《液压气动技术》课件-2.液压动力元件与执行元件

液压泵相关知识液压与气动目录CONTENTS液压泵的工作原理01常用液压泵03液压泵的作用和分类02共同特点与选用041.液压泵的工作原理、作用和分类液压泵的工作原理液压泵的相关知识动力元件·容积变化原理液压泵作为液压系统的动力元件，其工作原理基于容积变化原理。通过密封工作腔容积的周期性变化，不断完成吸油与压油，持续为系统提供压力油液。▪典型实例：单缸柱塞泵（结构见右图）。单缸柱塞泵工作原理示意图单缸柱塞泵的组成液压泵的相关知识单缸柱塞泵结构组成单缸柱塞泵由曲柄1、连杆2、缸体3、柱塞4和单向阀5、6组成密封工作腔A。各部分作用▪曲柄1、连杆2——传递动力，带动柱塞往复运动；▪缸体3、柱塞4——形成容积可变的密封工作腔A；▪单向阀5、6——配油装置，控制油液单向流动。吸油过程与压油过程液压泵的相关知识①柱塞右移·吸油过程曲柄旋转带动柱塞右移→工作腔容积增大形成真空→油箱7中的油液在大气压作用下经单向阀6被吸入。②柱塞左移·压油过程柱塞左移→工作腔容积减小，油液受压→顶开单向阀5进入系统。液压泵工作的核心要素液压泵的相关知识三个核心要素▪具有可周期性变化的密封工作容积——实现吸压油的根本；▪配置单向阀等配油装置，严格分隔吸、压油腔；▪吸油时油箱必须与大气相通。特别注意液压泵的输出压力完全取决于外部负载阻力，而与流量无关。动力核心作用容积式工作原理是各类液压泵的共同特征；液压泵作为系统的动力核心，将电动机输入的机械能转换为液压能。液压泵的分类液压泵的相关知识按压力等级可分为低压泵、中压泵和高压泵。按流量调节能力可分为定量泵和变量泵。按结构形式主要分为齿轮泵、叶片泵和柱塞泵三大类。外啮合齿轮泵各类泵的应用与选用原则液压泵的相关知识各类泵的应用场合▪齿轮泵、叶片泵：因其结构特点，多应用于中低压系统；▪柱塞泵：凭借耐高压特性，主要服务于高压系统。这些泵型均属于容积式泵，通过密封工作腔的周期性变化实现能量转换，是现代机床液压系统中最常用的动力元件。不同类型的液压泵各有特点，实际应用中需根据系统压力、流量等参数要求进行合理选择。2.常用液压泵齿轮泵的结构与工作原理液压泵的相关知识常用液压泵主要包括齿轮泵、叶片泵和柱塞泵三大类，各有特点，适用于不同的工况条件。结构组成齿轮泵是最简单的液压泵，由一对相互啮合的齿轮、泵体和端盖组成。工作原理齿轮旋转时，在脱开啮合的一侧形成真空吸油，在进入啮合的一侧挤压油液实现压油。齿轮泵工作原理图齿轮泵的特点与应用液压泵的相关知识优点▪结构简单、制造容易，自吸性能好。缺点与改善▪存在径向力不平衡问题；▪通常通过缩小压油口来改善。应用▪属于定量泵，工作压力约25×105Pa；▪广泛应用于中低压系统。外啮合齿轮泵叶片泵的两种结构液压泵的相关知识单作用叶片泵▪转子与定子存在偏心距，转子旋转一周完成一次吸压油过程；▪调节偏心距可实现变量控制。双作用叶片泵▪定子内表面为椭圆形，对称布置两组吸压油区，转子每转完成两次吸压油过程；▪径向力完全平衡，通常作定量泵使用。叶片泵结构示意图▪叶片泵运转平稳、噪声小，特别适合组合机床等对噪声要求较高的场合。柱塞泵的两种结构液压泵的相关知识径向柱塞泵▪柱塞径向排列；▪通过转子与定子的偏心实现吸压油；▪调节偏心距可改变流量。轴向柱塞泵▪柱塞与主轴平行排列；▪通过斜盘或斜轴结构实现往复运动。特点与应用▪优点：压力高、效率高、变量方便；缺点：结构复杂、造价较高。▪应用于飞机、船舶、锻压机械等高压系统，在机床液压系统中的应用日益广泛。三类泵的共同特点与选用液压泵的相关知识共同特点（均属容积式泵）▪具有密封工作腔，通过容积变化实现吸压油；▪都需要配油装置分隔高低压腔；▪输出压力取决于负载，理论流量与转速成正比。选用考虑因素▪系统压力、流量需求；▪噪声要求；▪成本预算；▪综合考虑，选择最合适的泵型。谢谢聆听电动机功率的计算液压与气动目录CONTENTS压力与流量的计算01电动机功率的计算03液压泵的选型02案例分析与选型04课程导入：功率选择为何重要电动机功率的计算课程导入液压系统广泛应用于工程机械、机床、自动化生产线等领域，其核心部件之一就是液压泵。液压泵的性能直接影响整个系统的工作效率，而电动机作为液压泵的动力源，其功率的选择至关重要。功率选择不当的后果▪功率选小→系统无法正常工作；▪功率选大→造成能源浪费。液压系统应用场景核心问题：如何准确计算液压泵所需的电动机功率？1.压力与流量的计算工作压力与流量的计算电动机功率的计算①最大工作压力p泵液压泵的最大工作压力由液压缸最大工作压力乘以压力损失系数得到：p泵=K压·p缸▪K压通常取1.3～1.5；▪考虑了管路压力损失等因素。②泵的流量qv泵以液压缸的最大流量为基础，再乘以泄漏系数：qv泵=K漏·qv缸▪K漏一般取1.1～1.3；▪补偿系统可能存在的泄漏损失。液压泵的选型原则与效率电动机功率的计算完成基础计算后，即可进行液压泵的选型工作，这里需要注意两个重要原则。选型原则▪额定压力：应比计算值高出约25%，为系统留出足够的安全裕度；▪额定流量：只需略大于或等于计算值即可，避免不必要的能源浪费。常用泵的总效率η泵型总效率η齿轮泵0.6～0.7叶片泵0.6～0.75柱塞泵0.8～0.85▪效率范围不同，会影响电动机功率的计算。2.电动机功率的计算电动机功率的计算公式电动机功率的计算计算公式P电=p泵qv泵/（1000η）η——液压泵的总效率多工况综合考虑▪空载快速运动→需要大流量；负载工作→需要高压力；▪需综合考虑各种工况，选择能满足所有要求的液压泵。电动机—液压泵机组3.案例分析与选型案例分析：已知条件电动机功率的计算已知条件▪液压缸外载荷F=9720N；▪活塞面积A=0.008m2；▪运动速度v=0.04m/s。试求▪液压泵的额定压力和额定流量；▪驱动它的电动机功率应为多少。F=9720Nv=0.04m/sA=0.008m2液压缸受力与运动示意图案例分析：压力与流量计算电动机功率的计算①液压缸压力p缸=F/A=9720/0.008=12.15×105Pa②液压泵压力（取K压=1.3）p泵=1.3×p缸=15.8×105Pa③液压缸流量qv缸=v·A=0.04×0.008=3.2×10−4m3/s案例分析：液压泵的选型电动机功率的计算查看液压泵的样本资料，选择CB-B25型齿轮泵。额定流量校核▪额定流量25L/min（约4.17×10−4m3/s）；▪略大于qv泵，满足要求。额定压力校核▪额定压力25kgf/cm2（约25×105Pa）；▪大于泵所需的最大压力p泵。齿轮泵工作原理图▪取泵的总效率η=0.7后求电动机功率。案例分析：电动机功率计算电动机功率的计算电动机功率计算（η=0.7）P电=p泵q额/（1000η）=15.8×105×4.17×10−4/（1000×0.7）≈0.94kW为什么用q额而不用qv泵？因为所选齿轮泵是定量泵，定量泵的流量不能调节，故计算P电时用q额而没有用qv泵。电动机驱动液压泵本课小结电动机功率的计算基础参数计算液压泵的选型电动机功率的确定环环相扣本课小结▪本节课系统学习了液压泵电动机功率的计算方法：从基础参数计算，到液压泵选型原则，再到电动机功率确定。▪实际工作中还需考虑系统的使用环境、维护条件等更多细节因素。▪希望同学们掌握这一重要的工程计算技能，为今后的工作实践打下坚实基础。谢谢聆听双活塞杆式液压缸及其基本计算液压与气动目录CONTENTS液压缸概述01工作原理03结构特点02基本计算与例题分析041.液压缸概述液压缸概述双活塞杆式液压缸液压缸的作用液压缸是将液压能转换为机械能的关键装置，广泛应用于各类机械设备中。典型应用▪注塑机、起重机、挖掘机机械臂——它们的运动都离不开液压缸的驱动。▪双活塞杆式液压缸结构特殊，在特定场合发挥着不可替代的作用。挖掘机液压机械臂核心问题：它如何工作？

运动速度和输出力如何计算？2.结构特点与工作原理结构组成与显著特征双活塞杆式液压缸结构组成主要由缸体、活塞、活塞杆、端盖和密封件等组成。最显著特征

活塞两侧都伸出活塞杆，这使得它在工作时具有对称的结构特点。双活塞杆式液压缸结构示意安装方式双活塞杆式液压缸方式一·固定缸体缸体固定不动，由活塞杆运动带动负载。方式二·固定活塞杆活塞杆固定不动，由缸体运动带动负载。实际安装时可灵活选择固定方式，这种灵活性为系统设计提供了更多可能。工作原理：双作用式双活塞杆式液压缸属于双作用式液压缸——活塞两个方向的运动都依靠液压油的压力驱动。①左侧油口进油压力油推动活塞向右运动，右侧油口的油液被排出。②右侧油口进油压力油推动活塞向左运动，左侧油口的油液被排出。双向驱动，两个方向都能输出有效的机械功结构特点带来的局限双活塞杆式液压缸结构与制造的制约▪由于活塞杆的存在，缸体内壁的加工精度要求很高；▪这增加了制造难度；▪也限制了它的行程长度；▪因此更适合在短行程场合使用。双活塞杆液压缸3.基本计算与例题分析基本计算：有效作用面积双活塞杆式液压缸有效作用面积活塞两侧都有活塞杆，有效作用面积=活塞横截面积−活塞杆横截面积：A=π（D2−d2）/4▪D——活塞直径；▪d——活塞杆直径。dD环形阴影部分=有效作用面积A有效面积与速度、输出力的关系双活塞杆式液压缸有效面积非常重要，它直接决定了液压缸的输出力和运动速度。流量一定时有效面积越大→活塞运动速度越慢。压力一定时有效面积越大→输出的牵引力越大。输出力公式F=p·π（D2−d2）/4例题分析双活塞杆式液压缸已知：活塞面积A1=2×10−3m2，活塞杆面积A2=0.3×10−3m2。①有效作用面积A=A1−A2=1.7×10−3m2②活塞运动速度v1=q/A=0.245m/s③系统压力p1=2.5×106Pa特别注意：两侧有效面积相同、输入流量相同→活塞往返运动速度相等，即v2=v1=0.245m/s。压力特点与本课小结双活塞杆式液压缸两方向压力可能不同▪压力大小取决于外载荷的情况；▪工进时克服外载荷，系统压力较高；▪空程返回时无外载荷，系统压力很低甚至为零。本课小结▪结构对称，运动速度具有双向一致的特性，适用于需要往返速度相同的场合；▪局限性：加工精度要求高、不适合长行程；▪掌握计算方法，更要理解背后的物理意义和工程实际。谢谢聆听单活塞杆式液压缸及其基本计算液压与气动目录CONTENTS结构特点01基本计算03工作原理与特性02差动连接041.结构特点结构组成与特点单活塞杆式液压缸单活塞杆式液压缸是液压系统中最常见的执行元件之一。结构特点▪只有一侧有活塞杆伸出，活塞两侧有效作用面积不相等；▪不对称结构带来许多独特的性能特征。组成与优势▪由缸体、活塞、活塞杆、端盖和密封件等组成；▪结构更紧凑、安装空间小，适合长行程场合。双作用单活塞杆液压缸结构图2.工作原理与特性双向工作特性单活塞杆式液压缸压力油进入无杆腔▪有效作用面积较大；▪运动速度较慢；▪能输出较大的推力。压力油进入有杆腔▪活塞杆占据部分面积，有效面积减小；▪运动速度较快；▪输出推力较小。这种特性在实际应用中非常有用，可满足不同工况对速度与推力的不同需求。实际应用：机床进给系统单活塞杆式液压缸机床进给系统中的应用▪工进时：需要较大的切削力，但速度可以慢些；▪快速退回时：需要较快速度，但对力要求不高；▪正好可以利用单活塞杆液压缸的这种特性。组合机床加工场景3.基本计算有效作用面积的计算单活塞杆式液压缸无杆腔有效面积=活塞的整个截面积：A1=πD2/4有杆腔有效面积=活塞截面积−活塞杆截面积：A2=π（D2−d2）/4面积差异直接导致了活塞在两个方向运动时速度和推力的不同。考虑背压计算工作压力还需考虑回油路的阻力，更接近工程实际情况。4.差动连接差动连接的原理单活塞杆式液压缸差动连接是单活塞杆液压缸的一个重要应用方式。连接方式将有杆腔回油管路连接到无杆腔进油管路，实现活塞的快速运动。运动分析▪差动状态下两侧同时进油；▪因无杆腔面积大于有杆腔面积，活塞仍向有杆腔方向运动。单活塞杆液压缸差动连接的速度与牵引力单活塞杆式液压缸运动速度v=q/（πd2/4）▪明显快于普通连接时的速度；▪d——活塞杆直径。牵引力F=p·πd2/4▪差动连接时活塞向右产生的牵引力。差动连接的应用特点单活塞杆式液压缸重要结论当活塞杆面积为活塞面积的一半时，差动连接的速度正好等于普通连接时的返回速度。典型应用▪在需要往返速度相同的场合特别有用；▪例如组合机床的进给系统。本课小结单活塞杆式液压缸▪单活塞杆式液压缸结构不对称，能够实现不同运动速度和输出力的组合，在各种工程机械中得到广泛应用；▪掌握其运动速度和输出力的计算方法；▪差动连接巧妙利用了液压系统的特性，实现了快速运动的需求；▪不仅掌握计算方法，更要理解这些计算背后的工程实际意义。谢谢聆听液压缸的密封缓冲和排气液压与气动目录CONTENTS液压缸的密封01液压缸的排气03液压缸的缓冲02课堂小结041.液压缸的密封学习目标与密封概述液压缸的密封、缓冲和排气学习目标密封的重要性▪掌握液压缸的密封；▪掌握液压缸的缓冲方法；▪掌握液压缸的排气方法。密封性能的好坏，直接决定液压系统的工作效率和使用寿命。常用的密封件液压缸的密封、缓冲和排气O形密封圈▪结构简单、安装方便；▪特别适合固定密封。Y形皮碗式密封圈▪具有自密封性能，利用油压▪自动增强密封效果；▪是往复运动密封的首选。铸铁活塞环▪密封效果稍逊，▪且加工要求高；▪在某些特殊场合仍有应用。三种常用密封件示意图密封件的选用与维护液压缸的密封、缓冲和排气密封件的选用与维护▪选用需综合考虑系统压力、运动速度和工作温度等因素；▪既要保证密封可靠，又要尽量减小摩擦阻力。实际维修中，密封件的定期检查和更换是预防液压系统故障的重要措施。双作用单活塞杆液压缸结构图2.液压缸的缓冲液压缸的缓冲液压缸的密封、缓冲和排气为什么需要缓冲▪重型液压机械高速运行时突然停止，会产生很大的冲击力；▪冲击产生刺耳的噪声，严重损坏液压缸内部结构；▪甚至导致整个系统故障。常见的三类缓冲方式①在液压缸内部设置缓冲装置（本课重点）；②在液压回路中设置减速阀或制动阀；③在液压缸外部安装专用缓冲器。缓冲方式一：环状间隙缓冲液压缸的密封、缓冲和排气工作过程与特点▪活塞运动到末端时，活塞上的柱状台进入端盖的孔中；▪油液只能经两者之间的环状间隙排出；▪间隙很小，相当于给油液流动设置一道关卡，减缓活塞速度；▪特点：结构简单可靠，但缓冲效果相对固定、不易调节。环状间隙缓冲示意