第4章液压缸

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1、第4章液压缸液压缸和液压马达，均为液压系统中的执行元件。从能量转换的角度 看，它们都是油液的压力能转变为机械能的能量转变装置，不同之处是， 前者用于实现直线往复运动，或摆动，而后者常用来实现连续的回转运动。液压缸是一种构造简单、工作可靠、自重轻、传动比大、传动效率高 的液压元件，它得到了极为广泛地应用。4.1液压缸的类型及其特点4.1.1液压缸的类型液压缸的种类繁多,主要分类见表4-1。表4-1常用液压缸分类液压缸按作用方式，可分为单作用和双作用液压缸。单作用液压缸只 有一个油口，在压力油的作用下活塞杆或柱塞伸出，返回行程靠重力或弹 簧力等实现（见表4-1中的14）。双作用液压缸有两个油口，活

2、塞的往复运 动都是在压力油作用下实现的。液压缸按结构分，可以分为柱塞式液压缸、活塞式液压缸、伸缩套筒 式液压缸、组合缸等。4.1.2常见液压缸及其特点1. 柱塞式液压缸柱塞式液压缸的结构如图4-1所示。它主要由缸筒1、柱塞2、导向套 3、密封圈4等组成。液压缸的左下端有进油口与油路相通，当压力油进入 液压缸左下端时，推动柱塞向上运动，柱塞反方向缩回时，靠外力作用。图4-1柱塞式缸的结构简图柱塞式液压缸具有下列特点；1）柱塞端面是承受油压力的工作面，动力是通过柱塞本身来传递的。2) 缸体内壁加工精度要求不高，可以粗加工或不加工，因此大大简化 了缸体的加工工艺。由于加工较长的柱塞外圆柱表面比加工较

3、长的缸体内 圆柱表面方便得多，而且容易达到较高的精度。所以它特别适用于工作行 程长的场合。3) 只能做成单作用液压缸，返回行程靠外力作用。4) 柱塞总是受压，因此可以发挥材料的强度性能，但必须有足够的刚 度，所以柱塞一般都比较粗。柱塞式缸的推力和运动速度的计算式为A兀F = Ap = 一 d 2 p(N)4q 4f(4-1)v = (m/s)兀d 2一式中A柱塞的有效工作面积(m2)；d柱塞直径(m)；p缸筒内油液的工作压力(N/m2)；q 输入柱塞缸的油液流量(m3/s)。2. 活塞式液压缸活塞式液压缸主要由缸体、缸盖、活塞、活塞杆、密封件等零件组成。 活塞式液压缸有双活塞杆式、单活塞杆式(

4、见图4-2)和无活塞杆式。活塞杆 有实心的，也有空心的。活塞式液压缸有双作用和单作用两种形式。图4-2活塞式液压缸a)单活塞杆液压缸b)双活塞杆液压缸单杆活塞液压缸单杆活塞液压缸的活塞一侧有活塞杆；另一侧无活塞杆，因此，活塞 两侧的有效受压面积不相等，所以具有下列特点。1)活塞往复运动的速度不等当供油流量不变时，活塞杆伸出速度为(4-2)v 二件二竺(m/s)i A 兀 D 2i活塞杆缩回速度为(4-3)v =竺=严v、(m/s)2 A 兀 D2 一 d2 丿2式中v2QD、dn一一活塞杆伸出和缩回之速度(m/s)；供油流量(m3 / s)；-缸筒内径和活塞杆外径(m)；-液压缸的容积效率，用

5、橡胶密封圈时，取qv=l,用金属活塞环时，取 nv=0.98A、A2无杆腔和有杆腔活塞有效面积(m2)。2)活塞两方向运动时的作用力不相等 活塞杆推力为(4-4)(4-5)1 D2p-1(d2 -d2)p b X 106(N)440活塞杆拉力为F(D2 一 d 2)p 丄 D 2 p in X 106(N)44式中F、F2活塞杆推力和拉力(N)；p、p0液压缸进、回油口压力(MPa)；H 液压缸的机械效率，常取0.95。3)液压缸的差动连接双作用单杆活塞液压缸在其左右两腔相互接通并输入压力油时，称之 为“差动连接”(如图4-3)。虽然差动连接时两腔的油压力相等，但活塞受 压面积不同，所以两侧总

6、压力不能平衡，活塞要向外伸出，差动连接时， 液压缸的输出速度和牵引力相当于一个柱塞缸，柱塞的外径即为活塞杆的 外径。图 4-3 单杆活塞液压缸的差动连接不计容积损失时，差动连接缸活塞的伸出速度为v = q /(A - A ) = 4q / 兀 d 2(4-6)3 1 2活塞推力为F = p(A - A h =Cid2pq /4)x106(n)(4-7)3 1 2 m m双作用单杆活塞缸很容易通过换向阀转换成差动连接，获得快速外伸 功能，这样就可以得到快伸、慢伸、快缩三种速度，扩大了这种缸的使用 范围。 双杆活塞液压缸双杆活塞液压缸的活塞两侧均有活塞杆(见表 4-1 中 6)，而且两杆的直 径相

7、等，因此，活塞两侧的受压面积相等。它的特点是：当分别输入缸两 侧的油液压力p和流量q相同时，正反两个方向的运动速度和推力都相等。 若将缸筒固定，缸的运动范围长度约为工作行程的三倍；如果活塞杆固定 其运动范围长度约为工作行程的两倍。3. 伸缩套筒式液压缸伸缩式套筒缸分单作用和双作用两种形式(见表4-1中 4、7)。这种缸的 总行程较长，收缩后很短，特别适用于空间小而行程又要求较长的场合。在供油流量不变时，各级活塞杆依次伸出的速度为(4-8)v = 4qn / 兀 D2(m/s)1 vi i推力为F=i兀D2p /4一兀i i i i 0(D2 -d2)p /4 q x106(n)mi(4-9)式

8、中v.第i级活塞杆伸出速度(m/s)；F第i级活塞杆推力(N)；D第i级活塞外径(m)；d第i级活塞杆外径(m)；p第i级活塞杆伸出时的油压力(MPa)；q、q诚一一第i级活塞杆运动时的容积效率和机械效率。无论是单作用还是双作用，各级活塞杆的缩回动作顺序都与伸出顺序 相反。双作用伸缩缸各活塞杆的缩回运动速度v和牵引力F为ii(4-10)(4-11)=4qq / 兀(D 2 一 d 2 )*1 (m/s)i iF =兀i -(D2 一d2)p/4一兀D2p /4 q x 106 (N)i i ii 0式中v第i级活塞杆缩回速度(m/s)；iF第i级塞杆缩回时拉力(N)；iP：第i级活蜘缩回时的液

9、压力(MPa)； q、q第i级活塞杆回时的容积效率和机械效率。vm伸缩套筒式缸在工程机械、矿山机械、农业机械、汽车起重吊、潜艇 升降装置上应用较多。4. 摆动液压缸摆动缸的工作原理与叶片液压马达相似，图4-4是其工作原理图。两 者的主要区别是摆动缸没有配油功能，高低压腔之间有隔墙，不能做整周 回转。图4-4摆动液压缸a)单叶片式b)双叶片式1叶片；2限位块；3缸体图a)为单叶片的摆动液压缸，其输出扭矩和回转角速度为T = b R1 AprdrqR2(4-12)(4-13)式中 r叶片半径;3= qD 2 一 d 2 丿bb叶片宽度；R、R2叶片的顶端、底端半径；d、D叶片的底端、顶端直径；p进

10、、出口压差；单叶片摆动液压缸的运动范围不超过360 ,而双叶片摆动液压缸的运 动范围不超过180。采用单叶片可以得到较大的摆角范围，而采用双叶片（图b）可使扭矩增 加一倍，并且转轴上的受力可以平衡，不过转速是单叶片缸的二分之一。4.1.3其它液压缸及其特点1. 串联液压缸（增力缸）图4-5所示是一种由一根活塞杆将两个缸体串联起来的串联缸，其油 路是并联的，两个缸体的左右腔相互联通。当压力油通入两缸左腔时，串 联活塞向右移动，两缸右腔的油液同时排出。由于两个活塞的同一侧面同 时承受液压力的作用，相当于增大了活塞的有效面积，其推力等于两缸推 力的总和。这种缸一般用于径向尺寸受限制而且要求出力较大的

11、情况下。图4-5串联缸图4-6增压缸2. 增压液压缸图4-6所示的增压缸由直径大小不同的两个缸串联而成。大缸作为原动 缸，小缸则为增压的输出缸。当低压油通人大缸推动活塞前进时，小缸内 的油液通过柱塞受压，由于柱塞的有效作用面积小，所以产生的压力就比 大缸内的压力大，从而达到增压的目的。兀兀，由图知p D2 = pd2（4-14）(4-15)A 4B 4PB、 (D 亠、可见，输出压力PB为输入压力PA的d倍。它能将低压泵提供的低 压油转换成高压油供给液压系统的某一部分，可省去低压系统中由于某一 部分需要高压油而设置的高压泵。增压缸有单向和双向两种。单向增压缸只能单方向间断地供油，油液 的压力是

12、不稳定的，有脉动冲击。为了使增压缸在往复运动中能连续不断 地将低压油转换成高压油，常常采用连续式增压缸。这种缸相当于两个输 出缸共用二个双作用原动液压缸，在正反两个方向上都有增压作用，压力 比较稳定。3. 齿条液压缸图4-7示为一种齿条液压缸，它由两个活塞缸和一套齿条齿轮传动装 置组成。将活塞的移动通过传动机构转换成齿轮的转动，它可用来实现机 床上工作部件的往复摆动。4.1.4液压缸的结构液压缸的典型结构如图4-8所示，在设计液压缸时，常涉及各部分结 构的选用问题，将在下节中详细讨论。本节将介绍液压缸其它部分的结构。图4-8双作用单杆活塞式液压缸1缸底；2弹簧挡圈；3套环；4卡环；5 活塞；6

13、0形密圭寸圈；7支承环;8 挡圈；9YX形密封圈；10缸体；11 管接头；12导向套；13 缸盖；14 防尘圈；15 活塞杆；16定位螺钉；17 耳环液压缸缸底与缸筒焊接，工艺简单。缸盖与缸筒之间采用法兰连接， 活塞与活塞杆之间无相对运动，用“O”型密封圈防止内泄漏，活塞杆的左 端用外卡键，套环和挡圈与活塞相连，易于维修拆装，活塞两端背对背地 装设“YX”型密封圈a,这种密封圈的唇边在油压力作用下紧贴到缸筒内壁 和活塞外表面上，压力愈大，贴得愈紧，密封性能良好。为防止活塞移动 时密封圈卷边，密封圈背部有直接与缸筒内壁接触的尼龙或聚四乙烯挡圈, 唇边前面有带凸缘的活塞（或挡板），其凸缘插到Y型槽

14、内，防止密封圈唇边 翻卷。为防止擦伤缸筒内壁，活塞不直接与缸简内表面接触而是通过套在 活塞外圆上的尼龙套；与缸筒内壁接触。缸盖与缸筒之间也无相对移动， 用“O”型密封圈密封。导向套与活塞杆之间有相对运动，采用“（或“O”）型密封圈密封。为了防止活塞杆缩回时带进尘埃，导向套前端还装 有防尘圈。当液压缸的负载较大、运动速度较快时，活塞在行程终端可能 产生机械的撞击现象或引起换向冲击。为了减小这种危害，常在缸的端部 或活塞上设置缓冲机构。此外，当缸的尺寸较大而活塞运动速度又较小时, 缸内积存的空气容易形成气团，由于气体压缩和膨胀的影响将使活塞的运 动速度不稳定，因而有时还应在缸的端部或外部管路上设置

15、放气装置（图中 未表明）。1. 液压缸主要零件的结构 缸筒与缸盖的连接缸筒与缸盖的连接结构及其优缺点如表4-2所示。其中焊接连接只能用于缸筒的一端，另一端必须采用其它结构。表4-2缸筒与缸盖的连接螺纹连接优点缺点优点缺点1.结构较简单1比螺纹联接重1.重量较轻1端部结构复杂2.易加工2.外形较大2.外形较小2.装卸要用专门工具3.易装卸半环连接拉杆连接优点缺点1. 结构简单键槽使缸筒壁的强度2. 易装卸有所削弱优点1. 缸筒最易加工2. 最易装卸3. 结构通用性大缺点重量较重，外形尺寸较大焊接钢丝连接优点缺点1. 结构简单1.缸筒有可能变形3. 尺寸小2.缸底内径不易加工优点缺点1. 结构简单

16、1.轴向尺寸略有增加2. 尺寸小，重量轻2.承载能力小 活塞与活塞杆的连接结构液压缸行程较短、且活塞与活塞杆直径相差不多时，可将活塞与活塞 杆做成整体，但在大多数情况下，活塞与活塞杆是分开的。在一般工作条件下，这两者采用螺纹固定（图4-10a）。当缸工作压力较高或负载较大，而 活塞杆直径又较小时，活塞杆的螺纹可能过载；另外工作机械振动较大时,固定活塞的螺母可能松动，因此需采用半环连接（图4-10b）或弹簧挡圈连接a)b)c）图4-10活塞与活塞杆连接结构1 活塞杆2活塞3、4半环5套环 活塞杆的结构活塞杆有实心（图4-11a）和空心（图4-llb）两种。空心活塞杆的一端要留 出焊接和热处理用的

17、通气孔。b)图4-11活塞杆2. 液压缸主要零件的材料 缸体的材料工程机械、矿山机械和锻压机械用的液压缸，一般工作压力较高，可 用20、35、45号无缝管。20号钢用得较少，因其机械性能低而且不能调质。 与缸盖、管接头、耳轴等零件焊接在一起的缸体用35号钢，并在粗加工后 调质。与其它零件不焊接在一起的缸体，用45号钢调质，调质处理是为了 保证强度高，加工性好，一般调质到241285HBS。一般机床上用的液压缸多数采用高强度铸铁，压力较高的则采用无缝 钢管。缸盖的材料为35、45号钢锻件或铸钢，以及灰铸铁。活塞杆导向套可以是缸盖自身。这时缸盖最好用铸铁，并在其工作表 面熔堆黄铜、青铜或其它耐磨材

18、料。导向套也可做成一个套筒，压入缸盖, 材料为耐磨铸铁、黄铜、青铜等。 活塞的材料若是整体式的，用35、45号钢，若是装配式的，则用铸铁、耐磨铸铁或铝合金。 活塞杆的材料实心的活塞杆用35、45号钢，空心的用35、45号钢的无缝钢管。3. 液压缸的安装定位液压缸与机体的各种安装方式见表4-3。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；如果缸筒与机体间需相对转动，则可 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，另一端浮动，以适应热胀冷缩的需要，在缸较长时这点更为重要。 采用法兰或轴销安装定位时，法兰或轴销的轴向位置会影响活塞杆的压杆 稳定性，这点应

19、予注意。表4-3液压缸的安装定位径向底座切向底座* rn头部外法兰头部内法兰轴向底座尾部外法兰头部轴销单耳环中部轴销尾部轴销illill双耳环尾部球头4. 缓冲装置当液压缸带动质量较大的移动部件以较快的速度（12m/rain）运动时，由 于惯性力较大，具有很大的动量，使行程终了时，活塞与缸盖发生撞击， 造成机械冲击和噪声，引起破环性事故或严重影响机械精度。为此，大型、 高速或高精度的液压缸常设有缓冲装置。缓冲装置分可调式和不可调式两 类。它们的工作原理相同，都是使活塞在接近缸盖时，在缓冲油腔内产生 足够的缓冲压力，也就是增大缸的回油阻力，降低活塞的移动速度，避免 撞击缸盖。Dj!叫“图4-12

20、常用缓冲装置结构简图图a）为间隙缓冲，缓冲柱塞进入缸端孔时，孔内油液从柱塞与孔壁间 的环形间隙挤出，形成缓冲压力，吸收惯性引起的机械动能。图b）为可变 节流缓冲。缓冲柱塞进入缸端孔时，回油路封闭，迫使回油经由缓冲柱塞 上的节流口 （轴向三角槽）流出而建立缓冲压力。节流口面积随柱塞行程而变 化。图c）为可调节缓冲。缓冲柱塞进入缸端孔时，封闭了回油通路，迫使 回油通过一个可调节流阀而建立缓冲压力。图a）和图c）所示装置在缓冲过程中，节流面积不变，而液压油基本上 是不可压缩的，所以在缓冲柱塞进入缸端孔的瞬间，产生较大的缓冲压力、 即冲击压力。缓冲压力在缓冲过程开始为最大，随着缓冲行程增大而减小。 这

21、种缓冲方式的缓冲效果较好，但瞬时缓冲压力大。图4-13制动锥锥面参数设计缓冲装置。必须考虑缓冲压力所造成的液压能，确实能够吸收由 惯性力所产生的全部机械能，并保证缸有足够的强度承受缓冲行程中所产 生的冲击压力，而不致遭到破坏。为了缓和冲击压力，也可在缓冲柱塞顶 端加工成1.5。5的锥面，或开轴向三角槽。采取这类措施后，虽可缓 和冲击压力，但将造成吸收能量减少。锥面参数见图4-13。当移动部件速 度v15m/min时，0为1.53, L三5mm；而移动部件速度为1540m/min时， 0为 3 5， L三 10mm。5. 排气装置液压系统在安装和停车以后，往往会渗入空气；油液中也常常会溶解 和混

22、入空气。这些空气在液压系统中会引起运动部件的不均匀性运动（即爬 行）和振动现象，并且会加速油液的氧化和腐蚀液压装置的元件等。在缸结构设计上，要保证能及时排除积留于缸内的空气。排气装置应 装在缸两端最高处。通过管路与排气阀（见图4-14）相连接，在液压系统正常 工作之前，打开排气阀，排出缸中的空气，排气后再将阀关闭。图4-14缸的排气阀4.2液压缸的设计计算液压缸设计计算的目的，是为了确定缸的主要结构参数，并验算其强 度和稳定性。4.2.1设计依据、原则和步骤1. 设计依据液压缸与机械及机械上的机构有着直接地联系，对于不同的机构，液 压缸的具体用途和工作性能也不同，因此设计前要进行全面地分析研究

23、， 收集和整理必要的原始资料作为设计依据。主要包括： 了解和掌握液压缸在机械上的用途和动作要求。满足机构的动作要 求和用途，是设计液压缸的主要目的。 了解液压缸的工作条件。工作条件不同，液压缸的结构和设计参数 也不尽相同。 了解外部负载情况。主要是外部负载的重量、大小、形状、运动轨 迹、摩擦阻力以及连接：部位的连接形式等等。 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（指缸是摆动或是转动，是直线运动还是间隙停歇运 动，是缸体运动还是活塞杆运动）。以作用力为主要要求的液压缸和以运动 速度或时间为主要要求的液压缸，设计时所考虑的出发点是不一样的。 设计已知液压

24、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、技术规范及其参考资料。2. 设计原则 保证缸运动的出力（ 包括推力、拉力或者扭矩）、速度和行程。 保证缸每个零件有足够的强度、刚度和耐用性。 在保证以上两个条件的前提下，尽量减小缸的外形尺寸。 在保证缸性能的前提下；尽量减少零件数量，简化结构。 要尽量避免缸承受横向负载，活寒杆工作时最好承受拉力，以免产 生纵向弯曲。 缸的安装形式和活塞杆头部与外部负载的连接形式要合理，尽量减 小活塞杆伸出后的有效安装长度，增加缸的稳定性。 密封件的选用要合理，确保性能可靠、泄漏少、摩擦

25、力小、寿命长、 更换方便。 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。 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。 要求做到成本低、制造容易、维修简单方便。3. 设计步骤不同类型和结构的液压缸，设计内容是有所区别的。由于各参数之间 往往具有内在的联系，所以缸的设计步骤没有硬性的规定。一般情况下， 应根据已掌握的各种资料和条件，灵活地选择设计程序和步骤，反复推敲 和验算，直到符合设计原则，获得满意的结果为止。一般设计工作可参考下列步骤进行： 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。 对缸进行受力分析，选择适当的结构形式、安装方式

26、。 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。 根据工作负载和选定的额定 (工作)压力，确定活塞端面面积并计算 活塞直径和缸筒外 径。 根据缸径和运动速度之此或者工作负载和材料的许用应力，确定活 塞杆的直径。 根据运动速度、工作出力和活塞直径，确定液压泵的压力和流量。 选择缸盖的结构形式，计算厚度和强度。 审定全部设计计算资料，进行修改补充。 选择适当的密封结构，设计缓冲、排气和防尘等装置。 绘制装配图和零件图，编制技术文件。4.2.2 基本参数计算1. 工作负载 FR缸的工作负载包括机构稳定工作状态下的静负载Fe、摩擦阻力Ff和启 动惯性阻力

27、 FiF - F + F + F(4-16)Refi式中，各项载荷均应在机构满负荷状态下计算，其中摩擦阻力按启动状态的静摩擦阻力计算。缸自身的摩擦阻力已经用机械效率n的形式在牵引 m 力计算中加以考虑了。故不再计入。缸的牵引力等于工作负载。2.速比申速比是指双作用单杆液压缸活塞杆缩回速度v2与伸出速度v1之比。由式(4-2)和式(4-3)，可知(4-17)申=v / v申值可按JB1068-67系列标准，根据不同的压力级别，从表4-4的推荐值中选取。表4-4速比申工作压力(MPa)p1010p20速比申1.331.46;223. 缸筒内径 D1) 动力较大的液压设备(如拉床，刨床、车床、组合机

28、床、工程机械及矿山机械等)的缸筒内径，通常根据最大牵引力 F 来确定。然后再按速度要 R求计算所需流量对于无杆腔或者按已选定的流量验算速度。(4-18)(4-19)4 F x10-6p d 2(p- p)n(p - p)(m)0 m04F xlO-6R对于有杆腔,Pd2/ 、(prpTT(m)0 m0活塞杆的直径d可参考表4-5确定表 4-5工作压力p (MPa)活塞杆直径d2(0.20.3)D250.5D5100.7D式中Fr缸的最大推力(N)；n缸的机械效率，通常取耳=0.95；mmp0回油背压(MPa)； p1进口工作压力(MPa)； d活塞杆直径(m)。选取上述两种计算值中的较大者，并

29、按有关液压缸内径系列参数圆整 为标准值。2) 动力较小的液压设备(如磨床、珩磨及研磨类机床等)常根据缸的流 量q和活塞的运动速度v来决定，即(m)(4-20)或D =+ d2 (m)兀v1 2式中q 缸所需流量(m3/s)；v1、v2 活塞的伸出、缩回运动速度 (m/s)同样要将计算值圆整到标准值。(4-21)4. 活塞杆外径 d活塞杆直径通常是先按选定的速比甲和缸筒的内径D初算，然后再验 算其强度和稳定性。由式(4-14)知活塞杆的外径d = D串一 1(m)(4-22)计算结果亦应按有关标准圆整。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承 面中点的距

30、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。关于最小导向长度的精确计算方法, 还有待于进一步实验研究，目前对于一般液压缸，可用下面的经验公式计 算，即(4-23)h n 土+D20 2式中L缸的最大工作行程。4.2.2 液压缸强度计算1. 缸筒壁厚和外径缸筒壁厚6 (或缸外径D外由缸的强度条件来确定。根据材料力学可知,承受内压力的圆筒，其内应力分布规律因壁厚的不同而各异。一般计算时有薄壁圆筒(6/DW1/10)和厚壁圆筒(/Dl/10)之分。薄壁圆筒壁厚计算式为8pD(m)(4-24)厚壁圆筒壁厚计算式为b+ 0.4 p、严-1(m)(4-25)式中

31、Py试验压力，当液压缸的额定压力p”W16MPa时，p=1.5pH；当额定压力16MPa 时，py=1.25pH；6缸筒材料许用应力(MPa)，Q=Qb/n； n安全系数，对无缝钢管，n = 3.55； 碍缸筒材料抗拉强度极限(MPa)。 常用液压缸材料的许用应力6；无缝钢管为100110MPa；锻钢为 100120MPa；铸钢为 100110MPa；铸铁为 60MPa。缸筒壁厚计算出后，便可计算缸的外径D外，即外(4-26)D外+ 25 (m)最后确定缸外径D外时，应将计算出的外径圆整到标准系列中去，并向外大的方向圆整。 在缸筒计算之初，尚不知所设计的缸筒属厚壁或是薄壁圆筒时，可首 先按薄壁

32、圆筒公式计算壁厚5，若超出薄壁圆筒范围、则重新按厚壁圆筒公 式计算之。在中、低压液压系统中，缸筒的壁厚往往由结构工艺上的要求决定， 强度问题是次要的，一般都不作计算。2. 活塞杆的计算活塞杆的计算中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) 活塞杆的强度计算活塞杆主要受拉力和压力作用，因此,4Fd 萌冇06(m)件27)式中Fr液压缸负载(N)；d活塞杆直径(m)；6活塞杆材料的许用应用力(MPa)； Q=g/n,刁为材料抗拉强 度，n为安全系数，一般取n1.4o 稳定性验算活塞杆所能承受的负载耳，应小于使它保持工作稳定的临界负数Fko FK 的值与活塞杆材料的性质、截面形状、直

33、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F 黄枫时厂 甲兀2 EJF = T(4-29)kl 2当活塞杆细长比比l/rk咒何，而冯1町=20120时fAF =(4-30)k 1 a ( l 丫9 Ir丿2k式中l安装长度，其值与安装方式有关，见表4-6 orK活塞杆横截面的最小回转半径，= sJ/A ;J活塞杆横截面惯性矩。对实心杆J =兀d 4/64，对空心杆J =兀 C 4 d 4)/ 64 21A活塞杆横截面面积；91 柔性系数，对钢91=85；92 末端系数，其值见表4-6；E材料的弹性模量，钢E = 2.06 x 1011N/m2；材料强度实验值，

34、钢f二4.9 x108N/m2；a实验常数，钢a=1/5000。表4-6液压缸的支承方式和末端系数申2的值3. 端盖厚度计算端盖的结构形式多种多样，现讲述法兰端盖厚度的计算方法，其它结 构形式可以依此推导。图4-15法兰端盖当活塞运动到最前端时，全部推力由端盖承受，见图4-15。端盖的厚件31)式中D缸筒内径(m)；dH螺钉孔圆周直径(m)； d + ddm作用力圆周直径，d =t2(m)；mm2db螺钉孔直径(m)；d活塞杆孔直径(m)；De端盖外径(m)；p工作压力(MPa)；材料的许用应力(MPa)。4. 缸底厚度计算平缸底缸底无孔时(图4-16a)(4-32)h = 0.433d pp

35、 / b (m)(4-33)缸底有孔时(图4-16b)h =阳33(D-d )c0-2T vx1k. .-TA缸底a)无孔平缸底 b)有孔平缸底c)椭圆缸底 d)半球形缸底 椭圆缸底(图4-16c)VD2 L 匸 0.2p(m)(4-34)式中V系数，V = 1（2 + K3）,其中K=a/b。6 半球形缸底 （图 4-16d ）当 h0.356re 或 p0.356re 或p0.665c时(4-36)式中r缸筒内半径（m）；r1缸筒外半径（m）；2 （c+ p ） y系数，y =勺匸5. 缸体连接计算为了保证连接的可靠性，对于工作压力较高的液压缸，应该对缸体的 连接强度进行计算。 缸体螺纹连

36、接计算 缸体端部采用螺纹连接时（见图 4-17），其强度计算如下： 螺纹处的拉应力(4-37)(4-38)c=(T (MPa)兀 d 2 一 D2 丿 1021螺纹处的剪切应力t = KKpd /0.2 (d3 - D3 )102 (MPa)1 0 1合成应力(4-39)g =g 2 + 3t 2 La J (MPa)式中6许用应力(MPa) G=G“/n； an缸体材料的屈服极限(MPa)； n安全系数，n=1.22.5；P液压缸最大推力(N)；D缸内径(m)； d0螺纹直径(m)； d1螺纹内径(m)； t螺距(m)；k拧紧螺纹的系数，k=1.251.5； k1螺纹内摩擦系数，k1=0.0

37、70.2 缸体与缸盖用法兰连接时(见图4-18)，螺栓的强度计算如下:图4-17缸体螺纹连接尺寸 螺纹处的拉应力图4-18缸体法兰连接g 二 4KP / 兀 d3z x 1021(MPa)(4-40)螺纹处的剪切应力(4-41)t = K KPd /0.2d3zx 102 二 0.47a (MPa)1 0 1合成应力g =G3 + 3t 3 = 1.3 g(MPa)(4-42)式中z螺栓个数。其它符号同前面公式。 缸体焊接的连接计算缸体与缸盖用电焊连接前(见图4-19)，焊缝要作强度计算焊缝的应力为(D 2X 102(MPa)(4-43)式中 n焊接效率，一般取耳=0.7。 许用应力(4-44

38、)式中 j焊条材料的抗拉强度（MPa）； n安全系数，取n=3.34。图4-19焊接缸体思考题和习题4-1套筒缸在外伸、内缩时，不同直径的柱塞以什么样的顺序运动，为什么？4-2液压缸为什么要设置缓冲装置？应如何设置？4-3液压缸为什么要设置排气装置？4-4图示液压缸速比申=2,缸内允许工作压力不能超过16MPa。如果缸的回油口被封闭且外载阻力为零，是否允许缸进口压力p提高到10MPa。题图4-44-5某一单杆活塞式液压缸的内径D=100mm，活塞杆直径d=70mm，Q0=25L/min, p0=2MPa。求：在图示三种情况下，缸可承受的负载F及缸体移动速度。各为多少?（不计损失）。 要求在图中

39、标出三种情况下缸的运动方向。题图4-54-6有一单叶片摆动缸，其叶片轴半径为40mm，缸体内孔半径为100mm，叶片 宽度为10mm，若负载扭矩为600Nm，求输入的油液压力应为多少？4-7分别写出摆动液压缸的输出扭矩和角速度的计算公式，并注明式中各符号的 物理意义。4-8 一单杆液压缸，快速伸出时采用差动连接，快速退回时高压油液输入缸的有 杆腔。假设此缸往复快动时的速度都是O.lm/s,慢速移动时，活塞杆受压，其推力为 25000N；已知输入流量 Q = 25 103cm3/min,背压 p2 = 0.2MPa。1) 试决定活塞和活塞杆的直径；2) 如缸筒材料采用45号钢，试计算缸筒的壁厚；3) 如缸的活塞杆铰接，缸筒固定，其安装长度为l=l.5m，试校核活塞杆的纵向稳 定性。