第4章 液压缸

第4章液压缸液压缸是液压系统的执行元件，它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300o的摆动。

液压缸结构简单，配置灵活，设计、制造比较容易，使用维护方便，被广泛应用于各种机械设备中。

4.1 液压缸的类型、特点和基本参数计算液压缸按结构特点，分为活塞缸、柱塞缸、组合缸和摆动缸四类。

其中，活塞缸和柱塞缸用以实现直线运动，输出推力和速度；摆动缸用以实现小于300°的转动，输出转矩和角速度。

组合缸具有较特殊的结构和功用。

工程中以活塞缸应用最为广泛。

液压缸按作用方式和供油方向不同，可分为单作用式和双作用式两种。

单作用液压缸只能从一个方向供油，液压作用力只能使活塞（或柱塞）作单方向运动，反方向运动必须靠外力（如弹簧力或自重等）实现，如图4.1所示；双作用液压缸可从两个方向供油，由液压作用力实现两个方向的运动，如图4.2所示。

图4.1 单作用液压缸(a)无弹簧式(b)弹簧式(c)柱塞式图4.2 双作用液压缸(a)单杆式(b)双杆式4.1.1活塞式液压缸在缸体内作相对往复运动的组件为活塞的液压缸，称活塞缸。

活塞缸可分为双杆式和单杆式两种结构。

按其安装方式的不同，又分为缸体固定式和活塞杆固定式两种。

1.双杆活塞缸双杆活塞缸是活塞两端都带有活塞杆的液压缸，其工作原理如图4.3所示。

双杆活塞缸的特点是当两活塞杆直径相同，分别向两腔的供油压力和流量都相等时，活塞（或缸体）两个方向的运动速度和推力也都相等，即具有等推力、等速度特性。

因此，这种液压缸常用于要求往复运动速度和负载相同的场合，如各种磨床。

（a）（b）(c)图4.3双杆活塞缸(a)缸体固定(b)活塞杆固定(c)职能符号1-缸体2-活塞3-活塞杆4-工作台图4.3(a)为缸体固定式结构简图。

缸体1固定在机床床身上，工作台4与活塞杆3相连。

缸体的两端设有进、出油口，动力由活塞杆传出，进油腔位置与活塞运动方向相反。

当油液从a口进入缸左腔时，推动活塞2带动工作台向右运动，缸右腔中的油液从b口回油；反之，右腔进压力油，左腔回油时，活塞带动工作台向左运动。

液压缸设计计算第四章液压缸的设计计算在上一章液压系统的设计中，已对液压缸的主要结构尺寸作了计算，本章继续对液压缸的其余主要尺寸及结构进行设计计算。

液压缸是液压传动的执行元件，它和主机工作机构有直接的联系，对于不同的机种和机构，液压缸具有不同的用途和工作要求。

因此，在设计液压缸之前，必须对整个液压系统进行工况分析，编制工况图，选定系统的工作压力(详见第三章)，然后根据使用要求进行结构设计。

本章只对抬升缸做上述设计计算。

4.1计算液压缸的结构尺寸液压缸的结构尺寸主要有三个:缸筒内径D、活塞杆外径d和缸筒长度L。

在上一章中已经作过缸筒内径D及活塞杆外径的计算，此处从略。

缸筒内径D—80?活塞杆外径d—45?(详见第三章)4.1.1缸筒长度L缸筒长度由最大工作行程长度加上各种结构需要来确定，即:L=l+B+A+M+C (4-1) 式中: l—活塞的最大工作行程;l=450?B—活塞宽度，一般为(0.6-1)D;取B=1×80=80?A—活塞杆导向长度，取(0.6-1.5)D;取A=1×80=80?M—活塞杆密封长度，由密封方式定;C—其他长度，取C=35?故缸筒长度为:L=80+35+450+80+15=660?4.2.2.最小导向长度的确定当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到导向套滑动面中点的距离称为最小导向长度H(如图4-1所示)。

如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度(间隙引起的挠度)增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一最小导向长度。

图4-1 油缸的导向长度对于一般的液压缸，其最小导向长度应满足下式:H?L/20+D/2 (4-2)式中: L—液压缸最大工作行程(m);L=0.45mD—缸筒内径(m)，D=0.08m。

故最小导向长度H?62.5?4.2.液压缸主要零部件设计4.2.1缸筒1.缸筒结构缸筒与缸头的连接用法兰连接，其优点是:结构简单，易加工，易装卸;缺点是重量比螺纹连接的大，但比拉杆连接的小;外径较大。

第四章液压油缸第一节液压缸的工作原理、类型和特点液压缸是液压系统中的执行元件，它的职能是将液压能转换成机械能。

液压缸的输入量是液体的流量和压力，输出量是直线速度和力。

液压缸的活塞能完成往复直线运动，输出有限的直线位移。

1液压油缸根据《2013-2017年中国液压油缸行业产销需求预测与转型升级分析报告》统计，2010年我国液压行业实现产值351.13亿元，同比增长33.29%。

我国的液压工业经过近50年的发展，已具有相当生产实力和技术水平，可基本满足经济发展的一般需求，其中重大成套装备的配套率已达到60%以上。

尤其是近10年来下游行业的快速成长，积极推动了液压行业的成长。

油缸是我国液压产品中最为成熟的产品之一。

行业保持多年快速增长，已经形成了较为成熟的供需链，具备了较大的市场规模。

前瞻网数据显示，我国液压油缸行业销售收入由2005年的31亿元增长至2010年的近110亿元，5年复合增长率为28.83%。

但是，和液压行业相同，油缸占全国工业总产值的比例仍较低，远低于国外发达国家水平。

同时，我国具有市场需求旺盛、成本低等优势，预计未来将成为世界液压行业和油缸行业的重心。

2简介缸筒液压系统中的执行机构。

它的组成部分主要由：中文：缸筒英文：TUBE中文：活塞杆英文：ROD中文：缸盖英文：ROD COVER中文：活塞英文：PISTON中文：密封件英文：SEAL一. 缸筒(TUBE)由四部分组成：1. 缸体2. 法兰3. 缸底4. 衬套二. 活塞杆(ROD)由三部分组成：1. 杆体2. 耳环3. 衬套以上各部分组成;缸体内部由活塞分成两个部分，分别大腔和小腔;大腔指活塞杆完全伸出后，缸体内腔;小腔指活塞杆完全伸入后，缸体与杆体内腔;由于液压油的黏性比较高，压缩比很小，当缸底油口进油后，活塞将被推动使缸盖油口出油，活塞带动活塞杆做伸出或缩回运动，反之亦然。

3工作原理先说它的最基本5个部件：缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置、排气装置。

第四章 液压缸第一节 液压缸的分类和特点液压缸按结构特点的不同可分为活塞缸、柱塞缸和摆动缸三类。

按作用方式不同，可分为单作用式和双作用式两种。

1.活塞式液压缸 活塞式液压缸根据其使用要求不同可分为双杆式和单杆式两种。

(1)双杆式活塞缸。

活塞两端都有一根直径相等的活塞杆伸出的液压缸称为双杆式活塞缸，它一般由缸体、缸盖、活塞、活塞杆和密封件等零件构成。

根据安装方式不同可分为缸筒固定式和活塞杆固定式两种。

如图4-5(a)所示的为缸筒固定式的双杆活塞缸。

它的进、出口布置在缸筒两端，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 ，所以机床占地面积大，一般适用于小型机床，当工作台行程要求较长时，可采用图4-5(b)所示的活塞杆固定的形式，这时，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。

这种安装形式中，工作台的移动范围只等于液压缸有效行程l 的两倍(2l)，因此占地面积小。

进出油口可以设置在固定不动的空心的活塞杆的两端，但必须使用软管连接。

由于双杆活塞缸两端的活塞杆直径通常是相等的，因此它左、右两腔的有效面积也相等，当分别向左、右腔输入相同压力和相同流量的油液时，液压缸左、右两个方向的推力和速度相等。

当活塞的直径为D ，活塞杆的直径为d ，液压缸进、出油腔的压力为p 1和p 2，输入流量为q 时，双杆活塞缸的推力F 和速度v 为：F=A(p 1-p 2)=π (D 2-d 2) (p 1-p 2) /4 (4-18)v=q/A=4q/π(D 2-d 2) (4-19)式中：A 为活塞的有效工作面积。

双杆活塞缸在工作时，设计成一个活塞杆是受拉的，而另一个活塞杆不受力，因此这种液压缸的活塞杆可以做得细些。

(2)单杆式活塞缸。

如图4-6所示，活塞只有一端带活塞杆，单杆液压缸也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有效行程的两倍。

图4-6单杆式活塞缸由于液压缸两腔的有效工作面积不等，因此它在两个方向上的输出推力和速度也不等，其值分别为：F 1=(p 1A 1-p 2A 2)=π［(p 1-p 2)D 2-p 2d 2］/4 (4-20)F 1=(p 1A 1-p 2A 2)=π［(p 1-p 2)D 2-p 2d 2 ］/4 (4-21)v 1=q/A 1=4q/πD 2 (4-22)v 2=q/A 2=4q/π(D 2-d 2) (4-23)由式(4-20)～式(4-23)可知，由于A 1＞A 2,所以F 1＞F 2，v 1＜v 2。