液压与气动知识点整理

1 1 液压与气动的组成 液压与气动的组成 除工作介质工作介质 液压油或者压缩空气外 还有以下四部分组成 动力元件动力元件 将机械能转换成流体的压力能 的元件 例如 液压泵和空气压缩机 执行元件执行元件 将流体的压力能转换成机械能的元件 例如作直线运 动的液压缸或者气缸 作回转运动的液压马达或者气压马达 控制调节元件控制调节元件 例如溢流阀 节流阀 换 向阀等 以及辅助元件辅助元件 例如 管道 油箱 过滤器 蓄能器 油雾器 消声器等 2 2 液压 气压传动的特点 液压 气压传动的特点 主要区别 主要区别 一 液压一 液压 1 优点 1 液压传动能在较大范围内实现无级调速 调速范围可达 2000 2 在同功率下 液压装置体积小 重量轻 3 工作平稳 换向冲击小 便于实现快速气动 制动和频繁的换向 4 易于实现过载保护 安全性好 采用矿物油作为工作介质 自润滑性好 5 操作控制方便 便于设备实现自动化 6 液压元件的标准化 系列化和通用化程度高 便于设计 制造和使用维修 2 缺点 1 液压传动系统中存在的泄露和油液的可压缩性 影响了传动的准确性 故不宜用于要求具有精确传 动比的场合 2 液压传动系统工作过程中往往有较大的能量损失 因此液压传动效率不高 并且不宜作距离传动 3 液压传动对油温性变化比较敏感 不宜在很高或者很低的温度条件下工作 4 液压件制造精度较高 系统过程中发生故障时不易诊断和排除 二 气压二 气压 1 优点 1 以空气为工作介质 来源方便 使用后可以直接排入大气中 处理简单 不污染环境 2 空气粘度很小 在管道中压力损失较小 因此压缩空气便于集中供应和远距离输送 3 压缩空气的工作压力一般较低 因此对气动元件的材料和制造精度要求较低 4 工作环境适应性好 5 维护简单 使用安全可靠 能够实现过载保护 2 缺点 1 气动传动工作速度的稳定性较差 易受负载变化的影响 2 工作压力较低 系统输出力较小 传动效率较低 3 排气噪声较大 在高速排气时需要安装消声器 3 3 液压油的工作介质的物理特性液压油的工作介质的物理特性 1 液体的密度 密度 单位体积液体的质量称为液体的密度 用表示 即 V m 式中 V 体积 m 质量 kg 3 m 一般液压油的密度是 850 900 3 mkg 2 液体的可压缩性 液体在压力作用下体积减小的这种性质称为液体的可压缩性 在常温下 可以认为油 液是不可压缩的 但是当液压油混有气泡时 其可压缩性明显增加 并且对液压系统的速度稳定性影响较 大 3 液体的粘性 1 粘性的物理性质 液体只有在流动 或者流动趋势 时 才显示出液体的粘性 而静止液体是不显示粘性的 2 牛顿内摩擦力定律 牛顿内摩擦定律 液层间的切应力 相邻液层间的内摩擦力 F 液层间的接触面积 A 液层间的速度梯度 dy du A F dy du 3 粘度 动力粘度 亦称绝对粘度 其单位是 公式为 2 msNsPa dy du A F 运动粘度 动力粘度与该液体的密度的比值 以表示 单位是 公式为 sm 2 L HL46 的液压油在 40时 运动粘度的中心值为 46C smm 2 4 粘温特性 油液的粘度随温度变化的性质称为粘温特性 温度对油液粘度的影响比较大 温度升高 粘文显著下降 油液的其它物理以及化学性质包括 抗燃性 抗凝性 抗氧化性 抗泡沫性 抗乳化性 防锈性 润滑性 导热性 相容性以及纯净性 4 4 液压油的品种有很多种 主要有三种 液压油的品种有很多种 主要有三种 矿油型 乳化型 合成型 液压传动系统用油一般应满足要求液压传动系统用油一般应满足要求 有有 粘度适当 粘温特性好 润滑性好 防锈性好 质地纯净 杂质少 对金属和密封件有良好的相容性 氧化稳定性好 不易变质 抗泡沫性和抗乳化性好 燃点高 凝固低 对人体无害 成本低等 5 5 液体静力学的基本知识液体静力学的基本知识 1 液体的压力 液压单位面积上所受的法向力称为压力 在物理学中称为压强的概念 但是在液压技术中习惯称为压力 若在液体内某点处微小面积上作用有法向力 则该点的静压力 P 为A F A F p A lim 所以液体的静压力有如下两个重要特性 1 液体的静压力沿着法向力作用于承压面 2 静止液体内任意一点的静压力在各个方向上都相等 2 重力作用下静止液体的压力分布 1 静止液体内任一点处的压力由两部分组成 一部分是液面上的压力 另一部分是由该点以上液 0 p 体重量所形成的压力 当液面上只受大气压力作用时 那么液体内任一点的压力为 a p ghpp a 2 静止液体内的压力随液体深度呈线性规律分布 3 离液体深度相同的各点的压力相等 形成一个等压面 为水平面 3 压力的表示和单位 根据度量基准的不同 液体压力分为绝对压力和相对压力 以绝对真空为基准度量的压力 叫绝对压力 则大气压力为基准来度量的压力则是相对压力 在地球的表面上 一切受大气笼罩的物体 大气压力的作 用都是自相平衡的 因此一般压力仪器在大气中读数为零 用压力计测得的压力 显然是相对压 因此相 对压力又称为表压力 如果液体中某点的绝对压力小于大气压力 这时 比大气压力小的那部分数值叫做 真空度 图 绝对压力 相对压力和真空度的关系 绝对真空 相对压力 正 绝对压力 相对压力 负 真空度 绝对压力 大气压 压力的法定计量单位是 Pa 帕 单位换算 2 mN a Pbar 5 101 a MPcmkgfat098 0 11 2 a Patm 5 10013 1 1 a POmH98001 2 a PmmHg1331 4 帕斯卡原理 我们认为 静止液体内各点的压力处处相等 在密闭的连通容器中 各点处压力表指示的数值处处相等 外加负载 F 作用在横截面积上为 A 的活塞上 若不考虑自重所产生压力 则容器内液体各点的压力均为 由此式可以知道压力决定于负载 A F p 5 液体对固体壁面的作用力 当固体壁面为一平面时 液体压力对水平该平面的总压力 F 等于液体压力 p 与该平面面积 A 的乘积 其作用方向与该平面垂直 即 F pA i 对于无杆腔活塞 活塞直径为 D 面积为 A 左侧所受的液体作用力 F 为 p D pAF 4 2 ii 当固体壁面为一曲面时 液体压力在该曲面某方向 x 上的总作用力等于液体压力与曲面在该方向 x F 上投影面积的乘积 即 x A 2 4 dppAF xx 6 液体动力学的基本知识液体动力学的基本知识 1 基本概念 1 理想液体与恒定流动 理想液体是既无粘性有无可压缩性的假想液体 液体流动时 当夜体内部任何一点的压力 速度和密度都不随时间而变化 则称这种流动为恒定流动 亦 称定常流动 反之 只要压力 速度和密度有一个随时间而变化 则称为非恒定流动 亦称非定常流动 2 过载断面 流量和平均流速 液体在管道中流动时 其垂直于流动方向的截面称为过断面积 或称为通流截面 用 A 表示 单位时间 内通过某一过流断面的液体体积称为流量 用 q 表示 即 t V q sm 3 min L 现假设通流截面上各点的各点的流速均匀分布时 流体以平均流速 流过通流截面的流量与以实际流v 过流量相等 即液压缸工作时 活塞的运动速度就等于缸内的液体的平均流速 A q v 3 流态和雷诺数 1 流态 液体内流动时的两种状态 层流和紊流 i 层流 液体流动时各质点平行于管道轴线呈线状或者层状运动 运动互不干扰 ii 紊流 液体流动时各质点的运动杂乱无章 除了平行于管道轴线运动外 还存在着剧烈的横向运动 2 雷诺数 Re 液体管道在管道内流动是层流还是紊流 可以用雷诺数 Re 来判断 即 式中 vd Re 为平均流速 为管道直径 为液体的运动粘度vd 液体由层流转变为紊流时的雷诺数和由紊流转变为层流的雷诺数不相等 后者的数值小 所以一般用后者 作为判断液流状态的依据 称为临界雷诺数 当液流的实际雷诺数小于临界雷诺数时 液流为层流 反之 为紊流 2 连续性方程 连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的一种表达形式 根据质量守恒定律 单位时间内流过的两个截 面的液体质量相等 即 222111 AvAv 若不考虑液体的可压缩性 有 则 21 2211 AvAv 由于通流截面是任意选取的 因此有常数 vAq 7 7 液体流动时的压力损失液体流动时的压力损失 1 沿程压力损失 液体沿等径直管流动时因液体与管壁以及液体之间存在摩擦而产生的压力损失 主要取 决于液体的流速 粘性 管路的长度以及管路的内径 计算公式为 2 2 v d l p 式中 沿程阻力系数 液体流过的管道长度 m 管道直径 m 流体的平均流速 ldv m s 液体密度 3 mkg 2 局部压力损失 液体经阀口 弯管 突变截面以及阀口 滤网等局部装置时 由于液流方向和速度发生急剧变化 形成漩 涡 并发生强烈的紊动现象 由此造成的压力损失称为局部压力损失 其公式为 式中 2 2 v p 局部阻力系数 阀局部压力损失的计算公式为 2 n nv q q pp 3 管路系统的总压力损失 整个管路系统的总压力损失应该包括所有的沿程压力损失和所有的局部压力损失 因此 v pppp 因此减少压力损失的措施 减少流速 效果最好 缩短管路的长度 减小管路截面的突变 提高管路内 壁的加工质量 8 8 液压冲击和空穴现象液压冲击和空穴现象 1 液压冲击 定义 由于某种原因引起的液体压力急剧上升的现象 如起动 制动 快速换向时容易出现 液压冲击产生的原因以及危害 1 当液流通道迅速关闭或者液流迅速换向使液流速度的大小或方向突然变化时 由于液流的惯性引起 的液压冲击 2 液压系统中的运动部件突然制动或换向时 因工作部件的惯性引起的液压冲击 液压冲击会引起振动和噪声 严重时甚至导致密封装置 管道或其它液压元件的损坏 影响系统的正常工 作 减小液压冲击的措施 1 延长阀门关闭和运动部件制动换向的时间 2 限制管路中液流速度及运动部件的速度 3 适当加大管道内径 尽量缩短管路的长度 4 采用橡胶软管 以增加系统的弹性 5 在发生冲击的部位设置蓄能器 以吸收冲击的能量 2 空穴现象 定义 局部出现压力降低 而析出气泡的现象 截面 流速急剧变化的局部区域 空穴现象的危害 大量的气泡破坏了油液的连续性 而造成流量和压力的脉动 当气泡随油液进入高压区时又急剧破灭 引 起局部的液压冲击 引起噪声和振动 减小空穴现象的措施 1 降低泵的吸油高度 适当增大吸油管的内径 限制吸油管的流速 及时清洗过滤器 2 管路要有良好的密封 防止空气进入 3 节流口两端的压力差要小 9 9 液压泵基本工作条件液压泵基本工作条件 1 应该具有实现周期性变化的密封容积 2 应该配流装置 3 油箱为敞口或者压力油箱 10 10 液压泵的主要性能参数液压泵的主要性能参数 1 液压泵的压力 1 工作压力是指液压泵工作时输出油液的实际压力 其大小取决于负载p 2 额定压力是指液压泵在使用中允许达到最高的工作压力 泵的额定压力的大小受泵本身的泄露 n p 和结构强度所制约 2 液压泵的排量和流量 1 排量 V 是指不考虑泄露情况下泵轴每转所排出的油液的体积 常用单位rmL 2 流量 是指液压泵在单位时间内的排出油液的体积 1 理论流量 是指在不考虑泄露的情况下 单位时间内的排出油液的体积 计算公式 t qVnqt 2 实际流量 是指泵工作时的实际输出流量 由于泵存在泄露 因此泵的实际流量小于理论流量q 3 额定流量 是指泵在额定压力和额定转速下的输出流量 n q 3 液压泵的功率 液压泵输入的是机械能 表现的形式为输入转矩和转速 液压泵的输入功率 液压泵输 i TnnTP ii 2 出的是压力能 表现的形式为输出流量 q 和压力 p 液压泵的输入功率pqPo 4 液压泵的效率 1 容积效率 是指液压泵实际流量和理论流量的比值 即 v tt t t v q q q qq q q 1 2 机械效率 是指驱动液压泵的理论输入转矩和实际输入转矩的比值 即 m i t m T T 3 总效率 是指泵的输出功率与输入功率的比值 即 mv i P P 0 11 11 齿轮泵齿轮泵 优点是结构简单 尺寸小 制造方便 价格低廉 工作可靠 自吸能力强 对油液污染不敏感 缺点 流量和压力脉动大 噪声大 排量不明确 齿轮泵是液压系统中广泛采用的一种液压泵 它一般做成定量泵 按结构不同 齿轮泵分为外啮合齿轮泵 和内啮合齿轮泵 而以外啮合齿轮泵应用最广 存在的问题 困油 径向不平衡力 泄露 12 12 叶片泵叶片泵 叶片泵与其它液压泵相比较具有结构紧凑 体积小 流量均匀 运转平稳 噪声小等优点 但是结构比较 复杂 对油液污染比较敏感等缺点 按照工作原理可以分为 单作用式和双作用式两大类 双作用叶片泵 常用作定量泵 单作用叶片泵常用作变量泵 叶片泵是通过两叶片之间密封容积的增大和减小 产生吸油和压油的 转子转一转时 两叶片间产生一次 吸油和压油 叶片泵的偏心距大 吸油量大 压油量也大 反之 叶片泵双向变量泵 13 13 柱塞泵柱塞泵 利用柱塞在缸体内柱塞孔内的往复运动 使密封工作容积来实现吸油和压油的 1 柱塞泵的工作原理 柱塞泵是液压系统的一个重要装置 它依靠柱塞在缸体中往复运动 使密封工作容腔的容积发生变 化来实现吸油 压油 柱塞泵具有额定压力高 结构紧凑 效率高和流量调节方便等优点 被广泛应 用于高压 大流量和流量需要调节的场合 诸如液压机 工程机械和船舶中 柱塞泵是往复泵的一种 属于体积泵 其柱塞靠泵轴的偏心转动驱动 往复运动 其吸入和排出阀 都是单向阀 当柱塞外拉时 工作室内压力降低 出口阀关闭 低于进口压力时 进口阀打开 液体 进入 柱塞内推时 工作室压力升高 进口阀关闭 高于出口压力时 出口阀打开 液体排出 当传 动轴带动缸体旋转时 斜盘将柱塞从缸体中拉出或推回 完成吸排油过程 柱塞与缸孔组成的工作容 腔中的油液通过配油盘分别与泵的吸 排油腔相通 变量机构用来改变斜盘的倾角 通过调节斜盘的 倾角可改变泵的排量 2 柱塞泵结构形式 柱塞泵分为轴向柱塞泵和径向柱塞泵两种代表性的结构形式 由于径向柱塞泵属于一种新型的技术 含量比较高的高效泵 随着不断加快 径向柱塞泵必然会成为柱塞泵应用领域的重要组成部分 1 14 4 液液压压马马达达 特点以及分类特点以及分类 液压马达是把液体的压力能转换为机械能的装置 从原理上讲 液压泵可以作液压马达用 液压马 达也可作液压泵用 但事实上同类型的液压泵和液压马达虽然在结构上相似 但由于两者的工作情况不同 使得两者在结构上也有某些差异 例如 1 液压马达一般需要正反转 所以在内部结构上应具有对称性 而液压泵一般是单方向旋转的 没 有这一要求 2 为了减小吸油阻力 减小径向力 一般液压泵的吸油口比出油口的尺寸大 而液压马达低压腔的 压力稍高于大气压力 所以没有上述要求 3 液压马达要求能在很宽的转速范围内正常工作 因此 应采用液动轴承或静压轴承 因为当马达 速度很低时 若采用动压轴承 就不易形成润滑滑膜 4 叶片泵依靠叶片跟转子一起高速旋转而产生的离心力使叶片始终贴紧定子的内表面 起封油作用 形成工作容积 若将其当马达用 必须在液压马达的叶片根部装上弹簧 以保证叶片始终贴紧定子内表面 以便马达能正常起动 5 液压泵在结构上需保证具有自吸能力 而液压马达就没有这一要求 6 液压马达必须具有较大的起动扭矩 所谓起动扭矩 就是马达由静止状态起动时 马达轴上所能 输出的扭矩 该扭矩通常大于在同一工作压差时处于运行状态下的扭矩 所以 为了使起动扭矩尽可能接 近工作状态下的扭矩 要求马达扭矩的脉动小 内部摩擦小 由于液压马达与液压泵具有上述不同的特点 使得很多类型的液压马达和液压泵不能互逆使用 液压马达按其额定转速分为高速和低速两大类 额定转速高于 500r min 的属于高速液压马达 额定 转速低于 500r min 的属于低速液压马达 高速液压马达的基本型式有齿轮式 螺杆式 叶片式和轴向柱塞式等 它们的主要特点是转速较高 转动 惯量小 便于启动和制动 调速和换向的灵敏度高 通常高速液压马达的输出 转矩不大 仅几十牛 米到几百牛 米 所以又称为高速小转矩液压马达 高速液压马达的基本型式是径向柱塞式 例如单作用曲轴连杆式 液压平衡式和多作用内曲线式等 此外在轴向柱塞式 叶片式和齿轮式中也有低速的结构型式 低速液压马达的主要特点是排量大 体积大 转速低 有时可达每分种几转甚至零点几转 因此可直接与工作机构连接 不需要减速装置 使传动机构 大为简化 通常低速液压马达输出转矩较大 可达几千牛顿 米到几万牛顿 米 所以又称为低速大转矩 液压马达 液压马达也可按其结构类型来分 可以分为齿轮式 叶片式 柱塞式和其他型式 主要性能参数主要性能参数 1 工作压力和额定压力 1 工作压力 是指液压马达入口处油液的实际压力 其大小取决于它所驱动的负载转矩p 2 额定压力 是指液压马达在正常工作条件下 按试验标准规定的连续运转的最高工作压力 其大小 n p 和马达的结构强度及泄露大小有关 2 液压马达的容积效率和转速 液压马达的容积效率为 理论流量 实际流量 q qt v t qq 将代入上式知道 液压马达的转速为Vnqt V V q n 3 液压马达的机械效率和转矩 液压马达的机械效率为 实际转矩 理论转矩 t o m T T o T t T 液压马达的输出转矩为 0 T mt T m pV 2 4 液压马达的总效率 液压马达的总效率为液压马达的输出功率和输入功率之比 即 o P i P mv i o pq nT P P 2 15 15 液压缸液压缸 液压缸结构简单 制造容易 工作可靠 应用广泛 大多数液压缸是将液压泵输出的液压能转变为直线运 动的机械能 分类 按照结构特点可以分为活塞式 柱塞式和摆动式 按作用方式可以分为单作用式和双 作用式 单作用液压缸的油液压力只能使活塞 或柱塞 作单方向运动 反方向运动必须依靠外力 如弹 簧力或自重 实现 双作用液压缸可由油液压力实现两个方向的运动 1 活塞式液压缸 活塞式液压缸根据其使用要求不同可分为双杆式和单杆式两种 1 双杆式活塞缸 活塞两端都有一根直径相等的活塞杆伸出的液压缸称为双杆式活塞缸 它一般由 缸体 缸盖 活塞 活塞杆和密封件等零件构成 根据安装方式不同可分为缸筒固定式和活塞杆固定式两 种 由于双杆活塞缸两端的活塞杆直径通常是相等的 因此它左 右两腔的有效面积也相等 当分别向 左 右腔输入相同压力和相同流量的油液时 液压缸左 右两个方向的推力和速度相等 当活塞的直径为 D 活塞杆的直径为 d 液压缸进 出油腔的压力为 p1和 p2 输入流量为 q 时 双杆活塞缸的推力 F 和速 度 v 为 F A p1 p2 D2 d2 p1 p2 4 v q A 4q D2 d2 q 输入液压缸的流量 F 活塞 或缸体 上的液压推力 液压缸进油压力 1 p 液压缸回油压力 A 活塞的有效作用面积 D 活塞直径 d 活塞杆直径 2 p 2 单杆活塞式液压缸 1 当无杆腔进油时 有杆腔回油时 活塞推力和运动速度分别为 2 1 4 D q A q v 4 2 2 2 212211 dpDppApApF 2 当有杆腔进油时 无杆腔回油时 活塞推力和运动速度分别为 2 F 2 v 4 22 2 2 dD q A q v 4 2 1 2 2112212 dpDppApApF 3 差动连接时 活塞推力 F3和运动速度 v3分别为 F3 p1 A1 A2 p1 d2 4 则 2 3 22 2 1 3 4 4 4 D vdDq D qq A qq v 2 3 4 d q v 在实际应用中 液压系统通过方向控制阀来实现单杆缸的油路连接 实现 快进 工进 快退 在此工 作过程中 快进由差动连接方式完成 工进由无杆腔进油完成 快退则由有杆腔进油方式完成 当要使 快进 和 快退 相等时 即 可得 32 vv dD2 2 柱塞式是一种单作用液压缸 柱塞的直径设为 d 输入油液的流量为 q 压力为 p 时 柱塞上产生的推 力 F 和速度 v 为 F pA p d2 4 i q A 4q d2 柱塞一般较粗 重量大 其安装方式要垂直安装 必须水平时 将柱塞做成空心的 结构简单 制造容易 维修方便 常用于行程较长的设备 例如龙门刨床 导轨磨床 大型拉床等 3 摆动式液压缸是一种输出转矩并实现往复摆动的液压执行元件 又称为摆动式液压马达 常用的有单叶 片式和双叶片式两种结构形式 其结构紧凑 输出转矩大 但密封性较差 一般用于夹紧装置 送料装置 转位装置等中低压系统 4 组合式液压缸 1 增压液压缸 增压液压缸又称增压器 它利用活塞和柱塞有效面积的不同使液压系统中的局部区 域获得高压 它有单作用和双作用两种型式 单作用增压缸的工作原理如图 4 9 a 所示 当输入活塞缸 的液体压力为 p1 活塞直径为 D 柱塞直径为 d 时 柱塞缸中输出的液体压力为高压 其值为 p2 p1 D d 2 Kp1 4 29 式中 K D2d2 称为增压比 它代表其增压程度 显然增压能力是在降低有效能量的基础上得到的 也就是说增压缸仅仅是增大输出的压力 并不能 增大输出的能量 单作用增压缸在柱塞运动到终点时 不能再输出高压液体 需要将活塞退回到左端位置 再向右行 时才又输出高压液体 为了克服这一缺点 可采用双作用增压缸 如图 4 9 b 所示 由两个高压端连续 向系统供油 图 4 9 增压缸 2 伸缩缸 亦称为多级缸 伸缩缸由两个或多个活塞缸套装而成 前一级活塞缸的活塞杆内孔是后 一级活塞缸的缸筒 伸出时可获得很长的工作行程 缩回时可保持很小的结构尺寸 伸缩缸被广泛用于起 重运输车辆上 伸缩缸可以是如图 4 10 a 所示的单作用式 也可以是如图 4 10 b 所示的双作用式 前者靠外力回 程 后者靠液压回程 图 4 10 伸缩缸 伸缩缸的外伸动作是逐级进行的 首先是最大直径的缸筒以最低的油液压力开始外伸 当到达行程 终点后 稍小直径的缸筒开始外伸 直径最小的末级最后伸出 随着工作级数变大 外伸缸筒直径越来越 小 工作油液压力随之升高 工作速度变快 其值为 Fi p1 4 30 V1 4q Di2 4 31 式中的 i 指 i 级活塞缸 图 4 11 齿轮缸 3 齿轮缸 它由两个柱塞缸和一套齿条传动装置组成 如图 4 11 所示 柱塞的移动经齿轮齿条传 动装置变成齿轮的传动 用于实现工作部件的往复摆动或间歇进给运动 16 16 液压缸的典型结构与组成液压缸的典型结构与组成 液压缸的基本结构可以分为缸体组件 活塞组件 密封装置 缓冲装置和排气装置五部分组成 缸体组件包括缸筒 前后缸盖 导向套和连接件等 活塞组件由活塞 活塞杆和连接件等组成 密封装置 用来防止油液的泄露 设计的好坏直接影响液压缸的工作性能 缓冲装置 为避免活塞在行程两端与缸盖 发生碰撞 产生撞击与噪声 常在大型 高速或者要求较高的液压缸的设置中缓冲装置 排气装置 液压 系统混入空气后 会使工作不稳定 产生振动 噪声 爬行或者前冲等现象 严重时会系统不能正常工作 1717 认识液压控制阀认识液压控制阀 1 液压控制阀的基本结构和工作原理 1 基本结构 所有的液压阀的都是由阀体 阀心及驱动阀心动作的元件组成 阀体上除了与阀心配合的 阀体孔外 还有外接油管进出油口 阀心主要有滑阀 锥阀和球阀三种方式 驱动装置可以是手调结构 也可以是弹簧 电磁线圈或者液体驱动机构 2 工作原理 利用阀心在阀体内的相对运动来控制阀口的通断及开口大小 来实现压力 流量和方向 控制的 2 液压控制阀的分类 按照功能划分 方向控制阀 压力控制阀和流量控制阀 按照操纵方式划分 手动 机动 电磁 液压操纵式等 按安装连接方式划分 管式 板式 叠加式和插装式等 3 液压控制阀的性能参数 公称通径 Dg 压力 流量的限定值以及压力损失 开启压力 允许背压 最小的稳定流量等 18 方向控制阀方向控制阀用来控制液压系统中的液流 断或流动方向 用来实现对执行元件的启动 停止或者运动 方向的控制 分为单向阀和换向阀两类 压力控制阀压力控制阀 在液压系统中 用来控制油液压力高低或者利用信 号控制其他元件而产生的动作 有溢流阀 减压阀 顺序阀和压力继电器等 流量控制阀流量控制阀是利用阀口的通 流面积 来调节控制阀口的流量 从而改变执行元件的的运动速度 有节流阀和调速阀两种 19 19 方向控制阀 单向阀和换向阀方向控制阀 单向阀和换向阀 1 单向阀 1 普通单向阀 作用是只允许液流单方向运动 不允许反向倒流 按照油液流向不同可以分为直通式和直角式 2 液控单向阀 是由单向阀和液控装置两部分组成 2 换向阀 1 工作原理 换向阀通过改变阀心在阀体内的相对位置 使阀体上各油口连通或断开 从而控制元件的启动 停止或者 改变方向 2 换向阀的分类 分类方法型式 按阀心结构滑阀式 转阀式和球阀式等 按阀的工作位置和通路数二位四通 二位三通 二位四通 二位五通 三位四通 三位五通等 按操纵阀心运动的方式手动 机动 电磁动 液动 电液动等 按阀心的定位方式钢球定位式和弹簧复位式 3 换向阀的图形符号 滑阀的操纵方式 常见的滑阀操纵方式示于图 5 4 中 图 5 4 滑阀操纵方式 a 手动式 b 机动式 c 电磁动 d 弹簧控制 e 液动 f 液压先导控制 g 电液控制 4 常位态与中位机能 当换向阀没有受到操纵力作用时各油口的连接方式称为常位态 二位二通换向阀有常开型和常闭型两种 常开型的常态位两油口是连通口 常闭型的常位态两油口是不通的 对于三位换向阀 其常态位各油口连通方式称为中位机能 5 几种常见的换向阀 手动换向阀 利用手动杠杆来改变阀心的位置 实现换向 按换向的定位方式可以分为 弹簧自动复位式 和钢球定位式 结构简单 操作安全 适用于间歇动作且要求人工控制的场合 如工程机械 机动换向阀 行程换向阀 是由行程挡块或凸轮推动阀心实现换向的 结构简单 动作可靠 换向位置精 度高 改变挡块的迎角或凸轮的形状 可使阀心获得合适的换向速度 以减小换向冲击 只能安装在运动 部件的附近 通常是弹簧复位式二位阀 有二通 三通 四通和五通等 电磁换向阀 利用电磁铁吸力使阀心移动实现转向的 按使用电源的不同 可以分为交流和直流两种 具 有动作迅速 操作方便 易于实现自动控制等优点 但由于电磁铁的吸力有限 所以电磁阀只宜用在流量 不大的场合 液动换向阀 利用系统中的压力油 控制油 作用来改变阀心工作位置实现换向的 优点是结构简单 动 作可靠 换向平稳 由于液压驱动力大 故可以通过较大的流量 常与小电磁换向阀联合使用 电液换向阀 是由电磁换向阀和液动换向阀组合而成 其中电磁换向阀是改变控制油路的方向 称为先导 阀 液动阀是实现主油路的换向 称为主阀 20 20 压力控制阀 溢流阀 减压阀 顺序阀和压力继电器等压力控制阀 溢流阀 减压阀 顺序阀和压力继电器等 1 溢流阀 溢流阀的主要作用是对液压系统定压或进行安全保护 按其结构原理可以分为直动式溢流阀和 先导式溢流阀 直动式溢流阀利用液压力直接和弹簧力相平衡来进行压力控制的 先导式溢流阀是由先导 阀和主阀两部分组成 总溢流量是由先导阀阀口流量和经主阀口的流量组成 溢流阀的静态性能 是指在稳定工作状态下的性能 主要有 压力 流量特性和启闭特性 1 压力 流量特性 p q 是指溢流阀某一调定压力下工作时 溢流量的变化与进口之间的关系 即 稳压性能 2 启闭特性指溢流阀在稳态情况下从开启后到闭合的过程中 被控压力与通过溢流阀的溢流量之间的 关系 溢流阀的应用 溢流稳压 过载保护 安全阀 远程调压 使泵卸荷 2 顺序阀是利用液压系统中的压力自动接通或者切断某油路的压力阀 常用来控制液压系统中各执行元件 动作先后顺序 故称为顺序阀 应用 控制多个执行元件的顺序动作 与单向阀组成平衡阀 控制双泵系 统中的大泵卸荷 3 减压阀是一种利用液流通过缝隙产生压力降的原理 使出口压力低于进口压力的压力控制阀 其作用是 用来降低液压系统中某一支路的油液压力 使同一系统中能有两个或者几个不同压力输出 分为直动式和 先导式两种 在夹紧回路 润滑回路和控制回路中应用较多 4 压力继电器是一种将油液的压力信号转换成电信号的电液控制元件 当油液压力达到压力继电器的调定 压力时 即发出电信号 以控制电磁铁 电磁离合器 继电器等元件动作 使油路卸压 换向 执行元件 实现顺序动作 或关闭电动机 使系统停止工作 起安全保护作用等 压力继电器正确位置是在液压缸和 节流阀之间 性能指标 调压范围和通断调节区间 2121 流量控制阀 节流阀和调速阀流量控制阀 节流阀和调速阀 节流阀结构简单 体积小 但负载和温度变化对流量的稳定性影响较大 因此只适用于负载和温度变化不 大或对速度稳定性要求不高的液压系统中 调速阀是由定差减压阀和一个可调节流阀串联组合而成的组合 阀 节流阀用来控制通过的流量 定差减压阀则自动补偿负载变化的影响 保证节流阀两端的压力差为定 值 从而消除负载变化对流量的影响 22 22 液压基本回路液压基本回路 所有的基本回路是指由若干个液压元件组成的并且能够完成某种特定功能的回路 分为 方向控制回路 压力控制回路 速度控制回路 多缸控制回路 方向控制回路方向控制回路 它是控制液压系统执行元件的启动 停止和换向的回路 这类回路包括换向回路和锁紧回 路 包括换向回路和锁紧回路 压力控制回路压力控制回路 它是对系统整体或者系统某一部分的压力进行控制 以满足执行元件对力或者转矩要求的 回路 包括调压 卸荷 增压 减压 平衡等多种回路 速度控制回路 速度控制回路 它是对液压系统中的执行元件的运动速度和速度切换进行控制回路 包括调速回路 快速 运动回路和速度换接回路 多缸工作控制回路多缸工作控制回路 它是指由一个液压泵驱动多个液压缸相互配合的回路 包括顺序动作回路 同步回路 以及互不干扰回路 1 气压传动系统气压传动系统 1 气源装置气源装置 它将原动机输出的机械能转变为空气的压力能 其主要的设备是空气压缩机它将原动机输出的机械能转变为空气的压力能 其主要的设备是空气压缩机 2 气动控制元件气动控制元件 用来控制压缩空气的压力 流量和流动方向 以保证执行元件具有一定的输出力和速度并用来控制压缩空气的压力 流量和流动方向 以保证执行元件具有一定的输出力和速度并 按设计程序正常工作 如压力阀 流量阀 方向阀和逻辑阀等按设计程序正常工作 如压力阀 流量阀 方向阀和逻辑阀等 3 气动执行元件气动执行元件 是将空气的压力能转变为机械能的能量转换的装置 如气缸和气马达是将空气的压力能转变为机械能的能量转换的装置 如气缸和气马达 4 气动逻辑元件气动逻辑元件 能够完成一定的逻辑功能的气动元件 如与门 是门 非门能够完成一定的逻辑功能的气动元件 如与门 是门 非门 5 气动辅助元件气动辅助元件 是用于保证系统正常工作的一些装置 如过滤器 干燥器 消声器和油雾器等是用于保证系统正常工作的一些装置 如过滤器 干燥器 消声器和油雾器等 2 气源装置是用来产生具有足够的压力和流量的压缩空气并将其净化 处理和储存的一套气源装置是用来产生具有足够的压力和流量的压缩空气并将其净化 处理和储存的一套 装置装置 空气压缩机 空气压缩机 1 种类 种类 空气压缩机是产生和输送压缩空气的装置 它将电动机输出的机械能转化为气体的压力能空气压缩机是产生和输送压缩空气的装置 它将电动机输出的机械能转化为气体的压力能 输送给气压系统 按照工作原理的不同 可以分为容积式和速度式 容积式压缩机是通过输送给气压系统 按照工作原理的不同 可以分为容积式和速度式 容积式压缩机是通过 机构的运动 使气缸内部容积大小发生周期性变化 从而完成对空气的吸入和压缩的过程 机构的运动 使气缸内部容积大小发生周期性变化 从而完成对空气的吸入和压缩的过程 又分为 活塞式 膜片式和螺杆式又分为 活塞式 膜片式和螺杆式 2 工作原理工作原理 卧式空气压缩机是利用曲柄机构 将电动机的回转转变为活塞的往复直线运动卧式空气压缩机是利用曲柄机构 将电动机的回转转变为活塞的往复直线运动 3 选用选用 按额定排气压力空气压缩机可以分为低压 按额定排气压力空气压缩机可以分为低压 0 7MPa 中压 中压 1MPa 高压 高压 10MPa 及 及 超高压 超高压 100MPa 按输出气体流量可以分为微型 按输出气体流量可以分为微型 100 min 3 mmin 3 m 在选择空气压缩机时 其额定压力应等于或者略高于所需的工作压力 其流量以气动设备在选择空气压缩机时 其额定压力应等于或者略高于所需的工作压力 其流量以气动设备 最大的耗气量为基础 并考虑管路 阀门泄露量以及各种气动设备是否同时工作等因素最大的耗气量为基础 并考虑管路 阀门泄露量以及各种气动设备是否同时工作等因素 4 净化装置净化装置 1 后冷却器后冷却器 后冷却器安装在压缩机出口的管道上 将压缩机排出的压缩气体温度从后冷却器安装在压缩机出口的管道上 将压缩机排出的压缩气体温度从 140 170降至降至C 40 50 使其中水汽 油雾气凝结成水滴和油滴 以便经油水分离器析出 一般采用水 使其中水汽 油雾气凝结成水滴和油滴 以便经油水分离器析出 一般采用水C 冷式换热装置 结构形式有 列管式 散热片式 套管式 蛇管式和板式等冷式换热装置 结构形式有 列管式 散热片式 套管式 蛇管式和板式等 2 油水分离器油水分离器 主要作用是将压缩空气中凝结的水分和油分等杂质分离出来 使压缩空气得到初步净化 主要作用是将压缩空气中凝结的水分和油分等杂质分离出来 使压缩空气得到初步净化 其结构形式为 环形回转式 撞击折回式 离心旋转式和水浴式等其结构形式为 环形回转式 撞击折回式 离心旋转式和水浴式等 3 干燥器干燥器 干燥器的作用是为了满足精密气动装置用气 把初步净化的压缩空气进一步净化以吸收和干燥器的作用是为了满足精密气动装置用气 把初步净化的压缩空气进一步净化以吸收和 排除其中的水份 油份和杂质 使湿空气变成干空气 形式有冷冻式 吸附式 加热式等排除其中的水份 油份和杂质 使湿空气变成干空气 形式有冷冻式 吸附式 加热式等 冷却式干燥器是利用制冷设备使空气冷却一定露点温度 析出空气中的多余水分 使压缩冷却式干燥器是利用制冷设备使空气冷却一定露点温度 析出空气中的多余水分 使压缩 空气达到一定的干燥度 吸附式干燥器是利用硅胶 活性氧化铝 焦炭分子等具有吸附性空气达到一定的干燥度 吸附式干燥器是利用硅胶 活性氧化铝 焦炭分子等具有吸附性 能的干燥剂来吸附空气中的水分 从而达到干燥空气的目的能的干燥剂来吸附空气中的水分 从而达到干燥空气的目的 4 空气过滤器空气过滤器 它的作用是进一步滤除压缩空气的水分 油分及杂质 以达到气动系统所要求的净化程度 它的作用是进一步滤除压缩空气的水分 油分及杂质 以达到气动系统所要求的净化程度 它与减压阀 油雾器一起构成了气动三联件它与减压阀 油雾器一起构成了气动三联件 5 储气罐储气罐 储气罐主要用来调节气流 减小输出气流和压力脉动 保证输出气流的流量的连续性 储储气罐主要用来调节气流 减小输出气流和压力脉动 保证输出气流的流量的连续性 储 存在一定数量的压缩空气 调节用气量以及临时应急使用 进一步分离压缩空气中的水分存在一定数量的压缩空气 调节用气量以及临时应急使用 进一步分离压缩空气中的水分 和油分 一般采用焊接结构和油分 一般采用焊接结构 3 气动辅助元件气动辅助元件 1 油雾器油雾器 作用是把润滑油雾化后 经过压缩空气携带进入系统中各润滑部位 满足气动元件润滑的作用是把润滑油雾化后 经过压缩空气携带进入系统中各润滑部位 满足气动元件润滑的 需要 它的供油量应该根据气动设备情况确定 一般以需要 它的供油量应该根据气动设备情况确定 一般以 10自由空气供给自由空气供给 1润滑油为润滑油为 3 m 3 cm 宜宜 2 消声器消声器 它是通过阻尼或者增加排气面积来降低排气的速度和功率 从而降低噪声的 有吸收型 它是通过阻尼或者增加排气面积来降低排气的速度和功率 从而降低噪声的 有吸收型 膨胀干涉型和膨胀干涉吸收型等 其选择主要依据排气口直径的大小及噪声的频率范围膨胀干涉型和膨胀干涉吸收型等 其选择主要依据排气口直径的大小及噪声的频率范围 3 气液转换器气液转换器 气动系统中常用气气动系统中常用气 液阻尼缸或者用液压缸作执行元件 获得较平稳的速度 因而需要一液阻尼缸或者用液压缸作执行元件 获得较平稳的速度 因而需要一 种把气压信号转换成液压信号的装置 这就是气液转换器 有两种 直接作用式和换向阀种把气压信号转换成液压信号的装置 这就是气液转换器 有两种 直接作用式和换向阀 式式 4 气缸气缸 气缸是气压系统中的一种使用最普遍的一种执行元件 与液压缸相比 具有结构简单 成气缸是气压系统中的一种使用最普遍的一种执行元件 与液压缸相比 具有结构简单 成 本低 污染少 便于维修 动作迅速等 但由于推力小 广泛使用于轻载系统本低 污染少 便于维修 动作迅速等 但由于推力小 广泛使用于轻载系统 1 分类 分类 1 按压缩空气对活塞端面作用力的方向分按压缩空气对活塞端面作用力的方向分 1 单作用气缸单作用气缸 气缸只有一个方向靠气压驱动 另一方向靠弹簧力或自重和其他外力气缸只有一个方向靠气压驱动 另一方向靠弹簧力或自重和其他外力 2 双作用气缸双作用气缸 气缸的往返运动全靠压缩空气来完成气缸的往返运动全靠压缩空气来完成 2 按气缸结构特征分 活塞式气缸 薄膜式气缸 伸缩式气缸按气缸结构特征分 活塞式气缸 薄膜式气缸 伸缩式气缸 3 按气缸的安装方式分 固定式气缸 轴销式气缸 回转式气缸 嵌入式气缸 按气缸的安装方式分 固定式气缸 轴销式气缸 回转式气缸 嵌入式气缸 4 按气缸功能分 普通气缸 缓冲气缸 气按气缸功能分 普通气缸 缓冲气缸 气 液阻尼缸 摆动气缸 冲击气缸 步进气液阻尼缸 摆动气缸 冲击气缸 步进气 缸缸 2 几种常见的气缸几种常见的气缸 1 单作用气缸单作用气缸 单作用气缸是指压缩空气仅在气缸的一端空气 并推动活塞运动 而活塞反向则是依靠复单作用气缸是指压缩空气仅在气缸的一端空气 并推动活塞运动 而活塞反向则是依靠复 位弹簧力 重力或者其他外力 弹簧复位式的单作用气缸的特点是结构简单 耗气量小 位弹簧力 重力或者其他外力 弹簧复位式的单作用气缸的特点是结构简单 耗气量小 工作行程较短 在夹紧装置应用较多工作行程较短 在夹紧装置应用较多 计算公式有计算公式有 c pDF 2 1 4 2 双作用气缸双作用气缸 1 单杆双作用气缸 其推力公式 单杆双作用气缸 其推力公式 c pdDF 4 22 2 式中式中 当无杆腔进气时活塞杆上的推力当无杆腔进气时活塞杆上的推力F 活塞直径活塞直径D 活塞杆直径活塞杆直径d 气缸工作压力气缸工作压力p 气缸效率 一般气缸效率 一般 0 7 0 8 c 2 双杆双作用缸双杆双作用缸 常用于气动加工机械及包装机械装备上常用于气动加工机械及包装机械装备上 3 薄膜式气缸薄膜式气缸 它以薄膜取代活塞 依靠膜片在压缩空气作用下的变形来使活塞杆产生运动的 分为单作它以薄膜取代活塞 依靠膜片在压缩空气作用下的变形来使活塞杆产生运动的 分为单作 用式和双作用式用式和双作用式 这种气缸的特点是结构紧凑 重量轻 维修方便 密封性好 成本低 但因膜片变形量有这种气缸的特点是结构紧凑 重量轻 维修方便 密封性好 成本低 但因膜片变形量有 限 故行程短 一般不超过限 故行程短 一般不超过 40mm 常用于自锁结构以及夹具 常用于自锁结构以及夹具 4 气液阻尼缸气液阻尼缸 普通气缸工作时 由于工作气质为气体 可压缩性大 所以当外界负载变化时 会造成活普通气缸工作时 由于工作气质为气体 可压缩性大 所以当外界负载变化时 会造成活 塞的自走和爬行现象 使气缸工作不稳 为了提高活塞运动的平稳性 常采用气塞的自走和爬行现象 使气缸工作不稳 为了提高活塞运动的平稳性 常采用气 液阻液阻 尼缸 尼缸 5 冲击气缸冲击气缸 一种新型的气动执行元件 与普通气缸相比