活塞式液压缸实用教案

第1页/共49页第一页，共50页。液压缸是液压系统(xtng)的执行元件液压缸的作用(zuyng)是将机械能转化为压力能第2页/共49页第二页，共50页。 液压缸在液压系统(xtng)中的应用升降台 压力机 假肢(ji zh)第3页/共49页第三页，共50页。 第一节 液压缸的分类和特点 第二节 液压缸的结构 第三节 液压缸的设计(shj)与计算 第四节 液压缸常见故障分析及排除方法目录目录(ml)第4页/共49页第四页，共50页。按结构(jigu)(jigu)分类： 活塞式（单杆、双杆、无杆）柱塞式伸缩式按作用方式(fngsh)(fngsh)分类：单作用、双作用、组合式 第5页/共49页第五页，共50页。第6页/共49页第六页，共50页。 活塞式液压缸 柱塞式液压缸 摆动(bidng)式液压缸 组合式液压缸第7页/共49页第七页，共50页。一、活塞式液压缸类型(lixng)(lixng)：单杆式、双杆式、无杆式 （一）单杆活塞(husi)缸 类型(lixng)(lixng)：双作用单杆、单作用单杆、差动液压缸 1 1、双作用单杆活塞缸 第8页/共49页第八页，共50页。第9页/共49页第九页，共50页。工作(gngzu)特点： （1 1）双向进油，故称双作用(zuyng)(zuyng)式； （2 2）由于(yuy)(yuy)液压缸两腔承压面积不等，当p p一定时，往返运动的出力不等： 222111221211()44Fp Ap ApDpDd222212211211()44Fp Ap ApDdpD第10页/共49页第十页，共50页。（3 3）由于液压缸两腔承压面积不等，当q q一定(ydng)(ydng)时，往返运动的速度不等： 1214qqvAD22224()qqvADd（4 4）工作台运动范围约等于活塞(husi)(husi)行程的2 2倍。 职能(zhnng)(zhnng)符号：第11页/共49页第十一页，共50页。2 2、单作用(zuyng)(zuyng)单杆活塞缸 p,qF,v工作(gngzu)(gngzu)特点： （1 1）单向进油，故称单作用式；（2 2）液压缸的返回依靠(yko)(yko)重力或弹簧力 应用：夹紧系统、举升机构3 3、差动液压缸 差动连接：单杆活塞缸的两腔同时通入压力油，由于两腔的承压面积不同，迫使有杆腔的回油重新进入油缸的无杆腔，这种连接称为差动连接。差动液压缸：采用差动连接的单杆活塞缸。 第12页/共49页第十二页，共50页。差动缸回程时连接p, qF, v第13页/共49页第十三页，共50页。工作(gngzu)(gngzu)特点： （1 1）是双作用(zuyng)(zuyng)单杆活塞缸； （2 2）利用两腔的有效作用(zuyng)(zuyng)面积差进行工作； （3 3）差动连接时的速度v v3 3和推力F F3 3： 2314qqvD2231()4qvDd324qvd产生的推力F F3 3： 2222312111()()444Fp AApDpDdpd（4 4）液压缸返回时非差动连接，欲获得相等的快进快退速度，须满足： 22211()44qqDdd2Dd第14页/共49页第十四页，共50页。（二）双杆活塞(husi)(husi)缸双杆式活塞缸：活塞两端都有一根(y n)(y n)直径相等的活塞杆的液压缸。根据(gnj)(gnj)安装方式：缸筒固定式（实心双出杆）、活塞杆固定式（空心双出杆）两种。第15页/共49页第十五页，共50页。工作(gngzu)(gngzu)特点：（1 1）当分别向左、右腔输入相同压力和相同流量的油液时，液压缸左、右两个方向的推力和速度(sd)(sd)相等。221212121()()()4FFppAppDd12224()qqvvADd（2 2）不能实现(shxin)(shxin)差动连接。（3 3）缸体固定时，整个工作台的移动范围约等于活塞有效行程的3 3倍；活塞杆固定时，整个工作台的移动范围约等于液压缸有效行程的2 2倍。第16页/共49页第十六页，共50页。（三）无杆活塞(husi)(husi)缸 二、柱塞式液压缸（柱塞缸） 压力能压力能往复运动机械能往复运动机械能回转回转(huzhun)(huzhun)运动机运动机械能械能第17页/共49页第十七页，共50页。第18页/共49页第十八页，共50页。柱塞式液压缸特点(tdin)：（1 1）柱塞式液压缸是单作用液压缸，即靠液压力只能实现一个方向的运动，回程要靠自重（当液压缸垂直(chuzh)(chuzh)放置时）或其它外力，因此柱塞缸常成对使用；（2 2）柱塞运动时，由缸盖上的导向套来导向，因此，柱塞和缸筒的内壁不接触，缸筒内孔只需粗加工即（3 3）柱塞重量往往比较大，水平放置时容易因自重而下垂，造成密封件和导向件单边磨损，故柱塞式液压缸垂直(chuzh)(chuzh)使用较为有利。通常用于长行程机床，如：龙门刨床、导轨磨床、大型(dxng)(dxng)拉床。第19页/共49页第十九页，共50页。三、摆动(bidng)式液压缸第20页/共49页第二十页，共50页。四、组合式液压缸1、伸缩式液压缸伸缩(shn su)缸又称多级缸，其特点是伸出行程长，缩回尺寸小。第21页/共49页第二十一页，共50页。结构特点：伸缩缸由两个或多个活塞(husi)(husi)缸套装而成，前一级活塞(husi)(husi)缸的活塞(husi)(husi)杆内孔是后一级活塞(husi)(husi)缸的缸筒，伸出时可获得很长的工作行程，缩回时可保持很小的结构尺寸，伸缩缸被广泛用于起重运输车辆上。类型：单作用类型：单作用(zuyng)(zuyng)式如图式如图(a) (a) 、双作用、双作用(zuyng)(zuyng)式如图式如图 (b)(b)，前者靠外力回程，后者靠液压回程。，前者靠外力回程，后者靠液压回程。工作特点：伸缩缸的外伸和缩回动作(dngzu)(dngzu)是逐级进行的。 第22页/共49页第二十二页，共50页。 首先(shuxin)(shuxin)是最大直径的缸筒开始外伸，直径最小的末级最后伸出。 推力一定时，随着工作级数变大，外伸缸筒直径(zhjng)(zhjng)越来越小，工作油液压力随之升高，工作速度变快。 在输入压力和流量(liling)(liling)不变前提下，其值为： 2114iiFpD24iiqvD式中: : i i 指 i i 级活塞缸。 在输入压力不变前提下，随着行程逐级增大，推力逐渐减小，这种推力的变化正好适合于自动装卸车对推力的要求。第23页/共49页第二十三页，共50页。2 2、增压(zn y)(zn y)液压缸mAApp2112说明：1.1.增压缸不是换能元件，输入、输出均为压力(yl)(yl)能；2.2.增压缸增压的同时使输出的流量减小，其总能量保持不变。第24页/共49页第二十四页，共50页。增压液压缸：使局部油路获得高压(goy)(goy)，起压力放大作用，它不是执行元件。故又称为增压器。 类型(lixng)(lixng)：单作用、双作用P0PDd（1 1）单作用(zuyng)(zuyng)增压缸 第25页/共49页第二十五页，共50页。工作原理：当输入活塞缸的液体(yt)(yt)压力为p1p1，活塞直径为D D，柱塞直径为d d时，柱塞缸中输出的液体(yt)(yt)压力为高压，其值为： 222122111144DpDpdppKpd式中：K=D2/d2K=D2/d2，称为增压比，它代表(dibio)(dibio)其增压程度。 工作特点：不能连续输出(shch)(shch)高压液体；增压行程短。为连续的获得高压，需采用双作用增压缸 。（2 2）双作用增压缸第26页/共49页第二十六页，共50页。3 3、增速缸 增速缸是由活塞缸和柱塞缸复合而成。增速缸能在不增加泵的流量(liling)(liling)的前提下，提高运动部件的运动速度。利用增速缸可实现快进、工进和快退的工作循环。第27页/共49页第二十七页，共50页。4、齿条(ch tio)活塞缸 如图所示，齿条活塞缸能将活塞的直线(zhxin)往复运动转换为齿轮的旋转运动。第28页/共49页第二十八页，共50页。D= d 练练 习习3 已知一单杆活塞缸，设液压油进入有杆腔已知一单杆活塞缸，设液压油进入有杆腔时的速度为时的速度为v2，差动连接时的速度为，差动连接时的速度为v3，现，现要求要求(yoqi)v3/v2=2时，试求活塞直径时，试求活塞直径D和和活塞杆直径活塞杆直径d之间的关系？之间的关系？ 解：解：v2=q/A2=4q/（D2-d2） v3=q/A3=4q/d2 v3/v2=2 (D2-d2)/d2=2 第29页/共49页第二十九页，共50页。一、液压缸的典型结构(jigu)(jigu)和组成1.1.液压缸的典型结构(jigu)(jigu)举例 1耳环 2螺母 3防尘圈 4.17弹簧挡圈 5套 6.15卡键7.14O形密封圈 8.12Y形密封圈 9缸盖兼导向套 10缸筒11活塞 13耐磨环 16卡键帽 18活塞杆 19衬套 20缸底 第30页/共49页第三十页，共50页。1活塞杆 2堵头 3托架 4、17V形密封圈 5、14排气孔 6、19导向套7O形密封圈 8活塞 9、22锥销 10缸体 11、20压板(y bn) 12、21钢丝环13、23纸垫 15活塞杆 16、25压盖 18、24缸盖 2.2.液压缸的组成(z (z chn) chn) 缸筒和缸盖、活塞(husi)(husi)和活塞(husi)(husi)杆、密封装置、缓冲装置和排气装置五个部分。第31页/共49页第三十一页，共50页。(1)(1)缸筒和缸盖 工作压力p p10MPa10MPa时，使用(shyng)(shyng)铸铁； 10MPa 10MPa p p20MPa20MPa时，使用(shyng)(shyng)无缝钢管； p20MPa时，使用时，使用(shyng)铸钢或锻钢。铸钢或锻钢。(a)(a)法兰连接式(b)(b)半环连接式(c)(c)螺纹连接式(d)(d)拉杆连接式(e)(e)焊接连接式 第32页/共49页第三十二页，共50页。(2)(2)活塞(husi)(husi)与活塞(husi)(husi)杆 第33页/共49页第三十三页，共50页。(3)(3)密封(mfng)(mfng)装置 第34页/共49页第三十四页，共50页。(4)(4)缓冲(hunchng)(hunchng)装置 缓冲(hunchng)(hunchng)目的：减小机械碰撞 缓冲(hunchng)(hunchng)方法： 缸外缓冲回路上设置减速阀或制动阀 缸内缓冲（固定节流缓冲、可变节流缓冲） 利用活塞或缸筒在其走向行程终端时封住活塞和缸盖之间的部分油液，强迫它从小孔或细缝中挤出，以产生很大的阻力，使工作部件受到制动，逐渐减慢运动速度，达到避免活塞和缸盖相互撞击的目的。缓冲装置的工作原理：第35页/共49页第三十五页，共50页。 固定节流(ji li)(ji li)缓冲 特点：在整个缓冲行程(xngchng)(xngchng)中节流口面积固定不变。 可变节流(ji li)(ji li)缓冲 特点：节流口面积随缓冲行程增大而减小，缓冲腔内的压力几乎保持不变。 第36页/共49页第三十六页，共50页。AjPHvSHPHvAjSH固定：瞬时缓冲压力大，易产生液压冲击；外力不为0 0时，v v不为0 0，总存在机械碰撞(pn zhun)(pn zhun)。可变：速度降低慢，不会引起液压冲击；最终速度为0 0，可避免机械碰撞(pn zhun)(pn zhun)。 (5)(5)排气装置 液压缸在安装过程中或长时间停放重新工作时，液压缸里和管道系统中会渗入空气，为了防止执行元件出现爬行(pxng)(pxng)，噪声和发热等不正常现象，需把缸中和系统中的空气排出。 第37页/共49页第三十七页，共50页。第38页/共49页第三十八页，共50页。 在设计液压缸之前，必须对整个液压系统进行工况分析，编制负在设计液压缸之前，必须对整个液压系统进行工况分析，编制负载图，选定系统的工作压力载图，选定系统的工作压力( (详见第九章详见第九章) )，然后根据使用要求选择结，然后根据使用要求选择结构类型，按负载情况、运动要求、最大行程构类型，按负载情况、运动要求、最大行程(xngchng)(xngchng)等确定其等确定其主要工作尺寸，进行强度、稳定性和缓冲验算，最后再进行结构设计。主要工作尺寸，进行强度、稳定性和缓冲验算，最后再进行结构设计。液压缸的设计(shj)内容和步骤 (1)(1)选择液压缸的类型和各部分结构形式。(2)(2)确定液压缸的工作参数和结构尺寸。(3)(3)结构强度、刚度的计算(j sun)(j sun)和校核。(4)(4)导向、密封、防尘、排气和缓冲等装置的设计。(5)(5)绘制装配图、零件图、编写设计说明书。 第39页/共49页第三十九页，共50页。1 1、工作压力的选取(xunq)(xunq) 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(xunq)(xunq)适当的工作力。 液压缸工作压力的确定负载 缸工作压力 P1( b a r ）00. 76070140100140140250180210250320一、液压缸主要尺寸(ch cun)(ch cun)的确定第40页/共49页第四十页，共50页。2 2、活塞杆直径d d与缸筒内径(ni jn)D(ni jn)D的计算 受拉时： d=(0.3-0.5)D d=(0.3-0.5)D 受压时： d=(0.5-0.55)D (p15mpa) d=(0.5-0.55)D (p15mpa) d=(0.6-0.7)D (5mpa p17mpa) d=(0.6-0.7)D (5mpa p17mpa) d=0.7D (p17mpa)3 3、液压缸缸筒壁厚和外径的计算 缸筒最薄处壁厚：pyD/2() pyD/2() 缸筒壁厚；DD缸筒内径；pypy缸筒度验压力(yl)(yl)，当额定压Pn160 x105PaPn160 x105Pa时，Py=1.25Pn Py=1.25Pn ；()()缸筒材料许用应力。()=b/n()=b/n。第41页/共49页第四十一页，共50页。5 5、液压缸缸筒长度的确定 缸筒长度根据所需最大工作(gngzu)(gngzu)行程而定。活塞杆长度根据缸筒长度而定。对于工作(gngzu)(gngzu)行程受压的活塞杆，当活塞杆长度与活塞杆直径之比大于1515时，应按材料力学有关公式对活塞进行压杆稳定性验算。4 4、活塞杆的计算直径强度(qingd)(qingd)校核：d4F/()1/2d4F/()1/2dd活塞杆直径；FF液压缸的负载； () ()活塞杆材料许用应力，()=b/n()=b/n。第42页/共49页第四十二页，共50页。1 1、液压缸的缓冲(hunchng)(hunchng) 液压缸中使用的缓冲(hunchng)(hunchng)装置，常见的有环状间隙式，节流口可调式或外加缓冲(hunchng)(hunchng)回路等。i环状间隙式缓冲装置节流口可调式缓冲机构第43页/共49页第四十三页，共50页。2 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(lin dun)(lin dun)最高部位各装一只排气塞。排气塞结构排气塞结构(jigu)排 气 塞 结 构第44页/共49页第四十四页，共50页。第四节第四节 液压缸常见故障分析液压缸常见故障分析 及排除及排除(pich)(pich)方法方法一、爬行：1、可能的原因空气混入系统。液压缸两端的密封圈压得太紧或太松。活塞和活塞杆同轴度不好，活塞杆全长或局部弯曲。活塞杆两端的螺母拧得太紧，降低了同轴度。液压缸内孔锈蚀、拉毛(l mo)，孔径因磨损出现腰鼓度、锥度等。液压缸安装精度不高，其中心线与导轨不平行。执行机构相对运动的接触面缺乏润滑油，产生干摩擦或半干摩擦。第45页/共49页第四十五页，共50页。2、排除的方法排除系统内的空气。若没有排气装置，可开动液压系统，用最大行程使工作部件快速运动，以排队系统内的空气。调整两端密封圈，使松紧合适，保证活塞杆能来回用手拉动，试车时无泄漏即可。校直活塞杆，修整活塞。活塞杆两端螺母不宜拧得太紧，一般用手旋紧即可，以保证活塞杆处于自然(zrn)状态。珩磨或研磨修复液压缸，然后根据修磨后的孔径配活塞。检查后，重新安装和校正。调整执行机构运动副的润滑油量，保持适量润滑。第46页/共49页第四十六页，共50页。二、推力不足或工作速度逐渐下降甚至停止：1、可能的原因液压缸和活塞配合间隙过大或因密封圈磨损而引起很大间隙，造成活塞两端高、低压油互通而速度下降。由于工作时经常用工作行程的某一段，造成液压缸孔径局部有腰鼓形，使液压缸两端高、低压油互通。活塞杆弯曲。液压缸两端活塞杆处的密封元件(yunjin)压得过紧。液压油中杂质过多，使活塞卡信。油温过高使油液黏度下降，泄漏增加。执行件导轨润滑不良。也有可能因泵供油压力不足引起。第47页/共49页第四十七页，共50页。2、排除的方法修复或更换以达到配合间隙(jin x)要求，更换密封圈。修复缸体孔径，达到要求后配制活塞。校直活塞杆。适当放松压盖的紧固螺钉，以不漏油为准（允许少有渗油）。清洗各部分，过滤或更换液压油，修理被卡表面。分析发热原因并设法降低发热量。调整润滑油的供应量，使润滑良好。检查泵的吸油和出油情况。第48页/共49页第四十八页，共50页。谢谢您的观看(gunkn)！第49页/共49页第四十九页，共50页。NoImage内容(nirng)总结液压缸。差动液压缸：采用差动连接的单杆活塞缸。压力能往复运动机械能回转运动机械能。特点：节流口面积随缓冲行程增大而减小，缓冲腔内的压力几乎保持不变。()=b/n。活塞杆长度根据缸筒长度而定。直径强度校核：d4F/()1/2。修复或更换(gnhun)以达到配合间隙要求，更换(gnhun)密封圈。第48页/共49页。谢谢您的观看第五十页，共50页。