第4章-液压执行元件.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,湖南工程学院,液压与气压传动,*,第,4,章 液压执行元件,Hydraulic Actuator,液压马达,和,液压缸,是液压系统的,执行元件,。是将液压泵提供的,液压能,转变成,机械能,的能量转换装置。,液压马达习惯上是指输出旋转运动的液压执行元件。,液压缸是指输出直线运动的液压执行元件。,第,4,章,液压执行元件,(Hydraulic Actuator),湖南工程学院,液压与气压传动,第,4,章,液压执行元件,(Hydraulic Actuator),湖南工程学院,液压与气压传动,按供油方向分：,单作用缸,和,双作用缸,。,液压缸的分类,单活塞杆式液压缸,双活塞杆式液压缸,4.1,液压缸的类型和特点,(Classification and characteristics),按活塞杆形式分：,单活塞杆缸、双活塞杆缸,。,湖南工程学院,液压与气压传动,按结构形式分：,活塞缸、柱塞缸、伸缩套筒缸、摆动液压缸,。,液压缸的分类,柱塞式液压缸,单活塞杆式液压缸,双活塞杆式液压缸,弹簧复位式液压缸,4.1,液压缸的类型和特点,(Classification and characteristics),湖南工程学院,液压与气压传动,活塞式液压缸可分为,双杆式,和,单杆式,两种结构形式，,其安装又有缸筒固定和活塞杆固定两种方式。,4.1.1,活塞式液压缸,(Piston cylinders),1,、,双活塞杆液压缸,湖南工程学院,液压与气压传动,1,、,双活塞杆液压缸,双活塞杆液压缸的活塞两端都带有活塞杆，分为,缸,体固定,和,活塞杆固定,两种安装形式。,(a),缸筒固定式,(b),活塞杆固定式,4.1.1,活塞式液压缸,(Piston cylinders),湖南工程学院,液压与气压传动,活塞杆的推力和速度计算：,式中：,A,活塞的有效工作面积；,D,活塞的直径；,d,活塞杆的直径；,P,1,、,P,2,液压缸,进、出,油腔的压力；,Q,输入流量,图形符号,4.1.1,活塞式液压缸,(Piston cylinders),湖南工程学院,液压与气压传动,(a),无杆腔进油,D,d,q,(b),有杆腔进油,q,2,、单活塞杆液压缸,图形符号,4.1.1,活塞式液压缸,(Piston cylinders),湖南工程学院,液压与气压传动,无杆腔进油,有杆腔进油,（,4-4,）,（,4-3,）,（,4-6,）,（,4-5,）,4.1.1,活塞式液压缸,(Piston cylinders),湖南工程学院,液压与气压传动,比较上述各式，可以看出：,；液压缸往复运动时的速度比为：,（,4.7,）,上式表明：,当活塞杆直径愈小时，速度比接近,1,，在两个方向上的速度差值就愈小,。,4.1.1,活塞式液压缸,(Piston cylinders),湖南工程学院,液压与气压传动,4.1.1,活塞式液压缸,(Piston cylinders),差动连接,：,单活塞杆缸两腔同时通压力油，,p,1,=,p,2,。,差动连接的液压缸只能向一个方向运动。,湖南工程学院,液压与气压传动,差动连接,（,4-8,）,（,4-9,）,4.1.1,活塞式液压缸,(Piston cylinders),湖南工程学院,液压与气压传动,如要求单活塞杆液压缸在差动连接时的活塞伸出速度与活塞缩回（非差动连接）的速度相等，即 。,则有：,可得：,按这种比例做的单杆缸称为,差动液压缸,。,4.1.1,活塞式液压缸,(Piston cylinders),湖南工程学院,液压与气压传动,图,4.5,柱塞缸,当活塞式液压缸行程较长时，加工难度大,使得制造成本增加。,某些场合所用的液压缸并不要求双向控制,柱塞式液压缸正是满足了这种使用要求的一种价格低廉的液压缸。,4.1.2,柱塞式液压缸,(Plunger cylinders),湖南工程学院,液压与气压传动,如图所示，柱塞缸由,缸筒、柱塞、导套、密封圈和压盖,等零件组成，柱塞和缸筒内壁不接触，因此缸筒内孔不需精加工，工艺性好，成本低。,4.1.2,柱塞式液压缸,(Plunger cylinders),湖南工程学院,液压与气压传动,如果要获得双向运动，可将两柱塞液压缸成对使用。为减轻柱塞的重量，有时制成空心柱塞。,式中：,d,柱塞直径，,p,1,进油压力，,p,2,另一缸的回油压力。,4.1.2,柱塞式液压缸,(Plunger cylinders),湖南工程学院,液压与气压传动,1.,伸缩式液压缸,Telescopic cylinders,结构：,由,两个或多个活塞缸或柱塞缸套装而成,，前一级活塞缸的活塞是后一级活塞缸的缸筒，可获得很长的工作行程。伸缩缸广泛的用于起重运输车辆上。有单作用和双作用之分。,b),双作用伸缩缸,a),单作用伸缩缸,4.1.3,其他液压,缸,(Cylinders of other types),湖南工程学院,液压与气压传动,结构：,4.1.3,其他液压,缸,(Cylinders of other types),湖南工程学院,液压与气压传动,2,齿条活塞缸,Rack-piston cylinders,齿条活塞缸由带有齿条杆的双作用活塞缸和齿轮齿条机构,组成，活塞往复移动经齿条、齿轮机构变成齿轮轴往复转动。,4.1.3,其他液压,缸,(Cylinders of other types),湖南工程学院,液压与气压传动,3,增速缸,Boosting,cylinders,增速缸是,活塞缸与柱塞缸组成的复合缸,，活塞缸的活塞内腔是柱塞缸的缸筒，柱塞固定在活塞缸的缸筒上。增速缸可用于快速运动回路，在不增加泵的流量的前提下，使执行元件获得尽可能大的工作速度。,4.1.3,其他液压,缸,(Cylinders of other types),湖南工程学院,液压与气压传动,4.2,液压缸的典型结构和组成,(,Typical constructions and,makeups,),液压缸的典型结构,湖南工程学院,液压与气压传动,液压缸由缸体组件、活塞组件、密封件和连接件等基本部分组成。此外，根据缸的需要还设有缓冲装置和排气装置。,4.2,液压缸的典型结构和组成,(,Typical constructions and,makeups,),湖南工程学院,液压与气压传动,1,缸体组件的连接形式,4.2.1,缸体组件,(Cylinder block assembly),缸体组件通常由缸筒、缸盖、导向环和支承环等组成。,湖南工程学院,液压与气压传动,缸筒,液压缸的主体，其内孔一般采用镗削、,绞孔、滚压或珩磨等精密加工工艺制造，要求表面粗糙,度在,0.1,m0.4,m,。,端盖,装在缸筒两端，与缸筒形成封闭油腔，同样,承受很大的液压力，因此，端盖及其连接件都应有足够,的强度。,导向套,对活塞杆或柱塞起导向和支承作用，有,些液压缸不设导向套，直接用端盖孔导向,。,缸筒，端盖和导向套的材料选择和技术要求可参,考液压设计手冊。,2.,缸筒、缸盖和导向套,4.2.1,缸体组件,(Cylinder block assembly),湖南工程学院,液压与气压传动,4.3.2,活塞组件,(Piston assembly),活塞组件由,活塞,、,密封件,、,活塞杆,和,连接件,等组成。,1,活塞与活塞杆的连接形式,如图所示，活塞与活塞杆的连接最常用的有,螺纹连接,和,半环连接,形式，除此之外还有,整体式结构,、,焊接式结构,、,锥销式结构,等。,1,一活塞杆；,2,一活塞；,3,一密封圈；,4,一弹簧圈；,5,一螺母,1,一卡键；,2,一套环；,3,一弹簧卡圈,4.2.2,活塞组件,(Piston assembly),湖南工程学院,液压与气压传动,4.2.2,活塞组件,(Piston assembly),湖南工程学院,液压与气压传动,螺纹式连接 半环式连接,螺纹式连接：,结构简单，装拆方便，但在高压大负载下备有螺帽防松装置。,半环式连接：,结构较复杂，装拆不便，但工作较可靠。,活塞和活塞杆制成整体式结构：,只适用于尺寸较小的场合。,活塞一般用耐磨铸铁制造，活塞杆不论是空心的还是实心的，大多用钢料制造。,4.2.2,活塞组件,(Piston assembly),湖南工程学院,液压与气压传动,密封按其工作原理可分为,非接触式密封,和,接触式密封,。,前者主要指,间隙密封,，后者指密封件密封。,1,间隙密封,(Clearance sealing),：,它依靠运动件间的微小间隙来防止泄漏。,为了提高这种装置的密封能力，常在活塞表面制出几条细小的环形槽，以增大油液通过间隙时的阻力。,它的结构简单，摩擦阻力小，可耐高温，但泄漏大，加工要求高，磨损后无法恢复原有能力，只有在尺寸较小、压力较低、相对运动速度较高的缸筒和活塞间使用。,4.2.3,密封装置,(Seals and sealing devices),湖南工程学院,液压与气压传动,在活塞的环槽中放置金属活塞环，活塞环有一个开口，依靠其弹性变形所产生的张力紧贴缸筒内壁来实现密封。这种密封具有自动补偿磨损的功能，密封效果好，能适应较大的压力与速度变化，耐高温、使用寿命长。缺点是制造工艺复杂，因此，它适用于高压、高速或密封性能要求高的场合。,2,活塞环密封,4.2.3,密封装置,(Seals and sealing devices),湖南工程学院,液压与气压传动,它利用橡胶或塑料的弹性使各种截面的环形圈紧贴在静、动配合面之间来防止泄漏。,结构简单，制造方便，磨损后有自动补偿能力，性能可靠，在缸筒和活塞之间、缸盖和活塞之间、活塞和活塞杆之间、缸筒和缸盖之间都能使用。,常用的密封件密封装置主要有,：,O,形密封圈、,Y,型,密封圈,、,v,型,密封圈、防尘圈,及,组合密封,圈,等。,3,密封圈密封,4.2.3,密封装置,(Seals and sealing devices),湖南工程学院,液压与气压传动,（,1,）,O,形密封圈,(,“,O,”,ring seal),0,形密封圈的截面为圆形，主要制造材料为耐油橡胶。主要用于静密封和滑动密封（转动密封用得较少）。适用速度范围为,0.0050.3m/s,。,图,4-13 O,形圈密封,当工作压力较高时（用于动密封，压力,10MPa,，用于静密封，压力,32MPa,），为防止,O,形圈被挤入间隙而损坏，可在密封圈低压侧设置由聚四氟乙烯或尼龙制作的档圈,4.2.3,密封装置,(Seals and sealing devices),湖南工程学院,液压与气压传动,a,）,Y,形圈一般安装；,b,）带支承环安装,a,）等高唇通用型；,b,）轴用型,Yx,形圈；,c,）孔用型,Yx,形圈,（,2,）,Y,形密封圈,类型：宽断面、窄断面,密封原理：唇口端对着高压侧，压力使唇口贴紧壁面。,特点：密封性、稳定性和耐压性较好，阻力小，寿命较长，唇边磨损后能自动补偿。材料：丁晴橡胶、氟橡胶、聚氨酯橡胶。,应用：往复运动密封，宽断面,20MPa,，窄断面,32MPa,。,轴用密封装在孔的槽内，短唇与轴相对滑动。,孔用密封装在轴的槽内，短唇与孔相对滑动。,4.2.3,密封装置,(Seals and sealing devices),湖南工程学院,液压与气压传动,（,3,）,V,形密封圈,组成：压环、,V,形环、支撑环,密封原理：开口端对应高压侧；压环、支撑环压力使,V,形圈唇口贴紧壁面。,特点：封性好、耐压高、寿命长。,应用：适用,50MPa,的活塞及活塞杆往复运动密封，工作温度为,-4080,。,油液泄露时，可调整压环压力补偿,V,形环接触应力。,4.2.3,密封装置,(Seals and sealing devices),湖南工程学院,液压与气压传动,（,4,）防尘圈,图,4-17,普通防尘圈,1,内唇；,2,防尘唇；,3,防尘圈；,4,轴,位置：活塞杆或柱塞密封外侧。,作用：防止外界尘埃、砂粒等异物侵入油缸，导致元件损坏或工作介质污染。,类型：无骨架式、骨架式,无骨架式应用为多，其工作速度,1m/s,，温度范围,-30+110,。,4.2.3,密封装置,(Seals and sealing devices),湖南工程学院,液压与气压传动,为了防止这种危害，保证安全，应采取缓冲,措施，对液压缸运动速度进行控制。,当液压缸带动质量较大的部件作快速往复运动,时，由于运动部件具有很大的动能，因此当活塞运,动到液压缸终端时，会与端盖碰撞，而产生冲击和,噪声。这种机械冲击不仅引起液压缸的有关部分的,损坏，而且会引起其它相关机械的损伤。,4.2.4,缓冲装置,(Cushion devices),4.2.4,缓冲装置,湖南工程学院,液压与气压传动,液压缸中缓冲装置的工作原理,：,利用活塞或缸筒在其走向行程终端时，在活塞和缸盖之间封住一部分油液，强迫它从,小孔或细缝,中挤出，以产生,很大的阻力,，使工作部件受到制动，逐渐减慢运动速度，达到避免活塞和缸盖相互撞击的目的。,常用的缓冲装置：,圆柱形环隙式缓冲装置、圆锥形环,隙式缓冲装置、可变节流槽式缓冲装置,和,可调节流孔式缓冲装置,。,4.2.4,缓冲装置,(Cushion devices),湖南工程学院,液压与气压传动,4.2.4,缓冲装置,(Cushion devices),湖南工程学院,液压与气压传动,液压传动系统往往会混入空气，使系统工作不稳定，产生振动、爬行或前冲等现象，严重时会使系统不能正常工作。,因此，设计液压缸时，必须考虑空气的排除。,对于速度稳定性要求较高的液压缸和大型液压缸,：,4.2.5,排气装置,(Venting devices),对于要求不高的液压缸：,4.2.5,排气装置,常在液压缸的最高处设置,专门的排气装置,，如,排气塞、排气阀,等。,不设计专门的排气装置，将油口布置在缸筒端的最高处，使空气随油液排往油箱，再从油箱逸出。,湖南工程学院,液压与气压传动,当松开排气塞或阀的锁紧螺钉后，低压往复运动几次，带有气泡的油液就会排出，空气排完后拧紧螺钉，液压缸便可正常。,4.2.5,排气装置,(Venting devices),湖南工程学院,液压与气压传动,液压马达,（进行能量转换）,输入液压功率,输出机械功率,p,；,q,T,；,（,n,）,液压马达是液压系统中的执行元件,在一定流量的压力油推动下旋转，输出扭矩和转速，将液压能转换成机械能。,4.3,液压马达,(Hydraulic Motors),湖南工程学院,液压与气压传动,液压马达按结构分为：,齿轮式、叶片式、柱塞式和其它型式。,液压马达按额定转速分为：,高速和低速,。,额定转速,高于,500 r/min,的属于高速液压马达，额定转速,低于,500 r/min,的属于低速液压马达。,高速,液压马达的基本类型有,齿轮式、叶片式、柱塞式,等，又称为高速小转距液压马达。,低速,液压马达的基本型式是,径向柱塞式,，又称为低速大转距液压马达,。,液压马达的分类,4.3,液压马达,(Hydraulic Motors),湖南工程学院,液压与气压传动,液压马达与同类型的液压泵在结构和工作原理等方面是相似的，从能量转换的角度看，二者是可逆的。但由于液压马达和液压泵的用途和工作条件不同，对它们的性能要求也不一样，二者还是存在着许多差别的。,例如：,叶片马达,4.3,液压马达,(Hydraulic Motors),湖南工程学院,液压与气压传动,F,N,所产生的轴向分力,F,：,垂直于轴向的分力,F,T,：,某一柱塞产生的瞬时转矩为：,4.3,液压马达,(Hydraulic Motors),湖南工程学院,液压与气压传动,图形符号：,4.3,液压马达,(Hydraulic Motors),湖南工程学院,液压与气压传动,1,、工作压力和额定压力,4.3.1,液压马达的主要性能参数,工作压力,：,马达的实际工作压力即,输入油液的压力,。在计算时应是马达进口压力和出口压力之差。,额定压力,：,正常工作条件下，按试验标准规定连续运转的最高压力即额定压力，超过这个最高压力就叫做超载。,2,、排量和流量,排量,：,马达轴转一周，由其密封容积几何尺寸变化计算而得到的液体体积。,实际流量,：马达入口处的流量。,理论流量,：马达密封容积变化所需要的流量。,额定流量,:,在额定转速和额定压力下输入到马达的流量。由于有泄漏损失，输入马达的实际流量必须大于它的理论流量。马达的实际流量（即进口流量）泄漏流量马达的理论流量。,湖南工程学院,液压与气压传动,3,、,容积效率和转速,马达内部各间隙的泄漏所引起的损失称为容积损失，用 表示。为保证马达的转速满足要求，输入马达的实际流量应为,4.3.1,液压马达的主要性能参数,液压马达的理论输入流量 与实际输入流量之比称为容积效率，即,马达的理论输出转速 等于输入马达的流量 与排量,V,的比值，即,马达的实际输出转速为：,湖南工程学院,液压与气压传动,马达实际输出转,矩,T,必然小于理论输出转,矩,T,t,，,机械效率为：,4.3.1,液压马达的主要性能参数,马达理论功率：,得理论转矩：,马达的实际输出转矩小于理论输出转矩，因马达实际存在机械摩擦，故实际输出转矩应考虑机械效率。,4,、,转矩和机械效率,湖南工程学院,液压与气压传动,5.,功率和总效率,马达的输入功率为,（,4.48,）,马达的输出功率为,（,4.49,）,马达的总效率为,（,4.50,）,由上式可见，,液压马达的总效率亦同于液压泵的总效,率，等于机械效率与容积效率的乘积,。,4.3.1,液压马达的主要性能参数,湖南工程学院,液压与气压传动,例,4.2,某齿轮液压马达的排量,V=10mL/r,，供油压力,p=10MPa,，供油流量,，,容积效率 ，机械效率 ，试求马达的实际转速、理论转矩和实际输出功率。,解：（,1,）马达的实际转速,4.3.1,液压马达的主要性能参数,（,2,）理论转矩,（,3,）实际输出功率,湖南工程学院,液压与气压传动,4.3.2,低速大转矩液压马达,4.3.2,低速大转矩液压马达,湖南工程学院,液压与气压传动,摆动式马达能实现小于,360,角度的往复摆动运动，由于它可直接输出扭矩，故又称为摆动液压马达，主要有,单叶片式,和,双叶片式,两种结构形式。,4.3.3,摆动式,马达,湖南工程学院,液压与气压传动,图,4,23,（,a,）所示为单叶片式摆动缸。其输出转矩,T,和角速度,为：,图,4-23,（,a,）摆动缸,式中：,b,为叶片的宽度，,R,1,R,2,为叶片底部、顶部的回转半径。,4.3.3,摆动式,马达,湖南工程学院,液压与气压传动,湖南工程学院,液压与气压传动,