第4章 液压执行元件.ppt

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1、 第第4章章 液压执行元件液压执行元件液压和气压传动与控制 本章主要介绍高速液压马达及低速大扭矩马达、液高速液压马达及低速大扭矩马达、液压缸的类型及特点、液压缸的设计计算压缸的类型及特点、液压缸的设计计算 、液压缸的典型、液压缸的典型结构结构 、液压缸的密封。、液压缸的密封。内容提要：内容提要：教学基本要求：教学基本要求：通过本章的学习，要求掌握马达的工作原理（马达怎样产生转速、转矩）、结构特点、及主要性能特点；了解不同类型的马达之间的性能差异及适用范围，为日后正确选用奠定基础。要求掌握液压缸设计中应考虑的主要问题，包括结结构构类类型型的的选选择择和参参数数计计算算等，为液压缸设计打下基础。本

2、章重点内容本章重点内容:通过本章学习，要求掌握液压马达的工作原理、功通过本章学习，要求掌握液压马达的工作原理、功能、性能参数、性能特点及应用范围。能、性能参数、性能特点及应用范围。本章的难点本章的难点:液压缸的设计计算。液压缸的设计计算。重点和难点：重点和难点：液压马达液压马达 4.1液压缸液压缸 4.2本章内本章内容目录：容目录：液压马达和液压泵在结构上基本相同，也是靠密封容积的变化进行工作的。常见的液马达也有齿轮式、叶片式和柱塞式等几种主要形式；从转速转矩范围分,可有高速马达和低速大扭矩马达之分。马达和泵在工作原理上是互逆的，当向泵输入压力油时，其轴输出转速和转矩就成为马达。由由于于二二者

3、者的的任任务务和和要要求求有有所所不不同同，故故在在实实际际结结构构上上只有少数泵能做马达使用。只有少数泵能做马达使用。4.1 4.1 液压马达液压马达4.1.1 4.1.1 4.1.1 4.1.1 液压马达的工作原理及分类液压马达的工作原理及分类液压马达的工作原理及分类液压马达的工作原理及分类T输出参量输出参量输出参量输出参量转矩T角速度马达的符号马达的符号马达p Q马达的输入参量马达的输入参量马达的输入参量马达的输入参量流量Q压力p液压马达的职能符号液压马达的职能符号a a 单向定量马达单向定量马达 b b 单向变量马达单向变量马达c c 双向定量马双向定量马 d d 双向变量马达双向变量

4、马达液压输出液压输出J液压马达液压马达液压泵液压泵机械输入机械输入液压输入液压输入机械输出机械输出液压马达是实现连续旋转运动的执行元件，从原理上讲，向容积式泵中输入压力油，迫使其转轴转动，就成为液压马达，即容积式泵都可作液压马达使用。但在实际中由于性能及结构对称性等要求不同，一般情况下，液压泵和液压马达不能互换。工作压力工作压力 马达入口油液的实际压力称为马达的工作压力，马达入口压力和出口压力的差值称为马达的工作压差。4.1.2 4.1.2 4.1.2 4.1.2 液压马达的主要性能参数液压马达的主要性能参数液压马达的主要性能参数液压马达的主要性能参数 流量和排量流量和排量 马达入口处的流量称

5、为马达的实际流量。马达密封腔容积变化所需要的流量称为马达的理论流量。实际流量和理论流量之差即为马达的泄漏量。马马达达轴轴每每转转一一周周，由由其其密密封封容容腔腔有有效效体体积积变变化化而而排排出的液体体积称为马达的排量。出的液体体积称为马达的排量。容积效率和转速 因马达实际存在泄漏，由实际流量 q 计算转速 n时，应考虑马达的容积效率 。当液压马达的泄漏流量为 ，马达的实际流量为 ，则液压马达的容积效率为：马达的输出转速等于理论流量 与排量 的比值，即 机械效率 对液液压压马马达达来说，输入液压马达的实际流量 必然大于它的理论流量 即 ，它的容积效率为：马达容积损失马达容积损失 马达容积损失

6、马达容积损失:d=理想马达 P马达的角度排量dVVqT=ww/()(dtVqtPTtt 马达的机械损失对于液压马达来说，由于摩擦损失的存在，其实际输出转矩小于理论转矩，它的机械效率为 马达的机械损失液压马达的总效率等于其容积效率和机械效率的乘积。液压马达的总效率等于其容积效率和机械效率的乘积。液液压压泵泵、马马达达的的容容积积效效率率和和机机械械效效率率在在总总体体上上与与油油液液的的泄漏和摩擦副的摩擦损失有关。泄漏和摩擦副的摩擦损失有关。输出转矩 因马达实际存在机械摩擦，故实际输出转矩应考虑机械效率。设马达的出口压力为零，入口工作压力为p，排量为V，则马达的理论输出转矩与泵有相同的表达形式,

7、即马达的实际输出转矩小于理论输出转矩：功率和总效率 马达的输入功率为 马达的输出功率为 马达的总效率为 由由上上式式可可见见，液液压压马马达达的的总总效效率率亦亦同同于于液液压压泵泵的的总总效效率，等于机械效率与容积效率的乘积。率，等于机械效率与容积效率的乘积。4.1.3 高速液压马达高速液压马达 一般来说，额定转速高于500r/min的马达属于高速马达，额定转速低于500r/min的马达属于低速马达。高速液压马达基本型式：齿轮式、叶片式和轴向柱塞式等。它们的主要特点是转速高，转动惯量小，便于启动、制动、调速和换向。通常高速马达的输出转矩不大，最低稳定转速较高，只能满足高速小扭矩工况。齿轮式马

8、达柱塞式柱塞式马达的工作原理马达的工作原理 当压力油输入液压马达时，处于压力腔的柱塞被顶出，压在斜盘上，斜盘对柱塞产生反力，该力可分解为轴向分力和垂直于轴向的分力。其中，垂直于轴向的分力使缸体产生转矩。柱塞式柱塞式马达的扭矩计算马达的扭矩计算 当压力油输入液压马达后，所产生的轴向分力为：使缸体3产生转矩的垂直分力为：pggptgdtgFFt24=柱塞式柱塞式马达的扭矩计算马达的扭矩计算 单个柱塞产生的瞬时转矩为：液压马达总的输出转矩：R 柱塞在缸体的分布圆半径；d 柱塞直径；N 压力腔半圆内的柱塞数柱塞式柱塞式马达的扭矩计算马达的扭矩计算 可以看出，液压马达总的输出转矩等于处在马达压力腔半圆内

9、各柱塞瞬时转矩的总和。由于柱塞的瞬时方位角呈周期性变化，液压马达总的输出转矩也周期性变化，所以液压马达输出的转矩是脉动的，通常只计算马达的平均转矩。4.1.44.1.4 低速大扭矩液压马达低速大扭矩液压马达低速大扭矩液压马达低速大扭矩液压马达 低速大扭矩液压马达是相对于高速马达而言的，通常这类马达在结构形式上多为径向柱塞式,其特点是：最低转速低，大约在510转/分；输出扭矩大，可达几万牛顿米；径向尺寸大，转动惯量大。它可以直接与工作机构直接联接，不需要减速装置，使传动结构大为简化。低速大扭矩液压马达广泛用于起重、运输、建筑、矿山和船舶等机械上。低速大扭矩液压马达的基本形式有三种：它们分别是曲柄

10、连杆马达、静力平衡马达和多作用内曲线马达。1.1.曲柄连杆低速大扭矩液压马达曲柄连杆低速大扭矩液压马达曲柄连杆低速大扭矩液压马达曲柄连杆低速大扭矩液压马达 曲柄连杆式低速大扭矩液压马达应用较早，同类型号为JMZ型，其额定压力16MPa，最高压力21MPa，理论排量最大可达6.140L/min。曲柄连杆低速大扭矩液压马达曲柄连杆低速大扭矩液压马达曲柄连杆低速大扭矩液压马达曲柄连杆低速大扭矩液压马达 马达由壳体、曲柄连杆活塞组件、偏心轴及配油轴组成。壳体1内沿圆周呈放射状均匀布置了五只缸体，形成星形壳体；缸体内装有活塞2，活塞2与连杆3通过球绞连接，连杆大端做成鞍型圆柱瓦面紧贴在曲轴4的偏心圆上，

11、液压马达的配流轴5与曲轴通过十字键连结在一起，随曲轴一起转动，马达的压力油经过配流轴通道，由配流轴分配到对应的活塞油缸。腔通压力油，活塞受到压力油的作用。腔与排油窗口接通。受油压作用的柱塞通过连杆对偏心圆中心作用一个力N，推动曲轴绕旋转中心转动，对外输出转速和扭矩；随着驱动轴、配流轴转动，配流状态交替变化。在曲轴旋转过程中，位于高压侧的油缸容积逐渐增大，而位于低压侧的油缸的容积逐渐缩小，因此，高压油不断进入液压马达，从低压腔不断排出。配流轴过渡密封间隔的方位和曲轴的偏心方向保持一致2.2.静力平衡式低速大扭矩液压马达静力平衡式低速大扭矩液压马达静力平衡式低速大扭矩液压马达静力平衡式低速大扭矩液

12、压马达 静力平衡式低速大扭矩马达也叫无连杆马达，是从曲柄连杆式液压马达改进、发展而来的，它的主要特点是取消了连杆，并且在主要摩擦副之间实现了油压静力平衡，所以改善了工作性能。国外把这类马达称为罗斯通（Roston）马达，国内也有不少产品，并已经在船舶机械、挖掘机以及石油钻探机械上使用。液 压 马 达的偏心轴与曲轴的形式相类似，既是输出轴，又是配流轴。五星轮3套在偏心轴的凸轮上，高压油经配流轴中心孔道通到曲轴的偏心配流部分，然后经五星轮中的径向孔进入油缸的工作腔内。3.多作用内曲线马达多作用内曲线马达缸体压油口配油轴定子柱塞回油口 液压马达由定子1、转子2、配流轴4与柱塞组3等主要部件组成，定子

13、1的内壁有若干段均布的、形状完全相同的曲面组成。每一相同形状的曲面又可分为对称的两边，其中允许柱塞副向外伸的一边称为进油工作段，与它对称的另一边称为排油工作段。内曲线马达内曲线马达内曲线马达原理图内曲线马达原理图缸体压油口配油轴定子柱塞回油口上死点上死点上死点上死点下死点下死点下死点下死点每个柱塞在液压马达每转中往复的次数等于定子曲面数X，称 X 为该液压马达的作用次数。Z 个柱塞缸孔，每个缸孔的底部都有一配流窗口，并与它的中心配流轴4相配合的配流孔相通。缸体压油口配油轴定子柱塞回油口配流轴4中间有进油和回油的孔道，它的配流窗口的位置与导轨曲面的进油工作段和回油工作段的位置相对应，所以在配流轴

14、圆周上有2X个均布配流窗口。液压马达的工作特点液压马达的工作特点液压马达的工作特点液压马达的工作特点 马达应能正、反运转，因此，就要求液压马达在设计时具有结构上的对称性。当液压马达的惯性负载大、转速高，并要求急速制动或反转时，会产生较高的液压冲击，应在系统中设置必要的安全阀或缓冲阀。由于内部泄漏不可避免，因此将马达的排油口关闭而进行制动时，仍会有缓惯的滑转，所以，需要长时间精确制动时，应另行设置防止滑转的制动器。某些型式的液压马达必须在回油口具有足够的背压才能保证正常工作。选择液压马达时，应根据液压系统所确定的压力、排量、设备结构尺寸、使用要求、工作环境等合理选定马达的具体类型和规格。若工作机

15、构速度高、负载小，宜选用齿轮马达或叶片马达；速度平稳性要求高时，选用双作用叶片马达；当负载较大时，则宜选用轴向柱塞马达。若工作机构速度低、负载大，则有两种方案选择：一种是用高速小扭矩马达，配合减速装置来驱动工作机构；一种是选用低速大扭矩马达，直接驱动工作机构，到底选用那种方案，要经过技术经济比较才能确定。4.1.5 各类马达的性能比较及其选用各类马达的性能比较及其选用表表4-1 常用液压马达性能比较常用液压马达性能比较类型压力排量转速扭矩性能及适用工况齿轮马达中低小高小结构简单，价格低，抗污染性好，效率低，用于负载扭矩不大，速度平稳性要求不高，噪音限制不大及环境粉尘较大的场合叶片马达中小高小结

16、构简单，噪声和流量脉动小，适于负载扭矩不大，速度平稳性和噪声要求较高的条件轴向柱塞马达高小高较大结构复杂，价格高，抗污染性差，效率高，可变量，用于高速运转，负载较大，速度平稳性要求较高的场合曲柄连杆式径向柱塞马达高大低大），对运动平稳性要求不高的场合静力平衡马达高大低大），对运动平稳性要求不高的场合内曲线径向柱塞马达高大低大），对运动平稳性要求高的场合，用于直接驱动工作机构液液压压缸缸（油缸）主要用于实现机构的直线往复运动，也可以实现摆动，其结构简单，工作可靠，应用广泛。液压缸的输入量是液体的流量和压力，输出量是速度和力。液压缸和液压马达都是液压执行元件，其职能是将液压能转换为机械能。p1p2

17、FVdQA液压缸压力p 流量Q液压功率作用力F 速度V机械功率4.2 4.2 液压缸液压缸4.2.1 4.2.1 液压缸的分类及计算液压缸的分类及计算 液压缸的分类液压缸的分类液压缸的分类液压缸的分类按供油方向分：单作用缸和双作用缸。按结构形式分：活塞缸、柱塞缸、伸缩套筒缸、摆动液压缸。按活塞杆形式分：单活塞杆缸、双活塞杆缸。单杆液压缸单杆液压缸双杆液压缸双杆液压缸柱塞式液压缸柱塞式液压缸理想液压缸理想液压缸理想单杆液压缸理想单杆液压缸PQ=Fv理想双杆液压缸理想双杆液压缸PQ=Fv理想油缸理想油缸数学模型数学模型/()A单位位移排量油缸有效工作面积_AAQvPFvFQP=1.1.活塞式液压缸

18、活塞式液压缸 活塞式液压缸可分为双杆式和单杆式两种结构形式，其安装又有缸筒固定和活塞杆固定两种方式。1 1）双杆活塞液压缸）双杆活塞液压缸双活塞杆液压缸的活塞两端都带有活塞杆，分为缸体固定和活塞杆固定两种安装形式，如下图所示。(a)缸筒固定式缸筒固定式(b)活塞杆固定式活塞杆固定式因为双活塞杆液压缸的两活塞杆直径相等两活塞杆直径相等，所以当输入流量和油液压力不变时，其往返运动速度和推力相等。则缸的运动速度V和推力F分别为：式中:、分别为缸的进、回油压力；分别为缸的容积效率和机械效率；、d 分别为活塞直径和活塞杆直径；q输入流量；A活塞有效工作面积。这种液压缸常用于要求往返运动速度相同的场合。这

19、种液压缸常用于要求往返运动速度相同的场合。2）单活塞杆液压缸）单活塞杆液压缸 单活塞杆液压缸的活塞仅一端带有活塞杆，活塞双向运动可以获得不同的速度和输出力，其简图及油路连接方式如下图所示。(a)无杆腔进油无杆腔进油Ddq(b)有杆腔进油有杆腔进油q无杆腔进油活塞的运动速度和推力分别为:(a)无杆腔进油无杆腔进油Ddq有杆腔进油活塞的运动速度和推力分别为:(b)有杆腔进油有杆腔进油q比较上述各式，可以看出：,；液压缸往复运动时的速度比为：上式表明：当当活活塞塞杆杆直直径径愈愈小小时时，速速度度比比接接近近1，在两个方向上的速度差值就愈小。，在两个方向上的速度差值就愈小。(a)无杆腔进油无杆腔进油

20、Ddq(b)有杆腔进油有杆腔进油q两腔进油,差动联接(c)差动联接差动联接q当单杆活塞缸两腔同时通入压力油时，由于无杆腔有效作用面积大于有杆腔的有效作用面积，使得活塞向右的作用力大于向左的作用力，因此，活塞向右运动，活塞杆向外伸出；与此同时，又将有杆腔的油液挤出，使其流进无杆腔，从而加快了活塞杆的伸出速度，单活塞杆液压缸的这种连接方式被称为差动连接差动连接。两腔进油,差动联接(c)差动联接差动联接q在忽略两腔连通油路压力损失的情况下，差动连接液压缸的推力为：q等效活塞的运动速度为：两腔进油,差动联接(c)差动联接差动联接qq等效 差动连接差动连接时时,液压缸液压缸的的有效作用面积有效作用面积是

21、是活塞杆的横截活塞杆的横截面积面积，工作台运动速度比无杆腔进油时的大，而输出力则较小。差动连接是在不增加液压泵容量和功率的条件下，实差动连接是在不增加液压泵容量和功率的条件下，实现快速运动的有效办法。现快速运动的有效办法。几种连接的速度比较几种连接的速度比较差动液压缸计算举例差动液压缸计算举例例1：已已知知单单活活塞塞杆杆液液压压缸缸的的缸缸筒筒内内径径D=100mm，活活塞塞杆杆直直径径d=70mm，进进入入液液压压缸缸的的流流量量q=25l/min，压压力力P1=2Mpa，P2=0。液液压压缸缸的的容容积积效效率率和和机机械械效效率率分分别别为为0.98、0.97，试试求求在在图图4-10

22、(a)、(b)、(c)所所示示的的三三种种工工况况下下，液液压压缸缸可可推推动动的的最最大大负负载载和和运运动动速速度度各各是是多多少少？并并给给出出运运动方向。动方向。解解：在图4-10（a）中，液压缸无杆腔进压力油，回油腔压力为零，因此，可推动的最大负载为：液压缸向左运动，其运动速度为：在图4-10（b）中，液压缸为有杆腔进压力油，无杆腔回油压力为零，可推动的负载为：液压缸向左运动，其运动速度为：在图4-10（c）中，液压缸差动连接，可推动的负载力为：液压缸向左运动，其运动速度为：2.柱塞式液压缸柱塞式液压缸当活塞式液压缸行程较长时，加工难度大,使得制造成本增加。某些场合所用的液压缸并不要

23、求双向控制,柱塞式液压缸正是满足了这种使用要求的一种价格低廉的液压缸。柱塞式液压缸工作原理柱塞式液压缸工作原理柱塞式液压缸如如图图所所示示，柱柱塞塞缸缸由由缸缸筒筒、柱柱塞塞、导导套套、密密封封圈圈和和压压盖盖等等零零件件组组成成，柱柱塞塞和和缸缸筒筒内内壁壁不不接接触触，因此缸筒内孔不需精加工，工艺性好，成本低。因此缸筒内孔不需精加工，工艺性好，成本低。柱柱塞塞式式液液压压缸缸是是单单作作用用的的，它它的的回回程程需需要要借借助助自自重重或或弹弹簧簧等等其其它它外外力力来来完完成成。如如果果要要获获得得双双向向运运动动，可可将将两两柱柱塞塞液液压压缸缸成成对对使使用用为为减减轻轻柱柱塞塞的的

24、重重量量，有有时时制制成成空空心心柱塞。柱塞。柱塞式液压缸QQVdd式中：d柱塞直径，p1进油压力，p2另一缸的回油压力。p1p2双向运动的柱塞液压缸工作原理双向运动的柱塞液压缸工作原理3.摆动式液压缸摆动液压缸摆动液压缸能实现小于360角度的往复摆动运动，由于它可直接输出扭矩，故又称为摆动液压马达，主要有单叶片式和双叶片式两种结构形式。单叶片式摆动液压缸工作原理单叶片式摆动液压缸工作原理双叶片式摆动液压缸工作原理双叶片式摆动液压缸工作原理图3.4摆动液压缸 单单叶叶片片摆摆动动液液压压缸缸主要由定子块1、缸体2、摆动轴3、叶片4、左右支承盘和左右盖板等主要零件组成。定子块固定在缸体上，叶片和

25、摆动轴固连在一起，当两油口相继通以压力油时，叶片即带动摆动轴作往复摆动。摆动液压缸当考虑到机械效率时，单叶片缸的摆动轴输出转矩为p1p2D 缸体内孔直径；d 摆动轴直径；b 叶片宽度；摆动液压缸q根据能量守恒原理,结合式(3.10)得输出角速度为D 缸体内孔直径；d 摆动轴直径；b 叶片宽度；q 单叶片摆动液压缸单叶片摆动液压缸的的摆角摆角一般不超过一般不超过280 280 ，双叶片双叶片摆动液压缸摆动液压缸的的摆角摆角一般不超过一般不超过150 150 。当输入压力和流量不变时，双叶片摆动液压缸摆动轴当输入压力和流量不变时，双叶片摆动液压缸摆动轴输出转矩输出转矩是相同参数单叶片摆动缸的两倍，

26、而摆动角速度是相同参数单叶片摆动缸的两倍，而摆动角速度则是单叶片的一半。则是单叶片的一半。q摆摆动动缸缸结结构构紧紧凑凑，输输出出转转矩矩大大，但但密密封封困困难难，一一般般只只用用于于中中、低低压压系系统统中中往往复复摆摆动动，转转位位或或间间歇运动的地方。歇运动的地方。缸体4.4.伸缩式液压缸伸缩式液压缸伸缩式液压缸伸缩式液压缸 伸出伸出缩回缩回套筒活塞活塞伸缩式单作用缸伸缩式单作用缸伸缩式液压缸工作原理伸缩式液压缸工作原理伸缩式液压缸工作原理伸缩式液压缸工作原理伸出伸出缩回缩回伸缩式液压缸的特点是：活塞杆伸出的行程长，收缩后的结构尺寸小，适用于翻斗汽车，起重机的伸缩臂等。伸缩式双作用缸伸

27、缩式双作用缸伸出伸出BA二级活塞缸体两端有进、出油口A和B。当A口进油，B口回油时，先推动一级活塞向右运动。一级活塞右行至终点时，二级活塞在压力油的作用下继续向右运动。伸出伸出BA二级活塞5.齿条活塞缸 齿条活塞缸由带有齿条杆的双作用活塞缸和齿轮齿条机构组成，活塞往复移动经齿条、齿轮机构变成齿轮轴往复转动。图3.6齿条活塞液压缸的结构图1紧固螺帽；2调节螺钉；3端盖；4垫圈；5O形密封圈；6挡圈；7缸套；8齿条活塞；9齿轮；l0传动轴；11缸体；12螺钉q齿条活塞液压缸工作原理齿条活塞液压缸工作原理 是由两个缸组成的串连液压缸。两个缸分别有自己的进油口、出油口，缸筒固定在同一个活塞杆上。两个缸

28、的进油口相连，出油口也相连。串连液压缸的输出力是两个缸输出力的总和。6.串联液压缸串联液压缸参数计算参数计算7.增压缸增压缸 增压缸是活塞缸与柱塞缸组成的复合缸，但它不是能量转换装置，只是一个增压器件。增压比为大活塞与小柱塞的面积比KD 2/d 2；增压能力是在降低有效流量的基础上得到的；增压缸作为中间环节，用在低压系统要求有局部高压油路的场合。参数计算参数计算增压缸工作原理增压缸工作原理4.2.2液压缸的结构双作用单活塞杆液压缸结构图l缸底；2卡键；3、5、9、11密封圈；4活塞；6缸筒；7活塞杆；8导向套；10缸盖；12防尘圈；13耳轴液压缸的分解图液压缸的分解图双作用单活塞杆液压缸结构图

29、l缸底；2卡键；3、5、9、11密封圈；4活塞；6缸筒；7活塞杆；8导向套；10缸盖；12防尘圈；13耳轴单活塞杆液压缸主要由缸底1、缸筒6、缸盖10、活塞4、活塞杆7和导向套8等组成。缸筒一端与缸底焊接，另一端与缸盖采用螺纹连接。活塞与活塞杆采用卡键连接。为了保证液压缸的可靠密封，在相应部位设置了密封圈3、5、9、11和防尘圈12。缸筒与端盖的连接 缸体与缸盖的连接结构1.缸体组件（2）半半环环式式连连接接，分为外半环连接和内半环连接两种连接形式。(1）法兰式连接）法兰式连接（3）螺纹式连接）螺纹式连接外螺纹连接内螺纹连接（5）焊接式连接）焊接式连接（4）拉杆式连接）拉杆式连接 缸筒缸筒 是

30、液压缸的主体，其内孔一般采用镗削、绞孔、滚压或珩磨等精密加工工艺制造，要求表面粗造度在0.1m0.4m。端盖端盖 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，端盖及其连接件都应有足够的强度。导导向向套套 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。缸缸缸缸筒筒筒筒，端端端端盖盖盖盖和和和和导导导导向向向向套套套套的的的的材材材材料料料料选选选选择择择择和和和和技技技技术术术术要要要要求求求求可可可可参参参参考液压设计手冊。考液压设计手冊。考液压设计手冊。考液压设计手冊。2.活塞组件 活塞组件由活塞、密封件、活塞杆和连接件等组成。活塞与活塞杆的连接形

31、式 如图3.9所示，活塞与活塞杆的连接最常用的有螺纹连接和半环连接形式，除此之外还有整体式结构、焊接式结构、锥销式结构等。1一活塞杆；2一活塞；3一密封圈；4一弹簧圈；5一螺母1一卡键；2一套环；3一弹簧卡圈活塞装置主要用来防止液压油的泄漏。对对密密封封装装置置的的基基本本要要求求是是具具有有良良好好的的密密封封性性能能，并并随随压压力力的的增增加加能能自自动动提高密封性提高密封性。除此以外，摩擦阻力要小，耐油。油缸主要采用密封圈密封，密封圈有O形、V形、Y形及组合式等数种，其材料为耐油橡胶、尼龙、聚氨脂等。（1）O形密封圈O形密封圈的截面为圆形，主要用于静密封。与唇形密封圈相比，运动阻力较大

32、，作运动密封时容易产生扭转，故一般不单独用于油缸运动密封。（1）O形密封圈O型密封圈的结构原理（a）普通型（b）有挡板型O形圈密封的原理：任何形状的密封圈在安装时，必须保证适当的预压缩量，过小不能密封，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10MPa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，双向受高压时，两侧都要加挡圈。（a）普通型（b）有挡板型O型密封圈的结构原理V形圈的截面为V形，如图所示，V形密封装置是由压环、V形圈和支承环组成。当工作压力高于10MPa时，可增

33、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。（2）V形密封圈a)压环b)V型圈c)支承环V形密封圈Y形密封圈的截面为Y形，属唇形密封圈。它是一种摩擦阻力小、寿命较长的密封圈，应用普遍。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，图所示为宽断面Y形密封圈。（3）Y（Yx）形密封圈 Y形密封圈Y形密封圈Y形圈安装时，唇口端面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（b）所示。3.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

34、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。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。4.排气装置排气装置 液压传动系统往往会混入空气，使系统工作不稳定，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产生振动、爬行或前冲等现象，严重时会使系统不

35、能正常工作。工作。因此，设计液压缸时，必须考虑空气的排除。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，空气排完后拧紧螺钉，液压缸便可正常。4.2.3 4.2.3 液压缸的设计与计算液压缸的设计与计算液压缸的计算及验算方法 首首先先根根据据使使用用要要求求确确定定液液压压缸缸的的类类型型，再再按按负负载载和和运运动动要要求求确确定定液液压压缸缸的的主主要要结结构构尺尺寸寸，必必要时需进行强度验算，最后进行结构设计。要时需进行强度

36、验算，最后进行结构设计。液液压压缸缸的的主主要要尺尺寸寸包包括括液液压压缸缸的的内内径径D、缸缸的的长长度度L、活活塞塞杆杆直直径径d。主主要要根根据据液液压压缸缸的的负负载载、活塞运动速度和行程等因素来确定上述参数。活塞运动速度和行程等因素来确定上述参数。(1)尽量使液压缸的活塞杆在受拉状态下承受最大负载，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稳定性。或在受压状态下具有良好的稳定性。(2)对缓冲和制动有要求的液压缸应设置缓冲装置和排对缓冲和制动有要求的液压缸应设置缓冲装置和排气装置。气装置。(3)正确确定液压缸的安装、固定方式。正确确定液压缸的安装、固定方式。

37、(4)液压缸各部分的结构应尽可能做到结构简单、紧凑、液压缸各部分的结构应尽可能做到结构简单、紧凑、加工、装配和维修方便加工、装配和维修方便液压缸设计中应注意的问题液压缸设计中应注意的问题液压缸工作压力的确定 液压缸要承受的负载包括有效工作负载、摩擦阻力和惯性力等。液压缸的工作压力按负载确定。对于不同用途的液压设备，由于工作条件不同，采用的压力范围也不同。设计时，液压缸的工作压力可按负载大小及液压设备类型来确定。1.液压缸主要尺寸的确定 液液压压缸缸内内径径D和和活活塞塞杆杆直直径径d可根据最大总负载和选取的工作压力来定，对单杆缸而言，有：有杆腔进油时：有杆腔进油时：无杆腔进油时无杆腔进油时有杆

38、腔进油时：有杆腔进油时：无杆腔进油时无杆腔进油时上式中的杆径d可根据工作压力选取，当液压缸的往复速度比有一定要求时，其杆径为计计算算所所得得的的液液压压缸缸内内经经D D和和活活塞塞杆杆直直经经d d应应圆圆整整为标准系列，参见为标准系列，参见新编液压工程手册新编液压工程手册。液压缸的缸筒长度由活塞最大行程、活塞长度、活塞杆导向套长度、活塞杆密封长度和特殊要求的长度确定。其中活塞长度为（0.6-1.0）D，导向套长度为（0.6-1.5）d。为减少加工难度，一般液压缸缸筒长度不应大于内径的20-30倍。2.液压缸的校核 1）缸筒壁厚的验算中、高压液压缸一般用无缝钢管做缸筒，大多属薄壁筒，即/D0

39、.08。此时，可根据材料力学中薄壁圆筒的计算公式验算缸筒的壁厚，即 当/D0.3时，可用下式校核缸筒壁厚当液压缸采用铸造缸筒时，壁厚由铸造工艺确定，这时应按厚壁圆筒计算公式验算壁厚。当/D=0.08-0.3时，可用下式校核缸筒的壁厚式中:缸筒内的最高工作压力缸筒材料的许允应力 活塞杆长度根据液压缸最大行程活塞杆长度根据液压缸最大行程L L而定。对于而定。对于工作行程中受压的活塞杆，当活塞杆长度工作行程中受压的活塞杆，当活塞杆长度L L与其直与其直径径d d之比大于之比大于1515时，应对活塞杆进行稳定性验算。时，应对活塞杆进行稳定性验算。关于稳定性验算的内容可查阅液压设计手册关于稳定性验算的内

40、容可查阅液压设计手册。2 2）液压缸稳定性验算）液压缸稳定性验算小小 结结 液压缸用于实现往复直线运动和摆动，是液压系液压缸用于实现往复直线运动和摆动，是液压系统中最广泛应用的一种液压执行元件。液压缸有时需统中最广泛应用的一种液压执行元件。液压缸有时需专门设计。专门设计。设设设设计计计计液液液液压压压压缸缸缸缸的的的的主主主主要要要要内内内内容容容容1根根据据需需要要的的推推力力计计算算液液压压缸缸内内径径及及活活塞塞杆杆直径等主要参数；直径等主要参数；2对对缸缸壁壁厚厚度度、活活塞塞杆杆直直径径、螺螺纹纹连连接接的的强度及油缸的稳定性等进行必要的校核；强度及油缸的稳定性等进行必要的校核；3确确定定各各部部分分结结构构，其其中中包包括括密密封封装装置置、缸缸筒筒与与缸缸盖盖的的连连接接、活活塞塞结结构构以以及及缸缸筒筒的的固固定形式等，进行工作图设计。定形式等，进行工作图设计。