 具 有 二 级 或 多 级 活 塞 ，如 图 所 示 。 伸 缩 式 液 压 缸 中 活 塞 伸 出 的 顺序 式 从 大 到 小 ， 而 空 载 缩 回 的 顺 序 则 一 般是 从 小 到 大 。 伸 缩 缸 可 实 现 较 长 的 行 程 ，而 缩 回 时 长 度 较 短 ， 结 构 较 为 紧 凑 。 此 种液 压 缸 常 用 于 工 程 机 械 和 农 业 机 械 上 。1 活 塞 2 套 筒 3 O形 密 封 圈 4 缸 筒 5 缸 盖伸 缩 式 液 压 缸 结 构 示 意 图 摆 动 式 液 压 缸 是 输 出 扭 矩 并 实 现 往 复 运动 的 执 行 元 件 ， 也 称 摆 动 式 液 压 马 达 。 有 单叶 片 和 双 叶 片 两 种 形 式 。 图 中 定 子 块 固 定 在缸 体 上 ， 而 叶 片 和 转 子 连 接 在 一 起 。 根 据 进油 方 向 ， 叶 片 将 带 动 转 子 作 往 复 摆 动 。 摆 动 式 液 压 缸 A A A A1 定 子 块 2 缸 体 3 弹 簧 4 密 封 镶 条 5 转 子 6 叶 片 7 支 承 盘 8 盖 板 如 图 所 示 ， 若 输 入 液 压 油 的 流 量 为 Q 和摆 动 轴 输 出 的 角 速 度 之 间 的 关 系 为 ：Q =/4(D2-d2)b.n=(b/8)(D2-d2)所 以 8Q /b(D2-d2)式 中 n 摆 动 轴 的 转 速 (n= /2)；b 叶 片 宽 度 ； D、 d 见 图 。 单 叶 片 式 摆 动 液 压 缸 计 算 简 图结 束 一 、 液 压 缸 主 要 尺 寸 的 确 定 液 压 缸 的 设 计 和 计 算 是 在 对 整 个 液 压 系统 进 行 工 况 分 析 ， 计 算 了 最 大 负 载 力 ， 先 定了 工 作 压 力 的 基 础 上 进 行 的 （ 详 见 第 十 一章 ） 。 因 此 ， 首 先 要 根 据 使 用 要 求 确 定 结 构类 型 ， 在 按 照 负 载 情 况 ， 运 动 要 求 决 定 液 压缸 的 主 要 结 构 尺 寸 ， 最 后 进 行 结 构 设 计 。二 、 液 压 缸 结 构 设 计 中 的 几 个 基 本 问 题 1、 工 作 压 力 的 选 取 根 据 液 压 缸 的 实 际 工 况 ， 计 算 出 外 负 载大 小 ， 然 后 参 考 下 表 选 取 适 当 的 工 作 力 。 液 压 缸 工 作 压 力 的 确 定负 载 缸 工 作 压 力 P 1 ( b a r ） 0 0 . 76 0 7 0 1 4 01 0 0 1 4 0 1 4 0 2 5 01 8 0 2 1 0 2 5 03 2 0一 、 液 压 缸 主 要 尺 寸 的 确 定 2、 活 塞 杆 直 径 d与 缸 筒 内 径 D的 计 算 受 拉 时 ： d=(0.3-0.5)D 受 压 时 ： d=(0.5-0.55)D (p15mpa) d=(0.6-0.7)D (5mpa p17mpa)3、 液 压 缸 缸 筒 壁 厚 和 外 径 的 计 算 缸 筒 最 薄 处 壁 厚 ： pyD/2( ) 缸 筒 壁 厚 ； D 缸 筒 内 径 ； p y 缸 筒 度 验 压 力 ， 当 额 定 压 Pn160 x105Pa时 ， Py=1.25Pn ； ( ) 缸 筒 材 料 许 用 应 力 。 ( )= b/n。 5、 液 压 缸 缸 筒 长 度 的 确 定 缸 筒 长 度 根 据 所 需 最 大 工 作 行 程 而 定 。活 塞 杆 长 度 根 据 缸 筒 长 度 而 定 。 对 于 工 作行 程 受 压 的 活 塞 杆 ， 当 活 塞 杆 长 度 与 活 塞杆 直 径 之 比 大 于 15时 ， 应 按 材 料 力 学 有 关公 式 对 活 塞 进 行 压 杆 稳 定 性 验 算 。4、 活 塞 杆 的 计 算直 径 强 度 校 核 ： d 4F/ ( )1/2d 活 塞 杆 直 径 ； F 液 压 缸 的 负 载 ； ( ) 活 塞 杆 材 料 许 用 应 力 ， ( )= b/n。 1、 液 压 缸 的 缓 冲 液 压 缸 中 使 用 的 缓 冲 装 置 ， 常 见 的 有环 状 间 隙 式 ， 节 流 口 可 调 式 或 外 加 缓 冲 回路 等 。 i环 状 间 隙 式 缓 冲 装 置 节 流 口 可 调 式 缓 冲 机 构 2、 液 压 缸 的 排 气为 了 排 除 聚 集 在 液 压 缸 内 的 空 气 ， 可 在 缸的 两 端 最 高 部 位 各 装 一 只 排 气 塞 。排 气 塞 结 构 排 气 塞 结 构结 束