液壓與氣壓傳動(dòng)的執(zhí)行元件

缸的類型及特點(diǎn)其他類型的常用缸缸的典型結(jié)構(gòu)液壓與氣壓馬達(dá)

通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，要求掌握液壓缸類型的選擇和參數(shù)計(jì)算等，為缸的設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。本章主要內(nèi)容為：

第四章液壓與氣壓傳動(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)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)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)形式活塞式柱塞式擺動(dòng)式單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。液壓缸三梁四柱式壓力機(jī)液壓缸一、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行程的兩倍雙桿活塞缸雙桿活塞缸的速度推力計(jì)算：運(yùn)動(dòng)速度：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。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。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。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。(a)無(wú)桿腔進(jìn)油Ddq(b)有桿腔進(jìn)油q單桿活塞缸的速度推力計(jì)算：無(wú)桿腔進(jìn)油活塞的運(yùn)動(dòng)速度和推力分別為:(a)無(wú)桿腔進(jìn)油Ddq有桿腔進(jìn)油活塞的運(yùn)動(dòng)速度和推力分別為:(b)有桿腔進(jìn)油q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：上式表明：當(dāng)活塞桿直徑愈小時(shí)，速度比接近1，在兩個(gè)方向上的速度差值就愈小。(a)無(wú)桿腔進(jìn)油Ddq(b)有桿腔進(jìn)油q

比較上述各式，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運(yùn)動(dòng)速度：推力：方向:右(c)差動(dòng)聯(lián)接q兩腔進(jìn)油,差動(dòng)聯(lián)接(c)差動(dòng)聯(lián)接qq等效差動(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。二、柱塞缸圖形符號(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.運(yùn)動(dòng)速度：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):

qqVddp1p2q三、擺動(dòng)缸

擺動(dòng)缸

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。p1p2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p1p2D—缸體內(nèi)孔直徑；d—擺動(dòng)軸直徑；b—

葉片寬度；q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；ωqω

單葉片擺動(dòng)缸的擺角一般不超過(guò)280o

，雙葉片擺動(dòng)缸的擺角一般不超過(guò)150o

。

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)位或間歇運(yùn)動(dòng)的地方。圖形符號(hào)：氣壓擺動(dòng)缸液壓擺動(dòng)缸缸體1、伸縮式液壓缸

伸出縮回套筒活塞活塞伸縮式單作用缸第二節(jié)、其它型式的常用缸伸出BA二級(jí)活塞2、

增速缸（動(dòng)畫）3、增壓缸（增壓器）4、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)。圖4.12齒條活塞液壓缸的結(jié)構(gòu)圖qω5、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。

6、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)。

7、沖擊氣缸在約0.25--1.25s的很短時(shí)間內(nèi)，以平均約8m/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

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)

缸的組成：缸體、活塞、緩沖和排氣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0.1m~0.4m。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，端蓋和導(dǎo)向套的材料選擇和技術(shù)要求可參考液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)。缸筒與端蓋的連接

圖4-20缸體與缸蓋的連接結(jié)構(gòu)一、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，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（3）螺紋式連接外螺紋連接內(nèi)螺紋連接（5）焊接式連接（4）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。1、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。

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)密封裝置的基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

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，雙向受高壓時(shí)，兩側(cè)都要加擋圈。（a）普通型（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)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

Y形密封圈三、緩沖裝置

為了防止這種危害，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(jiàn)緩沖結(jié)構(gòu)圖4-26液壓缸緩沖裝置當(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。四、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)，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

□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)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)腉B/T2348-93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(jiàn)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=活塞行程+活塞長(zhǎng)度+活塞導(dǎo)向長(zhǎng)度+活塞桿密封及導(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)液壓及氣壓馬達(dá)(Motor)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θ,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θ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。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。（三）效率和功率1．容積效率ηMv馬達(dá)的理論流量qT與實(shí)際輸入流量q的比值。

式中：Δq—馬達(dá)的泄漏量。2．機(jī)械效率ηMm

由于有摩擦損失，液壓馬達(dá)實(shí)際輸出的轉(zhuǎn)矩T小于理論轉(zhuǎn)矩Tt。如果損失轉(zhuǎn)矩T1，則實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩M和機(jī)械效率ηMm為