液压与气动技术-第3章执行元件

2、低速大扭矩径向柱塞马达
偏心轮o1用键与输出轴4联结；
连杆的轴线通过偏心轮中心o1；
配油轴5与轴4同步转动； 总有三个工作腔进油，二个回油.
3、多作用内曲线径向柱塞马达
q2
q2
（四）摆动液压马达
▪输出往复摆动。也有称摆动油缸。
a.
(a)
(b)
(c)
图4-4
▪ 图a为单叶片式。其摆动 角度小于300°
（三）强度校核
1.缸筒壁厚δ 2.活塞杆直径 d 的校核 3.缸盖固定螺栓ds的校核
（四）稳定性校核 （五）液压缸的缓冲计算
► 其它型式油缸
1、串联式液压缸
➢由两个缸串联组成。两活塞固定在同一个活塞杆上。 ➢两个缸的进油口相连，出油口也相连。
➢串联缸的输出力是两个缸输出力的总和。
➢参数计算（视背压为0）
▪ 效率 机械效率 m T / Tt
总效率
v m
△p液压马 达进、出口 的压力差。
Fra Baidu bibliotek
▪ 功率 输入（液压）功率 Pi pq
输出（机械）功率 P0 T 2 nT
（二）液压马达的性能参数
4.转矩和转速
理论转矩
▪ 转矩
实际转矩
▪ 转速 n qv
V
Tt
T
m
1
2
pV
T
1
2
pVm
上述各公式注意单 位的统一与换算。
F3=
p1(A1-A2)ηm=
p1
4
d
η2 m
无杆腔流量： A1v3=q+A2v3
v3
q A1 A2
q
d2
4q
d2
v
▪ 向• 活右塞腔向输左油运，动4 左，腔推v力接2 和回由速油(v度D43：=q2同v2考有单vd虑：杆2容) 活积v塞效3 率缸 η缩4vqd回2v。
• 如要求活塞缩回v2和伸D出2v3d相2等 ，d 2则必须使：
▪ 图b为双叶片式。其摆动 角度小于150°
在相同的条件下，双叶片 式的输出转矩是单叶片式的 两倍，角速度是单叶片式的
一半。
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。
第3章 作业
油缸：3-1、-2、-3、-4、-5、 马达：3-7、-8、 思考题：3-9
之逐级减小。速度则逐级增快。 各级缸可否 同步运动？
②单作用式同步伸缩油缸
三级油压面积关系： A1 = 2A2 A2 = 2A3 A3 = 2A4
同步伸出：有杆腔C、 E、G向D、F腔补油； 单向阀可弥补行程不 足之油。
借助外力使三级活塞 杆同步缩回。
单向阀：回到位尾部 顶杆被压进，B、D、 F、G各腔压力平衡。
F
pA4m
p 4
d 2m
v qv 4qv A4 d 2
（二）液压缸结构
安装连接方式
结构的五个部分：
◎缸筒和缸盖
◎活塞和活塞杆
◎密封装置 ◎缓冲装置 ◎排气装置
1、缸筒和缸盖连接
2、活塞和活塞杆
几种常用连接与密封方式：
3、密封装
置 O 型 密 封
间 隙 密 封
圈
Y
V
型
型
密
密
封
封
圈
圈
组 合 密 封 圈
v
q A
π(D
4q 2
d
2
)
V
F
π 4
(D2
d 2 )(p1
p2 )m
双杆活塞缸固定方式
➢当缸筒固定时：
运动部件移动范围是活塞有效行程的三倍；
➢当活占塞地杆面固积定大时，：适
可用于较大型
运动部用于件小移型动机范械围是活塞有效行程的的机两械倍。 。
L 3l
L 2l
双杆活塞缸构造
活塞杆固定 缸体运动
（三）液压马达的分类
▪ 液压马达与液压泵结构基本相同。 齿轮式液压马达
▪ 按结构分 叶片式液压马达 柱塞式液压马达…
▪ 按工作特性分 高速马达（>500r/min） 低速马达(可10r/min平稳转动)
1、柱塞马达的结构
▪ 轴向点接触柱塞式液压马达的典型结构。
▪ 其斜盘倾角固定，是一种定量液压马达。
（2）单杆活塞缸
▪ 只在活塞的一端有活塞杆 ▪ 安装：缸筒固定式、
活塞杆固定式 ▪ 工作台移动范围都为
活塞有效行程的两倍。 ▪ 两腔工作面积不等
①若左右流量相同： 往复运动速度不相等 ②若左右压力相同： 往复运动作用力不相等
① 单杆活塞缸的工作速度、作用力
➢活塞杆伸出
活塞杆d越大 F1
p1
π 4
D2
p2
π 4
(D2
d 2 )m
v1
q1 A1
v
4q1v
πD2
F1与F2，v1与 v2的差别越大！
➢活塞杆缩回
如何确定d？
F2
p1
π 4
(D2
d2)
p2
π 4
D
2
m
v2
q2 A2
v
4q2v
π(D2 d 2 )
②确定单杆活塞缸的活塞杆直径
▪ 已知：往复运动速度比要求，
速度比λv=ν2/ν1 ； 设活塞杆直径d ，缸内径D
v
v2 v1
1
1
d D
2
d D v 1 v
由此可见，速比λv 越大，活塞杆直径d 越大。
（3）差动液压缸
➢单杆活塞缸的两腔同时通压力 油，称为差动连接。
➢左、右腔压力 相等，但有效作 用面积不等，故 活塞向右运动。
➢因右腔回油的 油液进入左腔， 从而提高活塞杆 伸出速度。
▪ 差动液压缸的推力F3和速度v3计算
2、活塞将缸 筒内分为左 右两个密封 压油腔。
2.柱塞式液压缸
▪ 柱塞运动由缸盖导向套导 向，缸筒内壁不需精加工。
▪ 柱塞缸只有一个 压油腔，反向运 动要靠外力。
▪ 柱塞杆直径大稳 性好，特别适用 行程较长的场合。
柱 塞 缸 工 作
如何用油 压实现双 向运动？
两个柱塞缸组合 ---实现使用压力 油双向往复运动。
液压缸运动要克服密封、导向装置的摩擦力，造
成机械损失，把它折算成压力损失△p，则
▪ 机械效率：
ηm=1-（△p/p ）
（3-18）
p—液压缸的工作压力。在额定压力下，一般可
取ηm=0.9。
∴ 液压缸的总效率：
η=ηvηm
二、气缸（自学）
（3-19）
3-3 液压缸的设计计算简介
设计步骤
1、选择液压缸的结构形式：根据工作要求选 2、确定主要尺寸：按负载、速度、行程等要求 3、强度、稳定性和缓冲验算 4、结构设计（绘制结构装配图）
D 2d
D2 2d 2
单杆活塞缸几种运动的速度比较
单杆活塞缸 速度与推力
汇总
a) 压力油进 入无杆腔
推力
A3
速度
b) 压力油进 入有杆腔
C) 差动缸
F1 >F2 >F3
V3 >V2 >V1
应用
➢快进：差动连接 ➢工进：无杆腔进油 ➢快退：有杆腔进油
快进
工进
快退
结构特点：
1、缸筒内壁 必须加工， 为活塞导向；
组成的复合式缸。
➢将直线往复运动转变为齿
轮的往复旋转运动。
➢用于机床的进
刀机构、回转
工作台转位、
液压机械手、
装载机的铲斗
的回转等。
1 2 34 5
6
7
8B
A
(a)
(b)
3-2 旋转运动执行元件
▪ 液压马达：实现连续转动或摆动的执行元件 ▪柱F。油塞（ ▪ 压间压一力产力）使生油液斜作是压盘用主与马力动达力，工马作达原轴▪▪驱理FF是动xy（对与从缸油缸轴动体泵体向输带的中油出轴逆心压件5向转形力使动成平用。转衡）矩；，
3-1 直线往复运动执行元件
一、液压缸
（一）液压缸的组成及分类
• 组成：缸体、活塞、活塞杆、端盖、密封件
•常用类型：活塞缸、柱塞缸、伸缩缸
1.活塞式液压缸
(1)双杆活塞缸
➢一般两侧活塞 图 4-7双活塞杆液压缸图形符号 杆的直径d相等。
➢当分别向左右 腔输入相同的p 、q时，两个方 向上输出的 F 和 ν是相等的。
双作用伸缩缸
普通式伸缩缸 当q=常，p=常： 各级缸有效面积 是逐渐变化的， 输出推力和速度 也逐级变化。
单作用伸缩缸
①普通式伸缩缸输出的推力和速度
Fi = p D42iηmi
（视背压为0）
vi =
4q v i Di2
i—第i级活塞缸。
这种液压缸起动时，活塞有效面积最大的输出推 力最大，也最先运动。随着行程逐级增长，推力随
v q A3
F p(A1 A2 )
2、增压式液压缸
➢两个有效作用面积不等的液压缸组成的复合缸。
∵ F1=p1A1=F2=p2A2
∴p2
p1
A1 A2
➢增压比 K＝D 2/d2 ➢增压缸不是能量转换装置，只是一个增压装置。 ➢用在低压系统要求有局部高压油路的场合。
3、齿轮齿条液压缸
➢是活塞缸与齿轮齿条机构
2.排量和理论流量
▪ 排量V：不计泄漏时，马达转一周所需输 入的液体体积量。
▪ 理论流量qt：不计泄漏时，达到马达要求 的转速时，需输入的流量。
（二）液压马达的性能参有泄数漏，马达
的输入流量q 须
3.效率和功率
大于有马机达械理摩论擦流， 量 马 T 小q达t 于。的马输达出的力理矩
容积效率
v qt / q论输出力矩Tt 。
耳环
绞 轴
➢112页液压缸的结构：
（三）液压缸的特性（稳态下）
1.液压缸的推力和速度（见前述有关公式）
2.容积效率、机械效率和总效率
▪ 容积效率
v
q
q1 q
1
q1 q
（3-17）
q —— 输入液压缸的流量；
q1——液压缸的泄漏流量。 q1与采用的密封形式有关：
• 橡胶圈密封时，q1较小，ην≈1； • 间隙密封时，q1较大，ην就低。
4、缓冲装 ➢置运动件接近终点，迫使油液从小孔或缝隙中
挤出，从而产生阻尼，使工作部件制动，避 免活塞和缸盖的碰撞。
缓冲装置的类型（113页介绍六种）
5、排气装置
➢为了排除聚集在液压缸内的空气，可在缸的两端 最高部位各装一只排气塞。
排气塞
6、油缸的安装
一般采用两端耳环式或中间铰轴式与工作机连接。
（一）液压缸设计时应注意的问题
1）尽量使活塞杆在受拉力状态下承受最大负 载。
2）尽可能按推荐的结构形式和标准进行设计， 少用非标。
3）行程终端应考虑缓冲制动和排气方法。 4）考虑液压缸的热变形，液压缸的安装和固
定只能一端定位。
（二）主要尺寸的确定
（1）缸筒内径D 计算初值后，从GB2348—80
标准中选择相近尺寸。
（2）活塞杆直径d
按受力情况，在下表中选
或由D和λv，按式3-8计算
（3）缸筒长度L ，由最大工作行程决定。
活塞杆 受力情况
活塞杆直径d
表3-3 机床液压缸活塞杆直径推荐值
受拉伸 （0.3～0.5）D
受压缩，工作压力p1/MPa
p1≤5
5＜p1≤7
p1＞7
（0.5～0.55）D （0.6～0.7）D 0.7D
第三章 执行元件
➢ 液压与气动执行元件：
——压能转换成机械能输出的装置。
➢ 液压执行元件有： 液压缸：输出直线往复运动及作用力 液压马达：输出旋转运动及转矩
教学重点
1、常用液压缸的工作特点、推力、速度 的计算；
2、液压缸的结构与特点； 3、液压缸参数设计计算； 4、液压马达工作原理、主要性能参数。
▪ Fy对缸体中心形成转矩：
Ti Fyr Fy R sin Fx R tan sin
▪ 高压腔柱塞产生的转矩之和：
T Fx R tan sin
T随θ变化，故马达 转矩是脉动的。
（二）液压马达的性能参数
1.工作压力和额定压力
▪ 工作压力：克服外载时，马达的油压力 ▪ 额定压力：试验允许的最高压力
双柱塞缸
➢柱塞液压缸的推力和速度
F
=
p
Aηm=
p
4
d2ηm
= qv 4qv A d2
（3-11） （3-12）
d—柱塞直径。
单柱塞缸
3.伸缩式液压缸
▪ 由两个或多个活塞套装而成； ▪ 前一级的活塞杆是后一级的缸筒。 ▪ 普通式伸缩缸依次伸出，依次缩回。 ▪ 伸出时---工作行程长；
缩回时---结构尺寸小。