第五章液压与气压传动...ppt

液压与气压传动,第五章液压传动执行元件,5.1液压缸的类型,5.2各种类型液压缸及其特点,5.3液压缸的典型结构与组成,5.4液压缸设计计算,5.5液压马达,目录,液压缸的功能液压缸是液压传动系统中的执行元件，它的作用是将液压能转换为机械能，驱动工作机构作直线往复运动或往复摆动。输入液压缸的是液体的流量和压力，输出的是直线运动速度和力。,5.1液压缸的类型,液压缸种类繁多，分类方法各异。液压缸按不同的使用压力，可分为中低压液压缸，额定压力为2.56.3MPa；一般用于机床类机械中高压液压缸，其额定压力为1016MPa；一般用于建筑车辆和飞机上高压液压缸，其额定压力为2531.5MPa；一般用于油压机一类机械,5.1液压缸的类型,液压缸按其作用方式分类，分为单作用式和双作用式两大类。单作用液压缸只能利用液体的推力推动活塞(柱塞)作单方向运动，返回需要依靠外力（弹簧力或者自重）实现。双作用液压缸则可利用液体的推力实现两个方向的运动。,5.1液压缸的类型,第五章液压传动执行元件,5.1液压缸的类型,5.2各种类型液压缸及其特点,5.3液压缸的典型结构与组成,5.4液压缸设计计算,5.5液压马达,目录,5.2.1活塞式液压缸,活塞式液压缸是液压传动中最常用的执行元件，可分为双杆式和单杆式两种结构，其安装又有缸筒固定和活塞杆固定两种方式。1双杆活塞杆双杆活塞缸的活塞两端都有活塞杆，图形符号如下所示：,5.2.1活塞式液压缸,因为双杆活塞缸的两活塞杆直径相等，所以活塞两端的有效作用面积相同，当左右两端输入油液的流量q和压力p相同时，其往返运动速度v和推力F相等其中：,5.2.1活塞式液压缸,式中：A液压缸的有效工作面积；,液压缸的机械效率；,液压缸的容积效率；,D活塞直径；,d活塞杆的直径；,q输入液压缸的流量；,P1、p2分别为进油腔、回油腔压力；,5.2.1活塞式液压缸,压力油p1流量为q从a口进入缸左腔，当液压油的作用力克服阻力后，活塞和与之相连的工作台一起从左向右运动，缸右腔的油液(p2)则从b口流出，若改变进油方向，液压油从b口流入缸右腔，工作台的运动反向。,液压缸体固定的工作原理图,5.2.1活塞式液压缸,活塞杆固定的工作原理图,工作台的最大活动范围是活塞有效行程L的3倍。,缸体固定,5.2.1活塞式液压缸,压力p1的液压油从孔口a流入缸左腔，缸筒和工作台从右向左运动，缸右腔的油液(p2)则从孔口b流出，改变进油方向，液压油从b口流入缸右腔，缸体向右运动。,活塞杆固定的工作原理图,5.2.1活塞式液压缸,工作台的最大活动范围是缸有效行程L的2倍,活塞杆固定,5.2.1活塞式液压缸,单杆活塞缸的活塞仅一端带有活塞杆，所以左右两腔的有效作用面积不相同，活塞双向运动可以获得不同的速度和输出力。单杆活塞缸有三种不同连接方式：无杆腔进油、有杆腔进油和差动连接方式。,5.2.1活塞式液压缸,压力油为p1进入无杆腔，推动活塞向右运动速度为v1，回油压力p2，则推力F1为：,压力油进入无杆腔,5.2.1活塞式液压缸,5.2.1活塞式液压缸,压力油为p1进入有杆腔，推动活塞向左运动速度为v2，回油压力p2，则推力F2为：,压力油进入有杆腔,5.2.1活塞式液压缸,5.2.1活塞式液压缸,比较以上各式，可以看出：因为A1A2，所以v1F2液压缸往复速度比为：当活塞缸直径越小时，速度比越接近于1，在两个方向上的速度插值就越小。,5.2.1活塞式液压缸,通常活塞杆直径d就是根据液压缸往复速度比与活塞直径来确定。,5.2.1活塞式液压缸,单杆活塞缸两腔同时进入压力油时，称为差动连接。,差动连接,5.2.1活塞式液压缸,设活塞杆的伸出速度为v3，则有杆腔排出的流量为，该流量又流入无杆腔，故进入无杆腔的实际流量应为所以活塞杆的运动速度v3和推力F3为：,5.2.1活塞式液压缸,可见，差动连接时，实际起作用的有效面积是活塞杆的横截面积A3,5.2.1活塞式液压缸,采用差动连接，可以在不增加液压泵容量和功率的条件下，来实现液压缸的快速运动。在组合机床的液压系统中，常利用单杆活塞缸的三种连接方式来获得“快进（差动连接），工进（无杆腔进油方式），快退（有杆腔进油方式）”的工作循环。,5.2.2柱塞式液压缸,柱塞式液压缸为单作用缸，即工作时靠压力油推动，返回靠弹簧或自重完成。柱塞缸图形符号：,单柱塞缸，单向液压驱动，回程靠外力。需双向运动时，常成对使用,5.2.2柱塞式液压缸,双柱塞缸，双向液压驱动柱塞缸.swf,5.2.2柱塞式液压缸,特点,柱塞工作时总是受压，一般较粗；水平放置易下垂，产生单边磨损，故常垂直放置，有时可做成空心；因缸体内壁与柱塞不接触，所以可不加工或只粗加工，工艺性好；常用于长行程机床，如导轨磨床，龙门刨床，大型拉床等。,5.2.2柱塞式液压缸,5.2.3伸缩式液压缸,伸缩式液压缸又称为多级液压缸，是由两个或多个活塞式液压缸套装而成。它的前一级活塞缸的活塞是后一级活塞缸的缸筒。伸出时(按活塞1、2的有效工作面积由大到小依次伸出)，可获得很长的工作行程，缩回时(按活塞有效工作面积由小到大依次缩回)长度则较短，故结构较紧凑。,5.2.3伸缩式液压缸,由于各级活塞的有效工作面积不同，在输入液压力和流量不变的情况下，液压缸的推力和速度是分级变化的：先动作的活塞速度低、推力大；后动作的推力小、速度高。伸缩式液压缸常用于工程机械(如翻斗汽车、起重机等)和农业机械上。,翻斗车.SWF,5.2.4摆动式液压缸,摆动液压缸能输出往复摆动运动，并可直接输出转矩，故又称为摆动液压马达，主要有单叶片式和双叶片式两种结构。摆动式液压缸由缸筒、叶片轴、定位块和叶片组成，如图,摆动马达（摆动缸）,结构：叶片、缸体、输出轴,双叶片摆动缸.avi,单叶片摆动液压马达图.swf,单叶片摆动缸，其摆动角度可达300，双叶片摆缸其摆动角最大可达150。双叶片摆动缸输出转矩是单叶片的2倍，在同等条件下角速度则是单叶片的一半。,图形符号为：,5.2.4摆动式液压缸,对单叶片摆动缸,输出转矩TM和回转角速度分别为：,式中：R1叶片轴半径；R2缸体内半径；b叶片宽,由活塞缸与齿轮齿条机构组成，其输出的转角可超过360。改变齿条活塞行程，可以改变输出转角。,5.2.5齿条活塞式液压缸,增压缸又称增压器，是由两个活塞缸组成的复合式液压缸。可以在不增加高压能源的情况下，获得比液压系统中能源压力高得多的油压力。,5.2.6增压液压缸,连续增压.swf,上图是由活塞缸和柱塞组合而成的增压油缸，当输入活塞缸左腔的压力油为p1，推动大小活塞则柱塞缸右腔输出的压力为p2,5.2.6增压液压缸,式中，K增压比，代表增压能力,增压缸作为中间环节，不能直接作为执行元件，用在低压系统要求有局部高压的支路。,第五章液压传动执行元件,5.1液压缸的类型,5.2各种类型液压缸及其特点,5.3液压缸的典型结构与组成,5.4液压缸设计计算,5.5液压马达,目录,5.3.1液压缸的典型结构,5.3.2液压缸组成部件,1缸筒组件包括缸筒、缸盖、缸底等零件2活塞组件包括活塞与活塞杆等零件。3密封装置防止液压系统油液的内外泄漏和外界杂质的侵入。4缓冲装置常在液压缸的两端设计缓冲装置，其缓冲原理是利用油液的节流原理来实现运动部件的制动5排气装置一是在液压缸的最高部位开排气孔；二是在缸盖的最高部位直接安装排气塞。,1.缸筒组件缸筒和缸盖主要是由钢材制成，缸筒内要经过精细加工，表面粗糙度Ra0.08um。缸筒和缸盖的联接方式很多，常用的有法兰、半环、螺纹、焊接等连接。,2.活塞组件活塞的材料通常用钢或铸铁，也可采用铝合金。活塞和缸筒内壁间需要密封，应有一定的导向长度，一般取活塞长度为缸筒内径的（0.61.0）倍。活塞杆是由钢材做成实心杆或空心杆，表面经淬火再镀铬处理并抛光。活塞和活塞杆一般采用螺纹、单半环、双半环和锥销式连接。,3缓冲装置当液压缸所驱动的工作部件质量较大,移动速度较快时,由于具有的动量大,致使在行程终了时,活塞与端盖发生撞击,造成液压冲击和噪声,甚至严重影响工作精度和发生破坏性事故,因此在大型、高速或要求较高的液压缸中往往须设置有缓冲装置，如图：环状间隙式、节流口可调式、节流口可变式。,4排气装置排气装置通常有两种：一种是在液压缸的最高部位处开排气孔，并用管道连接排气阀进行排气，当系统工作时该阀应关闭（图a）。另一种是在液压缸的最高部位处装排气阀（图b、c）,5密封装置,作用：用来防止液压系统油液的内外泄漏和外界杂质的侵入。一般要求密封装置具有：a)良好的密封性b)尽可能长的使用寿命c)制造简单、拆装方便d)成本低,第五章液压传动执行元件,5.1液压缸的类型,5.2各种类型液压缸及其特点,5.3液压缸的典型结构与组成,5.4液压缸设计计算,5.5液压马达,目录,5.4.1液压缸设计的内容与步骤,主要设计内容与设计步骤,按照负载情况、运动要求、最大行程以及工作压力等确定液压缸的主要尺寸,按照负载情况、运动要求、最大行程以及工作压力等确定液压缸的主要尺寸,5.4.1液压缸设计的内容与步骤,液压缸设计中应注意的问题,5.4.2液压缸主要尺寸的确定,1缸筒内径D可根据最大负载和选取的工作压力，或运动速度和输入的流量，按照有关公式确定后，再从GB/T2348-2001标准中选取相近尺寸加以圆整。2活塞杆直径d按下表进行选择，并按标准圆整单活塞杆也可按照速度比来确定,5.4.2液压缸主要尺寸的确定,3缸筒长度L由最大工作行程及结构上的需要确定。其中：活塞长度B=(0.61.0)D活塞杆导向套长度A=(0.61.5)d一般液压缸缸筒长度不应大于内径的20-30倍。,5.4.3液压缸的强度校核,当时为薄壁，按下式校核,式中，缸筒壁厚D缸筒内径缸筒试验压力缸筒材料许用应力,5.4.3液压缸的强度校核,当时为厚壁，按下式校核,确定后，再圆整。,5.4.3液压缸的强度校核,2活塞杆直径d按下式校核,式中，F液压缸负载活塞材料许用应力,5.4.3液压缸的强度校核,3液压缸盖固定螺栓直径ds的校核,式中，F液压缸负载z固定螺纹个数k螺纹拧紧系数螺纹材料许用应力,第五章液压传动执行元件,5.1液压缸的类型,5.2各种类型液压缸及其特点,5.3液压缸的典型结构与组成,5.4液压缸设计计算,5.5液压马达,目录,5.5.1液压马达的分类及特点,液压马达是将液压能转换为机械能的装置，可以实现连续地旋转运动。从原理上讲，马达和泵在工作原理上是互逆的。液压泵的旋转是由电机所带动，输出的是液压油；液压马达则是输入液压油，输出的是转矩和转速。,按排量转速高低分为,5.5.1液压马达的分类及特点,高速液压马达的基本形式有齿轮式、螺杆式、叶片式和轴向柱塞式等。低速液压马达的基本形式是径向柱塞式。,5.5.1液压马达的分类及特点,高速液压马达的主要特点是：转速较高、转动惯量小、便于起动和制动，调节(调速和换向)灵敏度高。通常高速马达的输出转矩不大，仅几十Nm到几百Nm，所以又称高速小扭矩液压马达。低速液压马达的主要特点：排量大、体积小、转速低，可低到每分钟几转，能直接与工作机构连接，不需减速装置，使传动机构大大简化。低速马达输出转矩较大，可达几千Nm到几万Nm，所以又称低速大扭矩马达。,液压马达的图形符号,单向变量马达,单向定量马达,液压马达的图形符号,双向定量马达,双向变量马达,5.5.2叶片马达,叶片马达的工作原理叶片式液压马达图.swf,5.5.2叶片马达,叶片马达一般是双作用式的定量马达，其最大特点是体积小，惯性小，动作灵敏，允许换向频率很高，甚至可在几毫秒内换向。其最大弱点是泄漏较大，机械特性较软，不能在低速下工作，调速范围不能很大。因此适用于低转矩、高转速以及动作要求灵敏的场合。,轴向柱塞液压马达结构与轴向柱塞泵基本相同，斜盘和配油盘固定不动，缸体(转子)和马达轴用键相连，并一起转动。当压力油通过配油盘窗口输入到缸体柱塞孔中时，压力油对柱塞产生作用力，将柱塞顶出，紧紧顶在斜盘端面上，斜盘给每个柱塞的反作用力F是垂直于斜盘端面的，压力分解为轴向分力Fx和径向分力Fy。,5.5.3轴向柱塞马达,1斜盘,2缸体,3柱塞,4配油盘,5马达轴,轴向柱塞马达的工作原理图,轴向分力Fx与柱塞上液压推力相平衡，而径向分力Fy与柱塞轴线垂直，且对缸体中心产生转矩，从而驱动马达轴旋转，输出转矩和转速。改变进油方向，可改变其转向；改变倾角(斜盘与转轴的夹角)就可以改变排量。,设液压马达的柱塞直径和输入油压力分别为d，p，则轴向分力Fx和径向分力Fy分别为,5.5.3轴向柱塞马达,设柱塞分布圆半径为R，某一柱塞所在位置与缸体中性线夹角为，则该柱塞所产生的瞬时转矩Ti为,5.5.3轴向柱塞马达,所以液压马达的理论瞬时总转矩应为所有与配油口相通的柱塞转矩Ti之和。,5.5.4单作用曲轴连杆径向柱塞马达（自学）,5.5.5液压马达主要性能参数,1液压马达的压力（1）工作压力：马达实际工作时的进口压力，实际工作压力的大小取决于相应的负载（输出轴上的负载转矩）（2）工作压差：进口压力与出口压力之差。（3）额定压力：按试验标准规定，能使马达连续正常运转的最高压力称额定压力。,5.5.5液压马达主要性能参数,2液压马达的排量与流量（1）排量Vm：马达的轴每转一周，由其密封容腔几何体积变化而吸入的液体体积。（2）理论流量qtm：在不考虑泄漏的前提下，在单位时间内由其密封容腔几何体积变化而吸入的液体体积。（3）实际流量q：实际运行时，马达入口处的流量。,5.5.5液压马达主要性能参数,3液压马达的转速与容积效率（1）理论输出转速nt：为马达的输入流量q与排量之比，即（2）容积效率：马达在工作时存在泄漏，泄漏量为，马达的容积效率为理论流量与实际流量之比，即,5.5.5液压马达主要性能参数,4液压马达的转矩与机械效率（1）理论输出转矩Ti：不考虑损失时，马达轴理论上的输出转矩，即（2）机械效率：由于有机械摩擦，故存在转矩损失，所以机械效率为实际输出转矩与理论转矩之比，即,5.5.5液压马达主要性能参数,5液压马达的功率与总效率（1）理论功率Pt：忽略能量损失，马达输出功率等于输入功率，即（2）输入功率Pi：马达的输入为液压能，即,5.5.5液压马达主要性能参数,5液压马达的功率与总效率（3）输出功率Po：马达的输出为机械能，即（4）马达的总效率：马达的输出功率与输入功率之比，即,例2、某液压马达排量为250mL/r，入口压力为10MPa，出口压力为0.5MPa，容积效率和机械效率均为0.9，若输入流量为100L/min，试求(1)液压马达的实际输出转矩；(2)液压马达