液压与气压传动第四章执行元件

1、第第4章章 执行元件执行元件v定义：按一定要求，将流体的压力能量转化为机械定义：按一定要求，将流体的压力能量转化为机械能，实现直线、转动和摆动运动的传动装置称为执能，实现直线、转动和摆动运动的传动装置称为执行元件。行元件。v执行元件主要包括缸和马达。执行元件主要包括缸和马达。 v缸用作为动力源，实现直线往复运动，输出力和直缸用作为动力源，实现直线往复运动，输出力和直线位移。线位移。 v马达用作为动力源，实现连续回转运动，输出力矩马达用作为动力源，实现连续回转运动，输出力矩和角位移。和角位移。 v作用：压力能-机械能 用于实现直线往复运动 1. 液压缸的作用和分类活塞缸单杆双杆柱塞缸摆动缸分类单

2、作用双作用按作用方式按结构一、一、 液压缸液压缸2. 活塞式液压缸（1）单杆活塞缸1) 结构：缸体、活塞、活塞杆、密封、缸盖等2) 工作原理：工作原理：因两侧有效作用面积或油液压力不等， 活塞在液压力的作用下，作直线往复运动。无杆腔进油腔回油腔有杆腔职能符号：n单杆单作用活塞缸n单杆双作用活塞缸双向液压驱动 单向液压驱动，回程靠外力。3) 基本参数a. 推力式中： p1进油压力 p2回油压力mDpdDp4)44(22221mApApF)(22111mdDpDp)44(422221mApApF)(12212mpdppD4)(422212mpdppD4)(412212b. 速度n特点：同样 q ，

3、v1 F2 。4. 应用：往返运动速度及推力不同的场合。2114DqAqvvv)(42222dDqAqvvvq1q2p q4）单杆活塞缸的差动连接差动缸推力：速度：22134dqAqAAqv杆21qqq322311vAqvAq3231vAqvA)(213AAvqn特点：v3 v1 ；F3 F1 。结论：差动连接后，速度大，推力小结论：差动连接后，速度大，推力小。代入上式：4)(221213dppAAAppApAF杆活塞只有一个，设此时的速度为v3杆Aqv 322Aqv 32vv 22244dDd222dDd222dD dD22AA杆如令：则有：结论：当dD2时，快进、快退速度相等。Dd707.

4、 0或1） 结构特点：两侧有效工作面积一样。mmppdDApApFF)(4)(21222121)(42221dDqAqvvvv（2）双杆活塞缸2）.基本参数：3） 应用职能符号：l活塞有效工作行程。4）安装方式缸固定 L=3 l杆固定 L=2 l两个方向力和速度一样的场合。缸固定L = 3 lL杆固定杆固定时、缸移动软管空心杆L = 2 lL 液压缸的组成v1 活塞和活塞杆v2 缸体和缸盖v3 密封装置v4 缓冲装置v5 排气装置 双杆活塞缸活塞两侧都有活塞杆伸出，根据安装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。方式不同又分为活塞杆固定式和缸筒固定

5、式两种。液压缸的缓冲装置环形缝隙节流缓冲小孔节流缓冲 在运动速度较高和运动部件的质量较大时，防止活塞在行程终点与缸盖和缸底发生碰撞，引起冲击，损坏液压缸液压缸的排气装置缸盖上的排气孔排气阀 在运动速度较高和运动部件的质量较大时，防止活塞在行程终点与缸盖和缸底发生碰撞，引起冲击，损坏液压缸双作用双活塞杆液压缸的典型结构活塞杆活塞杆端盖端盖缸体缸体活塞活塞密封密封活塞杆活塞杆导向套导向套导向套导向套开口销开口销双作用单活塞杆液压缸缸体缸体活塞活塞活塞杆活塞杆支承环支承环密封密封导向套导向套2. 柱塞缸柱塞缸（1）单柱塞缸单向液压驱动，回程靠外力。（2）双柱塞缸双向液压驱动直线运动摆动运动活塞缸单杆

6、双杆双作用差动柱塞缸单作用伸缩缸摆动缸（摆动马达）齿轮缸1.伸缩式液压缸压盖压盖端盖端盖套筒活塞套筒活塞活塞活塞缸体缸体端盖端盖套筒活套筒活塞端盖塞端盖二特殊功能缸二特殊功能缸 v结构：由两个或多个活塞缸或柱塞缸套装而成，有单作结构：由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。用和双作用之分。v工作原理：活塞或柱塞伸出时，从大到小，工作原理：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，从小到大。特点应用：工作时可伸很长，不工作时缩短，占地面积特点应用：工作时可伸很长，不工作时缩短，占地面积小，且

7、推力随行程增加而减小小，且推力随行程增加而减小 。 2.齿条活塞缸压缩空气推动活塞6带动齿条3作直线运动，齿条3则推动齿轮4作旋转运动，由输出轴5（齿轮轴）输出力矩。输出轴与外部机构的转轴相连，让外部机构作摆动。1. 结构：叶片、缸体、输出轴n双叶片式n单叶片式3.摆动液压缸2. 参数计算及用途v单叶片 摆角360omppRRbT)(2212122)(222122RRbqnmn双叶片 摆角180o 转矩是单叶片的两倍， 角速度是单叶片的一半。n用途：实现摆动往复运动n职能符号：摆动马达4.4.气液阻尼缸气液阻尼缸 与液体相比，气体具有可压缩性。因此，在外载荷发生变与液体相比，气体具有可压缩性。

8、因此，在外载荷发生变化时会导致气缸的输出运动产生化时会导致气缸的输出运动产生“爬行爬行”或或“自移自移”现象。现象。 气液阻尼缸是一种由气缸和液压缸构成的组合缸。由气缸产气液阻尼缸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。这种气缸常用于机床和切削加工的进给驱动装置气缸常用于机床和切削加工的进给驱动装置,克服了普通气缸克服了普通气缸在负载变化较大时容易产生的在负载变化较大时容易产生的“爬行爬行”或或“自移自移”现象，可以现象，可以满足驱动刀具进行切削加工的要求。在要求气缸有较高的位置满足驱动刀

9、具进行切削加工的要求。在要求气缸有较高的位置和速度精度时，宜使用气液阻尼缸。和速度精度时，宜使用气液阻尼缸。图10.14 气液阻尼缸1)串联气液阻尼缸串联气液阻尼缸 组成：组成：1.负载负载 2.油缸油缸 3.节流阀节流阀 4.单向阀单向阀 5.油杯油杯 6.隔板隔板 7.气缸气缸 液压缸和气缸共用同一缸体，气缸活塞和液压缸活液压缸和气缸共用同一缸体，气缸活塞和液压缸活塞用一根活塞杆串联起来，两缸之间用中盖塞用一根活塞杆串联起来，两缸之间用中盖6隔开，防止隔开，防止空气与液压油互窜。在液压缸的进、出口处连接了调速用空气与液压油互窜。在液压缸的进、出口处连接了调速用的液压单向节流阀，通过调节液压

10、缸的排油量，从而调节的液压单向节流阀，通过调节液压缸的排油量，从而调节活塞运动的速度。活塞运动的速度。 气液阻尼缸的结构，一般是将气液阻尼缸的结构，一般是将双活塞杆腔作为液压缸，这样双活塞杆腔作为液压缸，这样可使液压缸左右两腔进排油量可使液压缸左右两腔进排油量相等，此时贮油杯内的油液只相等，此时贮油杯内的油液只用于补充因液压缸泄漏而减少用于补充因液压缸泄漏而减少的流量。的流量。 图10.14 气液阻尼缸1）串联气液阻尼缸）串联气液阻尼缸 工作进给时，气缸右腔进气，活塞杆左行，液压缸左腔排油，工作进给时，气缸右腔进气，活塞杆左行，液压缸左腔排油，由于此时单向阀关闭，所以排油路线只能经由节流阀进入

11、液压缸右由于此时单向阀关闭，所以排油路线只能经由节流阀进入液压缸右腔。对活塞杆的运动起阻尼作用。调节节流阀的开口量大小，就可腔。对活塞杆的运动起阻尼作用。调节节流阀的开口量大小，就可调节活塞的运动速度；调节活塞的运动速度； 返回时，气缸左腔进气，活塞杆右行，液压缸右腔排油，由返回时，气缸左腔进气，活塞杆右行，液压缸右腔排油，由于此时单向阀打开，液压缸无阻尼，所以排油路线可经单向于此时单向阀打开，液压缸无阻尼，所以排油路线可经单向阀快速进入液压缸左腔，实现快退。阀快速进入液压缸左腔，实现快退。 2)并联气液阻尼缸并联气液阻尼缸 并联式气液阻尼缸的工作原理是液压缸与气缸用刚性连接板并联并联式气液阻

12、尼缸的工作原理是液压缸与气缸用刚性连接板并联在一起。在一起。 并联式气液阻尼缸的结构特点是：结构紧凑，气缸和液压缸之间并联式气液阻尼缸的结构特点是：结构紧凑，气缸和液压缸之间没有窜气现象。使用时应注意：气缸活塞杆轴线应与负载作用线处没有窜气现象。使用时应注意：气缸活塞杆轴线应与负载作用线处在同一轴线上，从而减小附加力矩对运动平稳性的影响。在同一轴线上，从而减小附加力矩对运动平稳性的影响。 5.增压气缸增压气缸利用液体的不可压缩性和力的平衡原理，在小活塞端输出高利用液体的不可压缩性和力的平衡原理，在小活塞端输出高压的液体。压的液体。 利用压力和作利用压力和作用面积乘积相用面积乘积相等，可在小面等

13、，可在小面积端获得较高积端获得较高压力。压力。 将两个缸径相同的普通双作用气缸串联在一起即为串联气缸，如图所示。将两个缸径相同的普通双作用气缸串联在一起即为串联气缸，如图所示。 由于两个活塞串联在一根活塞杆上，其输出力比一个活塞的气缸增由于两个活塞串联在一根活塞杆上，其输出力比一个活塞的气缸增加一倍。这种气缸常用于要求增加气缸输出力，而不能增大气缸直径，加一倍。这种气缸常用于要求增加气缸输出力，而不能增大气缸直径，但允许增长缸体的场合。但允许增长缸体的场合。 6)串联气缸串联气缸 7)7)气动手爪（手指气缸）气动手爪（手指气缸） v图（图（c c）所示为）所示为FESTOFESTO旋转气爪旋转

14、气爪，其，其动作和齿轮齿条的动作和齿轮齿条的啮合原理相似。两啮合原理相似。两个气爪可同时移动个气爪可同时移动并自动对中，其齿并自动对中，其齿轮齿条原理确保了轮齿条原理确保了抓取力矩始终桓定。抓取力矩始终桓定。v图（图（d d）所示为）所示为FESTOFESTO三点气爪，三点气爪，三三个气爪同时开闭，个气爪同时开闭，适合夹持圆柱体工适合夹持圆柱体工件及工件的压入工件及工件的压入工作。作。 图10.18 （a）平行手爪 （b）摆动手爪 （c）旋转手爪 （d）三点手爪 （a） （b） （c） （d） 气爪能实现各种抓取功能，是现代气动机械手的关键部件。气爪能实现各种抓取功能，是现代气动机械手的关键部

15、件。 v图（图（a）所示为）所示为FESTO平行气爪，平行气爪，平行气爪通过两个活塞工作，两个气爪对平行气爪通过两个活塞工作，两个气爪对心移动。这种气爪可以输出很大的抓取力，既可用内抓取，也可用于外抓取。心移动。这种气爪可以输出很大的抓取力，既可用内抓取，也可用于外抓取。v图（图（b b）所示为）所示为FESTOFESTO摆动气爪，摆动气爪，内外抓取内外抓取40400 0摆角摆角 ，抓取力大，并确保抓取，抓取力大，并确保抓取力矩始终恒定。力矩始终恒定。气动手爪（手指气缸）气动手爪（手指气缸） 图10.18 （a）平行手爪 （b）摆动手爪 （c）旋转手爪 （d）三点手爪 （a） （b） （c）

16、（d） 气爪能实现各种抓取功能，是现代气动机械手的关键部件。气爪能实现各种抓取功能，是现代气动机械手的关键部件。 图所示的气爪的特点是：图所示的气爪的特点是： 1、所有的结构都是双作用的，能实现双向抓取，可自动对中，重复精度高；、所有的结构都是双作用的，能实现双向抓取，可自动对中，重复精度高； 2、抓取力矩恒定；、抓取力矩恒定； 3、在气缸两侧可安装非接触式检测开关；、在气缸两侧可安装非接触式检测开关； 4、有多种安装、连接方式。、有多种安装、连接方式。 按结构分：按结构分：柱塞式柱塞式、叶片式叶片式和和齿轮式齿轮式 按排量分：按排量分：定量和变量定量和变量 按调节方式分：按调节方式分：手动式

17、和自动式，自动手动式和自动式，自动 式又分限压式、恒功率式、恒压式和恒式又分限压式、恒功率式、恒压式和恒 流式等。流式等。 按自吸能力分：按自吸能力分：自吸式和非自吸式自吸式和非自吸式齿轮马达齿轮马达 1 1、齿轮马达的工作原理、齿轮马达的工作原理 图为外啮合齿轮图为外啮合齿轮马达的工作原理图。马达的工作原理图。图中图中P点为两齿轮的啮点为两齿轮的啮合点，当压力油进入合点，当压力油进入齿轮马达时齿轮马达时,压力油分压力油分别作用在两个齿面上。别作用在两个齿面上。由图可知，在两个齿由图可知，在两个齿轮上各有一个使轮上各有一个使 其产生转矩的作用力，其产生转矩的作用力， 两齿轮便按图示方向两齿轮便

18、按图示方向旋旋 转，齿轮马达输出转，齿轮马达输出轴上轴上 也就输出旋转力也就输出旋转力矩。矩。 齿轮马达和齿轮泵在结构上的主要区别如下：齿轮马达和齿轮泵在结构上的主要区别如下：（1 1）齿轮泵一般只需一个方向旋转，为了减小径向不）齿轮泵一般只需一个方向旋转，为了减小径向不平衡液压力，因此吸油口大，排油口小。而齿轮马达平衡液压力，因此吸油口大，排油口小。而齿轮马达则需正、反两个方向旋转，因此进油口大小相等。则需正、反两个方向旋转，因此进油口大小相等。 （2 2）齿轮马达的内泄漏不能像齿轮泵那样直接引到低）齿轮马达的内泄漏不能像齿轮泵那样直接引到低压腔去，而必须单独的泄漏通道引到壳体外去。因为压腔去，而必须单独的泄漏通道引到壳体外去。因为马达低压腔有一定背压，如果泄漏油直接引到低压腔，马达低压腔有一定背压，如果泄漏油直接引到低压腔，所有与泄漏通道相连接的部分都按回油压力承受油压所有与泄漏通道相连接的部分都按回油压力承受油压力，这可能使轴端密封失效。力，这可能使轴端密封失效。2 2、结构特点、