流体传动与控制第4章解析.pps

液压缸是执行元件，是将液压泵提供的液压能转 变为机械能的能量转换装置，输出往复直线运动 第第4 4章章 液压缸液压缸 液压缸的分类 －按结构形式分： l 活塞缸（又分单杆活塞缸、双杆活塞缸） l 柱塞缸 l 复合式缸 －按作用方式分： l 单作用液压缸 l 双作用液压缸 4 4.1 .1 液压缸的类型及特点液压缸的类型及特点 柱塞式液压缸单活塞杆式液压缸 双活塞杆式液压缸 伸缩式液压缸 单作用式液压缸－油液只通缸的一腔，反方向运动 须靠外力（弹簧或自重）实现 单活塞杆式液压缸 双活塞杆式液压缸 伸缩式液压缸 双作用式液压缸－缸两个方向的运动都由液压油来 实现 增压缸 串联式液压缸 齿轮齿条式液压缸 其它液压缸 柱塞式液压缸 l 结构组成：缸筒，柱塞，导向套，密封圈 l 特点： －柱塞端面是承压面 －柱塞与缸筒无配合关系，缸筒内壁加工精度要求不高，成本低 －只能做单作用液压缸，要求往复运动时，需要成对使用 －柱塞受压，可以发挥材料的强度性能，但必须有足够的刚度 l 推力和运动速度计算 活塞式液压缸 1.单杆活塞式液压缸 图形符号 活塞杆 活塞 缸体 单杆活塞液压缸的运动速度和推力计算 无杆腔进油： 单杆活塞液压缸的运动速度和推力计算 有杆腔进油： 由于A1 ＞A2，故：v1 ＜v2，F1 ＞F2 特点和应用： －活塞伸出速度较大，推力较小。

－一般有v1v2v3，可用于“快进-工进-快退”的工况 若令：v2=v3， 则有： 单杆活塞液压缸的差动连接 q2=v3A2 q1 = v3A1= q＋ v3A2 l 缸筒固定 l 活塞杆固定 －两种固定方式的运动 范围均为活塞有效行程的 两倍 单杆活塞液压缸的固定方式 2.双杆活塞液压缸－结构 图形符号 双杆活塞液压缸的结构 双杆活塞液压缸的运动速度和推力计算 双杆活塞缸的安装方式 1）缸筒固定：运动范围是活塞有效行程L的三倍 2）活塞杆固定：运动范围是活塞有效行程L的两倍 3.伸缩式液压缸 l 结构 －由两个或多个活塞式缸套装而成 －前一级缸的活塞是后一级缸的缸筒 －伸出时，活塞杆由大到小依次伸出 －缩回时，则由小到大依次收回 l 特点 －可以获得较大的行程 －缩回后轴向尺寸较小 l 应用 －工程机械和自动线步进式输送装置 4.摆动液压缸 l 单叶片摆动缸：工作压力小于10MPa，摆动角度小于280° ，径向力不平衡 l 双叶片式摆动缸：回转角度一般小于120°，输出转矩较 大 其他液压缸及特点 1.串联液压缸（增力缸 ） l 输出力为两缸推力之和 其他液压缸及特点 2.增压液压缸 l 结构 －由活塞缸和柱塞缸组成 －只是一个增压器件 l 增压比 l 应用 －在需要局部高压的场合 其他液压缸及特点 3.齿条液压缸 l 结构 －由活塞缸和齿轮齿条机 构组成的复合缸 －将活塞的直线往复运动 转换为齿轮的旋转运动 l 应用 －机床进刀机构、回转工 作台、液压机械手等 1.液压缸典型结构 4.1.4 液压缸的典型结构和材料 1－缸底；2－弹簧挡圈；3－套环；4－卡环；5－活塞；6－O形密封圈； 7－支承环；8－挡圈；9－YX 形密封圈；10－缸体；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 l 缸体组件 l 活塞组件 l 密封组件 l 缓冲组件 l 排气组件 单杆活塞液压缸结构 缸体组件 l 缸体组件包括： －缸体、端盖、导向套、连接件等 l 缸筒与端盖的连接方式 －法兰连接 －螺纹连接 －半环连接 －拉杆连接 －焊接 缸体组件(2/4) （a）法兰式。

法兰式连接结构简单，加工方便，连 接可靠，但要求缸筒端部有足够的壁厚，用以安装 螺栓或旋入螺钉缸筒端部一般用铸造、镦粗或焊 接方式制成粗大的外径它是常用的一种连接形式 （b）半环式半环式连接分为外半环连接和内半环 连接两种形式半环连接工艺性好，连接可靠，结 构紧凑，但削弱了缸筒强度半环连接是应用十分 普遍的一种连接形式，常用于无缝钢管缸筒与端盖 的连接中 （c）螺纹式螺纹式连接有外螺纹连接和内螺纹连 接两种形式，其特点是体积小、质量小、结构紧凑 ，但缸筒端部结构较复杂这种连接形式一般用于 要求外形尺寸小、质量小的场合 缸体组件(3/4) （d）拉杆式拉杆式连接结构简单，工艺性好，通 用性强，但端盖的体积和质量较大，拉杆受力后会 拉伸变长，影响密封效果，只适用于长度不大的中 低压缸 （e）焊接式焊接式连接强度高，制造简单，但焊 接时易引起缸筒变形 缸筒与端盖的连接 缸体组件(4/4) （2）缸筒、端盖和导向套 缸筒是液压缸的主体，其内孔一般采用镗削 、铰孔、滚压或珩磨等精密加工工艺制造，要求 表面粗糙度Ra值为0.1～0.4 m，以使活塞及其 密封件、支承件能顺利滑动和保证密封效果，减 少磨损。

缸筒要承受很大的液压力，因此应具有 足够的强度和刚度 端盖装在缸筒两端，与缸筒形成封闭油腔， 同样承受很大的液压力，因此它们及其连接部件 都应有足够的强度设计时既要考虑强度，又要 选择工艺性较好的结构形式 导向套对活塞杆或柱塞起导向和支承作用， 有些液压缸不设导向套，直接用端盖孔导向，这 种结构简单，但磨损后必须更换端盖 活塞组件 l 活塞组件包括： －活塞、活塞杆、连接件等 l 活塞与活塞杆的连接方式 －整体式 －螺纹式 －半环式 －锥销式 －焊接 液压缸主要零件的材料 l 缸体材料 －机床用液压缸：多数采用高强度铸铁（HT200），压力 超过8MPa，采用无缝钢管 －工程机械用液压缸：可用35、45号无缝钢管 l 活塞 －整体式，多采用35、45钢 －装配式的，则用铸铁、耐磨铸铁或铝合金 l 活塞杆 －实心的活塞杆用35、45钢 －空心的用35、45钢的无缝钢管 液压缸的密封装置 液压缸密封装置类型 l 间隙密封 l 活塞环密封 l 密封圈密封 －O形密封圈 －Y形密封圈 －V形密封圈 －组合式密封 （1）间隙密封 间隙密封是一种常用的密封方法它依靠相对 运动零件配合面间的微小间隙来防止泄漏。

由第2章 中环形缝隙流量公式可知，泄漏量与间隙的三次方 成正比，因此可用减小间隙的办法来减小泄漏一 般间隙为0.01 ~ 0.05 mm，这就要求配合面加工有 很高的精度在活塞的外圆表面一般开几道宽0.3 ~ 0.5 mm，深0.5 ~ 1 mm、间距2 ~ 5 mm的环形沟槽 ，称平衡槽 3. 密封装置 间隙密封(2/2) 平衡槽的作用是： （a）由于活塞的几何形状和同轴度误差，工作中压 力油在密封间隙中的不对称分布将形成一个径向不 平衡力，称液压卡紧力，它使摩擦力增大开平衡 槽后，槽中各向油压趋于平衡，间隙的差别减小， 使活塞能够自动对中，减小了摩擦力，同时减小偏 心量，这样就减少了泄漏量 （b）增大油液泄漏的阻力，提高了密封性能 （c）储存油液，使活塞能自动润滑 间隙密封的特点是结构简单、摩擦力小、耐用 ，但对零件的加工精度要求较高，且难以完全消除 泄漏，故只适用于低压、小直径的快速液压缸中 活塞环密封(1/1) （2）活塞环密封 活塞环密封是依靠装在活塞环形槽内的弹性金 属环紧贴缸筒内壁实现密封它的密封效果较间隙 密封好，适应的压力和温度范围很宽，能自动补偿 磨损和温度变化的影响，能在高速中工作，摩擦力 小，工作可靠，寿命长，但在活塞环的接口处不能 完全密封。

活塞环的加工复杂，缸筒内表面加工精 度要求高，一般用于高压、高速和高温的场合 密封圈密封(1/5) （3）密封圈密封 （a）O形密封圈O形密封圈的截面为圆形， 主要用于静密封和滑动密封（转动密封用得较少） 其结构简单紧凑，摩擦力较其他密封圈小，安装 方便，价格便宜，可在－40 ℃～120 ℃温度范围内 工作但与唇形密封圈（如Y形圈）相比，其寿命 较短，密封装置机械部分的精度要求高，启动阻力 较大O形圈的使用速度范围为0.005 ~ 0.3 m/sO 形圈密封原理如图5.13所示 O形圈装入密封槽后，其截面受到压缩后变形 在无液压力时，靠O形圈的弹性对接触面产生预接触 压力，实现初始密封；当密封腔充入压力油后，在 液压力的作用下，O形圈挤向沟槽一侧，密封面上的 接触压力上升，提高了密封效果任何形状的密封 圈在安装时，必须保证适当的预压缩量预压缩量 过小不能密封，预压缩量过大则摩擦力增大，且易 于损坏，因此，安装密封圈的沟槽尺寸和表面精度 必须按有关手册给出的数据严格保证在动密封中 ，当压力大于10 MPa时，O形圈就会被挤入间隙中而 损坏，为此需在O形圈低压侧设置聚四氟乙烯或尼龙 制成的挡圈，其厚度为1.25 ~ 2.5 mm。

双向受高压 时，两侧都要加挡圈 密封圈密封(2/5) 密封圈密封(3/5) （b）V形密封圈V形圈的截面为V形如图5.15所 示的V形密封装置是由压环、V形圈（也称密封环） 和支承环组成当工作压力高于10 MPa时，可增加V 形圈的数量，提高密封效果安装时，V形圈的开口 应面向压力高的一侧 V形圈密封性能良好，耐高压，寿命长，通过调 节压紧力，可获得最佳的密封效果，但V形密封装置 的摩擦阻力及结构尺寸较大，主要用于活塞及活塞 杆的往复运动密封它适宜在工作压力为p ≤50 MPa、温度为－40℃ ~ +80℃的条件下工作 密封圈密封(4/5) （c）Y形密封圈Y形密封圈的截面为Y形，属唇 形密封圈它是一种密封性、稳定性和耐压性较好 、摩擦阻力小、寿命较长的密封圈，故应用也很普 遍Y形圈主要用于往复运动的密封根据截面长 宽比例的不同，Y形圈可分为宽断面和窄断面两种 形式，图5.16所示为宽断面Y形密封圈 Y形圈的密封作用依赖于它的唇边对偶合面的紧 密接触，并在压力油作用下产生较大的接触压力， 达到密封目的当液压力升高时，唇边与偶合面贴 得更紧，接触压力更高，密封性能更好 Y形圈安装时，唇口端应对着液压力高的一侧。

当压力变化较大、滑动速度较高时，要使用支承环 ，以固定密封圈如图所示 宽断面Y形圈一般适用于工作压力p ≤20 MPa、 工作温度－30℃ ~ +100℃、使用速度 ≤0.5 m/s的 场合 窄断面Y形圈如图所示窄断面Y形圈是宽断面 Y形圈的改型产品，其截面的长宽比在2倍以上，因 而不易翻转，稳定性好，它有等高唇Y形圈和不等高 唇Y形圈两种后者又有孔用和轴用之分，其短唇与 运动表面接触，滑动摩擦阻力小，耐磨性好，寿命 长；长唇与非运动表面接触有较大的预压缩量，摩 擦阻力大，工作时不窜动 窄断面Y形圈一般适用于工作压力p ≤32 MPa ，使用温度为－30℃ ~ +100℃的条件下工作 密封圈密封(5/5) 液压缸活塞的密封 l 采用活塞环密封 摩擦力小、工作 可靠、寿命长 液压缸活塞杆的密封 液压缸活塞杆的密封 液压缸活塞杆的密封 泄油口填料密封 液压缸的安装定位 l 支座式 l 法兰式 l 轴销式 l 耳环式 缓冲装置 为了防止这种危害，保证安全，应采取 缓冲措施，对液压缸运动速度进行控制 当液压缸带动质量较大的部件作快速往复运 动时，由于运动部件具有很大的动能，因此当活 塞运动到液压缸终端时，会与端盖碰撞，而产生 冲击和噪声。

这种机械冲击不仅引起液压缸的有 关部分的损坏，而且会引起其它相关机械的损伤 缓冲装置 液压缸缓冲装置 当活塞移至端部，缓冲柱塞开始插入缸端的缓冲孔时， 活塞与缸端之间形成封闭空间，该腔中受困挤的剩余油 液只能从节流小孔或缓冲柱塞与孔槽之间的节流环缝中 挤出，从而造成背压迫使运动柱塞降速制动，实现缓冲 排气装置 液压传动系统往往会混入空气，使系统工作不稳定 ，产生振动、爬行或前冲等现象，严重时会使系统 不能正常工作 因此，设计液压缸时，必须考虑空气的排除 对于速度稳定性要求较高的液压缸和大型液压缸，常 在液压缸的最高处设置专门的排气装置，如排气塞、 排气阀等当松开排气塞或阀的锁紧螺钉后，低压往 复运动几次，带有气泡的油液就会排出。