液壓與氣壓傳動(dòng)的執(zhí)行元件

1、 缸的類型及特點(diǎn)缸的類型及特點(diǎn) 其他類型的常用缸其他類型的常用缸 缸的典型結(jié)構(gòu)缸的典型結(jié)構(gòu) 液壓與氣壓馬達(dá)液壓與氣壓馬達(dá) 通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，要求掌握液壓缸通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，要求掌握液壓缸和和等，為缸的設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。等，為缸的設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。本章主要內(nèi)容為：本章主要內(nèi)容為： 第四章第四章 液壓與氣壓傳動(dòng)的執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動(dòng)的執(zhí)行元件馬達(dá)和缸能量轉(zhuǎn)換壓力能壓力能機(jī)械能機(jī)械能由于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、材質(zhì)要求和密封條件的不同，兩種介質(zhì)由于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、材質(zhì)要求和密封條件的不同，兩種介質(zhì)的缸和馬達(dá)不能互換使用。的缸和馬達(dá)不能互換使用。按使用的介質(zhì)液壓缸、液壓馬達(dá)氣缸、氣馬達(dá)常用于需要獲得較大輸出力和扭矩的場(chǎng)合常用于需要

2、獲得較小輸出力和扭矩的場(chǎng)合（壓力油）（壓縮空氣） 液壓和氣壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件馬達(dá)和缸，其職能是將壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。第一節(jié)、缸的分類和特點(diǎn)第一節(jié)、缸的分類和特點(diǎn)缸缸將壓力能轉(zhuǎn)換成往復(fù)直線（擺動(dòng)）運(yùn)動(dòng)機(jī)械能的裝置。按照結(jié)構(gòu)形式活塞式活塞式柱塞式柱塞式擺動(dòng)式擺動(dòng)式單作用單作用雙作用雙作用按照作用方式缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，與杠桿、連桿、齒輪齒條、棘輪棘爪、凸輪等機(jī)構(gòu)配合使用實(shí)現(xiàn)多種機(jī)械運(yùn)動(dòng)，滿足各種運(yùn)動(dòng)形式要求。液壓缸液壓缸三梁四柱式壓力機(jī)液壓缸液壓缸一、活塞缸一、活塞缸1、雙桿活塞缸圖形符號(hào)：活塞桿缸體活塞缸蓋缸蓋運(yùn)動(dòng)范圍約等于活塞有效行程的三倍 運(yùn)動(dòng)范圍約等于缸體有效

3、行程的兩倍 雙桿活塞缸雙桿活塞缸雙桿活塞缸的速度推力計(jì)算：224dDqAqvcVcV運(yùn)動(dòng)速度：cmcmppdDppAF2122214推力：缸在左右兩個(gè)方向上輸出的速度相等， 為缸的容積效率。 cV缸在左右兩個(gè)方向上輸出的推力相等， 為缸的機(jī)械效率。 cm這種缸常用于要求往返運(yùn)動(dòng)速度相同的場(chǎng)合，如外圓磨床工作臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)液壓缸等 。qp12p1A23 4357-防塵圈 8-活塞桿 1098（b）圖 4-6（a）單活塞桿式液壓缸基本結(jié)構(gòu) 1-端蓋 2-缸筒 3-支撐環(huán) 4、9、10-密封圈 5-活塞 6-導(dǎo)向套B67圖形符號(hào)：活塞桿端蓋活塞端蓋缸體2 、單桿活塞缸、單桿活塞缸 單桿活塞缸的活塞僅一端

4、帶有活塞桿，活塞雙向運(yùn)單桿活塞缸的活塞僅一端帶有活塞桿，活塞雙向運(yùn)動(dòng)可以獲得不同的速度和輸出力。動(dòng)可以獲得不同的速度和輸出力。2A1F1v(a)無(wú)桿腔進(jìn)油無(wú)桿腔進(jìn)油1P2P1ADdq2A2F(b)有桿腔進(jìn)油有桿腔進(jìn)油2P1P1A2vq單桿活塞缸的速度推力計(jì)算：無(wú)桿腔進(jìn)油vvDqAqv2114mmpdDpDApApF)(4)(22212221111v1F活塞的運(yùn)動(dòng)速度 和推力 分別為:2A1F1v(a)無(wú)桿腔進(jìn)油無(wú)桿腔進(jìn)油1P2P1ADdq有桿腔進(jìn)油活塞的運(yùn)動(dòng)速度 和推力 分別為:2v2F2A2F(b)有桿腔進(jìn)油有桿腔進(jìn)油2P1P1A2vqvvdDqAqv)(42222mmpDpdDApApF)

5、(4)(2212211222 比較上述各式，可以看出： , ；缸往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度比為： 2v1v1F2F22212dDDvv 上式表明：當(dāng)活塞桿直徑愈小時(shí)，速度比接近當(dāng)活塞桿直徑愈小時(shí)，速度比接近1，在兩，在兩個(gè)方向上的速度差值就愈小。個(gè)方向上的速度差值就愈小。2A1F1v(a)無(wú)桿腔進(jìn)油無(wú)桿腔進(jìn)油1P2P1ADdq2A2F(b)有桿腔進(jìn)油有桿腔進(jìn)油2P1P1A2vq 比較上述各式，差動(dòng)連接差動(dòng)連接：壓力相同的液體或壓縮空氣同時(shí)通入單活塞桿缸的兩腔CvAqqv13322)(4vdDqCvdqv234運(yùn)動(dòng)速度：CmAApF)(2113CmpdDD1222)(4Cmpd124推力：方向方向:右右2

6、A3F(c)差動(dòng)聯(lián)接差動(dòng)聯(lián)接1P1A3vq q兩腔進(jìn)油,差動(dòng)聯(lián)接2A3F(c)差動(dòng)聯(lián)接差動(dòng)聯(lián)接1P1A3vq3F1P21AA 3vq等效 q 差動(dòng)連接是在不增加液壓泵容量和功率的條件下，實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接是在不增加液壓泵容量和功率的條件下，實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)的有效辦法?？焖龠\(yùn)動(dòng)的有效辦法。1234 5687圖 4-10 (a) 柱塞式液壓缸(b) 圖形符號(hào)5、6-密封壓緊裝置 7-防塵圈 8-泄油口1-缸體 2-柱塞 3-導(dǎo)向套 4-密封裝置二、柱塞缸二、柱塞缸12345 687圖 4-10 (a) 柱 塞 式 液 壓 缸(b) 圖 形 符 號(hào)5、 6-密 封 壓 緊 裝 置 7-防 塵 圈 8-泄 油

7、口1-缸 體 2-柱 塞 3-導(dǎo) 向 套 4-密 封 裝 置圖形符號(hào)：柱塞和缸簡(jiǎn)內(nèi)壁不接觸，因此缸筒內(nèi)孔不需精加工工藝性好成本低.Cvdqv24運(yùn)動(dòng)速度：CmpdF24推力：柱塞缸只能制成單作用缸。在大行程設(shè)備中，為了得到雙向運(yùn)動(dòng)，柱塞缸常成對(duì)使用。 特點(diǎn):qqVddp1p2FPdvq三、擺動(dòng)缸三、擺動(dòng)缸擺動(dòng)缸Dd1234432411 擺動(dòng)缸能實(shí)現(xiàn)小于360的往復(fù)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，由于它可直接輸出扭矩，故又稱為擺動(dòng)馬達(dá)，主要有單葉片式和雙葉片式兩種結(jié)構(gòu)形式。p1p2Dd1234432411當(dāng)考慮到機(jī)械效率時(shí)，葉片缸的擺動(dòng)軸輸出轉(zhuǎn)矩為p1p2mppdDZbT)(82122D 缸體內(nèi)孔直徑；d 擺動(dòng)軸直徑

8、； b 葉片寬度；Dd1234432411q根據(jù)能量守恒原理,得輸出角速度為D 缸體內(nèi)孔直徑； d 擺動(dòng)軸直徑；b 葉片寬度；)(822dDZbqvDd1234432411q 單葉片擺動(dòng)缸單葉片擺動(dòng)缸的的擺角擺角一般不超過(guò)一般不超過(guò) ，雙葉片擺雙葉片擺動(dòng)缸動(dòng)缸的的擺角擺角一般不超過(guò)一般不超過(guò) 。)(822dDZbqvmppdDZbT)(82122 擺動(dòng)缸結(jié)構(gòu)緊湊，輸出轉(zhuǎn)矩大，但密封困難，擺動(dòng)缸結(jié)構(gòu)緊湊，輸出轉(zhuǎn)矩大，但密封困難，一般只用于中、低壓系統(tǒng)中往復(fù)擺動(dòng)，轉(zhuǎn)位或間一般只用于中、低壓系統(tǒng)中往復(fù)擺動(dòng)，轉(zhuǎn)位或間歇運(yùn)動(dòng)的地方。歇運(yùn)動(dòng)的地方。圖形符號(hào)：氣壓擺動(dòng)缸氣壓擺動(dòng)缸液壓擺動(dòng)缸液壓擺動(dòng)缸缸體伸出

9、伸出縮回縮回套筒活塞活塞伸縮式單作用缸伸縮式單作用缸第二節(jié)、其它型式的常用缸第二節(jié)、其它型式的常用缸伸出伸出BA二級(jí)活塞2、 增速缸（動(dòng)畫）圖 4-12 增 速 缸 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖1-柱 塞 2-活 塞 3-缸 筒IIII1II32acb3、增壓缸（增壓器）2211pApA11212kppAAp增壓比k212221DDAAk1p2p4、 齒條活塞缸 齒條活塞缸由帶有齒條桿的雙作用活塞缸和齒輪齒條機(jī)構(gòu)組成，活塞往復(fù)移動(dòng)經(jīng)齒條、齒輪機(jī)構(gòu)變成齒輪軸往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)。876543211211109行程圖4.12齒條活塞液壓缸的結(jié)構(gòu)圖q5、氣-液阻尼缸 調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開口面積，就能調(diào)節(jié)活塞的運(yùn)動(dòng)速度。 壓縮空

10、氣p6、氣壓油缸 氣壓油缸是一種使氣壓直接轉(zhuǎn)換成液壓的裝置。它利用氣壓控制達(dá)到液壓傳動(dòng)的目的。 氣壓油缸傳動(dòng)裝置無(wú)需使用油泵和驅(qū)動(dòng)電機(jī)，便可獲得結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉的速度平穩(wěn)和可調(diào)的液壓傳動(dòng)。 p1p7、沖擊氣缸 在約0.25-1.25 s的很短時(shí)間內(nèi)，以平均約8 m/s的高速同下沖擊。從而獲得很大的動(dòng)能。 加速度可達(dá)1000 2/m s以上，以完成破碎、模鍛等需要瞬時(shí)大能量的工作，如型材下抖打印、鉚接、彎曲、沖孔、鐓粗等 雙作用單活塞桿液壓缸結(jié)構(gòu)圖l 缸底；2 卡鍵；3、5、9、11 密封圈；4 活塞；6 缸筒；7 活塞桿；8 導(dǎo)向套；10 缸蓋；12 防塵圈；13 耳軸 第三節(jié)、缸的結(jié)構(gòu)缸的

11、組成：缸體、活塞、緩沖和排氣缸的組成：缸體、活塞、緩沖和排氣 缸筒缸筒 是液壓缸的主體，其內(nèi)孔一般采用鏜削、絞孔、滾壓或珩磨等精密加工工藝制造，要求表面粗造度在0.1m0.4m。 端蓋端蓋 裝在缸筒兩端，與缸筒形成封閉油腔，同樣承受很大的液壓力，因此，端蓋及其連接件都應(yīng)有足夠的強(qiáng)度。 導(dǎo)向套導(dǎo)向套 對(duì)活塞桿或柱塞起導(dǎo)向和支承作用，有些液壓缸不設(shè)導(dǎo)向套，直接用端蓋孔導(dǎo)向。缸筒與端蓋的連接圖4-20缸體與缸蓋的連接結(jié)構(gòu)一、一、 缸體組件缸體組件缸體組件由：缸筒、端蓋、導(dǎo)向環(huán)和支撐環(huán)等組成（2）半環(huán)式連接）半環(huán)式連接，分為外半環(huán)連接和內(nèi)半環(huán)連接兩種連接形式。 (1）法蘭式連接）法蘭式連接（3）螺紋式

12、連接）螺紋式連接外螺紋連接內(nèi)螺紋連接（5）焊接式連接）焊接式連接（4）拉桿式連接）拉桿式連接二、 活塞組件 活塞組件由活塞、密封件、活塞桿和連接件等組成?；钊M件由活塞、密封件、活塞桿和連接件等組成。1 1、活塞與活塞桿的連接形式、活塞與活塞桿的連接形式 如圖所示，活塞與活塞桿的連接最常用的有螺紋連接和半環(huán)連接形式，除此之外還有整體式結(jié)構(gòu)、焊接式結(jié)構(gòu)、錐銷式結(jié)構(gòu)等。12345(a)(b) 1一活塞桿；2一活塞；3一密封圈；4一彈簧圈；5一螺母1一卡鍵；2一套環(huán)；3一彈簧卡圈 活塞裝置主要用來(lái)防止介質(zhì)的泄漏。對(duì)密封裝置的對(duì)密封裝置的基基本要求本要求是具有良好的密封性能，并隨壓力的增加能自動(dòng)提是具

13、有良好的密封性能，并隨壓力的增加能自動(dòng)提高密封性高密封性。除此以外，摩擦阻力要小，耐油。 （1）O形密封圈 O形密封圈的截面為圓形，主要用于靜密封。 常用于工作壓力較低的氣缸動(dòng)密封。 密封圈有O形、V形、Y形及組合式等數(shù)種，其材料為耐油橡膠、尼龍、聚氨脂等。2、活塞的密封形式、活塞的密封形式 O形圈密封的原理：任何形狀的密封圈在安裝時(shí)，必須保證適當(dāng)?shù)念A(yù)壓縮量，過(guò)小不能密封，過(guò)大則摩擦力增大，且易于損壞。因此，安裝密封圈的溝槽尺寸和表面精度必須按有關(guān)手冊(cè)給出的數(shù)據(jù)嚴(yán)格保證。 在動(dòng)密封中，當(dāng)壓力大于10MPa時(shí)，O形圈就會(huì)被擠入間隙中而損壞，為此需在O形圈低壓側(cè)設(shè)置聚四氟乙烯或尼龍制成的擋圈，雙向

14、受高壓時(shí)，兩側(cè)都要加擋圈。(a) （a）普通型（b)（b）有擋板型 V形圈的截面為V形，如下圖所示，V形密封裝置是由壓環(huán)、V形圈和支承環(huán)組成。當(dāng)工作壓力高于10MPa時(shí)，可增加V形圈的數(shù)量，提高密封效果。安裝時(shí)，V形圈的開口應(yīng)面向壓力高的一側(cè)。（2）V形密封圈（a) （b) （c） a)壓環(huán) b)V型圈 c)支承環(huán) Y形密封圈的截面為Y形，屬唇形密封圈。它是一種摩擦阻力小、壽命較長(zhǎng)的密封圈，應(yīng)用普遍。Y形圈主要用于往復(fù)運(yùn)動(dòng)的密封。當(dāng)壓力變化較大，滑動(dòng)速度較高時(shí)，要使用支承環(huán)，以固定密封圈，如圖（b）所示。（3） Y（Yx）形密封圈 (a)(b)Y形密封圈三、三、 緩沖裝置緩沖裝置 為了防止這種

15、危害，保證安全，應(yīng)采取緩沖措施，對(duì)缸運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行控制。 當(dāng)缸帶動(dòng)質(zhì)量較大的部件作快速往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于運(yùn)動(dòng)部件具有很大的動(dòng)能，因此當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到液壓缸終端時(shí)，會(huì)與端蓋碰撞，而產(chǎn)生沖擊和噪聲。這種機(jī)械沖擊不僅引起缸的有關(guān)部分的損壞，而且會(huì)引起其它相關(guān)機(jī)械的損傷。常見緩沖結(jié)構(gòu)udu(b)u(a)（c）u(d)圖4-26液壓缸緩沖裝置udu(b)u(a)（c）u(d) 當(dāng)活塞移至端部，緩沖柱塞開始插入缸端的緩沖孔時(shí)，活塞與缸端之間形成封閉空間，該腔中受困擠的剩余油液只能從節(jié)流小孔或緩沖柱塞與孔槽之間的節(jié)流環(huán)縫中擠出，從而造成背壓，迫使運(yùn)動(dòng)柱塞降速制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)緩沖。udu(b)u(a)（c）u(d)udu(

16、b)u(a)（c）u(d)udu(b)u(a)（c）u(d)四、四、 排氣裝置排氣裝置 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)往往會(huì)混入空氣，使系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，產(chǎn)生振動(dòng)、爬行或前沖等現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使系統(tǒng)不能正常工作。 因此，設(shè)計(jì)液壓缸時(shí)，因此，設(shè)計(jì)液壓缸時(shí)，必須考慮空氣的排除。必須考慮空氣的排除。 設(shè)計(jì)缸需要注意的問(wèn)題1) 要盡量縮小外型尺寸，使結(jié)構(gòu)緊湊；2) 設(shè)計(jì)活塞桿最好受拉，不受壓，以免產(chǎn)生縱向彎曲；3) 選擇合適的密封方式，減小摩擦損失，提高密封效果，防止泄漏；4) 根據(jù)具體情況適當(dāng)考慮緩沖裝置和排氣裝置。第四節(jié)、缸的設(shè)計(jì)計(jì)算第四節(jié)、缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 缸主要尺寸的確定 液壓缸的主要尺寸有缸筒內(nèi)徑、活塞桿直徑和缸筒長(zhǎng)

17、度等。1. 缸筒內(nèi)徑D根據(jù)負(fù)載大小和選定的工作壓力、運(yùn)動(dòng)速度和輸入流量，按本章有關(guān)公式計(jì)算確定，再?gòu)脑購(gòu)腉B/T2348-93標(biāo)準(zhǔn)中選取相近尺寸加以圓整標(biāo)準(zhǔn)中選取相近尺寸加以圓整。2. 活塞桿直徑d按工作壓力決定,或設(shè)備類型選取。見教材表4-2。 按GB/T2348-93標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整。3. 缸筒長(zhǎng)度L缸筒長(zhǎng)度缸筒長(zhǎng)度=活塞行程活塞行程+活塞長(zhǎng)度活塞長(zhǎng)度+活塞導(dǎo)向長(zhǎng)度活塞導(dǎo)向長(zhǎng)度+活塞桿密封及導(dǎo)向長(zhǎng)度?；钊麠U密封及導(dǎo)向長(zhǎng)度。 液壓馬達(dá)和液壓泵在原理上可逆，結(jié)構(gòu)上類似，但由于用途不同，它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上有一定差別。常用的液壓馬達(dá)有柱塞式、葉片式和齒輪式等。一、液壓馬達(dá)的分類,特點(diǎn)及應(yīng)用第六節(jié) 液壓及氣壓

18、馬達(dá)(Motor) 圖 4-1軸 向 柱 塞 馬 達(dá) 工 作 原 理1-斜 盤 2-缸 體 3-柱 塞 4-配 油 盤 5-馬 達(dá) 軸壓 力 油回 油二、液壓馬達(dá)的工作原理 以斜盤式軸向柱塞馬達(dá)為例說(shuō)明液壓馬達(dá)的工作原理。 設(shè)第i個(gè)柱塞和缸體的垂直中心線夾角為,柱塞在缸體中的分布圓半徑為R，則在該柱塞上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為 液壓馬達(dá)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩應(yīng)是處于高壓腔柱塞產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的總和，即 隨著角的變化，每個(gè)柱塞產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩也發(fā)生變化，故液壓馬達(dá)產(chǎn)生的總轉(zhuǎn)矩也是脈動(dòng)的，它的脈動(dòng)情況和討論液壓泵流量脈動(dòng)時(shí)的情況相似。sinsintgRFRFrFTxyyisintgRFTx三三、液壓馬達(dá)的主要性能參數(shù) （一）工作壓力和額定壓力 1工作壓力: 液壓馬達(dá)實(shí)際工作時(shí)輸入的壓力。 2額定壓力: 液壓馬達(dá)在正常工作條件下，按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定能連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)所允許的最高壓力。 （二）排量和流量 1理論（或幾何）排量 液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)一周，由其密封容積幾何尺寸變化計(jì)算而得的、需輸進(jìn)液體的體積。 2流量： 液壓馬達(dá)在單位時(shí)間內(nèi)，需輸進(jìn)液體的體積，也有理論和實(shí)際流量之分。理論流量 是指在沒(méi)有泄漏的情況下，達(dá)到要求轉(zhuǎn)速所需輸入液體的流量。其值由理論排量和轉(zhuǎn)速計(jì)算而得。由于有泄漏損失，實(shí)際輸入的流量 必須大于理論流量。pnpVtqq（三）效率和功率（三）效率和功率1容積效率Mv馬達(dá)的理論流量q