液压执行元件

液压执行元件第一页，共二十九页，编辑于2023年，星期三6/11/20231第4章液压执行元件液压执行元件是将液压泵供给的液压能转换为机械能而对负载作功，实现直线往复运动或旋转运动。常见的液压执行元件为：液压缸（实现直线往复运动，输出F和v）和液压马达（实现旋转运动，输出T和n）4.1液压缸的类型和特点4.2液压缸的设计计算4.3液压缸的结构设计4.4液压马达4.5液压执行元件常见故障及排除方法第二页，共二十九页，编辑于2023年，星期三6/11/202324.1液压缸的类型和特点液压缸是是用来实现工作机构直线往复运动或小于360o

摆动运动的能量转换装置。其结构形式有活塞缸、柱塞缸、摆动缸三大类。液压缸结构简单、工作可靠、在液压系统中得到广泛的应用。4.1.1活塞式液压缸4.1.2柱塞式液压缸4.1.3其它形式的常用缸第三页，共二十九页，编辑于2023年，星期三6/11/202334.1.1活塞式液压缸液压缸的分类液压缸单作用式双作用式无弹簧式附弹簧式柱塞式单杆式双杆式双作用式：两腔均能进出压力油，活塞（缸体）能作正、反两个方向移动的液压缸;单作用式：只有一腔能进出压力油，活塞（缸体）只能依靠液压力作单向运动，回程需借助自重/外力的液压缸;第四页，共二十九页，编辑于2023年，星期三6/11/202344.1.1活塞式液压缸1.双作用双杆液压缸特点：1）由于双杆活塞缸两端的活塞杆直径通常是相等的，两腔面积相等；

2）压力相同时，推力相等，流量相同时，速度相等。即具有等推力等速度特性；（a）缸体固定式（b）活塞固定式第五页，共二十九页，编辑于2023年，星期三6/11/202354.1.1活塞式液压缸当活塞的直径为D，活塞杆的直径为d，液压缸进、出油腔的压力为p1和p2，输入流量为q时，双杆活塞缸的推力F和速度v分别为：

适用场合：适用于要求往复运动速度和输出力相同的工况；第六页，共二十九页，编辑于2023年，星期三6/11/202364.1.1活塞式液压缸1.双作用单杆液压缸特点：1）两腔面积不等,A1>A2；

2)

压力相同时，推力不等；流量相同时，速度不等。即不具有等推力等速度特性；（a）无杆腔进油（b）有杆腔进油（c）差动连接第七页，共二十九页，编辑于2023年，星期三6/11/202374.1.1活塞式液压缸（1）无杆腔进油第八页，共二十九页，编辑于2023年，星期三6/11/202384.1.1活塞式液压缸（2）有杆腔进油∵A1>A2

∴v1<v2F1>F2

故活塞杆伸出时，推力较大，速度较小；活塞杆缩回时，推力较小，速度较大；

结论：

活塞杆伸出时，适用于重载慢速（无杆腔进油）；活塞杆缩回时，适用于轻载快速（有杆腔进油）；第九页，共二十九页，编辑于2023年，星期三6/11/202394.1.1活塞式液压缸（3）差动连接差动连接：单杆活塞缸在其左右两腔都接通高压油；由上可知：差动连接时实际起有效作用的面积是活塞杆的横截面积；在输入油液压力p和流量相同q的条件下，活塞运动速度较大而推力较小;应用：广泛用于组合机床的液压动力滑台和其它机械设备的快速运动中；第十页，共二十九页，编辑于2023年，星期三6/11/2023104.1.1活塞式液压缸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：

差动连接无杆腔进油有杆腔进油

快进工进快退

v3、F3v1、F1v2、F2第十一页，共二十九页，编辑于2023年，星期三6/11/2023114.1.2柱塞式液压缸主要特点：单作用液压缸，要双向运动需成对使用；适用于行程较长的场合；推力和速度分别为:v=q/A=4q/πd2;F=pA=pπd2/4；垂直安装；第十二页，共二十九页，编辑于2023年，星期三6/11/2023124.1.3其它形式的常用缸1.增压缸局部区域获得高压：令K=D2/d2；

K—增压比增压缸只能将高压油输入其它液压缸以获得大的推力，其本身不能直接作为执行元件；第十三页，共二十九页，编辑于2023年，星期三6/11/2023134.1.3其它形式的常用缸2.伸缩式套筒液压缸伸缩缸是由两级或多级活塞缸套装而成，又称多级缸。伸缩缸中活塞伸出的顺序是从大至小，而空载缩回的顺序一般是从小至大。当输入流量相同时，外伸速度逐次增大，推力逐渐减小。常用于安装空间小而行程要求很长的场合；应用：∵工作时可伸很长，不工作时缩短∴占地面积小，且推力随行程增加而减小可应用于起重机伸缩臂、自动倾卸卡车等第十四页，共二十九页，编辑于2023年，星期三6/11/2023144.1液压缸的类型和特点液压缸的图形符号：双作用单活塞杆液压缸双作用双活塞杆液压缸第十五页，共二十九页，编辑于2023年，星期三6/11/2023154.2液压缸的设计计算本节内容参考课本P50-P52第十六页，共二十九页，编辑于2023年，星期三6/11/2023164.3液压缸的结构设计1.液压缸的典型结构第十七页，共二十九页，编辑于2023年，星期三6/11/2023174.3液压缸的结构设计2.液压缸主要部件1）缸筒：

主要是由钢材制成，缸筒内要经过精细加工，表面粗糙度Ra<0.08um，以减少密封件的摩擦。2）盖板：

通常由钢材制成，有前端盖和后端盖，安装在缸筒的前后两端，盖板和缸筒的连接方法有焊接、拉杆、法兰、罗纹连接等。3）活塞：

通常用钢或铸铁，也可采用铝合金。活塞和缸筒内壁间需要密封，采用的密封件有O形环、V形油封、U形油封、X形油封和活塞环等。而活塞应有一定的导向长度，一般取活塞长度为缸筒内径的（0.6～1.0）倍。4）活塞杆：由钢材做成实心杆或空心杆，表面经淬火再镀铬处理并抛光。第十八页，共二十九页，编辑于2023年，星期三6/11/2023184.3液压缸的结构设计3.结构设计(1)缸体与端盖的连接(2)活塞和活塞杆结构(3)液压缸的缓冲装置(4)液压缸的排气装置(5)液压缸的密封装置第十九页，共二十九页，编辑于2023年，星期三6/11/2023194.3液压缸的结构设计(1)缸体与端盖的连接图a所示为法兰连接式，结构简单，容易加工，也容易装拆，但外形尺寸和重量都较大，常用于铸铁制的缸筒上。图b所示为半环连接式，它的缸筒壁部因开了环形槽而削弱了强度，为此有时要加厚缸壁，它容易加工和装拆，重量较轻，常用于无缝钢管或锻钢制的缸筒上。图c和图d所示为螺纹连接式，它的缸筒端部结构复杂，外径加工时要求保证内外径同心，装拆要使用专用工具，它的外形尺寸和重量都较小，常用于无缝钢管或铸钢制的缸筒上。图e所示为拉杆连接式，结构的通用性大，容易加工和装拆，但外形尺寸较大且较重,拉杆受力后会拉伸变形，影响端部密封效果，只适于低压;图f所示为焊接连接式，结构简单尺寸小，但缸底处内径不易加工，且可能引起变形。第二十页，共二十九页，编辑于2023年，星期三6/11/2023204.3液压缸的结构设计(2)活塞和活塞杆结构整体式：适用于活塞行程较短的结构；焊接式：结构简单尺寸小，但缸底处内径不易加工，且可能引起变形。锥销式：常用于双杆缸，加工容易，装配简单，但承载能力小，且需防止脱落;螺纹式：常用于单杆缸，结构简单，装拆方便，但需防止螺母松动。半环式：常用于高压大负载或振动比较大的场合，强度高，但结构复杂，装拆方便。

第二十一页，共二十九页，编辑于2023年，星期三6/11/2023214.3液压缸的结构设计(3)液压缸的缓冲装置产生原因：在质量较大、速度较高(v>12m/min），由于惯性力较大，活塞运动到终端时会撞击缸盖，产生冲击和噪声，严重影响加工精度，甚至使液压缸损坏。常在大型、高速、或高精度液压缸中设置缓冲装置或在系统中设置缓冲回路。缓冲原理：利用活塞或缸筒在其走向行程终端时封住活塞和缸盖之间的部分油液，强迫它从小孔或细缝中挤出，以产生很大的阻力，使工作部件受到制动，逐渐减慢运动速度，达到避免活塞和缸盖相互撞击的目的。第二十二页，共二十九页，编辑于2023年，星期三6/11/2023224.3液压缸的结构设计(4)液压缸的排气装置系统在安装或停止工作后常会渗入空气，使液压缸产生爬行、振动和前冲，换向精度降低等。故必须设置排气装置。排气方法：1）排气孔油口设置在液压缸最高处；2）排气塞像螺钉；3）排气阀使液压缸两腔经该阀与油箱相通启动时，拧开排气阀使液压缸空载往复运动几次即可；第二十三页，共二十九页，编辑于2023年，星期三6/11/2023234.3液压缸的结构设计(5)液压缸的密封装置为了防止液压油的泄露，采用密封装置；1.间隙密封2.密封圈密封(a)间隙密封(b)摩擦环密封(c)O形圈密封(d)V形圈密封第二十四页，共二十九页，编辑于2023年，星期三6/11/2023244.4液压马达液压马达是使负载作连续旋转的执行元件，其内部构造与液压泵类似。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；

液压马达则是输入液压油，输出的是转矩和转速。因此，液压马达和液压泵在细部结构上存在一定的差别。第二十五页，共二十九页，编辑于2023年，星期三6/11/2023254.4液压马达1、液压马达分类及特点

按结构来分可以分为齿轮式、叶片式、柱塞式等其它形式。按液压马达的额定转速分为高速和低速两大类。（额定转速高于500r/min的属高速液压马达，额定转速低于500r/min的属于低速液压马达）。高速液压马达的基本形式有齿轮式、螺杆式、叶片式和轴向柱塞式等。高速液压马达的主要特点是转速高、转动惯量小，便于启动和制动。通常高速液压马达输出转矩不大（仅几十N.m到几百N.m），所以又称为高速低转矩马达。低速液压马达的基本形式是径向柱塞式，低速液压马达的主要特点是排量大、体积大、转速低（可达每分钟几转甚至零点几转）、输出转矩大（可达几千N.m到几万N.m）,所以又称为低速大转矩液压马达。第二十六页，共二十九页，编辑于2023年，星期三6/11/2023264.4液压马达2.液压马达的图形符号：第二十七页，共二十九页，编辑于2023年，星期三6/11/2023274.4液压马达3.液压马达的参数计算第二十八页，共二十九页，编辑于2023年，星期三6/11/202328故障现象产生原因排除方法爬行1．外界空气进入缸内2．密封压得太紧3．活塞与活塞杆不同轴4．活塞杆弯曲变形5．缸筒内壁拉毛，局部磨损严重或腐蚀6．安装位置有误差7．双活塞杆两端螺母拧得太紧8．导轨润滑不良1．开动系统，打开排气塞（阀）强迫排气2．调整密封，保证活塞杆能用手拉动而试车时无泄漏即可3．校正或更换，使同轴度小于ф0.04mm4．校正活塞杆，保证直线度小于0.1/10005．适当修理，严重者重磨缸孔，按要求重配活塞6．校正7．调整8．适当增加导轨润滑油量推力不足，速度不够或逐渐下降1．缸与活塞配合间隙过大或Ｏ形密封圈破坏2．工作时经常用某一段，造成局部几何形状误差增大，产生泄漏3．缸端活塞杆密封压得过紧，摩擦力太大4．活塞杆弯曲，使运动阻力增加1．更换活塞或密封圈，调整到合适