液壓缸結(jié)構(gòu)與原理

液壓缸液壓缸結(jié)構(gòu)與原理液壓缸結(jié)構(gòu)與原理液壓缸結(jié)構(gòu)與原理液壓缸結(jié)構(gòu)與原理液壓缸結(jié)構(gòu)與原理液壓缸結(jié)構(gòu)與原理液壓缸結(jié)構(gòu)與原理液壓缸結(jié)構(gòu)與原理液壓缸結(jié)構(gòu)與原理液壓缸結(jié)構(gòu)與原理液壓缸結(jié)構(gòu)與原理液壓缸結(jié)構(gòu)與原理液壓缸結(jié)構(gòu)與原理液壓缸結(jié)構(gòu)與原理液壓缸結(jié)構(gòu)與原理液壓缸結(jié)構(gòu)與原理液壓缸結(jié)構(gòu)與原理液壓缸結(jié)構(gòu)與原理液壓缸結(jié)構(gòu)與原理液壓缸結(jié)構(gòu)與原理液壓缸結(jié)構(gòu)與原理液壓缸結(jié)構(gòu)與原理液壓缸結(jié)構(gòu)與原理液壓缸結(jié)構(gòu)與原理液壓缸結(jié)構(gòu)與原理液壓缸結(jié)構(gòu)與原理液壓缸結(jié)構(gòu)與原理液壓缸結(jié)構(gòu)與原理液壓缸結(jié)構(gòu)與原理液壓缸結(jié)構(gòu)與原理液壓缸結(jié)構(gòu)與原理液壓缸結(jié)構(gòu)與原理液壓缸結(jié)構(gòu)與原理液壓缸結(jié)構(gòu)與原理液壓缸結(jié)構(gòu)與原理液壓缸結(jié)構(gòu)與原理液壓缸結(jié)構(gòu)與原理液壓缸結(jié)構(gòu)與原理液壓缸結(jié)構(gòu)與原理液壓缸結(jié)構(gòu)與原理液壓缸結(jié)構(gòu)與原理液壓缸結(jié)構(gòu)與原理液壓缸結(jié)構(gòu)與原理液壓缸結(jié)構(gòu)與原理液壓缸結(jié)構(gòu)與原理液壓缸結(jié)構(gòu)與原理液壓缸結(jié)構(gòu)與原理第４章液壓缸

液壓缸是完成往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行元件，它是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，其輸入?yún)?shù)主要是壓力和流量，輸出參數(shù)主要是力和位移。液壓缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，應(yīng)用廣泛。第４章液壓缸液壓缸結(jié)構(gòu)與原理第４章液壓缸

液壓缸的類型較多，按其作用方式分類，可分為單作用式和雙作用式兩大類。單作用式液壓缸在液壓力作用下只能朝著—個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，其反向運(yùn)動(dòng)需要依靠重力或彈簧等外力實(shí)現(xiàn)。雙作用式液壓缸依靠液壓力可實(shí)現(xiàn)正、反兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。

液壓缸按其結(jié)構(gòu)形式的不同，可分為活塞式、柱塞式，擺動(dòng)式、伸縮式等形式，其中以活塞式液壓缸應(yīng)用最多。

活塞式液壓缸有雙桿活塞缸和單桿活塞缸兩種結(jié)構(gòu)。雙桿活塞缸的兩端都有活塞桿伸出，按其安裝方式的不同，有缸固定和桿固定兩種。4.1.1活塞式液壓缸4.1液壓缸的類型與特點(diǎn)1.雙桿活塞缸液壓缸結(jié)構(gòu)與原理第４章液壓缸⑴

雙桿活塞缸采用缸固定如圖4-1所示，液壓缸的缸筒1、活塞2、活塞桿3和工作臺(tái)4，工作臺(tái)與活塞桿連接成一體。若油液進(jìn)入液壓缸的左腔，液壓缸右腔的油液回油箱，則在油液壓力的作用下，活塞連同工作臺(tái)一起向右運(yùn)動(dòng)。若改變油液進(jìn)、出液壓缸的方向，則液壓缸及工作臺(tái)一起向左運(yùn)動(dòng)，圖中虛線位置。從圖4-1可知，雙桿活塞缸采用缸固定其工作臺(tái)的最大活動(dòng)范圍約為活塞有效行程的三倍。因此這種安裝方式占地面積較大，常用于小型機(jī)床設(shè)備。圖4-1雙桿活塞缸采用缸固定1－缸筒2－活塞3－活塞桿4－工作臺(tái)液壓缸結(jié)構(gòu)與原理第４章液壓缸液壓缸結(jié)構(gòu)與原理第４章液壓缸⑵

雙桿活塞缸采用桿固定如圖4-2所示，圖4-2a中，活塞桿3為實(shí)心并且固定，缸筒1和工作臺(tái)4連接在一起，若油液進(jìn)入液壓缸的左腔，液壓缸的右腔回油箱，則在油液壓力的作用下，缸筒和工作臺(tái)一起向左運(yùn)動(dòng)。但是，由于缸筒是運(yùn)動(dòng)的，與其相連的進(jìn)、出油管需要采用軟管連接。為了避免油管運(yùn)動(dòng)，可將活塞桿做成空心的，如圖4-2b所示，此時(shí)油管與活塞桿相連。從圖4-2可以看出，這種活塞缸工作臺(tái)的最大活動(dòng)范圍約為液壓缸有效行程的兩倍，因此占地面積較小，適用于中型及大型機(jī)床。液壓缸結(jié)構(gòu)與原理第４章液壓缸圖4-2雙桿活塞缸采用桿固定a)實(shí)心雙桿式b)空心雙桿式1－缸筒2－活塞3－活塞桿4－工作臺(tái)a)

b)

液壓缸結(jié)構(gòu)與原理第４章液壓缸液壓缸結(jié)構(gòu)與原理第４章液壓缸

⑶

雙桿活塞缸的推力及速度的計(jì)算，一般情況下兩個(gè)活塞桿的直徑相等，當(dāng)液壓缸一腔進(jìn)油而另一腔回油時(shí)，兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)速度和推力是相等的。當(dāng)油液的輸入流量為q、輸入壓力為p1和輸出壓力為p2時(shí)，液壓缸的推力F和速度v分別為：(4-1)(4-2)式中A——活塞的有效工作面積，A=π(D2-d2)/4；

p1——液壓缸的進(jìn)油腔壓力；

p2——液壓缸的回油腔壓力，若液壓缸的出口直接接油箱，p2≈0；

D——活塞的直徑；d——活塞桿的直徑；

F——液壓缸的推力；v——液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度；

q——輸入液壓缸的流量。液壓缸結(jié)構(gòu)與原理第４章液壓缸

(4-3)式中Al——無(wú)桿腔的有效工作面積，A1=πd2/4；

。

2.單桿活塞缸

單桿活塞缸也有缸固定式和桿固定式兩種安裝方式，無(wú)論是缸固定還是桿固定，其工作臺(tái)的最大活動(dòng)范圍約為活塞有效工作行程的兩倍。單桿活塞缸左右兩腔的有效工作面積不相等，因此，兩個(gè)方向產(chǎn)生的推力和速度也都不相等。下面以缸固定式為例分別予以討論。⑴無(wú)桿腔進(jìn)油，如圖4-3a所示，液壓油從無(wú)桿腔進(jìn)入，其進(jìn)油壓力為p1、流量為q，有桿腔回油，其回油壓力為p２，推動(dòng)活塞向右運(yùn)動(dòng)，則液壓缸產(chǎn)生的推力F1和速度v1為：

(4-4)A2——有桿腔的有效工作面積，A2=(4-3)液壓缸結(jié)構(gòu)與原理第４章液壓缸a)

b)

c)a)無(wú)桿腔進(jìn)油b)有桿腔進(jìn)油c)差動(dòng)連接圖4-3單桿活塞缸液壓缸結(jié)構(gòu)與原理第４章液壓缸液壓缸結(jié)構(gòu)與原理第４章液壓缸液壓缸結(jié)構(gòu)與原理第４章液壓缸液壓缸結(jié)構(gòu)與原理第４章液壓缸

，如圖4-3b所示，液壓油從有桿腔進(jìn)入，其壓力為p1、流量為q，無(wú)桿腔回油，其壓力為p2，推動(dòng)活塞向左運(yùn)動(dòng)。則液壓缸產(chǎn)生的推力F2和速度v2為：

(4-5)(4-6)如果把兩個(gè)方向上輸出速度v2和v1的比值稱為速比系數(shù)，并記作，則(4-7)

故活塞桿直徑越小，速比系數(shù)越小，活塞在兩個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)速度差值越小。⑵有桿腔進(jìn)油液壓缸結(jié)構(gòu)與原理第４章液壓缸

，當(dāng)單桿活塞缸左右兩腔相互接通并同時(shí)輸入液壓油時(shí)，稱為“差動(dòng)連接”。采用差動(dòng)連接的液壓缸稱為差動(dòng)液壓缸。如圖4-3c所示，假設(shè)液壓缸固定，因差動(dòng)液壓缸無(wú)桿腔的液壓力大于有桿腔的液壓力，故活塞向右移動(dòng)，同時(shí)使有桿腔的油液流入無(wú)桿腔，此時(shí)液壓缸產(chǎn)生的推力F3和速度v3為：(4-8)(4-9)

若將F1、F2、F3和v1、v2、v3分別比較便可看出：Fl＞F2、F3，v1＜v2、v3，即無(wú)桿腔進(jìn)油時(shí)產(chǎn)生的推力大、速度低；差動(dòng)連接和有桿腔進(jìn)油時(shí)產(chǎn)生的推力小、速度高。所以，單桿活塞缸常用在“快進(jìn)(差動(dòng)連接)→工進(jìn)(無(wú)桿腔進(jìn)油)→快退(有桿腔進(jìn)油)”的液壓系統(tǒng)中。如果要求v2=v3時(shí)，可得：d=0.707D。上述活塞缸都是雙作用式的，雙桿活塞缸在機(jī)床中應(yīng)用較多，單桿活塞缸則廣泛地應(yīng)用于各種工程機(jī)械中。⑶

液壓缸的差動(dòng)連接液壓缸結(jié)構(gòu)與原理第４章液壓缸a)

b)

圖4-4柱塞缸a)單向液壓驅(qū)動(dòng)b)雙向液壓驅(qū)動(dòng)1－柱塞2－缸筒3－工作臺(tái)

柱塞式液壓缸如圖4-4a所示，圖中柱塞1，缸筒2，工作臺(tái)3。這是—種單作用式液壓缸。其柱塞1和缸筒2不直接接觸，運(yùn)動(dòng)時(shí)由缸蓋上的導(dǎo)向套來(lái)導(dǎo)向，因此缸筒內(nèi)壁只需粗加工，而柱塞為外圓表面容易加工，故加工工藝性好。它特別適用于行程較長(zhǎng)的場(chǎng)合，如龍門刨床。此外，常應(yīng)用于液壓升降機(jī)、自卸卡車、叉車和軋機(jī)平衡系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的雙向運(yùn)動(dòng)，柱塞缸可成對(duì)反向布置，如圖4-4b所示。4.1.2柱塞式液壓缸液壓缸結(jié)構(gòu)與原理第４章液壓缸液壓缸結(jié)構(gòu)與原理第４章液壓缸液壓缸結(jié)構(gòu)與原理第４章液壓缸柱塞缸產(chǎn)生的推力F和運(yùn)動(dòng)速度v分別為

(4-10)(4-11)式中A——柱塞缸的有效工作面積，A=πd2/4；

p——液壓缸的進(jìn)油壓力；

d——柱塞的直徑；

F——液壓缸的推力；

v——液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度；

q——輸入液壓缸的流量。液壓缸結(jié)構(gòu)與原理第４章液壓缸ω=

擺動(dòng)式液壓缸又稱為擺動(dòng)式液壓馬達(dá)，其輸出運(yùn)動(dòng)為擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，輸出參數(shù)為轉(zhuǎn)矩和角速度。如圖4-5所示，其主要由缸筒1、葉片軸2、定位塊3和葉片4等組成。圖4-5a為單葉片式擺動(dòng)缸，其擺動(dòng)角度可達(dá)300°。它的理論輸出轉(zhuǎn)矩T和角速度ω分別為：T=(4-13)(4-12)式中R1——葉片軸半徑；

R2——缸筒半徑；

b——葉片寬度4.1.3擺動(dòng)式液壓缸液壓缸結(jié)構(gòu)與原理第４章液壓缸a)b)圖4-5擺動(dòng)缸a)單葉片式b)雙葉片式1－缸筒2－葉片軸3－定位塊4－葉片

圖4-5b為雙葉片式擺動(dòng)缸。其擺角最大可達(dá)150°。它的理論輸出轉(zhuǎn)矩是單葉片式的兩倍，在同等輸入流量下的角速度則是單葉片式的—半。擺動(dòng)式液壓缸的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，但加工制造比較復(fù)雜。在機(jī)床上，可用于回轉(zhuǎn)夾具、送料裝置、間歇進(jìn)刀機(jī)構(gòu)等；在液壓挖掘機(jī)、裝載機(jī)上，可用于鏟斗的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。液壓缸結(jié)構(gòu)與原理第４章液壓缸p2=p1(D/d)2=Kp1(4-l4)式中K——增壓比，K=(D/d)2。4.1.4其他液壓缸1.增壓缸增壓缸也叫增壓器

在液壓系統(tǒng)不增加高壓能源的情況下，采用增壓缸可以獲得比液壓系統(tǒng)能源壓力高得多的油液壓力。圖4-6為一增壓缸，它是利用大小活塞的有效工作面積之比來(lái)使液壓系統(tǒng)中局部區(qū)域獲得高壓的。當(dāng)活塞缸左腔輸入的油液壓力為p1，右腔輸出的油液壓力為p2，大活塞直徑為D，小活塞直徑為d時(shí)，則有液壓缸結(jié)構(gòu)與原理第４章液壓缸圖4-6增壓缸圖4-7伸縮缸2.伸縮式液壓缸

伸縮式液壓缸又稱為多級(jí)液壓缸，是由兩個(gè)或多個(gè)活塞套裝而成的，如圖4-7所示，它是把活塞桿作成前一級(jí)的缸筒，伸出時(shí)活塞按有效工作面積由大到小依次伸出，可獲得很長(zhǎng)的工作行程，縮回時(shí)活塞由小到大依次縮回，長(zhǎng)度則較短，故結(jié)構(gòu)較緊湊。由于各級(jí)活塞的有效工作面積不同，在輸入油液壓力和流量不變的情況下，液壓缸的推力和速度是分級(jí)變化的，伸出時(shí)，先動(dòng)作的活塞速度低、推力大，后動(dòng)作的推力小、速度高。伸縮式液壓缸常用于工程機(jī)械(如翻斗汽車，起重機(jī)等)和農(nóng)業(yè)機(jī)械上。液壓缸結(jié)構(gòu)與原理第４章液壓缸液壓缸結(jié)構(gòu)與原理第４章液壓缸液壓缸結(jié)構(gòu)與原理第４章液壓缸3.齒條活塞缸

齒條活塞缸如圖4-8所示，它是由兩個(gè)活塞缸和一套齒條齒輪傳動(dòng)裝置組成。當(dāng)液壓油進(jìn)入液壓缸左腔，右腔回油時(shí)，油液壓力產(chǎn)生的推動(dòng)使活塞向右移動(dòng)，活塞桿上的齒條便推動(dòng)齒輪作逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)油路換向時(shí)，則齒輪反向轉(zhuǎn)動(dòng)。齒條活塞缸常用于組合機(jī)床的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、回轉(zhuǎn)夾具及數(shù)控機(jī)床機(jī)械手的轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)等。圖4-8齒條缸圖4-9多位液壓缸液壓缸結(jié)構(gòu)與原理第４章液壓缸液壓缸結(jié)構(gòu)與原理第４章液壓缸4.多位液壓缸多位液壓缸一般為雙桿活塞缸，且左右活塞桿直徑相等，缸筒兩端開(kāi)有a、b兩個(gè)進(jìn)油口，以及C1、C2、C3、C4、C5等回油口，每個(gè)回油口均可通過(guò)換向閥與油箱通斷。如圖4-9所示，若所有回油口均與油箱斷開(kāi)，此時(shí)液壓缸兩腔同時(shí)進(jìn)油并且壓力相等，則液壓缸左右腔液壓力相等，活塞不動(dòng)并停留在原虛線位置。若將回油口C4與油箱接通，則液壓缸右腔油液通過(guò)C4回油箱，右腔壓力迅速降低，在液壓力的作用下活塞右移，直至堵住油口C4，此時(shí)兩腔液壓力再次相等，活塞不動(dòng)。因此，該液壓缸能夠按要求停留在所需的位置上，在加工中可用于多工位、不等距離的送料機(jī)構(gòu)。液壓缸結(jié)構(gòu)與原理第４章液壓缸

由于液壓缸的行程和使用條件的限制，液壓缸往往需要自行設(shè)計(jì)，由專業(yè)廠家制造。設(shè)計(jì)液壓缸所需的原始資料主要有負(fù)載大小、運(yùn)動(dòng)速度和行程長(zhǎng)短以及液壓缸的結(jié)構(gòu)形式和安裝要求等。因此，設(shè)計(jì)時(shí)必須首先對(duì)整個(gè)液壓系統(tǒng)進(jìn)行工況分析，編制負(fù)載圖，選定工作壓力，確定液壓缸的結(jié)構(gòu)類型、行程和液壓缸的主要尺寸。最后再進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確定缸筒壁厚，驗(yàn)算活塞桿強(qiáng)度和穩(wěn)定性，驗(yàn)算螺栓強(qiáng)度等。4.2液壓缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算液壓缸結(jié)構(gòu)與原理第４章液壓缸當(dāng)有桿腔進(jìn)油驅(qū)動(dòng)負(fù)載時(shí)：

1.

大型動(dòng)力設(shè)備(如組合機(jī)床、拉床、壓力機(jī)等)

由液壓缸的推力公式：F=pA，其工作壓力p可以參見(jiàn)表4-1和表4-2，通過(guò)類比法確定，或通過(guò)試驗(yàn)法獲得。然后根據(jù)進(jìn)油情況進(jìn)行計(jì)算，D=(4-15)當(dāng)無(wú)桿腔進(jìn)油驅(qū)動(dòng)負(fù)載時(shí)：D=

(4-16)式中λ——活塞桿的直徑d與液壓缸內(nèi)徑D的比值，d=λD，其取值范圍可見(jiàn)表4-3。4.2.1液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d的確定液壓缸結(jié)構(gòu)與原理第４章液壓缸液壓缸壓力與負(fù)載的關(guān)系負(fù)載F/kN＜55～1010～2020～3030～50＞50工作壓力p/MPa＜0.8～11.5～22.5～33～44～67～10表4-2各類設(shè)備液壓缸常用的壓力設(shè)備類型磨床車、銑、鉆、鏜床組合機(jī)床龍門刨床拉床農(nóng)業(yè)機(jī)械小型工程機(jī)械液壓機(jī)、重型機(jī)械起重運(yùn)輸機(jī)械工作壓力p/MPa0.8～22～43～52～88～1010～1620～32表4-3系數(shù)λ的推薦值活塞桿受力情況受拉時(shí)受壓時(shí)工作壓力p/MPa不限＜55～7＞7λ0.3～0.450.5～0.550.6～0.70.7表4-1液壓缸結(jié)構(gòu)與原理第４章液壓缸2.

小型動(dòng)力設(shè)備(如磨床、研磨機(jī)床等)

由于按上述方法求解出的數(shù)值較小，故一般按結(jié)構(gòu)需要先確定活塞桿直徑d。再按照速比公式(4-7)計(jì)算液壓缸內(nèi)徑D:(4-17)

注意：計(jì)算得出的D、d須圓整并取標(biāo)準(zhǔn)值(見(jiàn)表4-4、表4-5)，以便于零件互換。同時(shí)，對(duì)于受載時(shí)速度較低的液壓缸要驗(yàn)算最小穩(wěn)定速度，不能保證的要適當(dāng)增大液壓缸內(nèi)徑。液壓缸結(jié)構(gòu)與原理第４章液壓缸810121620253240506380100125160200250320400456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360400液壓缸缸筒內(nèi)徑尺寸系列(D/mm)表4-5液壓缸活塞桿直徑尺寸系列(d/mm)表4-4液壓缸結(jié)構(gòu)與原理第４章液壓缸

液壓缸缸筒的長(zhǎng)度由最大工作行程和結(jié)構(gòu)確定。通常：L=活塞最大行程l+活塞長(zhǎng)度B+活塞桿導(dǎo)向長(zhǎng)度l1+活塞桿密封長(zhǎng)度l2+其他長(zhǎng)度。其中：活塞長(zhǎng)度B=(0.6～1)D；活塞桿導(dǎo)向長(zhǎng)度l1=(0.6～1.5)d；其他長(zhǎng)度是指一些特殊裝置所需長(zhǎng)度，例如液壓缸兩端緩沖裝置所需長(zhǎng)度等。一般缸筒長(zhǎng)度最好不大于其內(nèi)徑的20～30倍。4.2.2.液壓缸缸筒長(zhǎng)度L的確定液壓缸結(jié)構(gòu)與原理第４章液壓缸

在中、低壓液壓系統(tǒng)中，液壓缸缸筒的壁厚由結(jié)構(gòu)工藝要求決定，強(qiáng)度一般都滿足，故通常不須驗(yàn)算。當(dāng)液壓缸工作壓力較高或缸筒內(nèi)徑較大時(shí)，需對(duì)其最薄處的壁厚進(jìn)行強(qiáng)度校核。校核方法為：當(dāng)D/δ≥10時(shí)，可按薄壁圓筒公式校核，即當(dāng)D/δ＜10時(shí)，可按厚壁圓筒公式校核，即δ≥(4-18)δ≥(4-19)4.2.3.缸筒壁厚的確定與校核液壓缸結(jié)構(gòu)與原理第４章液壓缸式中δ——缸筒壁厚；

D——缸筒內(nèi)徑(或活塞直徑)；

py——缸筒試驗(yàn)壓力,一般比最大工作壓力高20%～30%；［σ］——缸筒材料的許用應(yīng)力，［σ］=σb/s，σb為材料抗拉強(qiáng)度(查有關(guān)手冊(cè))，s為安全系數(shù)，一般取s=3.5～5。應(yīng)當(dāng)注意：算出的壁厚—般還要根據(jù)無(wú)縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)或有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)作適當(dāng)?shù)男拚?。液壓缸結(jié)構(gòu)與原理第４章液壓缸

1.強(qiáng)度校核

活塞桿強(qiáng)度按下式校核d≥(4-20)式中d——活塞桿直徑；

F——液壓缸負(fù)載；

[σ]——活塞桿材料的許用應(yīng)力，[σ]=σb／s，σb為材料抗拉強(qiáng)度，s為安全系數(shù)，一般取s≥1.4。2.穩(wěn)定性驗(yàn)算

對(duì)于長(zhǎng)度與直徑之比大于15的受壓活塞桿，應(yīng)按材料力學(xué)公式進(jìn)行穩(wěn)定性校核計(jì)算：即活塞桿所能承受的負(fù)載F，應(yīng)小于使它保持工作穩(wěn)定的臨界負(fù)載Fk。Fk的值與活塞桿材料的性質(zhì)、截面形狀、直徑和長(zhǎng)度、以及液壓缸的安裝方式等因素有關(guān)，可參考材料力學(xué)中的有關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算。4.2.4.活塞桿的強(qiáng)度和穩(wěn)定性校核液壓缸結(jié)構(gòu)與原理第４章液壓缸

缸筒與端蓋的連接方法很多，其中以螺栓連接應(yīng)用最廣。當(dāng)缸筒與缸蓋采用法蘭連接時(shí)，要驗(yàn)算連接螺栓的強(qiáng)度。根據(jù)受軸向工作載荷的緊螺栓連接強(qiáng)度校核公式：d≥(4-21)式中F——液壓缸負(fù)載；

K——螺紋擰緊系數(shù),K=1.25～1.5；

Z——螺栓個(gè)數(shù)；

[σ]——螺栓材料的許用應(yīng)力，[σ]=σs／s，σs為材料的屈服極限(查有關(guān)手冊(cè))，s為安全系數(shù)，一般取s=1.2～2.5。4.2.5螺栓強(qiáng)度的校核液壓缸結(jié)構(gòu)與原理第４章液壓缸

單桿活塞缸結(jié)構(gòu)如圖4-10所示，它主要應(yīng)用于機(jī)床上，其結(jié)構(gòu)由缸筒、端蓋、活塞、活塞桿等主要部分組成。缸筒11和前后端蓋2、17用四個(gè)拉桿和螺栓1緊固連成一體?；钊?通過(guò)半環(huán)6、軸套5和軸用擋圈4構(gòu)成的半環(huán)連接固定在活塞桿12上，這種連接方式工作可靠。為了保證形成的油腔具有可靠的密封和防止泄漏，在前后端蓋和缸筒之間、缸筒和活塞之間、活塞和活塞桿之間及活塞桿與后端蓋之間都分別設(shè)置了相應(yīng)的密封圈3、7、8和15。為了防止活塞桿在運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生軸線偏斜，后端蓋和活塞桿之間還裝有導(dǎo)向套14，同時(shí)安裝防塵圈16，目的是防止臟物和灰塵進(jìn)入液壓缸內(nèi)部。緩沖套10可以使活塞及活塞桿在右移行程終端處減速，以防止或減弱活塞對(duì)端蓋的撞擊。端蓋上開(kāi)設(shè)的油口布置在缸筒的最上方，以便于回油時(shí)將油液中夾雜的少量空氣帶回油箱溢出。4.3.1液壓缸的典型結(jié)構(gòu)4.3液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)液壓缸結(jié)構(gòu)與原理第４章液壓缸1－螺栓2－前端蓋3、8－O形密封圈4－軸用擋圈5－軸套6－半環(huán)

7、15－Y形密封圈9－活塞10－緩沖套11－缸筒12－活塞桿

13－進(jìn)出油口14－導(dǎo)向套16－防塵圈17－后端蓋圖4-10單桿活塞缸結(jié)構(gòu)圖液壓缸結(jié)構(gòu)與原理第４章液壓缸

從上面的例子可以看到，液壓缸的結(jié)構(gòu)基本上由缸筒組件、活塞組件、密封裝置、緩沖裝置和排氣裝置等五大部分組成。缸筒組件包括缸筒和前后端蓋。這一部分的結(jié)構(gòu)問(wèn)題主要是缸筒和端蓋的連接形式。缸筒與端蓋連接的各種典型結(jié)構(gòu)如圖4-11所示，各種連接具備不同的特點(diǎn)。圖4-11a為焊接連接，用于永久連接的場(chǎng)合，連接強(qiáng)度高，但易產(chǎn)生焊接變形，所以多用于較短的液壓缸。圖4-11b為法蘭連接，這種結(jié)構(gòu)易于加工和裝配，但外形尺寸較大，一般用于鑄鐵材料的缸筒。圖4-11c為螺紋連接，這種連接方式具有重量輕，外徑尺寸小等優(yōu)點(diǎn)，但端部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝要求較高。圖4-11d為半環(huán)連接，這種連接方式加工和裝配方便，但開(kāi)槽削弱了缸筒的強(qiáng)度。一般用于無(wú)縫鋼管材料的缸筒。圖4-11e為拉桿連接，用四根拉桿將前、后端蓋和缸筒緊固，徑向尺寸大，這種連接通常只用于較短的液壓缸。4.3.2液壓缸的組成1.缸筒組件液壓缸結(jié)構(gòu)與原理第４章液壓缸a)焊接式b)法蘭式c)螺紋式d)半環(huán)式e)拉桿式圖4-11缸筒與端蓋連接形式液壓缸結(jié)構(gòu)與原理第４章液壓缸2.活塞組件

活塞組件由活塞和活塞桿及連接件等組成。根據(jù)工作壓力、安裝固定方式及工作條件的不同，活塞和活塞桿的連接方法主要采用如圖4-12所示，圖4-12a為整體式，將活塞和活塞桿做成整體結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單、可靠，但加工比較復(fù)雜，常用于小直徑的液壓缸中。圖4-12b為錐銷連接，這種連接形式加工裝配方便，一般用于輕載場(chǎng)合的雙桿活塞缸。圖4-12c為螺紋連接，這種連接形式在機(jī)床上應(yīng)用較多。但這種結(jié)構(gòu)由于螺紋會(huì)使活塞桿強(qiáng)度削弱，因此不適用于高壓系統(tǒng)，常用于單桿活塞缸。圖4-12d為焊接式連接，這種連接形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但易變形。圖4-12e為半環(huán)連接，這種連接形式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝拆不便，但工作可靠，適用于高壓系統(tǒng)。液壓缸結(jié)構(gòu)與原理第４章液壓缸a)b)c)d)e)a)整體式b)錐銷式c)螺紋式d)焊接式e)半環(huán)式圖4-12活塞與活塞桿的連接形式液壓缸結(jié)構(gòu)與原理第４章液壓缸

液壓缸在工作時(shí)，由于壓差的作用以及元件配合存在著間隙，因此，為了減少油液泄漏，液壓缸需要密封。液壓缸的端蓋和缸筒、活塞和活塞桿需要靜密封，一般采用“O”形密封圈。液壓缸的活塞與缸筒、活塞桿與端蓋需要?jiǎng)用芊猓话悴捎谩癥”、“V”形密封圈。密封裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及選用詳見(jiàn)第六章。液壓缸的泄漏有內(nèi)泄漏和外泄漏。內(nèi)泄漏是液壓缸內(nèi)部油液高壓區(qū)向低壓區(qū)的泄漏，內(nèi)泄漏將使油液發(fā)熱、液壓缸的容積效率降低。外泄漏是液壓缸內(nèi)部油液向大氣中泄漏，外泄漏不但使油液損失影響環(huán)境，而且有著火的危險(xiǎn)。液壓缸設(shè)置緩沖裝置可以使活塞部件行程至末端時(shí)減速并使速度接近于零，以便減少活塞運(yùn)動(dòng)部件的慣性力，減輕活塞與端蓋之間的機(jī)械撞擊，從而減少噪聲和振動(dòng)，防止液壓缸損壞。4.緩沖裝置3.密封裝置液壓缸結(jié)構(gòu)與原理第４章液壓缸

緩沖裝置的工作原理是在活塞運(yùn)動(dòng)至接近缸蓋時(shí)，使低壓腔內(nèi)油液通過(guò)節(jié)流裝置來(lái)使活塞降速，從而達(dá)到緩沖的效果。如圖4-13所示，圖4-13a為圓柱環(huán)狀間隙式緩沖裝置，當(dāng)緩沖柱塞進(jìn)入缸蓋上的內(nèi)孔時(shí)，油液必須通過(guò)柱塞與端蓋之間的環(huán)狀配合間隙排出，從而使活塞速度降低。由于環(huán)狀配合間隙是不變的，因此隨著活塞運(yùn)動(dòng)速度的降低，其緩沖效果逐漸減弱。圖4-13b為圓錐環(huán)狀間隙式緩沖裝置，由于柱塞與端蓋之間的配合間隙隨緩沖柱塞的深入而逐漸減小，故緩沖效果較好。圖4-13c為節(jié)流口可調(diào)式緩沖裝置，當(dāng)緩沖柱塞進(jìn)入配合孔后，油液回油必須經(jīng)過(guò)節(jié)流閥才能排出，由于節(jié)流閥1是可調(diào)的，故緩沖作用也可調(diào)，但仍不能解決速度減低后緩沖作用減弱的缺點(diǎn)。圖4-13d為節(jié)流口可變式緩沖裝置，在緩沖柱塞上開(kāi)有三角溝槽，其節(jié)流孔通流斷面越來(lái)越小，解決了在行程最后階段緩沖作用過(guò)弱的問(wèn)題，同時(shí)沖擊壓力小，制動(dòng)位置精度高。液壓缸結(jié)構(gòu)與原理第４章液壓缸a)b)a)圓柱環(huán)狀間隙b)圓錐環(huán)狀間隙c)節(jié)流口可調(diào)式d)節(jié)流口可變式1－節(jié)流閥2－單向閥c)d)

必須指出，上述緩沖裝置，只能在液壓缸行程至端蓋時(shí)才起緩沖作用，當(dāng)執(zhí)行元件在中間行程位置運(yùn)動(dòng)停止時(shí)，上述緩沖裝置不起作用，這時(shí)可通過(guò)在回油路上設(shè)置背壓閥來(lái)解決。圖4-13液壓缸的緩沖裝置液壓缸結(jié)構(gòu)與原理第４章液壓缸

液壓缸內(nèi)最高部位常常會(huì)聚積空氣，這是由于液壓油中混有空氣，或者液壓缸長(zhǎng)期不用而空氣侵入液壓缸所致，空氣的存在會(huì)使液壓缸運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)，產(chǎn)生振動(dòng)或爬行。為此，設(shè)計(jì)液壓缸時(shí)要考慮空氣的排除。對(duì)于水平放置要求不高的液壓缸一般不設(shè)置專門的排氣裝置，可將進(jìn)出油口設(shè)置在缸筒兩端的最高處，利用回油使空氣隨油液一起排往油箱，再經(jīng)油箱排出。對(duì)速度穩(wěn)定性要求較高的液壓缸或大型液壓缸，需要在液壓缸兩側(cè)最高部位設(shè)置排氣裝置，如排氣孔或排氣閥。如圖4-14所示為常用排氣閥的典型結(jié)構(gòu)，兩種排氣閥都是在液壓缸排氣時(shí)打開(kāi)，排氣完畢后關(guān)閉。在上述五大組成部分中，有的可能在整個(gè)液壓系統(tǒng)中統(tǒng)一考慮，有的根據(jù)工作性質(zhì)、特點(diǎn)可能不需要設(shè)置，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意到這點(diǎn)5.排氣裝置液壓缸結(jié)構(gòu)與原理第４章液壓缸a)螺塞式b)鋼球式a)