液压与气压传动的执行元件

1、 缸的类型及特点缸的类型及特点 其他类型的常用缸其他类型的常用缸 缸的典型结构缸的典型结构 液压与气压马达液压与气压马达 通过本章的学习，要求掌握液压缸通过本章的学习，要求掌握液压缸 和和等，为缸的设计打下基础。等，为缸的设计打下基础。 本章主要内容为：本章主要内容为： 第四章第四章 液压与气压传动的执行元件液压与气压传动的执行元件 马达和缸 能量转换 压力能压力能 机械能机械能 由于结构强度、材质要求和密封条件的不同，两种介质由于结构强度、材质要求和密封条件的不同，两种介质 的缸和马达不能互换使用。的缸和马达不能互换使用。 按使用的介质 液压缸、液压马达 气缸、气马达 常用于需要获得较大输出

2、力和扭矩的场合 常用于需要获得较小输出力和扭矩的场合 （压力油） （压缩空气） 液压和气压系统中的执行元件马达和缸，其职能是 将压力能转换为机械能。做旋转运动或做直线往复运动。 第一节、缸的分类和特点第一节、缸的分类和特点 缸缸将压力能转换成往复直线（摆动）运动机械能的装置。 按照结构形式 活塞式活塞式 柱塞式柱塞式 摆动式摆动式 单作用单作用 双作用双作用 按照作用方式 缸结构简单、工作可靠，与杠杆、连杆、齿轮齿条、棘轮棘爪、 凸轮等机构配合使用实现多种机械运动，满足各种运动形式要求。 液压缸液压缸 三梁四柱式压力机 液压缸液压缸 一、活塞缸一、活塞缸 1、双杆活塞缸 图形符号： 活塞杆缸体

3、活塞 缸盖 缸盖 运动范围约等于活塞 有效行程的三倍 运动范围约等于缸体 有效行程的两倍 双杆活塞缸双杆活塞缸 双杆活塞缸的速度推力计算： 22 4 dD q A q v cV cV 运动速度： cmcm ppdDppAF 21 22 21 4 推力： 缸在左右两个方向上输出的速度相等， 为缸的容积效率。 cV 缸在左右两个方向上输出的推力相等， 为缸的机械效率。 cm 这种缸常用于要求往返运动速度相同的场合，如外圆磨床 工作台往复运动液压缸等 。 qp12 p 1 A 23 435 7-防尘圈 8-活塞杆 1098 （b） 图 4-6（a）单活塞杆式液压缸基本结构 1-端盖 2-缸筒 3-支

4、撑环 4、9、10-密封圈 5-活塞 6-导向套 B 67 图形符号： 活塞杆 端盖活塞 端盖 缸体 2 、单杆活塞缸、单杆活塞缸 单杆活塞缸的活塞仅一端带有活塞杆，活塞双向运单杆活塞缸的活塞仅一端带有活塞杆，活塞双向运 动可以获得不同的速度和输出力。动可以获得不同的速度和输出力。 2 A 1 F 1 v (a)无杆腔进油无杆腔进油 1 P 2 P 1 A D d q 2 A 2 F (b)有杆腔进油有杆腔进油 2 P 1 P 1 A 2 v q 单杆活塞缸的速度推力计算： 无杆腔进油 vv D q A q v 2 1 1 4 mm pdDpDApApF )( 4 )( 2 22 1 2 22

5、111 1 v 1 F活塞的运动速度 和推力 分别为: 2 A 1 F 1 v (a)无杆腔进油无杆腔进油 1 P 2 P 1 A D d q 有杆腔进油 活塞的运动速度 和推力 分别为: 2 v 2 F 2 A 2 F (b)有杆腔进油有杆腔进油 2 P 1 P 1 A 2 v q vv dD q A q v )( 4 22 2 2 mm pDpdDApApF )( 4 )( 2 2 1 22 11222 比较上述各式，可以看出： , ；缸往复 运动时的速度比为： 2 v 1 v 1 F 2 F 22 2 1 2 dD D v v 上式表明：当活塞杆直径愈小时，速度比接近当活塞杆直径愈小时，

6、速度比接近1，在两，在两 个方向上的速度差值就愈小。个方向上的速度差值就愈小。 2 A 1 F 1 v (a)无杆腔进油无杆腔进油 1 P 2 P 1 A D d q 2 A 2 F (b)有杆腔进油有杆腔进油 2 P 1 P 1 A 2 v q 比较上述各式， 差动连接差动连接：压力相同的液体或压缩空气同时通入单活塞杆缸的两腔 Cv A qq v 1 3 3 22 )( 4 vdDq Cv d q v 2 3 4 运动速度： Cm AApF)( 2113Cm pdDD 1 222 )( 4 Cm pd 1 2 4 推力： 方向方向:右右 2 A 3 F (c)差动联接差动联接 1 P 1 A

7、 3 v q q 两腔进油,差动联接 2 A 3 F (c)差动联接差动联接 1 P 1 A 3 v q 3 F 1 P 21 AA 3 v q 等效 q 差动连接是在不增加液压泵容量和功率的条件下，实现差动连接是在不增加液压泵容量和功率的条件下，实现 快速运动的有效办法。快速运动的有效办法。 1234 56 87 图 4-10 (a) 柱塞式液压缸 (b) 图形符号 5、6-密封压紧装置 7-防尘圈 8-泄油口 1-缸体 2-柱塞 3-导向套 4-密封装置 二、柱塞缸二、柱塞缸 1234 56 87 图 4-10 (a) 柱塞式液压缸 (b) 图形符号 5、6-密封压紧装置 7-防尘圈 8-

8、泄油口 1-缸体 2-柱塞 3-导向套 4-密封装置 图形符号： 柱塞和缸简内壁 不接触，因此缸 筒内孔不需精加 工工艺性 好成本低. Cv d q v 2 4 运动速度： Cm pdF 2 4 推力： 柱塞缸只能制成单作 用缸。在大行程设备 中，为了得到双向运 动，柱塞缸常成对使 用。 特点: q q V d d p1 p2 F P d v q 三、摆动缸三、摆动缸 摆动缸 D d 123 4 4 3 2 41 1 摆动缸能实现小于360的往复摆动运动，由于它可直 接输出扭矩，故又称为摆动马达，主要有单叶片式和双叶 片式两种结构形式。 p1 p2 D d 123 4 4 3 2 41 1 当

9、考虑到机械效率时，叶片缸的摆动轴输出转矩为 p1 p2 m ppdD Zb T)( 8 21 22 D 缸体内孔直径；d 摆动轴直径； b 叶片宽度； D d 123 4 4 3 2 41 1 q 根据能量守恒原理,得输出角速度为 D 缸体内孔直径； d 摆动轴直径；b 叶片宽度； )( 8 22 dDZb q v D d 123 4 4 3 2 41 1 q 单叶片摆动缸单叶片摆动缸的的摆角摆角一般不超过一般不超过 ，双叶片摆双叶片摆 动缸动缸的的摆角摆角一般不超过一般不超过 。 )( 8 22 dDZb q v m ppdD Zb T)( 8 21 22 摆动缸结构紧凑，输出转矩大，但密封

10、困难，摆动缸结构紧凑，输出转矩大，但密封困难， 一般只用于中、低压系统中往复摆动，转位或间一般只用于中、低压系统中往复摆动，转位或间 歇运动的地方。歇运动的地方。 图形符号： 气压摆动缸气压摆动缸液压摆动缸液压摆动缸 缸体 伸出伸出 缩回缩回 套筒活塞 活塞 伸缩式单作用缸伸缩式单作用缸 第二节、其它型式的常用缸第二节、其它型式的常用缸 伸出伸出 B A 二级活塞 2、 增速缸（动画） 图 4-12 增速缸结构示意图 1-柱塞 2-活塞 3-缸筒 III I 1 II 3 2 a c b 3、增压缸（增压器） 2211 pApA 11 2 1 2 kpp A A p 增压比k 2 1 2 2

11、2 1 D D A A k 1 p 2 p 4、 齿条活塞缸 齿条活塞缸由带有齿条杆的双作用活塞缸和齿轮齿条机构 组成，活塞往复移动经齿条、齿轮机构变成齿轮轴往复转动。 8765432 1 1211 10 9 行程 图4.12齿条活塞液压缸的结构图 q 5、气-液阻尼缸 调节节流阀的开口面积，就能调节活塞的运动速度。 压缩空气p 6、气压油缸 气压油缸是一种使 气压直接转换成液 压的装置。它利用 气压控制达到液压 传动的目的。 气压油缸传动装置无需使用油泵和驱动电机，便可获得结构 简单，价格低廉的速度平稳和可调的液压传动。 p 1 p 7、冲击气缸 在约0.25-1.25 s的很短时间内， 以

12、平均约8 m/s的高速同下冲击。 从而获得很大的动能。 加速度可达1000 2 /m s以上， 以完成破碎、模锻等需要瞬 时大能量的工作，如型材下 抖打印、铆接、弯曲、冲 孔、镦粗等 双作用单活塞杆液压缸结构图 l 缸底；2 卡键；3、5、9、11 密封圈；4 活塞；6 缸筒； 7 活塞杆；8 导向套；10 缸盖；12 防尘圈；13 耳轴 第三节、缸的结构 缸的组成：缸体、活塞、缓冲和排气缸的组成：缸体、活塞、缓冲和排气 缸筒缸筒 是液压缸的主体，其内孔一般采用镗削、绞 孔、滚压或珩磨等精密加工工艺制造，要求表面粗造度 在0.1m0.4m。 端盖端盖 装在缸筒两端，与缸筒形成封闭油腔，同样承

13、受很大的液压力，因此，端盖及其连接件都应有足够的 强度。 导向套导向套 对活塞杆或柱塞起导向和支承作用，有些 液压缸不设导向套，直接用端盖孔导向。 缸筒与端盖的连接 图4-20缸体与缸盖的连接结构 一、一、 缸体组件缸体组件 缸体组件由：缸筒、端盖、导向环和支撑环等组成 （2）半环式连接）半环式连接，分 为外半环连接和内半环 连接两种连接形式。 (1）法兰式连接）法兰式连接 （3）螺纹式连接）螺纹式连接 外螺纹连接 内螺纹连接 （5）焊接式连接）焊接式连接 （4）拉杆式连接）拉杆式连接 二、 活塞组件 活塞组件由活塞、密封件、活塞杆和连接件等组成。活塞组件由活塞、密封件、活塞杆和连接件等组成。

14、 1 1、活塞与活塞杆的连接形式、活塞与活塞杆的连接形式 如图所示，活塞与活塞杆的连接最常用的有螺纹连接 和半环连接形式，除此之外还有整体式结构、焊接式结 构、锥销式结构等。 12345 (a)(b) 1一活塞杆；2一活塞；3一密封圈； 4一弹簧圈；5一螺母 1一卡键；2一套环；3一弹簧卡圈 活塞装置主要用来防止介质的泄漏。对密封装置的对密封装置的基基 本要求本要求是具有良好的密封性能，并随压力的增加能自动提是具有良好的密封性能，并随压力的增加能自动提 高密封性高密封性。除此以外，摩擦阻力要小，耐油。 （1）O形密封圈 O形密封圈的截面为圆形，主要用于静密封。 常用于 工作压力较低的气缸动密封

15、。 密封圈有O形、V形、Y形及组合式等数种，其材料为耐油 橡胶、尼龙、聚氨脂等。 2、活塞的密封形式、活塞的密封形式 O形圈密封的原理：任何形状的密封圈在安装时，必 须保证适当的预压缩量，过小不能密封，过大则摩擦力 增大，且易于损坏。因此，安装密封圈的沟槽尺寸和表 面精度必须按有关手册给出的数据严格保证。 在动密封中，当压力大于10MPa时，O形圈就会被挤 入间隙中而损坏，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，双向受高压时，两侧都要加挡圈。 (a) （a）普通型 （b) （b）有挡板型 V形圈的截面为V形，如下图所示，V形密封装置是 由压环、V形圈和支承环组成。当工作压力高于1

16、0MPa 时，可增加V形圈的数量，提高密封效果。安装时，V 形圈的开口应面向压力高的一侧。 （2）V形密封圈 （a ) （b ) （c） a)压环 b)V型圈 c)支承环 Y形密封圈的截面为Y形，属唇形密封圈。它是一种摩擦 阻力小、寿命较长的密封圈，应用普遍。Y形圈主要用于往 复运动的密封。当压力变化较大，滑动速度较高时，要使用 支承环，以固定密封圈，如图（b）所示。 （3） Y（Yx）形密封圈 (a)(b) Y形密封圈 三、三、 缓冲装置缓冲装置 为了防止这种危害，保证安全，应采取缓冲 措施，对缸运动速度进行控制。 当缸带动质量较大的部件作快速往复运动时， 由于运动部件具有很大的动能，因此当

17、活塞运动 到液压缸终端时，会与端盖碰撞，而产生冲击和 噪声。这种机械冲击不仅引起缸的有关部分的损 坏，而且会引起其它相关机械的损伤。 常见缓冲结构 u d u (b) u (a) （c） u (d) 图4-26液压缸缓冲装置 当活塞移至端部，缓冲柱塞开始插入缸端的缓冲孔时， 活塞与缸端之间形成封闭空间，该腔中受困挤的剩余油液只 能从节流小孔或缓冲柱塞与孔槽之间的节流环缝中挤出，从 而造成背压，迫使运动柱塞降速制动，实现缓冲。 u d u (b) u (a) （c） u (d) 四、四、 排气装置排气装置 液压传动系统往往会 混入空气，使系统工作不 稳定，产生振动、爬行或 前冲等现象，严重时会使

18、 系统不能正常工作。 因此，设计液压缸时，因此，设计液压缸时， 必须考虑空气的排除。必须考虑空气的排除。 设计缸需要注意的问题 1) 要尽量缩小外型尺寸，使结构紧凑； 2) 设计活塞杆最好受拉，不受压，以免产生纵向弯曲； 3) 选择合适的密封方式，减小摩擦损失，提高密封效果， 防止泄漏； 4) 根据具体情况适当考虑缓冲装置和排气装置。 第四节、缸的设计计算第四节、缸的设计计算 缸主要尺寸的确定 液压缸的主要尺寸有缸筒内径、活塞杆直径和缸 筒长度等。 1. 缸筒内径D根据负载大小和选定的工作压力、 运动速度和输入流量，按本章有关公式计算确定， 再从再从GB/T2348-93标准中选取相近尺寸加以

19、圆整标准中选取相近尺寸加以圆整。 2. 活塞杆直径d按工作压力决定,或设备类型选取。 见教材表4-2。 按GB/T2348-93标准进行圆整。 3. 缸筒长度L 缸筒长度缸筒长度=活塞行程活塞行程+活塞长度活塞长度 +活塞导向长度活塞导向长度+活塞杆密封及导向长度。活塞杆密封及导向长度。 液压马达和液压泵在原理上可逆，结构上类似，但由于 用途不同，它们在结构上有一定差别。常用的液压马达有 柱塞式、叶片式和齿轮式等。 一、液压马达的分类,特点及应用 第六节 液压及气压马达(Motor) 图4-1轴向柱塞马达工作原理 1-斜盘 2-缸体 3-柱塞 4-配油盘 5-马达轴 压力油回油 二、液压马达的

20、工作原理 以斜盘式轴向柱塞马达为例说明液压马达的工作原理。 设第i个柱塞和缸体的垂直中心线夹角为,柱塞在缸体中的分 布圆半径为R，则在该柱塞上产生的转矩为 液压马达产生的转矩应是处于高压腔柱塞产生转矩的总和， 即 随着角的变化，每个柱塞产生的转矩也发生变化，故液 压马达产生的总转矩也是脉动的，它的脉动情况和讨论液压泵 流量脉动时的情况相似。 sinsintgRFRFrFT xyyi sintgRFT x 三三、液压马达的主要性能参数 （一）工作压力和额定压力 1工作压力: 液压马达实际工作时输入的压力。 2额定压力: 液压马达在正常工作条件下，按试验标准规定能 连续运转所允许的最高压力。 （二）排量和流量 1理论（或几何）排量 液压马达转一周，由其密封容积几何尺 寸变化计算而得的、需输进液体的体积。 2流量： 液压马达在单位时间内，需输进液体的体积，也有理论 和实际流量之分。理论流量 是指在没有泄漏的情况下，达到要求 转速所需输入液体的流量。其值由理论排量和转速计算而得。由于 有泄漏损失，实际输入的流量 必须大于理论流量。 p n p V t q q （