液压执行元件

第三章液压执行元件,2,2020/5/26,液压执行元件作用：将液压泵提供的液压能转变为机械能,分类,（一般只有在电动机不能满足要求的特殊场合，如需要进行大范围的无级变速，或结构要求紧凑的地方才采用）,3,2020/5/26,1液压马达,液压马达的特点基本结构要素:容积密封周期变化配油机构内部结构对称：能够正反转转速范围大（最低稳定转速有一定要求）不必具有自吸能力（输入的是压力油）虽然与泵的结构相似，但不能互换,从能量转换的观点来看,液压泵与液压马达是可逆工作的液压元件.,4,2020/5/26,液压马达与泵的相同点原理上，马达和泵是可逆的。泵:用电机带动,输出压力能（压力和流量）;马达:输入压力油,输出机械能（转矩和转速）.结构上，马达和泵是相似的。马达和泵的工作原理均是利用密封工作容积的变化吸油和排油的。泵：工作容积增大时吸油，减小时排出高压油；马达：工作容积增大时进入高压油，减小时排出低压油。,5,2020/5/26,泵和马达的不同点泵是能源装置,马达是执行元件.泵的吸油腔一般为真空(为改善吸油性和抗气蚀耐力),一般进口尺寸大于出口,马达排油腔的压力稍高于大气压力,没有特殊要求,可以进出油口尺寸相同.泵的结构需保证自吸能力,而马达无此要求.马达需要正反转(内部结构对称),泵一般是单向旋转.马达需保证在很宽的速度范围内使用,而泵的转速虽相对比较高,但变化小,故无此苛刻要求.,6,2020/5/26,泵和马达的不同点泵:希望容积效率高;马达:希望机械效率高.叶片泵的叶片倾斜安装,叶片马达的叶片则径向安装(考虑正反转).液压马达的容积效率比泵低,通常泵的转速高.而马达输出较低的转速.泵与原动机装在一起,主轴不受额外的径向负载.而马达直接装在轮子上或与皮带链轮齿轮相连接时,主轴将受较高的径向负载.,7,2020/5/26,液压马达的分类按结构类型:齿轮式叶片式柱塞式等.按额定转速:高速液压马达(500r/min):,特点: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.输出扭矩不大,仅几十几百Nm,所以又称为高速小扭矩液压马达.,特点:排量大,体积大,转速低,有的可低到每分钟几转甚至不到一转.输出扭矩较大,可达几千几万Nm,所以又称为低速大扭矩液压马达.,低速液压马达(500r/min):,8,2020/5/26,液压马达工作原理叶片式液压马达结构:叶片径向放置特点:体积小,转动惯量小,动作灵敏,泄漏大,低速时不稳定.应用场合:转速高,转矩小和动作要求灵敏的场合.,A3,A1,9,2020/5/26,10,2020/5/26,径向柱塞式液压马达,适用场合：多用于低速大转矩的情况,11,2020/5/26,液压马达的基本参数和性能排量V：工作容腔大小的表示排量与转矩的关系：理论转矩Tt=pV/2机械效率:实际输出转矩与理论输出转矩之比.m=T/Tt启动机械效率:启动转矩与理论转矩之比.m0=T0/Tt转速：因为泄漏，实际转速比理想转速低低速稳定性：爬行现象调速范围：i=nmax/nnim,12,2020/5/26,液压马达的使用性能：起动性能：用起动扭矩和起动效率描述。若起动效率低，起动扭矩就小，马达的起动性能就差。制动性能：容积效率直接影响马达的制动性能。最低稳定转速：是指液压马达在额定负载下，不出现爬行现象的最低转速。要求马达“起动扭矩要大”，“稳定速度要低”（一般希望最低稳定速度越小越好）在向马达定量供油的情况下，其输出转速能够调节的马达，称为变量马达。反之称为定量马达。,13,2020/5/26,2液压缸,液压系统中的执行元件，它的职能是将液压能转换成机械能。液压缸的输入量是流体的流量和压力，输出的是直线运动速度和力。液压缸的活塞能完成直线往复运动，输出的直线位移是有限的。,分类,实现360的往复摆动,输出转矩和角速度.,14,2020/5/26,液压缸与其他机构相配合可以完成各种运动,15,2020/5/26,16,2020/5/26,17,2020/5/26,18,2020/5/26,活塞式液压缸双杆式:活塞两端都有一根直径相等活塞杆伸出.缸体固定:工作台往复运动范围为活塞有效行程的三倍,(占地面积较大).常用于小型设备.F=A(p1-p2)=(D2-d2)(p1-p2)/4v=q/A=4q/(D2-d2)活塞杆固定:工作台往复运动的范围为活塞有效行程的两倍(活塞杆固定,缸筒与工作台相连,进出油口可以做在活塞杆的两端,油液从空心的活塞杆中进去).也可以做在缸筒的两端(需用软管连接).动力由缸筒传出.常用于中大型设备上.,19,2020/5/26,20,2020/5/26,缸体固定的液压缸结构,21,2020/5/26,22,2020/5/26,单杆式：活塞只有一端带活塞杆F1=A1p1-A2p2=(p1-p2)D2+p2d2/4v1=q/A1=4q/D2F2=A2p1-A1p2=(p1-p2)D2-p1d2/4v2=q/A2=4q/(D2-d2)F3=p1(A1-A2)=p1d2/4v3=(q+q)/A1=4q/d2,其中q=(D2-d2)v3/4,差动连接广泛应用于滑台等设备的快速运动中,23,2020/5/26,24,2020/5/26,单活塞杆式液压缸的特点:往复运动速度不同，常用于实现机床的快速退回和慢速工作进给。两端面积不同，输出推力不相等。无杆腔吸油时作工作进给运动（克服较大的外负载）；有杆腔进油时作驱动工作部件快速退回运动（只克服摩擦力的作用）。工作台运动范围等于活塞杆有效行程的两倍。,25,2020/5/26,柱塞缸：缸筒固定在机体上，柱塞与工作部件连接F=pA=pd2/4V=q/A=4q/d2,26,2020/5/26,一个方向运动，回程靠重力或弹簧力等力来推动。柱塞2靠导向套3来导向，柱塞与缸体不接触，因此缸体内壁不需精加工。柱塞是端部受压，为保证柱塞缸有足够的推力和稳定性，柱塞一般较粗，重量较大，水平安装时易产生单边磨损，故柱塞缸宜垂直安装。水平安装使用时，为减轻重量和提高稳定性，而用无缝钢管制成柱塞。常用于长行程机床：龙门刨、导轨磨、拉床等。,27,2020/5/26,摆动缸：能实现小于360的往复摆动运动，由于它可直接输出扭矩，故又称为摆动液压马达,28,2020/5/26,29,2020/5/26,30,2020/5/26,其他液压缸增压缸,用于短时或局部需要高压的系统,31,2020/5/26,伸缩缸：活塞杆伸出的行程长，收缩后的结构尺寸小，适用于翻斗汽车，起重机的伸缩臂等。,32,2020/5/26,齿轮缸：将直线运动转换为回转运动，其结构简单，制造容易，常用于机械手和磨床的进刀机构、组合机床的回转工作台、回转夹具及自动线的转位机构。,33,2020/5/26,缸筒与缸盖,液压缸的组成,a)法兰连接:易加工和装拆,尺寸大.,b)半环连接:装拆方便,削弱了强度.,c)螺纹连接:结构复杂,尺寸小,重量轻.,d)拉杆连接:容易加工和装拆,尺寸大,较重.,e)焊接连接:结构简单,尺寸小,但缸底处内径不易加工,且可能引起变形.,34,2020/5/26,活塞和活塞杆,a)螺母连接：适用负载较小，无冲击的液压缸。结构简单，安装方便，但螺纹将削弱杆强度,b)和c)卡环式连接：结构较复杂，装拆不便，工作可靠,d)径向销式连接：适用于双出杆式活塞。,35,2020/5/26,密封装置,a)间隙密封:靠微小间隙防止泄漏.结构简单,摩擦阻力小,耐高温,但泄漏大.在尺寸小压力低运动速度较高的缸筒和活塞间使用.,b)摩擦环密封:靠摩擦环贴紧缸壁而防止泄漏.效果较好,摩擦阻力较小且稳定,耐高温,磨损后有自动补偿能力,加工要求高,装拆不便.适用于缸筒和活塞之间的密封.,36,2020/5/26,c)、d)密封圈(OV形圈等)密封:环形圈贴紧配合面间防止泄漏.结构简单,制造方便,磨损后有自动补偿能力,性能可靠,在缸筒活塞缸盖间使用.,37,2020/5/26,缓冲装置:使活塞接近终端时，增达回油阻力，减缓运动件的运动速度，避免冲击。缝隙节流和小孔节流缓冲,38,2020/5/26,外圆磨床砂轮架快速进退液压缸的可变节流缓冲:,节流口面积随活塞移动而变化。活塞5两端开有轴向三角槽，前盖3、后盖8上的钢球起单向阀作用。当活塞起动时，压力油顶开钢球7，进入缸内，推动活塞向前运动，保证起动迅速。当活塞接近液压缸端部时，活塞堵住回油通道，使剩余油液只能从三角槽缓慢排出，因而建立缓冲压力，实现节流缓冲。,39,2020/5/26,排气装置系统安装中或长时间不工作后会渗入空气,由于气体有很大的可压缩性,使液压缸产生爬行噪声和发热等一系列不良现象.设计时,要保证能及时排除缸内的气体.利用空气轻的特点,在液压缸的最高处设置进出油口,以便把气体带走;如不行,可在最高处设置放气孔或专门的放气阀等放气装置。,40,2020/5/26,液压缸的设计和计算注意问题：尽量使活塞杆受拉状态考虑相应的缓冲装置和排气装置正确确定液压缸的安装和固定方式根据推荐的结构形式和设计标准进行设计主要尺寸的确定活塞杆直径d：缸筒长度L：由最大工作行程决定,41,2020/5/26,最小导向长度H：HL/20+D/2,强度校核：,壁厚校核：薄壁（D/10），厚壁（D/10）,活塞杆直径校核：,固定螺栓直