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液压缸结构_图

发布时间:2020-08-26 16:07

  液压缸结构_机械/仪表_工程科技_专业资料。第三章 §3—1 §3—2 液压缸(Oil cylinder) 移动式液压缸 摆动式液压缸 本 章 重 点 1、活塞式液压缸和柱塞式液压缸; 2、双作用单活塞杆液压缸; 3、差动连接和差动

  第三章 §3—1 §3—2 液压缸(Oil cylinder) 移动式液压缸 摆动式液压缸 本 章 重 点 1、活塞式液压缸和柱塞式液压缸; 2、双作用单活塞杆液压缸; 3、差动连接和差动油缸。 本 章 难 点 1、液压缸的运动状况、缸固定和杆固定的特点; 2、双作用单活塞杆液压缸的推力及速度的计算 ; 3、差动油缸的设计及计算。 * 液压缸的特点和作用 第三章 液压缸 液压缸是液压传动系统中的执行元件,它的作用是将 液压能转换为机械能,驱动工作机构作直线往复运动或 往复摆动。 前一章所学的液压马达也是一种执行元件,它是将输 入的压力油使输出轴作旋转运动,将液压能转换成连续 回转的机械能。 液压缸结构简单、工作可靠,在各种机械的液压 系统中广泛应用。 第三章 液压缸 * 液压缸的类型 液压缸有多种形式,按其作用方式分类,分为 单作用式和双作用式两大类。 单作用液压缸是指利用液压油推动活塞(柱塞) 作一个方向运动,而反向运动则依靠重力或弹簧 力等实现。 双作用 第三章 液压缸 液压缸按结构型式不同分类 ? 活塞式 柱塞式 摆动式 伸缩式 活塞式液压缸 (piston cylinder) 应用最多。 根据移动和摆动分类 ? 移动式液压缸 摆动式液压缸 v F ω T 液压缸按不同的使用压力分类 ? 第三章 液压缸 中低压液压缸 中高压液压缸 高压液压缸 中低压液压缸,额定压力为 2.5~6.3MPa; 一般用于机床类机械 中高压液压缸,其额定压力为10~16 MPa ; 一般用于建筑车辆和飞机上 高压液压缸,其额定压力为25~32 MPa ; 一般用于油压机一类机械 第三章 液压缸 §3—1 移动式液压缸 一、活塞式液压缸 二、柱塞式液压缸 三、复合式液压缸 四、伸缩式液压缸 第三章 液压缸 一、活塞式液压缸(piston cylinder) p68 活塞式液压缸按作用方式分有单作用、双作用之分; 双作用又分双作用双活塞杆和双作用单活塞杆。 按其安装方式不同,又分缸固定式和活塞杆固定式两种: 活塞式液压缸 ? 单作用 双作用 ? 双作用双活塞杆 双作用单活塞杆 1、单作用活塞式液压缸 (one-way cylinder) 单作用活塞缸——工作时靠压力油推动,返回时靠 自重(或弹簧)的作用实现。 单作用式伸缩缸动画 1)图形符号 第三章 液压缸 2)结构: 由1缸体、2活塞、5分pk10,3活塞杆、密封、4缸盖等组成 1 2 3 4 第三章 液压缸 3)基本计算(速度v和推力F计算) (若不考虑泄漏 ?m ? ?v ? 1) v F q?v q? v v? ?? 2 A 4D F ? p1 A m ? ? p1 q D ? 4 D p1?m 2 2、双作用活塞式液压缸(double-acting cylinder) 双作用活塞式液压缸又分双作用双活塞杆、 双作用单活塞杆两种;根据安装方式不同又有缸 筒固定式和活塞杆固定式两种。 双作用 活塞式 液压缸 ? 双作用双活塞杆 ? 活塞杆固定式 ? 活塞杆固定式 液压缸固定式 液压缸固定式 双作用单活塞杆 双 作 用 双 杆 缸 固 定 双 作 用 双 杆 杆 固 定 1)双作用双活塞杆式液压缸 第三章 液压缸 ① 液压缸固定式工作原理(如图) a b p2 p1 q 压力油p1 流量为q 从a 口进入缸左腔,当液压油的作用 力克服阻力后,活塞和与之相连的工作台一起从左向右 运动,缸右腔的油液(p2)则从b 口流出,若改变进油方向, 液压油从b口流入缸右腔,工作台的运动反向。 第三章 液压缸 ② 活塞杆固定式工作原理(如图) a p1 q b p2 压力p1 的液压油从孔口a 流入缸左腔,缸筒和工作台 从右向左运动,缸右腔的油液(p2)则从孔口b 流出,改 变进油方向,液压油从b口流入缸右腔,缸体向右运动。 ③ 推力及速度计算 第三章 液压缸 双杆活塞缸的两个活塞杆的直径通常是相等的 (直径用d 表示),故其左右两腔的有效工作面积也是 相等的(缸筒直径用D 表示)。当进入液压缸的流量 相同时,其往返(正反)速度相等; v? q? v A ? ? 4 q? v (D 2? d 2 ) (3—14) 第三章 液压缸 当进入液压缸的压力相同时,正反两方向的推力相等; F ? A( p1 ? p2 )?m ? ? 4 ( D ? d )( p1 ? p2 )?m 2 2 (3—13) 式中: A— 液压缸的有效工作面积;? m — 液压缸的机械效率; ? v— 液压缸的容积效率; d — 活塞杆的直径; p1— 进油腔压力; D — 活塞的直径; q — 输入液压缸的流量; p2— 回油腔压力。 v F 4—工作台(不属于液压缸组成部分) 4 v F 1—缸筒 3—活塞 2—活塞杆 q q 双 作 用 双 杆 液 压 缸 固 定 工作台的最大活动范围是活塞有效行程L 的3 倍。 —缸筒 v F —活塞杆 —活塞 —工作台 v F q q 双 作 用 双 杆 活 塞 杆 固 定 工作台的最大活动范围是缸有效行程L 的2 倍 第三章 液压缸 ④ 双作用双活塞杆式液压缸的图形符号 ⑤ 双作用双活塞杆式液压缸的特性归纳: (1) 计算公式: 无论是缸固定还是杆固定计算速度和推力的公式相同; (2) 图形符号: 无论是缸固定还是杆固定图形符号相同; (3) 最大活动范围: 缸固定、杆固定时工作台的最大活动范围不同; (缸固定3L,杆固定2L); (4) 应用: 缸固定安装方式占地面积大,常用于小型机床(设备)。 杆固定占地面积较小,适用于中型及大型机床(设备) 。 第三章 液压缸 2) 双作用单活塞杆式液压缸 如图所示,单杆活塞缸也有缸固定式和杆固 定式两种安装方式,无论是缸固定式还是杆固定 式,其工作台的最大活动范围都是活塞(缸筒)有 效行程L 的2 倍。 单杆活塞缸由于左右两腔的有效工作面积不 相等,所以两腔所产生的推力和左右方向的速 度不相等。 —工作台 —缸筒 3—活塞 —活塞杆 工作台的最大活动范围是有效行程L 的2 倍 双作用单杆活塞缸缸固定式 —缸筒 3—活塞 4—工作台 —活塞杆 工作台的最大活动范围是有效行程L 的2 倍 双作用单杆活塞缸杆固定式 A1 A2 v1 F1 v2 F2 双作用单活塞杆液压缸 ① 压力油进入无杆腔(以无杆腔作为工作油腔) 压力油为p1进入无杆腔,推动活塞向右运动速度 为v1,回油压力p2,则推力F1为: ? 2 2 2 F1 ? ( p1 A1 ? p2 A2 )?m ? [ D p1 ? ( D ? d ) p2 ]?m(3—15) 4 若不计回油压力,p2=0,则: F1 ? ? 4 D p1?m ? A1 p1?m 2 若输入的油液流量为q,则速度v1为: 第三章 液压缸 v q ? v q? v ? ?? 1 2 A1 D 4 (3—16) v1 F1 q ② 压力油进入有杆腔(以有杆腔作为工作油腔) 推力为F2,速度为v2,即: ? 2 2 2 F2 ? ( p1 A2 ? p2 A1 )?m ? [( D ? d ) p1 ? D p2 ]?m(3—17) 4 若不计回油压力,p2=0,则: F2 ? ? 4 ( D ? d ) p1?m ? A2 p1?m 2 2 速度v2为: q? v v2 ? ? A2 q? v ? 2 2 (D ? d ) 4 第三章 液压缸 (3 —18) v2 F2 q 称为速度比,并记为 ? v ,即: 工程实用上常把两方向上的速度v2和v1的比值 v2 ?v ? ? v1 1 ? ? d ?2 ? ?1?? ? ? ? ?D? ? ? ? ?v ? 1 (3—19 ) d?D ?v 的直径d 值,速比 ? 越大,活塞杆的直径d 越大 。 v 在已知活塞的直径 D 和速比 ? v ,可确定活塞杆 第三章 液压缸 ③ 双作用单活塞杆式液压缸的图形符号 ④ 双作用单活塞杆式液压缸的特性归纳: (1) 计算速度和推力的公式不相同(v1,v2; F1, F2); (2) 无论是缸固定还是杆固定图形符号相同; (3) 缸固定和杆固定时工作台的最大活动范围相同(2L)。 双作用活塞式液压缸特性归纳 进油方向不同时速度和推力的公式相同 缸固定与杆固定的图形符号相同 双杆 缸固定与杆固定时工作台的最大活动范围 不相同 进油方向不同时速度和推力的公式不相同 缸固定与杆固定的图形符号相同 单杆 缸固定与杆固定时工作台的最的大活动范围 相同 速度和推力的计算公式 速度计算公式 双杆 以无 杆腔 进压 单 力油 杆 以有 杆腔 进压 力油 推力计算公式 v? ? 4 q? v ( D ?d 2 2 ) F? ? 4 ( D ? d )( p1 ? p2 )?m 2 2 v 1 ? ? q? v D 2 4 ? 2 2 2 F1 ? [ D p1 ? ( D ? d ) p2 ]?m 4 q? v ? 2 2 2 v2 ? ? 2 2 F2 ? [( D ? d ) p1 ? D p2 ]?m ( ?d ) 4 4 D 第三章 液压缸 3、 差动油缸( cylinder with differential) 1)差动连接——当双作用单杆液压缸左右两腔同时 通压力油时,由于油缸左、右两腔的有 效工作面积不相等,两腔的推力也不相 等,从而产生差动运动,这种油路的连 接形式称差动连接。 (简单定义差动连接——双作用单杆油缸左右两腔相 互接通并同时输入压力油时,称为差动连接。) 第三章 液压缸 v3 F3 q ? q? q q? A1 A2 v3 F3 q+ q q q 双 作 用 单 杆 液 压 缸 的 差 动 连 接 第三章 液压缸 ① 差动连接时的速度v3,推力F3 (q ? q )?v (q ? v3 A2 )?v v3 ? ? ? A1 A1 [q ? ? 4 ( D ? d )v3 ]?v 2 2 ? 4 (3—21) D 2 解得 v3 ? q? v A1 ? A2 ? q? v A3 ? q? v ? 2 d 4 (3—22 ) (忽略两腔连通油路的压力损失 p2 ? p1时) F3 ? p1 ( A1 ? A2 )?m ? p1 A3?m ? p1 (3—20) ? 4 d ?m 2 可见,差动连接时,实际起作用的有效面积 是活塞杆的横截面积A3,又称差动面积 A3 ? ? 4 d 2 第三章 液压缸 差动连接的意义: 采用差动连接时,不增大油泵的供油量却可得到 较大的速度。 ② 活塞反向运动,其速度v2 从上面推导可知,差动连接不能使运动反向. 要活塞反向运动必须进行如下油路设计(见图) 反向运动的速度v2 D v2 A1 A2 d v2 ? q? v ?? A2 ( D 2 ? d 2) 4 q q? v 这种的油路设计既可以差动 连接,又可以反向运动。 ③ 当要求正反向运动速度相等时, v2 ? ? 2 2 (D ? d ) 4 q? v v3 ? 2 2 q? v ? 4 d 2 要使v2=v3,则 : ? 4 (D ? d ) ? ? 4 d , D ? 2d 2 2 2 D ? 2d , d ? 0.707 D 结论 : 把活塞杆的直径d做成活塞直径D的0.707倍的双 作用单杆缸,采用差动连接,可有速度v3,反向运动非差 动连接 , 可有速度v2 , 且可得到正反向运动速度相等 v2=v3。 第三章 液压缸 2)差动油缸 定义: 结构尺寸满足d=0.707D的双作用单杆的液压缸 称为差动油缸。 差动油缸图形符号为: 第三章 液压缸 差动油缸的特点: 1. 具有双作用单杆的液压缸的特点; 2. 具有d=0.707D结构尺寸; 差动油缸的意义: 在用定量泵供油时,以无杆腔为工作油腔,采用 差动连接,有正向运动速度v3,以有杆腔为工作油腔, 不能采用差动连接,可以得到反向运动速度v2,且可 使正反向运动的速度相等(v2=v3)。 二、柱塞式液压缸 p72 1、柱塞式液压缸的特点 第三章 液压缸 柱塞式液压缸为单作用缸,即工作时靠压力油 推动,返回靠弹簧或自重完成。 优点: 缸内壁不需精加工、工艺性好、成本低、制造容易。 应用:行程较长的场合,如导轨磨床、龙门刨床。若 要求往复工作运动时,常将柱塞缸成对使用,即由两 个柱塞缸分别完成相反方向运动。 单柱塞缸 第三章 液压缸 单向液压驱动,回程靠外力。 a) 如上图a)所示,柱塞式液压缸只能单方向向右运动, 反向退回时靠外力,如弹簧力、重力等完成。若要求 往复工作运动时,常将柱塞缸成对使用,即由两个柱 塞缸分别完成相反方向运动。如图b)所示。 双柱塞缸 第三章 液压缸 双向液压驱动 第三章 液压缸 b) 第三章 液压缸 2、柱塞液压缸的图形符号 3、推力和速度计算 ? 2 F ? pA? m ? p d ? m 4 (3—23) d v F q? v q? v v? ?? 2 A 4 d (3—24) P q 三、复合油缸 1、增力油缸 第三章 液压缸 由两个单活塞杆缸串联在一起,当压力油通入 两缸左腔时,串联活塞向右运动,两缸右腔的油液 同时排出,其推力等于两腔推力之和,即: F ? [ p1 ? 4 D ? p1 2 ? 4 ( D ? d ) ? 2 p2 2 2 ? 4 ( D 2 ? d 2 )]? m 式中: p1—进油压力;p2—回油压力; p1 第三章 液压缸 F p2 增力油缸 增力油缸的图形符号: 若忽略回油压力,即p2=0,则: F ? [ p1 ? 4 D ? p1 2 ? 4 ( D ? d )]?m ? P 1 2 2 ? 4 (2D ? d )?m 2 2 这种液压缸用于径向安装尺寸受到限制而输出力 又要求很大的场合。 2、增压油缸 第三章 液压缸 增压油缸又叫增压器,在液压系统中采用增压 油缸,可以在不增加高压能源的情况下,获得比液 压系统中能源压力高得多的油压力。 pa pb 增压油缸 增压油缸动画 第三章 液压缸 如图所示为一种由活塞缸和柱塞组合而成的增压 油缸,它是利用活塞和柱塞有效工作面积之差来使 液压系统中局部区域获得高压的。当输入活塞缸左 腔的压力油为pa,则柱塞缸右腔输出的压力为pb D 2 pb ? pa ( ) ?m ? pa K?m d (3—27) pbpa 第三章 液压缸 式中 —为增压比, K ? ( D )2 ,它表示增压 K 油缸的增压能力,增压能力是在降低有效流量的 基础上得到的。 即 d d qb ? 2 qa ? qa k D 2 qbqa 第三章 液压缸 四、伸缩式液压缸 p72 伸缩式液压缸又称为多级液压缸,是由两个或多 个活塞套装而成。它的前一级活塞缸的活塞是后一 级活塞缸的缸筒,伸出时(按活塞1、2的有效工作面 积由大到小依次伸出),可获得很长的工作行程,缩 回时(按活塞有效工作面积由小到大依次缩回)长度 则较短,故结构较紧凑。 第三章 液压缸 由于各级活塞的有效工作面积不同,在输入液压力 和流量不变的情况下,液压缸的推力和速度是分级 变化的:先动作的活塞速度低、推力大;后动作的 推力小、速度高。 图4—9为双作用式伸缩缸(亦有单作用式)。 伸缩式液压缸常用于工程机械(如翻斗汽车、起重 机等)和农业机械上。 单作用式伸缩缸动画 双作用式伸缩缸动画 活塞2 活塞1 (其它形式液压缸,见教材 自阅) 第三章 液压缸 五、液压缸的设计计算 p74 1、液压缸典型结构 2、液压缸的组件 ? 缸体组件 活塞组件 密封装置 缓冲装置 排气装置 3、液压缸主要尺寸的计算和强度校核 §3—2 摆动式液压缸 p77 第三章 液压缸 摆动式液压缸也称回转式液压缸或摆动马达。 常有单叶片和双叶片式两种结构形式,(也有 多叶片式的),摆动式液压缸由缸筒1、叶片轴2、 定位块3 和叶片4 组成,见图。 —叶片轴 —缸筒 定位块 —叶片 单叶片式摆动缸 定位块 —叶片 叶片轴 —缸筒 双叶片式摆动缸 摆动马达(摆动缸) 结构:叶片、缸体、输出轴 单叶片式 摆动缸动画 双叶片式 单叶片摆动缸,其摆动角度可达300° ,双叶片摆 缸其摆动角最大可达150°。双叶片摆动缸输出转矩 是单叶片的2倍,在同等条件下角速度则是单叶片的 一半。 图形符号为: 对单叶片摆动缸,输出转矩TM和回转角速度ω分别为: R2 ? R1 ]?m T M ? P ? R0?m ? [( p1 ? p 2)( R2 ? R1 )b 2 b 2 ? ( R2 ? R12 )( p1 ? p2 )?m ( N ? m) (3—32) 2 ?? 2q ? v 2 b( R 2 ? R1 ) 2 (rad ) (3—33) s R2 ? R1 3 ? q ? Av ? AR0? ? ( R2 ? R1 )b ? (m / s ) 2 第三章 液压缸 当叶片为z 时,其输出转矩TM为: b 2 2 T M ? ( R2 ? R1 )( p1 ? p2 )?m Z 2 回转角速度ω为: ?? 2q ? v 2 b( R 2 ? R1 ) Z 2 第三章 液压缸 式中 p1—缸的进口压力; p2—缸的出口压力; b—叶片宽; ηm—缸的机械效率; ηv—缸的容积效率; z—叶片数; R1—叶片底部的回转半径(叶片轴半径); R2—叶片顶部的回转半径(缸体内半径); TM—缸输出转矩; ω—缸输出角速度。 第三章 液压缸 摆动式液压缸的主要特点是结构紧凑,但加工 制造比较复杂。在机床上,用于回转夹具、送料 装置、间歇进刀机构等;在液压挖掘机、装载机 上,用于铲斗的回转机构。目前,在舰船的液压 舵机上逐步由摆动式液压缸取代柱塞式液压缸; 在舰船稳定平台的执行机构中,也不少采用摆动 式液压缸。 表中符号: A—面积 q— 流量 b—叶片宽 z—叶片数 R1—叶片轴半径 R2—缸孔半径 液压缸的典型结构 ? 缸体组件 包括 缸筒、缸盖、缸 底等零件。 ? 活塞组件 包括 活塞与活塞杆等 零件。 ? 密封装置 有活 塞与缸筒、活塞 杆与缸盖的密封。 ? 缓冲装置 ? 排气装置 ? 液压缸安装连接形式:脚架式,耳环式,铰轴式 液压缸的习题讲解 第三章 液压缸 例题1 差动油缸如图所示,若无杆腔面积A1=50㎝2, 有杆腔面积A2=25㎝2,负载F=27.6×103 N,机械 效率ηm=0.92,容积效率ηv=0.95,试求: 1)供油压力大小; 2)当活塞以95㎝/min的速度运动时所需的供油量; 3)液压缸的输入功率。 A1 A2 v F p q 解:1)供油压力p 由题意: 第三章 液压缸 pA?m ? pA2?m ? F 1 F ? ( A1 ? A2 ) p? m F 27.6 ?103 p? ? ?4 ? 12 ?106 Pa ( A1 ? A2 )?m 10 (50 ? 25) ? 0.92 2)所需供油量q 根据公式: v? q?v A1 ? A2 q? ( A1 ? A2)v ?v (50 ? 25)95 ? ? 2500 mL ? 2.5 L min min 0.95 3)液压缸的输入功率N N ? Fv / ?m?v ? pq ? 12 ?10 ? 2.5 ?10 6 ?3 60 ? 500W 答:1)供油压力 p ? 12 ?10 Pa ; 6 2)当活塞以95㎝/min的速度运动时所需的供 油量 q ? 2.5 L min ; 3)液压缸的输入功率为500W。 第三章 液压缸 例题2 已知单活塞液压缸内径D=80mm,活塞杆直径 d=55mm,活塞杆推动重量G=8500N工作台,并 通过工作台推动的负载F=3000N,启动0.4 s 后, 液压缸达其稳态速度v=50m/min,设工作台与导 轨 的摩擦系数 f=0.2,液压缸回油压力p2=5×105Pa, 机械效率ηm=0.95, 试确定驱动液压缸的进油压力p1。(g=10m/s2) 解:启动瞬间,活塞上的动态力平衡方程为: A1 p1? m ? A2 p2 ? F ? Gf ? ma 工作台质量 G 8500 m? ? ? 850 kg g 10 v 50 / 60 25 m ? ? 活塞加速度 a ? s2 ?t 0.4 12 摩擦阻力 F f ? Gf ? 8500 ? 0.2 ? 1700 N 无杆腔面积 A1 ? 有杆腔面积 ? 2 A2 ? 4 ? 4 D ? 2 ? 4 (80?10?3 ) 2 ? 16? ?10?4 m 2 (D ? d ) ? 2 ? 4 (8 2 ? 5.5 2 ) ? 10 ?4 ? 8.4375? ? 10 ?4 m 2 已知:负载 F=3000N,ηm=0.95,以上数据代入方程 25 16? ?10 ? 0.95 p1 ? 8.4375 ?10 ? 5 ?10 ? 3000? 1700? 850? ? 12 ?4 ?4 5 p1 ? 16.33 ?10 Pa 5 答:驱动液压缸的进油压力 p1 ? 16.33 ?105 Pa 第三章 液压缸 例3、设计计算一差动液压缸,已知:液压泵的流 量为25 L/min,工作压力p =40×105Pa,要求: (1)往复快速运动速度相等,且v=6 m/min , (2)油缸左腔进油,右腔回油时,推力为25000N, 试确定油缸的内径D,活塞杆直径d 和液压缸 的壁厚δ。 A A 1 2 D d 解:根据题意,油缸差动连接时: v3 ? d? 4q q A3 ? ? q ? 4 d 2 (不考虑损失) 3 ? v3 4 ? 25 ?10 ? 7.284 2 ? ? 6 ?10 cm 为保证往复运动速度相等,即 v3 ? v2 则 D? 2d ? 2 ? 7.284 ? 10.3cm 取标准直径D=100 mm,d=70 mm, 当缸左腔进油,右腔回油时,缸的工作压力为: p? F ? 2 D 4 ? 2500 ? 2 10 4 ? 318.3 5 ( N / cm 2 ) 取 p ? 32 ?10 Pa 5 液压缸筒的材料为45#钢,其许用压力[? ] ? 1200 ?10 Pa 取试验压力 p y ? 1.5 p ? 1.5 ? 32 ? 48 ?10 Pa 5 48 ?10 ?10 ?? ? ? 0.2 cm 5 2[? ] 2 ?1200 ?10 py D 5 取液压缸筒的壁厚δ≥3 毫米。 ∴ 液压缸的内径D=100 mm,活塞杆直径 d=70mm, 液压缸筒的壁厚δ≥ 3 mm。 思 考 题 第三章 液压缸 1、液压缸有哪些类型?如何分类? 2、何谓单作用液压缸?何谓双作用液压缸? 3、什么是差动连接?差动连接的意义何在? 4、何谓差动面积?何谓差动油缸? 5、差动连接能否使运动反向? 6、差动油缸的意义何在? 作业:教材p280,3-4,3-6,3-7,3-8。