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1、北京科技大学,第四章 液压系统执行机构,液压系统执行机构是将液压能转变为机械能的装置。一、液压系统执行机构种类 活塞缸 柱塞缸 液压缸 摆动油缸 其他常用缸 叶片式 液压马达 齿轮式 柱塞式,推拉油缸 其他,二、执行机构作用,1.活(柱）塞缸：实现往复直线运动，输出力和速度,2.液压马达：实现连续回转，输出扭矩和角速度,3.摆动缸：实现往复摆动，输出力矩和角速度；,41 液压缸,一、单杆活塞缸1.简介：往复运动主体为活塞，是双作用油缸。一个吸油口，一个排油口；单出杆。图形符号：,北京科技大学,2.单杆活塞缸特点:,1）两腔面积不等A1A2,2）输入相同的流量，活塞运动速度油进入大腔，活塞运动速
2、度慢：油进入小腔，活塞运动速度快：,以防有杆腔速度过大，造成冲击。,一般,3）推力：,两腔分别通入压力油时，两方向推力不等。油进大腔，推力大：油进小腔，推力小：,4）差动连接 油缸两腔互通并输入压力油的状态。,油缸受力状态：油缸运动方向：使缸杆伸出,油缸运动速度：相当于作用面积为活塞杆面积，差动连接速度快，输出力小,5）差动连接应用,通过控制阀来改变单杆活塞缸各油口的连接方式，实现三种活塞的运动速度；v3 v2 v1快进(差动连接)一工进(无杆腔进液体或气体)一快退(有杆腔进液体或气体)的工作循环。差动连接不增加油泵流量，实现快速运动。,北京科技大学,二、双出杆油缸,图形符号：,双出杆油缸特点
3、：,两腔作用面积相等两腔分别输入相同压力油时，两个方向输出力相等两腔分别输入相同的流量时，两方向的速度相等占地范围：缸固定 3L；杆固定 2L适用于输出速度和力对称要求的场合,三、柱塞缸：,柱塞和缸筒内壁不接触，缸筒内孔不需精加工柱塞缸只能制成单作用缸，往复运动需要成对使用,四、摆动油缸,单叶片：摆角大，输出力矩小；摆角范围：300度；双叶片：摆角小，输出力矩大；摆角范围：150度；,五、其他油缸：,多级缸：油缸杆、缸体合一，形成多级伸缩，空间小，距离大。伸出：先大后小；推力：先大后小；速度：先慢后快 缩回：先小后大,增压缸：增加局部压力，减少油马达的压力，输出流量变小,3.齿条缸：将往复平动
4、变为转动。,北京科技大学,1.拉杆气缸,六、气缸,2.超薄气缸,3.微型气缸,4.冲击气缸,冲击气缸是一种特殊的气动执行元件；它具有冲击能量大、结构简单、体积小等优点。在很多设备上起着不可替代的作用。,开始作用面积,冲击作用面积,液压缸种类,4.2 油缸的一般构造,一、液压缸结构,双作用单活塞杆液压缸1耳环2螺母3防尘圈4、17弹簧挡圈5套6、15卡键7、14O形密封圈8、12Y形密封圈9缸盖兼导向套10缸筒11活塞13耐磨环16卡键帽18活塞杆19衬套20缸底,二、缸筒组件,缸筒材料：普通低合金结构钢：15MnV;碳素钢：20、35、45;不锈钢：Cr18Ni9通常标准尺寸的热轧、冷拔采用无
5、缝钢管；对大件可采用铸钢、锻钢；,缸筒、端盖、及其连接件,三、活塞组件,1、元件：活塞、活塞杆、导向套、密封等,双作用单活塞杆液压缸1耳环2螺母3防尘圈4、17弹簧挡圈5套6、15卡键7、14O形密封圈8、12Y形密封圈9缸盖兼导向套10缸筒11活塞13耐磨环16卡键帽18活塞杆19衬套20缸底,2.连接方式：整体、焊接、螺纹连接、卡件连接；要求：保证两连接件的同心度；,3.活塞导向结构：,4.活塞的密封：,活塞的密封：,五、密封,作用：保证持系统介质不泄漏，确保 系统正常工作；要求：防止内外泄漏，提高工作效率，保护工作环境；间隙密封防止进气，保证运动平稳性；防止污物和灰尘，对密封元件的 磨损
6、和对系统的损坏；,密封种类：,密封圈种类较多，根据不同的密封要求，选用不同的形状的密封圈，常用的密封圈有：1、O型密封圈2、U型密封圈3、V型密封圈4、Y型密封圈密封形式：间隙密封、密封圈密封运动形式：往复运动和旋转密封密封材料：金属 铜、铝、橡胶：各种类型，高温，常温；尼龙：聚四 氟乙烯：,六、缓冲装置,避免活塞撞击端盖，产生冲击和噪音，影响工作的平稳性，消除冲击负荷损坏机件。缓冲形式：1）节流可调试：开始有缓冲作用，后逐渐减弱、变慢，适当调节节流口，可以达到缓冲的效果。2）节流可变式：在活塞上开轴向三角形沟槽，在缓冲过程中，节流口由大变小，缓冲作用均匀，冲击压力小。,七、排气装置,油缸最高
7、部位存有气体，影响工作平稳性，产生震动和爬行。还可产生气蚀。一般油缸油管在油缸上部，便于排气；对要求较高的液压缸，采用排气阀：注意排气针的自位性。,4.4 液压缸的基本参数设计,1）液压缸驱动力液压缸驱动力由供油压力 p 以及液压缸筒内径D、缸杆直径d决定。A)压力确定额定压力：指油缸在使用中推荐的最高使用压力；正常工作时的最大压力；,液压缸额定压力系列（MPa）GB2346-80最高压力：缸的极限压力，极限承载能力；根据不同的工作设备选择适当的供油标准压力。,B)缸筒内径D确定若：忽略回油压力，则无杆腔缸筒内径D：若：忽略回油压力，则有杆腔缸筒内径D：,根据计算值查下表确定缸筒内径D,C)缸
8、杆直径d确定根据液压缸的速度比：计算后应取标准值实际上，供油压力 p 与缸筒内径D的选择根据实际情况，不断的调整，还要考虑系统其他执行元件的工作压力，综合确定。,2）液压缸运动速度,根据设备运动速度要求确定缸筒内径D、缸杆内径d液压缸运动速度一般小于1000mm/s;速度比根据设备要求设定但应取标准。,1）缸筒壁厚计算：A)采用查表方法：,3）液压缸强度校核,B)计算方法：为 薄壁筒，计算公式：,式中：,p为缸筒试验压力，当缸的额定压力pn16MPa时，取p=1.5pn，pn为缸生产时的试验压力;当pn16MPa时，取p=1.25 pn,为 厚壁筒，计算方法如下：,2）活塞杆稳定性计算当 时，
9、考虑缸杆的稳定性。缸稳定的条件：,1）缓冲缸结构,4）气压缸缓冲装置设计计算,缓冲装置设计计算（自学）,A)缓冲结构1.了解结构；2.缓冲工作原理；3.缓冲调节方式；4.反向启动。,5）液压缸缓冲装置设计计算,计算理论依据：运动部件的动能和液压能被缓冲阻尼完全消耗。,运动部件的动能：,B）液压缸缓冲装置参数计算,缓冲过程中的液压能：,缓冲过程中的液压能：,缓冲过程中的平均压力：,缓冲过程中的最大压力：,c）液压缸缓冲特性分析,计算所得的最大压力用以校核缸的强度。油缸的额定工作压力:pn160 x105Pa时，pmax15 pn时；油缸的额定工作压力:pn160 x105Pa，pmax125 p
10、n时；,改进液压缸的冲击过大措施：减液压缸的额定工作压力；加大缓冲行程在缓冲柱塞上开轴向三角槽，或采用锥角缓冲柱塞，以缓和最大缓冲压力；在油路上安装行程减速阀，使在进入缓冲之前先减速降低动能，从而减小量大冲击压力。液压缸缓冲的限制：当液压缸行程变化时，缓冲结构失效。采用其他的缓冲方式。如行程阀、电液位置控制元件等方式。,6）气缸耗气量计算,汽缸得耗气量通常用自由空气耗气量表示以便于选择空气压缩机，它与缸径、活塞杆径、汽缸运动速度和工作压力有关。对于一个单杆双作用气缸，全程往复一次得自由空气消耗量包括：1.活塞杆外伸行程得耗气量q1,式中：,式中：,考虑到换向阀至气缸之间得管路容积再气缸每次动作
11、时要消耗空气，而且管路系统有泄露损失，故实际耗气量qH比上述两向之和要大，即：一般取系数k=1.3。,2.活塞杆内缩回程得耗气量q2,二、液压油缸安装,一、液压马达特点：液压马达的工作压力高，驱动负载大；液压马达，尤其是低速大扭矩马达，均可直接驱动负载。液压马达力密度大，在同等功率输出情况下，其重量、尺寸仅为直流电马达的520，相对质量很轻，所以转动惯量小，启动、制动、反向运转快速性及低速稳定性好，并可方便地实施无级调速；承受静负载；调速范围广，无级调速。效率较低，能量损失大。,4.5 液压马达,二、液压马达分类：,液压马达分类：,三、液压马达职能符号,四、液压马达的主要性能参数,额定压力p：
12、指油马达在使用中推荐的最高使用压力；正常工作时的 最大压力最高压力：马达的极限压力，极限承载能力排量 V：马达每转一转，或一个工作循环可变化的容积，理论值理论流量qt：马达排量和转速的乘积流量损耗q：由于泄漏引起流量的损失，与压力成正比；实际流量qn 与理论流量qt 之差,6.实际流量qn：输入马达的流量。V-排量；n-马达转速；v-泄漏系数；7.理论转速8.实际转速,1.理论输出转矩Tt：2.机械效率mm：3.实际输出转矩T：,五、马达的转矩、功率,4.输入功率Pi：转动马达的所需功率5.输出功率Po：马达的进出口压力差(Pa)和实际流量(m3/s)之积；马达的进出口压力差(Pa)常用(MP
13、a)和理论流量(m3/s)之积,容积效率mv：马达的理论流量和实际流量之比；由于马达的泄漏造成的能量损失。机械效率mm：转动马达的实际输出扭矩与理论扭矩之比。由于马达的机械摩擦造成的能量损失。总效率p：实际输出功率比驱动功率。,六、马达的效率,七、马达的特性曲线：,液压马达的流量和压力：由缝隙泄漏特性,马达的泄漏量随压力升高而增大，可以认为液压马达在零扭矩时的流量为理论流量qt；容积效率mv和压力：由于马达的泄漏量随压力升高而增大，所以马达的容积效率随马达的工作压力的升高而降低，压力为零时的容积效率可认为是100；机械效率mm和压力：马达在低压时，机械摩擦损失在总损失中所占的比重较大，其机械效
14、率很低。工作压力提高，机械效率很快上升。在达到某一值后，机械效率大致保持不变。总效率和压力：总效率在数值上等于容积效率和机械效率的乘积。总效率v。开始随压力p的增大很快上升，接近液压马达的额定压力时总效率最大，达到最大值后，又逐步降低。,马达的特性分析：,八、液压马达工作原理,1.轴向柱塞液压马达工作原理：,2.齿轮液压马达：,齿轮式液压马达 齿轮式液压马达有低压、中压和高压等种类，也有单独的或双联式的结构形式。齿轮式液压马达适用于负载转矩不大、速度平稳性要求不高、噪声限制不大的场合，例如钻床、风扇传动等。,3.叶片液压马达,叶片式液压马达 叶片式液压马达的转速最高可达2000rmin，最低一
15、般不低于100rmin。机械特性较软，即负载增加时，转速将迅速降低，故宜用于低转矩、高转速的场合。优点是运转均匀，脉动小，常用于磨床回转工作台的驱动，外圆和内圆磨床的工件驱动，以及木材加工机床的主运动和进给运动等。,4.低速大扭矩液压马达结构：,北京科技大学,低速大扭矩液压马达：,液压马达需要正反转，在内部结构上必须具有对称性，而液压泵常是单方向旋转运行，为提高效率，大都是非对称的。齿轮泵常采用不对称式卸荷槽结构，齿轮马达则须使用对称式。叶片泵的叶片槽在转子上常具有一安放倾角，叶片马达的叶片槽则必须径向布置，若倾斜布置的话，反转时即会折断叶片。轴向柱塞泵的配流盘为减除气穴现象与噪音，常采用不对
16、称结构，而轴向柱塞马达必须采用对称结构等。,九、液压马达与泵的区别,液压马达在确定轴承的结构形式及其润滑方式时，应保证在很宽的速度范围内都能正常地工作,应采用滚动轴承或静压轴承。液压泵常运行在某一高速区，不存在这一苛刻的要求.液压马达为提高启动扭矩，要求扭矩的脉动小，结构内部摩擦力小。齿轮马达的齿数就不能如齿轮泵那样少，轴向间隙补偿时的预压紧力也比泵小得多，以减少摩擦阻力而增大起动扭矩。,液压马达没有自吸能力的要求，泵则必须保证这一基本功能。因此，像点接触轴向柱塞式液压马达(其柱塞底部没有弹簧)则不能作泵用。叶片泵依靠转子旋转时，将叶片抛出的离心力使叶片贴紧定子起封油作用，形成工作容腔。若当液
17、压马达使用，则因起动时没有力量使叶片贴紧定子，无法封闭工作容腔，马达无法启动，叶片马达中必须有燕形摇摆弹簧或螺旋弹簧等叶片压紧机构。,气压马达常用的有叶片式和活塞式两种。可以无级调速可正、反方向转有过载保护作用具有高的启动力矩，可以直接带负载启动等一般特点工作安全，在具有爆炸性瓦斯的工作场所，无引火爆炸的危险。同时，能受振动与高温的影响功率范围，尤其是转速范围很宽。功率小至几百瓦，大至几千千瓦。连则为050 000 rmin。转矩随转速的增大而降低；特性较软耗气量较大效率较低,4.6 气压马达的分类、特点及应用,一、叶片气动马达,1.叶片马达工作原理,叶片式气压马达结构简单紧凑，制造容易，转速高，但低速启动转矩小，低速性能不好，适用适用于要求低或中等功率的机械。,2.叶片马达的特点,1.柱塞马达工作原理,二、活塞气动马达,2.柱塞马达的特点低速时有较大的功率输出和较好的转矩特性启动准确，启动和停止特性都好于叶片式气压马达适用于载荷较大和要求低速转矩较高的机械,
