第四章 执行元件

1、第四章执行元件,直线运动执行元件的类型、特点和工作原理 液 压 缸 旋转运动执行元件的类型、特点和工作原理 液压马达,液压缸将液压能转变为机械能的装置，它将液压能转变为直线运动或 摆动的机械能。 一、液压缸的分类 1.按结构形式分： 活塞缸 又分单杆活塞缸、双杆活塞缸 柱塞缸 2.按作用方式分： 单作用液压缸 一个方向的运动依靠液压作用力实现，另一个方向依靠弹簧力、重力等实现； 双作用液压缸 两个方向的运动都依靠液压作用力来实现。,执行元件,概述,液压缸的分类,4.1 概述,二、双杆活塞缸,双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。,执行元件,概述

2、,双杆活塞缸,双杆活塞缸的速度推力特性 v q / A 4 qv /（D 2 d 2） 缸在左右两个方向上输出的速度相等，v为缸的容积效率。 F A（p1 p2）m（D 2d 2）（p1 p2）m /4 缸在左右两个方向上输出的推力相等，m为缸的机械效率。,当缸筒固定时，运动部件 移动范围是活塞有效行程的 三倍；当活塞杆固定时，运 动部件移动范围是活塞有效 行程的两倍 。,执行元件,概述,双杆活塞缸的速度推力特性,三、单杆活塞缸,单杆活塞缸速度推力特性 向右运动速度 v1 qv /A1 4 qv /D 2 向右运动推力 F1 （A1p1 A2p2）m 向左运动速度 v2 qv /A2 4 qv

3、 /（D 2 d 2） 向左运动推力 F2 （A2 p1 A1p2）m 往返速比 v v2 / v11/1（d /D）2 式中v为缸的容积效率，m为缸的机械效率,单杆活塞缸只有一端带活塞杆，它也有缸筒固定和活塞杆固定两种安装方式，两种方式的运动部件移动范围均为活塞有效行程的两倍。,执行元件,概述,单杆活塞缸,差动连接,单活塞杆缸两腔同时通压力油，称为差动连接。差动连接的缸只能一个方向运动。图示为向右运动。,执行元件,概述,差动连接,运动速度 v3（q q）/ A1（q A2v3）/ A1 整理得：v3 q /（A1A2）4 q /d 2 如果要求 差动缸向右运动速度v3非差动连接向左运动速度

4、v2 则 D =2 1/2 d 活塞推力F3 p1（A1A2）m 适用于机床液压系统空载快进工况。,四、柱塞缸,1. 柱塞缸的特点 柱塞与缸筒无配合关系，缸筒内孔不需精加工，只是柱塞与缸盖上的导向套有配合关系。 为减轻重量，减少弯曲变形，柱塞常做成空心。,执行元件,概述,柱塞缸,柱塞缸只能作单作用缸，要求往复运动时，需成对使用。 特别适用在行程较长的场合。,执行元件,概述,柱塞缸,2. 柱塞缸的速度推力特性 柱塞运动速度 v qv /A 4 qv /d 2 柱塞推力 F pAmp（d 2 / 4 ）m 式中 A 柱塞的有效工作面积(m2)； d 柱塞直径(m)； p 缸筒内油液的工作压力(N/

5、m2)； q 输入柱塞缸的油液流量(m3/s)。,五、伸缩液压缸,执行元件,概述,伸缩液压缸,两个或多个活塞式缸套装而成，前一级活塞缸的活塞杆是后一级活塞缸的缸筒。各级活塞依次伸出可获得很长的行程，当依次缩回时缸的轴向尺寸很小。 除双作用伸缩液压缸外，还有单作用伸缩液压缸。不同点是单作用回程靠外力，而双作用靠液压作用力。,六、齿条活塞缸,齿条活塞缸是活塞缸与齿轮齿条机构组成的复合式缸。它将活塞的直线往复运动转变为齿轮的旋转运动，用在机床的进刀机构、回转工作台转位、液压机械手等。,液压缸,概述,齿条活塞缸,七、增压缸,液压缸,概述,齿条活塞缸,增压缸是活塞缸与柱塞缸组成的复合缸，但它不是能量转换

6、装置，只是一个增压器件。 增压比为大活塞与小柱塞的面积比 KD 2/d 2 小柱塞缸输出的压力 pb paKm 增压能力是以降低有效流量为代价的。,八、摆动式液压缸,液压缸,摆动缸,概述,当通入液压油，它的主轴能输出小于360的摆动运动的缸称为摆动式液压缸。常用于辅助装置，如送料和转位装置、液压机械手及间歇进给机构。,当通入液压油，它的主轴能输出小于360的摆动运动的缸称为摆动式液压缸。常用于辅助装置，如送料和转位装置、液压机械手及间歇进给机构。 双叶片式：摆动角度一般小于150。但在相同条件下，输出转矩是单叶片摆动缸的两倍，输出角速度是单叶片缸的一半。 单叶片式：摆动角度较大，可达300 输

7、出转矩 T（R22R12）pmb / 2 输出角速度 2qv / b（R22 R12）,液压缸,摆动缸,概述,4.2 液压缸,一、液压缸的典型结构 1缸底；2弹簧挡圈；3套环；4卡环；5活塞；6O形密封圈；7支承环；8挡圈；9YX 形密封圈；10缸体；11管接头；12导向套；13缸盖；14防尘圈；15活塞杆；16定位螺钉；17耳环,液压缸,液压缸的典型结构,执行元件,半环连接式,优点 缺点 1. 结构简单 键槽使缸筒壁的强度 2. 易装卸 有所削弱,执行元件,缸体组件,液压缸,1.缸体组件,包括缸筒、缸盖，其结构形式和其使用的材料有关。常用的结构形式有：,法兰式连接,优点 缺点 1. 结构较简

8、单 1. 比螺纹联接重 2. 易加工 2. 外形较大 3. 易装卸,执行元件,液压缸典型结构,液压缸,焊接连接式,优点 缺点 1. 重量较轻 端部结构复杂 2. 外形较小 装卸要用专门工具,拉杆式连接,优点 缺点 1. 缸筒最易加工 重量较重，外形尺寸 2. 最易装卸 外形尺寸较大 3.结构通用性大,执行元件,液压缸,活塞组件,2.活塞组件,液压缸行程较短、且活塞与活塞杆直径相差不多时，可将活塞与活塞杆做成整体，但在大多数情况下，活塞与活塞杆是分开的。在一般工作条件下，这两者采用螺纹固定。当缸工作压力较高或负载较大，而活塞杆直径又较小时，活塞杆的螺纹可能过载；另外工作机械振动较大时，固定活塞的

9、螺母可能松动，因此需采用半环连接或弹簧挡圈连接包括活塞与活塞杆等零件，常见的连接方式有半环式连接、螺纹式连接及锥销式连接。,锥销连接,螺纹连接,执行元件,密封装置,液压缸,3.密封装置,有活塞与缸筒、活塞杆与缸盖的密封，用以防止油液的泄漏。一般要求密封装置应具有良好的密封性、尽可能长的寿命、制造简单、拆装方便、成本低。常见的密封装置有间隙密封（依靠运动件间的微小间隙来防止泄漏）、活塞环密封（依靠在活塞上的活塞环在O形圈弹力作用下贴紧缸壁而防止泄漏）、密封圈密封（有Y形圈、V形圈等，利用橡胶和塑料的弹性使各种截面的环形圈贴紧在静、动配合面之间来防止泄漏）。,缓冲装置,执行元件,液压缸,4.缓冲装

10、置,其作用原理就是当活塞行程到终点而接近缸盖时，增大液压缸回油阻力，使回油腔中产生足够大的缓冲压力，使活塞减速，从而防止活塞撞击缸盖。,图a)为间隙缓冲，缓冲柱塞进入缸端孔时，孔内油液从柱塞与孔壁间的环形间隙挤出，形成缓冲压力，吸收惯性引起的机械动能。 图b)为可变节流缓冲。缓冲柱塞进入缸端孔时，回油路封闭，迫使回油经由缓冲柱塞上的节流口(轴向三角槽)流出而建立缓冲压力。节流口面积随柱塞行程而变化。 图c)为可调节缓冲。缓冲柱塞进入缸端孔时，封闭了回油通路，迫使回油通过一个可调节流阀而建立缓冲压力。,缓冲装置,执行元件,液压缸,执行元件,液压缸,排气装置,5.排气装置,通常有两种：一种是在液压

11、缸的最高部位处开排气孔，并用管道连接排气阀进行排气；另一种是在液压缸的最高部位安放排气塞。,液压缸,执行元件,液压缸的设计计算,二、液压缸的设计计算,1.液压缸设计中应注意的问题 1）尽量使活塞杆，在受拉状态 下承受最大负载。 2）考虑液压缸行程终了处的缓 冲问题和液压缸排气问题。 3）正确确定液压缸的安装、固定方式。 4）液压缸各部分的结构需根据推荐的结构形式和设计标准进行设计。,2.液压缸主要尺寸的确定 1）缸筒内径D 根据负载的大小和选定工作压力，依公式计算后，再从GB2348-80标准中选取。,2）活塞杆直径d 当速度比 有要求时，则 式中 q 缸所需流量(m3/s)； v1、v2 活

12、塞的伸出、缩回运动速度 (m/s)。,液压缸,液压缸的设计计算,执行元件,3）液压缸缸筒长度L 由最大工作行程长度决定。,4）最小导向长度 当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到导向套滑动面中点的距离。,L缸的最大工作行程。,1）缸筒壁厚校核 当 时为薄壁，按下式进行校核 式中缸筒壁厚； D缸筒内径； Py 缸筒实验压力； 缸筒材料的许用应力。 当缸筒为厚壁时，按下式进行校核,液压缸的设计计算,液压缸,执行元件,3.强度校核,执行元件,液压缸的设计计算,液压缸,2）活塞杆直径校核,式中 F活塞杆上的作用力； 活塞杆材料的许用应力。,3）液压缸盖固定螺栓直径校核,式中 F液压缸总负载； z固定螺

13、栓个数； k螺纹拧紧系数，k=1.121.5； s材料的屈服极限。= s /（1.22.5),4）缓冲计算 液压缸在缓冲时，缓冲腔内产生的液压能E1 和工作部件产生的机械能E 2分别为 式中lc缓冲长度； pc 缓冲腔中的平均缓冲压力； pp高压腔中油液压力； Ac、 Ap缓冲腔、高压腔的有效工作面积； m工作部件总质量； Vo工作部件运动速度； Ff 摩擦力。 当E1 =E 2时，工作部件的机械能全部被缓冲腔液体所吸收，则,执行元件,液压缸,液压缸的设计计算,4.3 旋转运动执行元件工作运力、类型和特点,液压马达是将液体压力能转换为机械能的装置,输出转矩和转速，是液压系统的执行元件。 马达与

14、泵在原理上有可逆性，但因用途不同结构上有些差别：马达要求正反转，其结构具有对称性；而泵为了保证其自吸性能，结构上采取了某些措施。 马达的分类： ns500r/min 为高速液压马达：齿轮马达，叶片马达，轴向柱塞马达 ns 500r/min 为低速液压马达：径向柱塞马达（单作用连杆型径向柱塞马达，多作用内曲线径向柱塞马达）,执行元件,旋转运动执行元件工作运力、类型和特点,执行元件,旋转运动执行元件工作运力、类型和特点,齿轮马达,一、齿轮马达,1. 结构特点 进出油口相等，有单独的泄油口； 为减少摩擦力矩，采用滚动轴承； 为减少转矩脉动，齿数较泵的齿数多。,由于密封性能差，容积效率较低，不能产生较

15、大的转矩，且瞬时转速和转矩随啮合点而变化，因此仅用于高速小转矩的场合，如工程机械、农业机械及对转矩均匀性要求不高的设备。,2. 应用,二、轴向柱塞马达,应用,应用,执行元件,旋转运动执行元件工作运力、类型和特点,轴向柱塞马达,1. 工作原理 （如图）,2. 结构特点 轴向柱塞泵和轴向 柱塞马达是互逆的。 配流盘为对称结构,3. 应用 作变量马达。,改变斜盘倾角，不仅影响马达的转矩，而且影响它的转速和转向，斜盘倾角越大，产生的转矩越大，转速越低。,三、叶片马达,执行元件,旋转运动执行元件工作运力、类型和特点,叶片马达,1. 结构特点 进出油口相等； 叶片径向放置； 在高低压油腔通入叶片底部。,2. 应用 转动惯量小，反应灵敏，能适应较高频率的换向。但泄漏大，低速时不够稳定.,适用于转矩小、转速高、机械性能要求不严格的场合。,二、液压马达的特性参数,1.工作压力与额定压力 工作压力 p 大小取决于马达负载，马达进出口压力的差值称为马达的压差p。 额定压力 ps 能使马达连续正常运转的最高压力。,执行元件,旋转运动执行元件工作运力、类型和特点,液压马达的特性参数,2. 流量与容积效率 输入马达的实际流量 qMqMtq其中 qMt为理论流量