液压与气压传动3 液压执行元件

当液压缸所驱动的工作部件质量较大，移动速度较快时，因
动量大，在行程终了时，活塞与端盖发生撞击，造成液压冲击和 噪声，甚至严重影响工作精度和引起整个系统及元件损坏。 大型、高速或要求较高的液压缸中一般要设置缓冲装置。
缓冲装置的工作原理：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。
只能从针形节流阀流出。适用范围广。
（3）可变节流缓冲装置：在活塞上有横截面为三角形的轴向斜
槽，节流口间隙在运动过程中是变化的，在缓冲过程中自动改
变节流口大小。缓冲均匀，冲击压力小，制动位置精度高。
5、排气装置
液压系统在开始工作前应使系统中的空气排出。为此可在缸的最高部位 （空气易聚集地方）设置排气装置。排气装置通常有两种：
第三章 液压执行元件
[一般要求] 液压缸的设计计算方法 [重点要求] 1、液压马达的参数计算、工作原理
2、液压缸的类型、结构
[具体要求] 掌握液压马达的参数计算、工作原理；掌握液压缸的类型、 结构；了解液压缸的设计计算方法。
第三章 液压执行元件——液压能机械能的能量转换装置。 液压执行元件 分类：液压马达：输出旋转运动； §3.1 液压马达 液压缸：输出直线（或摆线）运动。
图3-5b），从有杆腔输入时，在活塞所产生的推力F2
和速度v2为
2 2 F2 A2 p1 A1 p2 [( p1 p2 ) D p1d ] 4
由上四式可知，∵A1＞A2， ∴ v1＜v2；
q 4q v2 A2 ( D 2 d 2 )
又∵ p1 ＞ p2, ∴F1＞F2。
部转化为液压马达输出的机械功率，即：
∵ω=2πn
pq Tt
pV ∴理论转矩为： Tt 2
q=Vn
2、液压马达的机械效率ηm和启动机械效率ηm0 由于液压马达内部存在各种摩擦，实际输出的T总要比理论Tt小 些，即：
pV T Tt m m 2
ηm——液压马达机械效率。
可知：差动缸推力比非差动缸小，速度大。 ◎利用此结果，可在不加大油源流量的情况下得到较快的速度。
该连接方式被广泛应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。
注意：从有杆腔进油，也可得大速度。（为什么？）
（二）柱塞缸
柱塞缸相当于将活塞缸的活塞直径变小与活塞杆的直径相同。 工作原理如图3-7a。当柱塞直径d，输入流量q，压力p时，在柱 塞上产生的推力F和速度v为：
（2）当工作压力p＜20MPa时：使用无缝钢管缸筒。 （3）当工作压力p＞20MPa时：使用铸钢或锻钢缸筒。 缸筒和缸盖连接方式：半环连接（图3-13b）和螺纹连 接（图3-13c）。
图3-13c 螺纹连接
图3-13b 半环连接
2、活塞和活塞杆
（1）活塞和活塞杆的连接方式 连接方式很多，但无论采用何种连接方式，都必须保证连 接可靠。 •常用连接方式：锥销式连接、双螺纹连接、半环式连接（图3-
14）；活塞和活塞杆制成整体式（只适用于尺寸较小的场合）。
（2）活塞和活塞杆的材料 活塞：耐磨铸铁； 活塞杆：钢材。
3、密封装置（见第五章第四节）
液压缸的密封装置用以防止油液的泄漏。其设计的好坏重要
影响液压缸的静、动态性能。
◎要求：良好的密封性，尽可能长的寿命、制造简单、拆装方便、 成本低。 密封装置有活塞、活塞杆处的动密封和缸盖等处的静密封。 ◎ 密封件的主要类型： O型、V型、Y型等几种。 4、缓冲装置
R2
图3-8a）为单作用摆动缸
式中 b—叶片宽，R1、R2—叶片底、顶部的回转半径。
（四）其它液压缸 1、增压缸 又称增压器。有单作用和双作用两种，当低压为p1的油液推
动增压缸的大活塞时，大活塞推动与其连成一体的小活塞输出
压力为p2的高压液体，当大活塞直径D，小活塞直径为d时，
D 2 p 2 p1 ( ) Kp1 d
损失，故实际转速n (r/min) 比理想情况低。
q n V V
不稳定状态。
ηv——液压马达的容积效率。
爬行现象：当工作转速过低时，速度不均匀，进入时动时停的
但因低速大转矩马达的排量大（导致尺寸大），在低速下工作
摩擦副的滑动速度也太低，加之马达排量大，泄漏的影响相对 变小，马达本身的转动惯量大，故具有较好的低速稳定性。低 速大转矩马达比高速马达的低速稳定性好。
F pA p

4
d2
柱塞缸通常是成对反向使用（保证双向运动）。
q 4q v A d 2
图3-7a）柱塞缸
特点：柱塞与缸筒无配合要求，缸筒内孔不需精确加工，甚至 可不加工。运动时由缸盖上的导向套来导向，所以适用于行程
较长的场合。
（三）摆动缸 （图3-8a为单作用摆动缸，3-8b为双作用摆动缸）
若把两个方向上的输出速度 v2 和 v1 的比值称为速度比，记 作λv，则有：
v
v2
1 2 v1 [1 (d / D) ]
活塞杆直径越小，λv 越接近于1，活塞两个方向的速度差值也就 越小。反之，活塞两个方向的速度差值也就越大。已知D和λv，可 求得d。
（3）差动进油 如图3-6，左右两腔同时通压力油，形成差动连接，这种缸称 为差动液压缸。
（1）在液压缸最高部位处开排气孔，并用管道连接排气阀进行排气；
（2）在液压缸的最高部位安放排气塞。
一、液压马达的特点及分类
从能量转换的观点来看，液压泵和液压马达是可逆工作的液压元件。 但由于工作条件、性能要求不同，所以还存在许多差别，并不可逆。
1、特点
（1）能正反转；为满足液压马达正反转的要求，其内部结构对称。 （2）应具有最低稳定转速，且需要转速范围足够大，故常采用滚动轴承或
静压滑动轴承；
（3）因它在输入压力油条件下工作，故可不具备自吸能力，但需要一定的 初始密封性，才能提供必要的起动转矩。
•转速由输入的流量大小来决定。
特点：体积小，转动惯量小，动作灵敏。 应用：换向频率较高的场合。 主要用于转速高、转矩小、动作 要求灵敏的场合（低速工作时不稳定）
2、径向柱塞式液压马达
转子与定子之间有一偏心距e，柱塞在压力油的作用下顶住 定子内壁，定子对柱塞的反作用力FF （=pd2/4）分解为FN 和 FT ，分力FT =FFtanф使缸体转动。 在压油区有好几个柱塞，所产生的转矩都使缸体旋转，并输
二、液压缸的组成 典型液压缸见图3-12。 液压缸的基本结构：缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、 密封装置、缓冲装置和排气装置五个部分。
1、缸筒和缸盖 （1）当工作压力p＜10MPa时：使用铸铁缸筒。 缸筒和缸盖连接方式：法兰连接（图3-13a ）。 特点：易于加工和拆装，但外形尺寸大。
图3-13a 法兰连接
式中：K=D2/d2（增压比，代表增压能力）
2、伸缩缸
由两个或多个活塞式液压缸套装而成，前一级活塞缸的活塞是后一级活 塞缸的缸筒。伸缩时可获得很长的工作行程，缩回时可保持很小的结构尺寸，
伸缩缸被广泛用于起重运输车辆。
图3-10 伸缩缸
图3-11 齿轮缸
3、齿轮缸 又称无杆式活塞缸，由一套柱塞缸和一套齿轮齿条传动装置 组成，当压力油推动活塞左右往复运动时，齿条就推动齿轮件 往复旋转，从而齿轮驱动工作部件作周期性的往复旋转运动。
设活塞直径D，活塞杆直径d，当液压缸进、出油腔的压力
p1、p2，输入流量q时，双活塞缸的推力 F 和速度 v 为
F A( p1 p 2 )

4
( D d )( p1 p 2 )
2 2
q 4q v 2 2 A (D d )
受力，故活塞杆的粗细无特别要求。
式中A——活塞的有效工作面积。
（一）活塞式液压缸
1、双杆式活塞缸（图3-4） a）图缸体固定，活塞杆有效长度 l，工作台行程3 l； b）图活塞杆固定，工作台行程2 l， 进出油口可设置在固定不动的
空心活塞杆两端，使油液从活
塞杆中进出。
双杆式两端的活塞杆直径相等，左、右两腔的有效面积就 相等。当分别向左、右腔输入相同压力和相同流量的油液时， 液压缸左、右两个方向的推力和速度相等。
出转矩。
应用：低速、大转矩场合。
三、液压马达的基本参数和基本性能 1、液压马达的排量及其与转矩的关系 液压马达输出转矩大小由负载转矩所决定。工作容腔的大
小是其工作能力的重要标志。
根据排量V的大小，可计算给定压力下液压马达所能输出转 矩，和给定负载转矩下马达的工作压力。 若进、出油口压差为△p，输入流量为q，则输出的理论转矩 为Tt，角速度为ω。若不计损失，液压泵输出的液压功率应当全
∵
q' v3 A2
∴
4q v3 2 d
由上式
2 2 2 F1 A1 p1 A2 p2 [( p1 p2 ) D p2 d ] F3 p1 ( A1 A2 ) p1 d 4 4
q 4q 4q v2 v3 2 2 2 A2 ( D d ) d
又称摆动液压马达。当它通入压力油时，它的主轴能输出小 于360º 的摆动运动，常用于工夹具夹紧装置、送料装置、转位 装置以及需要周期性紧给的系统中。当进出油口压力为p1和p2，
输入流量为q时，输出转矩 T 和角速度ω各为：
b 2 2 T b ( p1 p2 )rdr ( R2 R1 )( p1 p2 ) R1 2 2q 2n b( R22 R12 )
由于存在以上差别，故液压马达和液压泵在结构上相似，但不可替代。
2、分类 (1) 按结构类型分：齿轮式、叶片式、柱塞式和其它型式。 (2) 按其额定转速分：高速（>500r/min）和低速（<500r/min）。
二、液压马达的工作原理 1、叶片式液压马达的工作原理