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°
液压传动 (a)单叶片式 (b)双叶片式 图44摆动液压缸示意图 隔板;2一缸体;3一转动轴:4—叶片 4.14其他液压缸 1.增力缸 图4.5所示为由两个单杆活塞缸串联在一起的增力缸,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,这种油缸的推力等于两缸推力的总和。由于 增加了活塞的有效面积,因而使活塞杆上的推力或拉力得到增加。设进油压力为P,活塞 直径为D,活塞杆直径为d,不考虑摩擦损失,增力缸的牵引力为 F=pzD2+p(D2-d2)=p2(2D2-d2) 当单个液压缸推力不足,缸径因空间限制不能加大,但轴向长度允许增加时,可采用 这种增力缸。增力缸另一个用途是作多缸的同步装置,这时常称它为等量分配缸或等量缸。 2.增压缸 图46所示为由活塞缸和柱塞缸组合而成的增压缸,用以使液压系统中的局部区域获 得高压。在这里活塞缸中活塞的有效工作面积大于柱塞的有效工作面积,所以向活塞缸无 杆腔送入低压油时,可以在柱塞缸那里得到高压油,它们之间的关系为 图4.5增力缸示意图 46增压缸示意图 94·
·94· 液压传动 ·94· (a) 单叶片式 (b) 双叶片式 图 4.4 摆动液压缸示意图 1—隔板；2—缸体；3—转动轴；4—叶片 4.1.4 其他液压缸 1. 增力缸 图 4.5 所示为由两个单杆活塞缸串联在一起的增力缸，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，这种油缸的推力等于两缸推力的总和。由于 增加了活塞的有效面积，因而使活塞杆上的推力或拉力得到增加。设进油压力为 p，活塞 直径为 D，活塞杆直径为 d，不考虑摩擦损失，增力缸的牵引力为 ππ π 2 22 22 ( ) (2 ) 44 4 F = + −= − pD p D d p D d 当单个液压缸推力不足，缸径因空间限制不能加大，但轴向长度允许增加时，可采用 这种增力缸。增力缸另一个用途是作多缸的同步装置，这时常称它为等量分配缸或等量缸。 2. 增压缸 图 4.6 所示为由活塞缸和柱塞缸组合而成的增压缸，用以使液压系统中的局部区域获 得高压。在这里活塞缸中活塞的有效工作面积大于柱塞的有效工作面积，所以向活塞缸无 杆腔送入低压油时，可以在柱塞缸那里得到高压油，它们之间的关系为 图 4.5 增力缸示意图 图 4.6 增压缸示意图
第4章液压缸 IDp=d D p2 P,=Kp, 式中B1、P2——增压缸的输入压力(低压)、输出压力(高压) 活塞、柱塞的直径 K—增压比K=D2F2 由上式可知,当D=2d时,P2=4B,即压力增大4倍。单作用增压缸只能单方向间歇 增压,若要连续增压就需采用双作用式增压缸 3.伸缩式液压缸 如图47所示为伸缩式液压缸的结构图,它是由两套活塞缸套装而成,件1对缸体3 是活塞,对活塞2是缸体。当压力油从A口通入,活塞1先伸出,然后活塞2伸出。当压 力油从B口通入,活塞2先缩入,然后活塞1缩入。总之,按活塞的有效工作面积大小依 次动作,有效面积大的先动,小的后动。伸出时的推力和速度是分级变化的,活塞1有效 面积大,伸出时推力大速度低,第二级活塞2伸出时推力小速度高。这种液压缸的特点是 在各级活塞依次伸出时可以获得较长的行程,而在收缩后轴向尺寸很小。常用于翻斗汽车、 起重机和挖掘机等工程机械上。 图4.7伸缩式液压缸 活塞:3一缸体 4.2液压缸的典型结构 图48所示为单杆液压缸的结构图,它主要由缸筒4、活塞6、活塞杆7、前后端盖8、 1、密封件5等主要部件组成。缸筒与端盖用螺栓连接,活塞与缸筒,活塞杆与端盖之间有 两种密封形式,即为橡塑组合密封与唇形密封;该液压缸具有双向缓冲功能,工作时压力 油经进油口,单向阀进入工作腔,推动活塞运动,当活塞临近终点时,缓冲套切断油路, 排油只能经节流阀排出,起节流缓冲作用
第 4 章 液压缸 ·95· ·95· 2 2 1 2 π π 4 4 D p d = p 2 2 11 D p p Kp d ⎛ ⎞ = = ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ 式中 1 p 、 2 p ——增压缸的输入压力(低压)、输出压力(高压)； D、d——活塞、柱塞的直径； K——增压比 K=D2 /d2 。 由上式可知，当 D=2d 时， 2 p = 1 4 p ，即压力增大 4 倍。单作用增压缸只能单方向间歇 增压，若要连续增压就需采用双作用式增压缸。 3. 伸缩式液压缸 如图 4.7 所示为伸缩式液压缸的结构图，它是由两套活塞缸套装而成，件 1 对缸体 3 是活塞，对活塞 2 是缸体。当压力油从 A 口通入，活塞 1 先伸出，然后活塞 2 伸出。当压 力油从 B 口通入，活塞 2 先缩入，然后活塞 1 缩入。总之，按活塞的有效工作面积大小依 次动作，有效面积大的先动，小的后动。伸出时的推力和速度是分级变化的，活塞 1 有效 面积大，伸出时推力大速度低，第二级活塞 2 伸出时推力小速度高。这种液压缸的特点是： 在各级活塞依次伸出时可以获得较长的行程，而在收缩后轴向尺寸很小。常用于翻斗汽车、 起重机和挖掘机等工程机械上。 图 4.7 伸缩式液压缸 1—活塞；2—活塞；3—缸体 4.2 液压缸的典型结构 图 4.8 所示为单杆液压缸的结构图，它主要由缸筒 4、活塞 6、活塞杆 7、前后端盖 8、 1、密封件 5 等主要部件组成。缸筒与端盖用螺栓连接，活塞与缸筒，活塞杆与端盖之间有 两种密封形式，即为橡塑组合密封与唇形密封；该液压缸具有双向缓冲功能，工作时压力 油经进油口，单向阀进入工作腔，推动活塞运动，当活塞临近终点时，缓冲套切断油路， 排油只能经节流阀排出，起节流缓冲作用
液压传动 图48单杆液压缸结构 后端盖:2一缓冲节流阀:3一进出油口:4—缸筒:5一密封件:6—活塞:7一活塞杆: 8一前端盖:9—一导向套:10—单向阀:11—缓冲套;12一导向环;13一无杆端缓冲套:14一螺栓 从上面所述的液压缸典型结构中看出,液压缸的结构基本上可以分为缸体组件、活塞 组件、密封装置、缓冲装置和排气装置等五部分。 421缸体组件 缸体组件与活塞组件构成密封的容腔承受油压。因此缸体组件要有足够的强度、较高 的表面精度和可靠的密封性。缸体组件指的是缸筒与缸盖,其使用材料、连接方式与工作 压力有关,当工作压力p<10MPa时使用铸铁缸筒,当工作压力10MPa≤p<20MPa时使 用无缝钢管,p≥20MPa时使用铸钢或锻钢 采用法兰连接(如图4.9(a)所示),结构简单、加工方便、连接可靠,但要求缸筒端部 有足够的壁厚,用以安装螺栓或旋入螺钉。缸筒端部一般用铸造、镦粗或焊接方式制成 粗大的外径。 采用半环连接(如图49(b)所示),工艺性好、连接可靠、结构紧凑,但削弱了缸筒强度。 这种连接常用于无缝钢管缸筒与缸盖的连接中 采用螺纹连接(如图49(c)所示),特点体积小、重量轻、结构紧凑,但缸筒端部结构 复杂。常用于无缝钢管或铸钢的缸筒上。 图49缸筒和端盖结构 拉杆连接结构简单、工艺性好、通用性强,但端盖的体积和重量较大,拉杆受力后会 变形,影响密封效果,适用于长度较小的中低压缸
·96· 液压传动 ·96· 图 4.8 单杆液压缸结构 1—后端盖；2—缓冲节流阀；3—进出油口；4—缸筒；5—密封件；6—活塞；7—活塞杆； 8—前端盖；9—导向套；10—单向阀；11—缓冲套；12—导向环；13—无杆端缓冲套；14—螺栓 从上面所述的液压缸典型结构中看出，液压缸的结构基本上可以分为缸体组件、活塞 组件、密封装置、缓冲装置和排气装置等五部分。 4.2.1 缸体组件 缸体组件与活塞组件构成密封的容腔承受油压。因此缸体组件要有足够的强度、较高 的表面精度和可靠的密封性。缸体组件指的是缸筒与缸盖，其使用材料、连接方式与工作 压力有关，当工作压力 p＜10MPa 时使用铸铁缸筒，当工作压力 10MPa≤p＜20MPa 时使 用无缝钢管，p≥20MPa 时使用铸钢或锻钢。 采用法兰连接(如图 4.9(a)所示)，结构简单、加工方便、连接可靠，但要求缸筒端部 有足够的壁厚，用以安装螺栓或旋入螺钉。缸筒端部一般用铸造、镦粗或焊接方式制成 粗大的外径。 采用半环连接(如图 4.9(b)所示)，工艺性好、连接可靠、结构紧凑，但削弱了缸筒强度。 这种连接常用于无缝钢管缸筒与缸盖的连接中。 采用螺纹连接(如图 4.9(c)所示)，特点体积小、重量轻、结构紧凑，但缸筒端部结构 复杂。常用于无缝钢管或铸钢的缸筒上。 (a) (b) (c) 图 4.9 缸筒和端盖结构 拉杆连接结构简单、工艺性好、通用性强，但端盖的体积和重量较大，拉杆受力后会 变形，影响密封效果，适用于长度较小的中低压缸
第4章液压缸 焊接式连接强度高,制造简单,但焊接时易引起缸筒变形,且无法拆卸 422活塞组件 活塞组件由活塞、活塞杄和连接件等组成。活塞一般用耐磨铸铁制造,活塞杆不论空 心的和实心的,大多用钢料制造。活塞和活塞杆的连接方式很多,但无论采用哪种连接方 式,都必须保证连接可靠。整体式和焊接式活塞结构简单,轴向尺寸紧凑,但损坏后需整 体更换。锥销式连接加工容易,装配简单,但承载能力小,且需要有必要的防止脱落措施 螺纹式连接见图4.0(a结构简单,装拆方便,但需备有螺母防松装置。半环式连接见图 410(b)强度高,但结构复杂,装拆不便 图的的么 (a)螺纹式连接结构 (b)半环式连接结构 图410活塞与活塞杆连接形式 423密封装置 密封装置的作用是用来阻止有压工作介质的泄漏,防止外界空气、灰尘、污垢与异物 的侵入。其中起密封作用的元件称密封件。通常在液压系统或元件中,存在工作介质的内 泄漏和外泄漏,内泄漏会降低系统的容积效率,恶化设备的性能指标,甚至使其无法正常 工作。外泄漏导致流量减少,不仅污染环境,有可能引起火灾,严重时可能引起设备故障 和人身事故。系统中若侵入空气,就会降低工作介质的弹性模量,产生气穴,有可能引起 振动和噪声。灰尘和异物既会堵塞小孔和缝隙,又会增加液压缸中相互运动件之间的摩擦 磨损,降低使用寿命,并且加速了内、外泄漏。所以为了保证液压设备工作的可靠性及提 高工作寿命,密封装置与密封件不容忽视。液压缸的密封主要指活塞、活塞杆处的动密封 和缸盖等处的静密封。常用的密封方法有 1.间隙密封 这是依靠两运动件配合面之间保持一很小的间隙,使其产 压力平衡槽8(002-0.05) 生液体摩擦阻力来防止泄漏的一种方法。用该方法密封,只适 用于直径较小、压力较低的液压缸与活塞间密封。间隙密封属 于非接触式密封,它是靠相对运动件配合面之间的微小间隙来 防止泄漏,实现密封,见图411,常用于柱塞式液压泵(马达) 中柱塞和缸体配合、圆柱滑阀的摩擦副的配合中。通常在阀芯 的外表面开几条等距离的均压槽,其作用是对中性好,减小液图411间隙密封 压卡紧力,增大密封能力,减轻磨损。匀压槽宽度为0.3mm~0.5mm,深0.5mm~lmm, 其间隙值可取002mm~005mm。这种密封摩擦阻力小、结构简单,但磨损后不能自动补偿
第 4 章 液压缸 ·97· ·97· 焊接式连接强度高，制造简单，但焊接时易引起缸筒变形，且无法拆卸。 4.2.2 活塞组件 活塞组件由活塞、活塞杆和连接件等组成。活塞一般用耐磨铸铁制造，活塞杆不论空 心的和实心的，大多用钢料制造。活塞和活塞杆的连接方式很多，但无论采用哪种连接方 式，都必须保证连接可靠。整体式和焊接式活塞结构简单，轴向尺寸紧凑，但损坏后需整 体更换。锥销式连接加工容易，装配简单，但承载能力小，且需要有必要的防止脱落措施。 螺纹式连接见图 4.10(a)结构简单，装拆方便，但需备有螺母防松装置。半环式连接见图 4.10(b)强度高，但结构复杂，装拆不便。 (a) 螺纹式连接结构 (b) 半环式连接结构 图 4.10 活塞与活塞杆连接形式 4.2.3 密封装置 密封装置的作用是用来阻止有压工作介质的泄漏，防止外界空气、灰尘、污垢与异物 的侵入。其中起密封作用的元件称密封件。通常在液压系统或元件中，存在工作介质的内 泄漏和外泄漏，内泄漏会降低系统的容积效率，恶化设备的性能指标，甚至使其无法正常 工作。外泄漏导致流量减少，不仅污染环境，有可能引起火灾，严重时可能引起设备故障 和人身事故。系统中若侵入空气，就会降低工作介质的弹性模量，产生气穴，有可能引起 振动和噪声。灰尘和异物既会堵塞小孔和缝隙，又会增加液压缸中相互运动件之间的摩擦 磨损，降低使用寿命，并且加速了内、外泄漏。所以为了保证液压设备工作的可靠性及提 高工作寿命，密封装置与密封件不容忽视。液压缸的密封主要指活塞、活塞杆处的动密封 和缸盖等处的静密封。常用的密封方法有： 1. 间隙密封 这是依靠两运动件配合面之间保持一很小的间隙，使其产 生液体摩擦阻力来防止泄漏的一种方法。用该方法密封，只适 用于直径较小、压力较低的液压缸与活塞间密封。间隙密封属 于非接触式密封，它是靠相对运动件配合面之间的微小间隙来 防止泄漏，实现密封，见图 4.11，常用于柱塞式液压泵(马达) 中柱塞和缸体配合、圆柱滑阀的摩擦副的配合中。通常在阀芯 的外表面开几条等距离的均压槽，其作用是对中性好，减小液 压卡紧力，增大密封能力，减轻磨损。匀压槽宽度为 0.3mm～0.5mm，深 0.5mm～1mm， 其间隙值可取 0.02mm～0.05mm。这种密封摩擦阻力小、结构简单，但磨损后不能自动补偿。 图 4.11 间隙密封
液压传动 2.密封圈密封 (1)O形密封圈 O形密封圈是由耐油橡胶制成的截面为圆形的圆环,它具有良好的密封性能,且结构 紧凑,运动件的摩擦阻力小、装卸方便、容易制造、价格便宜,故在液压系统中广泛应用 如图412(a)所示为其外形图;图412(b所示为装入密封沟槽的情况,δ、2是O形 圈装配后的预压缩量,通常用压缩率β表示,即B=(d-h)d×100%,对于固定密封、 往复运动密封和回转运动的密封,应分别达到15%~20%、10%~20%和5%~10%,才能 取得满意的密封效果。当油液工作压力大于10MPa时,O形圈在往复运动中容易被油液压 力挤入间隙而过早损坏如图4.12(c)所示,为此需在O形圈低压侧设置聚四氟乙烯或尼龙制 成的挡圈如图412(d所示,其厚度为125mm~2.5mm。双向受压时,两侧都要加挡圈如图 42(c)所示。 把母 图412O形密封圈 (2)V形密封圈 Ⅴ形密封圈的形状如图413所示,它由纯耐油橡胶或多层夹织物橡胶压制而成,通常 由支承环图4.13(a)、密封环图413(b)和压环图413(c)组成。当压环压紧密封环时,支撑环 使密封环产生变形而起密封作用。当工作压力高于10MPa时,可增加密封环的数量,提高 密封效果。安装时,密封环的开口应面向压力高的一侧。V形圈密封性能良好,耐高压、 寿命长。通过调节压紧力,可获得最佳的密封效果,但Ⅴ形密封装置的摩擦阻力及结构尺 寸较大,主要用于活塞组件的往复运动。它适宜在工作压力为p<50MPa、温度为-40℃~ 80℃的条件下工作 图413V形密封圈
·98· 液压传动 ·98· 2. 密封圈密封 (1) O 形密封圈 O 形密封圈是由耐油橡胶制成的截面为圆形的圆环，它具有良好的密封性能，且结构 紧凑，运动件的摩擦阻力小、装卸方便、容易制造、价格便宜，故在液压系统中广泛应用。 如图 4.12(a)所示为其外形图；图 4.12(b)所示为装入密封沟槽的情况， 1 δ 、 2 δ 是 O 形 圈装配后的预压缩量，通常用压缩率 β 表示，即 β =[(d0- h)/d0]×100%，对于固定密封、 往复运动密封和回转运动的密封，应分别达到 15%～20%、10%～20%和 5%～10%，才能 取得满意的密封效果。当油液工作压力大于 10MPa 时，O 形圈在往复运动中容易被油液压 力挤入间隙而过早损坏如图 4.12(c)所示，为此需在 O 形圈低压侧设置聚四氟乙烯或尼龙制 成的挡圈如图 4.12(d)所示，其厚度为 1.25mm～2.5mm。双向受压时，两侧都要加挡圈如图 4.12(e)所示。 图 4.12 O 形密封圈 (2) V 形密封圈 V 形密封圈的形状如图 4.13 所示，它由纯耐油橡胶或多层夹织物橡胶压制而成，通常 由支承环图 4.13(a)、密封环图 4.13(b)和压环图 4.13(c)组成。当压环压紧密封环时，支撑环 使密封环产生变形而起密封作用。当工作压力高于 10MPa 时，可增加密封环的数量，提高 密封效果。安装时，密封环的开口应面向压力高的一侧。V 形圈密封性能良好，耐高压、 寿命长。通过调节压紧力，可获得最佳的密封效果，但 V 形密封装置的摩擦阻力及结构尺 寸较大，主要用于活塞组件的往复运动。它适宜在工作压力为 p＜50MPa、温度为－40℃～ 80℃的条件下工作。 (a) (b) (c) 图 4.13 V 形密封圈