動力油缸(液壓缸)

1、第五章 動力油缸（液壓缸） 油馬達輸出的是轉速和轉矩,是連續(xù)的轉動；有些工作機要求的是力和往復直線運動或者是轉矩和小的往復擺動，這就是動力油缸。,第一節(jié)液壓油缸的類型及特點一、分類動力油缸 單作用油缸 活塞式 柱塞式 伸縮式 雙作用油缸 單活塞桿

2、 差動 雙活塞桿 伸縮式 組合油缸 串聯 增壓 多位 齒條傳動

3、 擺動油缸 單葉片式 雙葉片式,,,,,,以運動形式分兩種;往復直線運動,往復擺動。,二、活塞式液壓缸 結構由缸筒、活塞、活塞桿、端蓋、支架和密封件等組成。當壓力油從左油口進入缸的左缸時,推動活塞向右運動,從而通過活塞桿帶動工作臺也向右運動。缸左腔的油則從右口排出。若從右口進壓力油,則工作臺會產生反向(左)運動,左口就會成為排油口。,1

4、、雙活塞桿液壓缸　　缸的職能符號：,1）結構特點：兩側有效工作面積一樣。,缸筒固裝在機架上,活塞桿與工作臺相連。這種安裝方式當活塞桿的有效行程為l時,整個工作臺的運動范圍是3l,所以機器占地面積較大。,2）安裝方式：兩種,活塞桿固裝在機架上,缸筒則與工作臺相連。這樣,工作臺的移動范圍只等于活塞有效行程l的2倍(2l),所以機器占地面積較小。,雙活塞桿液壓缸的兩端直徑通常是相等的,因而液壓缸左右兩腔的有效面積相同。若供油壓力和流量不變,

5、則活塞往復運動時兩個方向的作用力和速度是相等的。作用力和速度的計算式如下:(設回油壓力為零),,,式中：p供油壓力; A活塞有效面積; Q供油量; d活塞桿直徑; D活塞直徑;,3）基本參數：,2、單活塞桿液壓缸,1）結構特點： 這種液壓缸的活塞只有一端從缸的端頭伸出。其結構組成與雙活塞桿液壓缸相似職能符號：,2）工作原理：,,因兩側有效作用面積或油液壓力不等，活塞在液壓力的

6、作用下，作直線往復運動。,3）安裝方式：,4）基本參數：,這種液壓缸由于左、右腔的活塞有效工作面積不相等,因而以相同的壓力和流量先后分別向左、右腔供油,則活塞向右、向左產生的推力和速度是不相同的。各種情況下的推力和速度的計算方法如下 :,（1）從大腔（無桿腔）進油,小腔（有桿腔）回油,則,,,,（2）從小腔進油, 大腔回油(如圖),則有,,式中 F1 F2壓力油進入大腔、小腔時活塞的推力或拉力; v1 v2 壓力油分別進入大腔

7、、小腔時活塞的運動速度; p1 供油壓力;p2 回油壓力,俗稱背壓;,（3）v2、v1之比稱為速度比,,可見單活塞桿液壓缸左、右兩個方向的工作性能是不對稱的。,例：液壓刨床,５）差動液缸 若要得到對稱的工作特性, 對單活塞桿液壓缸來說可采用差動工作方式來實現。所謂差動工作方式,就是把油路接成如圖所示的差動連接,即壓力油同時進入大腔和小腔。這時兩腔的壓力雖然相同,但由于兩腔有效面積不同,故而推動活塞向右的力大于推活塞向左

8、的力,因此活塞會產生向右的運動。 活塞向右運動中,小腔排出的油流量為Q`,這股流量與供油流量合在一起進入大腔,使活塞向右運動的速度加快。其計算方法如下。,,,,v3,,v1,差動連接的單活塞桿液壓缸也稱差動液壓缸。由式可見,對差動液缸,可以得到幾點結論：a只要改變活塞桿的直徑就可改變運動速度,因此,采用差動液壓缸可以方便地實現所要求的快速運動，比單從大油腔單獨供油時的速度大；b只要有A1=2A2 （即： ）的關

9、系,差動連接的運動速度v3可以等于小腔進油(供油流量不變)大腔回油時的運動速度；,,,c這種缸的活塞推力計算公式為： 根據以上公式，如果回油壓力p2 =0，則返回時：,,即可以F2=F3，可見，差動液缸可以實現活塞左右運動時的推力相等。而且推力比非差動連接小。 總上是說，差動油缸克服了由于活塞桿面積對往復運動力與速度的影響。,6）活塞式液壓缸典型結構,1．缸底 2．卡鍵 3、5、9、11．密封圈 4．活塞 6．缸

10、筒7．活塞桿 8．導向套 10．缸蓋 12．防塵圈 13．耳軸,3、無活塞桿液壓缸又稱齒條活塞液壓缸,三、柱塞式液壓缸 柱塞式液壓缸由缸筒1、活塞2、缸套3和彈簧卡圈4等零件組成。壓力油從唯一的油口進入缸筒,推動柱塞向下運動,壓力油泄掉,柱塞不會自動向左運動。,由此可見這種液壓缸的工作有如下特點:(1)它是一種單作用式液壓缸,靠液壓力只能實現一個方向的運動,柱塞的回程要靠其它的外力或柱塞的自重(當液壓缸垂直放置時)

11、;(2)柱塞只靠缸套支承而不與缸筒接觸,這樣缸筒極易加工,故適于做長行程液壓缸;(3)工作時液壓缸總受壓,因而它必須具有足夠的剛度;,(4)柱塞端面是受油壓的工作面,所以:柱塞上有效作用力為:柱塞的運動速度為:式中:d柱塞直徑。其它符號意義同前。,,（5）柱塞式液壓缸是單作用式的，它的回程需要借助自重（垂直放置時）、彈簧力等其它外力來完成。 為了實現雙向往復運動，即實現兩個方向的液壓驅動,可采用雙柱塞缸并排安

12、裝的方案 .,（6）柱塞只靠鋼套支撐而不與缸體接觸，這樣缸筒易于加工，故適于做長行程的液壓缸。太長，有時需要加輔助導向機構。,四.擺動式液壓缸 擺動式液壓缸是一種作往復旋轉運動的執(zhí)行元件。 符號： 單片式擺動式液壓缸，由于結構的限制,其旋轉的角度小于360。,雙片式擺動液壓缸，擺動角度小于180，但與單片式相比，在結構尺寸相同的情況下，其輸出轉矩增大一倍，并具有徑向液壓力平衡的優(yōu)點。兩者都可使輸出軸作逆時針旋轉和作

13、順時針旋轉。,,擺動式液壓缸的輸出扭矩和轉速計算方法如下:,,由于存在摩擦 M<Mt所以機械效率為：,,輸出角速度扇形的面積（中心角α）為：,,,則擺動油缸（轉子葉片）轉過α角所排出的液體體積為：,由于漏失，使得Q>Qt，所以容積效率為：,,,式中-D缸體內孔直徑; d-輸出軸外圓的直徑; b-葉片的寬度;其它符號意義同前。,要增加擺動式液壓缸的輸出扭矩,可用增加葉片的數目來實現。葉片的數目應成對

14、增加（考慮對稱徑向液壓力平衡）。若葉片的對數為Z,在其它條件不變的情況下,擺動缸的輸出扭矩將增大倍,但轉速將減小倍。,五、伸縮液壓缸,1．一級缸筒 2．一級活塞 3．二級缸筒 4．二級活塞,六.液壓缸的維護,（1）在拆卸液壓缸前，先松開溢流閥，將系統(tǒng)壓力降為零，再切斷電源。（2）放掉液壓缸兩腔油液，一般應先松開端蓋的連接螺栓，然后按順序拆卸。（3）拆卸時，不能損傷進、出油口螺紋，活塞桿表面和頭部螺紋。（4）拆卸后，應檢查各配

15、合表面及密封（5）組裝液壓缸前，將各部分用汽油或煤油洗凈晾干。（6）組裝液壓缸時特別注意密封元件的安裝（7）耐壓試驗后應再次緊固有關螺栓。,七、液壓缸常見故障和排除方法,第二節(jié) 液壓缸的構造 本節(jié)將對液壓缸的各組成部分作進一步介紹,同時還介紹一些改善液壓缸工作性能的裝置,如緩沖和放氣裝置等。,一、 缸筒現缸蓋的連接 鑄鐵缸筒通常用法蘭連接。用無縫鋼管做成的缸筒雖然也可以焊上法蘭從而采用法蘭連接,但一般多采用螺紋或半

16、環(huán)連接等形式。一些手冊介紹了缸筒與缸蓋的各種連接形式,供設計工作中參考。,二、液壓缸的密封方法 進入液壓缸的壓力油可能通過活塞桿與缸蓋的連接處向外泄漏,另外還可以通過活塞與缸筒間的配合而使高壓腔的壓力油流向低壓腔(稱為內泄漏)。為了防止泄漏,提高液壓缸的工作性能與效率,在可能泄漏的地方需要安裝密封裝置。對密封裝置一般有以下要求： 具有良好的密封性能,保證無(或少)泄漏; 有相對運動的密封處摩擦阻力要小; 密

17、封件要耐磨,或磨損后能自動補償; 使用維護簡單、工藝性好、成本低。,常用的密封方法有以下幾種: 1 間隙密封,2 活塞環(huán)密封3 密封圈密封 活塞桿與缸蓋之間也有密封的問題,三、活塞組件活塞加上活塞桿構成了活塞組件,短行程的液壓缸可以把活塞桿與活塞做成一體,這是最簡單的一種形式。 活塞與活塞桿之間的螺紋連接,它適用于負載較小,受力無沖擊的液壓缸中。 卡環(huán)連接方式。 徑向銷式連接結構,用錐銷把活塞固定在

18、活塞桿上。這種連接方式特別適用于雙活塞桿式活塞。,四、緩沖裝置 為避免活塞在液壓缸的行程終端現缸蓋發(fā)生撞擊,需要緩沖裝置。對大型、高速或要求高的液壓缸則必須有緩沖裝置。盡管各種緩沖裝置的結構形式不同,但它們的工作原理則是相似的。幾乎都是利用活塞接近缸蓋時增大液壓缸的回油阻力,使活塞減速,從而防止活塞撞擊缸蓋。,五、放氣裝置,第三節(jié) 液壓缸的設計與計算 液壓缸的設計是整個液壓系統(tǒng)設計任務之一，本節(jié)要介紹如何利用前面的知識來

19、設計液壓缸的方法與步驟。實際中，靠計算機設計的輔助軟件也不少。 要作好設計工作,還必須事先作好調查研究,掌握必要的原始資料,譬如:主機的用途和工作條件;執(zhí)行機構的結構特點、負載大小、行程范圍和動作要求;材料、器材的供應情況和生產加工條件;國家標準和技術規(guī)范等。設計液壓缸一般要作以下幾方面的工作:1選擇液壓缸的類型和結構形式; 選擇液壓缸的類型是進行以后各項設計工作的基礎。這步工作可參考前面兩節(jié)介紹的內容來進行。,2確定

20、液壓缸的工作參數; 1)液壓缸的工作壓力 2)液壓缸的工作速度 3)液壓缸的行程3計算液壓缸的結構尺寸; 1)缸筒內徑 (1)根據負載來確定缸筒內徑 (2)根據工作速度來確定缸筒內徑 2)活塞桿外徑 （1）活塞桿直徑除滿足強、剛度要求外,對于單桿液壓缸來說往往以滿足工作速度的速比來確定活塞桿直徑,然后再校核其強度和穩(wěn)定性,(2)活塞桿直徑還可按缸

21、的工作壓力來確定。 3)缸筒長度L 缸筒長度由活塞行程加上各種結構來確定 4)計算缸筒壁厚? 5)連接螺栓 4結構強度、剛度的計算和校核;5液壓缸的結構裝配圖設計;6繪制零件圖、編寫設計說明書。,三.液壓缸設計中應注意的問題(1)在保證能滿足運動行程和負載力的條件下,應盡可能地縮小液壓缸的輪廓尺寸。(2)要保證密封可靠、防塵良好。。(3)液壓缸的活塞桿最好在受拉的情況下工作,以免產生縱向彎曲。對受壓的細

22、長活塞桿則應進行穩(wěn)定性校核。若活塞很長而又水平放置時,由于自重產生的撓度一般應小于0.001L(L為活塞桿長度),以防破壞密封裝置。也可用加中間支承的方法來減小垂度。,(4)液壓缸的熱脹冷縮應不受防礙。液壓傳動系統(tǒng)中由于功率損耗、機械摩擦及油的粘性摩擦都會使油發(fā)熱。液壓缸受熱后便膨脹伸長,因此對長行程的液壓缸在結構設計時應考慮它有自由伸縮的余地,以免液壓缸受到額外的熱應力。一般將液壓缸固定在機架上時,只能固定一端的缸蓋,而讓另一端自由伸

23、縮。(5)根據需要設置緩沖裝置和放氣裝置。緩沖和放氣不是任何情況下都 需要 的, 一定要根據液壓缸的使用條件來決定有無必要設置這兩種裝置,以免使液壓缸的結構造成不必要 的復雜化。(6)盡量縮短進、出油管的長度,以減少壓力損失。進、出油口的位置要恰當,不要被活塞運動到終端時把它堵死。,總之,液壓缸的設計內容不是一成不變的,根據具體情況有些內容可不做或少做,但又可能增加一些別的設計內容。設計步驟也是靈活的,往往前后還有交叉,甚至經過反復

24、修改,才能得到正確、合理的設計結果。,1 思考題：何為差動連接？差動連接的油缸有何特點？ 何為柱塞缸？其有何特點？液壓泵與液壓馬達的工作原理是可逆的，理論上它們的輸入與輸出量之間的關系是什么？ 液壓泵作雙向式液壓馬達時，為什么采用外泄漏方式？ 差動油缸的工作臺的移動范圍與活塞桿最大行程的關系是什么？ 作業(yè)： 一液壓泵、液壓馬達組成的閉式回路，泵的出口油壓為10Mpa，其容積效率0.9，機械效率0.95，排量為10ml