液压缸设计校核.doc

  一、液压缸的分类   液压缸按其构造形式，可以分为活塞缸、柱塞缸和摆动缸三类活塞缸和柱塞缸实现往复运动，输出推力和速度，摆动缸则能实现不不小于360度的往复摆动，输出转矩和角速度液压缸除单个使用外，还可以几种组合起来或和其他机构组合起来，以完毕特殊的功用  （一）活塞式液压缸  活塞式液压缸分为双杆式和单杆式两种  1、双杆式活塞缸  双杆式活塞缸的活塞两端均有一根直径相等的活塞杆伸出，它根据安装方式不同又可以分为缸筒固定式和活塞杆固定式两种如图3-4a所示的为缸筒固定式的双杆活塞缸它的进、出油口布置在缸筒两端，活塞通过活塞杆带动工作台的移动，当活塞的有效行程为时，整个工作台的运动范畴为，因此机床占地面积大，一般合用于小型机床当工作台行程规定较长时，可采用图3-4b所示的活塞杆固定的形式，这时，缸体与工作台相敬如宾连，活塞杆通过支架固定的机床上，动力由缸体付出这种安装形式中，工作台的移动范畴只等于液压缸有效行程的两倍（），因此占地面积小进出口可以设立在固定不动的空心的活塞杆的两端，使油液从活塞杆中进出，也可设立在缸体的两端，但必须使用软管连接 　如图3-4双杆式活塞缸  由于又杆活塞缸两端的活塞杆直径一般是相等的，因此它左、右两腔的有效面积也相等。

当分别向左、右腔输入相似压力和相似流量的油液时，液压缸左、右两个方向的推力和速度相等，当活塞的直径为，活塞杆的直径为  ，液压缸进、出油腔的压力为和，输入流量为  时，双杆活塞缸的推力  和速度 为        （ 3-7 ）                           （ 3-8 ）   式中  为活塞的有效工作面积   对杆活塞缸在工作时，设计成一种活塞杆是受拉的，而另一种活塞杆不受力，因此这种液压缸的活塞杆可以做得细些   2.单杆式活塞缸   如图3－5所示，活塞只有一端活塞杆，单杆液压缸也有固定和活塞杆固定两种形式，但它们的工作台移动范畴都是活塞有效行程的两倍   单杆活塞缸由于活塞两端有效面积不等如果相似流量的压力油分别进入液压缸的左、右腔，活塞移动的速度与进油腔的有效面积成反比，即油液进入无杆腔时有效面积大，速度慢，进入有杆腔时有效面积小，速度快；而活塞上产生的推力则进油腔的有效面积成正比　 图3－5  单杆活塞缸   如图3-5a ，当输入液压缸的油液流量为q ，液压缸进出油口压力分别为和时，其活塞上所产生的推力和速度为             （3－9）                               （3-10）   当油液从如图3-5b所示的右腔（有杆腔）输入时，其活塞上所产生的推力和速度为             （3-11）                         （3-12）   由式（3-9）—式（3-12）可知，由于 ，因此 ， 。

若把两个方向上的输出速度和的比值称为速度比，记作 ，则 因此，活塞杆直径越小，越接近于1，活塞两个方向的速度差值也就越小，如果活塞杆较粗，活塞两个方向运动的速度差值就较大在已知 和 的状况下，也就可以较以便地拟定   如果向单杆活塞缸的左右两腔同步通压力油，如图3-6所示，即所谓的差动连接，作差动连接的单出杆液压缸称为差动液压缸，开始工作时差动缸左右两腔的油液压压力相似，但是由于左右运动，同步使右腔中排出的油液（流量为）也进入左腔，加大了注入左腔的流量（） , 从而也加快了活塞移动的速度事实上活塞在运动时，由于差动缸两腔间的管路中有压力损失，因此右腔中油液的压力稍不小于左腔油液压力而这个差值一般都较小可以忽视不计，则差动奉献力量活塞推力和运动速度为                         （3-13）   即                                   （3-14）   由式（3-13）、式（3-14）可知，差动连接时液压缸的推力比非差动连接时小，速度比非差动连接时大，正好运用这一点，可使在不加大油源流量的状况下得到较快的运动速度，这种连接方式被广泛应用于组合机床的液压动力滑台和工春它机械设备的迅速运动中。

  如果规定迅速运动和迅速既定回速度相等，虽然 ， 则由式（3-12）、式（3-14）可得二）柱塞缸   柱塞缸是一种单作用液压缸 , 其工作原理如图3 -7a所示 ：图3 -7 柱塞缸  柱塞与工作部件连接,缸筒固定在机体上,当压力油进入缸筒时 , 推动柱塞带动运动部件向右运动,但反向退回时必须靠其他外力或自重驱动柱塞缸一般成对反向布置使用 , 如图3-7b所示当柱塞的直径为，输入液压油的流量为 ，压力为时，其柱塞上所产生的推力和速度为                                （3-15）                                 （3-16）   柱塞式液压缸的重要特点柱塞与缸筒无配合规定，缸筒内孔不需精加工工业，甚至可以不加工运动时由缸盖上的导向套来导向，因此它特别合用在行程较长的场合  （三）摆动缸   摆动式液压缸也称摆动液压马达当它通入压力油时，它的主轴能输出不不小于 的摆动运动，常用于工夹紧装置、送料装置、转位装置以及需要周期性进给的系统中  图3-8a 所示为单叶片式摆动缸，它的摆动角度较大，可达当摆动缸进出油口压力为和，输入流量为时，它的输出转矩 和角度 各为              （3-17）                          （3-18）   式中  为叶片的宽度， 、为叶片底部、顶部的回转半径。

图3-18b示为双叶片式摆动缸，它的摆动角度较小，可达，它的输出转矩是单叶片式的两倍，而角速度则是单叶片式的一半（四）其他液压缸   1.增压缸   增压液压缸又称增压器在某些短时或局部需要高压液体的液压系统中，常用增压缸与低压流量泵配合伙用，单作用增压缸的工作原理如图3-8a所法，它有单作用和双作用两种型式，当低压为的油液推动增压缸的大活塞时，大活塞推动与其连成一体的小活塞输出压力为的高压液体，当大活塞直径为，小活塞直径为时                              （3-19）   式中 ，称为增压比，它代表其增压能力显然增压能力是在减少有效流量的基本上得到的，也就是说增压缸仅仅是增大输出的压力，并不能增大输出的能量图3-9增压缸  单作用增压缸在小活塞运动到终点时，不能再输出高压液体，需要将活塞退回到左端位轩，再向右行时才又输出高压液体，即只能在一次行程中输出高压液体，为了克服这一缺陷，可采用双作用增压缸，如图3-8b所示，由一两个高压端持续向系统供油   2.伸缩缸   伸缩式液压缸由两个或多种活塞式液压缸套装而成，前一级活塞缸的活塞是后一级活塞缸的缸筒伸出时可耻下场获得很长的工作行程，缩回时可保持很小的构造尺寸，伸缩缸被广泛用于超重运送车辆上。

  图3-9是套筒式伸缩缸的原理图，外伸动作是逐级进行的一方面是最大的刚筒以最低的油液压力开始外伸，当达到行程终点后，稍小直径的缸筒开始外伸，直径最小的末级最后伸出随着工作级数增多，外伸缸筒直径越来越小，工作油液压力随之升高，工作速度变快伸缩缸可以是图3-9a所示的单作用式，也可以是图 3-9b 所示的双作用式，前者靠外力回程，而后者靠液压回程图 3-10伸缩缸  3.齿轮缸   齿轮式液压缸又称无杆式活塞缸，它上两个柱塞和一套齿轮条传动装置构成，如图3-11所示，当压力油推动活塞左右往复运动时，齿条就推动齿轮件私利旋转，从而齿轮驱动工作部件（如组合机床中的旋转工作台）作周期性的确良往复旋转运动 液压缸的设计和计算   液压缸的设计是整个液压系统设计的重要内容之一，由于液压缸是液压传动的执行元件，它和主机工作机构有直接的联系,对于不同的机械设备及其机械机构,液压缸具有不同的用途和工作规定 ,因此在设计液压缸之前,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(祥见第八章)然后根据使用规定选择构造类型,按负载状况、运动规定、最大行程等拟定其重要工作尺寸，进行强度、稳定性和缓冲验算，最后再进行构造设计。

  1.液压缸设计中应注意的问题   不同的液压缸有不同的内容和规定，一般在设计液压缸的构造时应注意如下几种问题：   (1)尽量使液压缸的活塞杆在受拉状态下承受最大负载，或在受压状态下具有良好的纵向稳定性   (2)考虑液压缸行程终了处的制动问题和液压缸的排气问题缸内如无缓冲装置和排气装置，系统中需有相应的措施，但是并非所有的液压缸都要考虑这些问题   (3)根据主机的工作规定和构造设计规定，对的拟定液压缸的安装、固定方式但液压缸只能一端定位   (4)液压缸各部分的构造需根据推荐的构造形式和设计原则进行设计，尽量做到构造简朴、紧凑、加工、装配和维修以便   2.液压缸重要尺寸的拟定   缸筒内径D液压缸的缸筒内径D,是根据负载的大小和选定的工作压力，或运动速度和输入阻抗的流量，依式（3-7）—式（3-19）有关节公式计算之后再从GB2348-80原则中选用近来的输入值而得出的   (1)活塞杆直径d液压缸活塞杆直径d一般先满足液压缸速度或速比的规定来选择，然后校核其构造强度和稳定性，若速比为λ，则                             （3-20）   (2)液压缸缸筒长度L液压缸的缸筒长度决定，缸筒的长度一般最佳不起过其内径的20倍。

  (3)最小导向长度 当活塞杆所有外伸时，从活塞支承中点到导向套滑动面中点的距离称为最小导向长度H（如图3-17）如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度过（间隙引起的挠度）增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一最小导向长度对于一般的液压缸，当液压缸的最大行程为 L ，缸筒直径为 D 时，最小导向长度为                              （3-21）   活塞的宽度，一般取 ；导向套滑动面的长度，在时取,在 时取  为保证最小导向长度，过度增大和都是不合适的，必要时可以导向套与活塞这间装一隔套（图中零件K），隔套的长度C由需要的最小导向长度H决定，即                                   （3-223.强度校核   液压缸的缸筒壁厚δ、活塞杆直径d和缸盖处固定螺栓的直径，在高压系统中必须进行强度校核   （1）缸筒壁厚校核 液压缸缸筒壁厚校核时分薄壁和厚壁两种状况当时为薄壁，壁厚按下式进行校核                               （3－23）   式中D为缸筒内径；为缸筒实验压力，当缸的额定压力 时取当时取 ； ， 为材料抗拉强度，为安全系统，一般取 。

当 时，壁厚按下式进行校核                          （3－24）    在使用式（3-23）、式（3-24）进行校核时，若液压缸缸筒与缸盖采用半环连接，应取缸筒壁厚最小处的值  (2)活塞杆直径校核 活塞植直径的校核按下式进行                                （3－25）    式中 F 为淤塞杆上的作用力；为活塞杆材料的许用应力，   （3）液压缸盖固定螺栓直径校核 液压缸缸盖固定螺栓在工作过程中同步承受拉应力和扭应力，其螺栓直径可按下式校核                                     （3－26）   式中为液压缸负载，固定螺栓。