第三章执行元件

第三章执行元件第1页，课件共70页，创作于2023年2月概述液压与气动系统中的执行元件，是将流体的压力能转化为机械能的元件。执行元件驱动机构作直线往复或旋转（或摆动）运动。执行元件压力流量力（转矩）速度（转速）第2页，课件共70页，创作于2023年2月第一节直线往复运动执行元件一、液压缸（一）液压缸的类型实现直线的往复运动。1.活塞式液压缸双杆活塞缸单杆活塞缸2.柱塞式液压缸3.伸缩式液压缸按结构形式，可以分为：继续第3页，课件共70页，创作于2023年2月双杆活塞缸活塞两侧的活塞杆直径相等。工作台移动范围约为活塞有效行程的三倍。进、出油口位于缸筒两端；工作台移动范围约为活塞有效行程的二倍。进、出油口在活塞杆上，或用软管连接在缸筒两端；第4页，课件共70页，创作于2023年2月双杆活塞缸当活塞左右运动对应的油压和输入流量相同时，两个方向上输出的推力和速度就是相等的。设：A-活塞的有效面积；D、d—活塞和活塞杆的直径；

q—输入流量；

p1、p2—进、出口压力；

ηm、ηv—缸的机械效率、容积效率返回第5页，课件共70页，创作于2023年2月单杆活塞缸只在活塞一端有活塞杆，缸的两腔有效工作面积不相等。安装也有缸筒固定和活塞杆固定两种，进、出油口根据安装方式而定。工作台移动范围都为活塞有效行程的两倍。第6页，课件共70页，创作于2023年2月单杆活塞缸速度和推力计算式第7页，课件共70页，创作于2023年2月单杆活塞缸单活塞杆液压缸左右两腔同时接通压力油，这种连接方式称为差动连接，此缸称为差动缸。此时液压缸两腔压力相等，但两腔活塞的工作面积不相等，活塞将向有杆腔方向运动。向液压缸右腔输油，左腔通油箱，活塞向左运动。第8页，课件共70页，创作于2023年2月单杆活塞缸单活塞杆液压缸左右两腔同时接通压力油，这种连接方式称为差动连接，此缸称为差动缸。1.在不增加输入流量的情况下提高活塞的运动速度；2.输出力降低了。

特点返回第9页，课件共70页，创作于2023年2月柱塞液压缸1.柱塞式液压缸是单作用液压缸，即靠液压力只能实现一个方向的运动，回程要靠自重（当液压缸垂直放置时）或其它外力；2.用两个柱塞缸组合，也能用压力油实现往复运动；

特点第10页，课件共70页，创作于2023年2月柱塞液压缸3.柱塞运动时，由缸盖上的导向套来导向，因此，柱塞和缸筒的内壁不接触，缸筒内孔只需粗加工即可。特点返回第11页，课件共70页，创作于2023年2月伸缩式液压缸1.由两个或多个活塞套装而成，前一级活塞杆是后一级活塞缸的缸筒；2.伸出时，可以获得很长的工作行程，缩回时可保持很小的结构尺寸；特点第12页，课件共70页，创作于2023年2月伸缩式液压缸特点3.在各级活塞依次伸出时，液压缸的有效面积是逐级变化的。在输入流量和压力不变的情况下，液压缸的输出推力和速度逐级变化：第13页，课件共70页，创作于2023年2月伸缩式液压缸4.起动时活塞有效面积最大，输出推力也最大，随着行程逐级增长，推力随之减小；这种推力变化情况，正适合于自动装卸车对推力的要求。特点返回第14页，课件共70页，创作于2023年2月液压缸类型小结1.活塞式液压缸2.柱塞式液压缸3.伸缩式液压缸双作用单作用双杆单杆双作用单作用（弹簧复位）第15页，课件共70页，创作于2023年2月一、液压缸液压缸的结构形式很多，在此以单杆活塞缸为例，说明液压缸的基本组成。（二）液压缸的结构第16页，课件共70页，创作于2023年2月一、液压缸只有一端有活塞杆，两端进出口油口都可通压力油或回油，以实现双向运动，故为双作用缸。（二）液压缸的结构第17页，课件共70页，创作于2023年2月一、液压缸由缸筒、前后缸盖、活塞、活塞杆、密封装置、缓冲装置等主要零件组成。（二）液压缸的结构第18页，课件共70页，创作于2023年2月缸体组件包括缸筒、缸盖和一些连接零件。缸体组件缸筒和缸盖的常见连接方式如图所示。缸筒可以用铸铁（低压时）和无缝钢管（高压时）制成。第19页，课件共70页，创作于2023年2月法兰连接，加工和拆装都很方便，只是外形尺寸大些；缸体组件半环连接，要求缸筒有足够的壁厚；螺纹连接，外形尺寸小，但拆装不方便，要有专用工具；第20页，课件共70页，创作于2023年2月拉杆式连接，拆装容易，但外形尺寸大；缸体组件焊接连接，结构简单，尺寸小，但可能会有因焊接有一些变形。第21页，课件共70页，创作于2023年2月螺纹式连接结构简单，但要防止螺母脱落；活塞和活塞杆活塞和活塞杆的常见连接方式如图所示。半环式连接结构复杂，但工作可靠。

活塞通常是用铸铁制成的，活塞杆通常用钢料制成。第22页，课件共70页，创作于2023年2月根据密封位置不同，密封装置有密封装置液压缸中的密封是指活塞、活塞杆和缸盖等处的密封。它是用来防止液压缸内部和外部的泄漏。液压缸中密封设计的好坏，对液压缸的性能有着重要影响。活塞密封活塞杆密封缸盖密封继续第23页，课件共70页，创作于2023年2月活塞密封指活塞外表面与缸筒内表面之间的密封，用来防止液压缸中高压容腔的油液向低压容腔中泄漏。第24页，课件共70页，创作于2023年2月活塞密封在活塞上开出的若干道深0.3mm至0.5mm的环形槽，可以增大油液从高压腔向低压腔泄漏的阻力，从而减小泄漏。间隙密封间隙密封是一种最简单的密封形式，常用在活塞直径较小、工作压力较低的液压缸中。第25页，课件共70页，创作于2023年2月活塞密封通过在活塞外表面的环形槽中放置切了口的金属环来实现密封。活塞环密封金属环依靠弹性变形紧贴在缸筒内表面上，在高温、高压和高速运动场合有很好的密封性能。缺点是制造工艺比较复杂。第26页，课件共70页，创作于2023年2月活塞密封橡胶圈密封磨损后能自动补偿、并且密封性能会随着压力的加大而提高,结构简单、应用广泛。左图采用了Y形橡胶圈，使两唇面向油压，以便在压力油作用下使两唇张开。如果压力波动较大、运动速度较高，则须考虑在Y形密封圈中添加支撑件。第27页，课件共70页，创作于2023年2月活塞密封橡胶圈密封磨损后能自动补偿、并且密封性能会随着压力的加大而提高,结构简单、应用广泛。上图中采用的是O形橡胶圈。返回第28页，课件共70页，创作于2023年2月活塞杆密封指活塞和活塞杆之间的密封。第29页，课件共70页，创作于2023年2月活塞杆密封V形和Y形密封圈在安装时都须将两唇面向油压。注意返回第30页，课件共70页，创作于2023年2月缸盖密封一般采用O形圈密封。返回第31页，课件共70页，创作于2023年2月缓冲装置利用活塞或缸筒移动到接近终点时，将活塞和缸盖之间的一部分液体封住，迫使液体从小孔或缝隙中挤出，从而产生很大的阻力，使工作部件制动，避免活塞和缸盖的相互碰撞。常用的缓冲装置有：节流口可调式缓冲装置节流口变化式缓冲装置继续第32页，课件共70页，创作于2023年2月当活塞上的凸台进入端盖凹腔后，圆环形回油腔中的液体只能通过针形节流阀流出，从而使活塞制动。调节节流阀开口，可改变制动阻力大小。节流口可调式缓冲装置这种缓冲装置起始缓冲效果好，随着活塞向前移动，缓冲效果逐渐减弱，因此它的制动行程较长。返回第33页，课件共70页，创作于2023年2月活塞上开有变截面的轴向三角节流槽。节流口变化式缓冲装置返回活塞移近端盖时，回油腔油液只能经过三角槽流出，使活塞受到制动作用。随着活塞的移动，三角槽通流截面逐渐变小，阻力作用增大，因此，缓冲作用均匀，冲击压力较小，制动位置精度高。第34页，课件共70页，创作于2023年2月排气装置由于液体中混有空气或液压缸停止使用时空气侵入，在液压缸的最高部位常会聚积空气。若不排除就会使缸的运动不平稳，引起爬行和振动，严重时会使液体氧化腐蚀液压元件。第35页，课件共70页，创作于2023年2月排气装置排气阀和排气塞都要安装在液压缸的最高部位。并非所有的液压缸都设置排气装置。注意对于要求不高的液压缸往往不设专门的排气装置，而是将通油口布置在缸筒两端的最高处，使缸中的空气随油液的流动而排走。第36页，课件共70页，创作于2023年2月第一节直线往复运动执行元件二、气缸气缸以压缩空气为动力，驱动机构作直线往复运动。气缸是气动系统中使用最多的执行元件。（一）气缸的类型第37页，课件共70页，创作于2023年2月普通气缸在缸筒内只有一个活塞和一个活塞杆，也有单作用和双作用之分。（二）普通气缸第38页，课件共70页，创作于2023年2月回程靠弹簧实现。（二）普通气缸由于气缸活塞杆初始位置处于退回的位置，因此也称为预缩型单作用气缸。第39页，课件共70页，创作于2023年2月有无杆气缸、磁性气缸、开关气缸、制动气缸、坐标气缸、手指气缸、气液阻尼气缸等。（三）其他形式气缸与液体相比，气体具有可压缩性。因此，在外载荷发生变化时会导致气缸的输出运动产生"爬行"或"自移"现象。气液阻尼气缸在要求气缸有较高的位置和速度精度时，宜使用气液阻尼缸。第40页，课件共70页，创作于2023年2月气液阻尼缸是一种由气缸和液压缸构成的组合缸。气液阻尼气缸气液阻尼缸有串联式和并联式两种结构：由气缸产生驱动力，用液压缸的阻尼调节作用获得平稳运动。串联式并联式继续第41页，课件共70页，创作于2023年2月在液压缸的进、出口处连接了调速用的液压单向节流阀，通过调节液压缸的排油量，从而调节活塞运动的速度。气液阻尼气缸气缸活塞和液压缸活塞用一根活塞杆串联起来，两缸之间用中盖6隔开，防止空气与液压油互窜。串联式第42页，课件共70页，创作于2023年2月气液阻尼气缸工作进给时，气缸右腔进气，活塞杆左行，液压缸左腔排油。串联式由于此时单向阀4关闭，所以排油路线只能经由节流阀3进入液压缸右腔。由此，调节节流阀3的开口量大小，就可调节活塞的运动速度。第43页，课件共70页，创作于2023年2月气液阻尼气缸返回时，气缸左腔进气，活塞杆右行，液压缸右腔排油；串联式由于此时单向阀4打开，所以排油路线可经单向阀4快速进入液压缸左腔，实现快退。第44页，课件共70页，创作于2023年2月气液阻尼气缸一般将双活塞杆腔作为液压缸，使液压缸左右两腔进排油量相等；串联式贮油杯内的油液只用于补充因液压缸泄漏而减少的流量。返回第45页，课件共70页，创作于2023年2月工作原理和特性与串联式气液阻尼缸相同。气液阻尼气缸液压缸与气缸用刚性连接板并联在一起，但液压缸活塞杆可在连接板内浮动一段行程（可调节）。并联式第46页，课件共70页，创作于2023年2月注意使气缸活塞杆轴线应与负载作用线处在同一轴线上，从而减小附加力矩对运动平稳性的影响。气液阻尼气缸结构紧凑，气缸和液压缸之间没有窜气现象。并联式返回第47页，课件共70页，创作于2023年2月第二节旋转运动执行元件一、液压马达（一）液压马达的工作原理输出连续旋转或摆动的执行元件。第48页，课件共70页，创作于2023年2月（一）液压马达的工作原理以轴向柱塞式液压马达为例：高压油经配油盘的窗口进入缸体的柱塞孔时，高压腔的柱塞被顶出，压在斜盘上。斜盘1和配油盘4固定不动，柱塞3可在缸体2的孔内移动。斜盘中心线和缸体中心线相交一个倾角γ。第49页，课件共70页，创作于2023年2月（一）液压马达的工作原理液压马达产生的转矩应为所有处于高压腔的柱塞产生的转矩之和，即斜盘对柱塞的反作用力F分解为轴向分力FN和垂直分力FT。FN与作用在柱塞上的液压力平衡，FT则产生使缸体发生旋转的转矩，带动轴5转动。第50页，课件共70页，创作于2023年2月（一）液压马达的工作原理液压马达对外输出的总的转矩也是脉动的。随着柱塞和缸体垂直中心线的夹角θ的变化，每个柱塞产生的转矩是变化的。第51页，课件共70页，创作于2023年2月（一）液压马达的工作原理说明因为考虑到压力平衡、间隙密封的自动补偿等因素，液压泵吸、排油腔的结构多是不对称的，只能单方向旋转。但作为液压马达，通常要求正、反向旋转，要求结构对称。从工作原理上讲，相同形式的液压泵和液压马达是可以相互代换的。但是，一般情况下未经改进的液压泵不宜用作液压马达。第52页，课件共70页，创作于2023年2月（二）液压马达的主要性能参数1.工作压力和额定压力工作压力是指马达实际工作时的压力。额定压力是指马达在正常工作条件下，按试验标准规定能连续运转的最高压力。

2.排量和理论流量排量是指在没有泄漏的情况下，马达轴旋转一周所需输入的液体体积。

理论流量是指在没有泄漏的情况下，达到要求转速所需输入液体的流量。第53页，课件共70页，创作于2023年2月（二）液压马达的主要性能参数3.效率和功率容积效率：由于有泄漏损失，为了达到液压马达所要求的转速，实际输入的流量q必须大于理论输入流量qt。机械效率：由于有摩擦损失，液压马达的实际输出转矩T一定小于理论转矩Tt。第54页，课件共70页，创作于2023年2月（二）液压马达的主要性能参数3.效率和功率液压马达的总效率：液压马达的输入功率：液压马达的输出功率：Δp—液压马达进、出口的压力差Ω，n—液压马达的角速度和转速第55页，课件共70页，创作于2023年2月（二）液压马达的主要性能参数4.转矩和转速液压马达产生的理论转矩：液压马达输出的实际转矩：转矩和转速是液压马达输出的两个最重要物理量，是输出机械能的表现形式。液压马达输出的实际转速：（V－排量）第56页，课件共70页，创作于2023年2月（三）其它类型的液压马达液压马达按结构可以分为齿轮式、叶片式和柱塞式等。按工作性能可分为高速马达和低速马达两大类。高速液压马达转子转动惯量小，反应迅速，额定转速大于500r/min，但输出的转矩相对较小。低速液压马达旋转速度低、转矩大。第57页，课件共70页，创作于2023年2月（三）其它类型的液压马达属于高速马达。齿轮式液压马达为了减小输出转矩的脉动，齿轮式液压马达中齿轮的齿数比泵的齿数多。第58页，课件共70页，创作于2023年2月（三）其它类型的液压马达齿轮式液压马达由于齿轮马达的容积效率比较低，输入油压不能过高，因此输出转矩较低。通常适用于高速小转矩的场合，例如工程机械和农业机械中。第59页，课件共70页，创作于2023年2月（三）其它类型的液压马达属于高速马达。叶片式液压马达叶片式液压马达转动惯量小，动作灵敏，运转均匀脉动小。缺点是泄漏较大，不能在很低的转速下工作，机械特性较软（即当负载增加时转速将迅速降低）。第60页，课件共70页，创作于2023年2月（三）其它类型的液压马达属于高速马达。叶片式液压马达叶片式液压马达转动惯量小，动作灵敏，运转均匀脉动小。适用于低转矩、高转速的场合，其最高转速可达2000r/min。第61页，课件共70页，创作于2023年2月（三）其它类型的液压马达一般多采用径向柱塞式。低速液压马达特点是输入压力高、排量大，因此输出转矩很大，