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沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院
本科畢業(yè)論文
題 目： 200擠出機(jī)液壓缸系統(tǒng)設(shè)計(jì)
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級： 1101
學(xué)生姓名： 完永韜
指導(dǎo)教師： 于 玲
論文提交日期： 2015 年 6 月 1 日
論文答辯日期： 2015 年 6 月 5 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)
1101班 學(xué)生：完永韜
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：200擠出機(jī)液壓缸系統(tǒng)設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容：
1、文獻(xiàn)綜述一份（A4紙、小四字，3000字以上）
2、圖紙折合成A1# 2張（裝配圖及零件圖）
3、計(jì)算說明書一份（A4紙、小四字20頁以上）
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專題部分：
液壓缸及其零部件的設(shè)計(jì)
起止時(shí)間： 2015年3月16日 ——2015年6月4日
指導(dǎo)教師： 簽字 2015 年3 月16 日
摘 要
液壓缸是實(shí)現(xiàn)液壓能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的裝置，它是用來做擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)（或直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)）的執(zhí)行元件，擁有比較簡單的結(jié)構(gòu)并且工作可靠，完成擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，無傳動(dòng)間隙且可以避免減速裝置的影響，使其平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)今在各機(jī)械的液壓領(lǐng)域，都得到了廣泛的實(shí)踐應(yīng)用。
液力與液壓傳動(dòng)的工作介質(zhì)都是液體，用此方式來進(jìn)行能量的傳遞，液力傳動(dòng)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成液體動(dòng)能，再將液體動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的裝置，可以把能量進(jìn)行傳遞，也是液體傳遞的一種分支，它的組成主要是幾個(gè)葉輪的非剛性連接。而液壓傳動(dòng)不同，它的傳遞方式是通過工作介質(zhì)來進(jìn)行控制與傳遞能量，它們均為流體傳動(dòng)，目前在各個(gè)領(lǐng)域已得到廣泛認(rèn)可和采用。
本次設(shè)計(jì)主要是對液壓缸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法來進(jìn)行系統(tǒng)的研究，通過對液壓缸建立CAD原型得出了以下研究成果：1.在分析液壓缸的基本工作原理上，總結(jié)它的主要安裝以及工作形式。2.做出其裝配圖，通過了解裝配圖的特征，來建立模型。3.結(jié)合液壓缸的裝配CAD系統(tǒng)模型，來開發(fā)其系統(tǒng)CAD軟件原型系統(tǒng)。4.通過計(jì)算的方法來選擇需要的液壓元件。5.最終對所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行檢驗(yàn)。6.繪制最終正式的系統(tǒng)圖與文件。
關(guān)鍵詞：液壓缸；液壓傳動(dòng)；液力傳動(dòng)
Abstract
Hydraulic cylinder is a simple and reliable device that performs linear reciprocating motions and converts hydraulic energy to mechanical energy. When hydraulic cylinder works, Reduction gear can be avoided, and there is no rotational clearance. Due to its reliable property, Hydraulic cylinder are widely applied in the mechanical hydraulic system. Hydraulic cylinder output force is proportional to the effective area of piston and the pressure difference. Hydraulic cylinder is primarily composed of cylinder, cylinder head, piston, piston rod, sealing device, buffer device, and exhaust. buffer device and exhaust are applied on a case by case basis, while other equipment are usually necessary.
Hydraulic transmission and hydraulic transmission both employ working liquids for energy conversion. Hydraulic transmission is in fact a branch of liquid drive, and consists of a non rigid connection drive device made up of several impellors. This device converts mechanical energy to the kinetic energy of the working liquid, and then converts to mechanical energy again for energy transportation; hydraulic transmission employs working liquid to convert energy and perform control. Hydraulic transmission and pneumatic drive are named fluid drive，which is a new technology based on hydrostatic pressure transmission principle introduced by Pascal in the 1600. Therefore, they have been widely used a wide array of fields.
This work performs systematic research into the hydraulic cylinder parametric design method to establish hydraulic cylinder CAD prototype software system. The major results are: 1. Analyzed the working conditions of hydraulic system, and generalized the working and installing methods of hydraulic cylinder based on the analysis results; 2. Drafted the schematic of the hydraulic system, and developed a feature-based product model for hydraulic cylinder。We studied the modeling methods for the database of standard parts suitable for parametric designs of hydraulic cylinder, and developed a database model for the hydraulic cylinder; 3. Constructed a parametric CAD model and a prototype system for hydraulic cylinder; 4. Calculated hydraulic system and selected hydraulic element; 5. Validated the hydraulic system; 6. Draw official graphs and compiled technology files.
Key words：Hydraulic cylinder; hydraulic transmission; hydraulic transmission
目 錄
引言 1
第一章液壓傳動(dòng)的概述 2
1.1 簡介 2
1.2 應(yīng)用領(lǐng)域 2
1.3 傳動(dòng)原理 2
1.4 主要組成 3
1.4.1 動(dòng)力元件（油泵） 3
1.4.2 執(zhí)行元件（油缸、液壓馬達(dá)） 3
1.4.3 控制元件 3
1.4.4 輔助元件 3
1.4.5 工作介質(zhì) 3
1.5 表達(dá)符號 4
1.6 現(xiàn)狀及其展望 4
第二章液壓缸的結(jié)構(gòu) 6
2.1 液壓缸連接方式 6
2.1.1 法蘭型液壓缸 6
2.1.1 螺紋蓋型液壓缸 6
2.1.3 拉桿型液壓缸 6
2.1.4 液壓缸安裝方式 7
2.2 特殊液壓缸 9
2.2.1 特殊工質(zhì)液壓缸 9
2.2.2 多級液壓缸 9
2.2.3 組合液壓缸 10
2.2.4 電液伺服液壓缸 10
2.2.5 特殊結(jié)構(gòu)液壓缸 11
第三章液壓缸的主要參數(shù)計(jì)算 13
3.1 液壓缸種類 13
3.2 計(jì)算主要參數(shù) 13
3.2.1 液壓缸公稱壓力 13
3.2.2 液壓缸尺寸與面積比 13
3.2.3 活塞的理論推拉力 15
3.2.4 液壓缸效率t 17
3.2.5 液壓缸負(fù)載率 18
3.2.6 活塞瞬間線速度 18
3.2.7 活塞的作用力F 20
3.2.8 活塞加速度a 21
3.2.9 活塞加（減）速時(shí)間ta（td） 21
3.2.10 活塞加（減）速行程Sa（Sd） 22
3.2.11 液壓缸流量 22
3.2.12 液壓缸功率P 23
第四章液壓缸主要零部件設(shè)計(jì) 24
4.1 缸筒的設(shè)計(jì)計(jì)算 24
4.1.1 主要技術(shù)要求 24
4.1.2 缸筒結(jié)構(gòu) 24
4.1.3 缸筒計(jì)算 26
4.1.4 缸筒厚度計(jì)算 28
4.1.5 缸筒厚度驗(yàn)算 29
4.1.6 缸筒底部厚度計(jì)算 29
4.1.7 缸筒焊接連接計(jì)算 29
4.1.8 缸筒材料 31
4.1.9 缸筒內(nèi)壁表面加工公差和粗糙度ISO4394 31
4.2 導(dǎo)向環(huán)的設(shè)計(jì)計(jì)算 32
4.2.1 導(dǎo)向環(huán)主要優(yōu)點(diǎn) 32
4.2.2 導(dǎo)向環(huán)的型式 32
4.2.3 導(dǎo)向環(huán)的尺寸不同 34
4.3 活塞桿導(dǎo)向套 34
4.4 中隔圈的設(shè)計(jì)計(jì)算（限位圈） 35
4.5 輔件 36
結(jié)論 42
參考文獻(xiàn) 43
致謝 44
沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 引言
引 言
液壓傳動(dòng)元件有諸多的優(yōu)點(diǎn)：它操作簡便且易于受控，安裝簡便快捷，不易于出現(xiàn)故障，方便后期維護(hù)保養(yǎng).它還適用于各種工作惡劣，形態(tài)結(jié)構(gòu)多變的條件下得到應(yīng)用，液壓傳動(dòng)的傳動(dòng)法師是以液體液體作為工作介質(zhì)，從而進(jìn)行能量的傳動(dòng)與控制，是根據(jù)17世紀(jì)法國物理學(xué)家提出的液體靜壓力原理而發(fā)展起來的，如今已在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中得到了廣泛認(rèn)可與應(yīng)用，液壓缸是一個(gè)比較簡單但又擁有較完整傳動(dòng)系統(tǒng)的液壓裝置，在對其分析的過程中，可以了解到整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的基本原理，也可以方便的研究其所做的擺動(dòng)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因?yàn)橐簤合到y(tǒng)所需要的工作介質(zhì)是液體，所以更容易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，它活用在了我們現(xiàn)實(shí)生活中的各個(gè)領(lǐng)域，工業(yè)上：機(jī)床和壓力機(jī)械等方面；行走機(jī)械：工程建筑，汽車農(nóng)機(jī)；冶煉工業(yè)：冶金機(jī)械，提升裝置；還有起重機(jī)械，船舶減搖裝置，飛機(jī)起落架等軍事方面都離不開液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。
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沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 液壓傳動(dòng)的概述
第一章 液壓傳動(dòng)的概述
1.1 簡介
液壓傳動(dòng)的工作介質(zhì)是液體，用它來進(jìn)行控制與能量傳遞的傳動(dòng)方式。
液壓傳動(dòng)稱為流體傳動(dòng)，是目前發(fā)展較快的技術(shù)水平，如今也是在工業(yè)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域都得到廣泛推廣的技術(shù)，流體傳動(dòng)技術(shù)也成為了衡量國家工業(yè)化水平高低的一項(xiàng)重要標(biāo)準(zhǔn)。
1.2 應(yīng)用領(lǐng)域
液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)有很多，所以它在各個(gè)領(lǐng)域都得到廣泛應(yīng)用與認(rèn)可，如一般工業(yè)用的塑料加工機(jī)械、測量浮標(biāo)、機(jī)床等；行走機(jī)械上：工程建筑，汽車農(nóng)機(jī)；冶煉工業(yè)上：冶金機(jī)械，提升裝置；還有起重機(jī)械，船舶減搖裝置，飛機(jī)起落架等軍事方面都離不開液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。此外它也在未來擁有良好的發(fā)展前景，此外，液壓缸與它的傳動(dòng)系統(tǒng)都在做著進(jìn)一步的完善與改良，在高效濾材，高轉(zhuǎn)速組件，高壓，低噪聲等方面都采取一定的研究。
1.3 傳動(dòng)原理
液壓傳動(dòng)的基本原理：液壓系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與液體壓力能的轉(zhuǎn)換，此過程利用液壓泵完成，它傳遞能量主要是依靠通過液體壓力能的變化來實(shí)現(xiàn)，利用各種控制閥和管路的傳遞，再借助液壓執(zhí)行元件（如液壓缸）將液體壓力能轉(zhuǎn)化為所需要的機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)，其中的工作介質(zhì)是液體，一般為礦物油，其作用相似于機(jī)械傳動(dòng)中齒輪，皮帶等傳動(dòng)元件。
1.4 主要組成
液壓系統(tǒng)主要是由：動(dòng)力元件（油泵）、執(zhí)行元件（油缸或液壓馬達(dá)）、控制元件（各種閥）、輔助元件和工作介質(zhì)等五部分組成。
1.4.1 動(dòng)力元件（油泵）
它在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中起動(dòng)力作用，是動(dòng)力部分，將液體通過原動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)械能向液壓力能的轉(zhuǎn)換。
1.4.2 執(zhí)行元件（油缸、液壓馬達(dá)）
它主要是將液體的液壓能向成機(jī)械能轉(zhuǎn)換。過程中，油缸做直線運(yùn)動(dòng)，馬達(dá)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
1.4.3 控制元件
通常是壓力閥、流量閥和方向閥等。無級調(diào)節(jié)液動(dòng)機(jī)的速度是他們在工作中的主要作用，此外，還需要對液壓系統(tǒng)中壓力、流量和流向等因素進(jìn)行控制調(diào)節(jié)。
1.4.4 輔助元件
除了以上三個(gè)部分，包括壓力表，濾油器，存儲設(shè)備，冷卻器，管接頭（擴(kuò)管，焊接，套筒式），高壓球閥，快換接頭，軟管總成，高壓接頭，管夾、油罐和其他元素，也是很重要的。
1.4.5 工作介質(zhì)
各類液壓傳動(dòng)中的液壓油（或乳化液)都是液壓傳動(dòng)中的工作介質(zhì)，它可以通過油泵和液動(dòng)機(jī)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。
1.5 表達(dá)符號
圖1 液壓系統(tǒng)表達(dá)符號
1——油箱 7——油管
2——過濾器 8——油管
3——液壓泵 9——液壓缸
4——流量控制閥 10——工作臺
5——溢流閥
6——換向閥
1.6 現(xiàn)狀及其展望
目前的液壓缸有很大的廣泛性，以其可以進(jìn)行大范圍的無極調(diào)速，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和過載保護(hù)，它具有標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)，同時(shí)還具有系列化和通用化，這也使得它在工程應(yīng)用領(lǐng)域的表現(xiàn)優(yōu)秀..它還具有體積小，重量輕的特點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)緊湊，慣性小，這也是基于以密閉容器中的靜壓力傳遞力和功率這一原理實(shí)現(xiàn)工作目的。液壓缸正在向著節(jié)能環(huán)保，且與微電子計(jì)算機(jī)相結(jié)合，使其工作更穩(wěn)定，噪聲更小的方面發(fā)展。
沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章 液壓缸的結(jié)構(gòu)
第二章液壓缸的結(jié)構(gòu)
目前的生產(chǎn)實(shí)際生活中，最常用的是通用液壓缸，在自動(dòng)控制、各類型汽車以及重工業(yè)機(jī)械均有了廣泛推廣，在國家標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定都對它的安裝尺寸有了一定的規(guī)范，我們需要從端蓋與缸筒的連接方式和安裝方式兩方面對其進(jìn)行研究。
2.1 液壓缸連接方式
2.1.1 法蘭型液壓缸
這種缸體的法蘭一般都存在于其兩端蓋，是將多個(gè)螺釘連接與法蘭相對應(yīng)，使其存在于鋼筒。
2.1.2 螺紋蓋型液壓缸
目前，多在礦業(yè)，海洋制造業(yè)，汽車等室外機(jī)械上常見這類液壓缸。
這類缸體的結(jié)構(gòu)：后端蓋采取焊接的方式連接在缸筒后端，并且它的活塞桿側(cè)的前端蓋制有螺紋，使其會以旋入的方式置于所對應(yīng)的缸筒螺紋內(nèi)。
2.1.3 拉桿型液壓缸
這類液壓缸大多用四根拉桿拉緊兩端蓋，端蓋呈長方形或正方形，與缸筒的連接方式采用多根拉桿連接的形式。（圖2）
1-活塞桿；2-導(dǎo)向套；3-法蘭；4-前端蓋；5-缸筒；6-拉桿；7-導(dǎo)向環(huán)（支撐環(huán)）
8-活塞密封件；9-后端蓋；10-活塞；11-緩沖套筒；12-活塞桿密封件；13-防塵圈
圖2 拉桿式液壓缸
2.1.4 液壓缸安裝方式
國際標(biāo)準(zhǔn)ISO6099—1985初步規(guī)定了51種安裝方式，分為七類，并用字母和數(shù)字表示。字母為M，表示安裝方式，后面為字母和數(shù)字。字母的定義如下：
M——安裝 R——螺栓端
D——雙活塞桿 S——第腳
E——前端或后端 T——耳軸
F——法蘭（可拆的） X——雙頭螺栓或拉桿
P——圓柱銷
實(shí)用上多限于6-12種，如目前采用較廣泛的三項(xiàng)國際標(biāo)準(zhǔn)分別規(guī)定7-12種安裝方式（見表1）
表1 各類液壓缸的安裝方式代號
國際
標(biāo)準(zhǔn)
液壓缸類型
工作壓力
安裝方式代號
安裝方式
數(shù)目
ISO6020/1
單活塞桿——中型系列
16
MF1。MF2，MF3，MF4，MP3，MP4，MP5，MP6，MT1，MT2，MT3
11
ISO6020/2
單活塞桿——小型系列
16
ME5，ME6，MP1，MP3，MP5，MS2，MT1，MT2，MT4，MX1，MX2，MX3
12
ISO6022
單活塞桿
25
MF3，MF4，MP3，MP4，MP5，MP6，MT4
7
表1中各種規(guī)定了7-12種安裝方式代號所代表的意義如下：
端蓋類：ME5——前端矩形端蓋安裝
ME6——后端矩形端蓋安裝
法蘭類：MF1——前端矩形法蘭安裝
MF2——后端矩形法蘭安裝
MF3——前端圓形法蘭安裝
MF4——后端圓形法蘭安裝
耳環(huán)類：MP1——后端固定式雙耳環(huán)安裝
MP3——后端固定式單耳環(huán)安裝
MP4——后端可拆式單耳環(huán)安裝
MP5——后端固定式球鉸耳環(huán)安裝
MP3——后端可拆式球鉸耳環(huán)安裝
底座類：MS2——側(cè)底座安裝
耳軸類：MT1——前端整體式耳軸安裝
MT2——后端整體式耳軸安裝
MT3——中間固定或可移式耳軸安裝
MT4——中間固定或可拆式耳軸安裝
螺栓螺孔類：
MX1——兩端四雙頭螺栓式安裝
MX2——后端四雙頭螺栓式安裝
MX3——前端四雙頭螺栓式安裝
在設(shè)計(jì)液壓缸的過程中，都需要查閱其標(biāo)注，從而找到對應(yīng)安裝尺寸。
2.2 特殊液壓缸
為了某一種特殊的用途，而特別設(shè)計(jì)或制造的缸體稱之為專用液壓缸，其目的是為了完成生產(chǎn)生活中的特殊用途，它的組合方式，材料等都比較特殊，目前，這類缸體已形成專用系列，且批量投入生產(chǎn)生活。
2.2.1 特殊工質(zhì)液壓缸
高水基液壓缸
此類液壓缸的工作介質(zhì)是高水基液，它容易在液壓缸截流處產(chǎn)生腐蝕，因其粘度低，導(dǎo)致了更容易發(fā)生泄漏，它的液膜承載能力也很低，易于造成摩擦副磨損，這些因素所決定它的工作最高壓力只限于7MPa。
水質(zhì)液壓缸
此類液壓缸的工作介質(zhì)采用水，比高水基更惡劣的工作環(huán)境決定其最高壓力至多只限在3.5MPa以內(nèi)。由于工作環(huán)境的原因，其主零件材料需更耐腐蝕，通常選用青銅的活塞，與不銹鋼活塞桿。
2.2.2 多級液壓缸
由不同直徑的多個(gè)相套套筒作為活塞的成為多級液壓缸，其中，最小的一級套筒封底。
優(yōu)點(diǎn)：
每當(dāng)套筒全部內(nèi)縮時(shí)，長度變小，而當(dāng)全部外伸時(shí)，工作的行程是單級行程乘幾數(shù)的積，借此可節(jié)省較多地位。
缺點(diǎn)：
空間布置的緣故，套筒不能有過大的壁厚，故決定其工作壓力不超過10MPa，而行程較短且級數(shù)略少的缸的工作壓力可達(dá)到25MPa。
舉升多級液壓缸
在其工作供油時(shí)，各級套筒將會外伸，不供油時(shí)，在重力或者負(fù)載的因素下，各級套筒將會內(nèi)縮，故可用為作用缸，也會存在最小一級用雙作用用來加速內(nèi)縮速度的情況，對于這種缸，需提供穩(wěn)定的舉升功率，全程中保持勻速，在供油軟管爆裂時(shí)，各套筒的內(nèi)縮速度不會導(dǎo)致過大等。
起重機(jī)伸縮臂多級液壓缸
這種缸體的工作方式需要在外伸和內(nèi)縮的情況下均可帶動(dòng)負(fù)載，其行程較長，所以要求擁有足夠韌性的鋼筒與套筒，避免發(fā)生中間彎曲。
2.2.3 組合液壓缸
組合液壓缸的組成部件由液壓缸，電動(dòng)機(jī)，液壓泵，油箱，濾油器，蓄能器，控制液壓閥組成。
因此擁有諸多優(yōu)點(diǎn)，首先其集成程度高且體積小，可方便的應(yīng)用于車間裝配和調(diào)試，不用現(xiàn)場進(jìn)行，這樣也可以保證污染小，還可保證安裝與調(diào)試質(zhì)量，同時(shí)節(jié)省常規(guī)液壓系統(tǒng)管系，減小壓力損耗，對提高效率，節(jié)能環(huán)保帶來巨大優(yōu)勢。利于保養(yǎng)。
2.2.4 電液伺服液壓缸
需求較高的控制精度，通常會使用縮短連接油管道長度來得到所欲要的響應(yīng)頻率的方法，在液壓缸中集成控制壓力油的壓力，或用流量的電液伺或比例閥和負(fù)載反饋傳感器，根據(jù)不同的信號類型，結(jié)構(gòu)形式分為以下兩類：
模擬式電液伺服液壓缸
負(fù)載反饋傳感器是一個(gè)較為常見的傳感器，其作用是為表示負(fù)載移動(dòng)量的位移傳感器，它置于后端蓋外，其探測桿伸入活塞桿中心孔內(nèi)。
技術(shù)要求：降低摩擦與內(nèi)外泄露，無爬行，頻率響應(yīng)需求較高。
通常對其摩擦副作特殊處理如下：
缸筒：內(nèi)摩擦面鍍硬鉻后拋光；
活塞密封：用玻璃微珠填充的聚四氟乙烯制的O形或唇形密封圈，也有外圓帶很小圓錐度的活塞靜動(dòng)壓密封；
活塞桿密封：用丁腈橡膠制預(yù)加壓唇形密封圈，也有內(nèi)圓帶很小圓錐度的導(dǎo)向套靜動(dòng)壓密封；
活塞桿導(dǎo)向套：用高耐磨和高硬度的FeN鑄鐵；
防塵圈：用雙金屬型，并預(yù)先磨成刃口形；
油管：伺服閥與液壓缸之間的油管用過度塊內(nèi)直接鉆孔的通道和預(yù)裝的厚壁剛性短管。
電液伺服液壓缸用途較廣：飛機(jī)的起落架，薄鋼板軋機(jī)，材料疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)，模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)，機(jī)械手等，作為力或位置速度伺服之用。
數(shù)字式電液伺服液壓缸
這種液壓缸也稱脈沖液壓缸，能直接接收數(shù)字信號以轉(zhuǎn)換為精確的線性機(jī)械運(yùn)動(dòng)。
這類液壓缸的優(yōu)點(diǎn)：
頻率響應(yīng)高，起動(dòng)頻率高；
單位功率的成本低，容易達(dá)到很大輸出力；
傳動(dòng)環(huán)節(jié)少，無游隙，精度高；
只需要小功率的脈沖電源，
動(dòng)態(tài)流量計(jì)量液壓缸
作為液壓元件或系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)時(shí)測量動(dòng)態(tài)流量之用
這種液壓崗的技術(shù)要求是：能迅速對流量的變化作出反應(yīng)，因此對內(nèi)漏不必作過分嚴(yán)格的的控制而運(yùn)動(dòng)件的摩擦力應(yīng)極小，無爬行，頻響高，慣量極小。
這類液壓缸的動(dòng)態(tài)流量測量精度可達(dá)0.5%，頻率響應(yīng)達(dá)1000Hz。
2.2.5 特殊結(jié)構(gòu)液壓缸
（1）重型液壓缸
在重工業(yè)機(jī)械生產(chǎn)中如軋機(jī)，冶金工業(yè)等高溫度的工作環(huán)境以及多塵、蒸餾等壞環(huán)境下工作，需承受巨大的沖擊負(fù)載，且連續(xù)作業(yè)。
（2）控速液壓缸
活塞為適應(yīng)再高速下工作，且可以減緩沖擊壓力，最后可以在行程末端進(jìn)入緩沖區(qū)，須在加、減速過程中掌控活塞的速度和加、減速度，達(dá)到無級緩沖的效果。。
（3）自鎖液壓缸
這類缸需要將活塞桿鎖定在指定的位置上，所以裝有自鎖機(jī)構(gòu)。
自鎖機(jī)構(gòu)分兩種：
液壓鎖
優(yōu)點(diǎn)：無級鎖定，任意調(diào)定鎖定位置且不會移位，操縱壓力油壓流向可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控，即可鎖定或松鎖。
機(jī)械鎖
在行程方向上的鎖定通常我們稱之為機(jī)械鎖，其中包含液壓缸外部對活塞桿的機(jī)械鎖與液壓缸自帶機(jī)械鎖。
（4）鋼索液壓缸
為實(shí)現(xiàn)特長行程與節(jié)省液壓缸空間，所以帶動(dòng)的負(fù)載均為較輕的，因此也稱為無桿液壓缸。
結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：鋼索滑輪存在于兩端蓋外，活塞無活塞桿，兩側(cè)分別與兩端蓋外鋼索滑輪相連。
（5）浸水液壓缸
這種液壓缸大部分都用于水下工作，所以必須防止工作有泄漏于外部，同時(shí)也需要避免水滲入缸內(nèi)。
結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：與普通液壓缸不同，它不僅要求活塞的密封件外，還需要擁有外向密封圈，此外還需擁有防塵圈，在其內(nèi)外密封圈間由低壓腔，回油管將其與油箱相連接，以防泄漏。
（6）開關(guān)式限位液壓缸
功能是對行程的極限位置的限制，活塞桿到達(dá)極限位置，驅(qū)動(dòng)滑塊使它發(fā)出電子信號，控制液壓閥的方向，使活塞做反向運(yùn)動(dòng)。
（7）位置傳感液壓缸
它可以將活塞傳感到任意位置，并發(fā)出相應(yīng)的電信號。
結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：此缸多是差動(dòng)式，活塞桿直徑相對較大，內(nèi)有長孔，所以目前采用的位移傳感器基本屬于非接觸式。
沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 液壓缸的主要參數(shù)計(jì)算
第三章液壓缸的主要參數(shù)計(jì)算
液壓缸是將液壓能轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)機(jī)械能的執(zhí)行元件
3.1 液壓缸種類
液壓缸主要分單作用液壓缸，雙作用液壓缸，緩沖式液壓缸，多級液壓缸等
3.2 計(jì)算主要參數(shù)
3.2.1 液壓缸公稱壓力
1.額定壓力Pn，也稱公稱壓力，是液壓缸能用以長期工作的壓力。國家標(biāo)準(zhǔn)GB2346-80規(guī)定了液壓缸的公稱壓力系列如表2
表2 液壓缸公稱壓力（MPa）
2.最高允許壓力Pmax，也是動(dòng)態(tài)試驗(yàn)壓力，是液壓缸在瞬間所能承受的極限壓力。各國規(guī)范通常規(guī)定為：Pmax≤1.5Pn（MPa） （3-1）
3耐壓試驗(yàn)壓力Pt，是液壓缸在檢查質(zhì)量時(shí)需承受的壓力試驗(yàn)，在此壓力下不出現(xiàn)變形或破裂。各國規(guī)范多數(shù)規(guī)定為：Pt=1.5Pn（MPa） （3-2）
軍品規(guī)范為：Pt=(2-2.5) Pn (MPa) （3-3）
3.2.2 液壓缸尺寸及面積比
1、缸內(nèi)徑D
表3 缸內(nèi)徑D（mm）
2、活塞桿內(nèi)徑d
表4 活塞桿直徑d（mm）
3、活塞行程S
表5 活塞桿行程S
4、面積比（即速度比）
= (3-4)
A1=/4
A2=/4()
式中 A1——活塞無桿側(cè)有效面積（）
A2——活塞有桿側(cè)有效面積（）
——活塞桿伸出速度（）
——活塞桿退出速度（）
D——活塞直徑（m2）
d——活塞桿直徑（m2）
值系列案ISO7181規(guī)定，如表6
3.2.3 活塞的理論推拉力
以雙作用單活塞液壓缸為例，液壓油作用在活塞上F1：
（3-5）
當(dāng)活塞桿退回時(shí)的理論拉力F2：
（3-6）
表6 面積比
當(dāng)活塞桿差動(dòng)前進(jìn)時(shí)（即活塞的兩側(cè)同時(shí)進(jìn)壓力相同的液壓油）的理論推力
（3-7）
以上三式中
D——活塞直徑（即液壓缸內(nèi)徑）（m）
d——活塞桿直徑（m）
Pi——供油壓力（MPa）
3.2.4 液壓缸效率t
1、 機(jī)械效率，由各運(yùn)動(dòng)件摩擦損失所造成。在額定壓力下，通?？扇?.9。
2、容積效率，由各密封件泄露所造成，通常容積效率為：
圖3 液壓缸活塞受力示意圖
裝彈性體密封圈時(shí)：1
裝活塞環(huán)時(shí)： 0.98
3、作用力效率：由排出口背壓所產(chǎn)生的反向作用力而造成。
活塞外推時(shí)： （3-8）
活塞向內(nèi)拉時(shí)： （3-9）
式中 ——當(dāng)活塞外推時(shí)，為進(jìn)油壓力；當(dāng)活塞向內(nèi)拉時(shí),為排油壓力（MPa）；
——當(dāng)活塞桿外推時(shí)，為排油壓力；當(dāng)活塞環(huán)內(nèi)拉時(shí)，為進(jìn)油壓力（MPa）；
——同前。
當(dāng)排油直接回油箱時(shí)： 1.
4、總效率
= (3-10)
3.2.5 液壓缸負(fù)載率
為實(shí)際使用推力（或拉力）與理論額定推力（或拉力）的比值：
=實(shí)際使用推力（或拉力）/理論額定推力（或拉力） (3-11)
這值是用以衡量液壓缸在工作時(shí)的負(fù)載，通常采用0.5～0.7，但對有些用途也可取0.45～0.75
3.2.6 活塞瞬間線速度
活塞瞬間線速度
= （m/s） (3-12)
式中 ——液壓缸瞬時(shí)體積流量（）
A——活塞的有效作用面積
當(dāng) =常數(shù)時(shí)，v=常數(shù)。但實(shí)際上，活塞在行程兩端各有一個(gè)加速階段或一個(gè)減速階段，見圖4
圖4 活塞線速度隨時(shí)間的變化
2活塞最高時(shí)線速度
當(dāng)流量保持不變時(shí)，活塞在行程的中間大部分保持恒速，在活塞桿外推時(shí)，活塞的最高線速度為Vmax為
（3-13）
式中 ——桿外推時(shí)的體積流量
活塞桿內(nèi)拉時(shí)
（3-14）
式中 ——桿內(nèi)拉時(shí)的體積流量
3活塞平均線速度
（3-15）
式中 S——活塞行程（m）
T——活塞在單一方向的全行程時(shí)間（s）
活塞最高線速度與平均線速度可按下式計(jì)算
= （） （3-16）
式中 ——活塞線速度系數(shù)
活塞最高線速度受活塞和活塞桿密封圈以及行程末端緩沖機(jī)構(gòu)所能承受的動(dòng)能所限制。
過低的最大線速度可能造成爬行，不利于正常工作，故應(yīng)大于0.1～0.2。
3.2.7 活塞作用力F
液壓缸在工作適，活塞的作用力F，必須克服各項(xiàng)阻力，F(xiàn)的大小為；
F （N） （3-17）
式中 ——外負(fù)載阻力（包括外摩擦阻力在內(nèi)） （N）；
——回油阻力（N），當(dāng)油流會郵箱時(shí)，可以近似取=0，如果回油存在背壓，則當(dāng)桿外推時(shí)，可按式（3-6），計(jì)算當(dāng)桿內(nèi)拉時(shí)，可按式（3-5）計(jì)算；當(dāng)活塞差動(dòng)前進(jìn)時(shí)，在推力中已考慮了在內(nèi)，故此不必計(jì)算；
——密封圈摩擦阻力 （N）；
——活塞在啟動(dòng)，制動(dòng)或換向時(shí)的慣性力（N）， 在加速時(shí)，取+，在減速時(shí)，取-，在恒速時(shí)，取=0。
密封圈摩擦阻力為活塞密封和活塞桿密封摩擦阻力之和，即
（N） （3-18）
式中 ——密封圈摩擦系數(shù)，按不同潤滑條件，
可以取=0.05～0.2；
——密封圈兩側(cè)壓力差 （Mpa）；
——分別為活塞及活塞桿密封圈寬度 (m)；
——分別為活塞和活塞桿密封圈摩擦修正系數(shù)，
“O”型密封圈；0.15
壓緊型密封圈；0.2
唇型密封圈；0.25
3.2.8 活塞加速度a
活塞加速度或減速度a為 （3-19）
式中 m——為活塞及負(fù)載重量（kg）
——為活塞及負(fù)載慣性力（N）
活塞加速度a的符號為“+”，減速度為“-”。
3.2.9 活塞加（減）速時(shí)間ta（td）
如圖2作為活塞簡化運(yùn)動(dòng)規(guī)律，則活塞的加速度和減速度時(shí)間分別為
（s） （3-20）
（s） （3-21）
3.2.10 活塞加（減）速行程Sa（Sd）
如仍以圖2作為活塞簡化運(yùn)動(dòng)規(guī)律，活塞的加速及減速行程分別為
（m） (3-22)
(m) （3-23）
裝有緩沖裝置的液壓缸的活塞加速或減速行程與緩沖裝置節(jié)流行程有關(guān)（見3-23）
3.2.11 液壓缸流量
當(dāng)活塞桿外推時(shí)；
(3-24)
當(dāng)活塞桿內(nèi)拉時(shí)；
（3-25）
對于彈性物密封圈； 對于金屬活塞壞；
3.2.12 液壓缸功率P
當(dāng)活塞桿外推時(shí)；
（w） （3-26）
當(dāng)活塞桿內(nèi)拉時(shí)；
（w） (3-27)
以上各式中凡未加說明的代號，其意義和單位均與前相同。
沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 液壓缸的主要零部件設(shè)計(jì)
第四章液壓缸主要零部件設(shè)計(jì)
4.1 缸筒的設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1.1 主要技術(shù)要求
1） 達(dá)到所要求的強(qiáng)度，在實(shí)際的生產(chǎn)工作中，會長期受到最高工作壓力以及短期動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)壓力，足夠的強(qiáng)度不會導(dǎo)致永久性變形；
2）達(dá)到所要求的剛度，在實(shí)際的生產(chǎn)工作中，活塞側(cè)向力和安裝會產(chǎn)生巨大的反作用力，剛度需達(dá)到要求，使其可以承受，從而不會導(dǎo)致彎曲；
3）活塞的密封件與內(nèi)表面及導(dǎo)向環(huán)會產(chǎn)生摩擦損耗，能在長期工作中降低磨損，保持較高的幾何精度，可以保持密封件的密封性。
4）具備良好的可焊性，有幾種缸體所需要的性質(zhì)，可為法蘭或管接頭焊接時(shí)不易于發(fā)生裂紋與過大變形。
4.1.2 缸筒結(jié)構(gòu)
現(xiàn)今，我們較為常見的缸筒結(jié)構(gòu)有八大類，具體見圖表8，選用結(jié)構(gòu)時(shí)，會優(yōu)先考慮缸筒與端蓋的連續(xù)型式，連續(xù)型式又被額定工作壓力，用途，使用環(huán)境等因素所限制。
表7 常用的缸筒與缸蓋的連接型式
4.1.3 缸筒計(jì)算
缸筒內(nèi)徑計(jì)算
a當(dāng)液壓缸的理論作用力F及供油壓力為已知時(shí)，則缸筒內(nèi)徑D按下式計(jì)算（無活塞桿側(cè)）得：
(4-1)
有活塞桿側(cè)：
(4-2)
式中 d——活塞桿直徑（m）；
——供油壓力（MPa）；
、——分別為液壓缸的理論推力和拉力（N）。
液壓缸的理論作用力F，按下式確定：
（N） (4-3)
式中 ——活塞桿上的實(shí)際作用力（N）；
——負(fù)載率，一般取=0.5～0.7；
——液壓缸的總效率。
b當(dāng)活塞差動(dòng)前進(jìn)的理論推力：
= (4-4)
我們知道液壓系統(tǒng)的最大推力為47.124N，=25MPa，液壓缸的無腔工作面積為有腔工作面積的兩倍，即活塞桿直徑d與缸筒直徑D的關(guān)系為d=0.543D，背壓=25MPa。
= =
得 =314.16c
D==0.0198m (4-5)
按GB/T2348—1980將直徑圓整成標(biāo)準(zhǔn)值是得：
D=0.02m=200mm
4.1.4 缸筒厚度計(jì)算
缸筒厚度為：
=++ (4-6)
式中 ——為缸筒材料強(qiáng)度要求的最小值（m）；
——為缸筒外徑公差余量（m）
——腐蝕余量（m）
關(guān)于的值，可按下列情況分別進(jìn)行計(jì)算：
當(dāng)/D≤0.008時(shí)，可用薄壁缸筒的實(shí)用計(jì)算式：
（m） （4-7）
我們?nèi)?0.0384，這時(shí)候/D=0.16在0.08～0.3之間，所以選用實(shí)用公式：