液压传动-201405液压缸.ppt

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1、哈工大哈工大(威海威海)液压传动液压传动 主讲：贾宝贤主讲：贾宝贤液压传动之液压传动之液压缸液压缸1贾宝贤贾宝贤 (5687026 -Hydraulic哈工大哈工大(威海威海)液压传动液压传动 主讲：贾宝贤主讲：贾宝贤2内容内容第一章第一章 绪论绪论第二章第二章 液压油液液压油液第三章第三章 液压流体力学基础液压流体力学基础第四章第四章 液压泵和液压马达液压泵和液压马达第五章第五章 液压缸液压缸第六章第六章 液压阀液压阀第七章第七章 液压辅助装置液压辅助装置第八章第八章 调速回路调速回路第九章第九章 其它基本回路其它基本回路第十章第十章 典型液压系统典型液压系统第十一章第十一章 液压系统的设计

2、和计算液压系统的设计和计算哈工大哈工大(威海威海)液压传动液压传动 主讲：贾宝贤主讲：贾宝贤3第第5章章 液压缸液压缸 液液压压缸缸的的功功用用：一一种种执执行行元元件件，把把液液压压能能转转换为机械能实现往复运动换为机械能实现往复运动5-15-1液压缸的类型和特点液压缸的类型和特点按工作原理分：按工作原理分：1.1.单作用缸单作用缸2.2.双作用缸双作用缸2 2。双作用缸。双作用缸哈工大哈工大(威海威海)液压传动液压传动 主讲：贾宝贤主讲：贾宝贤4按结构形式分：按结构形式分：1.1.活塞缸活塞缸(1)(1)双杆缸双杆缸空心双出杆缸，杆定，缸动；空心双出杆缸，杆定，缸动；实心双出杆缸，缸定，杆

3、动；实心双出杆缸，缸定，杆动；(2)(2)单杆缸单杆缸哈工大哈工大(威海威海)液压传动液压传动 主讲：贾宝贤主讲：贾宝贤5(2)(2)单杆缸单杆缸哈工大哈工大(威海威海)液压传动液压传动 主讲：贾宝贤主讲：贾宝贤6(3)(3)无杆缸无杆缸62.柱塞缸柱塞缸 图图5-4（3）无杆缸）无杆缸 图图5-7哈工大哈工大(威海威海)液压传动液压传动 主讲：贾宝贤主讲：贾宝贤71.1.摆动缸摆动缸2.2.回回转转缸缸用用于于车车床床夹夹具具，整整个个液液压压缸缸随随主主轴轴一起回转。一起回转。3.3.行程放大缸行程放大缸4.4.增力缸增力缸5.5.增压缸增压缸6.6.增速缸增速缸按功能分按功能分哈工大哈工

4、大(威海威海)液压传动液压传动 主讲：贾宝贤主讲：贾宝贤8增压缸增压缸哈工大哈工大(威海威海)液压传动液压传动 主讲：贾宝贤主讲：贾宝贤9 9一、活塞缸一、活塞缸空心双出杆缸空心双出杆缸（活塞杆动）（活塞杆动）哈工大哈工大(威海威海)液压传动液压传动 主讲：贾宝贤主讲：贾宝贤101.1.空心双出杆缸空心双出杆缸（活塞杆固定）（活塞杆固定）哈工大哈工大(威海威海)液压传动液压传动 主讲：贾宝贤主讲：贾宝贤112.2.单杆缸单杆缸(有杆腔进油有杆腔进油)(无杆腔进油无杆腔进油)哈工大哈工大(威海威海)液压传动液压传动 主讲：贾宝贤主讲：贾宝贤12单杆缸单杆缸(差动连接差动连接)哈工大哈工大(威海威

5、海)液压传动液压传动 主讲：贾宝贤主讲：贾宝贤13二、柱塞缸二、柱塞缸哈工大哈工大(威海威海)液压传动液压传动 主讲：贾宝贤主讲：贾宝贤14例：图示两个结构相同且串联的液压缸。例：图示两个结构相同且串联的液压缸。设无杆腔面积设无杆腔面积A1=100cm2有杆腔面积有杆腔面积A2=80cm2缸缸1输入压力输入压力p1=9MPa输入流量输入流量q1=12L/min不计损失和泄漏，问：不计损失和泄漏，问：（1）（2）（3）哈工大哈工大(威海威海)液压传动液压传动 主讲：贾宝贤主讲：贾宝贤15解：（解：（1）(1)代入代入(1)得得解（1）哈工大哈工大(威海威海)液压传动液压传动 主讲：贾宝贤主讲：贾

6、宝贤16（2）由由(1)得得（3）解（2）哈工大哈工大(威海威海)液压传动液压传动 主讲：贾宝贤主讲：贾宝贤175-2液压缸的典型结构和组成液压缸的典型结构和组成一、液压缸的典型结构举例一、液压缸的典型结构举例液液压压缸缸的的左左右右两两腔腔通通过过油油口口b和和d经经活活塞塞杆杆1和和15的的中中心心孔孔与与左左右右径径向向孔孔a和和c相相通通。活活塞塞杆杆固固定定在在床床身身上上，缸缸筒筒10固固定定在在工工作作台台上上，工工作作台台在在径径向向孔孔c接接通通压压力力油油，径径向向孔孔a接接通通回回油油时时向向右右移移动动；反反之之则则向向左左移移动动。缸缸盖盖18和和24是是通通过过螺螺

7、钉钉(图图中中未未面面出出)与与压压板板11和和20相相连连，并并经经钢钢丝丝环环12和和21固固定定在在缸缸筒筒10上上的的。考考虑虑到到液液压压缸缸工工作作中中要要发发热热伸伸长长，它它只只以以右右缸缸盖盖18与与工工作作台台固固定定相相连连，左左缸缸盖盖24空空套套在在托托架架3孔孔内内，可可以以自自由由伸伸缩缩。空空心心活活塞塞杆杆的的一一端端用用堵堵头头2堵堵死死，并并通通过过锥锥销销9和和22与与活活塞塞8相相连连。缸缸筒筒相相对对于于活活塞塞的的运运动动由由左左右右两两个个导导向向套套6和和19导导向向。活活塞塞与与缸缸筒筒之之间间、缸缸盖盖与与活活塞塞杆杆之之间间以以及及缸缸盖

8、盖与与缸缸筒筒之之间间分分别别用用O形形圈圈7、Y形形圈圈4和和17和和纸纸垫垫13和和23进进行行密密封封，以以防防止止油油液液的的内内、外外泄泄漏漏。缸缸简简在在接接近近行行程程的的左左右右终终端端时时，径径向向孔孔a和和c的的开开口口逐逐渐渐减减小小，对对移移动动部部件件起起制制动动缓缓仲仲作作用用。为为了了排排除除液液压压缸缸中中剩剩留留的的空空气气，缸盖上设置有排气孔缸盖上设置有排气孔5和和14，经导向套环槽的侧面孔道，经导向套环槽的侧面孔道(图中未画出图中未画出)引出与排气阀相连。引出与排气阀相连。哈工大哈工大(威海威海)液压传动液压传动 主讲：贾宝贤主讲：贾宝贤18半环结构半环结

9、构哈工大哈工大(威海威海)液压传动液压传动 主讲：贾宝贤主讲：贾宝贤19二、液压缸的组成二、液压缸的组成 液压缸的结构基本上由以下几部分组成液压缸的结构基本上由以下几部分组成(一一)缸筒和缸盖缸筒和缸盖(二二)活塞和活塞杆活塞和活塞杆(三三)密封装置密封装置(四四)缓冲装置缓冲装置(五五)排气装置排气装置哈工大哈工大(威海威海)液压传动液压传动 主讲：贾宝贤主讲：贾宝贤20(一一)缸筒和缸盖缸筒和缸盖作用：与缸体、活塞等作用：与缸体、活塞等构成密封的压力油腔。构成密封的压力油腔。主要问题：主要问题：定定心心、联联接接、静静密密封封。联接方式：联接方式：低压时，低压时，10MPa以下，以下，用铸

10、铁缸，法兰盘式。用铸铁缸，法兰盘式。径向尺寸小时，径向尺寸小时，可采用螺纹联接。可采用螺纹联接。高压时，采用无缝钢管。高压时，采用无缝钢管。缸壁较厚时，用半环式；缸壁较厚时，用半环式；缸缸壁壁较较薄薄时时，用用拉拉杆杆式式或焊接式。或焊接式。外螺纹联接外螺纹联接焊接式焊接式 用铸铁缸，用铸铁缸，法兰盘式法兰盘式内螺纹联接内螺纹联接拉杆式拉杆式半环式半环式哈工大哈工大(威海威海)液压传动液压传动 主讲：贾宝贤主讲：贾宝贤21(二二)活塞和活塞杆活塞和活塞杆一般采用装配式结构，一般采用装配式结构，（a）螺纹式）螺纹式用于运动平稳时；用于运动平稳时；（b）半环式）半环式用于压力和振动较大时。用于压力

11、和振动较大时。尺寸小时，活塞和活塞杆做成一体，或焊接在一起。尺寸小时，活塞和活塞杆做成一体，或焊接在一起。哈工大哈工大(威海威海)液压传动液压传动 主讲：贾宝贤主讲：贾宝贤22(三三)活塞杆与缸盖活塞杆与缸盖主要问题：导向、防尘、动密封。主要问题：导向、防尘、动密封。导向：用导向套，或直接用透盖孔导向。导向：用导向套，或直接用透盖孔导向。导向套在密封圈内，便于润滑；导向套在密封圈内，便于润滑；导向套在密封圈外，便于装拆、更换。导向套在密封圈外，便于装拆、更换。防尘用防尘圈、防尘罩。防尘用防尘圈、防尘罩。b)b)摩摩擦擦环环密密封封。它它依依靠靠套套在在活活塞塞上上的的摩摩擦擦环环(尼尼龙龙或或

12、其其它它高高分分子子材材料料)在在O O形形圈圈弹弹力力作作用用下下贴贴紧紧缸缸壁壁而而防防止止泄泄漏漏。密密封封效效果果较较好好，摩摩擦擦阻阻力力小小且且稳稳定定，耐耐高高温温，磨磨损损后后可可自自动动补补偿偿，但但加加工工要要求求高高，装装拆拆不便，适用于缸筒和活塞之间的密封。不便，适用于缸筒和活塞之间的密封。密密封封：a)a)间间隙隙密密封封。结结构构简简单单、摩摩擦擦小小、耐耐高高温温，但但泄泄漏漏大大。用用于于尺尺寸寸小小、压压力力低低、运运动动速速度度高高的的缸缸筒与活塞间。筒与活塞间。哈工大哈工大(威海威海)液压传动液压传动 主讲：贾宝贤主讲：贾宝贤23(四四)缓冲装置缓冲装置目

13、的：避免活塞和缸盖相互撞击。目的：避免活塞和缸盖相互撞击。工工作作原原理理：利利用用活活塞塞或或缸缸筒筒在在其其走走向向行行程程终终端端时时在在活活塞塞和和缸缸盖盖之之间间封封住住一一部部分分油油液液，强强迫迫它它从从小小孔孔或或细细缝缝中中挤挤出出，以以产产生生很很大的阻力使工作部件受到制动，逐渐减小运动速度。大的阻力使工作部件受到制动，逐渐减小运动速度。哈工大哈工大(威海威海)液压传动液压传动 主讲：贾宝贤主讲：贾宝贤24(四四)缓冲装置缓冲装置 液液压压缸缸中中使使用用的的缓缓冲冲装装置置的的工工作作原原理理如如图图所所示示。最最常常用用的的是是节节流流口口可可调调式式和和节节流流口口变

14、变化化式式两两种种。其其中中，节节流流口口可可调调式式在在节节流流口口调调定后，就相当于单孔口式的缓冲装置。定后，就相当于单孔口式的缓冲装置。哈工大哈工大(威海威海)液压传动液压传动 主讲：贾宝贤主讲：贾宝贤25(四四)缓冲装置缓冲装置 理理想想的的缓缓冲冲装装置置应应在在其其整整个个工工作作过过程程中中保保持持续续冲冲压压力力恒恒定定不不变变，实实际际的的缓缓冲冲装装置置则则很很难难做做到到这这点点。图图5-135-13示示上上述述各各种种形形式式缓缓冲冲装装置置的的性性能能曲曲线线(缓缓冲冲压压力力曲曲线线)。由由图图可可见见，梯梯形形凸凸台台式式和和多多孔孔式式两两者者的的性性能能曲曲线

15、线最最接接近近于于理理想想曲曲线线，因因而而它它们们的的缓缓冲冲效效果果也也最最好好。但但是是，这这两两种种缓缓冲冲装装置置都都需需根根据据每每一一种种具具体体工工作作情情况况进进行行专门的设计和制造，通用性差。专门的设计和制造，通用性差。哈工大哈工大(威海威海)液压传动液压传动 主讲：贾宝贤主讲：贾宝贤26(五五)排气装置排气装置 油油液液中中混混入入的的空空气气或或液液压压缸缸长长期期不不用用时时外外界界侵侵入入的的空空气气都都积积聚聚在在缸缸内内最最高高部部位位处处，影影响响液液压压缸缸运运动动平平稳稳性性低低速速时时引引起起爬爬行行，启动时造成冲击，换向时降低精度等等。启动时造成冲击，

16、换向时降低精度等等。液液压压缸缸中中的的排排气气装装置置通通常常有有两两种种形形式式：一一种种是是在在缸缸盖盖的的最最高高部部位位处处开开排排气气孔孔，用用长长管管道道接接向向远远处处排排气气阀阀排排气气(图图5-14a)5-14a)，另另一一种种是是在在缸缸盖盖最最高高部部位位安安放放诽诽气气塞塞(图图5-14b)5-14b)。两两种种排排气气装装置置都都是是在在液液压缸排气时打开压缸排气时打开(让它全行程往复移动数次让它全行程往复移动数次)，排气完毕后关闭。，排气完毕后关闭。哈工大哈工大(威海威海)液压传动液压传动 主讲：贾宝贤主讲：贾宝贤27(六六)密封装置密封装置C、d为为密密封封圈圈

17、(O形形圈圈、V形形圈圈等等)密密封封，它它利利用用橡橡胶胶或或塑塑料料的的弹弹性性使使各各种种截截面面的的环环形形圈圈贴贴紧紧在在静静、动动配配合合面面之之间间来来防防止止泄泄漏漏。它它结结构构简简单单，制制造造方方便便、磨磨损损后后有有自自动动补补偿偿能能力力，性性能能可可靠靠，在在缸缸简简和和活活塞塞之之间间、缸缸盖盖和和活活塞塞杆杆之之间间、活活塞塞和活塞杆之间、缸筒和缸盖之间都能使用。和活塞杆之间、缸筒和缸盖之间都能使用。哈工大哈工大(威海威海)液压传动液压传动 主讲：贾宝贤主讲：贾宝贤图图5-145-14为为间间隙隙密密封封，它它依依靠靠运运动动件件间间的的微微小小间间隙来防止泄漏

18、。隙来防止泄漏。1.1.间隙密封间隙密封哈工大哈工大(威海威海)液压传动液压传动 主讲：贾宝贤主讲：贾宝贤（2 2）新型密封件）新型密封件（1 1）常用密封件）常用密封件（3 3）组合式密封件）组合式密封件2.2.密封件密封密封件密封哈工大哈工大(威海威海)液压传动液压传动 主讲：贾宝贤主讲：贾宝贤对于活塞杆外伸部分来说，由于它很容易把脏物带入对于活塞杆外伸部分来说，由于它很容易把脏物带入液压缸，使油液受污染，密封件被磨损，因此常需在液压缸，使油液受污染，密封件被磨损，因此常需在活塞杆密封处增添防尘圈（见图活塞杆密封处增添防尘圈（见图5-225-22）。）。3.3.防尘圈防尘圈哈工大哈工大(威

19、海威海)液压传动液压传动 主讲：贾宝贤主讲：贾宝贤315-3液压缸的设计和计算液压缸的设计和计算一、液压缸结构设计中应注意的问题一、液压缸结构设计中应注意的问题 液液压压缸缸的的设设计计和和使使用用直直接接影影响响到到它它的的性性能能和和易易否否发发生生故故障障。在在这这方方面面，经经常常碰碰到到的的是是液液压压缸缸安安装装不不当当、活活塞塞杆杆承承受受偏偏载载、液液压压缸缸或或活活塞塞下下垂垂以以及及活活塞塞杆杆的的压压杆杆失失稳稳等等问问题题。在在设设计计液液压压缸缸时时必须注意如下几点：必须注意如下几点：1)尽尽量量使使活活塞塞杆杆在在受受拉拉状状态态下下承承受受最最大大负负载载，或或在

20、在受受压压状状态态下下具具有良好的纵向稳定性。有良好的纵向稳定性。2)考考虑虑液液压压缸缸行行程程终终了了处处的的制制动动问问题题和和液液压压缸缸的的排排气气问问题题。缸缸内内如如无无缓缓冲冲装装置置和和排排气气装装置置，系系统统中中需需有有相相应应的的措措施施。但但并并非非所所有有的液压缸都要考虑这些问题。的液压缸都要考虑这些问题。3)正正确确确确定定液液压压缸缸的的安安装装、固固定定方方式式。如如承承受受弯弯曲曲的的活活塞塞杆杆不不能能用用螺螺纹纹连连接接，要要用用止止口口连连接接。液液压压缸缸不不能能在在两两端端用用键键或或销销定定位位，只能在一端定位，为的是不致阻碍它在受热时的膨胀。只

21、能在一端定位，为的是不致阻碍它在受热时的膨胀。4)液液压压缸缸各各部部分分的的结结构构需需要要根根据据推推荐荐的的结结构构形形式式和和设设计计标标推推进进行行设计，尽可能做到结构简单、紧凑，加工、装配和维修方便。设计，尽可能做到结构简单、紧凑，加工、装配和维修方便。哈工大哈工大(威海威海)液压传动液压传动 主讲：贾宝贤主讲：贾宝贤325-3液压缸的设计和计算液压缸的设计和计算 液液压压缸缸的的设设计计是是在在对对整整个个液液压压系系统统进进行行了了工工况况分分析析，编编制制了了负负载载图图，选选定定了了工工作作压压力力之之后后进进行行的的(详详见见第第1111章章)：先先根根据据使使用用要要求

22、求选选择择结结构构类类型型，然然后后按按负负载载情情况况、运运动动要要求求、最最大大行行程程等等确确定定其其主主要要工工作作参参数数，进进行行强强度度、稳稳定定性性和和缓缓冲冲验验算算，最最后再进行结构设计。后再进行结构设计。一、缸的输入、输出参数计算一、缸的输入、输出参数计算1 1、缸的输入、输出参数间的关系、缸的输入、输出参数间的关系理论参数：理论参数：实际参数：实际参数：2 2、输入参数、输入参数p p、q q 的确定的确定3 3、缸的主要尺寸、缸的主要尺寸D D、d d的计算的计算见第见第1111章章哈工大哈工大(威海威海)液压传动液压传动 主讲：贾宝贤主讲：贾宝贤33二、液压缸主要尺

23、寸的确定二、液压缸主要尺寸的确定 液液压压缸缸的的缸缸筒筒内内径径D D，是是根根据据负负载载大大小小和和选选定定的的工工作作压压力力，或或运运动动速速度度和和输输入入的的流流量量，依依式式(5-1)(5-1)式式(5-17)(5-17)有有关关算算式式计计算算之之后后，再再从从标标准准中中选选取最近的标准值而得出的。取最近的标准值而得出的。液液压压缸缸活活塞塞杆杆的的直直径径d d按按工工作作时时的的受受力力情情况况来来决决定定，如如表表5-25-2所所示示。单单杆杆活活塞塞缸缸中中的的d d值值也也可可由由D D和和速速度度比比来来决决定定。为为了了不不使使往往复复运运动动速速度度相相差差

24、太太大大，一般推荐速度比一般推荐速度比1.61.6。液液压压缸缸的的缸缸筒筒长长度度由由最最大大工工作作行行程程决决定定，缸筒的长度一般最好不超过其内径的缸筒的长度一般最好不超过其内径的2020倍。倍。哈工大哈工大(威海威海)液压传动液压传动 主讲：贾宝贤主讲：贾宝贤34三、液压缸的强度校核三、液压缸的强度校核1 1。薄弱环节的强度。薄弱环节的强度（1 1）缸筒壁厚）缸筒壁厚 /D/D0.10.10.1时，用式（时，用式（5-255-25）（2 2）联接螺钉内径）联接螺钉内径d d1 1（5-275-27）（3 3）活塞杆直径）活塞杆直径d d的强度计算（的强度计算（5-265-26）四、活塞

25、杆压杆稳定性计算四、活塞杆压杆稳定性计算与机械设计、材料力学中的压杆稳定性计算相同。与机械设计、材料力学中的压杆稳定性计算相同。(5-28)(5-30)(5-28)(5-30)p py y实验压力实验压力哈工大哈工大(威海威海)液压传动液压传动 主讲：贾宝贤主讲：贾宝贤35求求图图示示液液压压缸缸筒筒中中右右半半筒筒在在x轴轴正方向的作用力正方向的作用力Fx解解：作作用用力力的的方方向向：x的的正正方方向向，该该方方向向垂垂直直投投影影面面积积，即即液液压压缸缸右右半半筒筒在在与与x轴轴垂垂直直的的投投影影面面上的投影面积上的投影面积轴截面积轴截面积A影影=Dl所以，所以，Fx=pA影影=Dl

26、p例例3-13-1哈工大哈工大(威海威海)液压传动液压传动 主讲：贾宝贤主讲：贾宝贤36五、缸的缓冲计算五、缸的缓冲计算1。目的：既要避免活塞与缸盖相撞，又要防止过大的压力冲击。目的：既要避免活塞与缸盖相撞，又要防止过大的压力冲击。就是要算出最大缓冲压力就是要算出最大缓冲压力 pcmax2。缸的缓冲方程的建立。缸的缓冲方程的建立用能量方程用能量方程（1）缓冲腔的压力能）缓冲腔的压力能液压力做功液压力做功哈工大哈工大(威海威海)液压传动液压传动 主讲：贾宝贤主讲：贾宝贤37五、缸的缓冲计算五、缸的缓冲计算如果缓冲压力如果缓冲压力pci 按线性下降计算，则最大缓冲力为按线性下降计算，则最大缓冲力为

27、如果缓冲装置为节流口变化式的缓冲装置，则缓冲力始终如果缓冲装置为节流口变化式的缓冲装置，则缓冲力始终不变。最大缓冲压力值等于平均缓冲压力。不变。最大缓冲压力值等于平均缓冲压力。看缸能否承受得了，如果不行，就减小看缸能否承受得了，如果不行，就减小pcmax或加大缸的强度，加固缸。或加大缸的强度，加固缸。pc为为pci的平均值，在缓冲过程中呈指数规律下降。的平均值，在缓冲过程中呈指数规律下降。（2）工作部件具有的总能量为）工作部件具有的总能量为（3）E1=E2时，刚好不相撞，此时时，刚好不相撞，此时哈工大哈工大(威海威海)液压传动液压传动 主讲：贾宝贤主讲：贾宝贤38第第5 5章小结章小结1 1。缸的工作原理；。缸的工作原理；2 2。掌握压力、流量、力、速度的计算；。掌握压力、流量、力、速度的计算；3 3。了解缓冲装置及其计算；。了解缓冲装置及其计算；4 4。了解缸壁的强度计算；。了解缸壁的强度计算；5 5。了解活塞杆的稳定性计算。了解活塞杆的稳定性计算。哈工大哈工大(威海威海)液压传动液压传动 主讲：贾宝贤主讲：贾宝贤39第第5章章作业作业5-25-4