第4章-液压执行元件

第4章液压执行元件

HydraulicActuator

液压马达和液压缸是液压系统的执行元件。是将液压泵提供的液压能转变成机械能的能量转换装置。液压马达习惯上是指输出旋转运动的液压执行元件。液压缸是指输出直线运动的液压执行元件。第4章

液压执行元件(HydraulicActuator)湖南工程学院——液压与气压传动第4章

液压执行元件(HydraulicActuator)湖南工程学院——液压与气压传动

按供油方向分：

单作用缸和双作用缸。液压缸的分类

单活塞杆式液压缸双活塞杆式液压缸4.1液压缸的类型和特点(Classificationandcharacteristics)按活塞杆形式分：

单活塞杆缸、双活塞杆缸。湖南工程学院——液压与气压传动

按结构形式分：

活塞缸、柱塞缸、伸缩套筒缸、摆动液压缸。液压缸的分类柱塞式液压缸

单活塞杆式液压缸双活塞杆式液压缸弹簧复位式液压缸4.1液压缸的类型和特点(Classificationandcharacteristics)湖南工程学院——液压与气压传动

活塞式液压缸可分为双杆式和单杆式两种结构形式，其安装又有缸筒固定和活塞杆固定两种方式。4.1.1活塞式液压缸(Pistoncylinders)1、双活塞杆液压缸湖南工程学院——液压与气压传动1、双活塞杆液压缸双活塞杆液压缸的活塞两端都带有活塞杆，分为缸体固定和活塞杆固定两种安装形式。(a)缸筒固定式

(b)活塞杆固定式

4.1.1活塞式液压缸(Pistoncylinders)湖南工程学院——液压与气压传动活塞杆的推力和速度计算：式中：A—活塞的有效工作面积；

D—活塞的直径；d—活塞杆的直径；P1、P2—液压缸进、出油腔的压力；Q—输入流量图形符号4.1.1活塞式液压缸(Pistoncylinders)湖南工程学院——液压与气压传动(a)无杆腔进油

Ddq(b)有杆腔进油

q2、单活塞杆液压缸图形符号4.1.1活塞式液压缸(Pistoncylinders)湖南工程学院——液压与气压传动无杆腔进油有杆腔进油（4-4）（4-3）（4-6）（4-5）4.1.1活塞式液压缸(Pistoncylinders)湖南工程学院——液压与气压传动比较上述各式，可以看出：>,>；液压缸往复运动时的速度比为：（4.7）

上式表明：当活塞杆直径愈小时，速度比接近1，在两个方向上的速度差值就愈小。

4.1.1活塞式液压缸(Pistoncylinders)湖南工程学院——液压与气压传动4.1.1活塞式液压缸(Pistoncylinders)差动连接：单活塞杆缸两腔同时通压力油，p1=p2。差动连接的液压缸只能向一个方向运动。湖南工程学院——液压与气压传动差动连接（4-8）（4-9）4.1.1活塞式液压缸(Pistoncylinders)湖南工程学院——液压与气压传动如要求单活塞杆液压缸在差动连接时的活塞伸出速度与活塞缩回（非差动连接）的速度相等，即。则有：可得：按这种比例做的单杆缸称为差动液压缸。4.1.1活塞式液压缸(Pistoncylinders)湖南工程学院——液压与气压传动

图4.5柱塞缸

当活塞式液压缸行程较长时，加工难度大,使得制造成本增加。某些场合所用的液压缸并不要求双向控制,柱塞式液压缸正是满足了这种使用要求的一种价格低廉的液压缸。4.1.2柱塞式液压缸(Plungercylinders)湖南工程学院——液压与气压传动

如图所示，柱塞缸由缸筒、柱塞、导套、密封圈和压盖等零件组成，柱塞和缸筒内壁不接触，因此缸筒内孔不需精加工，工艺性好，成本低。4.1.2柱塞式液压缸(Plungercylinders)湖南工程学院——液压与气压传动如果要获得双向运动，可将两柱塞液压缸成对使用。为减轻柱塞的重量，有时制成空心柱塞。式中：d—柱塞直径，p1—进油压力，p2—另一缸的回油压力。4.1.2柱塞式液压缸(Plungercylinders)湖南工程学院——液压与气压传动1.伸缩式液压缸

Telescopiccylinders

结构：由两个或多个活塞缸或柱塞缸套装而成，前一级活塞缸的活塞是后一级活塞缸的缸筒，可获得很长的工作行程。伸缩缸广泛的用于起重运输车辆上。有单作用和双作用之分。b)双作用伸缩缸a)单作用伸缩缸4.1.3其他液压缸(Cylindersofothertypes)湖南工程学院——液压与气压传动结构：4.1.3其他液压缸(Cylindersofothertypes)湖南工程学院——液压与气压传动2齿条活塞缸

Rack-pistoncylinders齿条活塞缸由带有齿条杆的双作用活塞缸和齿轮齿条机构组成，活塞往复移动经齿条、齿轮机构变成齿轮轴往复转动。4.1.3其他液压缸(Cylindersofothertypes)湖南工程学院——液压与气压传动3增速缸

Boostingcylinders增速缸是活塞缸与柱塞缸组成的复合缸，活塞缸的活塞内腔是柱塞缸的缸筒，柱塞固定在活塞缸的缸筒上。增速缸可用于快速运动回路，在不增加泵的流量的前提下，使执行元件获得尽可能大的工作速度。4.1.3其他液压缸(Cylindersofothertypes)湖南工程学院——液压与气压传动4.2液压缸的典型结构和组成(Typicalconstructionsandmakeups)液压缸的典型结构湖南工程学院——液压与气压传动液压缸由缸体组件、活塞组件、密封件和连接件等基本部分组成。此外，根据缸的需要还设有缓冲装置和排气装置。4.2液压缸的典型结构和组成(Typicalconstructionsandmakeups)湖南工程学院——液压与气压传动1缸体组件的连接形式4.2.1缸体组件(Cylinderblockassembly)缸体组件通常由缸筒、缸盖、导向环和支承环等组成。湖南工程学院——液压与气压传动

缸筒

液压缸的主体，其内孔一般采用镗削、绞孔、滚压或珩磨等精密加工工艺制造，要求表面粗糙度在0.1

m~0.4

m。

端盖

装在缸筒两端，与缸筒形成封闭油腔，同样承受很大的液压力，因此，端盖及其连接件都应有足够的强度。

导向套

对活塞杆或柱塞起导向和支承作用，有些液压缸不设导向套，直接用端盖孔导向。缸筒，端盖和导向套的材料选择和技术要求可参考液压设计手冊。

2.缸筒、缸盖和导向套4.2.1缸体组件(Cylinderblockassembly)湖南工程学院——液压与气压传动4.3.2活塞组件

(Pistonassembly)

活塞组件由活塞、密封件、活塞杆和连接件等组成。1活塞与活塞杆的连接形式

如图所示，活塞与活塞杆的连接最常用的有螺纹连接和半环连接形式，除此之外还有整体式结构、焊接式结构、锥销式结构等。

1一活塞杆；2一活塞；3一密封圈；4一弹簧圈；5一螺母1一卡键；2一套环；3一弹簧卡圈4.2.2活塞组件(Pistonassembly)湖南工程学院——液压与气压传动4.2.2活塞组件(Pistonassembly)湖南工程学院——液压与气压传动螺纹式连接半环式连接

螺纹式连接：结构简单，装拆方便，但在高压大负载下备有螺帽防松装置。

半环式连接：结构较复杂，装拆不便，但工作较可靠。活塞和活塞杆制成整体式结构：只适用于尺寸较小的场合。活塞一般用耐磨铸铁制造，活塞杆不论是空心的还是实心的，大多用钢料制造。4.2.2活塞组件(Pistonassembly)湖南工程学院——液压与气压传动

密封按其工作原理可分为非接触式密封和接触式密封。

前者主要指间隙密封，后者指密封件密封。1间隙密封(Clearancesealing)：

它依靠运动件间的微小间隙来防止泄漏。

为了提高这种装置的密封能力，常在活塞表面制出几条细小的环形槽，以增大油液通过间隙时的阻力。它的结构简单，摩擦阻力小，可耐高温，但泄漏大，加工要求高，磨损后无法恢复原有能力，只有在尺寸较小、压力较低、相对运动速度较高的缸筒和活塞间使用。4.2.3密封装置(Sealsandsealingdevices)湖南工程学院——液压与气压传动在活塞的环槽中放置金属活塞环，活塞环有一个开口，依靠其弹性变形所产生的张力紧贴缸筒内壁来实现密封。这种密封具有自动补偿磨损的功能，密封效果好，能适应较大的压力与速度变化，耐高温、使用寿命长。缺点是制造工艺复杂，因此，它适用于高压、高速或密封性能要求高的场合。2活塞环密封4.2.3密封装置(Sealsandsealingdevices)湖南工程学院——液压与气压传动

它利用橡胶或塑料的弹性使各种截面的环形圈紧贴在静、动配合面之间来防止泄漏。结构简单，制造方便，磨损后有自动补偿能力，性能可靠，在缸筒和活塞之间、缸盖和活塞之间、活塞和活塞杆之间、缸筒和缸盖之间都能使用。

常用的密封件密封装置主要有：O形密封圈、Y型密封圈、v型密封圈、防尘圈及组合密封圈等。3密封圈密封4.2.3密封装置(Sealsandsealingdevices)湖南工程学院——液压与气压传动（1）O形密封圈(“O”ringseal)0形密封圈的截面为圆形，主要制造材料为耐油橡胶。主要用于静密封和滑动密封（转动密封用得较少）。适用速度范围为0.005~0.3m/s。图4-13O形圈密封当工作压力较高时（用于动密封，压力＞10MPa，用于静密封，压力＞32MPa），为防止O形圈被挤入间隙而损坏，可在密封圈低压侧设置由聚四氟乙烯或尼龙制作的档圈4.2.3密封装置(Sealsandsealingdevices)湖南工程学院——液压与气压传动a）Y形圈一般安装；b）带支承环安装a）等高唇通用型；b）轴用型Yx形圈；c）孔用型Yx形圈（2）Y形密封圈类型：宽断面、窄断面密封原理：唇口端对着高压侧，压力使唇口贴紧壁面。特点：密封性、稳定性和耐压性较好，阻力小，寿命较长，唇边磨损后能自动补偿。材料：丁晴橡胶、氟橡胶、聚氨酯橡胶。应用：往复运动密封，宽断面＜20MPa，窄断面＜32MPa。轴用密封装在孔的槽内，短唇与轴相对滑动。孔用密封装在轴的槽内，短唇与孔相对滑动。4.2.3密封装置(Sealsandsealingdevices)湖南工程学院——液压与气压传动（3）V形密封圈组成：压环、V形环、支撑环密封原理：开口端对应高压侧；压环、支撑环压力使V形圈唇口贴紧壁面。特点：封性好、耐压高、寿命长。应用：适用＜50MPa的活塞及活塞杆往复运动密封，工作温度为-40~80℃

。油液泄露时，可调整压环压力补偿V形环接触应力。4.2.3密封装置(Sealsandsealingdevices)湖南工程学院——液压与气压传动（4）防尘圈图4-17普通防尘圈1—内唇；2—防尘唇；3—防尘圈；4—轴位置：活塞杆或柱塞密封外侧。作用：防止外界尘埃、砂粒等异物侵入油缸，导致元件损坏或工作介质污染。类型：无骨架式、骨架式无骨架式应用为多，其工作速度≤1m/s，温度范围-30~+110℃。4.2.3密封装置(Sealsandsealingdevices)湖南工程学院——液压与气压传动

为了防止这种危害，保证安全，应采取缓冲措施，对液压缸运动速度进行控制。

当液压缸带动质量较大的部件作快速往复运动时，由于运动部件具有很大的动能，因此当活塞运动到液压缸终端时，会与端盖碰撞，而产生冲击和噪声。这种机械冲击不仅引起液压缸的有关部分的损坏，而且会引起其它相关机械的损伤。4.2.4缓冲装置(Cushiondevices)4.2.4缓冲装置湖南工程学院——液压与气压传动液压缸中缓冲装置的工作原理：利用活塞或缸筒在其走向行程终端时，在活塞和缸盖之间封住一部分油液，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。常用的缓冲装置：

圆柱形环隙式缓冲装置、圆锥形环隙式缓冲装置、可变节流槽式缓冲装置和可调节流孔式缓冲装置。4.2.4缓冲装置(Cushiondevices)湖南工程学院——液压与气压传动4.2.4缓冲装置(Cushiondevices)湖南工程学院——液压与气压传动

液压传动系统往往会混入空气，使系统工作不稳定，产生振动、爬行或前冲等现象，严重时会使系统不能正常工作。

因此，设计液压缸时，必须考虑空气的排除。

对于速度稳定性要求较高的液压缸和大型液压缸：4.2.5排气装置(Ventingdevices)

对于要求不高的液压缸：4.2.5排气装置常在液压缸的最高处设置专门的排气装置，如排气塞、排气阀等。不设计专门的排气装置，将油口布置在缸筒端的最高处，使空气随油液排往油箱，再从油箱逸出。湖南工程学院——液压与气压传动当松开排气塞或阀的锁紧螺钉后，低压往复运动几次，带有气泡的油液就会排出，空气排完后拧紧螺钉，液压缸便可正常。4.2.5排气装置(Ventingdevices)湖南工程学院——液压与气压传动液压马达（进行能量转换）输入液压功率输出机械功率p；qT；ω（n）

液压马达是液压系统中的执行元件,在一定流量的压力油推动下旋转，输出扭矩和转速，将液压能转换成机械能。

4.3液压马达(HydraulicMotors)湖南工程学院——液压与气压传动液压马达按结构分为：齿轮式、叶片式、柱塞式和其它型式。

液压马达按额定转速分为：高速和低速。额定转速高于500r/min

的属于高速液压马达，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类型有齿轮式、叶片式、柱塞式等，又称为高速小转距液压马达。

低速液压马达的基本型式是径向柱塞式，又称为低速大转距液压马达。液压马达的分类4.3液压马达(HydraulicMotors)湖南工程学院——液压与气压传动液压马达与同类型的液压泵在结构和工作原理等方面是相似的，从能量转换的角度看，二者是可逆的。但由于液压马达和液压泵的用途和工作条件不同，对它们的性能要求也不一样，二者还是存在着许多差别的。例如：叶片马达4.3液压马达(HydraulicMotors)湖南工程学院——液压与气压传动FN所产生的轴向分力F：垂直于轴向的分力FT：某一柱塞产生的瞬时转矩为：4.3液压马达(HydraulicMotors)湖南工程学院——液压与气压传动图形符号：4.3液压马达(HydraulicMotors)湖南工程学院——液压与气压传动

1、工作压力和额定压力

4.3.1液压马达的主要性能参数

工作压力：马达的实际工作压力即输入油液的压力。在计算时应是马达进口压力和出口压力之差。

额定压力：正常工作条件下，按试验标准规定连续运转的最高压力即额定压力，超过这个最高压力就叫做超载。2、排量和流量

排量：马达轴转一周，由其密封容积几何尺寸变化计算而得到的液体体积。实际流量：马达入口处的流量。理论流量：马达密封容积变化所需要的流量。

额定流量:在额定转速和额定压力下输入到马达的流量。由于有泄漏损失，输入马达的实际流量必须大于它的理论流量。马达的实际流量（即进口流量）－泄漏流量＝马达的理论流量。湖南工程学院——液压与气压传动3、容积效率和转速

马达内部各间隙的泄漏所引起的损失称为容积损失，用表示。为保证马达的转速满足要求，输入马达的实际流量应为4.3.1液压马达的主要性能参数液压马达的理论输入流量与实际输入流量之比称为容积效率，即马达的理论输出转速等于输入马达的流量与排量V的比值，即马达的实际输出转速为：湖南工程学院——液压与气压传动马达实际输出转矩T必然小于理论输出转矩Tt，机械效率为：4.3.1液压马达