第4章 液压缸4-1 什么是液压缸的差动连接差动连接应用在什么场合参考答案:单杆活塞[1]缸有一种非常重要的工作方式,即两腔同时通入压力油,这种油路连接方式称为差动连接。在忽略两腔连通油路压力损失的情况下,差动连接时液压缸两腔的油液压力相等。但由于无杆腔受力面积大于有杆腔,活塞向右的作用力大于向左的作用力,活塞杆[2]作伸出运动,并将有杆腔的油液挤出,流进无杆腔,加快活塞杆的伸出速度。与非差动连接无杆腔进油工况[3]相比,在输入油液压力和流量相同的条件下,活塞杆伸出速度加快但输出推力减小。利用差动连接,可以在不加大油源流量的情况下得到较快的运动速度。这种连接方式被广泛应用于各种具有“快进”、“工进”速度切换的液压系统[4]中。4-2 当机床工作台的行程较长时应采用什么类型的液压缸这时如何实现工作台的往复运动参考答案:柱塞缸最大的特点是柱塞不与缸筒接触,运动时靠缸盖上的导向套[5]来导向,因而对缸筒内壁的精度要求很低,甚至可以不加工,工艺性好,成本低,特别适用于行程较长的场合,如龙门刨床、导轨磨床、大型拉床等。柱塞与工作部件连接,缸筒固定在机体上(也可以改变固定方式,使柱塞固定,缸筒带动工作部件运动)。油液进入缸筒,推动柱塞向右运动,但反方向时必须依靠其他外力驱动,单独柱塞缸通常竖直安装,靠重力返回。为了得到双向运动,柱塞缸常成对反向布置使用。4-3 液压缸为什么要设缓冲装置?参考答案:当运动件的质量较大,运动速度较高时,由于惯性力较大,具有较大的动量。在这种情况下,活塞运动到缸筒的终端时,会与端盖发生机械碰撞,产生很大的冲击和噪声,严重影响加工精度,甚至引起破坏性事故,所以在大型、高压或高精度的液压设备中,常常设有缓冲装置,其目的是使活塞在接近终端时,增加回油阻力,从而减缓运动部件的运动速度,避免撞击液压缸端盖。4-4 液压缸为什么要设排气装置?参考答案:液压系统往往会混入空气,使系统工作不稳定,产生振动、噪声及工作部件爬行和前冲等现象,严重时会使系统不能正常工作。因此设计液压缸时必须考虑排除空气。在液压系统安装时或停止工作后又重新启动[6]时,必须把液压系统中的空气排出去。对于要求不高的液压缸往往不设专门的排气装置,而是将油口布置在缸筒两端的最高处,通过回油使缸内的空气排往油箱[7],再从油面逸出,对于速度稳定性要求较高的液压缸或大型液压缸,常在液压缸两侧的最高位置处(该处往往是空气聚积的地方)设置专门的排气装置。4-5 已知单杆液压缸缸筒内径D=100mm,活塞杆直径d=50mm,工作压力[8]p=2MPa,流量q=10L/min,回油压力p=0.5MPa。试求活塞往返运动时的推力和速度。参考答案:略。4-6图示三种结构形式的液压缸,活塞和活塞杆直径分别为D、d,如果进入液压缸的流量为q,压力为p,试分析各液压缸产生的推力F和速度v的大小。题4-6图参考答案:A. F= ;v= B. F= ; v= C. = ; v= D. 1=100×10-4m2,有杆腔面积A2=80×10-4m2,缸1输入压力p1=0.9MPa,输入流量q1=12L/min,不计损失和泄漏,求: E. 1=F2)时,该负载的数值及两缸的运动速度。 F. 2)缸2的输入压力是缸1的一半()时,两缸各能承受多少负载 G. 1=0)时,缸2能承受多少负载 参考答案: 1) 缸1的受力平衡方程式 缸2的受力平衡方程式 1=F2,联立求解可得: 故有: 缸1运动速度为: 缸1运动速度为: 同理可解得2)和3)。 V快进=V快退,求:活塞面积[9]A1和活塞杆面积A2之比应为多少? 参考答案: V快进=V快退 故可得: ,柱塞外径为d,柱塞内孔直径为d。试求缸所产生的推力和运动速度。 参考答案: 柱塞缸所产生推力为: 柱塞缸的运动速度为:
第4章 液压缸
4-1 什么是液压缸的差动连接差动连接应用在什么场合
参考答案:
单杆活塞[1]缸有一种非常重要的工作方式,即两腔同时通入压力油,这种油路连接方式称为差动连接。在忽略两腔连通油路压力损失的情况下,差动连接时液压缸两腔的油液压力相等。但由于无杆腔受力面积大于有杆腔,活塞向右的作用力大于向左的作用力,活塞杆[2]作伸出运动,并将有杆腔的油液挤出,流进无杆腔,加快活塞杆的伸出速度。
与非差动连接无杆腔进油工况[3]相比,在输入油液压力和流量相同的条件下,活塞杆伸出速度加快但输出推力减小。利用差动连接,可以在不加大油源流量的情况下得到较快的运动速度。这种连接方式被广泛应用于各种具有“快进”、“工进”速度切换的液压系统[4]中。
4-2 当机床工作台的行程较长时应采用什么类型的液压缸这时如何实现工作台的往复运动
参考答案:
柱塞缸最大的特点是柱塞不与缸筒接触,运动时靠缸盖上的导向套[5]来导向,因而对缸筒内壁的精度要求很低,甚至可以不加工,工艺性好,成本低,特别适用于行程较长的场合,如龙门刨床、导轨磨床、大型拉床等。
柱塞与工作部件连接,缸筒固定在机体上(也可以改变固定方式,使柱塞固定,缸筒带动工作部件运动)。油液进入缸筒,推动柱塞向右运动,但反方向时必须依靠其他外力驱动,单独柱塞缸通常竖直安装,靠重力返回。为了得到双向运动,柱塞缸常成对反向布置使用。
4-3 液压缸为什么要设缓冲装置?
参考答案:
当运动件的质量较大,运动速度较高时,由于惯性力较大,具有较大的动量。在这种情况下,活塞运动到缸筒的终端时,会与端盖发生机械碰撞,产生很大的冲击和噪声,严重影响加工精度,甚至引起破坏性事故,所以在大型、高压或高精度的液压设备中,常常设有缓冲装置,其目的是使活塞在接近终端时,增加回油阻力,从而减缓运动部件的运动速度,避免撞击液压缸端盖。
4-4 液压缸为什么要设排气装置?
参考答案:
液压系统往往会混入空气,使系统工作不稳定,产生振动、噪声及工作部件爬行和前冲等现象,严重时会使系统不能正常工作。因此设计液压缸时必须考虑排除空气。
在液压系统安装时或停止工作后又重新启动[6]时,必须把液压系统中的空气排出去。对于要求不高的液压缸往往不设专门的排气装置,而是将油口布置在缸筒两端的最高处,通过回油使缸内的空气排往油箱[7],再从油面逸出,对于速度稳定性要求较高的液压缸或大型液压缸,常在液压缸两侧的最高位置处(该处往往是空气聚积的地方)设置专门的排气装置。
4-5 已知单杆液压缸缸筒内径D=100mm,活塞杆直径d=50mm,工作压力[8]p=2MPa,流量q=10L/min,回油压力p=0.5MPa。试求活塞往返运动时的推力和速度。
参考答案:略。
4-6图示三种结构形式的液压缸,活塞和活塞杆直径分别为D、d,如果进入液压缸的流量为q,压力为p,试分析各液压缸产生的推力F和速度v的大小。
题4-6图
参考答案:
A. F= ;v=B. F= ; v=
C. = ; v=
D. 1=100×10-4m2,有杆腔面积A2=80×10-4m2,缸1输入压力p1=0.9MPa,输入流量q1=12L/min,不计损失和泄漏,求:
E. 1=F2)时,该负载的数值及两缸的运动速度。
F. 2)缸2的输入压力是缸1的一半()时,两缸各能承受多少负载
G. 1=0)时,缸2能承受多少负载
参考答案:
1)
缸1的受力平衡方程式
缸2的受力平衡方程式
1=F2,联立求解可得:
故有:
缸1运动速度为:
缸1运动速度为:
同理可解得2)和3)。
V快进=V快退,求:活塞面积[9]A1和活塞杆面积A2之比应为多少?
参考答案:
V快进=V快退
故可得:
,柱塞外径为d,柱塞内孔直径为d。试求缸所产生的推力和运动速度。
参考答案:
柱塞缸所产生推力为:
柱塞缸的运动速度为:
题目解答
答案
4-8 某一差动液压缸，要求 V 快进 =V 快退 ，求：活塞面积 A 1 和活塞杆面积 A 2 之比应为多少 ?
解析
考查要点：本题主要考查差动液压缸的工作原理及速度计算，重点在于理解差动连接时活塞杆的运动速度与有效作用面积的关系。
解题核心思路：
- 明确差动连接时的速度公式：快进时，活塞杆伸出速度由两腔面积差决定，即 $v_{\text{快进}} = \frac{q}{A_1 - A_2}$。
- 快退速度的常规计算：快退时（非差动连接），活塞杆缩回速度由有杆腔面积决定，即 $v_{\text{快退}} = \frac{q}{A_2}$。
- 建立等式求解面积比：根据题意 $v_{\text{快进}} = v_{\text{快退}}$，联立方程即可求出 $A_1/A_2$ 的比值。
破题关键点：
- 区分差动与非差动连接的速度公式，明确快进和快退时的有效作用面积差异。
- 正确建立速度相等的等式，通过代数运算化简求解。
步骤1：写出快进速度公式
差动连接时，活塞杆伸出速度为：
$v_{\text{快进}} = \frac{q}{A_1 - A_2}$
其中 $A_1$ 为活塞面积，$A_2$ 为活塞杆面积。
步骤2：写出快退速度公式
快退时（非差动连接），活塞杆缩回速度为：
$v_{\text{快退}} = \frac{q}{A_2}$
步骤3：根据速度相等列方程
题目要求 $v_{\text{快进}} = v_{\text{快退}}$，代入公式得：
$\frac{q}{A_1 - A_2} = \frac{q}{A_2}$
步骤4：化简方程求解
两边约去流量 $q$，整理得：
$A_2 = A_1 - A_2$
$2A_2 = A_1$
$\frac{A_1}{A_2} = 2$