第5章液压缸解读.pptx
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1、第第5 5章章 液压缸液压缸5.1 液压缸的分类和特点液压缸的分类和特点5.2 液压缸的结构液压缸的结构5.3 液压缸的设计与计算液压缸的设计与计算返回返回5.1 液压缸的分类和特点液压缸的分类和特点1.活塞式液压缸 (1)双杆活塞式液压缸(短片)图5.1所示为双杆活塞式液压缸的工作原理图,活塞的两侧都有杆伸出。当两侧活塞杆直径相同、供油压力和流量不变时,活塞(或缸体)在两个方向上的运动速度和推力F都相等,即 (5.1)(5.2)图5.1 双杆活塞式液压缸双杆活塞式液压缸双杆活塞式液压缸(2/2)这种液压缸常用于要求往返运动速度相同的场合,如液压磨床等。图5.1(a)所示为缸体固定式结构,液压
2、缸的左腔进油,推动活塞向右移动,右腔回油;反之,活塞反向移动。其运动范围约等于活塞有效行程的3倍,一般用于中小型设备。图5.1(b)所示为活塞杆固定式结构,液压缸的左腔进油,推动缸体向左移动,右腔回油;反之,缸体反向移动。其运动范围约等于缸体有效行程的2倍,因此常用于大中型设备中。实际上液压缸的运动范围还要考虑活塞和缸盖等尺寸所占用的空间。单杆活塞式液压缸单杆活塞式液压缸(1/6)(2)单杆活塞式液压缸 图5.2所示为双作用单杆活塞式液压缸。液压缸的一端有活塞杆伸出,在另一端没有活塞杆伸出,这样使液压缸两腔有效作用面积不相等,当向液压缸两腔分别供油,且压力和流量都不变时,活塞在两个方向上的运动
3、速度和推力都不相等。图5.2 单杆活塞式液压缸 单杆活塞式液压缸单杆活塞式液压缸(2/6)当在无杆腔进油且有杆腔回油时,(如图5.2(a),活塞的运动速度1和推力F1分别为 (5.3)(5.4)当在有杆腔进油且无杆腔回油时(如图5.2(b),活塞的运动速度2和推力F2分别为 (5.5)(5.6)单杆活塞式液压缸单杆活塞式液压缸(3/6)由式(5.3)和(5.5)得液压缸往复运动时的速度比为 (5.7)上式表明,当活塞杆直径愈小时,速度比愈接近于1,在两个方向上的速度差值就愈小。单杆活塞式液压缸单杆活塞式液压缸(4/6)当单杆活塞缸两腔同时通入压力油时,如图5.3所示,由于无杆腔受力面积大于有杆
4、腔的受力面积,使得活塞向右的作用力大于向左的作用力,因此活塞杆作伸出运动,并将有杆腔的油液挤出,流进无杆腔,这样加快了活塞杆的伸出速度,单杆活塞液压缸的这种连接方式被称为差动连接。图5.3 差动连接液压缸单杆活塞式液压缸单杆活塞式液压缸(5/6)在差动连接时,有杆腔排出流量q=3A2进入无杆腔,则有 在考虑了缸的容积效率v后,活塞杆的伸出速度3为 (5.8)欲使差动连接缸的往复运动速度相等,即3=2,则由式(5.5)和(5.8)得 。差动连接在忽略两腔连通回路压力损失的情况下,p2p1,并考虑到机械效率m时,活塞的推力F3为 (5.9)单杆活塞式液压缸单杆活塞式液压缸(6/6)由式(5.8)和
5、式(5.9)可知,差动连接时液压缸实际的有效作用面积是活塞杆的横截面积。与非差动连接无杆腔进油工况相比,在输入油液压力和流量都不变的条件下,活塞杆伸出速度较大而推力较小。在实际应用中,液压传动系统常通过控制阀来改变单杆活塞缸的油路连接,使它有不同的工作方式,从而获得快进(差动连接)工进(无杆腔进油)快退(有杆腔进油)的工作循环。差动连接是在不增加液压泵容量和功率的情况下,实现系统快速运动的有效方法。它的应用常见于组合机床和各类专用机床中。单杠缸往复运动范围是有效行程的2倍,其结构紧凑,应用广泛。2.柱塞式液压缸 活塞缸的内孔精度要求很高,当行程较长时加工困难,这时应采用柱塞缸。如图4.5a所示
6、,柱塞缸由缸筒、柱塞、导套、密封圈和压盖等零件组成,柱塞和缸筒内壁不接触,因此缸筒内孔不需精加工,工艺性好,成本低。图5.4 柱塞式液压缸柱塞式液压缸柱塞式液压缸(2/2)柱塞缸只能制成单作用缸,回程由外力或自重实现。在大行程设备中,为了得到双向运动,柱塞缸常如图5.4(b)所示成对使用。柱塞端面是受压面,其面积大小决定了柱塞缸的输出速度和推力。为保证柱塞缸有足够的推力和柱塞受压稳定,一般柱塞较粗,重量较大,水平安装时由于自重变形易产生单边磨损,故柱塞缸适宜于垂直安装使用。为减轻重量,有时制成空心柱塞。水平安装使用时,为防止柱塞自重下垂,通常要设置柱塞支承套和托架。柱塞缸结构简单,制造方便,常
7、用于长行程机床,如龙门刨、导轨磨、大型拉床等。3.摆动式液压缸 摆动式液压缸输出转矩并实现往复摆动,通常有单叶片和双叶片两种型式。如图5.5(a)所示,单叶片摆动缸由定子块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,叶片和摆动轴连接在一起。当两油口相继通入压力油时,叶片带动摆动轴作往复摆动。图5.5 摆动式液压缸1定子块;2缸体;3摆动轴;4叶片摆动式液压缸摆动式液压缸(2/2)当考虑到容积效率v 和机械效率m时,叶片式摆动缸的摆动轴输出角速度和转矩T分别为 (5.10)(5.11)考虑叶片和定子块所占用的角度,单叶片摆动缸的摆动角一般不超过280。双
8、叶片摆动缸的摆动角一般不超过150。当输入压力和流量不变时,双叶片摆动缸输出转矩是单叶片摆动缸的2倍,而摆动角速度则是单叶片摆动缸的一半。摆动缸结构紧凑,输出转矩大,但密封困难,一般只用于低中压系统中作往复摆动、转位或间歇运动的工作场合。(1)增压缸 增压缸又称增压器。它能将输入的低压油转变为高压油供液压系统中的高压支路使用。增压缸如图5.7所示。它由面积不同(分别为A1和A2)的两个液压缸串联而成,大缸为原动缸,小缸为输出缸。4.组合式液压缸图5.7 增压缸增压缸增压缸(2/2)设输入原动缸的压力为p1,输出缸的出油压力为p2,若不计摩擦力,根据力平衡关系,可有如下等式 整理得:(5.12)
9、式中比值A1/A2(或D12/D22)称为增压比。由式(5.12)可知,当D1=2D2时,p2=4p1,即增压4倍。多级缸多级缸(1/1)多级缸又称伸缩缸,它由两级或多级活塞缸套装而成,如图5.8所示。前一级缸的活塞是后一级缸的缸套,活塞杆伸出的顺序是从大活塞到小活塞,相应的推力也是从大到小,而伸出的速度则是由慢到快。空载缩回的顺序一般是从小活塞到大活塞,收缩后液压缸总长度较短,占用空间较小,结构紧凑。多级缸适用于工程机械和其他行走机械,如起重机伸缩臂液压缸、自卸汽车举升液压缸等都是多级缸。(2)多级缸 图5.8 多级缸 齿条活塞缸齿条活塞缸(1/1)(3)齿条活塞缸 齿条活塞缸由带有齿条杆的
10、双活塞缸和齿轮齿条机构组成,如图5.9所示。活塞往复运动经齿轮齿条机构变成齿轮轴往复转动,它多用于自动线、组合机床等转位或分度机构中。图5.9 齿条活塞缸5.2 液压缸的结构液压缸的结构1.缸体组件 (1)缸体组件的连接形式 常见的缸体组件连接形式如图5.10所示。图5.10 缸体组件连接形式缸体组件缸体组件(2/4)(a)法兰式。法兰式连接结构简单,加工方便,连接可靠,但要求缸筒端部有足够的壁厚,用以安装螺栓或旋入螺钉。缸筒端部一般用铸造、镦粗或焊接方式制成粗大的外径。它是常用的一种连接形式。(b)半环式。半环式连接分为外半环连接和内半环连接两种形式。半环连接工艺性好,连接可靠,结构紧凑,但
11、削弱了缸筒强度。半环连接是应用十分普遍的一种连接形式,常用于无缝钢管缸筒与端盖的连接中。(c)螺纹式。螺纹式连接有外螺纹连接和内螺纹连接两种形式,其特点是体积小、质量小、结构紧凑,但缸筒端部结构较复杂。这种连接形式一般用于要求外形尺寸小、质量小的场合。缸体组件缸体组件(3/4)(d)拉杆式。拉杆式连接结构简单,工艺性好,通用性强,但端盖的体积和质量较大,拉杆受力后会拉伸变长,影响密封效果,只适用于长度不大的中低压缸。(e)焊接式。焊接式连接强度高,制造简单,但焊接时易引起缸筒变形。缸体组件缸体组件(4/4)(2)缸筒、端盖和导向套 缸筒是液压缸的主体,其内孔一般采用镗削、铰孔、滚压或珩磨等精密
12、加工工艺制造,要求表面粗糙度Ra值为0.10.4 m,以使活塞及其密封件、支承件能顺利滑动和保证密封效果,减少磨损。缸筒要承受很大的液压力,因此应具有足够的强度和刚度。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,因此它们及其连接部件都应有足够的强度。设计时既要考虑强度,又要选择工艺性较好的结构形式。导向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,这种结构简单,但磨损后必须更换端盖。2.活塞组件 (1)活塞组件的连接形式 活塞与活塞杆的连接形式如图5.11所示。除此之外,还有整体式结构、焊接式结构、锥销式结构等。整体式和焊接式连接结构简单,轴向尺寸紧
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