第5章液压执行元件new

1、1 第5章 液压传动执行元件2 第4章 液压传动执行元件第第5 5章章 液压传动执行元件液压传动执行元件各种类型液压缸及其特点各种类型液压缸及其特点5.2液压缸设计计算液压缸设计计算5.4液压缸的类型液压缸的类型5.1液压缸的典型结构与组成液压缸的典型结构与组成5.3液压马达液压马达5.53 第5章 液压传动执行元件第五章 液压传动执行元件 本章主要介绍液压系统中做旋转运动或做直线往复运本章主要介绍液压系统中做旋转运动或做直线往复运动的执行元件动的执行元件液压马达和液压缸。本章是以后液压马达和液压缸。本章是以后学习和分析液压基本回路和系统的重要基础。学习和分析液压基本回路和系统的重要基础。重点

2、：1. 1. 液压马达的主要性能参数；液压马达的主要性能参数；2. 2. 单活塞杆液压缸的工作原理和结构；单活塞杆液压缸的工作原理和结构；4. 4. 液压缸基本参数的确定。液压缸基本参数的确定。难点：1. 1. 单活塞杆液压缸的差动连接。单活塞杆液压缸的差动连接。4 第5章 液压传动执行元件 液压马达和液压缸是将液压系统中的液压马达和液压缸是将液压系统中的压力能转换成机械能的压力能转换成机械能的能量转换装置能量转换装置，都，都是执行元件。液压马达驱动机构实现连续是执行元件。液压马达驱动机构实现连续的的回转（或摆动）回转（或摆动）运动，使系统输出一定运动，使系统输出一定的转矩和转速；液压缸实现的

3、转矩和转速；液压缸实现直线往复直线往复运动，运动，输出推力和速度。输出推力和速度。第五章第五章 液压传动执行元件液压传动执行元件5 第5章 液压传动执行元件第一节液压缸的类型 液压缸是将液压传动系统的液压缸是将液压传动系统的压力压力能转换成直线往复运动形式能转换成直线往复运动形式的机械能。的机械能。它结构简单，工作可靠，在各种机械它结构简单，工作可靠，在各种机械的液压系统中得到广泛应用。的液压系统中得到广泛应用。6 第5章 液压传动执行元件液压缸外形7 第5章 液压传动执行元件液压缸的作用8 第5章 液压传动执行元件 分类分类: : 根据常用液压缸的结构形式，根据常用液压缸的结构形式， 可以分

4、为可以分为活塞缸、柱塞缸和伸活塞缸、柱塞缸和伸 缩缸缩缸等。等。 根据使用要求不同分为根据使用要求不同分为单作用单作用 和双作用和双作用液压缸。液压缸。9 第5章 液压传动执行元件单作用液压缸双作用液压缸组合式液压缸活塞式液压缸柱塞式液压缸伸缩式液压缸单杆活塞缸双杆活塞缸伸缩式液压缸串联式液压缸齿条传动液压缸增压式液压缸10 第5章 液压传动执行元件单作用液压缸柱塞式液压缸柱塞式液压缸单活塞杆式液压缸单活塞杆式液压缸双活塞杆式液压缸双活塞杆式液压缸伸缩式液压缸伸缩式液压缸11 第5章 液压传动执行元件双作用液压缸单活塞杆式液压缸单活塞杆式液压缸双活塞杆式液压缸双活塞杆式液压缸伸缩式液压缸伸缩式

5、液压缸12 第5章 液压传动执行元件液压缸分类弹簧复位式液压缸弹簧复位式液压缸齿轮式液压缸齿轮式液压缸增压缸增压缸串联式液压缸13 第5章 液压传动执行元件第二节 各种类型液压缸及其特点（一）活塞式液压缸（一）活塞式液压缸 分为双杆式和单杆式两种结构，其安装有缸筒固定和活塞杆固定两种方式。1双杆活塞缸(双作用) 14 第5章 液压传动执行元件 双杆活塞缸的活塞两端都带有活塞杆，双杆活塞缸的活塞两端都带有活塞杆，两活塞杆直径相等，两端的有效作用面积相两活塞杆直径相等，两端的有效作用面积相同，当两端输入的流量同，当两端输入的流量q和压力和压力p相同时，其相同时，其往返运动速度往返运动速度v和推力和

6、推力F相等。相等。224()VqqvADd2212()()4mFDdpp15 第5章 液压传动执行元件特点 两腔面积相等；两腔面积相等； 压力相同时，推力相等，压力相同时，推力相等， 流量相同时，速度相等。流量相同时，速度相等。 即具有即具有等推力等速度等推力等速度特性特性 16 第5章 液压传动执行元件2.单杆活塞液压缸(分单作用和双作用)单杆活塞缸的活塞仅一端带有活塞杆，左右两腔的有效作用面积不相等，活塞双向运动可以获得不同的速度和输出力。连接方式：无杆腔进油、有杆腔进油和差动连接方式。c) 差动连接17 第5章 液压传动执行元件（1 1）无杆腔进油方式）无杆腔进油方式1214VVqqvA

7、D1112222212()()4mmFp Ap AD pDdp18 第5章 液压传动执行元件（2 2）有杆腔进油方式）有杆腔进油方式22224()VVqqvADd2122122212()()4mmFp Ap ADdpD p12AA1212,vv FF液压缸往复运动的速度比为：22221vDvDd1dD19 第5章 液压传动执行元件特点 活塞杆伸出时，推力较大，速度较小；活塞杆伸出时，推力较大，速度较小； 活塞杆缩回时，推力较小，速度较大。活塞杆缩回时，推力较小，速度较大。 因而：活塞杆伸出时，适用于重载因而：活塞杆伸出时，适用于重载 慢速场合；慢速场合； 活塞杆缩回时，适用于轻载活塞杆缩回时，

8、适用于轻载 快速场合。快速场合。20 第5章 液压传动执行元件 当液压油同时通入单活塞杆液压缸的两腔时，由于当液压油同时通入单活塞杆液压缸的两腔时，由于作用在活塞两侧端面上的推力不等，无杆腔的作用力较作用在活塞两侧端面上的推力不等，无杆腔的作用力较大，使活塞杆向右伸出，此时有杆腔排出的油液与泵供大，使活塞杆向右伸出，此时有杆腔排出的油液与泵供给油液汇合后进入液压缸的无杆腔，从而提高了运动速给油液汇合后进入液压缸的无杆腔，从而提高了运动速度。这种工况称为差动连接。度。这种工况称为差动连接。（3 3）差动连接方式）差动连接方式32124VVqqvAAd231121()4mmFp AAd p3232

9、31,qv Aqqv Aqv A21 第5章 液压传动执行元件特点 在不增加流量的前提下，实现在不增加流量的前提下，实现快速运动。快速运动。 适用于空载快进场合。适用于空载快进场合。 22 第5章 液压传动执行元件 单杆活塞液压缸应用 单杆活塞液压缸不同连接，可实现如下工作循环：单杆活塞液压缸不同连接，可实现如下工作循环： （差动连接）（差动连接） （无杆腔进油）（有杆腔进油）（无杆腔进油）（有杆腔进油） 快进快进 工进工进 快退快退 v3、F3 v1、F1 v2、F2 23 第5章 液压传动执行元件 柱塞式液压缸（单作用）柱塞式液压缸（单作用） 活塞式液压缸的内壁要求精加工，当液压缸较长时加

10、工就显得比较困难，因此在行程较长时多采用柱塞缸。柱塞缸的内壁不需要精加工，只需要对柱塞精加工，它结构简单，制造方便，成本低。24 第5章 液压传动执行元件 柱塞式液压缸（单作用）柱塞式液压缸（单作用） 柱塞缸的结构如图所示。它由缸体、柱塞、导套、密封圈、压盖等零件组成。25 第5章 液压传动执行元件特点伸出靠油压，回程靠外力；伸出靠油压，回程靠外力； 需双向运动时，常成对使用。需双向运动时，常成对使用。 26 第5章 液压传动执行元件特点 柱塞工作时总是受压，一般较粗；柱塞工作时总是受压，一般较粗； 水平放置易下垂，产生单边磨损，水平放置易下垂，产生单边磨损， 故常垂直放置，有时可做成空心；故

11、常垂直放置，有时可做成空心； 缸体内壁与柱塞不接触，缸体内壁与柱塞不接触， 可不加工或只粗加工，工艺性好；可不加工或只粗加工，工艺性好； 常用于长行程机床，如导轨磨床，龙门常用于长行程机床，如导轨磨床，龙门刨床，大型拉床等。刨床，大型拉床等。 27 第5章 液压传动执行元件 伸缩式液压缸结构结构：由：由两个或多个活塞缸或柱塞缸套装而成，有单两个或多个活塞缸或柱塞缸套装而成，有单作用和双作用之分。作用和双作用之分。工作过程工作过程：活塞或柱塞伸出时，从大到小，：活塞或柱塞伸出时，从大到小， 速度逐渐增大，推力逐渐减小。速度逐渐增大，推力逐渐减小。 活塞或柱塞缩回时，从小到大。活塞或柱塞缩回时，从

12、小到大。28 第5章 液压传动执行元件特点 工作时可伸很长，不工作时缩短工作时可伸很长，不工作时缩短 占地面积小，且推力随行程增加占地面积小，且推力随行程增加 而减小而减小 故适用于起重机伸缩臂、自动倾卸卡故适用于起重机伸缩臂、自动倾卸卡车、火箭发射台等皆用车、火箭发射台等皆用29 第5章 液压传动执行元件 摆动式液压缸 摆动液压缸能输出往复摆动运动，并可直接输出转矩，故又称为摆动液压马达，主要有单叶片式和双叶片式两种结构。30 第5章 液压传动执行元件 单叶片和双叶片摆动液压马达动画:31 第5章 液压传动执行元件特点 单叶片式摆动液压缸的摆角一般小于单叶片式摆动液压缸的摆角一般小于3603

13、60度；度； 双叶片式摆动液压缸的摆角一般小于双叶片式摆动液压缸的摆角一般小于150150度；度； 当输入相同压力和流量的条件下，双叶片式当输入相同压力和流量的条件下，双叶片式摆动液压缸摆动轴输出的转矩是单叶片式的摆动液压缸摆动轴输出的转矩是单叶片式的两倍，角速度则是单叶片式的一半。两倍，角速度则是单叶片式的一半。 摆动式液压缸结构紧凑，输出转矩大，常用摆动式液压缸结构紧凑，输出转矩大，常用于夹紧装置、送料装置、转位装置或间歇运于夹紧装置、送料装置、转位装置或间歇运动的系统中。动的系统中。32 第5章 液压传动执行元件（五）齿条活塞式液压缸特点：将直线运动转换为回转运动，其结构简单，制造容易，

14、常用于磨床的进刀机构、组合机床的回转工作台、回转夹具及自动线的转位机构、液压机构手等。33 第5章 液压传动执行元件 在某些短时或局部需要高压的液压系统中，在某些短时或局部需要高压的液压系统中，常用增压缸与低压大流量泵配合作用。常用增压缸与低压大流量泵配合作用。（六）增压液压缸34 第5章 液压传动执行元件 特点 在不增加系统压力的前提下，靠在不增加系统压力的前提下，靠减小面积来增加输出压力。减小面积来增加输出压力。 增压缸作为中间环节，不能直接增压缸作为中间环节，不能直接作为执行元件，用在低压系统要作为执行元件，用在低压系统要求有局部高压的支路。常用于压求有局部高压的支路。常用于压铸机、造型

15、机的液压系统。铸机、造型机的液压系统。 35 第5章 液压传动执行元件第三节 液压缸的典型结构与组成36 第5章 液压传动执行元件液压缸的组成部件液压缸的组成部件 缸筒组件活塞组件密封组件缓冲装置排气装置37 第5章 液压传动执行元件1. 缸筒组件缸筒组件与活塞组件构成密封的容腔，承受油压。因此缸筒组件要有足够的强度、较高的表面精度和可靠的密封性。缸筒组件指的是缸筒与缸盖，其使用材料、连接方式与工作压力有关，当工作压力p10MPa时，使用铸铁缸筒；当工作压力10MPa=p=20MPa时，使用铸钢或锻钢。38 第5章 液压传动执行元件表5-2 缸筒和缸盖的连接方式及其优缺点39 第5章 液压传动

16、执行元件 2. 活塞组件 包括活塞和活塞杆，包括活塞和活塞杆，根据工作压力、安装根据工作压力、安装形式及工作条件的不形式及工作条件的不同，活塞组件有多种同，活塞组件有多种结构形式。结构形式。图（图（a a）- -（d d）分别为）分别为螺纹连接，单半环式螺纹连接，单半环式连接，双半环式连接，连接，双半环式连接，锥销式连接。锥销式连接。4 521341（ d ）322（a）13图 4 -1 4 活 塞 和 活 塞 杆 连 接 的 结 构（ c ）（ b ）40 第5章 液压传动执行元件 3. 密封装置 密封装置是用来防止液压系统油液的内外泄漏和外界杂质的侵入。密封装置设计的好坏对于液压缸的静动态

17、性能的高低有着重要的影响，一般要求密封装置应具有良好的密封性、尽可能长的使用寿命、制造简单、拆装方便、成本低。41 第5章 液压传动执行元件当液压缸所驱动的工作部件质量较大,移动速度较快时,由于具有的动量大,致使在行程终了时,活塞与端盖发生撞击,造成液压冲击和噪声,甚至严重影响工作精度和发生破坏性事故,因此在大型、高速或要求较高的液压缸中往往须设置有缓冲装置。 4. 缓冲装置 （b）图 4-15 液压缸的缓冲装置（a）v2（c）1142 第5章 液压传动执行元件 5. 排气装置 43 第5章 液压传动执行元件排气装置通常有两种：一种是在液压缸的最高部位处开排气孔，并用管道连接排气阀进行排气，当

18、系统工作时该阀应关闭（图 a）。另一种是在液压缸的最高部位处装排气阀（图 b、c）（a）（c）（b）图 4-16 排气装置1-缸盖 2-放气小孔 3-缸筒 4-活塞杆1234 5. 排气装置 44 第5章 液压传动执行元件第四节第四节 液压缸设计计算液压缸设计计算 主要设计内容与设计步骤主要设计内容与设计步骤1) 1) 首先对整个液压系统进行首先对整个液压系统进行工况分析，编工况分析，编制负载图，选定工作压力制负载图，选定工作压力，根据使用要求确，根据使用要求确定液压缸的定液压缸的类型和结构形式类型和结构形式；2) 2) 再按照再按照负载情况、运动要求、最大行程负载情况、运动要求、最大行程以及

19、工作压力以及工作压力等确定液压缸的等确定液压缸的主要尺寸主要尺寸；3) 3) 进行强度、稳定性和缓冲验算；进行强度、稳定性和缓冲验算；4) 4) 最后进行具体的结构设计。最后进行具体的结构设计。45 第5章 液压传动执行元件液压缸设计中需要注意的问题液压缸设计中需要注意的问题1 1）要尽量缩小外型尺寸，使结构紧凑；）要尽量缩小外型尺寸，使结构紧凑；2) 2) 设计活塞杆最好受拉，以免产生纵向弯曲；设计活塞杆最好受拉，以免产生纵向弯曲；3) 3) 选择合适的密封方式，减小摩擦损失，提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；高密封效果，防止泄漏；4) 4) 根据具体情况适当考虑缓

20、冲装置（防止终根据具体情况适当考虑缓冲装置（防止终了活塞杆端部与缸盖撞击）和排气装置。了活塞杆端部与缸盖撞击）和排气装置。5 5）正确选择液压缸的安装固定方式。考虑到）正确选择液压缸的安装固定方式。考虑到液压缸的热胀冷缩，液压缸只能一端固定，液压缸的热胀冷缩，液压缸只能一端固定，另一端能自由伸缩。另一端能自由伸缩。46 第5章 液压传动执行元件二、液压缸主要尺寸的确定二、液压缸主要尺寸的确定 主要尺寸包括液压缸的内径D、活塞杆直径d、缸的长度L等，主要根据液压缸的负载、活塞运动速度和行程等因素来确定。47 第5章 液压传动执行元件1.1.缸筒内径缸筒内径D D根据最大总负载和选取的工作压力，或

21、运动速度和输入的流量，按照有关公式确定后，再从GB/T 2348-2001标准中选取相近尺寸加以圆整。对于单杆活塞缸而言有杆腔进油并且不考虑机械效率时：无杆腔进油并且不考虑机械效率时：上式中的活塞杆直径d可根据工作压力或设备类型选取，也可查机械设计手册。48 第5章 液压传动执行元件2.2.活塞杆直径活塞杆直径d d可根据工作压力选取，见下表所示，并按照标准进行圆整。对于单杆活塞缸而言当液压缸的往复速比有一定要求时：表表5-3 5-3 机床液压缸活塞杆直径推荐值机床液压缸活塞杆直径推荐值活塞杆受力情况受拉受压工作压力p1 / MPa活塞杆直径dd=(0.30.5)Dd=(0.50.55)Dd=

22、(0.60.7)Dd=0.7D 49 第5章 液压传动执行元件3.3.缸筒长度缸筒长度L L由最大工作行程及结构上的需要确定，通常包括活塞最大行程、活塞长度、活塞杆导向套长度、活塞杆密封长度和其他特殊要求的长度等。为减少加工难度，一般液压缸缸筒长度不应大于内径的2030倍。活塞长度：B=（0.61.0)D活塞杆导向套长度：A=（0.61.5)d50 第5章 液压传动执行元件三、液压缸的强度校核三、液压缸的强度校核在中、低压液压系统中，壁厚一般都不须验算，在高压系统中必须进行强度校核。 1.1.缸筒壁厚缸筒壁厚 的校核的校核51 第5章 液压传动执行元件 1.1.缸筒壁厚缸筒壁厚 的校核的校核5

23、2 第5章 液压传动执行元件 2.2.活塞杆直径活塞杆直径d d的校核的校核53 第5章 液压传动执行元件 54 第5章 液压传动执行元件 5.5 液压马达 液压马达是使负载作液压马达是使负载作旋转运动旋转运动的执行元件，其内部构造与液压泵的执行元件，其内部构造与液压泵类似，类似，差别仅在于液压泵的旋转是差别仅在于液压泵的旋转是由电机所带动，输出的是液压油；由电机所带动，输出的是液压油；液压马达则是输入液压油，输出的液压马达则是输入液压油，输出的是转矩和转速。是转矩和转速。视频1视频255 第5章 液压传动执行元件 一、液压马达的类型 与液压泵类似，从结构上看，常用的液压马达与液压泵类似，从结

24、构上看，常用的液压马达有柱塞式、叶片式和齿轮式等三大类。根据其排量有柱塞式、叶片式和齿轮式等三大类。根据其排量是否可调，可分为定量马达和变量马达；根据转速是否可调，可分为定量马达和变量马达；根据转速高低和转矩大小，液压马达又分为高速小转矩和低高低和转矩大小，液压马达又分为高速小转矩和低速大转矩马达等。另外，有些液压马达只能作小于速大转矩马达等。另外，有些液压马达只能作小于某一角度的摆动运动，称为摆动式液压马达。各类某一角度的摆动运动，称为摆动式液压马达。各类液压马达图形符号见图液压马达图形符号见图4-24-2。（a ）定量马达（b ）变量马达（c ）双向定量马达（d ）双向变量马达图4 - 2

25、 液压马达图形符号（e ）摆动液压马达56 第5章 液压传动执行元件二、典型液压马达的结构和工作原理 1 1齿轮液压马达齿轮液压马达视频57 第5章 液压传动执行元件2叶片马达观看动画观看动画58 第5章 液压传动执行元件3轴向柱塞马达观看动画观看动画24xFd p2tantan4yxFFd p2sintansin4iyTF Rd pR2(tansin )4iTd pR 水平分量与垂直分量：瞬时转矩与转矩之和：59 第5章 液压传动执行元件液压马达的性能参数 1 液压马达的压力液压马达的压力（1）工作压力）工作压力 指马达实际工作时的进口压力，实际工作压指马达实际工作时的进口压力，实际工作压力的大小取决于相应的负载。力的大小取决于相应的负载。（2）实际输出转矩）实际输出转矩 指进口压力与出口压力之差。指进口压力与出口压力之差。 2 液压马达的排量与流量液压马达的排量与流量（1）排量）排量 指马达的轴每转一周，由其密封容腔几何体积变指马达的轴每转一周，由其密封容腔几何体积变化而吸入的液体体积。化而吸入的液体体积。（2）理论流量）理论流量 指在不考虑泄漏的前提下，在单位时间内由指在不考虑泄漏的前提下，在单位时间内由其密封容腔几何体积变化而吸入的液体体积。其密封容腔几何体积变化而吸入的液体体积。（3）实际流量）实际流量