液压与气压传动 (第5版) 课件 第3、4章 液压缸、液压辅助元件

第三章

液压缸2024/5/28知识目标掌握：1.液压缸的主要类型及结构。2.活塞缸的工作特点、速度与输出力的计算。理解：1.差动缸的特点。

2.活塞式、柱塞式、摆动式液压缸的特点与应用。

3.数字液压缸的结构和工作原理。了解：增压缸和伸缩缸的工作特点。技能目标1.会分析活塞缸的结构。2.能按正确的步骤对活塞缸进行拆装。2024/5/28河南机电职业学院

重点难点重点：

1.活塞液压缸的结构。2.活塞液压缸的速度与输出力的计算。3.数字液压缸的工作原理。难点：1.活塞液压缸的速度与输出力的计算。2.差动缸、密封、缓冲、排气。2024/5/28河南机电职业学院液压缸的功用

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。2024/5/28河南机电职业学院第一节

液压缸的分类和特点

按结构不同可为三类:1.活塞式液压缸2.柱塞式液压缸3.摆动液压缸（摆动液压马达）

2024/5/28河南机电职业学院2024/5/28河南机电职业学院

按运动形式不同:1.直线运动活塞缸、柱塞缸2.摆动摆动缸按作用方式：

1.单作用液压力只能使液压缸单向运动，反向依靠外力。

2.双作用液压力可使液压缸实现两个方向的运动。

一、活塞缸

活塞缸的分类:

按伸出活塞杆不同可分为：双杆、单杆、无杆。

按固定方式不同可分：为缸体固定、活塞杆固定。

2024/5/28河南机电职业学院1.双活塞杆缸（1）工作原理2024/5/28河南机电职业学院活塞缸输出力和速度计算

F=pA

F

=

2024/5/28河南机电职业学院（2）特点和应用

1）特点：因两腔面积相等，压力相同时，输出力相等，流量相同时，速度相等。即具有等输出力等速度特性。2）应用：常用于往复运动速度和负载相同的场合，如磨床。2024/5/28河南机电职业学院工作过程

实心双杆活塞式液压缸—

缸体固定式

空心双杆活塞式液压缸—

杆固定式2024/5/28河南机电职业学院

实心双杆活塞式液压缸—缸体固定式进油腔回油腔运动方向左右活塞右移右左活塞左移

运动范围等于3倍有效行程，适用于小型液压设备。进油腔位置与活塞运动方向相反。2024/5/28河南机电职业学院空心双杆活塞式液压缸—杆固定式

进油腔回油腔运动方向左右缸体左移

右左缸体右移

运动范围等于2倍有效行程，适用于行程长的大、中型液压设备，

进油腔位置与活塞运动方向相同。2024/5/28河南机电职业学院2.单活塞杆缸

（1）工作原理2024/5/28河南机电职业学院结构动画速度、输出力计算

无杆腔进油时

有杆腔进油时

差动连接

2024/5/28河南机电职业学院无杆腔进油时

F1=A1p

2024/5/28河南机电职业学院有杆腔进油时

2024/5/28河南机电职业学院（2）单杆活塞缸的特点

两腔面积不等，A1>A2压力相同时，输出力不等。流量相同时，速度不等。即不具有等输出力等速度特性。

常把无杆腔进油作为工作行程，

把杆腔进油作为空载退回行程。2024/5/28河南机电职业学院（3）差动连接式液压缸

差动连接速度、输出力计算特点

应用2024/5/28河南机电职业学院差动连接

单杆活塞液压缸两腔同时通入油液时，两端面积差进行工作的连接形式。2024/5/28河南机电职业学院差动连接速度、输出力计算

2024/5/28河南机电职业学院差动连接特点在不增加流量的前提下，实现快速运动，输出力减小。

差动缸在组合机床上采用较多。2024/5/28河南机电职业学院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、F3

v1、F1

v2、F2

动画演示2024/5/28河南机电职业学院单活塞杆液压缸简单连接比较∵A1>A2

∴v1

<v2F1>F2

故活塞杆伸出时，输出力较大，速度较小活塞杆缩回时，输出力较小，速度较大因而：活塞杆伸出时，适用于重载慢速

活塞杆缩回时，适用于轻载快速若即

快进与快退运动速度相等2024/5/28河南机电职业学院单活塞杆液压缸简单连接结论活塞杆直径越小，两个方向速度差值越小。

固定方式和工作过程皆与双杆活塞液压缸相同。运动行程皆为两倍的活塞或缸体的有效行程。2024/5/28河南机电职业学院2024/5/28河南机电职业学院例3-1

有一双作用单杆活塞液压缸，已知缸内径D=100mm，活塞杆直径d=70mm，进入液压缸的流量q=40L/min，进油压力p1=5MPa，回油压力p2=0，计算在无杆腔进油、有杆腔进油、差动连接三种情况下，液压缸的运动速度大小和方向，输出力的大小和方向。解：（1）无杆腔进油

运动方向由无杆腔向有杆腔运动，输出力方向和运动方向相同。2024/5/28河南机电职业学院2024/5/28河南机电职业学院（2）有杆腔进油运动方向由有杆腔向无杆腔运动，输出力方向和运动方向相同。2024/5/28河南机电职业学院（3）差动连接运动方向由无杆腔向有杆腔运动，输出力方向和运动方向相同。二、

柱塞式液压缸定义结构工作原理速度、输出力计算特点2024/5/28河南机电职业学院定义

在缸体内做相对往复运动的组件是柱塞的液压缸。

2024/5/28河南机电职业学院柱塞式液压缸结构2024/5/28河南机电职业学院原理动画原理动画柱塞式液压缸工作原理

自重只能单向运动，回程需靠外力

弹簧力需双向运动时，常成对使用。

2024/5/28河南机电职业学院柱塞式液压缸速度、输出力计算

v=q/A=4q/πd2

F=pA=πd2p/42024/5/28河南机电职业学院柱塞缸的特点

柱塞缸的特点是柱塞与缸筒无配合要求，缸筒内孔不需精加工，甚至可不加工。运动时由缸盖上的导向套来导向，它特别适用于行程较长的场合。

主要用在龙门刨床、导轨磨床、大型拉床等大行程设备的液压系统中。2024/5/28河南机电职业学院

三、摆动液压缸（摆动液压马达）

分类组成双叶片摆动式液压马达特点2024/5/28河南机电职业学院摆动液压缸分类

1.叶片式摆动缸

叶片式又分单叶片式、双叶片

。2024/5/28河南机电职业学院叶片式摆动液压缸组成缸体、定子块、叶片、摆动轴等

单叶片缸的摆动角不超过280°，双叶片缸的摆动角不超过150°。2024/5/28河南机电职业学院叶片式摆动液压缸工作原理当缸的一个油口进压力油，另一油口回油时，叶片在压力油作用下往一个方向摆动，带动轴偏转一定角度（小于3600），当进回油口互换时，摆动缸反转。2024/5/28河南机电职业学院双叶片摆动式液压缸

T双=2T单

ω双=1/2·ω单

2024/5/28河南机电职业学院

2．齿轮齿条式摆动缸

齿轮齿条式摆动缸的原理是将液压缸的往复运动通过齿条带动齿轮，转化成齿轮轴的正反向摆动旋转，将缸的输出力转化成齿轮轴的输出扭矩。齿轮齿条式摆动缸结构有单齿条和双齿条两种。2024/5/28河南机电职业学院齿轮齿条式摆动缸结构2024/5/28河南机电职业学院2024/5/28河南机电职业学院

2.齿轮齿条式摆动缸

双齿条式单齿条式摆动液压缸特点结构紧凑，输出转矩大，但密封困难，一般只用于中低压系统。常用于机床送料装置、回转夹具、机器人手臂等液压系统中。2024/5/28河南机电职业学院四、其它形式的常用缸

增压缸（增压器）

伸缩缸（多级缸）

2024/5/28河南机电职业学院1.增压缸（增压器）

作用

结构

增压原理2024/5/28河南机电职业学院增压缸的作用

增压缸能将输入的低压转变为高压油，向液压系统中的某一支路供油。2024/5/28河南机电职业学院增压缸结构

由大、小直径分别为为D和d的复合缸筒和复合活塞组成。2024/5/28河南机电职业学院增压缸增压原理

A1p1=A2p2

p1πD2/4=p2πd2/4

p2=D2/d2p1D2/d2—增压比

2024/5/28河南机电职业学院增压缸特点

在不增大pp的前提下，来增大输出压力，有单作用断续增压、双作用连续增压两种方式。

增压缸不能直接作为执行元件。2024/5/28河南机电职业学院2.伸缩缸结构

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。

2024/5/28河南机电职业学院伸缩缸工作原理活塞或柱塞伸出时，从大到小，速度逐渐增大，输出力逐渐减小。活塞或柱塞缩回时，从小到大。

动画演示2024/5/28河南机电职业学院伸缩缸特点应用工作时可伸很长，不工作时缩短，占地面积小，且输出力随行程增加而减小，起重机伸缩臂、自动倾卸卡车、火箭发射台等皆用。2024/5/28河南机电职业学院第二节液压缸的结构一、缸体组件二、活塞组件三、液压缸的缓冲四、液压缸的排气2024/5/28河南机电职业学院一、缸体组件缸件组件包括缸筒、前后缸盖和导向套。a.法兰式b.半环式c.拉杆式d.螺纹式2024/5/28河南机电职业学院二、活塞组件活塞组件包括活塞和活塞杆活塞和活塞杆的连接形式有下列几种:a.整体式b.焊接式c.锥销式d.螺纹式e.卡环式2024/5/28河南机电职业学院三、液压缸的缓冲

液压缸的缓冲装置是为了防止活塞在行程终了时和缸盖发生撞击。常见的缓冲装置有以下三种。（1）环状间隙式缓冲装置：图a为圆柱形环隙式缓冲装置、图b为圆锥形环隙式。（2）可变节流式缓冲装置：图c为可变节流式缓冲装置。（3）可调节流式缓冲装置：图d为可调节缓冲装置。2024/5/28河南机电职业学院

a.圆柱形环隙式b.圆锥形环隙式c.可变节流式d.可调节流式

2024/5/28河南机电职业学院四、液压缸排气

液压系统中混入空气后会使其工作不稳定，产生振动、噪声、低速爬行及启动时突然前冲现象。要保证液压缸的正常工作，需排除积留在液压缸内的空气。图示为排气塞结构。2024/5/28河南机电职业学院

第三节数字油缸

数字油缸与伺服液压系统不同之处在于数字油缸的运动特性完全被数字化，即:电脉冲的频率与油缸的运动速度对应，电脉冲的数量与油缸的行程对应，而这种对应关系是通过数字油缸内部的设计、制造过程确定好的，无需任何外部的诸如:传感器、调节器、调节参数等来保障。2024/5/28河南机电职业学院

一、数字油缸的特点

1．可以实现单缸多段调速、多点定位、完成曲线轨迹运动。2．动力大，使液压缸活塞杆完全按照步进电机的运动而运动，又有几百、几千吨的推力。3．控制系统简单，一台微机或可编程逻辑控制器（PLC）就可以完成单或多缸的多点、多速控制。4．液压系统高度简化，只需液压泵、溢流阀组成的液压源就可接管使用。5．具备总线控制和连续控制功能。2024/5/28河南机电职业学院

二、数字油缸的结构工作原理

三通阀控缸式数字缸由步进电机和液压放大器两部分组成。步进电机和液压放大器之间，设了减速齿轮。液压放大器是一个直接反馈式液压伺服机构，由控制阀、活塞杆和螺杆螺母反馈机构组成。2024/5/28河南机电职业学院2024/5/28河南机电职业学院当阀芯右移时，滑阀控制边a工作，pc与供油腔的阀口开大，液压油进入缸的右腔，由于Ac面积大于Ar，Ar/Ac＝1/2。活塞向左移动，带动活塞杆外伸，在活塞向左移的同时，同活塞联成一体的反馈螺母带动阀芯左移，减小阀开口，实现了直接位置负反馈，阀口关小，开口量又恢复到初始状态。输入连续脉冲，则步进电机连续旋转，随着活塞杆外伸，若输入负脉冲时，步进电机反转，刚阀芯左移，滑阀控制边b工作，pc腔与回油腔的阀口开启，活塞向右运动，活塞杆缩回，螺杆为空心结构，以便将沿螺纹泄漏的到活塞杆内腔的油引回油箱。第四章液压辅助元件知识目标掌握：1.过滤器、蓄能器的结构和工作原理。

2.各种过滤器适用场合。理解：过滤比的定义。了解：

油箱的功用，管件的种类。技能目标1.会正确使用热交换器，把油温控制在正常范围，会正确选用管接头，密封件。2.能正确使用和维护过滤器和蓄能器。2024/5/28河南机电职业学院

液压系统中的辅助元件包括：油管、过滤器、蓄能器、油箱、密封件等，这些元件结构简单，但对于液压系统的工作性能、噪声、温升、可靠性等，有直接的影响。如过滤器功用就是过滤油液中的杂质，根据统计，液压系统的故障有75%以上是由于油液不洁净造成，正确使用和维护过滤器，就可以减少液压系统的故障发生，保证系统系统正常工作。2024/5/28河南机电职业学院第四章液压辅助元件第一节油管及管接头第二节过滤器第三节蓄能器第四节油箱和热交换器第五节密封装置2024/5/28河南机电职业学院第一节油管及管接头一、油管油管用于在液压系统中输送油液，连接液压元件。液压系统中常用的油管有钢管、铜管、橡胶软管、尼龙管、塑料管等多种类型。需根据安装位置、工作压力来选用。2024/5/28河南机电职业学院2024/5/28河南机电职业学院管接头橡胶管铜管二、管接头

管接头用于油管与油管、油管与元件之间的连接件。管接头的形式常用的几种：1—接头体2—螺母

3—管套4—扩口薄管5—密封垫6—接管7—钢管8—卡套

9—组合密封垫

10—橡胶软管2024/5/28河南机电职业学院

快速接头

1、7—弹簧2、6—阀芯3—钢球4—外套5—接头体8—弹簧座2024/5/28河南机电职业学院第二节过滤器一、过滤器的结构过滤器的功用是清除油液中的各种杂质，以免其划伤、磨损、甚至卡死有相对运动的元件，或堵塞零件上的小孔及缝隙，影响系统的正常工作，降低液压元件的寿命。过滤器可分为网式、线隙式、纸芯式、烧结式及磁性过滤器等。

过滤比是单位体积的流入液体与流出液体中大于规定尺寸的颗粒数量之比，用β表示。以颗粒尺寸等级作为β下标。如β10＝75表示液体中大于10μm颗粒数量在过滤器上游是下游的75。2024/5/28河南机电职业学院1.过滤器的基本要求（1）有适当的过滤比（2）有足够的过滤能力（3）有一定的机械强度2.过滤器的类型2024/5/28河南机电职业学院（1）

网式过滤器

网式过滤器由筒形骨架2上包一层或两层铜丝网3组成，过滤比由网孔的大小和层数决定，有80、100、180μm三个规格。网式过滤器结构简单，清洗方便，通油能力大，流动损失小。2024/5/28河南机电职业学院（2）

线隙式过滤器

由用铜线或铝线绕在筒形芯架1的外部而成的滤芯2和壳体3组成。流入壳体内的油液经线间缝隙流入滤芯内，再从上部孔道流出。常安装在压油管路上，其特点是过滤比较高，通油能力大，但不易清洗。2024/5/28河南机电职业学院（3）纸芯式过滤器

纸芯式过滤器的结构与线隙式过滤器相似，只是滤芯为纸质，它的结构紧凑，通油能力大，但无法清洗，需经常更换滤芯。动画2024/5/28河南机电职业学院（4）烧结式过滤器

滤芯3通常由青铜等颗粒状金属烧结而成，利用颗粒间的微孔进行过滤。过滤比高，抗腐蚀，滤芯强度大，能在较高油温下工作，但易堵塞，难于清洗，颗粒易脱落。动画演示2024/5/28河南机电职业学院

烧结式过滤器

2024/5/28河南机电职业学院（5）磁性过滤器

磁性过滤器是利用磁铁吸附油液中的铁质微粒，但一般结构的磁性过滤器对其他污染物不起作用，所以常把它用作复式过滤器的一部分。2024/5/28河南机电职业学院

强磁管路过滤器

采用高矫顽力的强磁性材料与阻拦滤网组合而成，吸附力是一般磁性材料的十倍，具有在瞬间液流冲击或高流速状态下，吸附微米级的铁磁性污染物的能力，避免了液压元件的卡死或磨擦时的磨损，延长液压元件及液压系统的使用寿命，增强液压系统的可靠性，在电液伺服系统和电液比例系统中应用。2024/5/28河南机电职业学院强磁管路过滤器2024/5/28河南机电职业学院二、过滤器的安装位置1）安装在液压泵的吸油管路；2）安装在压油管路上；3）安装在回油路；4)过滤器旁路安装；5）为独立的过滤系统。（1-3为常用的安装位置，4只有部分油液过滤，5用于大型液压系统。）2024/5/28河南机电职业学院第三节蓄能器

蓄能器是液压系统中的储能元件，它储存液体的压力能，并在需要时释放出来供给系统。蓄能器常用有活塞式和气囊式两种，以气囊式蓄能器最为常用。2024/5/28河南机电职业学院1．蓄能器结构

图为气囊式蓄能器，气囊3用耐油橡胶制成，固定在耐高压壳体2的上部，气体由充气阀充入气囊内（一般为氮气）。提升阀是一个用弹簧加载的菌形阀，压力油全部排出时，该阀能防止气囊膨胀挤出油口。2024/5/28河南机电职业学院2.蓄能器的功用

1）作辅助动力源2）保压和补充泄漏3）吸收压力脉动2024/5/28河南机电职业学院3.蓄能器的安装与使用1）蓄能器应将油口向下垂直安装，装在管路上的蓄能器必须用支架固定。2）蓄能器与泵之间应设置单向阀，以防止压力油向泵倒流。蓄能器与系统之间应设截止阀，供充气、调整和检修时使用。3）用于吸收压力脉动和液压冲击的蓄能器，应尽量安装在接近发生压力脉动或液压冲击的部位。4）蓄能器是压力容器，使用时必须注意安全，搬运和拆装时应先排出压缩气体。2024/5/28河南机电职业学院第四节油箱和热交换器一、油箱油箱的用途：贮油、散热、分离油中空气和沉淀油中的杂质