液压缸小组讲解

第四章液压缸小组成员：陈浩钏张帆郑云鹏席坤玲何沼涛余家东蒋亮张士武干辉王滔液压缸简介4.1液压缸的类型及其简介4.1.2常用液压缸及其特点1.柱塞式液压缸2.活塞式液压缸1）单杆活塞液压缸2）双杆活塞液压缸3.伸缩式液压缸单作用式60222210]4/)(4/[/4vmiiiiiiiviipdDpDFDq双作用式602222210]4/4/)([)](/[4vmiiiiiiivipDpdDFdDq4.摆动液压缸其速出扭矩和回转角速度分别为])/[(8)(22222112bdDqwpRRbprdrbTvmRRmr:叶片半径；b：叶片宽度；R1，R2：叶片顶端底端半径d,D：叶片顶端底端直径；△p:进出口压差4.1.3液压缸的典型结构举例液压缸的结构由:缸体组件、活塞组件、密封装置、缓冲装置和排气装置五个基本部分组成。1）、液压缸的组成缸体组件缸体组件：包括缸底、缸筒、缸头、连接件和缸盖等.缸体组件的连接形式∵压力、缸体材料、工作条件不同∴连接形式很多常见的缸体组件的联接形式有：法兰联接、螺纹联接、半环联接、拉杆联接、钢丝联接、焊接等几种连接形式。缸筒和缸盖的常见结构形式法兰连接式，结构简单，容易加工，也容易装拆，但外形尺寸和重量都较大，常用于铸铁制的缸筒上。半环连接式，它的缸筒壁部因开了环形槽而削弱了强度，为此有时要加厚缸壁，它容易加工和装拆，重量较轻，常用于无缝钢管或锻钢制的缸筒上。螺纹连接式，它的缸筒端部结构复杂，外径加工时要求保证内外径同心，装拆要使用专用工具，它的外形尺寸和重量都较小，常用于无缝钢管或铸钢制的缸筒上。拉杆连接式，结构的通用性大，容易加工和装拆，但外形尺寸较大，且较重。拉杆连接式焊接连接式，结构简单，尺寸小，但缸底处内径不易加工，且可能引起变形。一般机床上用的液压缸，缸筒和缸盖的结构形式和其使用的材料有关。工作压力p＜10MPa时，使用高强度铸铁；p＜20MPa时，使用无缝钢管；p＞20MPa时，使用铸钢或锻钢。活塞组件由活塞、活塞杆和联接件等组成。半环式连接螺纹式连接2）、活塞组件(活塞和活塞杆连接)螺纹式连接结构简单，装卸方便，但在高压大负载下需要有螺帽防松装置。半环式连接结构较复杂，装卸不便，但工作较可靠。此外活塞和活塞杆也有制成整体式结构的，但它只适用于尺寸较小的场合。活塞一切工作般用耐磨铸铁制造，活塞杆则不论是空心的还是实心的，大多用钢料制造。液压缸的密封装置主要用来防止液压油的泄漏。密封装置的优劣，将直接影响液压缸的工作性能和效率。3）、液压缸的密封装置对密封装置的基本要求是：1）密封性能好，且随着压力的增加，密封性能随之增加。2）摩擦阻力要小。3）足够的使用寿命和耐油性。4）使用的温度范围广。5）结构工艺性好，成本低廉。密封性、耐磨性、经济性。密封圈活塞杆缸盖液压缸密封圈及其安装位置当缸筒与机体间没有相对运动时，可采用支座或法兰来安装定位当缸筒与机体间需相对转动，可采用轴销、耳环或球头等连接方式当液压缸两端都有底座时，只能固定一端，另一端需浮动，以适应热胀冷缩当采用法兰或轴销安装定位时，需注意压杆稳定性4）、液压缸的安装定位5）、缓冲装置必要性：1）在质量较大、速度较高（v12m/min），由于惯性力较大，活塞运动到终端时会撞击缸盖，产生冲击和噪声，严重影响加工精度，甚至使液压缸损坏。2）常在大型、高速、或高精度液压缸中设置缓冲装置或在系统中设置缓冲回路。缓冲原理：利用节流方法在液压缸的回油腔产生阻力，减小速度，避免撞击。带可调缓冲装置的液压缸缓冲原理：是活塞在接近行程终端时，将回油阻力增大，从而降低活塞速度。液压缸缓冲过程及剖面结构图（1）正常回油（2）节流回油可调缓冲装置1》．节流式缓冲装置当活塞活塞移近缸盖时，凸台进入凹腔，由于凸台和凹腔间的间隙较小（有时用一○形密封圈挡油），所在回油腔中的油液只能经针状节流阀流出，从而在回油腔中形成缓冲压力，使淤塞受到制动作用。2》．可变节流式缓冲装置活塞与缸盖间的油液须经轴向三角槽流出，从而在回油腔中形成缓冲压力使活塞受到制动作用。在缓冲长度内，工作油液只能通过可调节流阀。这种缓冲方式适用于液压缸运动速度的范围为6～20m/min。对于高速运动液压缸，应使用辅助缓冲装置或刹车装置。当液压缸活塞杆回缩时，单向阀开启，即可调节流阀旁通，此时液压缸活塞杆以最大速度回缩。3》．间隙缓冲装置当活塞移进缸盖时，活塞上的凸台和凹腔之间的环状间隙δ中挤压出去，使回油腔滑调腔中的压力升高而形成缓冲压力，从而使活塞减慢了移动速度。6）、排气装置1）安装排气装置必要性：液压系统在安装或停止工作后常会渗入空气。2）液压系统渗入空气的危害：液压缸运行前应将缸内的空气排净，否则运行时缸内气体被压缩，造成液压缸的抖动或爬行，并产生噪声。排气使用方法：1排气孔油口设置在液压缸最高处；2排气塞象螺钉（如暖气片上的放气阀）；3排气阀使液压缸两腔经该阀与油箱相通启动时，拧开排气阀使液压缸空载往复运动几次即可。排气阀排气、排气塞排气、进出油口排气液压缸排气水平安装的液压缸进出油口最好向上，便于气体的排出，或在液压缸的最高部位设置排气装置。对于速度稳定性要求较高的液压缸和大型液压缸，则必须安装排气装置。两种排气装置都在液压缸排气时打开（让活塞全行程往复移动数次），排气完毕后关闭。排气装置工作过程示意图工作原理：当液压缸活塞杆回缩时，自动放气阀关闭；当液压缸活塞杆伸出时，其开启。此时，空气通过排气孔排出，直至工作油液充满无杆腔。放气阀应安装于液压系统最高点，因在最高点处其可收集液压油中所有空气。4.2液压缸的设计计算设计依据①了解和掌握液压缸在机械上的用途和动作要求。②了解液压缸的工作条件。③了解外部负载情况。④了解液压缸的最大行程，运动速度或时间，安装空间所允许的外形尺寸以及缸本身的动作。⑤⑥设计已知液压系统的液压缸，应了解液压系统中液压泵的工作压力和流量的大小、管路的通径和布置情况、各种液压阀的控制情况。了解有关国家标准、技术规范以及参考资料。设计原则①保证缸运动的出力、速度、和行程。②保证缸每个零件有足够的强度、刚度和耐用性。③在保证以上两个条件的前提上，尽量减小缸的外形尺寸。④在保证缸性能的前提下，尽量减少零件数量，简化结构。⑤要尽量避免缸承受横向负载，活塞杆工作时最好承受拉力，以免产生纵向弯曲。⑥缸的安装形式好活塞杆头部与外部负载的形式要合理，尽量减少活塞杆伸出后的有效安装长度，增加缸的稳定性。⑦密封件的选用要合理，确保性能可靠性、泄露少、摩擦力小、寿命长、更换方便。⑧根据缸的工作条件和具体情况设置适当的缓冲、防尘、和排气装置。⑨各零件的结构形式和尺寸应尽量采用标准形式和尺寸系列，尽量选用标准件。⑩要求做到成本低、制造容易、维修简单方便。设计步骤①根据设计依据，初步确定设计方案，会同有关人员进行技术经济分析。②对缸进行受力分析，选择适当的结构形式、安装方式。③根据工作负载、重力、摩擦力和惯性力确定液压缸在行程各阶段上负载的变化规律及有关的技术数据。④根据工作负载和选定的额定压力，确定活塞端面面积并计算活塞直径和缸筒直径。⑤根据缸径和运动速度之比或者工作负载和材料的许用应力，确定活塞杆直径。⑥根据运动速度、工作出力和活塞直径，确定液压泵的流量和压力。⑦选择缸盖的结构形式，计算厚度和强度。⑧审定全部设计计算资料，进行修改补充。⑨选择适当的密封结构，设计缓冲、排气和防尘等装置。⑩绘制装配图和零件图，编制技术文件。1.工作负载FR2.速比φ3.缸筒内径D4.活塞杆直径d5.最小导向长度H4.2.2基本参数设计1.工作负载FRFR=Fe+Ff+Fi其中Fe：稳定工作下的负载Ff：摩擦阻力Fi：启动惯性阻力注意：各项载荷均应在机构满负荷状态下计算，其中磨擦擦阻力按启动状态的静摩擦力计算。缸的牵引力等于工作负载。缸自身摩擦阻力已经用机械效率的形式在牵引力计算中加以考虑，不再计入。2.速比φ速比是指双作用单杆液压缸活塞杆缩回速度与伸出速度之比。可按JB1086-67系列标准，根据不同的压力级别，从下表的推荐值中选取3.缸筒内径D1）动力较大的液压设备：通常根据最大牵引力FR来确定活塞杆的直径d选择可参考下表2）动力较小的液压设备：常根据缸的流量q和活塞的运动速度v来决定)2^4(421dqDqDπ或π式中，q为缸所需流量，m3/s；v1，v2为活塞的伸出，缩回运动速度m/s4.活塞杆直径d活塞杆直径通常是先按选定的速比和缸筒的内径D初算，然后再验算其强度和稳定性。由得1d计算结果应按有关标准圆整5.最小导向长度H最小导向长度是在活塞杆全部伸出时，导向套滑动面中点，到活塞支撑面中点的距离。导向长度的大小影响缸的初始挠度、稳定性和活塞杆强度，因此必须使其不小于规定的最小值H。可用下面经验公式计算。220DLH(m)式中，L为缸的最大工作行程4.2.3液压缸强度计算1.缸筒壁厚和外径承受内压力的圆筒，其内应力分布规律因壁厚的不同各异。一般分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。通过上式得到的外径D外后通过查表，将计算出的外径圆整到标准系列中去，并向大的方向调整。1p3.1p4.02yyD2DD外薄壁圆筒计算公式：厚壁圆筒计算公式：2pyD式中：Py为实验压力，为缸筒材料许用应力。缸筒的壁厚计算出来以后，便可得到缸筒的外径：2.活塞杆的计算活塞杆的计算应包括活塞杆的强度计算和稳定性校核（即压杆稳定性计算）1）活塞杆的强度计算活塞杆主要受拉力和压力作用，因此有：（m）104dRF式中，FR为液压缸负载，N；d为活塞杆的直径，m；为活塞杆材料的许用应力，Mpa62）稳定性验算活塞杆所能承受的负载FR，应小于使它保持工作稳定的临界负载FK。FK的值与活塞杆材料的性质、截面形状、直径和长度，以及缸的安装方式等因素有关，可按材料力学中的有关公式进行计算，即式中，nk为安全系数，一般取nk=2—4。kRnFF/k当活塞杆的细长比：时21/krl222kEJlF当活塞杆的细长比：时21/krl22k1krlafAF附：液压缸的支承方式和末端系数的值23）、端盖厚度设计（法兰端盖厚度计算方法）当活塞运动到最前端时，全部推力由端盖承受此时计算出最大端盖厚度，满足设计强度要求图、法兰端盖端盖厚度计算：D为缸筒直径，单位为m，dH为螺钉孔圆周直径，单位为m,dm为作用力圆周直径，单位为m，且dm=db为螺钉孔直径，单位为m,d为活塞杆孔直径，单位为m，De为端盖外径，单位为m，p为工作压力，单位为MPa，为材料的许用应力，单位为MPa221dd其中4）、缸底厚度计算1）平底缸缸底无孔时（如图a）缸底有孔时（如图b）)(433.00dDpDDh/433.0pdh单位为m单位为m2)椭圆缸底（如图c）其中，PDVhp2.02单位为m)2^2(61KVbaK3）半球形缸底（如图d）单位为m当h≤0.356re或p≤0.665[]时ppDh4.04当h0.356re或p0.665[]时)1()1(3131131yyryrh单位为m式中，r为缸筒内半径，单位为m;y为系数，ppy22