第四章液压与气压传动的执行元件.docx
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第四章液压与气压传动的执行元件
第四章液压与气压传动的执行元件
本章主要内容为:
通过本章的学习，要求掌握液压缸类型的选择和参数计算等，为缸的设计打下基础。
液斥和气圧系统屮的执行元件——9达和缸，英职能是将压力能转换为机械能。
做旋转运动或做直线往复运动。
按彳玄用的
质
液压缸、液压马达（压力油）
常川于需耍获得较人输出力和扭矩的场合气缸、气马达（压缩空气）
常川于需耍获得较小输出力和扭矩的场合
由于结构强度、材质要求和密封条件的不同，两种介质的缸和马达不能互换使用。
第一节、缸的分类和特点
一将压力能转换成往复直线（摆动）运动机械能的装置。
缸结构简单、工作可靠，与杠杆、连杆、齿轮齿条、棘轮棘爪、凸轮等机构配合使用实现多种机械运动，满足各种运动形式要求。
梁四柱式压为机
1、双杆活塞缸
缸盖
缸体
/
图绻1双出杆活塞式液压缸
I—活«杆2—压蛙3—tofi4—缸徉5—活《1密封H
活塞杆缸盖/
图形符号:
1
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////
1
1
■
b）
双杆活塞缸
缸在左右两个方向上输出的速度相等，％，为缸的容积效率。
推力：
F=-“2九=彳（q2-d，X"]-P2加™
缸在左右两个方向上输出的推力相等，为缸的机械效率。
这种缸常用丁•要求往返运动速度相同的场合，如外圆炳床工作台往复运动液压缸等。
2、单杆活塞缸
单杆活塞缸的速度推力计算:
单杆活塞缸的活塞仅一端带有活塞杆，活塞双向运动可以获得不同的速度和输出力。
4
山）有杆腔进油
（a）无杆腔进油
无杆腔进油
活塞的运动速度比和推力歼分别为：
q4q
Fl=（P4-血^）%=扌［£>2円一（£）2一〃2）P2皿
有杆腔进油
4儿
（b）有杆腔进油
活塞的运动速度卩2和推力耳分别为：
q4q
「厂A”』冠匚两久
jr
尸2=（〃2£-"/|）%=-［（02-〃2）卩—£>2］
4
比较上述各式，町以看出》2>1'1，歼>尸2；缸往复运动时的速度比为：
£>•
D^—cP
上式表明：
jn
（a）无杆腔进油
令A.
（b）有杆腔进油
压力相同的液体或压缩空气同时通入单活塞杆缸的两腔
彳（02_〃2）.勺
一4g
运动速度…厂冷％
q
（C）差动联接
q'
推力:
心=P•（4-人2）•=彳[02-（D?
-"）]•PlFd=壬〃2.Pl•Ucm
两腔进油，差动联接
P\
差动连接是在不增加液压泵容量和功率的条件下，实现快速运动的有效办法。
二、柱塞缸
柱塞和缸简内壁不接触，因此缸筒内孔不需粘加工•工艺性好.成本低.
d
—*LUTt—片
二、摆动缸
摆动缸能实现小于360。
的往复摆动运动，由于它町直接输出扭矩，故又称为摆动马达，主耍冇单叶片式和双叶片式两种结构形式。
当考虑到机械效率时，叶片缸的摆动轴输出转矩为
根据能量守恒原理，得输出角速度为
缸的摆角一般不超过缸的摆角一般不超过O
摆动缸结构紧凑,
转位或间
输出转矩大，但密封困难,一般只用于中、低压系统中往复摆动，歇运动的地方。
图形符号:
第二节、其它型式的常用缸
、伸缩式液压缸
缸体
活塞
伸出
回
n
A
二级活塞\
伸出
套筒活塞
伸缩式单作用缸
2、增速缸（动画）
3、增压缸（增压器）
4,齿条活塞缸
齿条活塞缸山带有齿条杆的双作用活塞缸和齿轮齿条机构组成，活塞往复移动经齿条、齿轮机构变成齿轮轴往复转动。
8
图4.12齿条活塞液压缸的结构图
5、气•液阻尼缸
调节节流阀的开口而积，就能调节活塞的运动速度。
便町获得结构
6、气压油缸
气压汕缸是一种使气压直接转换成液压的装置。
它利川气压控制达到液压传动的R的。
气压油缸传动装置无需使用油泵和驱动电机,简单，价格低廉的速度平稳和可调的液床传动。
7、冲击气缸
第三节、缸的结构
双作用单活塞杆液压缸结构图
—缸底：
2——卡键；3、5、9、11——密封圈：
4——活塞；6——缸简:
7——活塞杆：
8——导向套：
10——缸盖；12——防尘圈：
13——耳轴
缸筒是液床缸的上体，其内孔一般采用僮削、绞孔、滚压或f行磨等精密加工工艺制造，要求表面粗造度在0.lAm~0.4pTn。
端盖装在缸筒两端，与缸筒形成封闭汕腔，同样承受很人的液压力，因此，端盖及其连接件都应有足够的强度。
导向套对活塞杆或柱塞起导向和支承作用，冇些液压缸不设导向套，直接川端盖孔导向。
嵌盖和导向套的材料选择和技术要求可參
-＞缸体组件
缸体组件由：
缸筒.端盖、导向环和支撑环等组成
缸筒与端盖的连接
（a）
（d）
图4・20缸体打缸盖的连接结构
分为外半环连接和内半环连接两种连接形式。
内螺纹连接
（e）
二.活塞组件
活塞组件由活塞、密封件、活塞杆和连接件等组成。
1、活塞与活塞杆的连接形式
如图所示，活塞与活塞杆的连接最常用的有螺纹连接和半环连接形式，除此Z外还有整体式结构、焊接式结构、锥销式结构等。
活塞装置主要用来防止介质的泄漏。
对密封装置的基本要求是具有良好的密封性能，并随压力的增加能自动提高密封性.除此以外，摩擦阻力耍小，耐汕.
密封圈冇O形、V形、Y形及组合式等数种，其材料为耐油橡胶、尼龙、聚氨脂等。
（1）O形密封圈
O形密封圈的截而为圆形，主要用J：
静密封。
常丿I]J：
工作压力较低的气缸动密封。
形圈密封的原理：
任何形状的密封圈在安装时，必须保证适当的预压缩量，过小不能密封，过人则摩擦力增大，且易于损坏。
因此，安装密封圈的沟槽尺寸和表面精度必须按右关手册给出的数据严格保证。
在动密封中，当压力人JTOMPd时，O形圈就会被挤入间隙中而损坏，为此需在O形圈低压侧设置聚四氟乙烯或尼龙制成的扌当圈，双向受高压时，两侧都要加挡圈。
（a）淬通型
V7
（b）
（b）自护板型
（2）V形密封圈
V形圈的截面为V形，如下图所示，V形密封装置是山压环、V形圈和支承环组成。
当工作压力高于lOMPa时，町增加V形圈的数星，提高密封效果。
安装时，V形圈的开口应面向圧力高的一侧。
（c）
a）斥环
b）V型圈
C）支承环
（3）Y（Vp形密封圈
Y形密封圈的截而为Y形，属唇形密封圈。
它是一种靡擦阻力小、寿命较长的密封圈，应用普遍。
Y形圈主要用于往复运动的密封。
当压力变化较人，滑动速度较高时，要使用支承环，以固定密封圈，如图（b）所示.
三.缓冲装置
当缸带动质量较大的部件作快速往复运动时,由于运动部件具有很大的动能，因此当活塞运动到液压缸终端时，会与端盖碰撞，而产生冲击和噪声。
这种机械冲击不仅引起缸的有关部分的损坏，而且会引起其它相关机械的损伤。
为了防止这种危害，保证安全，应采取缓冲措施，对缸运动速度进行控制C
常见缓冲结构
图4・26液压缸缓冲装置
当活塞移至端部，缓冲柱塞开始插入缸端的缓冲孔时,活塞与缸端Z间形成封闭空间，该腔中受困挤的剩余油液只能从节流小孔或缓冲柱塞与孔槽之间的节流环缝中挤出，从而造成背压，迫使运动柱塞降速制动，实现缓冲。
（a）
（b）
四.排气装置
液压传动系统往往会混入空气，使系统工作不稳定，产生振动、爬行或前冲等现象，严重时会使系统不能正常工作。
图420液压缸的排气塞
第四节、缸的设计计算
□设计缸需要注意的问题
1）要尽量缩小外型尺寸，使结构紧凑；
2）设计活塞杆最好受拉，不受压，以免产主纵向弯曲；
3）选择合适的密封方式，减小摩擦损失，捉高密封效果,防止泄漏；
4）根据具体情况适当考虑缓冲装置和排气装置。
□缸主要尺寸的确定
液压缸的主要尺寸有缸筒内径、活塞杆貢径和缸筒长度等。
1•缸筒内径D根据负载大小和选定的工作压力、运动速度和输入流量，按本章有关公式计算确定，再从GB/T2348-93标准中选取相近尺寸加以圆整。
2•活塞杆直径d按工作压力决定，或设备类型选取。
见教材表4-2。
按GB/T2348-93标准进行圆整。
3.缸筒长度L
缸筒长度=活塞行程+活塞长度
+活塞导向长度+活塞杆密封及导向长度O
第六节液压及气压马达（Motor）
一、液丿土马达的分类，特点及应用
液压马达和液压泵在原理上可逆，结构上类似，但由于用途不同，它们在结构上有…定差别。
常用的液压马达有柱塞式、叶片式和齿轮式等。
二、液压马达的工作原理
以斜盘式轴向柱塞马达为例说明液斥马达的工作原理。
•设第i个柱塞和缸体的垂直中心线夹角为e，柱塞在缸体屮的分布圆半径为R,则在该柱塞上产生的转矩为
7]=Fy・r=・Rsh\0=Fx'R・tgp•sin0
液压马达产牛的转矩应是处J：
高压腔柱塞产牛转矩的总和,即
T=工心.R・rg0・sm&
随着e角的变化，每个柱塞产生的转矩也发牛变化，故液床马达产生的总转矩也是脉动的，它的脉动情况和讨论液床泵流量脉动时的情况相似。
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