第4章 液压与气压传动执行元件

1、液压缸的分类液压缸的分类按结构形式分：按结构形式分：活塞缸活塞缸 又分单杆活塞缸、双杆活塞缸又分单杆活塞缸、双杆活塞缸柱塞缸柱塞缸摆动缸摆动缸 又分单叶片摆动缸、双叶片摆动缸又分单叶片摆动缸、双叶片摆动缸按作用方式分：按作用方式分：单作用液压缸单作用液压缸 一个方向的运动依靠液压作用一个方向的运动依靠液压作用力实现，另一个方向依靠弹簧力、重力等实现；力实现，另一个方向依靠弹簧力、重力等实现；双作用液压缸双作用液压缸 两个方向的运动都依靠液压作两个方向的运动都依靠液压作用力来实现；用力来实现；复合式缸复合式缸 活塞缸与活塞缸的组合、活塞缸与活塞缸与活塞缸的组合、活塞缸与柱塞缸的组合、活塞缸与机械

2、结构的组合等。柱塞缸的组合、活塞缸与机械结构的组合等。 双杆活塞缸活塞两侧都有活塞杆伸出，根据安装方双杆活塞缸活塞两侧都有活塞杆伸出，根据安装方式不同又分为活塞杆固定式和缸筒固定式两种。式不同又分为活塞杆固定式和缸筒固定式两种。 图图双杆活塞缸的速度推力特性双杆活塞缸的速度推力特性v q / A 4 qv /（D 2 d 2） 缸在左右两个方向上输出的速度相等，缸在左右两个方向上输出的速度相等，v为缸的容积效率。为缸的容积效率。F A（p1 p2）m（D 2d 2）（）（p1 p2）m /4 缸在左右两个方向上输出的推力相等，缸在左右两个方向上输出的推力相等，m为缸的机械效率。为缸的机械效率。

3、 当缸筒固定时，运动部件移动范围是活塞有效行程的当缸筒固定时，运动部件移动范围是活塞有效行程的三倍；当活塞杆固定时，运动部件移动范围是活塞有效三倍；当活塞杆固定时，运动部件移动范围是活塞有效行程的两倍行程的两倍 。 单杆活塞缸速度推力特性单杆活塞缸速度推力特性向右运动速度向右运动速度 v1 qv /A1 4 qv /D 2 向右运动推力向右运动推力 F1 （A1p1 A2p2）m 向左运动速度向左运动速度 v2 qv /A2 4 qv /（D 2 d 2） 向左运动推力向左运动推力 F2 （A2 p1 A1p2）m 往返速比往返速比 v v2 / v11/1（d /D）2 式中式中v为缸的容积

4、效率，为缸的容积效率，m为缸的机械效率为缸的机械效率 单杆活塞缸只有一单杆活塞缸只有一端带活塞杆，它也有端带活塞杆，它也有缸筒固定和活塞杆固缸筒固定和活塞杆固定两种安装方式，两定两种安装方式，两种方式的运动部件移种方式的运动部件移动范围均为活塞有效动范围均为活塞有效行程的两倍。行程的两倍。图图1、图图2运动速度运动速度 v3（q q）/ A1（q A2v3）/ A1 整理得：整理得：v3 q /（A1A2）4 q /d 2 如果要求如果要求 差动缸向右运动速度差动缸向右运动速度v3非差动连接向左运非差动连接向左运动速度动速度 v2 则则 D =2 1/2 d 活塞推力活塞推力 F3 p1（A1

5、A2）m 三种进回油方式比较三种进回油方式比较 单活塞杆缸两腔同时单活塞杆缸两腔同时通压力油，称为差动连通压力油，称为差动连接。差动连接的缸只能接。差动连接的缸只能一个方向运动。图示为一个方向运动。图示为向右运动。向右运动。 图图柱塞缸只能作单作用缸，要求往复运动时，需成对使用。柱塞缸只能作单作用缸，要求往复运动时，需成对使用。柱塞缸的速度推力特性柱塞缸的速度推力特性柱塞运动速度柱塞运动速度 v qv /A 4 qv /d 2柱塞推力柱塞推力 F pAmp（d 2 / 4 ）mn 柱塞缸的特点柱塞缸的特点 图图n 柱塞与缸筒无配柱塞与缸筒无配合关系，缸筒内孔合关系，缸筒内孔不需精加工，只是不需

6、精加工，只是柱塞与缸盖上的导柱塞与缸盖上的导向套有配合关系。向套有配合关系。n 为减轻重量，减为减轻重量，减少弯曲变形，柱塞少弯曲变形，柱塞常做成空心。常做成空心。单叶片式单叶片式 摆动角度较大，可达摆动角度较大，可达300输出转矩输出转矩 T（R22R12）pmb / 2 输出角速度输出角速度 2qv / b（R22 R12） 双叶片式双叶片式 摆动摆动角度一般小于角度一般小于150。但在相同条件下，输但在相同条件下，输出转矩是单叶片摆动出转矩是单叶片摆动缸的两倍，输出角速缸的两倍，输出角速度是单叶片缸的一半。度是单叶片缸的一半。 当通入液压油，它的主当通入液压油，它的主轴能输出小于轴能输出

7、小于360的摆动的摆动运动的缸称为摆动式液压缸。运动的缸称为摆动式液压缸。常用于辅助装置，如送料和常用于辅助装置，如送料和转位装置、液压机械手及间转位装置、液压机械手及间歇进给机构。歇进给机构。 摆动缸动画摆动缸动画 增压比为大活塞与小柱塞的面积比增压比为大活塞与小柱塞的面积比 KD 2/d 2 小柱塞缸输出的压力小柱塞缸输出的压力 pb paKm增压能力是在降低有效流量的基础上得到的。增压能力是在降低有效流量的基础上得到的。增压缸作为中间环节，用在低压系统要求有局部高压增压缸作为中间环节，用在低压系统要求有局部高压油路的场合。油路的场合。 增压缸是活塞增压缸是活塞缸与柱塞缸组成缸与柱塞缸组成

8、的复合缸，但的复合缸，但它它不是能量转换装不是能量转换装置，只是一个增置，只是一个增压器件。压器件。 增压缸动画增压缸动画当通入压力油时，活塞由大到小依次伸出；缩回时，活塞则由小到当通入压力油时，活塞由大到小依次伸出；缩回时，活塞则由小到大依次收回。各级压力和速度可按活塞缸的有关公式计算。大依次收回。各级压力和速度可按活塞缸的有关公式计算。特别适用于工程机械及自动线步进式输送装置。特别适用于工程机械及自动线步进式输送装置。 它由两个或多个活塞式它由两个或多个活塞式缸套装而成，前一级活塞缸套装而成，前一级活塞缸的活塞杆是后一级活塞缸的活塞杆是后一级活塞缸的缸筒。各级活塞依次缸的缸筒。各级活塞依次

9、伸出可获得很长的行程，伸出可获得很长的行程，当依次缩回时缸的轴向尺当依次缩回时缸的轴向尺寸很小。寸很小。 除除双作用伸缩液压缸双作用伸缩液压缸外，外，还有还有单作用伸缩液压缸单作用伸缩液压缸，它与双作用不同点是回程它与双作用不同点是回程靠外力，而双作用靠液压靠外力，而双作用靠液压作用力。作用力。齿条活塞缸的速度推力特性齿条活塞缸的速度推力特性输出转矩输出转矩 TMp（/ 8）D 2 D im输出角速度输出角速度 8 qv / D 2 D i式中式中 p 为缸左右两腔压力差，为缸左右两腔压力差，D 为活塞直径，为活塞直径，D i为齿轮分度圆直径。为齿轮分度圆直径。 齿条活塞缸是活塞齿条活塞缸是活

10、塞缸与齿轮齿条机构组缸与齿轮齿条机构组成的复合式缸。它将成的复合式缸。它将活塞的直线往复运动活塞的直线往复运动转变为齿轮的旋转运转变为齿轮的旋转运动，用在机床的进刀动，用在机床的进刀机构、回转工作台转机构、回转工作台转位、液压机械手等。位、液压机械手等。增速缸用于快速运动回路，在不增加泵的流量的前提增速缸用于快速运动回路，在不增加泵的流量的前提下，使执行元件获得尽可能大的工作速度。下，使执行元件获得尽可能大的工作速度。n 增速缸也是活塞缸与柱塞缸组增速缸也是活塞缸与柱塞缸组成的复合缸，活塞缸的活塞内腔成的复合缸，活塞缸的活塞内腔是柱塞缸的缸筒，柱塞固定在活是柱塞缸的缸筒，柱塞固定在活塞缸的缸筒

11、上。当液压油进入柱塞缸的缸筒上。当液压油进入柱塞缸时，活塞将快速运动（活塞塞缸时，活塞将快速运动（活塞缸大腔必须补油）；当液压油同缸大腔必须补油）；当液压油同时进入柱塞缸和活塞缸时，活塞时进入柱塞缸和活塞缸时，活塞慢速运动。慢速运动。n 增速缸动画增速缸动画液压缸安装连接形式：脚架式，耳环式，铰轴式液压缸安装连接形式：脚架式，耳环式，铰轴式 缸体组件缸体组件 包括缸包括缸筒、缸盖、缸底等筒、缸盖、缸底等零件。零件。 活塞组件活塞组件 包括活包括活塞与活塞杆等零件。塞与活塞杆等零件。 密封装置密封装置 有活塞有活塞与缸筒、活塞杆与与缸筒、活塞杆与缸盖的密封。缸盖的密封。 缓冲装置缓冲装置 排气装

12、置排气装置液压马达是将液体压力能转换为机械能的装置液压马达是将液体压力能转换为机械能的装置,输出转输出转矩和转速，是液压系统的执行元件。矩和转速，是液压系统的执行元件。马达与泵在原理上有可逆性，但因用途不同结构上有马达与泵在原理上有可逆性，但因用途不同结构上有些差别：马达要求正反转，其结构具有对称性；而泵些差别：马达要求正反转，其结构具有对称性；而泵为了保证其自吸性能，结构上采取了某些措施。为了保证其自吸性能，结构上采取了某些措施。马达的分类：马达的分类：ns500r/min 为高速液压马达：齿轮马达，叶片马达，轴向为高速液压马达：齿轮马达，叶片马达，轴向柱塞马达柱塞马达ns 500r/min

13、 为低速液压马达：径向柱塞马达（单作用连为低速液压马达：径向柱塞马达（单作用连杆型径向柱塞马达，多作用内曲线径向柱塞马达）杆型径向柱塞马达，多作用内曲线径向柱塞马达）工作压力与额定压力工作压力与额定压力工作压力工作压力 p 大小取决于马达负载，马达进大小取决于马达负载，马达进出口压力的差值称为马达的压差出口压力的差值称为马达的压差p。额定压力额定压力 ps 能使马达连续正常运转的最高能使马达连续正常运转的最高压力。压力。流量与容积效率流量与容积效率 输入马达的实际流量输入马达的实际流量 qMqMtq 其中其中 qMt为理论流量，马达在没有泄漏时，为理论流量，马达在没有泄漏时， 达到要求转速所需

14、进口流量。达到要求转速所需进口流量。容积效率容积效率Mv qMt / qM 1 q / qM排量与转速排量与转速 排量排量V为为MV等于等于1 时输出轴旋转一周所时输出轴旋转一周所需油液体积。需油液体积。转速转速 n qMt/ V qMMV / V转矩与机械效率转矩与机械效率 实际输出转矩实际输出转矩 TTt-T 理论输出转矩理论输出转矩 Ttp VMm/ 2机械效率机械效率MmTM/TMt功率与总效率功率与总效率M PMo/ PMiT 2n/ p qM MvMm式中式中 PMo为马达输出功率，为马达输出功率，PMi为马达输入功率。为马达输入功率。 工作原理工作原理 结构特点结构特点 进出油口

15、相等，有进出油口相等，有单独的泄油口；单独的泄油口； 为减少摩擦力矩，为减少摩擦力矩，采用滚动轴承；采用滚动轴承； 为减少转矩脉动，为减少转矩脉动，齿数较泵的齿数多。齿数较泵的齿数多。 应用应用 由于密封性能差，容积效率较低，不能产生较由于密封性能差，容积效率较低，不能产生较大的转矩，且瞬时转速和转矩随啮合点而变化，因此仅用大的转矩，且瞬时转速和转矩随啮合点而变化，因此仅用于高速小转矩的场合，如工程机械、农业机械及对转矩均于高速小转矩的场合，如工程机械、农业机械及对转矩均匀性要求不高的设备。匀性要求不高的设备。工作原理工作原理 结构特点结构特点 进出油口相等，有单进出油口相等，有单独的泄油口；

16、独的泄油口； 叶片径向放置，叶片叶片径向放置，叶片底部设置有燕式弹簧；底部设置有燕式弹簧； 在高低压油腔通入叶在高低压油腔通入叶片底部的通路上装有梭片底部的通路上装有梭阀。阀。 应用应用 转动惯量小，反应灵敏，能适应较高频率的换转动惯量小，反应灵敏，能适应较高频率的换向。但泄漏大，低速时不够稳定。适用于转矩小、转速向。但泄漏大，低速时不够稳定。适用于转矩小、转速高、机械性能要求不严格的场合。高、机械性能要求不严格的场合。工作原理工作原理 结构特点结构特点 轴向柱塞泵和轴向柱塞马达是互逆的。轴向柱塞泵和轴向柱塞马达是互逆的。 配流盘为对称结构。配流盘为对称结构。 应用应用 作变量马达。改变斜盘倾

17、角，不仅影响马达的作变量马达。改变斜盘倾角，不仅影响马达的转矩，而且影响它的转速和转向。斜盘倾角越大，产生的转矩，而且影响它的转速和转向。斜盘倾角越大，产生的转矩越大，转速越低。转矩越大，转速越低。 结构组成结构组成（动画）（动画）结构原理结构原理呈五星状（或七星状）的壳体内均匀分布着呈五星状（或七星状）的壳体内均匀分布着柱塞缸。柱塞缸。柱塞与连杆铰接，连杆的另一端与曲轴偏心柱塞与连杆铰接，连杆的另一端与曲轴偏心轮外圆接触。高压油进入部分柱塞缸头部，轮外圆接触。高压油进入部分柱塞缸头部，高压油作用在柱塞上的作用力对曲轴旋转中高压油作用在柱塞上的作用力对曲轴旋转中心形成转矩。另外部分柱塞缸与回油

18、口相通。心形成转矩。另外部分柱塞缸与回油口相通。曲轴为输出轴。曲轴为输出轴。配流轴随曲轴同步旋转，各柱塞缸依次与高配流轴随曲轴同步旋转，各柱塞缸依次与高压进油和低压回油相通（配流套不转），保压进油和低压回油相通（配流套不转），保证曲轴连续旋转。证曲轴连续旋转。排量公式排量公式 v =d 2e z / 2d 为柱塞直径；为柱塞直径；e 为曲轴偏心距；为曲轴偏心距；z 为柱塞为柱塞数。数。应用应用结构简单，工作可靠，可以是壳体固定曲轴结构简单，工作可靠，可以是壳体固定曲轴旋转，也可以是曲轴固定壳体旋转（可驱动旋转，也可以是曲轴固定壳体旋转（可驱动车轮或卷筒），但体积重量较大，转矩脉动，车轮或卷筒），但体积重量较大，转矩脉动，低速稳定性较差。采用静压支承或静压平衡低速稳定性较差。采