第三章 液压缸 chapter Ⅲ hydraulic cylinder 液压缸和液压马达一样，都属 于液压系统的执行元件，都是将液压 能转换为机械能的能量转换装置。 液压马达做旋转运动，输出的 是转矩和转速；液压缸做直线往复运 动，输出的是力和速度。 1 节 液压缸的主要类型及特点 一、类型 ?直线往复式液压缸 按运动形式分 ??摆动式液压缸 按作用方式分 ?单作用式：液压推出，返回靠反力或自重 ??双作用式：活塞的正反向运动均靠液压力完成 2 一、类型 3 一、类型 ?活塞式 按结构形式分 ??柱塞式 ??伸缩式 ??叶片式 4 二、液压缸的工作原理 1、活塞式液压缸 （1）活塞向右行 F1 ? pA1 ? p ? ?D2 4 v1 ? q A1 ? 4q ?D 2 5 二、液压缸的工作原理 1、活塞式液压缸 （2）活塞向左行 F2 ? pA2 ? p?? (D2 ? 4 d2) v2 ? q A2 ? 4q ? (D2 ? d 2) 6 二、液压缸的工作原理 1、活塞式液压缸 （3）差动连接（一般 A2 ? ?d2 4 ） F3 ? p( A1 ? A2 ) ? p ?d 2 4 ? v3 ? q1 A1 ? q ? q2 A1 ? q ? v3 A2 A1 ? v3 ? q A1 ? A2 ? 4q ?d 2 7 二、液压缸的工作原理 1、活塞式液压缸 比较（1）、（2）、（3），可知 ： F1 ? F2 ? F3 v1 ? v2 ? v3 差动连接适用于快速、小负载的工况，如液 压机床中的快速推进。 8 二、液压缸的工作原理 2、柱塞式液压缸 柱塞式液压缸结构原理图 9 二、液压缸的工作原理 2、柱塞式液压缸 成对使用实现双向运动 10 二、液压缸的工作原理 2、柱塞式液压缸 它只能实现一个方向的液压传动，反 向运动要靠外力。若需要实现双向运动， 则必须成对使用。这种液压缸中的柱塞和 缸筒不接触，运动时由缸盖上的导向套来 导向，因此缸筒的内壁不需精加工，它特 别适用于行程较长的场合。 此外：柱塞重量往往较大，水平放置 时容易因自重而下垂，造成密封件和导向 单边磨损，故其垂直使用更有利。 11 二、液压缸的工作原理 3、伸缩套筒式液压缸 12 二、液压缸的工作原理 3、伸缩式液压缸 伸缩式液压缸由两个或多个活塞式液压缸套 装而成，前一级活塞缸的活塞是后一级活塞缸的 缸筒，可获得很长的工作行程。伸缩缸广泛的用 于起重运输车辆上。 图a是单作用式，图b是双作用式。 13 二、液压缸的工作原理 3、伸缩套筒式液压缸 柱塞式液压缸结构原理图 14 二、液压缸的工作原理 3、伸缩套筒式液压缸 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。 15 二、液压缸的工作原理 4、摆动式液压缸 有单叶片、双叶片两种类型。单叶片 摆角小于360° ，双叶片摆角小于180° 。 摆动缸结构比较简单，制造方便，但密封 困难，一般只用于中低压系统。 16 二、液压缸的工作原理 4、液压泵摆动式液压缸 单叶片摆动式液压缸 1— 输 出 轴 ； 2— 叶 片 ； 3— 缸 体 ； 4— 固 定 叶 片 （与3 固定，不转动） 双叶片摆动式液压缸 1—输出轴；2—固定叶 片；3—缸体；4—叶片 17 二、液压缸的工作原理 5、齿条液压缸 齿轮缸由两个 柱塞和一套齿轮齿 条传动装置组成， 当液压油推动活塞 左右往复运动时， 齿条就推动齿轮往 复转动，从而由齿 轮驱动工作部件作 往复旋转运动。 18 二、液压缸的工作原理 5、齿条液压缸 齿条活塞液压缸 19 二、液压缸的工作原理 6、增压缸 在某些短时或局部需要高压的液压系统中，常用增压 缸与低压大流量泵配合作用，单作用增压缸的工作原理 如图a所示，输入低压力p1的液压油，输出高压力为p2的 液压油，增大压力关系如式 p2 ? p1 ?? ? D ?2 ? d? 单作用增压缸不能连续向系统供油，图b为双作用式 增压缸，可由两个高压端连续向系统供油。 20 第二节 液压缸的结构图 一、结构（以单杆双作用式为例） 1-缸底 2-弹簧挡圈 3-套环 4-卡环 5-活塞 6- 型密封圈 7-支承环 8-挡圈 9- 形密封圈 10-缸筒 11-管接头 12-导向套 13-缸盖 14-防尘圈 15-活塞杆 16-定位螺钉 17-耳环 单杆双作用活塞液压缸 21 22 二、缓冲装置 当活塞快速运动到接 近缸盖时，增大排油阻力， 使液压缸的排油腔产生足 够的缓冲压力，使活塞减 速，从而避免与缸盖快速 相撞。 原理：在活塞运动接近终 点位置时，增大液压缸的 排油阻力，使活塞运动速 度降低。 柱塞间隙式缓冲装置 柱塞缓冲阀式缓冲装置 单向阀作用：反向运动时增加油压作用面积 23 三、液压泵排气装置 由于液压油中 混入空气，以及液 压缸在安装过程中 或长时间停止使用 渗入空气，液压缸 在运行过程中，会 因气体压缩性而使 执行部件出现低速 爬行、噪声等不正 常现象 。 24 第三节 液压缸的设计 ? 标准油缸选择原则：动作要求、允许安装 尺寸、安装形式、负载、行程、速度、工 作压力等。通过计算油缸内径D来选择标准 油缸。 ? 自行设计油缸是在标准油缸无法满足 上述工况时，才进行设计。 25 一、油缸的主要几何尺寸设计 1、液压泵油缸内径D D ? 4F ?p 取标准D值 压力值（根据系统）选用过大、过小都不 好，应参考类似产品、推荐值，经验选定。 26 2、活塞杆直径d 前述已知 v2 ? 4q [? (D2 ? d 2 )] ? D2 v1 4q [?D2 ] D2 ? d 2 ?? ? v2 ? D2 v1 D2 ? d 2 式中： ? ——速比系数 27 2、活塞杆直径d 若无特殊要求 ? 值可参考下表取值。 工作油压（MPa） Φ p ?10 10 ? p ? 20 p ? 20 1.33 1.46～2 2 速比确定后，活塞杆直径 d ? D ? ?1 ? 如无速比要求，也可取其直径为缸径 1/5~1/3，选用标准值。 28 3、缸筒长度 l ＝活塞行程＋活塞长度＋导向长度＋密封长度 ＋其它长度（如缓冲装置） 其中活塞长度＝ (0.6～1)D 导向长度＝ (0.6～1.5)d l ? 20D 29 二、油缸的强度、刚度校核 30 二、油缸的强度、刚度校核 2、活塞杆强度及压杆刚度校验（即稳定性校验） （1）强度验算 d ? 4F ?[? ] 式中：F—活塞杆上的载荷（N）； [σ]—活塞杆材料许用应力（Pa）， [σ]= σb/n σb—抗拉强度，n——安全系数 31 （2）稳定性校验 当活塞杆受压，且l/d10时（l—活塞杆长）， 需要对活塞杆进行稳定性验算： F ? Fk nk 式中：F—活塞受压时的载荷（N）； Fk—压杆能保持工作稳定的临界载 荷（N），与材料的性质、截面 形状、直径、长度、缸的安装方 式等有关，可查设计手册； n—安全系数，2～4。 32 THE END 33
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