液压与气压传动3_王积伟教授_东南大学

1、School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院了解液压与气压传动中各种执行元件的结构形式、工了解液压与气压传动中各种执行元件的结构形式、工作原理；作原理；掌握执行元件的设计计算方法和特点。掌握执行元件的设计计算方法和特点。单杆活塞液压缸；单杆活塞液压缸；密封、缓冲、排气。密封、缓冲、排气。 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 液压缸是实现直线往复运动的执行液压缸是

2、实现直线往复运动的执行元件元件 。液压与气压传动中的执行元件是将流体的压力能转液压与气压传动中的执行元件是将流体的压力能转化为机械能的元件。它驱动机构作直线往复或旋转化为机械能的元件。它驱动机构作直线往复或旋转（或摆动）运动，其输入为压力和流量，输出为力（或摆动）运动，其输入为压力和流量，输出为力和速度，或转矩和转速。和速度，或转矩和转速。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 液压缸按其结构形式，可以分为液压缸按其结构形式，可以分为、和和等等 。 1）双杆活塞缸）双杆活塞缸 所示所示为为，活塞两侧的活塞杆直径相等活塞两侧的活塞

3、杆直径相等它的进、出油口位于缸筒两它的进、出油口位于缸筒两端。当端。当和和相同时，两个方向上输出的相同时，两个方向上输出的和和是相等的。其是相等的。其值为：值为： 双杆活塞缸双杆活塞缸缸筒固定缸筒固定School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 式中式中 活塞的有效面积；活塞的有效面积； 、活塞和活塞杆的直径；活塞和活塞杆的直径； 输入流量；输入流量； 、缸的进、出口压力；缸的进、出口压力； 、缸的机械效率、容积效率。缸的机械效率、容积效率。221212m12m()()()4FFppAppDdV12V224()qqvvADd这种安装形

4、式，这种安装形式，占，占地面积大，地面积大，。 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院图图3-1b所示为所示为。它的进、出油液可经。它的进、出油液可经活塞杆内的通道输入液压缸或从活塞杆内的通道输入液压缸或从液压缸流出。也可以用软管连接，液压缸流出。也可以用软管连接，进、出口就位于缸的两端。它的进、出口就位于缸的两端。它的推力和速度与缸筒固定的形式相推力和速度与缸筒固定的形式相同。但是其工作台移动范围为缸同。但是其工作台移动范围为缸筒有效行程的两倍，故筒有效行程的两倍，故 。 双杆活塞缸双杆活塞缸活塞杆固定活塞杆固定School

5、of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院2） 所示为所示为单杆活塞缸。由于只在活塞单杆活塞缸。由于只在活塞的一端有活塞杆，使两腔的的一端有活塞杆，使两腔的有效工作面积不相等，因此有效工作面积不相等，因此在两腔分别输入相同流量的在两腔分别输入相同流量的情况下，活塞的往复运动速情况下，活塞的往复运动速度不相等。它的安装也有度不相等。它的安装也有和和两种，两种，进、出口的布置根据安装方进、出口的布置根据安装方式而定；式而定；。 单杆活塞缸单杆活塞缸向右运动向右运动 向左运动向左运动School of Mechanical Engineering东南大

6、学机械工程学院东南大学机械工程学院单杆活塞缸的单杆活塞缸的和和计算式如下：计算式如下： 22211122m12m()()44Fp Ap ApDpDd22221221m12m()()44Fp Ap ApDdpD1VV214qqvADV2V2224 ()qqvADdSchool of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院在液压缸的活塞往复运动速度有一定要求的情况下，在液压缸的活塞往复运动速度有一定要求的情况下，通常根据液压缸速度比通常根据液压缸速度比的要求以及的要求以及来确定。由来确定。由和和得：得：vDdvv 21211vvDd 1 由此可见，由此

7、可见， 。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 差动液压缸差动液压缸单杆活塞缸的左右腔同时接通压力油，如单杆活塞缸的左右腔同时接通压力油，如所示，称为所示，称为，此缸称为，此缸称为。差动液压缸左、右腔压力相等，但左、右腔有差动液压缸左、右腔压力相等，但左、右腔有效面积不相等，因此，活塞向右运动。差动连效面积不相等，因此，活塞向右运动。差动连接时因回油腔的油液进入左腔，从而提高活塞接时因回油腔的油液进入左腔，从而提高活塞运动速度，其推力和速度按下式计算运动速度，其推力和速度按下式计算 ：23112m1m()4Fp AApd323

8、1vAqvA32124qqvAAd考虑容积效率V3V24qvd向液压缸右腔输油，而左腔通油箱活塞便向左运动，推力和速向液压缸右腔输油，而左腔通油箱活塞便向左运动，推力和速度与度与相同。如要求相同。如要求 和活塞向左运动的速和活塞向左运动的速度度 相等，即相等，即，则必须使，则必须使D=d2School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 柱塞式液压缸柱塞式液压缸单柱塞缸单柱塞缸 双柱塞缸双柱塞缸缸筒缸筒 柱塞柱塞单柱塞缸只能实现一个方向运动，反单柱塞缸只能实现一个方向运动，反向要靠外力，如向要靠外力，如所示。用两个所示。用两个柱塞缸组合，

9、如柱塞缸组合，如所示，也能用所示，也能用压力油实现往复运动。柱塞运动时，压力油实现往复运动。柱塞运动时，由缸盖上的导向套来导向，因此，缸由缸盖上的导向套来导向，因此，缸筒内壁不需要精加工。它筒内壁不需要精加工。它。mm4FpApdVV24qqvAd式中式中 柱塞直径柱塞直径 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 由由或或套装而成，前一级缸的活塞杆是后套装而成，前一级缸的活塞杆是后一级缸的缸筒。伸出时，可以获得很长的工作行程，缩回时可保持一级缸的缸筒。伸出时，可以获得很长的工作行程，缩回时可保持很小的结构尺寸。很小的结构尺寸。所

10、示为一种所示为一种，在各级活塞依次伸出时，液压缸的有效面积是逐级变化的。，在各级活塞依次伸出时，液压缸的有效面积是逐级变化的。，则液压缸的输出推力和速度也逐，则液压缸的输出推力和速度也逐级变化。其值为级变化。其值为 ：2m4iiiFpD24V iiiqvD式中式中 i第第i级活塞级活塞 这种液压缸起动时，活塞有效面积这种液压缸起动时，活塞有效面积最大，因此，输出推力也最大。随着行程最大，因此，输出推力也最大。随着行程逐级增长，推力随之逐级减小；速度则逐逐级增长，推力随之逐级减小；速度则逐级增快。如欲推力和速度始终保持恒定，级增快。如欲推力和速度始终保持恒定，可采用同步伸缩液压缸可采用同步伸缩液

11、压缸 。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 单作用式三级同步伸缩液压缸单作用式三级同步伸缩液压缸外缸筒外缸筒 一级活塞缸筒一级活塞缸筒二级活塞缸筒二级活塞缸筒 三级活塞三级活塞 所示为所示为的的。该缸。该缸的各级活塞面积设计成的各级活塞面积设计成、，并在一级和二，并在一级和二级活塞缸筒的左端各设一带有顶级活塞缸筒的左端各设一带有顶杆的单向阀，而在其缸筒右侧壁杆的单向阀，而在其缸筒右侧壁面各开有小孔。正常工作时赣阀面各开有小孔。正常工作时赣阀均关闭。均关闭。，向左移动，向左移动，通过通过进进入入，推动，推动以相同以相同速度向左

12、移动；速度向左移动；，也以同一速度向左移动，也以同一速度向左移动，或或没有移动到最左位置，则没有移动到最左位置，则开启，补充液压油使其到开启，补充液压油使其到位。外力推其向右移动时各活塞位。外力推其向右移动时各活塞动作与向左移动时相反。动作与向左移动时相反。和和运动到最右端时，两个运动到最右端时，两个单向闪的顶杆使其开启，从而恢单向闪的顶杆使其开启，从而恢复各级间的平衡状态复各级间的平衡状态 。这种同步伸缩缸输出的推力和速这种同步伸缩缸输出的推力和速度为：度为： 24mm4FpApdVV244qqvAdSchool of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学

13、机械工程学院 所示为所示为，它由，它由，、，等主要零件组成。活塞等主要零件组成。活塞与活塞杆用螺纹连接，并用与活塞杆用螺纹连接，并用固死。固死。、通过通过和和（图中未示）压紧在缸筒的两端。（图中未示）压紧在缸筒的两端。为了提高密封性能并为了提高密封性能并减少摩擦力减少摩擦力，在，在与与之间、之间、与与之间、之间、与与这间、这间、与与之间、之间、与与之间、之间、与与装有各种装有各种、。当活塞移动接近左右当活塞移动接近左右终端时终端时，只能通过只能通过逐渐减逐渐减小的小的和和回油箱，对移动部件起制动缓冲回油箱，对移动部件起制动缓冲作用。缸中空气经可调缓冲器中的排气通道排出作用。缸中空气经可调缓冲器

14、中的排气通道排出 。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院从从可以看到，液压缸的结构可以分为可以看到，液压缸的结构可以分为和和、和和、和和五个部分五个部分 。 单杆活塞式液压缸结构单杆活塞式液压缸结构活塞杆活塞杆 防尘圈防尘圈 活塞杆密封活塞杆密封 活塞杆导向环活塞杆导向环 、 、反衬密封圈反衬密封圈、 、OO型密封型密封 活塞前缓冲活塞前缓冲 活塞活塞 活塞密封活塞密封 、低低摩密封摩密封 螺钉止动销螺钉止动销 止动销止动销 密封圈密封圈 前缸盖前缸盖 法兰法兰 可调缓可调缓冲器冲器 螺纹止动销螺纹止动销 缸筒缸筒 后缓冲套后

15、缓冲套 后止动环后止动环 后缸盖后缸盖School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 缸筒和缸盖的常见连接结构形式如缸筒和缸盖的常见连接结构形式如所示。所示。采用采用，、，但，但。为为，但是，这种结构，但是，这种结构，。 缸筒和缸盖结构缸筒和缸盖结构11缸盖缸盖 22缸筒缸筒 33压板压板 44半环半环 55防松螺母防松螺母 66拉杆拉杆 缸筒和缸盖结构缸筒和缸盖结构11缸盖缸盖 22缸筒缸筒 33压板压板 44半环半环 55防松螺母防松螺母 66拉杆拉杆为为，。，。为为，。为为，且，且。 缸筒和缸盖结构缸筒和缸盖结构缸盖缸盖 缸筒缸筒

16、 3 3压板压板 半环半环 防松螺母防松螺母 拉杆拉杆School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 和和形式很多，形式很多，有有和和等，等，如如所示。所示。，但但。，但，但。此外，。此外，在尺寸较小的场合，活塞和活在尺寸较小的场合，活塞和活塞杆也有制成整体式结构的塞杆也有制成整体式结构的 活塞和活塞杆的结构活塞和活塞杆的结构a a）螺纹式连接螺纹式连接 b b）半环式连接半环式连接11弹簧卡圈弹簧卡圈 22轴套轴套 33螺母螺母 44半环半环 55压板压板 66活塞活塞 77活塞杆活塞杆School of Mechanical Eng

17、ineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 用来防止液压系统油液用来防止液压系统油液的内外泄漏和防止外界杂质侵入。的内外泄漏和防止外界杂质侵入。它的密封机理、结构等将在第五它的密封机理、结构等将在第五章中详述章中详述 。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 是利用是利用或或移动到接近终点时，将移动到接近终点时，将和和之间之间的一部分油液封住，迫使油液从的一部分油液封住，迫使油液从或或中挤出，中挤出，。液压缸缓冲装置的工作原理如液压缸缓冲装置的工作原理如所示。理想的缓冲装置应在其所示。理想的缓冲装置应在其整个工作过

18、程中保持缓冲压力恒定不变，实际的缓冲装置则很难做整个工作过程中保持缓冲压力恒定不变，实际的缓冲装置则很难做到这点到这点 。 液压缸缓冲装置的工作液压缸缓冲装置的工作原理（缓冲柱塞的形式）原理（缓冲柱塞的形式）a a）反抛物线式反抛物线式 b b）阶梯圆柱式阶梯圆柱式 c c）节流口变化式节流口变化式 d d）单圆柱式单圆柱式 e e）环形缝隙环形缝隙 f f）圆锥台式圆锥台式所示为上述所示为上述。由图可见，。由图可见，反抛物线式性能曲线最接近于理反抛物线式性能曲线最接近于理想曲线，缓冲效果最好。但是，想曲线，缓冲效果最好。但是，这种缓冲装置需要根据液压缸的这种缓冲装置需要根据液压缸的具体工作情

19、况进行专门设计和制具体工作情况进行专门设计和制造，通用性差。阶梯圆柱式的缓造，通用性差。阶梯圆柱式的缓冲效果也很好。最常用的则是冲效果也很好。最常用的则是和和 。 各种缓冲装置的缓冲压力曲线各种缓冲装置的缓冲压力曲线 11单圆柱式单圆柱式 22圆锥台式圆锥台式 33阶梯阶梯 圆柱式圆柱式 44反抛物线式反抛物线式 55理想曲线理想曲线School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 1）节流口可调式缓冲装置（）节流口可调式缓冲装置（），圆环形的回油腔中的油液只能通过针形圆环形的回油腔中的油液只能通过针形节流阀流出，这就使活塞制动。调节节节

20、流阀流出，这就使活塞制动。调节节流阀的开口，可改变制动阻力的大小。流阀的开口，可改变制动阻力的大小。， 。 液压缸缓冲装置的工液压缸缓冲装置的工作原理（缓冲柱塞的形式）作原理（缓冲柱塞的形式）School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 2）节流口变化式缓冲装置（）节流口变化式缓冲装置（）它的缓冲柱塞上开有变截面的轴向三角它的缓冲柱塞上开有变截面的轴向三角形节流槽。形节流槽。，回油腔，回油腔油液只能经过三角槽流出，因而使活塞油液只能经过三角槽流出，因而使活塞受到制动作用。受到制动作用。，三角，三角槽通流截面逐渐变小，阻力作用增大，槽通

21、流截面逐渐变小，阻力作用增大，因此，缓冲作用均匀，冲击压力较小，因此，缓冲作用均匀，冲击压力较小，制动位置精度高制动位置精度高 。 液压缸缓冲装置的工液压缸缓冲装置的工作原理（缓冲柱塞的形式）作原理（缓冲柱塞的形式）School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 用来排除积聚在液压缸用来排除积聚在液压缸内的空气。常用的排气装置如内的空气。常用的排气装置如所示。所示。所示为在液压缸所示为在液压缸的最高部位设置排气孔与排气阀的最高部位设置排气孔与排气阀连接进行排气。连接进行排气。为在液压为在液压缸的最高部位处安装排气塞缸的最高部位处安装排气

22、塞 。 排气装置排气装置 排气阀排气阀 排气塞排气塞School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 是指它在稳态下工作时的各项参数间的关系是指它在稳态下工作时的各项参数间的关系 。液压缸的液压缸的和和的数值由的数值由和和决定，由本章决定，由本章第一节有关公式求出。第一节有关公式求出。 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 液压缸难免会存在泄漏，它的液压缸难免会存在泄漏，它的可用下式表示：可用下式表示： 11V1qqqqq式中式中 q输入液压缸的流量；输入液压缸的流量；

23、q1液压缸的泄漏流量。液压缸的泄漏流量。 与与有关。有关。，较小，较小，；，就大，就大，就低。就低。 ，要克服密封装置和导向部分的摩擦力，就会造成机，要克服密封装置和导向部分的摩擦力，就会造成机械损失，把这些损失折算成压力损失械损失，把这些损失折算成压力损失p，则，则可表示为：可表示为： pp 1m 式中式中 p液压缸的工作压力。液压缸的工作压力。 液压缸的机械效率，一般在额定压力下，可取液压缸的机械效率，一般在额定压力下，可取m=0.9。 液压缸的总效率为：液压缸的总效率为： Vm School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 是气

24、动系统中使用最多的是气动系统中使用最多的执行元件，它以压缩空气为动执行元件，它以压缩空气为动力驱动机构作直线往复运动。力驱动机构作直线往复运动。 气缸的分类如气缸的分类如所示。所示。 气缸的类型气缸的类型School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院是在缸筒内只有一个活塞和一根活塞杆的气缸，有是在缸筒内只有一个活塞和一根活塞杆的气缸，有和和两种两种 。所示为所示为。气缸一般由。气缸一般由，、 ，等零件组成。缸筒等零件组成。缸筒在前后缸盖之间由四根拉杆和螺母将其紧固锁定（图中未画出）。在前后缸盖之间由四根拉杆和螺母将其紧固锁定（图中未画出

25、）。活塞与活塞杆相连，活塞上装有活塞与活塞杆相连，活塞上装有、及及。，。磁性环用来产生磁场，使活塞接近磁性开关时发出电信号，。磁性环用来产生磁场，使活塞接近磁性开关时发出电信号，即在普通气缸上装了磁性开关就构成开关气缸。即在普通气缸上装了磁性开关就构成开关气缸。 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 普通型单活塞杆双作用气缸普通型单活塞杆双作用气缸11后缸盖后缸盖 22缓冲节流阀缓冲节流阀 3 3、77密封圈密封圈 44活塞密封圈活塞密封圈 55导向环导向环 66磁性环磁性环88活塞活塞 99缓冲柱塞缓冲柱塞 1010活塞杆活

26、塞杆 1111缸筒缸筒 1212缓冲密封圈缓冲密封圈1313前缸盖前缸盖 1414导向套导向套 1515防尘组合密封圈防尘组合密封圈School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院所示为所示为，在，在的一侧装有使的一侧装有使退回的退回的，在，在上开有上开有。除此之外，其结。除此之外，其结构基本上和双作用气缸相同。图示单作用气缸的构基本上和双作用气缸相同。图示单作用气缸的和和之之间采用间采用。弹簧装在有杆腔，气缸活塞杆初始位置。弹簧装在有杆腔，气缸活塞杆初始位置处于退回的位置。这种气缸称为预缩型单作用气缸。处于退回的位置。这种气缸称为预缩型

27、单作用气缸。 普通型单活塞杆单作用气缸普通型单活塞杆单作用气缸11后缸盖后缸盖 2 2、88橡胶缓冲垫橡胶缓冲垫 33活塞密封圈活塞密封圈 44导向环导向环 55活塞活塞 66缸筒缸筒77弹簧弹簧 99活塞杆活塞杆 1010前缸盖前缸盖 1111螺母螺母 1212导向套导向套 1313卡环卡环School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院没有普通气缸的刚性活塞杆，它利用活塞直接或间接实现没有普通气缸的刚性活塞杆，它利用活塞直接或间接实现往复直线运动。这种气缸往复直线运动。这种气缸，。在自动化系统、气动机器人中获得了大量应。在自动化系统、

28、气动机器人中获得了大量应用用 。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 无杆气缸无杆气缸1节流阀节流阀 2缓冲柱塞缓冲柱塞 3密封带密封带 4防尘不锈钢带防尘不锈钢带 5活塞活塞 6滑块滑块 7管状体管状体所示为所示为。在气缸筒。在气缸筒轴向开有一条槽，在气轴向开有一条槽，在气缸两端设置空气缓冲装缸两端设置空气缓冲装置。置。带动与负载相带动与负载相连的连的一起在槽内移一起在槽内移动，且借助缸体上的一动，且借助缸体上的一个管状沟槽防止其产生个管状沟槽防止其产生旋转。因防泄漏和防尘旋转。因防泄漏和防尘的需要，在开口部采用的需要，在开

29、口部采用和和固定在两侧端盖固定在两侧端盖上上 。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院这种气缸适用缸径这种气缸适用缸径，最大行程在缸径，最大行程在缸径时可达时可达。气缸运动速度高，可达。气缸运动速度高，可达。，因此在使用中必须考虑滑块上所受的径向和，因此在使用中必须考虑滑块上所受的径向和轴向负载。轴向负载。，必须增加导向机构。若需用无杆气，必须增加导向机构。若需用无杆气缸构成气动伺服定位系统，可用内置式位移传感器的无杆气缸。缸构成气动伺服定位系统，可用内置式位移传感器的无杆气缸。 School of Mechanical Eng

30、ineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院所示为所示为。在活塞上安装了一。在活塞上安装了一组高磁性的稀土永久磁环，磁力组高磁性的稀土永久磁环，磁力线穿过薄壁筒（不锈钢或铝合金线穿过薄壁筒（不锈钢或铝合金非导磁材料）作用在缸筒外面的非导磁材料）作用在缸筒外面的另一组磁环套上。另一组磁环套上。，两者间具有很强的吸，两者间具有很强的吸力，力，则通过磁力线带动缸筒外的，则通过磁力线带动缸筒外的磁环套与负载一起移动。在气缸磁环套与负载一起移动。在气缸行程两端设有空气缓冲装置。行程两端设有空气缓冲装置。 磁性气缸磁性气缸它的它的是：是：，。当速度快、负载大时，。当速度快、负载大时，因此最大行

31、程受到限制，因此最大行程受到限制 。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院又称又称，是指在气缸活塞上置有永久磁环，是指在气缸活塞上置有永久磁环，利用直接安装在缸筒上的行程开关来检测气缸活塞位置的一种气缸。利用直接安装在缸筒上的行程开关来检测气缸活塞位置的一种气缸。一般的普通气缸、无杆气缸、磁性气缸、制动气缸、摆动马达、手一般的普通气缸、无杆气缸、磁性气缸、制动气缸、摆动马达、手指气缸等都能构成开关气缸。与以往在活塞杆端部设置挡块用行程指气缸等都能构成开关气缸。与以往在活塞杆端部设置挡块用行程控制阀发讯来检测行程的方法相比，用开关

32、气缸使控制阀发讯来检测行程的方法相比，用开关气缸使， 。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院所示为开关气缸。用于气所示为开关气缸。用于气缸发讯的行程开关有三种：缸发讯的行程开关有三种：、和和无论何种行程开关，在使用时都无论何种行程开关，在使用时都必须了解它的开关性能必须了解它的开关性能 。 开关气缸开关气缸1磁铁磁铁 2舌簧开关舌簧开关 3显示器显示器 4保护电路保护电路School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 开关特性开关特性1永久磁环永久磁环 2缸筒缸筒 3开

33、关接通开关接通 4开关断开开关断开 5开关中心开关中心表示了表示了。开关从接通状态至断开状态。开关从接通状态至断开状态活塞上磁环移动的距离称为活塞上磁环移动的距离称为。，再朝反方向移，再朝反方向移动使开关断开，这两个状态之间动使开关断开，这两个状态之间的距离称为的距离称为 。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院，其间的，其间的应是应是，为为 。，气缸所允许的活塞，气缸所允许的活塞由由下式决定：下式决定：tsv 式中式中 v允许的活塞最大速度，单位为允许的活塞最大速度，单位为m/s； s开关动作距离，单位为开关动作距离，单位为m

34、m； t 负载动作时间，单位为负载动作时间，单位为ms 。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院称为称为，也称，也称。制动装置一般安。制动装置一般安装在普通气缸的前端，其结构有装在普通气缸的前端，其结构有、等多种形式。按等多种形式。按制地劝方式有制地劝方式有、和和三种方式。三种方式。 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院所示为一种所示为一种。制动装置有两个工作状态，即制动装置有两个工作状态，即（松闸）和（松闸）和。 制动装置工作原理制动装置工作原理a）自由状态自

35、由状态 b）制动状态制动状态1复位弹簧复位弹簧 2制动钳制动钳 3制动弹簧制动弹簧 4制动活塞制动活塞 5活塞杆活塞杆（图（图）气缸运动时，在）气缸运动时，在，使，使下移，则下移，则处于放松状态，处于放松状态，可以可以自由移动自由移动 。（图（图）当气缸活塞杆从）当气缸活塞杆从运动状态进入制动状态时，运动状态进入制动状态时，迅速排迅速排气，气，使使在在的的作用下张开，卡紧作用下张开，卡紧使之停止运使之停止运动动 。由由可知，可知，是靠弹簧力是靠弹簧力使活塞杆停在任意位置的。因此在动力使活塞杆停在任意位置的。因此在动力源出现故障的情况下，制动装置仍能自源出现故障的情况下，制动装置仍能自动而且可靠

36、地保持制动力。同时，在交动而且可靠地保持制动力。同时，在交变载荷或存在工作压力脉动以及系统出变载荷或存在工作压力脉动以及系统出现泄漏的情况下，制动装置仍可使活塞现泄漏的情况下，制动装置仍可使活塞杆长时间地精确制动和定位杆长时间地精确制动和定位 。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院是一种是一种，具有，具有、，常用，常用来构成各种来构成各种、，故称为，故称为，又称为，又称为。坐标气缸是构成模块化气动机械手水平移动和垂直移动。坐标气缸是构成模块化气动机械手水平移动和垂直移动的驱动模块的驱动模块 。School of Mechani

37、cal Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院所示为所示为。该缸中导向筒可移动，而相对应该缸中导向筒可移动，而相对应的活塞杆是固定的。的活塞杆是固定的。，导向筒带动挡块，导向筒带动挡块4一起运一起运动，动，。由图可见，终端固定接块可用来由图可见，终端固定接块可用来调整气缸的行程，在其内装置液调整气缸的行程，在其内装置液压缓冲器和接近式传感器压缓冲器和接近式传感器 。 坐标气缸坐标气缸1活塞杆活塞杆 2导向筒导向筒 3精密导向滚珠轴承精密导向滚珠轴承 4挡块挡块School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院这种气缸

38、的这种气缸的有：有：1）气缸内置）气缸内置及及结构，精密导向有四个结构，精密导向有四个、的的，保证了，保证了、及及；2）气缸在全行程上）气缸在全行程上，且行程位置的调整并，且行程位置的调整并；3）行程终端设有）行程终端设有，；4）内置）内置可检测可检测 。 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院能实现各种抓取功能，是现代气动机械手的关键部能实现各种抓取功能，是现代气动机械手的关键部件。件。所示的手指气缸的特点有：所示的手指气缸的特点有： 所有的结构都是所有的结构都是，能实现，能实现，可，可，； ； 在气缸两侧可安装在气缸两侧可安

39、装； 有有、； 。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 手指气缸手指气缸a）平行手指平行手指所示为所示为，平行手指，平行手指通过两个活塞工作。每个活塞由一个滚通过两个活塞工作。每个活塞由一个滚轮和一个双曲柄与气动手指相连，形成轮和一个双曲柄与气动手指相连，形成一个特殊的驱动单元。这样，气缸手指一个特殊的驱动单元。这样，气缸手指总是径向移动，每个手指是不能单独移总是径向移动，每个手指是不能单独移动的动的 。，则，则处于处于，而，而处于处于状状 。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院

40、东南大学机械工程学院 手指气缸手指气缸 b）摆动手指摆动手指所示为所示为，活塞杆上，活塞杆上有一个环形槽，由于手指耳轴与环形槽相有一个环形槽，由于手指耳轴与环形槽相连，因而手指可同时移动且连，因而手指可同时移动且，并，并确保确保 。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 手指气缸手指气缸c）旋转手指旋转手指 所示为所示为，。与与一根可一根可固定在一起。轴固定在一起。轴的末端有三个环形槽，这些槽与两个的末端有三个环形槽，这些槽与两个驱动轮的齿啮合。因而，两个手指可驱动轮的齿啮合。因而，两个手指可同时移动并自动对中，其齿轮齿条啮同时

41、移动并自动对中，其齿轮齿条啮合原理确保了抓取力矩始终恒定合原理确保了抓取力矩始终恒定 。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 是一种由气缸和液压缸构成的组合缸。由气缸产生是一种由气缸和液压缸构成的组合缸。由气缸产生驱动力，而用液压缸的阻尼调节作用获得平稳的运动。这种气驱动力，而用液压缸的阻尼调节作用获得平稳的运动。这种气缸常用于机床和切削加工的进给驱动装置，克服普通气缸在负缸常用于机床和切削加工的进给驱动装置，克服普通气缸在负载变化较大时容易产生的载变化较大时容易产生的“”或或“”现象，满足驱动现象，满足驱动刀具进行切削加工的

42、要求。刀具进行切削加工的要求。气液阻尼缸有气液阻尼缸有和和两种结构两种结构 。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 气液阻尼缸气液阻尼缸a）串联式串联式 b）速度特性速度特性 1负载负载 2液压缸液压缸 3节流阀节流阀 4单向阀单向阀5贮油杯贮油杯 6中盖中盖 7气缸气缸1） 、所示为这种气液阻尼缸的所示为这种气液阻尼缸的及其及其。它由一根活。它由一根活塞杆将气缸活塞和液压缸活塞串塞杆将气缸活塞和液压缸活塞串联在一起，两缸之间用联在一起，两缸之间用隔开，隔开，防止空气与液压油互窜。在液压防止空气与液压油互窜。在液压缸的进出口处

43、连接了调速用的液缸的进出口处连接了调速用的液压单向节流阀。由压单向节流阀。由和和组成的组成的可调节液压缸可调节液压缸的排油量，从而调节活塞运动的的排油量，从而调节活塞运动的速度速度 。，液，液压缸右腔排油，此时单向阀打开，压缸右腔排油，此时单向阀打开，回油快，使活塞快速退回。图示回油快，使活塞快速退回。图示节流机构能实现慢进节流机构能实现慢进快退的速快退的速度特性，如度特性，如所示。若图所示。若图中去掉单向阀，则能实现慢进中去掉单向阀，则能实现慢进慢退的速度特性慢退的速度特性 。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 气液阻尼缸

44、气液阻尼缸 c）并联式并联式 2） 所示为这所示为这种气液阻尼缸的种气液阻尼缸的。其特点是。其特点是与与，；一段行一段行程（或调节）。其工作原理和速度特性程（或调节）。其工作原理和速度特性与串联式气液阻尼缸相同。与串联式气液阻尼缸相同。 这种结构这种结构是，是，、，。液压缸能单独制造，便于选用。液压缸能单独制造，便于选用。；液压缸活塞杆与气缸活；液压缸活塞杆与气缸活塞杆轴线以及负载作用线应处在同一轴塞杆轴线以及负载作用线应处在同一轴线上，否则运动时会产生附加力矩，引线上，否则运动时会产生附加力矩，引起运动速度的不稳定等现象起运动速度的不稳定等现象 。School of Mechanical E

45、ngineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 是一种新型的拉伸型执行元件，是是一种新型的拉伸型执行元件，是2000年新概念气年新概念气动元件。如同人类的肌肉那样仿生气动肌腱能产生很强的收缩力，动元件。如同人类的肌肉那样仿生气动肌腱能产生很强的收缩力，其以其以。从结构上看，从结构上看，具有具有、等零部件，而仿生气动等零部件，而仿生气动肌腱却肌腱却“简单简单”很多：一段加强的纤维管两很多：一段加强的纤维管两端由连接器固定（见端由连接器固定（见），因为没有运），因为没有运动的机械零件和外部摩擦，故寿命比一般气动的机械零件和外部摩擦，故寿命比一般气缸更长、更耐用，应用范围更广缸更长、更

46、耐用，应用范围更广 。图图3-23 仿生气动肌腱仿生气动肌腱School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 并不如其外形所示那样似乎仅是一根并不如其外形所示那样似乎仅是一根普通的橡胶管，而是一个普通的橡胶管，而是一个。如上所述，仿生气动肌。如上所述，仿生气动肌腱实质上是由腱实质上是由与与组成。这种特殊材质纤维格栅网预先嵌入在能承受高负载、组成。这种特殊材质纤维格栅网预先嵌入在能承受高负载、高吸收能力的橡胶材料之中（即预先与具有高强度、高弹性能力高吸收能力的橡胶材料之中（即预先与具有高强度、高弹性能力的橡胶硫化在其中）。的橡胶硫化在其中）

47、。 仿生气动肌腱工作原理图仿生气动肌腱工作原理图a）伸长伸长 b）收缩收缩如如所示，所示，开始变形，使开始变形，使变大，在直径方向膨变大，在直径方向膨胀，在长度方向收缩，气动肌腱便由此产生轴向拉力。胀，在长度方向收缩，气动肌腱便由此产生轴向拉力。，迫使迫使回复到原来位置，回复到原来位置，恢复原状。仿生气动肌腱的收缩长度与气压成正比，若配合后述恢复原状。仿生气动肌腱的收缩长度与气压成正比，若配合后述比例控制阀（详见第四章）使用，可调节气动肌腱的终端位置比例控制阀（详见第四章）使用，可调节气动肌腱的终端位置 。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南

48、大学机械工程学院 仿生气动肌腱相当于一个仿生气动肌腱相当于一个，其，其是同是同样直径普通单作用气缸的样直径普通单作用气缸的，而，而仅为普通单作用气缸的仅为普通单作用气缸的；与产生相等力的气缸相比，其与产生相等力的气缸相比，其仅为普通气缸的仅为普通气缸的； ，、 ；，是世界上，是世界上能被卷折起来的气动驱动器能被卷折起来的气动驱动器 ； 能根据用户要求，用剪刀能根据用户要求，用剪刀 ； /，工作时，工作时。具体表现在：当工。具体表现在：当工作行程临近终点时作行程临近终点时；在低速运动时，；在低速运动时，、，也，也现象；现象； 尽管仿生气动肌腱结构简单，但根据输入压力大小，也尽管仿生气动肌腱结构简

49、单，但根据输入压力大小，也（不是十分精确的定位）；（不是十分精确的定位）；，因此，因此，清洁优势十分突出。，清洁优势十分突出。 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 的独特优势使它在工业自动化领域有着广泛的应用。的独特优势使它在工业自动化领域有着广泛的应用。其较适合于其较适合于、/、，甚至，甚至、等，典型应用如等，典型应用如（）所示。此外，）所示。此外，气动肌腱还可以用于制作动感电影院的气动肌腱还可以用于制作动感电影院的等，可以大大增等，可以大大增加观众身临其境的感觉加观众身临其境的感觉 。School of Mechanic

50、al Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 是实现是实现或或的执行元件的执行元件 。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院所示为所示为。和和4固固定不动，定不动，可在可在的孔内移动，的孔内移动，与与相交一个相交一个。高压油经配油盘的窗口进入缸体的柱塞孔时，处。高压油经配油盘的窗口进入缸体的柱塞孔时，处在高压腔中的柱塞被顶出，压在斜盘上，在高压腔中的柱塞被顶出，压在斜盘上，可分解为两个分力，可分解为两个分力，和和，带动，带动转动。转动。 轴向柱塞式液压马达的轴向柱塞式液压马达的工作原理工作原理1斜盘斜盘

51、2缸体缸体 3柱塞柱塞 4配油盘配油盘 5马达轴马达轴School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 轴向柱塞式液压马达的轴向柱塞式液压马达的工作原理工作原理1斜盘斜盘 2缸体缸体 3柱塞柱塞 4配油盘配油盘 5马达轴马达轴设设和和，则在柱塞上产生的，则在柱塞上产生的为：为： sintansinRFRFrFTxyyi 式中式中 柱塞在缸体中的分布圆半径柱塞在缸体中的分布圆半径 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 sintanRFTx 随着随着的变化，每个柱塞产生的

52、转矩也发生变化，故液压马达的变化，每个柱塞产生的转矩也发生变化，故液压马达产生的产生的也是也是，它的脉动情况和讨论液压泵流量脉动，它的脉动情况和讨论液压泵流量脉动时的情况相似时的情况相似 。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院是指液压马达是指液压马达进口处的压力；进口处的压力；是指液压马达在是指液压马达在条件下，按条件下，按规定规定 。 是指液压马达轴是指液压马达轴由其由其的的得到的油液体积得到的油液体积 ；是指在是指在的情况下，由的情况下，由得到得到所需输入油液的流量所需输入油液的流量 。School of Mechanic

53、al Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院：由于有：由于有，为了达到液压马达要求的转速，实，为了达到液压马达要求的转速，实际输入的际输入的 须须。容积效率。容积效率 为：为：tVqq：由于有：由于有，液压马达的，液压马达的一定一定。因此机械效率为。因此机械效率为 ：tmTT School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院液压马达的液压马达的为：为： mV 液压马达液压马达 为为：pqP i液压马达液压马达为为 ：nTTP 2 o式中式中 液压马达进、出口的压力差；液压马达进、出口的压力差； 液压马达的角速度和转

54、速。液压马达的角速度和转速。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院液压马达能产生的液压马达能产生的 为：为：t12 Tp V液压马达输出的液压马达输出的为：为：m12TpV液压马达的液压马达的时，马达的时，马达的为：为： VqnV School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院液压马达和液压泵结构基本相同，按液压马达和液压泵结构基本相同，按分有分有、和和等几种。按等几种。按可分为可分为和和两大类两大类 。School of Mechanical Engineering东南

55、大学机械工程学院东南大学机械工程学院高速液压马达的高速液压马达的通常为通常为、和和等，其等，其是是（一般高于（一般高于）、）、，故又称，故又称。具有具有、及及等优点；其缺点是等优点；其缺点是、等。等。具有具有、及及等优点；其缺点是等优点；其缺点是、。目前，叶片式液压马达的最高转速有的已达。目前，叶片式液压马达的最高转速有的已达。具有具有、和和等等；其；其是是、。按其结构特点又可分为。按其结构特点又可分为和和两类两类 。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 轴向点接触柱塞式液压马轴向点接触柱塞式液压马达结构图达结构图1轴轴 2斜

56、盘斜盘 3轴承轴承 4鼓轮鼓轮 5弹簧弹簧 6传动销传动销 7缸体缸体 8配油盘配油盘 9柱塞柱塞 10推杆推杆所示是所示是。在。在和和间装入间装入，在鼓轮的圆周上均，在鼓轮的圆周上均匀分布着匀分布着，液压力作用在柱，液压力作用在柱塞上并通过推杆作用的斜盘上，推塞上并通过推杆作用的斜盘上，推杆在斜盘反作用力的作用下产生一杆在斜盘反作用力的作用下产生一个对个对的转矩，迫使鼓轮转动，又的转矩，迫使鼓轮转动，又通过传动键带动马达轴，同时通过通过传动键带动马达轴，同时通过带动缸体旋转。缸体在带动缸体旋转。缸体在和柱塞孔内的压力油作用下贴紧在和柱塞孔内的压力油作用下贴紧在上上 。这种结构使缸体和柱塞只受

57、轴向力，这种结构使缸体和柱塞只受轴向力，因而因而、和和磨损均匀，又缸体内孔与马磨损均匀，又缸体内孔与马达轴的接触面较小，有一定的自位达轴的接触面较小，有一定的自位作用，使缸体的作用，使缸体的和和贴合好，减小了端面间贴合好，减小了端面间的泄漏，并使配油盘表面磨损后能的泄漏，并使配油盘表面磨损后能得到自动补偿得到自动补偿 。这种液压马达的斜盘的这种液压马达的斜盘的，所以是一种所以是一种 。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院的的是是、，可，可在马达轴转速为在马达轴转速为，可达，可达。所以又称。所以又称 。School of Mec

58、hanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院分为分为和和两大类。两大类。，转子旋转一周，每个柱塞往复工作一次。它又有，转子旋转一周，每个柱塞往复工作一次。它又有和和之分。径向柱塞式单作用液压马达，主轴是偏心的。多作用液压之分。径向柱塞式单作用液压马达，主轴是偏心的。多作用液压马达，设有导轨曲线，曲线的数目就是作用次数，转子旋转一周，马达，设有导轨曲线，曲线的数目就是作用次数，转子旋转一周，每个柱塞往复工作多次。它同样有径向和轴向之分。单作用马达每个柱塞往复工作多次。它同样有径向和轴向之分。单作用马达，。但存在。但存在，。多作用马达。多作用马达，可得，可得。但其

59、。但其， 。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院 连杆型单作用径向柱塞式液压马达原理图连杆型单作用径向柱塞式液压马达原理图壳体壳体 柱塞柱塞 连杆连杆 曲轴曲轴 配油轴配油轴所示为所示为。在。在内有内有，通过通过与与相连相连接，连杆的接，连杆的与与的偏心轮外圆接触，的偏心轮外圆接触，与与用用相连相连 。压力油经压力油经进入进入马达的进油腔后，通马达的进油腔后，通过过、进入相应的柱塞缸的进入相应的柱塞缸的顶部，作用在柱塞上顶部，作用在柱塞上的液压作用力的液压作用力通过通过连杆作用于偏心轮中连杆作用于偏心轮中心心O1，它的切向分力

60、，它的切向分力对曲轴旋转中心对曲轴旋转中心O形形成成，使曲轴逆时，使曲轴逆时针方向旋转。针方向旋转。，所以产生的转矩大，所以产生的转矩大小也不同。曲轴输出的小也不同。曲轴输出的总转矩等于与进油腔相总转矩等于与进油腔相通的柱塞所产生的转矩通的柱塞所产生的转矩之和。此时之和。此时、与与相通，油液相通，油液经配油轴流回油箱。曲经配油轴流回油箱。曲轴旋转时带动配油轴同轴旋转时带动配油轴同步旋转，步旋转， 因此，因此，不断发不断发生变化，从而保证曲轴生变化，从而保证曲轴会连续旋转。若进、排会连续旋转。若进、排油口互换，则液压马达油口互换，则液压马达反转，过程与以上相同反转，过程与以上相同这种液压马达的这