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1、缸的类型及特点 其他类型的常用缸 缸的典型结构 液压与气压马达,通过本章的学习，要求掌握液压缸类型的选择和参数计算等，为缸的设计打下基础。,本章主要内容为：,第四章 液压与气压传动的执行元件,压力能,机械能,由于结构强度、材质要求和密封条件的不同，两种介质的缸和马达不能互换使用。,液压和气压系统中的执行元件马达和缸，其职能是将压力能转换为机械能。做旋转运动或做直线往复运动。,第一节、缸的分类和特点,缸将压力能转换成往复直线（摆动）运动机械能的装置。,缸结构简单、工作可靠，与杠杆、连杆、齿轮齿条、棘轮棘爪、凸轮等机构配合使用实现多种机械运动，满足各种运动形式要求。,三梁四柱式压力机,液压缸,一、
2、活塞缸,1、双杆活塞缸,图形符号：,活塞杆,缸体,活塞,运动范围约等于活塞有效行程的三倍,运动范围约等于缸体有效行程的两倍,双杆活塞缸,双杆活塞缸的速度推力计算：,运动速度：,推力：,缸在左右两个方向上输出的速度相等， 为缸的容积效率。,缸在左右两个方向上输出的推力相等， 为缸的机械效率。,这种缸常用于要求往返运动速度相同的场合，如外圆磨床工作台往复运动液压缸等 。,图形符号：,端盖,2 、单杆活塞缸,单杆活塞缸的活塞仅一端带有活塞杆，活塞双向运动可以获得不同的速度和输出力。,单杆活塞缸的速度推力计算：,无杆腔进油,活塞的运动速度 和推力 分别为:,有杆腔进油,活塞的运动速度 和推力 分别为:
3、,比较上述各式，可以看出： , ；缸往复运动时的速度比为：,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。,比较上述各式，,差动连接：压力相同的液体或压缩空气同时通入单活塞杆缸的两腔,运动速度：,推力：,方向:右,两腔进油,差动联接,等效,差动连接是在不增加液压泵容量和功率的条件下，实现快速运动的有效办法。,二、柱塞缸,图形符号：,柱塞和缸简内壁不接触，因此缸筒内孔不需精加工工艺性好成本低.,运动速度：,推力：,柱塞缸只能制成单作用缸。在大行程设备中，为了得到双向运动，柱塞缸常成对使用。,特点:,q,三、摆动缸,摆动缸,摆动缸能实现小于360的往复摆动运动，由于它可
4、直接输出扭矩，故又称为摆动马达，主要有单叶片式和双叶片式两种结构形式。,p1,p2,当考虑到机械效率时，叶片缸的摆动轴输出转矩为,p1,p2,q,根据能量守恒原理,得输出角速度为,q,单叶片摆动缸的摆角一般不超过280 ，双叶片摆动缸的摆角一般不超过150 。,摆动缸结构紧凑，输出转矩大，但密封困难，一般只用于中、低压系统中往复摆动，转位或间歇运动的地方。,图形符号：,气压摆动缸,液压摆动缸,1、 伸缩式液压缸,伸缩式单作用缸,第二节、其它型式的常用缸,2、 增速缸（动画）,3、增压缸（增压器）,4、 齿条活塞缸,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
5、机构变成齿轮轴往复转动。,图4.12齿条活塞液压缸的结构图,5、气-液阻尼缸,调节节流阀的开口面积，就能调节活塞的运动速度。,6、气压油缸,气压油缸是一种使气压直接转换成液压的装置。它利用气压控制达到液压传动的目的。,气压油缸传动装置无需使用油泵和驱动电机，便可获得结构简单，价格低廉的速度平稳和可调的液压传动。,7、冲击气缸,以完成破碎、模锻等需要瞬时大能量的工作，如型材下抖打印、铆接、弯曲、冲孔、镦粗等,双作用单活塞杆液压缸结构图 l 缸底；2 卡键；3、5、9、11 密封圈；4 活塞；6 缸筒； 7 活塞杆；8 导向套；10 缸盖；12 防尘圈；13 耳轴,第三节、缸的结构,缸的组成：缸体
6、、活塞、缓冲和排气,缸筒 是液压缸的主体，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，要求表面粗造度在0.1m0.4m。,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。,缸筒与端盖的连接,图4-20缸体与缸盖的连接结构,一、 缸体组件,缸体组件由：缸筒、端盖、导向环和支撑环等组成,（2）半环式连接，分为外半环连接和内半环连接两种连接形式。,(1）法兰式连接,（3）螺纹式连接,外螺纹连接,内
7、螺纹连接,（5）焊接式连接,（4）拉杆式连接,二、 活塞组件,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。,活塞装置主要用来防止介质的泄漏。对密封装置的基本要求是具有良好的密封性能，并随压力的增加能自动提高密封性。除此以外，摩擦阻力要小，耐油。,（1）O形密封圈,O形密封圈的截面为圆形，主要用于静密封。 常用于工作压力较低的气缸动密封。,O形圈密封的原理：任何形状的密封圈在安装时，必须保证适当的预压缩量，过小不能密封，过大则摩擦力增大，且易于损坏。因此
8、，安装密封圈的沟槽尺寸和表面精度必须按有关手册给出的数据严格保证。 在动密封中，当压力大于10MPa时，O形圈就会被挤入间隙中而损坏，为此需在O形圈低压侧设置聚四氟乙烯或尼龙制成的挡圈，双向受高压时，两侧都要加挡圈。,（a）普通型,（b）有挡板型,V形圈的截面为V形，如下图所示，V形密封装置是由压环、V形圈和支承环组成。当工作压力高于10MPa时，可增加V形圈的数量，提高密封效果。安装时，V形圈的开口应面向压力高的一侧。,Y形密封圈的截面为Y形，属唇形密封圈。它是一种摩擦阻力小、寿命较长的密封圈，应用普遍。Y形圈主要用于往复运动的密封。当压力变化较大，滑动速度较高时，要使用支承环，以固定密封圈
9、，如图（b）所示。,三、 缓冲装置,为了防止这种危害，保证安全，应采取缓冲措施，对缸运动速度进行控制。,当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缸的有关部分的损坏，而且会引起其它相关机械的损伤。,常见缓冲结构,图4-26液压缸缓冲装置,当活塞移至端部，缓冲柱塞开始插入缸端的缓冲孔时，活塞与缸端之间形成封闭空间，该腔中受困挤的剩余油液只能从节流小孔或缓冲柱塞与孔槽之间的节流环缝中挤出，从而造成背压，迫使运动柱塞降速制动，实现缓冲。,四、 排气装置,液压传动系统往往会混入空气，使系统工作不
10、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。,设计缸需要注意的问题 1) 要尽量缩小外型尺寸，使结构紧凑； 2) 设计活塞杆最好受拉，不受压，以免产生纵向弯曲； 3) 选择合适的密封方式，减小摩擦损失，提高密封效果，防止泄漏； 4) 根据具体情况适当考虑缓冲装置和排气装置。,第四节、缸的设计计算,缸主要尺寸的确定 液压缸的主要尺寸有缸筒内径、活塞杆直径和缸筒长度等。 1. 缸筒内径D 根据负载大小和选定的工作压力、运动速度和输入流量，按本章有关公式计算确定，再从GB/T2348-93标准中选取相近尺寸加以圆整。 2. 活塞杆直径d 按
11、工作压力决定,或设备类型选取。见教材表4-2。 按GB/T2348-93标准进行圆整。 3. 缸筒长度L,缸筒长度=活塞行程+活塞长度 +活塞导向长度+活塞杆密封及导向长度。,液压马达和液压泵在原理上可逆，结构上类似，但由于用途不同，它们在结构上有一定差别。常用的液压马达有柱塞式、叶片式和齿轮式等。,一、液压马达的分类,特点及应用,第六节 液压及气压马达(Motor),二、液压马达的工作原理 以斜盘式轴向柱塞马达为例说明液压马达的工作原理。,设第i个柱塞和缸体的垂直中心线夹角为,柱塞在缸体中的分布圆半径为R，则在该柱塞上产生的转矩为 液压马达产生的转矩应是处于高压腔柱塞产生转矩的总和， 即 随
12、着角的变化，每个柱塞产生的转矩也发生变化，故液 压马达产生的总转矩也是脉动的，它的脉动情况和讨论液压泵 流量脉动时的情况相似。,三、液压马达的主要性能参数 （一）工作压力和额定压力 1工作压力: 液压马达实际工作时输入的压力。 2额定压力: 液压马达在正常工作条件下，按试验标准规定能连续运转所允许的最高压力。 （二）排量和流量 1理论（或几何）排量 液压马达转一周，由其密封容积几何尺 寸变化计算而得的、需输进液体的体积。 2流量： 液压马达在单位时间内，需输进液体的体积，也有理论 和实际流量之分。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。其值由理论排量和转速计算而得。
13、由于 有泄漏损失，实际输入的流量 必须大于理论流量。,（三）效率和功率 1容积效率Mv 马达的理论流量qT与实际输入流量q的比值。 式中：q马达的泄漏量。 2机械效率Mm 由于有摩擦损失，液压马达实际输出的转矩T小于理论转矩Tt。如果损失转矩T1，则实际输出转矩M和机械效率Mm为,3马达的总效率M 4马达的输入功率Pi 5马达的输出功率Po 式中：p马达进、出口的压力差；,n马达的角速度和 转速。 （四）输出的转矩和转速 1液压马达轴理论输出的转矩Tt和实际输出的转矩T为 2马达轴实际输出的转速n为 式中：V马达的排量,四、液压马达的类型和图形符号 与液压泵类似，从结构上看，常用的液压马达有柱塞式、叶片式和齿轮式等三大类。根据其排量是否可调，可分为定量马达和变量马达；根据转速高低和转矩大小，液压马达又分为高速小转矩和低速大转矩马达等。,四、典型液压马达的结构和工作原理 1齿轮液压马达,2叶片马达,1、缸和马达的工作原理、作用及图形符号；,2、缸的运动速度和推力计算； 3、单活塞杆液压缸的差动联接特点及相关计算。,学习要点,作业：46，410,
