液压与气压传动任务三 液压执行元件的选用

根据液压油驱动液压缸完成动作情况分单作用缸和双作用缸； 液压缸连接安装、密封、排气、缓冲装置等； 液压缸广泛用于各种液压系统，其中活塞缸最常用。
任务1 液压马达
液压马达和液压泵在结构上基本相同，并且也是靠 密封容积的变化来工作的。常见的液压马达也有齿轮式、 叶片式和柱塞式等几种主要形式。马达和泵在工作原理 上是互逆的，当向泵输入压力油时，其轴输出转速和转 矩则成为马达。但由于二者的功能和要求有所不同，而 实际结构细节也有所差异，故有少数泵能直接做马达使 用。如图4.25所示，当压力油输入液压马达时，处于压力 腔（进油腔）的柱塞2被顶出，压在斜盘1上。设斜盘1作 用在柱塞2上的反力为FN，可分解为两个分力，F和FT。
F3 p1 A1 p 2 A2

4
D 2 p1

4
( D 2 d 2 ) p1

4
d 2 p1
3
q 4q 2 A1 A2 d



差动连接时实际起有效作用的面积是 活塞杆的横截面积 在输入油液压力和流量相同的条件下， 活塞运动速度较大而推力较小，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 要使活塞往返运动速度相等，即V2=V3，

增压比为大活塞与小柱塞的面积比 K＝D 2/d 2 增压能力是在降低有效流量的基础上得到的。
工作原理
（五） 摆动式液压缸
分类： 单叶片、双叶片。
组成：缸体、定子块、叶片、传动轴等。 单叶片式摆动缸工作原理：
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。当进回油口互换时，马达 反转。
v
qt q ql q 1 l q q q
则马达的实际输出转速为：
q n v V
（4.24）
液压马达的主要性能参数(3/5)
(4) 转矩和机械效率 设马达的出口压力为零，入口压力即工作压力为p， 排量为V，则马达的理论输出转矩 Tt有与泵相同的表达形 式 ，即 pV Tt （4.25） 2 因马达实际上存在着机械摩擦，故在计算实际输出 转矩应考虑机械效率 m。当液压马达的转矩损失为 Tl ， 则马达的实际转矩为 T=Tt-Tl 。这时，液压马达的机械效 率为 T Tl T T m t 1 l
液压马达的主要性能参数(2/5)
(3) 转速和容积效率 马达的理论输出转速n等于输入马达的流量qt与排量 V的比值，即 qt n （4.23） V 因马达实际存在泄漏，由实际流量q计算转速n时 ， 应考虑到马达的容积效率v。当液压马达的泄漏流量为ql 时，则马达的实际流量为q=qt+ql 。这时，液压马达的容 积效率为：
（2）活塞环密封 活塞环密封是依靠装在活塞环形槽内的弹性金属环紧贴 缸筒内壁实现密封。它的密封效果较间隙密封好，适应的压 力和温度范围很宽，能自动补偿磨损和温度变化的影响，能 在高速中工作，摩擦力小，工作可靠，寿命长，但在活塞环 的接口处不能完全密封。活塞环的加工复杂，缸筒内表面加 工精度要求高，一般用于高压、高速和高温的场合。
缸固定 L=3 l 杆固定 L=2 l
职能符号：
2、单杆式液压缸
其特点是只在活塞的一端有活塞杆，缸的两腔有效工作 面积不相等。无论何种固定方式，工作台活动范围均为活塞 有效行程的两倍。

4 D 2 ( p1 p 2 )
输出的驱动力：
F1 p1 A1 p 2 A2

4
d 2 p2
v
T v m v pV 2
三 梁 四 柱 式 压 力 机
任务2 液压缸
任务二 液压缸
升降台
压力机
假肢
任务2 液压缸
液压缸是利用油液的压力能驱动机械对象实现直 线往复运动的执行元件。输入量是流体的压力和流量， 输出量是驱动力和速度。
一、液压缸的类型和特点
按结构划分： 活塞缸、柱塞缸和摆动缸等。
参数计算：
b( D 2 d 2 ) T 8
8qv b( D 2 d 2 )
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。
（六）增压缸

局部区域获得高压
D 2 p 2 p1 ( ) d

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
O形圈密封原理
（b）V形密封圈。V形圈的截面为 V形。V形密封装置 是由压环、 V 形圈（也称密封环）和支承环组成。当工作 压力高于10 MPa时，可增加V形圈的数量，提高密封效果。 安装时，V形圈的开口应面向压力高的一侧。 V 形圈密封性能良好，耐高压，寿命长，通过调节压 紧力，可获得最佳的密封效果，但 V 形密封装置的摩擦阻 力及结构尺寸较大，主要用于活塞及活塞杆的往复运动密 封。它适宜在工作压力为 p ≤50 MPa 、温度为－ 40℃ ~ +80℃的条件下工作。
（八）齿条活塞缸
如图所示，齿条活塞缸能将活塞的直线
往复运动转换为齿轮的旋转运动。
（二） 密封装置
（1）间隙密封 间隙密封是一种常用的密封方法。它依靠相对运动零件配合 面间的微小间隙来防止泄漏。一般间隙为0.01 ~ 0.05 mm。在活 塞的外圆表面一般开几道宽0.3 ~ 0.5 mm，深0.5 ~ 1 mm、间距2 ~ 5 mm的环形沟槽，称平衡槽。 平衡槽的作用是： （a）由于活塞的几何形状和同轴度误差，工作中压力油在密 封间隙中的不对称分布将形成一个径向不平衡力，称液压卡紧力， 它使摩擦力增大。开平衡槽后，槽中各向油压趋于平衡，间隙的 差别减小，使活塞能够自动对中，减小了摩擦力，同时减小偏心 量，这样就减少了泄漏量。 （b）增大油液泄漏的阻力，提高了密封性能。 （c）储存油液，使活塞能自动润滑。 间隙密封的特点是结构简单、摩擦力小、耐用，但对零件的 加工精度要求较高，且难以完全消除泄漏，故只适用于低压、小 直径的快速液压缸中。
Tt Tt Tt
则马达的实际输出转矩为：
T Tt m pV m 2
（4.26）
液压马达的主要性能参数(4/5)
(5) 功率和总效率 马达的输入功率Pi为：
P i pq
马达的输出功率Po为：
（4.27）
Po 2 nT
（4.28）
马达的总效率即为：
Po 2 nT 2 nT Vn Pi pq p
活塞环密封
（3）密封圈密封 （a）O形密封圈。主要用于静密封和滑动密封（转 动密封用得较少）。可在－40 ℃～120 ℃温度范围内工 作。但与唇形密封圈（如Y形圈）相比，其寿命较短， 密封装置机械部分的精度要求高，启动阻力较大。O形 圈的使用速度范围为0.005 ~ 0.3 m/s。O形圈密封原理如 图所示。
（三）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； 当负载恒定时，液压缸的工作压力逐次增高。 常用于安装空间小而行程要求很长的场合
（四）增压缸（增压器）
图 宽断面Y形密封圈
窄断面Y形密封圈
（三）缓冲装置
当活塞快速运动到接近 缸盖时，增大排油阻力， 使液压缸的排油腔产生 足够的缓冲压力，使活 塞减速，从而避免与缸 盖快速相撞
小 结
液压缸属于液压系统的执行元件； 液压缸将液压能转换为机械能，可以完成直线运动或摆动；
常用液压缸结构形式有活塞缸、柱塞缸、摆动缸、伸缩缸等；
D
2d
（二） 柱塞缸 一）单柱塞缸
●单向液压驱动，回程靠外力。
二）双柱塞缸
●双向液压驱动
三）参数计算
推力： F pA p 4
d2
q 4q 速度： v A d2
●柱塞粗、受力好。 ●简化加工工艺（缸体内孔和柱塞没有配合，不需精加工；
柱塞外圆面比内孔加工容易。） 应用：行程较长的场合。 职能符号：
任务三 液压执行元件的选用
知识目标： 1.叙述液压马达的用途分类、工作原理和技术性 能； 2.掌握液压马达结构及工作原理； 3.了解液压马达和液压缸常见故障及排除方法； 4.掌握液压缸的分类、工作原理、性能特点及各 部分结构关系。 能力目标： 1.能进行常见液压马达和液压缸的拆装； 2.能进行液压泵和液压缸常见故障的诊断排除； 3.能根据实际情况选用液压马达和液压缸。
F2 p1 A2 p 2 A1

4
D 2 ( p1 p 2 )

4
d 2 p1
输出的速度：
q 4q 1 A1 D 2
2
q 4q A2 ( D 2 d 2 )
液压缸的差动连接
单杆活塞缸的两腔同时通入压力油的油路连接方式称为差 动连接，作差动连接的单杆活塞缸称为差动液压缸
图4.25 轴向柱塞式液压马达工作原理 1－斜盘；2－柱塞；3－缸体
1.液压马达的主要性能参数 (1) 工作压力和额定压力 马达入口油液的实际压力称为马达的工作压力。马达 入口压力和出口压力的差值称为马达的工作压差。在马达 出口直接连接油箱的情况下，为便于定性分析问题，通常 近似认为马达的工作压力就等于工作压差。 马达在正常工作条件下，按试验标准规定连续运转的 最高压力称为马达的额定压力。与泵相同，马达的额定压 力亦受泄漏和零件强度的制约，超过此值时就会过载。 (2) 流量和排量 马达轴每转一周，由其密封容腔几何尺寸变化计算而 得的液体体积称为马达的排量。 马达密封容腔容积变化所需要的流量称为马达的理论 流量。马达入口处所需的流量称为马达的实际流量。实际 流量和理论流量之差即为马达的泄漏量。

4
( D 2 d 2 )( p1 p 2 )
q 4q v1 v2 A (D 2 d 2 )
c）应用：