第13講 液壓傳動(dòng)

液壓傳動(dòng)第五章液壓缸

本章提要

液壓缸的類型及特點(diǎn)液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算液壓缸的典型結(jié)構(gòu)液壓缸的密封要求：掌握液壓缸設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的主要問題，包括結(jié)構(gòu)類型的選擇和參數(shù)計(jì)算等，為液壓缸設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。本章教學(xué)內(nèi)容5.1液壓缸的類型及特點(diǎn)5.2液壓缸的結(jié)構(gòu)5.3液壓缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算本章小結(jié)習(xí)題

5.1液壓缸的類型及特點(diǎn)

液壓缸（油缸）主要用于實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，也可以實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)，其結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，應(yīng)用廣泛。輸入量：流量和壓力（液壓功率）輸出量：速度和力（機(jī)械功率）液壓缸壓力p流量Q

液壓功率作用力F速度V

機(jī)械功率注：液壓缸和液壓馬達(dá)都是液壓執(zhí)行元件，其職能是將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。

p1

p2

FVd

QA5.1液壓缸的類型及特點(diǎn)液壓缸的分類柱塞式液壓缸單作用

單桿液壓缸雙作用

雙桿液壓缸雙作用

按供油方向分：單作用缸和雙作用缸。按結(jié)構(gòu)形式分：活塞缸、柱塞缸、伸縮套筒缸、擺動(dòng)液壓缸。按活塞桿形式分：單活塞桿缸、雙活塞桿缸?；钊揭簤焊卓煞譃殡p桿式和單桿式兩種結(jié)構(gòu)形式，其安裝又有缸筒固定和活塞桿固定兩種方式。5.1.1.1雙桿活塞液壓缸雙活塞桿液壓缸的活塞兩端都帶有活塞桿，分為缸體固定和活塞桿固定兩種安裝形式，如圖3.1所示。(a)缸筒固定式

(b)活塞桿固定式

5.1.1活塞式液壓缸圖3.1活塞式液壓缸可分為雙桿式和單桿式兩種結(jié)構(gòu)形式，其安裝又有缸筒固定和活塞桿固定兩種方式。5.1.1.1雙桿活塞液壓缸雙活塞桿液壓缸的活塞兩端都帶有活塞桿，分為缸體固定和活塞桿固定兩種安裝形式，如圖3.1所示。(a)缸筒固定式

(b)活塞桿固定式

5.1.1活塞式液壓缸圖5.1因?yàn)殡p活塞桿液壓缸的兩活塞桿直徑相等，所以當(dāng)輸入流量和油液壓力不變時(shí)，其往返運(yùn)動(dòng)速度和推力相等。則缸的運(yùn)動(dòng)速度v和推力F分別為：（5.1）（5.2）式中:、——分別為缸的進(jìn)、回油壓力；——分別為缸的容積效率和機(jī)械效率；、、d——分別為活塞直徑和活塞桿直徑；q

——輸入流量；A——活塞有效工作面積。這種液壓缸常用于要求往返運(yùn)動(dòng)速度相同的場合。dD5.1.1.1雙桿活塞液壓缸5.1.1.2單活塞桿液壓缸單活塞桿液壓缸的活塞僅一端帶有活塞桿，活塞雙向運(yùn)動(dòng)可以獲得不同的速度和輸出力，其簡圖及油路連接方式如圖3.2所示。5.1.1活塞式液壓缸圖5.2Dd(a)無桿腔進(jìn)油Dd(b)有桿腔進(jìn)油無桿腔進(jìn)油

（5.3）（5.4）活塞的運(yùn)動(dòng)速度和推力分別為:

(a)無桿腔進(jìn)油Dd5.1.1.2單活塞桿液壓缸5.1.1活塞式液壓缸有桿腔進(jìn)油

活塞的運(yùn)動(dòng)速度和推力分別為:

（5.5）（5.6）(b)有桿腔進(jìn)油

Dd5.1.1.2單活塞桿液壓缸5.1.1活塞式液壓缸（5.7）上式表明：

當(dāng)活塞桿直徑愈小時(shí)，速度比接近1，在兩個(gè)方向上的速度差值就愈小。

5.1.1.2單活塞桿液壓缸5.1.1活塞式液壓缸比較上述各式，可以看出：v2>v1，F(xiàn)1>F2；液壓缸往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度比為：圖5.3差動(dòng)連接缸Q

vA1

vA2

v

D

d

A1A2Q

vA1

vA2

v

D

d

A1A2差動(dòng)連接5.1.1.2單活塞桿液壓缸5.1.1活塞式液壓缸兩腔的壓力相等，活塞兩側(cè)有效面積不等，活塞向右運(yùn)動(dòng)?；钊倪\(yùn)動(dòng)速度v：Q+vA2=vA1

活塞的輸出力為F：將往未差動(dòng)連接的無桿腔輸油的工況和差動(dòng)連接缸相比較，從公式可以看到，后者的速度較快，但輸出力較小。Q

vA1

vA2

v

D

d

A1A2差動(dòng)連接p5.1.1.2單活塞桿液壓缸5.1.1活塞式液壓缸

差動(dòng)液壓缸計(jì)算舉例

例5.1：已知單活塞桿液壓缸的缸筒內(nèi)徑D=100mm，活塞桿直徑d=70mm，進(jìn)入液壓缸的流量q=25L/min，壓力p1=2MPa，p2=0。液壓缸的容積效率和機(jī)械效率分別為0.98、0.97，試求在圖3.2(a)、(b)、(c)所示的三種工況下，液壓缸可推動(dòng)的最大負(fù)載和運(yùn)動(dòng)速度各是多少？并給出運(yùn)動(dòng)方向。

解：在圖3.2（a）中，液壓缸無桿腔進(jìn)壓力油，回油腔壓力為零，因此，可推動(dòng)的最大負(fù)載為：

液壓缸向左運(yùn)動(dòng)，容積效率v=1其運(yùn)動(dòng)速度為：在圖5.2(b)中，液壓缸為有桿腔進(jìn)壓力油，無桿腔回油壓力為零，可推動(dòng)的負(fù)載為：

液壓缸向左運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)速度為： 在圖3.2（c）中，液壓缸差動(dòng)連接，可推動(dòng)的負(fù)載力為：

液壓缸向左運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)速度為：

圖5.3柱塞式液壓缸當(dāng)活塞式液壓缸行程較長時(shí)，加工難度大，使得制造成本增加。某些場合所用的液壓缸并不要求雙向控制，柱塞式液壓缸正是滿足了這種使用要求的一種價(jià)格低廉的液壓缸。5.1.2柱塞式液壓缸如圖5.3(a)所示，柱塞缸由缸筒、柱塞、導(dǎo)套、密封圈和壓蓋等零件組成，柱塞和缸筒內(nèi)壁不接觸，因此缸筒內(nèi)孔不需精加工，工藝性好，成本低。5.1.2柱塞式液壓缸

圖5.3柱塞式液壓缸Q

Q

v

dd式中：d—柱塞直徑，p1—進(jìn)油壓力，p2—另一缸的回油壓力。

p1

p25.1.2柱塞式液壓缸柱塞式液壓缸是單作用的，它的回程需要借助自重或彈簧等其它外力來完成。如果要獲得雙向運(yùn)動(dòng)，可將兩柱塞液壓缸成對使用為減輕柱塞的重量，有時(shí)制成空心柱塞。5.1.3擺動(dòng)式液壓缸擺動(dòng)液壓缸能實(shí)現(xiàn)小于360°角度的往復(fù)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，由于它可直接輸出扭矩，故又稱為擺動(dòng)液壓馬達(dá)，主要有單葉片式和雙葉片式兩種結(jié)構(gòu)形式。圖5.4擺動(dòng)液壓缸圖5.4擺動(dòng)液壓缸單葉片擺動(dòng)液壓缸主要由定子塊、缸體2、擺動(dòng)軸3、葉片4、左右支承盤和左右蓋板等主要零件組成。定子塊固定在缸體上，葉片和擺動(dòng)軸固連在一起，當(dāng)兩油口相繼通以壓力油時(shí)，葉片即帶動(dòng)擺動(dòng)軸作往復(fù)擺動(dòng)。5.1.3擺動(dòng)式液壓缸缸體5.1.4伸縮式液壓缸

伸出

縮回

套筒活塞活塞伸縮式單作用缸伸縮式雙作用缸伸出BA二級活塞缸體兩端有進(jìn)、出油口A和B。當(dāng)A口進(jìn)油，B口回油時(shí)，先推動(dòng)一級活塞向左運(yùn)動(dòng)。一級活塞左行至終點(diǎn)時(shí)，二級活塞在壓力油的作用下繼續(xù)向左運(yùn)動(dòng)。

伸縮式液壓缸的特點(diǎn)是：活塞桿伸出的行程長，收縮后的結(jié)構(gòu)尺寸小，適用于翻斗汽車，起重機(jī)的伸縮臂等。5.1.4伸縮式液壓缸伸出BA二級活塞5.1.4伸縮式液壓缸齒條活塞缸由帶有齒條桿的雙作用活塞缸和齒輪齒條機(jī)構(gòu)組成，活塞往復(fù)移動(dòng)經(jīng)齒條、齒輪機(jī)構(gòu)變成齒輪軸往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)。圖5.6齒條活塞液壓缸的結(jié)構(gòu)圖1—緊固螺帽；2—調(diào)節(jié)螺釘；3—端蓋；4