第8章 液压与气压传动文档格式.docx

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③液压元件结构精密，制造精度较高，给使用和维修带来一定困难。

④液压系统不能保证精确的传动比。

四、液压系统的特点

1、静压传递规律

F１/A１=F２/A２=p

不计活塞重量，则Ｇ＝Ｆ２＝ｐＡ２。

液压系统中的工作压力取决于外负载。

2.流量与平均速度

（1）流量

流量指单位时间内流过某一截面处的液体体积，即

ｑＶ＝Ｖ/ｔ

（2）平均流速

液体在单位时间内平均移动的距离称为平均流速，即

ｖ＝ｑＶ/Ａ

（3）活塞运动速度与流量、流道截面的关系

根据物质不灭定律，油液流动时既不能增多也不会减少，由于油液又被认为是几乎不可压缩的，所以油液流经无分支管道时，每一横截面上通过的流量一定是相等的，即

ｑＶ１＝ｑＶ２＝ｑＶ３

因为Ｑ＝Ａｖ，故

Ａ１ｖ１＝Ａ2ｖ２＝Ａ３ｖ３

液体在无分支管道中流动时，通过不同截面的流速与其截面积大小成反比，而流量不变，即管道截面小的地方流速大，反之流速小。

3.功率

功率是指单位时间所做的功，用P表示，单位为W（瓦）或ｋＷ（千瓦）。

①液压缸的输出功率是液压缸的活塞运动速度与外负载F的乘积，即

Ｐ缸＝Ｆｖ

因为Ｆ＝ｐＡ，ｖ＝ｑＶ／Ａ，所以上式可以改写成

Ｐ缸＝ｐ缸ｑＶ缸

即液压缸的输出功率为流入液压缸的流量与静压力的乘积。

②液压泵的输出功率等于液压泵输出的额定流量和额定工作压力的乘积，即

Ｐ泵＝ｐ泵ｑＶ泵

小结：

1、液压传动是另一种传动方式，它是靠液压油作为介质来传递运动的。

2、液压传动由四部份组成，要熟悉液压元件的图形表示符号。

3、液压传动的主要优点是可实现无级变速；

常用于直线运动的场合。

缺点是泄漏，要求制造精度高。

8-2液压传动原件

1、了解液压泵、液压缸及控制阀的分类。

2、掌握液压泵、液压缸的工作原理，以及液压泵工作的必备条件。

3、掌握液压控制阀的种类、作用和工作原理。

4、了解液压系统的一些辅助原件。

液压泵、液压缸和控制阀的分类及工作原理。

液压泵、液压缸和控制阀的工作原理。

一、液压泵

液压泵是将电动机输出的机械能转化为液压油的压力能的能量转换装置。

按单位时间内所输出的油液体积是否可调，液压泵可分为变量泵和定量泵。

单位时间内所输出的油液体积可调节的液压泵是变量泵，不可调节的是定量泵。

1、液压泵的分类

按结构形式分，常见的液压泵有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。

液压泵的图形符号见表８－１。

表８－１液压泵的图形符号

单向定量

双向定量

单向变量

双向变量

并联单向定量

（1）齿轮泵

齿轮泵可分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵两种类型。

（2）叶片泵

叶片泵可分为单作用叶片泵和双作用叶片泵

叶片泵有以下特点：

优点：

工作压力高，流量脉动小，工作平稳，噪声小，寿命较长，易于实现变量。

缺点：

结构复杂，吸油能力不太好，对油液污染比较敏感。

（3）柱塞泵

柱塞泵分为轴向柱塞泵和径向柱塞泵。

2、液压泵的工作原理

用于吸油的腔体称为吸油腔；

用于压油的腔体称为压油腔。

吸油过程：

吸油腔轮齿逐渐分离退出啮合，密封工作容积增大，形成部分真空。

油箱中的油液在外部大气压力的作用下经吸油管被压入吸油腔，将齿槽充满，并随着齿轮的转动把油液带入压油腔内。

压油过程：

在压油腔一侧，由于轮齿进入啮合，密封工作容积减少，齿间油液被挤出去，经排油口输出，进入系统的供油管路。

由此可见，液压泵是依靠密封容积变化来进行吸油和排油的，密封容积增加液压泵吸油，密封容积减小，液压泵压油。

因此，液压泵又称为容积式液压泵。

3、液压泵工作的必备条件

要保证液压泵正常工作，必须满足以下条件：

①液压泵内有若干个密封容积，且密封容积可以周期性变化。

液压泵的输出流量与密封容积变化量及单位时间内的变化次数成正比。

②液压泵应有配流装置，保证吸油腔和压油腔分开，并使吸油腔在吸油过程中与油箱相

通，压油腔在压油过程中与系统供油管路相通。

③油箱内液体的绝对压力必须恒等于或大于大气压力。

油箱必须与大气相通或采用密闭的充压油箱。

二、液压缸

液压缸是液压系统的执行元件，它把液体压力能转换成机械能，实现执行元件的直线往复运动。

1、液压缸的类型

按结构特点不同，液压缸可分为活塞式、柱塞式和摆动式三种。

活塞式液压缸分为双出杆活塞式液压缸和单出杆活塞式液压缸两种类型。

2、活塞式液压缸的组成

液压缸的结构分为：

缸筒和缸盖,活塞和活塞杆,密封装置,缓冲装置,排气装置五个部分。

（1）缸筒和缸盖

缸筒和缸盖的连接形式常见有：

①法兰式：

适用于工作压力不高的场合。

②螺纹式：

在机床上应用较多。

③拉杆式：

只用于短缸。

（2）活塞和活塞杆

活塞和活塞杆的连接方式很多，机床上多采用锥销连接和螺纹连接。

锥销连接一般用于双出杆液压缸，螺纹连接多用于单出杆液压缸。

（3）液压缸的密封装置

（4）液压缸的缓冲装置

液压缸的缓冲装置是为了防止活塞和缸盖之间相撞。

（5）排气装置

常用的有两种形式：

一种是在缸盖最高部位处开排气孔，一种是在缸盖最高部位处安放排气塞

三、液压控制阀

液压控制阀是用来控制液压系统中油液的流动方向并调节其压力和流量的,可分为方向阀、压力阀和流量阀三大类。

1、方向控制阀

方向控制阀是控制油液流动方向的阀，包括单向阀和换向阀两种。

（1）单向阀

单向阀可分为普通单向阀和液控单向阀两种。

①普通单向阀:

只能使油液沿一个方向流动,不容许油液反向倒流。

②液控单向阀：

与普通单向阀相比，多了一个液控口K和控制活塞的顶杆。

（2）换向阀

换向阀是利用阀芯相对阀体的运动，使油路接通或关断，使液压执行元件实现起动、停止或变换运动方向。

换向阀有多种形式，按阀芯的运动方式可分为滑阀和转阀。

滑阀机能：

换向阀的阀芯处于中位时，其油口P、A、B、O有不同的连接方式，可表现出

不同的性质，把适应各种不同工作要求的连通方式称为滑阀机能。

P、A、B、O互不相通为O型，P、A、B、O全通为H型。

2、压力控制阀

控制油液压力的阀是利用作用于阀芯上的液压力和弹簧力相平衡的原理来实现系统压力的

控制。

常见的压力控制阀有溢流阀、顺序阀和减压阀。

（1）溢流阀

系统进入液压缸之外多余的油液经溢流阀流回油箱，保持系统油压基本稳定，此时溢流阀

起维持系统压力恒定的作用。

。

溢流阀还可以用来限定系统的最高压力。

常用的溢流阀按其结构形式和基本动作方式可分为直动式和先导式两种。

直动式用于低压系统。

先导式溢流阀由先导阀和主阀两部分组成，常用于中、高压系统或远程控制场合

（2）顺序阀

顺序阀的主要作用是使两个以上执行元件按压力实现顺序动作，所以称为顺序阀。

顺序阀按结构的不同也可分为直动式和先导式两种类型。

溢流阀主要用限压、稳压以及配合流量阀用于调速；

顺序阀则主要用来根据系统压力的变化情况控制油路的通断，有时也可以将它当作溢流阀来使用。

（3）减压阀

减压阀的出口压力低于进口压力，其作用是降低液压系统中某一局部的油液压力，使用一个油泵能同时得到多个不同的压力输出，同时它还有稳压的作用。

根据所控制的压力不同，减压阀可分为定值减压阀、定差减压阀和定比减压阀。

定值减压阀在液压系统中应用最为广泛，因此也简称为减压阀，常用的有直动式减压阀和先导式减压阀。

3、流量控制阀

流量控制阀依靠改变阀口通流面积大小来调节通过阀口的流量，从而调节执行元件（液压缸或液压马达）的运动速度。

常用的流量控制阀有普通节流阀、调速阀等。

（1）普通节流阀

普通节流阀是液压传动系统中结构最简单的流量控制阀，依靠改变节流口的大小，调节执行元件的运动速度。

（2）调速阀

调速阀是将节流阀和定差减压阀串接而构成的。

四、液压辅助原件

液压辅助元件主要有蓄能器、过滤器、油箱、热交换器及管件等。

1.蓄能器

蓄能器的功用主要用来储存和释放油液的压力能，保持系统压力恒定，减小系统压力的脉动冲击。

2.过滤器

过滤器的功用是滤清油液中的杂质，保证系统管路畅通，使系统正常工作。

3.油箱

油箱的功用主要是：

储油，散发油液中的热量，释放混在油液中的气体，沉淀油液中的杂质等。

4.油管和管接头

（1）油管

液压系统中常用的油管有钢管、铜管、尼龙管、塑料管、橡胶软管等。

（2）管接头

管接头是油管与油管、油管与液压元件之间的连接件。

1、液压泵的分类及工作原理。

2、液压缸的分类及工作原理。

3、液压控制阀的分类及工作原理。

4、液压辅助原件

8-3液压传动系统

1、能认识各个液压元件的图形符号。

2、具有应用所学液压传动的知识分析一般传动系统图的能力。

液压系统原理图的分析及油液流动情况的简述。

由某些液压元件和附件所构成的能完成某种特定功能的回路称为液压基本回路。

这些基本回路根据其功用不同可分为压力控制回路、调速回路、方向控制回路等。

一、典型液压系统分析

1、方向控制回路

1.方向控制回路

（1）利用方向控制阀的换向回路。

（2）利用换向阀的中位机能锁紧回路。

2、压力控制回路

它是由溢流阀4来实现主系统的压力控制的。

当液压泵的出油压力超过溢流阀的调定压力时，泵油液经溢流阀溢流回油箱，起到控制液压泵出口压力的作用。

3、调速回路

由行程阀9和调速阀共7同组成速度控制回路。

液压系统的工作分析如下。

①快速前进阶段：

电磁铁1YA断电、2YA

通电，其油路是：

进油路——过滤器２→定量液压泵3→单向阀5→换向阀6→行程阀9→液压缸10左腔。

回油路——液压缸10右腔→换向阀6→油箱1。

②工作进给阶段：

当快速进给阶段终了，挡块压下行程阀9，活塞实现工作进给阶段时，其油路是：

进油路——过滤器2→定量液压泵3→单向阀5→换向阀6→调速阀7→液压缸10左腔。

回油路——液压缸10右腔→换向阀6→油箱1。

③快退阶段：

1YA通电、2YA断电，此时活塞实现快退动作，其油路是：

进油路——过滤器2→定量液压泵3→单向阀5→液压缸10右腔。

回油路——液压缸10左腔→单向阀8→换向阀6→油箱1。

④卸荷阶段：

1YA、2YA都断电，换向阀处于中位，液压缸两腔被封闭，活塞停止运动，此时泵卸荷，其油路是：

卸荷油路——过滤器2→定量液压泵3→单向阀5→油箱１。

电磁铁和行程阀的动作顺序可参照表8-2，其中电磁阀通电行程阀压下用“+”表示，电磁阀断电行程阀抬起用“-”表示。

表8-2电磁铁和行程控制阀顺序动作

二、典型液压系统应用实例

1.快速前进

电磁铁1YA通电，电磁换向阀5左位接入系统。

液控换向阀4在液控油压的作用下，其左位也接入系统。

2.第一次工作进给

滑台前进到预定位置时，挡块压下行程阀10，1YA继续通电。

此时，系统压力升高，顺序阀14打开,变量液压泵2自动减小流量，以适应工作进给的需要。

3.第二次工作进给

在第一次工作进给结束时，3YA通电，电磁阀7通路被截断，顺序阀仍打开，进给量大小由调速阀6来调节。

4.死挡铁停留

停留是在滑台以二工进速度碰到死挡铁块时开始的，不再前进，系统压力进一步提高，至压力继电器8发出信号后，停留结束。

5.快速退回

快退在压力继电器8发出信号，使电磁铁1YA、3YA断电，2YA通电，换向阀5右位接入系统，换向阀4右位也接入系统。

6.原位停止

滑台快退至原位时，挡铁压下,终点行程开关发出信号，使电磁铁2YA、3YA断电，换向阀4、换向阀5处于中间位置，液压缸两腔封闭，滑台停止运动，系统开始卸荷。

表8-3YT4543型动力滑台液压系统动作循环

该系统主要采用了下列基本回路:

限压式变量液压泵和调速阀的联合调速回路,液压缸左、右两腔都通压力油的差动快速回路，电液换向阀控制的换向回路，行程阀和电磁阀控制的速度换接回路，两个串联的调速阀组成的调速控制回路（实现二次进给），背压阀、顺序阀控制的压力回路。

1、掌握气压传动系统图的分析思路。

8-4气压传动概述

1、了解气压传动的特点及组成和工作原理。

2、能认识气压动传动元件的图形符号及系统的组成。

气压传动的特点及组成和工作原理。

气压动传动元件的图形符号及系统的组成。

气压传动的工作原理是利用空气压缩机使空气介质产生压力能，在控制元件的控制下，将气体压力能传输给执行元件，控制执行元件（气缸或气马达）完成直线运动和旋转运动。

一、气压传动系统的工作原理

二、气压传动系统的组成

1.能源元件

能源元件是使空气压缩并产生压力能，为各类气动设备提供动力的装置，例如空气压缩机。

2.控制元件

控制元件是用来控制压缩空气的压力、流量、流动方向及执行元件工作顺序的元件，例如压力阀、流量阀、方向阀、逻辑元件和行程阀等。

3.执行元件

执行元件是把气体的压力能转换为机械功的一种装置，例如气缸、气马达等。

4.辅助元件

辅助元件是使空气净化、润滑、消声及用于元件间连接的元件，例如过滤器、油雾器、消声器及管件等。

三、气压传动系统的优缺点

1.气压传动的优点

①气压传动的工作介质是空气，排放方便，不污染环境，经济性好。

②空气的粘度小，便于远距离输送，能源损失小。

③气压传动反应快，维护简单，不存在介质维护及补充问题。

④蓄能方便，可用贮气筒贮气获得气压能。

⑤工作环境适应性好，允许工作温度范围宽。

⑥有过载保护作用。

2.气压传动的缺点

①由于空气具有可压缩性，因此工作速度稳定性较差。

②工作压力低，气动传动装置总输出力较小。

③工作介质无润滑性能，需设润滑辅助元件。

④噪声大。

1、气压传动系统的工作原理

2、气压传动系统的组成

3、气压传动系统的优缺点

8-5气压传动原件

1、了解空气压缩站的作用和组成。

2、熟悉气缸、方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀的功用及结构。

3、了解气压传动的特点及组成和工作原理

空压机、后冷却器和贮气缸的功用及结构。

空压机、后冷却器和贮气缸的工作原理。

一、空气压缩站

气压缩站（简称空压站）是气压传动的动力源，为气动设备提供压缩空气。

它的主要组成装置有空气压缩机1（简称空压机）、贮气罐3和后冷却器2。

1.空气压缩机

空气压缩机是产生压缩空气的装置，它将机械能转化为气体的压力能。

按压力高低空气压缩机分为低压型（0.2～1ＭＰａ）、中压型（1～10ＭＰａ）、高压型（10～100ＭＰａ）和超高压型（＞１００　ＭＰａ）。

按流量可分为微型（≤1

／ｍｉｎ）、小型（1～10

／ｍｉｎ）、中型（10～100

／ｍｉｎ）和大型（＞100

／ｍｉｎ）。

按工作原理的分类如表8-4所示。

表8-4空气压缩机的分类

2.后冷却器

空压机输出的压缩空气温度可以达到120℃以上，空气中水分完全呈气态。

后冷却器的作用就是将空压机出口的高压空气冷却至40℃以下，把大量水蒸气和变质油雾冷凝成液态水滴和油滴，从空气中分离出来。

后冷却器有风冷式和水冷式两大类。

3.贮气罐

贮气罐的主要作用是消除气源输出气体的压力脉动，贮存一定数量的压缩空气，解决短时间内用气量大于空气压缩机输出气量的矛盾，保证供气的连续性和平稳性，进一步分离压缩空气中的水分和油分。

贮气罐的安装有直立式和平放式。

可移动式压缩机应水平安装，而固定式压缩机因空间大则多采用直立式安装。

4.其他气源辅助元件

除后冷却器、贮气罐之外，常见的气源辅助元件还有空气过滤器、干燥器、油雾器。

二、气压传动执行元件

气缸和气马达是气压传动中所使用的执行元件。

气缸用于实现往复直线运动或摆动，常用于往复直线运动。

气马达用于实现连续回转运动。

（１）气缸的分类

①根据结构特征，气缸分为活塞式、柱塞式、膜片式等。

②根据结构不同，气缸可分为特殊气缸、组合气缸等。

③按压缩空气作用在活塞端面上的方向不同，气缸可分为单作用式、双作用式。

（２）几种常见的气缸工作原理和用途

①单作用式气缸：

单作用式气缸在工作时，压缩空气仅在气缸一端进气，推动活塞移动，活塞借助弹簧、膜片、外力作用回位。

单作用式气缸应用于短行程及活塞杆推力、运动速度均要求不高的场合，如定位和夹紧等装置。

②双作用式气缸：

双作用式气缸工作时，压缩空气交替地从气缸两端进入并排出，推动活塞往复运动。

主要用于机械加工机械及包装机械设备。

图8-36图8-37

（３）气马达

气马达是用来实现连续回转运动的执行元件，常见的有齿轮式、叶片式、柱塞式等。

气马达工作适应性强，可适用于无级调速、起动频繁、经常换向及有过载可能的场合，许多风动工具，如风钻、风动扳手等均装有气马达。

三、气压控制阀

气压控制阀是控制和调整压缩空气的流向、压力和流量的控制元件，可分为方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀。

1.方向控制阀

方向控制阀是用来控制气体流动方向和气流通断的气动控制元件。

气动元件中，方向制阀的种类最为繁多，按其作用特点可以分为单向型控制阀和换向型控制阀（换向阀）。

单向阀是用来控制气流方向，只能单向通过的方向控制阀。

换向阀的功能主要是改变气体通道，使气体流动方向发生变化，从而改变气动执行元件的运动方向，它是气压传动系统中最主要的控制元件。

换向阀按控制方式分类主要有人力控制、机械控制、气压控制和电磁控制四类。

2.压力控制阀

压力控制阀又分为调压阀、顺序阀和安全阀。

（１）调压阀（减压阀）

调压阀的作用是将较高的输入压力调整到符合设备使用要求的压力，并保持输出压力的稳定。

由于输出压力必然小于输入压力，所以调压阀也常被称为减压阀。

根据调压方式调压阀可分为直动式调压阀和先导式减压阀两种。

（２）顺序阀

顺序阀是依靠回路中压力的变化来控制执行机构按顺序动作的压力阀。

顺序阀常与单向阀组合在一起使用，称为单向顺序阀，是一种最常见的顺序阀。

（３）安全阀

安全阀在系统中起过载保护作用，当贮气罐或气动回路超过某气压安全调定值时，安全阀打开向外排气。

3.流量控制阀

流量控制阀是通过改变阀的流通面积来实现流量控制的元件。

流量控制阀主要是控制流体的流动，以达到改变执行机构运动速度的目的。

1、空气压缩站

2、气压传动执行元件

3、气压控制阀

8-6气压传动系统

1、使学生能够看懂气动传动系统图的组成及各元件的功能与作用。

2、能够分析气动系统图的工作过程。

按系统图和工艺流程分析气动传动工作过程。

讲授法

一、数控铣床气动系统

该系统气源压力为0.6～0.7ＭＰａ，由气动三联件、二位三通电磁阀、气缸等元件组成，完成卸刀、装刀以及主轴制动的工作过程。

1.卸刀

主轴停止转动后，用手握住刀柄，以防刀柄掉落。

按下电磁阀1按钮，接通电磁阀。

压缩空气由主轴套筒上部进入气缸，推动活塞及锁紧套筒向下运动，推动刀柄向下运动，与主轴锥孔分离，完成卸刀动作。

2.装刀

装刀时，必须先启动电磁阀，然后将刀柄缺口对准主轴端面键，向上推入主轴锥孔，直至碰到锁紧套不能向上为止。

后断开电磁阀，锁紧套依靠弹簧的恢复力向上运动，钢球卡入拉钉的凹槽部分将刀柄锁紧。

3.主轴制动

在装卸刀具时，为避免主轴跟转，机床另有一个先导式电磁阀2单独控制。

当需要主轴制动时，启动电磁阀，然后用手慢慢转动主轴，使气缸活塞杆插入主轴上端带轮的孔中，使主轴制动。

二、数控加工中心气动换刀系统

刀库3的转位由伺服电动机带动齿轮传动和蜗轮蜗杆传动来实现。

气动系统在实现换刀的过程中完成主轴的定位、松刀、拔刀、向主轴锥孔吹气和插刀等动作

①当数控系统发出换刀指令时，主轴停转，同时电磁阀4YA通电，压缩空气经气动三大件1→换向阀4→单向节流阀5→主轴定位缸A的右腔，缸A活塞左移，使主轴自动定位。

②定位后压下无触点开关，使6YA通电，压缩空气经换向阀6→快速排气阀8→气液增压缸B的上腔→增压缸的活塞伸出，实现主轴松刀。

③使8YA通电，压缩空气经换向阀9→单向节流阀11→缸C的上腔，活塞下移实现拔刀。

④回转刀库转位，同时1YA通电，压缩空气经换向阀2过单向节流阀3向主轴锥孔吹气。

1YA断电，2YA通电，停止吹气。

⑤8YA断电，7YA通电，压缩空气经换向阀9→单向节流阀10→缸C的下腔，活塞上移，实现插刀。

⑥6YA断电，5YA通电，压缩空气经换向阀6→气液增压缸B的下腔，活塞上移，主轴的机械机构使刀具夹紧。

4YA断电，3YA通电，缸A的活塞在弹簧力的作用下复位，恢复到开始状态，换刀结束。

在工作循环中，各电磁阀的电磁铁动作顺序见表8-5。

表8-5电磁阀的电磁铁动作顺序表电磁铁

注：

“＋”表示电磁铁通电；

“－”表示电磁铁断电

1、数控铣床气动系统

2、数控加工中心气动换刀系统