教師課堂教學(xué)備課紙首頁，共頁授課班級授課時間出勤情況課題名稱授課方式章節(jié)課題第三章液壓缸液壓缸的分類和特點液壓缸的結(jié)構(gòu)數(shù)字液壓缸教學(xué)目的1了解液壓缸的分類和結(jié)構(gòu)特點2會計算活塞缸的輸出力和速度3對活塞設(shè)計方法有所了解。教具、掛圖、課件重點與難點重點：活塞缸的結(jié)構(gòu)和輸出力、速度計算?；钊自O(shè)計與計算難點：差動缸，活塞缸輸出力、速度計算。課后作業(yè)課后回顧任課教師簽名：教研室主任審閱簽名：第三章液壓缸第一節(jié)液壓缸的分類和特點液壓缸按結(jié)構(gòu)特點可分為活塞缸、柱塞缸、擺動缸三類,按運動形式可分為直線運動和擺動。一、活塞缸活塞缸可分為雙活塞桿和單活塞桿兩種結(jié)構(gòu)，其固定方式有缸體固定和活塞桿固定兩種。雙活塞桿缸（1）工作原理圖3-1為雙活塞桿缸原理圖，其活塞的兩側(cè)都有伸出桿。圖3-1a為缸體固定式結(jié)構(gòu)簡圖，圖3-1b為活塞桿固定式結(jié)構(gòu)簡圖。圖3－1雙桿活塞缸（2）特點和應(yīng)用當(dāng)兩活塞缸直徑相同、缸兩腔的供油壓力和流量相等時，活塞（或缸體）兩個方向的運動速度和輸出力也都相等。缸體固定式其工作臺的運動范圍大于活塞有效行程的三倍，活塞桿固定式其工作臺運動范圍略大于缸有效行程的兩倍。雙活塞桿缸的的輸出力和速度可按下式計算：F=Ap=p（3-1）V=（3-2）2．單活塞桿缸（1）工作原理圖3-2為單活塞桿缸原理圖，活塞的一端有活塞桿伸出，所以兩腔的有效工作面積不同。圖3－2單桿活塞缸 當(dāng)無桿腔進壓力油，有桿腔回油時（圖3-2a），活塞輸出力F1和運動速度v1分別為F（3-3）v（3-4）當(dāng)有桿腔進壓力油，無桿腔回油時（圖3-2b），活塞輸出力F2和運動速度v2分別為：F（3-5）v（3-6）（2）特點和應(yīng)用由于＞,所以v＜v,F＞F。常把壓力油進入無桿腔的情況作為工作行程，而把壓力油進入有桿腔的情況作為空行程（3）差動連接如圖3-3所示，當(dāng)壓力油同時進入液壓缸的左、右兩腔，差動連接單活塞桿缸簡稱為差動缸。由于無桿腔工作面積比有桿腔工作面積大，壓力雖相等，活塞仍向右運動。若A2=A1/2,即D=，則差動連接缸的快進v3與快退v2的運動速度相等。差動連接時，活塞的輸出力F3為：F（3-7）活塞的運動速度v:v（3-8）圖3－3單桿活塞缸的差動連接例3-1有一雙作用單桿活塞液壓缸，已知缸內(nèi)徑D=100mm，活塞桿直徑d=70mm，進入液壓缸的流量q=40L/min，進油壓力p1=5Mpa，回油壓力p2=0，計算在無桿腔進油、有桿腔進油、差動連接三種情況下，液壓缸的運動速度大小和方向，輸出力的大小和方向。解：（1）無桿腔進油F=v=運動方向由無桿腔向有桿腔運動，輸出力方向和運動方向相同。（2）有桿腔進油F=20.018kNv=運動方向由有桿腔向無桿腔運動，輸出力方向和運動方向相同。（3）差動連接F=0.192kNv==0.173二、柱塞缸工作原理如圖3-4a所示，當(dāng)壓力油進入缸筒時，推動柱塞運動。柱塞缸只能實現(xiàn)單向運動，它的回程需借自重或其他外力（彈簧力）來實現(xiàn)運動，為了使工作臺得到雙向運動，柱塞缸常成對使用，如圖3-4b所示。圖3－4柱塞缸三、擺動缸1．葉片式舞動缸擺動缸是輸出轉(zhuǎn)矩并實現(xiàn)往復(fù)擺動的液壓缸，又稱擺動液壓馬達，有單葉片和雙葉片兩種形式。圖3-5a、圖3-5b為其工作原理圖，定子塊固定在缸體上，葉片與輸出軸連為一體。當(dāng)兩油口交替通入壓力油時，葉片即帶動輸出軸作往復(fù)擺動。圖3－5擺動缸2．齒輪齒條式擺動缸齒輪齒條式擺動缸的原理是將液壓缸的往復(fù)運動通過齒條帶動齒輪，轉(zhuǎn)化成齒輪軸的正反向擺動旋轉(zhuǎn)，同時將往復(fù)缸的輸出力轉(zhuǎn)化成齒輪軸的輸出扭矩。結(jié)構(gòu)型式有單齒條、雙齒條兩種。圖3-6是條式擺動缸。3-6四、其他液壓缸1．增壓缸增壓缸能將輸入的低壓油轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏河?，向液壓系統(tǒng)中的某一支路供油。它由大、小直徑分別為D和d的復(fù)合缸筒及有特殊結(jié)構(gòu)的復(fù)合活塞組成，如圖3-7所示。圖3－7增壓缸若輸入增壓缸大端的油壓為p1，由小端輸出的油壓為p2，則p式中是增壓比，即增壓倍數(shù)。增壓缸只能將高壓端輸出油通入其他液壓缸以獲取大的輸出力，其本身不能直接作為執(zhí)行元件，所以安裝時應(yīng)盡量使它靠近執(zhí)行元件。2.伸縮缸圖3-8為多級伸縮套筒式液壓缸。這種缸的特點是活塞桿伸出行程大，收縮后結(jié)構(gòu)尺寸小。活塞伸出順序是先大后小，相應(yīng)的輸出力也是由大到小，伸出時的速度是由慢到快?；钊s回時的順序，一般是先小后大，縮回速度是由快到慢。圖3－8伸縮缸第二節(jié)液壓缸的結(jié)構(gòu)一、缸體組件缸體組件包括缸筒、前后缸蓋和導(dǎo)向套等，缸體組件中缸筒與端蓋的連接形式很多，如圖3-9圖示。圖3－9缸筒與端蓋的連接形式法蘭式連接，結(jié)構(gòu)較簡單，易于加工和裝配，連接可靠，缺點是外形尺寸較大。鑄鐵、鑄鋼和鍛鋼制的缸體多采用法蘭式（圖3-9a）。用無縫鋼管制作的缸筒，常用半環(huán)式連接（圖3-9b）和螺紋連接（圖3-9d）。這兩種連接方式，結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕。但半環(huán)式連接，須在缸筒上加工環(huán)形槽，削弱缸筒的強度；螺紋連接，須在缸筒上加工螺紋，端部的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，一般用于外形尺寸小、重量輕的場合。較短的液壓缸常采用拉桿式連接（圖3-9c）。這種連接具有加工和裝配方便等優(yōu)點，其缺點是外形尺寸和重量較大，拉桿受力后會拉伸變長，影響密封性。還有焊接式連接，其結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，強度高，密封性好，但焊接時易引起缸筒變形，也不易加工，故使用較少。二、活塞組件活塞組件包括活塞和活塞桿，活塞和活塞桿連接形式有多種,如圖3-10所示。整體式連接（圖3-10a）和焊接式連接（圖3-10b），結(jié)構(gòu)簡單、軸向尺寸小，但損壞后需整體更換，常用于小直徑液壓缸。錐銷連接（圖3-10c）易加工、裝配簡單，但承載能力小，且需有防止錐銷脫落的措施，適用于輕載液壓缸。螺紋連接（圖3-10d）結(jié)構(gòu)簡單、裝拆方便，一般需要有螺紋防松裝置。由于加工螺紋削弱了活塞桿的強度，因此不適用于高壓系統(tǒng)?？ōh(huán)式（圖3-10e）的強度高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、裝卸方便，用于高壓和振動較大的液壓缸。圖3－10活塞與活塞桿的連接形式三、液壓缸的緩沖液壓缸的緩沖裝置是為了防止活塞在行程終了時和缸蓋發(fā)生撞擊。常見的緩沖裝置如圖3-11所示。（1）環(huán)狀間隙式緩沖裝置圖3-11a為圓柱形環(huán)隙式緩沖裝置，活塞端部有緩沖柱塞，當(dāng)柱塞運行至液壓缸端蓋上的圓柱孔內(nèi)時，缸筒內(nèi)的油液只能從環(huán)形間隙δ處擠出去，這時活塞減速制動，從而減緩了沖擊。圖3-11b為圓錐形環(huán)隙式，環(huán)形間隙δ將隨伸入端蓋孔中距離增長而減小，從而獲得更好的緩沖效果。（2）可變節(jié)流式緩沖裝置圖3-11c為可變節(jié)流式緩沖裝置。在其緩沖柱塞上開有幾個均布的三角形節(jié)流溝槽。隨著柱塞伸入孔中距離的增長，其節(jié)流面積減小，沖擊壓力小，制動位置精度高。（3）可調(diào)節(jié)流式緩沖裝置圖3-11d為可調(diào)節(jié)緩沖裝置。當(dāng)緩沖柱塞伸入端蓋上的內(nèi)孔后，活塞與端蓋間的油液須經(jīng)節(jié)流閥2流出?？筛鶕?jù)液壓缸的負(fù)載及速度的不同對節(jié)流口大小進行調(diào)整，能獲得理想的緩沖效果。當(dāng)活塞反向時，壓力油經(jīng)單向閥1進入活塞端部，使其迅速啟動。圖3－11液壓缸的緩沖四、液壓缸的排氣液壓系統(tǒng)中混入空氣后會使其工作不穩(wěn)定，產(chǎn)生振動、噪聲、低速爬行及啟動時突然前沖現(xiàn)象。對運動平穩(wěn)性要求較高的液壓缸，兩端有排氣塞，圖3-12所示為排氣塞結(jié)構(gòu)。圖3－12排氣塞第三節(jié)數(shù)字油缸數(shù)字油缸與伺服液壓系統(tǒng)不同之處在于數(shù)字油缸的運動特性完全被數(shù)字化，即:電脈沖的頻率與油缸的運動速度對應(yīng)，電脈沖的數(shù)量與油缸的行程對應(yīng)，而這種對應(yīng)關(guān)系是通過數(shù)字油缸內(nèi)部的設(shè)計、制造過程確定好的，無需任何外部的諸如:傳感器、調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)參數(shù)等來保障。一、數(shù)字油缸的特點1．可以實現(xiàn)單缸多段調(diào)速、多點定位、兩缸或兩缸以上進行差補運動，完成曲線軌跡運動。2．動力大，用步進電機作為信號輸出，使液壓缸活塞桿完全按照步進電機的運動而運動，又有幾百、幾千噸的推力。因3．控制系統(tǒng)簡單，一臺微機或可編程邏輯控制器(PLC)就可以完成單或多缸的多點、多速控制，也可完成多缸的同步、插補運動。操作簡單、實用性好。4．液壓系統(tǒng)高度簡化，只需油泵、溢流閥(或數(shù)字壓力閥)組成的液壓源就可接管使用，無需任何方向閥、流量閥、調(diào)速閥、單向閥、同步閥等液壓元件。5．具備總線控制和連續(xù)控制功能。二、數(shù)字油缸的結(jié)構(gòu)工作原理數(shù)字油缸有多種形式，結(jié)構(gòu)不盡相同。圖3-13是三通閥控缸式數(shù)字缸結(jié)構(gòu)原理圖，它由步進電機和液壓放大器兩部分組成。數(shù)字油缸執(zhí)行機構(gòu)一般采用差動液壓缸，有桿腔供油壓力ps,無桿腔油壓pc受三通滑閥式伺服閥控制。當(dāng)閥芯右移時，滑閥控制邊a工作，pc與供油腔的閥口開大，液壓油進入缸的右腔，由