1、模块三 执行元件液压缸3-1 液压缸的分类及特点3-2 液压缸的组成和典型结构模块三 执行元件液压缸【学习目标】()掌握不同液压缸的工作原理与分类.()了解液压缸的图形符号、应用、组成结构等知识.液压缸是液压传动系统中常用的执行元件,是一种能量转换装置,它将油液的压力能 转换为机械能,实现执行机构的往复直线运动或摆动,输出力或扭矩.液压缸在各类机械 的液压传动中得到了广泛应用.模块三 执行元件液压缸-液压缸的分类及特点模块三 执行元件液压缸一、分类按结构形式分类 按结构形式划分,液压缸分为活塞式、柱塞式和组合式三大类.按作用方式分类 按作用方式划分,液压缸分为单作用式和双作用式两种.按安装方式
2、分类 按安装方式划分,液压缸分为法兰式、底座式、球头式、插销式、耳环式等.二、活塞式液压缸结构特点活塞式液压缸分为双杆式和单杆式两种结构形式,安装方式有缸筒固定式和活塞杆固 定式两种.单杆式活塞液压缸的结构特点是:液压缸内部有两个工作腔,一个有活塞杆的腔称为 有杆腔(小腔),另一个则称为无杆腔(大腔).双杆式活塞液压缸的结构特点是:液压缸内部两个工作腔都是有杆腔.模块三 执行元件液压缸双杆式活塞液压缸双杆式液压缸活塞两端都有活塞杆,且两侧的有效作用面积相等,标记为 A,如图 所示.当输入流量和油液压力不变时,活塞往返运动速度和推力相等.液压缸的活塞 运动速度v 和推力F 表示为模块三 执行元件
3、液压缸特点:双杆式活塞液压缸用于往返运动相同的机床()缸体固定,工作台的移动范围是活塞杆有效行程的三倍,占地面积大,适用于小 型机床.()活塞杆固定,工作台的移动范围是活塞杆有效行程的两倍,占地面积小,适用于 大中型机床,如平面磨床的液压系统.单杆式活塞式液压缸 单杆式液压缸活塞一端带有活塞杆,因此活塞两侧的有效作用面积不相等.当向缸的 两侧分别供油,且供油压力和流量不变时,活塞在两个方向的速度和推力均不相同.当向无杆腔进油时,如图(a)所示,活塞的运动速度和推力分别为模块三 执行元件液压缸当向有杆腔进油时,如图(b)所示,活塞的运动速度和推力分别为模块三 执行元件液压缸特点:()缸体固定和活
4、塞杆固定,工作台的移动范围都是活塞杆有效行程的两倍.()因两腔面积不相等,故产生的推力和运动速度也不相同,可形成工进和快退两种 运动.差动式液压缸如果将单杆双作用活塞式液压缸两油腔输入压力油,就形成了差动连接,这种形式的 液压缸叫差动液压缸,如图 所示.模块三 执行元件液压缸由于液压缸左右两腔压力相等,但有效面积不相等,故推力为在差动连接时,从液压泵输入的流量q 以及有杆腔流出的流量q 一起进入无杆腔,因此进入无杆腔的流量q 增大.因此模块三 执行元件液压缸三、柱塞式液压缸柱塞式液压缸由缸筒、柱塞、密封圈和端盖等零件组成.它是一种单作用式液压缸,其工作原理如图(a)所示.柱塞与工作部件连接,缸
5、筒固定在机体上.当压力油进入 缸筒时,推动柱塞带动运动部件移动,但反向退回时必须靠其他外力或自重驱动.为了实 现双向运动,柱塞缸常成对使用,如图(b)所示.柱塞式液压缸结构简单,维修方便,制造容易,用于磨床等大型机床上.模块三 执行元件液压缸在单作用柱塞液压缸中,当柱塞直径为d,输入油液的压力为P,流量为q 时,柱塞上 产生的推力F 为模块三 执行元件液压缸-液压缸的组成和典型结构模块三 执行元件液压缸一、液压缸的组成液压缸一般由前后端盖、缸筒、活塞、活塞杆等主要部分组成.为防止油液向外泄漏 或由高压腔向低压腔泄露,在缸筒与端盖、活塞与活塞杆、活塞与缸筒、活塞杆与前端盖 之间均设置有密封装置,
6、在前端盖外侧还装有防尘装置;为防止活塞快速移动时撞击缸 盖,液压缸端部还设置有缓冲装置,有时还需设置排气装置.因此,一个完整的液压缸由 缸体组件、活塞组件、密封装置、缓冲装置和排气装置五部分组成,如图-所示.模块三 执行元件液压缸二、缸体组件 缸体组件与活塞组件构成密封的容腔,承受油压,因此刚体组件要有足够的强度,较 高的表面精度和可靠的密封性.缸体组件包括缸筒、缸盖和导向套等.缸筒与缸盖常见的连接形式如下:螺纹式连接螺纹式连接有外螺纹连接和内螺纹连接两种,其特点是体积小,重量轻,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、重量轻的场合,如图 所示.模块三 执行元件液压
7、缸拉杆式连接拉杆式连接结构简单,工艺性好,通用性强,但缸盖的体积和重量较大,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、低压液压缸.拉杆式连接如图 所示.焊接式连接焊接式连接强度高,制造简单,但焊接时易引起缸筒变形,如图 所示.模块三 执行元件液压缸三、活塞组件活塞组件由活塞、活塞杆和连接件等组成.活塞在缸筒内受油压作用做往复直线运 动,因此它必须具备足够的强度和良好的耐磨性,活塞一般由铸铁制造.活塞杆是连接活 塞和工作部件的装置,具备足够的强度和刚度.活塞杆可以做成实心或者空心的,都由钢 材制造,外圆表面具备良好的耐磨和防锈能力常用的活塞与活塞杆的连接形式有螺纹式连接和半环式
8、连接,如图 所示.此外 还有整体式、焊接式和锥销式等结构模块三 执行元件液压缸活塞组件的连接形式的特点如下:()螺纹式连接:结构简单,拆装方便,但需备螺母放松装置.()半环式连接:结构复杂,拆装不便,但连接强度高,工作可靠,适用于高压和振动 较大的场合.()整体式和焊接式连接:结构简单,轴向尺寸紧凑,但损坏后需要整体更换,多用于 尺寸较小、行程较短的场合.()锥销式连接:加工容易,装配简单,但承载能力小,且需要有必要的防脱落装置,适用于轻载的场合.四、缓冲装置当液压缸所驱动的工作部件质量较大、速度较高时,一般应在液压缸中设置缓冲装 置,必要时还需在液压系统中设置缓冲回路,以避免在行程终端使活塞
9、与缸盖发生撞击,造成液压冲击和噪声.缓冲装置的工作原理是:当活塞行程到终端而接近缸盖时,增大液压缸的回油阻力,使回油腔中产生足够大的缓冲压力,使活塞减速,从而防止活塞撞击缸盖.常见缓冲装置的类型如图 所示.()圆柱形环隙式缓冲装置如图(a)所示.()圆锥形环隙式缓冲装置如图(b)所示.()可变节流槽式缓冲装置如图(c)所示.()可调节流孔式缓冲装置如图(d)所示.模块三 执行元件液压缸模块三 执行元件液压缸五、排气装置 液压传动系统往往会混入空气,使系统工作不稳定,产生振动、爬行或前冲等现象,严重时会使系统不能正常工作.因此,在设计液压缸时必须考虑空气的排除.对于要求不高的液压缸,往往不设计专
10、门的排气装置,而是将油口布置在缸筒两端的 最高处,这样也能使空气随油液排往油箱,再从油箱溢出.对于速度稳定性要求较高的液压缸和大型液压缸,常在液压缸的最高处设置专门的排 气装置,如排气塞、排气阀等.当松开排气塞或排气阀的锁紧螺钉后,让液压缸低压往复 运动几次,带有气泡的油液就会排出,如图 所示.模块三 执行元件液压缸六、密封装置在液压缸中为了防止液压油的内、外泄漏影响液压缸的工作性能,一般都装有密封 装置.对密封装置的要求大致是:密封性好,随系统工作压力的升高,能自动提高其密封性,摩擦阻力要小.根据两个需要密封的表面间有无相对运动,密封分为动密封和静密封两大类.()间隙密封:利用微小间隙实现的
11、相对密封,间隙值由几个微米到二十几个微米,用于既密封,又需要灵活移动的场合,如各类滑阀.结构要点是具有数道小环槽,其作用 是增加流动阻力,保持配合件同心,如图 所示.模块三 执行元件液压缸()接触密封:靠密封件在装配时的预压力和工作时的油压力作用下发生的弹性变形 来进行密封.O形密封圈O 形密封圈是一种横截面为圆形的密封元件,如图(a)所示,它具有良好的密封 性能,各端面都能起到良好的密封作用.其特点是结构简单,安装尺寸小,使用方便,摩 擦力较小,价格低,故应用十分广泛.当液压油的压强超过MPa时,O 形密封圈容易被油液压力挤入缝隙而损坏,故 O 形密封圈需安装挡圈,如图(b)所示.模块三 执
12、行元件液压缸唇形密封圈根据截面形状,唇形密封圈分为 Y 形、YX形、U 形等.Y 形密封圈的截面如图 (a)所示.模块三 执行元件液压缸如图3-17(b)所示,唇形密封圈是依靠密封圈的唇口受油液压力作用后变形,使唇边 紧贴密封面而起到作用的.油液压力越高,密封性能越好,且磨损后有自动补偿的能力.Y 形密封圈的特点是摩擦力小,使用寿命长,密封可靠,其工作压力可达20MPa,工作温 度在-30100之间,所以它适用于运动速度较高的场合,如滑动速度不超过0.5m/s的 液压系统中.V形密封圈V 形密封圈由支撑环(见图3-18(a)、密封环(见图3-18(b)、压环(见图3-18(c)组成,安装时开口面向高压侧,适用于相对运动速度不高的场合(耐高压,但摩阻较大).V形密封圈的特点是:在使用过程中,当压环压紧密封环时,支撑环使密封环产生变形,起到密封作用.一般使用一套就能保证良好的密封性能,当压力更高时,适当增加中间的密 封环的数量即可.V形密封圈的工作压力不超过50MPa,工作温度在-4080之间.模块三 执行元件液压缸组合密封装置(见图)一般由两个或两个以上密封元件组成,能满足液压系统对 密封性能越来越高的场合,工作可靠,摩擦小且稳定,寿命比普通橡胶密封提高了几十倍,目前得到了广泛的应用.
