第4章液压缸 液压缸是液压系统的执行元件,它是将液体的压力能转换成工作机构的机械能,用来 实现直线往复运动或小于360°的摆动。液压缸结构简单、配制灵活、设计、制造比较容 易、使用维护方便,所以得到了广泛的应用 4.1液压缸的类型、特点和基本参数计算 液压缸在工程实际中应用广泛,分类方法也有所不同,一般说来,液压缸的类型见 表4-1。按照结构特点,可分为活塞式、柱塞式和摆动式三大类。按照作用方式可分为单 作用式和双作用式两种 表4-1液压缸的类型及图形 各称 图形 活塞单向作用,依靠弹簧 活 单作用 earn- 使活塞复位 塞 式|杆 活塞双向作用,左、右移 双作用 动速度不等,差动连接 液 时,可提高运动速度 压 双杆 活塞左、右运动速度相等 塞/单柱塞 柱塞单向作用,依靠外力 使柱塞复位 压 双柱塞双向作用 摆 动 式 输出转轴摆动角度小于
第 4 章 液 压 缸 液压缸是液压系统的执行元件，它是将液体的压力能转换成工作机构的机械能，用来 实现直线往复运动或小于 360°的摆动。液压缸结构简单、配制灵活、设计、制造比较容 易、使用维护方便，所以得到了广泛的应用。 4.1 液压缸的类型、特点和基本参数计算 液压缸在工程实际中应用广泛，分类方法也有所不同，一般说来，液压缸的类型见 表 4-1。按照结构特点，可分为活塞式、柱塞式和摆动式三大类。按照作用方式可分为单 作用式和双作用式两种。 表 4-1 液压缸的类型及图形 各称 图形 说明 单作用 活塞单向作用，依靠弹簧 使活塞复位 单 杆 双作用 活塞双向作用，左、右移 动速度不等，差动连接 时，可提高运动速度 活 塞 式 液 压 缸 双杆 活塞左、右运动速度相等 单柱塞 柱塞单向作用，依靠外力 使柱塞复位 柱 塞 式 液 压 缸 双柱塞 双柱塞双向作用 摆 动 式 液 压 缸 单叶片 输出转轴摆动角度小于 300°
液压传动 (续 说明 输出转轴摆动角度小于 双叶片 当液压缸直径受到限制 增力液压缸 而长度不受限制时,可获 得大的推力 两种不同直径的液压 增压液压缸 缸组成,可提高B腔中的 液压力 其 他伸缩液压缸 由两层或多层液压缸组 成,可增加活塞行程 压 活塞A有三个确定的位 多位液压缸 置 活塞经齿条带动小齿轮 齿条液压缸 使它产生旋转运动 4.1.1活塞式液压缸 活塞式液压缸由缸筒、活塞和活塞杆、端盖等主要部件组成。通常有单杆和双杆两种 形式。又有缸筒固定、活塞移动与活塞杆固定、缸筒移动两种运动方式。 单杆活塞式液压缸 单杆液压缸有缸体固定和活塞杆固定两种形式,但它们的工作台移动范围都是活塞运 动行程的两倍。由于单杆液压缸左右两腔的活塞有效作用面积A1和A2不相等,所以,这 种液压缸具有三种连接方式,如图41所示。在三种不同的连接方式中,即使输入液压缸 油液的压力和流量相同,其输出的推力和速度大小也各不相同。活塞杆推出的作用力较大 速度较慢;而活塞杆拉入时,作用力较小,速度较快
·90· 液压传动 ·90· (续) 各称 图形 说明 双叶片 输出转轴摆动角度小于 150° 增力液压缸 当液压缸直径受到限制 而长度不受限制时，可获 得大的推力 增压液压缸 由两种不同直径的液压 缸组成，可提高 B 腔中的 液压力 伸缩液压缸 由两层或多层液压缸组 成，可增加活塞行程 多位液压缸 活塞 A 有三个确定的位 置 其 他 液 压 缸 齿条液压缸 活塞经齿条带动小齿轮， 使它产生旋转运动 4.1.1 活塞式液压缸 活塞式液压缸由缸筒、活塞和活塞杆、端盖等主要部件组成。通常有单杆和双杆两种 形式。又有缸筒固定、活塞移动与活塞杆固定、缸筒移动两种运动方式。 1. 单杆活塞式液压缸 单杆液压缸有缸体固定和活塞杆固定两种形式，但它们的工作台移动范围都是活塞运 动行程的两倍。由于单杆液压缸左右两腔的活塞有效作用面积 A1 和 A2 不相等，所以，这 种液压缸具有三种连接方式，如图 4.1 所示。在三种不同的连接方式中，即使输入液压缸 油液的压力和流量相同，其输出的推力和速度大小也各不相同。活塞杆推出的作用力较大， 速度较慢；而活塞杆拉入时，作用力较小，速度较快。 A
第4章液压缸 F (a)无杆腔进油 (b)有杆腔进油 (c)差动连接 图4.1单杆活塞式液压缸 (1)当无杆腔进油、有杆腔回油时 F=P4-P24=P元D2-P2元(D3-d) q 中F1推力 ——运动速度 P—进油压力; 回油压力。 若回油腔直接接油箱,P2≈0,则: F=PA=P (2)当有杆腔进油、无杆腔回油时 F2=PA2-P2A4=1"(D2-d2)-p2 q 4q 式中F2推力 2运动速度 P1进油压力 p2 回油压力。 若回油腔直接接油箱,P2≈0,则 F2=PA2=P12(D2-d2) v2与n之比称为液压缸的速度比入,即 D
第 4 章 液压缸 ·91· ·91· (a) 无杆腔进油 (b) 有杆腔进油 (c) 差动连接 图 4.1 单杆活塞式液压缸 (1) 当无杆腔进油、有杆腔回油时 2 22 1 11 2 2 1 2 π π ( ) 4 4 F =− = − − pA pA p D p D d (4.1) 1 2 1 4 π q q v A D = = (4.2) 式中 F1——推力； 1 v ——运动速度； 1 p ——进油压力； 2 p ——回油压力。 若回油腔直接接油箱， 2 p ≈0，则： 2 1 11 1 π 4 F = = pA p D (4.3) (2) 当有杆腔进油、无杆腔回油时 22 2 2 12 21 1 2 π π ( ) 4 4 F = − = −− pA pA p D d p D (4.4) 2 2 2 2 4 π( ) q q v A D d = = − (4.5) 式中 F2——推力； 2 v ——运动速度； 1 p ——进油压力； 2 p ——回油压力。 若回油腔直接接油箱， 2 p ≈0，则： 2 2 2 12 1 π ( ) 4 F == − pA p D d (4.6) 2 v 与 1 v 之比称为液压缸的速度比λv ，即 2 v 2 1 1 1 v v d D λ = = ⎛ ⎞ − ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ (4.7)
液压传动 (3)液压缸左右两腔同时进入压力油,即差动连接 在差动连接时,液压缸左右两腔同时进入压力油,但因为两腔的有效作用面积不等 故活塞向右运动。有杆腔排出的流量q=v3A2也进入无杆腔,加大了左腔的流量(q+q)从 而加快了活塞移动的速度,若不考虑损失,则差动缸活塞推力F3和运动速度v3为 h=P(4-4)=P4 (D2-d2)n 整理得 由上述可知,差动连接比非差动连接时的推力小而运动速度快,所以,这种连接形式 是以减小推力为代价而获得快速运动的。 单杆液压缸是广泛应用的一种执行元件,适用于推出时承受工作载荷、退回时为空载 或载荷较小的液压装置。 2.双杆活塞式液压缸 双杆活塞式液压缸如图42所示,图42(a)为缸筒固定式,它的进、出油口布置在缸筒 两端,活塞通过活塞杆带动工作台移动,当活塞的有效行程为Ⅰ时整个工作台的运动范围 为3,因此占地面积大,适用于小型机床。图42(b)为活塞杆固定形式,这种安装连接是 缸体与工作台相连,活塞杆通过支架固定在机床上,动力由缸体传出,因此工作台移动范 围等于两倍的有效行程l,节省了占地面积,适用在行程较长的机床中 (a)缸筒固定 (b)活塞杆固定 图42双杆活塞式液压缸及其安装形式 双杆活塞式液压缸,活塞两侧都装有活塞杆,由于两腔的有效面积相等,故活塞往返 的作用力和运动速度都相等,即
·92· 液压传动 ·92· (3) 液压缸左右两腔同时进入压力油，即差动连接 在差动连接时，液压缸左右两腔同时进入压力油，但因为两腔的有效作用面积不等， 故活塞向右运动。有杆腔排出的流量 q′ = 3 v A2 也进入无杆腔，加大了左腔的流量(q+ q′ )从 而加快了活塞移动的速度，若不考虑损失，则差动缸活塞推力 F3和运动速度 3 v 为 2 3 11 2 1 π ( ) 4 F = −= pA A p d (4.8) 2 2 3 3 2 1 π ( ) 4 π 4 q D dv q q v A D + − + ′ = = 整理得 3 2 4 π q v d = (4.9) 由上述可知，差动连接比非差动连接时的推力小而运动速度快，所以，这种连接形式 是以减小推力为代价而获得快速运动的。 单杆液压缸是广泛应用的一种执行元件，适用于推出时承受工作载荷、退回时为空载 或载荷较小的液压装置。 2. 双杆活塞式液压缸 双杆活塞式液压缸如图 4.2 所示，图 4.2(a)为缸筒固定式，它的进、出油口布置在缸筒 两端，活塞通过活塞杆带动工作台移动，当活塞的有效行程为 l 时整个工作台的运动范围 为 3l，因此占地面积大，适用于小型机床。图 4.2(b)为活塞杆固定形式，这种安装连接是 缸体与工作台相连，活塞杆通过支架固定在机床上，动力由缸体传出，因此工作台移动范 围等于两倍的有效行程 l，节省了占地面积，适用在行程较长的机床中。 (a) 缸筒固定 (b) 活塞杆固定 图 4.2 双杆活塞式液压缸及其安装形式 双杆活塞式液压缸，活塞两侧都装有活塞杆，由于两腔的有效面积相等，故活塞往返 的作用力和运动速度都相等，即
第4章液压缸 F=A(P1-P2)=(D-d2)(p-P2) q A 此种形式的液压缸在机床中常用。 4.1.2柱塞式液压缸 活塞式液压缸的内壁要求精加工,当液压缸较长时加工就显得比较困难,因此在行程 较长时多采用柱塞缸。柱塞缸的内壁不需要精加工,只需要对柱塞杆进行精加工,它结构 简单,制造方便,成本低。 图43为柱塞缸的结构。它由缸体、柱塞、导套、密封圈、压盖等零件组成。 柱塞缸只能在压力油作用下产生单向运功,它的回程借助于运动件的自重或外力的作 用(垂直放置或弹簧力等)。为了得到双向运动,柱塞缸常成对使用如图43(b)所示。为减轻 重量,防止柱塞水平放置时因自重而下垂,常把柱塞做成空心的。 (a) 图43柱塞缸 4.1.3摆动式液压缸 摆动式液压缸又称为摆动液压马达或回转液压缸,它把油液的压力能转变为摆动运动 的机械能。常用的摆动式液压缸有单叶片和双叶片两种 图44a)所示为单叶片摆动式液压缸。隔板1用螺钉和圆柱销固定在缸体2上。当压力 油进入油腔时,推动转轴3作逆时针旋转,另一腔的油排回油箱。当压力油反向进入油腔 时,转轴顺时针转动。它的摆动范围一般在300°以下。设摆动缸进出油口压力分别为p和 P2’输入的流量为φ,若不考虑泄漏和摩擦损失,它的输出转矩T和角速度分别为 r=b(2-2)=e2-rn-p) =2m=-29 r 叶片宽度 r、R——叶片底端、顶端回转半径。 如图44(b)所示为双叶片摆动式液压缸。当按图示方向输入压力油时,叶片和输出轴 顺时针转动:反之,叶片和输出轴逆时针转动。双叶片摆动式液压缸的摆动范围一般不 超过150
第 4 章 液压缸 ·93· ·93· 2 2 12 12 π ( ) ( )( ) 4 F = −= − − Ap p D d p p 2 2 4 π( ) q q v A D d = = − 此种形式的液压缸在机床中常用。 4.1.2 柱塞式液压缸 活塞式液压缸的内壁要求精加工，当液压缸较长时加工就显得比较困难，因此在行程 较长时多采用柱塞缸。柱塞缸的内壁不需要精加工，只需要对柱塞杆进行精加工，它结构 简单，制造方便，成本低。 图 4.3 为柱塞缸的结构。它由缸体、柱塞、导套、密封圈、压盖等零件组成。 柱塞缸只能在压力油作用下产生单向运功，它的回程借助于运动件的自重或外力的作 用(垂直放置或弹簧力等)。为了得到双向运动，柱塞缸常成对使用如图 4.3(b)所示。为减轻 重量，防止柱塞水平放置时因自重而下垂，常把柱塞做成空心的。 (a) (b) 图 4.3 柱塞缸 4.1.3 摆动式液压缸 摆动式液压缸又称为摆动液压马达或回转液压缸，它把油液的压力能转变为摆动运动 的机械能。常用的摆动式液压缸有单叶片和双叶片两种。 图 4.4(a)所示为单叶片摆动式液压缸。隔板 1 用螺钉和圆柱销固定在缸体 2 上。当压力 油进入油腔时，推动转轴 3 作逆时针旋转，另一腔的油排回油箱。当压力油反向进入油腔 时，转轴顺时针转动。它的摆动范围一般在 300°以下。设摆动缸进出油口压力分别为 1 p 和 2 p ，输入的流量为 q，若不考虑泄漏和摩擦损失，它的输出转矩 T 和角速度ω 分别为： 2 2 12 12 ( ) d ( )( ) 2 R r b T = − =− − b p p rr R r p p ∫ 2 2 2 2π ( ) q n b R r ω = = − 式中 b——叶片宽度； r、R——叶片底端、顶端回转半径。 如图 4.4(b)所示为双叶片摆动式液压缸。当按图示方向输入压力油时，叶片和输出轴 顺时针转动；反之，叶片和输出轴逆时针转动。双叶片摆动式液压缸的摆动范围一般不 超过 150°