液压缸结构设计讲稿.ppt

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1、关于液压缸结构设计第一页，讲稿共五十三页哦典型结构典型结构缸体组件、活塞组件、密封件、缸体组件、活塞组件、密封件、连接件、缓冲装置、排气装置等。连接件、缓冲装置、排气装置等。第二页，讲稿共五十三页哦一、液压缸的结构一、液压缸的结构第三页，讲稿共五十三页哦1、缸体与端盖的结构缸体与端盖的结构 缸体与端盖的连接缸体与端盖的连接 活塞和活塞杆结构活塞和活塞杆结构 液压缸的缓冲装置液压缸的缓冲装置 液压缸的排气装置液压缸的排气装置 二、液压缸的组成二、液压缸的组成第四页，讲稿共五十三页哦缸体与端盖的连接缸体与端盖的连接 法兰连接法兰连接 半环连接半环连接 螺纹连接螺纹连接 拉杆连接拉杆连接 焊接连接焊

2、接连接 第五页，讲稿共五十三页哦第六页，讲稿共五十三页哦缸体与端盖的连接缸体与端盖的连接 工作压力、缸体材料、工作压力、缸体材料、工作条件不同工作条件不同 连接形式很多低压，连接形式很多低压，铸铁缸体，外形尺寸大铸铁缸体，外形尺寸大 第七页，讲稿共五十三页哦缸体与端盖的连接形式缸体与端盖的连接形式法兰连接：高压，需焊接法兰盘，较杂。法兰连接：高压，需焊接法兰盘，较杂。内半环内半环 结构简单、紧凑、装卸结构简单、紧凑、装卸半环连接半环连接 方便方便（但因缸体上开了环行槽，强度削弱但因缸体上开了环行槽，强度削弱）外半环外半环 内螺纹内螺纹 螺纹连接螺纹连接 重量轻，外径小，但端部复杂，重量轻，外径

3、小，但端部复杂，外螺纹外螺纹 装卸不便，需专用工具装卸不便，需专用工具 焊接连接焊接连接第八页，讲稿共五十三页哦拉杆连接拉杆连接通用性好，缸体加工方便，装拆方通用性好，缸体加工方便，装拆方便，但端盖体积大，重量也大，拉便，但端盖体积大，重量也大，拉杆受力后会拉伸变形，影响端部密杆受力后会拉伸变形，影响端部密封效果，只适于封效果，只适于中低压中低压.第九页，讲稿共五十三页哦活塞和活塞杆的连接活塞和活塞杆的连接 工作压力、安装方式、工作压力、安装方式、工作条件的不同。工作条件的不同。活塞组件有多种结构形式。活塞组件有多种结构形式。整整体式：常用于小直径液压缸，体式：常用于小直径液压缸，结构简单，轴

4、向尺寸紧凑，结构简单，轴向尺寸紧凑，但损坏后需整体更换但损坏后需整体更换 第十页，讲稿共五十三页哦活塞和活塞杆的连接活塞和活塞杆的连接焊接式：同上焊接式：同上 锥销式：常用于双杆缸，加工容易，装配锥销式：常用于双杆缸，加工容易，装配 简单，但承简单，但承 载能力小，且需防止载能力小，且需防止 脱落脱落 螺纹式：常用于单杆缸，结构简单，装拆螺纹式：常用于单杆缸，结构简单，装拆 方便，但需方便，但需 防止螺母松动。防止螺母松动。半环式：常用于高压大负载或振动比较大半环式：常用于高压大负载或振动比较大 的场合，强的场合，强 度高，但结构复杂，度高，但结构复杂，装拆方便。装拆方便。第十一页，讲稿共五十

5、三页哦第十二页，讲稿共五十三页哦活塞杆头部结构活塞杆头部结构活塞杆：是连接活塞和工作部件的传活塞杆：是连接活塞和工作部件的传 力零件，必须具有足力零件，必须具有足 够的强够的强 度和刚度，一般用钢料制成度和刚度，一般用钢料制成,且需镀铬。且需镀铬。第十三页，讲稿共五十三页哦液压缸的缓冲装置液压缸的缓冲装置 必要性必要性缓冲原理缓冲原理缓冲装置类型缓冲装置类型第十四页，讲稿共五十三页哦缓冲的必要性缓冲的必要性 在质量较大、速度较高在质量较大、速度较高(v12m/min），），由于惯性力较大，活塞运动到终端时会撞由于惯性力较大，活塞运动到终端时会撞 击缸盖，产生冲击和噪声，严重影响加工击缸盖，产生

6、冲击和噪声，严重影响加工 精度，甚至使液压缸损坏。精度，甚至使液压缸损坏。常在大型、高速、或高精度液压缸中设置常在大型、高速、或高精度液压缸中设置 缓冲装置或在系统中设置缓冲回路。缓冲装置或在系统中设置缓冲回路。第十五页，讲稿共五十三页哦缓冲原理缓冲原理利用节流方法在液压缸的回油腔产利用节流方法在液压缸的回油腔产生阻力，减小速度，避免撞击。生阻力，减小速度，避免撞击。第十六页，讲稿共五十三页哦缓冲装置类型缓冲装置类型 （1）圆柱形环隙式缓冲装置圆柱形环隙式缓冲装置 （2）圆锥形环隙式缓冲装置圆锥形环隙式缓冲装置 （3）可变节流槽式缓冲装置可变节流槽式缓冲装置 （4）可调节流孔式缓冲装置可调节流

7、孔式缓冲装置 第十七页，讲稿共五十三页哦第十八页，讲稿共五十三页哦第十九页，讲稿共五十三页哦缓冲装置缓冲装置(2/3)（1 1）圆柱形环隙式缓冲装置）圆柱形环隙式缓冲装置 当缓冲柱塞进入缸盖上的内孔时，缸盖和活塞当缓冲柱塞进入缸盖上的内孔时，缸盖和活塞间形成缓冲油腔间形成缓冲油腔B B，被封闭油液只能从环形间隙排出，被封闭油液只能从环形间隙排出，产生缓冲压力，从而实现减速缓冲。这种缓冲装置在，产生缓冲压力，从而实现减速缓冲。这种缓冲装置在缓冲过程中，由于其节流面积不变，故缓冲开始时产生缓冲过程中，由于其节流面积不变，故缓冲开始时产生的缓冲制动力很大，但很快就降低了，其的缓冲制动力很大，但很快就

8、降低了，其缓冲效果较差缓冲效果较差，但这种装置结构简单，但这种装置结构简单，便于设计和降低制造成本便于设计和降低制造成本，所以在一般系列化的成品液压缸中多采用这种缓冲装，所以在一般系列化的成品液压缸中多采用这种缓冲装置。置。第二十页，讲稿共五十三页哦缓冲装置缓冲装置(2/3)（2 2）圆锥形环隙式缓冲装置）圆锥形环隙式缓冲装置由于缓冲柱塞为圆锥形，所以缓冲环形间隙随位移由于缓冲柱塞为圆锥形，所以缓冲环形间隙随位移量量l l而改变，即节流面积随缓冲行程的增大而缩而改变，即节流面积随缓冲行程的增大而缩小，使机械能的小，使机械能的吸收较均匀吸收较均匀，其缓冲效果较好，其缓冲效果较好。第二十一页，讲稿

9、共五十三页哦缓冲装置缓冲装置(3/3)（3 3）可变节流槽式缓冲装置）可变节流槽式缓冲装置 理想缓冲装置应在全部工作过程中保持缓冲理想缓冲装置应在全部工作过程中保持缓冲压力恒定不变，因此，可在缓冲柱塞上开由浅到压力恒定不变，因此，可在缓冲柱塞上开由浅到深的三角节流沟槽，节流面积随着缓冲行程的增深的三角节流沟槽，节流面积随着缓冲行程的增大而逐渐减小，大而逐渐减小，缓冲压力变化平缓，但需要专缓冲压力变化平缓，但需要专门设计门设计。第二十二页，讲稿共五十三页哦缓冲装置缓冲装置(3/3)（4 4）可调节流孔式缓冲装置）可调节流孔式缓冲装置 在缓冲过程中，缓冲腔油液经小孔节流排出在缓冲过程中，缓冲腔油液

10、经小孔节流排出，调节节流孔的大小，可控制缓冲腔内缓冲压力，调节节流孔的大小，可控制缓冲腔内缓冲压力的大小，以适应液压缸不同的负载和速度工况对的大小，以适应液压缸不同的负载和速度工况对缓冲的要求，同时当活塞反向运动时，高压油从缓冲的要求，同时当活塞反向运动时，高压油从单向阀进入液压缸内，活塞也不会因推力不足而单向阀进入液压缸内，活塞也不会因推力不足而产生启动缓慢或困难等现象。产生启动缓慢或困难等现象。第二十三页，讲稿共五十三页哦液压缸的排气装置液压缸的排气装置 必要性必要性排气方法排气方法第二十四页，讲稿共五十三页哦排气的必要性排气的必要性 系统在安装或停止工作后常会渗入空气系统在安装或停止工作

11、后常会渗入空气 使液压缸产生爬行、振动和前冲，换向精度降低等。使液压缸产生爬行、振动和前冲，换向精度降低等。故故 必须设置排气装置必须设置排气装置。第二十五页，讲稿共五十三页哦排气方法排气方法1 排气孔排气孔 油口设置在液压缸最高处油口设置在液压缸最高处 2 排气塞排气塞 象螺钉象螺钉（如暖气包上的放气阀）（如暖气包上的放气阀）3 排气阀排气阀 使液压缸两腔经该阀与油使液压缸两腔经该阀与油 箱相通启动时，拧开排气箱相通启动时，拧开排气 阀使液压缸空载往复运动阀使液压缸空载往复运动 几次即可几次即可 第二十六页，讲稿共五十三页哦1缸盖 2放气小孔 3缸体 4活塞杆第二十七页，讲稿共五十三页哦三、

12、三、液压缸的设计与计算液压缸的设计与计算一、一、设计设计：二、校核二、校核 液压缸内径液压缸内径D、活塞杆直径活塞杆直径d、液压缸缸体长度液压缸缸体长度L第二十八页，讲稿共五十三页哦液压缸设计中的注意事项液压缸设计中的注意事项（1 1）活塞杆受拉状态下承受最大负载，在受压）活塞杆受拉状态下承受最大负载，在受压状态下具有稳定性。状态下具有稳定性。（2 2）排气和制动问题）排气和制动问题（3 3）液压缸的安装，只能在一端用键或销定位。）液压缸的安装，只能在一端用键或销定位。（4 4）结构简单紧凑）结构简单紧凑（5 5）密封性要好）密封性要好 第二十九页，讲稿共五十三页哦一、设计一、设计缸工作压力、

13、运动速度、工作条件、缸工作压力、运动速度、工作条件、加工工艺及加工工艺及拆 装检修等。设计依据：设计依据：液压缸的主要尺寸包括：液压缸的主要尺寸包括：液压缸内径液压缸内径D 活塞杆直径活塞杆直径d 液压缸缸体长度液压缸缸体长度L第三十页，讲稿共五十三页哦液压缸内径液压缸内径D 1 根据最大总负载和选取的工作压力来确定根据最大总负载和选取的工作压力来确定 2 根据执行机构速度要求和选定液压泵流量根据执行机构速度要求和选定液压泵流量 来确定来确定第三十一页，讲稿共五十三页哦液压缸工作压力的确定液压缸工作压力的确定 LfAFFFF21VV第三十二页，讲稿共五十三页哦液压缸内径和活塞杆直径的确定液压缸

14、内径和活塞杆直径的确定（一）液压缸内径（一）液压缸内径D（二）活塞杆直径（二）活塞杆直径d 第三十三页，讲稿共五十三页哦一一 双杆缸双杆缸vv224qqADd2212m12m4FA ppDdpp液压缸内径液压缸内径D 第三十四页，讲稿共五十三页哦二二 单杆缸单杆缸 无杆腔进油时无杆腔进油时 活塞的速度和推力1vv214qqAD22211122m12m22122m()4444Fp Ap AD pDdpDppd pP2第三十五页，讲稿共五十三页哦以单杆缸为例：以单杆缸为例：无杆腔进油时无杆腔进油时 是最大工作负载。是最大工作负载。P P1 1 P P2 2液压缸工作腔的工作压力，可根据机床类型或液

15、压缸工作腔的工作压力，可根据机床类型或负载的大小来确定负载的大小来确定,P,P2 2 是背压一般为零。是背压一般为零。maxFm a x14 FDp根据最大总负载和选取的工作压力来确定根据最大总负载和选取的工作压力来确定D 第三十六页，讲稿共五十三页哦当液压缸的往复速度比有一定要求时，由式得杆径当液压缸的往复速度比有一定要求时，由式得杆径d d为为：缸的速度比缸的速度比 过大会使无杆腔产生过大的背压，速度比过大会使无杆腔产生过大的背压，速度比 过小则活塞杆太细，稳定性不好。过小则活塞杆太细，稳定性不好。缸主要尺寸的计算缸主要尺寸的计算(2/3)dD1第三十七页，讲稿共五十三页哦2 根据执行机构

16、速度要求和选定液压泵根据执行机构速度要求和选定液压泵流量流量 来确定来确定以单杆缸为例：以单杆缸为例：无杆腔进油时无杆腔进油时有杆腔进油时有杆腔进油时1v214qqADv22224qqADd第三十八页，讲稿共五十三页哦（二）活塞杆直径（二）活塞杆直径d 原则：活塞杆直径可根据工作压力或设原则：活塞杆直径可根据工作压力或设 备类型选取液压缸的往复速度比备类型选取液压缸的往复速度比 有一定要求时有一定要求时 d=Dv-1/v d=Dv2-v1/V V2 2 计算所得活塞杆直径计算所得活塞杆直径d亦应圆整亦应圆整 为标准系列值。为标准系列值。第三十九页，讲稿共五十三页哦活塞杆直径活塞杆直径d 根据活

17、塞杆的受力情况来确定根据活塞杆的受力情况来确定一般受拉力作用时，一般受拉力作用时，d=（0.30.5）D受压时：见表受压时：见表 计算所得活塞杆直径计算所得活塞杆直径d亦应圆整亦应圆整 为标准系列为标准系列值。值。第四十页，讲稿共五十三页哦（三）液压缸缸体长度（三）液压缸缸体长度L 原则：由液压缸最大行程、活塞宽原则：由液压缸最大行程、活塞宽 度、活塞杆导向套长度、活塞杆导向套长 度、度、活塞杆密封活塞杆密封 长度和特殊要求的其它长度确定长度和特殊要求的其它长度确定,为减小加工难为减小加工难度，一般液压缸缸体长度不应大于内径的度，一般液压缸缸体长度不应大于内径的2030倍倍。L=l+A+B+M

18、+C第四十一页，讲稿共五十三页哦液压缸其它部位尺寸的确定液压缸其它部位尺寸的确定 导向长度导向长度HL/20+D/2（L为液压缸最大行程）为液压缸最大行程）活塞宽度活塞宽度B=（0、61、0）D；A=(0.610)D（D80mm）导向套滑动面长度导向套滑动面长度A A=(0.61)d（D80mm）如装有隔套如装有隔套K时，时，C=H-（A+B）/2M:活塞杆密封长度，由密封方式决定活塞杆密封长度，由密封方式决定第四十二页，讲稿共五十三页哦（四）最小导向长度的确定（四）最小导向长度的确定 如果导向长度过小，影响液压缸的如果导向长度过小，影响液压缸的稳定，因此必须保证有一个最小导向长稳定，因此必须

19、保证有一个最小导向长度。度。H L/20+D/2H L/20+D/2L L 液压缸的最大工作行程液压缸的最大工作行程D D 缸筒内径缸筒内径第四十三页，讲稿共五十三页哦二二 强度校核强度校核（一）缸筒壁厚一）缸筒壁厚（二）活塞杆外径校核二）活塞杆外径校核（三）缸盖固定罗双的直径校核（三）缸盖固定罗双的直径校核（四）缓冲计算（四）缓冲计算（五）液压缸稳定性校核（五）液压缸稳定性校核第四十四页，讲稿共五十三页哦（一）缸筒壁厚（一）缸筒壁厚校核方法校核方法1、缸筒壁厚、缸筒壁厚 中低压系统，无需校核中低压系统，无需校核确定原则确定原则 高压大直径时，必须校核高压大直径时，必须校核 第四十五页，讲稿共

20、五十三页哦薄壁缸体（无缝钢管）薄壁缸体（无缝钢管）:当当D/10时时 ptD/2 =b/n Pt 为缸筒的试验压力，由液压缸的额定压力来确定为缸筒的试验压力，由液压缸的额定压力来确定 缸筒材料的许用压力缸筒材料的许用压力b 缸筒材料的抗拉强度缸筒材料的抗拉强度n一般取为一般取为5第四十六页，讲稿共五十三页哦厚壁缸体（铸造缸体）厚壁缸体（铸造缸体）:当当D/10时时 D/2+0.4 pt/-1.3pt-1若若 液压缸缸筒与缸盖采用半环连接，液压缸缸筒与缸盖采用半环连接，应取应取缸筒壁最小处的值。缸筒壁最小处的值。第四十七页，讲稿共五十三页哦（二）活塞杆外径校核（二）活塞杆外径校核（1）受拉安全

21、d4F/=b/1.4 第四十八页，讲稿共五十三页哦缸的强度计算和校核缸的强度计算和校核(3/3)（2）活塞杆的稳定性计算 活塞杆受轴向压力作用时，有可能产生弯曲，当此轴向力达到临界值Fk时，会出现压杆不稳定现象，临界值Fk的大小与活塞杆长度和直径，以及缸的安装方式等因素有关。只有当活塞杆的计算长度时，才进行活塞杆的纵向稳定性计算。其计算按材料力学有关公式进行。使缸保持稳定的条件为：（4.30）Fcr可根据细长比的范围按下述有关公式计算：（a）当细长比 时：（4.31）（b）细长比 ，且 20120时：（4.32）（c）当细长比时，缸具有足够的稳定性，不必校核。crcrFFnimkl22lEJi

22、Fkimklim)(1kliafAFk第四十九页，讲稿共五十三页哦（三）缸盖固定螺栓的直径校核（三）缸盖固定螺栓的直径校核 d5.2KF/ZF 液压缸的负载液压缸的负载Z 固定螺栓的个数固定螺栓的个数K 螺纹的拧紧系数（螺纹的拧紧系数（1.1.22.5）螺纹材料的许用应力螺纹材料的许用应力 （1.22.5 s）s 材料的屈服极限材料的屈服极限第五十页，讲稿共五十三页哦（四）缓冲计算（四）缓冲计算 缓冲计算主要是估计缓冲时缸中出现缓冲计算主要是估计缓冲时缸中出现的最大冲击压的最大冲击压缓冲液压能：缓冲液压能：E E1 1=p=pc cA Ac cl lc c工作部件的总能量：工作部件的总能量：E

23、 E2 2=p=pp pA Ap pl lc c+Mv+Mv2 2/2-F/2-Ff fl lc c 要想活塞与缸盖不发生碰闯，就要要想活塞与缸盖不发生碰闯，就要使工作部件的全部能量都被缓冲液体吸收。使工作部件的全部能量都被缓冲液体吸收。第五十一页，讲稿共五十三页哦即：E1E2E E1 1=p=pc cA Ac cl lc c E2 p pc c E2 /A Ac cl lc c 缓冲装置为节流口变化式缓冲装置，缓冲装置为节流口变化式缓冲装置，则由于缓冲压力则由于缓冲压力p pc c始终不变，最大缓冲始终不变，最大缓冲压力的值可由上式计算压力的值可由上式计算第五十二页，讲稿共五十三页哦2022-9-11感谢大家观看感谢大家观看第五十三页，讲稿共五十三页哦