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1、School of Mechanical Engineering 第三章第三章 执行元件执行元件液压与气压传动液压与气压传动 Chapter 3 Chapter 3 执行元件执行元件 本章主要内容 本章主要内容 3 1 3 1 液压缸液压缸 3 2 3 2 气缸气缸 3 3 3 3 液压马达液压马达 3 4 3 4 气动马达气动马达 3 5 3 5 液压缸的设计计算液压缸的设计计算 3 6 3 6 气缸的工作特性气缸的工作特性及及 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院 第三章第三章 执行元件执行元件液压与气压传动液压与气压传动 了解液压与气压传动
2、中各种执行元件的结构形式 工 作原理 掌握执行元件的设计计算方法和特点 单杆活塞液压缸 密封 缓冲 排气 目的任务目的任务 重点难点重点难点 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院 第三章第三章 执行元件执行元件液压与气压传动液压与气压传动 Part 3 1Part 3 1 液压缸液压缸 液压缸是实现直线往复运动的执行元件 液压与气压传动中的执行元件是将流体的压力能转 化为机械能的元件 它驱动机构作直线往复或旋转 或摆动 运动 其输入为压力和流量 输出为力 和速度 或转矩和转速 School of Mechanical Engineering东南大
3、学机械工程学院 第三章第三章 执行元件执行元件液压与气压传动液压与气压传动 Part 3 1 1Part 3 1 1 液压缸液压缸的类型的类型 液压缸按其结构形式 可以分为活塞缸活塞缸 柱塞缸柱塞缸和伸缩缸伸缩缸等 1 1 活塞式液压缸活塞式液压缸 1 双杆活塞缸 图图3 1a3 1a所示 为缸筒固定的双杆活塞缸缸筒固定的双杆活塞缸 活塞两侧的活塞杆直径相等 它的进 出油口位于缸筒两 端 当工作压力工作压力和输入流量输入流量 相同时 两个方向上输出的 推力推力F F和速度速度v v是相等的 其 值为 图 图3 13 1 双杆活塞缸 a a 缸筒固定 School of Mechanical E
4、ngineering东南大学机械工程学院 第三章第三章 执行元件执行元件液压与气压传动液压与气压传动 式中 A A 活塞的有效面积 D D d d 活塞和活塞杆的直径 q q 输入流量 p p1 1 p p 2 2 缸的进 出口压力 mm V V 缸的机械效率 容积效率 3 13 1 3 23 2 1 1 双杆活塞缸 双杆活塞缸 这种安装形式 工作台移动范围约为活塞有效行程的三倍工作台移动范围约为活塞有效行程的三倍 占 地面积大 适用于小型机械适用于小型机械 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院 第三章第三章 执行元件执行元件液压与气压传动液压与
5、气压传动 图3 1b所示为活塞杆固定的双活塞杆固定的双 杆活塞缸杆活塞缸 它的进 出油液可经 活塞杆内的通道输入液压缸或从 液压缸流出 也可以用软管连接 进 出口就位于缸的两端 它 的推力和速度与缸筒固定的形式 相同 但是其工作台移动范围为 缸筒有效行程的两倍 故可用于可用于 较大型的机械较大型的机械 图图3 13 1 双杆活塞缸 b b 活塞杆固定 1 1 双杆活塞缸 双杆活塞缸 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院 第三章第三章 执行元件执行元件液压与气压传动液压与气压传动 2 单杆活塞缸单杆活塞缸 图图3 23 2所示为 单杆活塞缸 由于只
6、在活塞 的一端有活塞杆 使两腔的 有效工作面积不相等 因此 在两腔分别输入相同流量的 情况下 活塞的往复运动速 度不相等 它的安装也有缸缸 筒固定筒固定和活塞杆固定活塞杆固定两种 进 出口的布置根据安装方 式而定 但工作台移动范围但工作台移动范围 都为活塞有效行程的两倍都为活塞有效行程的两倍 2 2 单杆活塞缸 单杆活塞缸 图图3 23 2 单杆活塞缸 a a 向右运动 b b 向左运动 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院 第三章第三章 执行元件执行元件液压与气压传动液压与气压传动 2 2 单杆活塞缸 单杆活塞缸 单杆活塞缸的推力推力和速度速度
7、计算式如下 3 33 3 3 43 4 3 53 5 3 63 6 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院 第三章第三章 执行元件执行元件液压与气压传动液压与气压传动 在液压缸的活塞往复运动速度有一定要求的情况下 活塞杆直径活塞杆直径 d d通常根据液压缸速度比 v v 2 2 v v1 1 的要求以及缸内径缸内径D D来确定 由式式 3 53 5 和式 式 3 63 6 得 2 2 单杆活塞缸 单杆活塞缸 3 73 7 3 83 8 由此可见 速比速比 v v 越大越大 活塞杆直径活塞杆直径d d越大越大 School of Mechanical
8、 Engineering东南大学机械工程学院 第三章第三章 执行元件执行元件液压与气压传动液压与气压传动 图图3 33 3 差动液压缸 单杆活塞缸的左右腔同时接通压力油 如图图3 33 3 所示 称为差动连接差动连接 此缸称为差动液压缸差动液压缸 差动液压缸左 右腔压力相等 但左 右腔有 效面积不相等 因此 活塞向右运动 差动连 接时因回油腔的油液进入左腔 从而提高活塞 运动速度 其推力和速度按下式计算 3 3 差动液压缸 差动液压缸 3 93 9 考虑容积效率 V 3 103 10 向液压缸右腔输油 而左腔通油箱活塞便向左运动 推力和速 度与式 式 3 43 4 式 式 3 63 6 相同
9、如要求v v 3 3 和活塞向左运动的速 度v v 2 2 相等 即v v 3 3 v v 2 2 则必须使D School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院 第三章第三章 执行元件执行元件液压与气压传动液压与气压传动 2 2 柱塞式液压缸柱塞式液压缸 Part 3 1 1Part 3 1 1 液压缸液压缸的类型的类型 图图3 43 4 柱塞式液压缸 a a 单柱塞缸 b b 双柱塞缸 1 1 缸筒 2 2 柱塞 单柱塞缸只能实现一个方向运动 反向 要靠外力 如图图3 4a3 4a所示 用两个柱塞 缸组合 如图图3 4b3 4b所示 也能用压力 油实现往复
10、运动 柱塞运动时 由缸盖 上的导向套来导向 因此 缸筒内壁不 需要精加工 它特别适用于行程较长的特别适用于行程较长的 场合场合 3 113 11 3 123 12 式中 d d 柱塞直径 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院 第三章第三章 执行元件执行元件液压与气压传动液压与气压传动 3 3 伸缩式液压缸伸缩式液压缸 Part 3 1 1Part 3 1 1 液压缸液压缸的类型的类型 伸缩式液压缸伸缩式液压缸由两上两上或多个活塞多个活塞套装而成 前一级缸的活塞杆是后 一级缸的缸筒 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 图图
11、3 53 5 见书 见书P111P111 所示为一种双作用式普通伸 双作用式普通伸 缩缸缩缸 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在输入流量和压力不变的情况下 则液压缸的输出推力和速度也逐 级变化 其值为 3 133 13 3 143 14 式中 i 第i级活塞 这种液压缸起动时 活塞有效面积 最大 因此 输出推力也最大 随着行程 逐级增长 推力随之逐级减小 速度则逐 级增快 如欲推力和速度始终保持恒定 可采用同步伸缩液压缸 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院 第三章第三章 执行元件执行元件液压与气压
12、传动液压与气压传动 图图3 63 6 单作用式三级同步伸缩液压缸 1 1 外缸筒 2 2 一级活塞缸筒 3 3 二级活塞缸筒 4 4 三级活塞 3 3 伸缩式液压缸伸缩式液压缸 Part 3 1 1Part 3 1 1 液压缸液压缸的类型的类型 图图3 63 6所示为单作用式三级同步单作用式三级同步 伸缩液压缸伸缩液压缸的工作原理图工作原理图 该缸 的各级活塞面积设计成A A 1 1 2 2A A 2 2 A A2 2 2 2A A 3 3 A A 3 3 2 2A A 4 4 并在一级和二 级活塞缸筒的左端各设一带有顶 杆的单向阀 而在其缸筒右侧壁 面各开有小孔 正常工作时赣阀 均关闭 当压
13、力油进入当压力油进入B B腔时腔时 一级活塞一级活塞 2 2向左移动 C C腔油腔油通过小孔小孔进 入D D腔腔 推动二级活塞二级活塞3 3以相同 速度向左移动 同样原理同样原理 三级三级 活塞活塞4 4也以同一速度向左移动 若因泄漏原因若因泄漏原因 二级二级或三级活塞三级活塞 没有移动到最左位置 则相应的相应的 单向阀单向阀开启 补充液压油使其到 位 外力推其向右移动时各活塞 动作与向左移动时相反 一级一级和 二级活塞二级活塞运动到最右端时 两个 单向闪的顶杆使其开启 从而恢 复各级间的平衡状态 这种同步伸缩缸输出的推力和速 度为 3 153 15 3 163 16 School of Me
14、chanical Engineering东南大学机械工程学院 第三章第三章 执行元件执行元件液压与气压传动液压与气压传动 Part 3 1 2Part 3 1 2 液压缸液压缸的结构的结构 图图3 73 7所示为单杆活塞式液压缸单杆活塞式液压缸 它由缸筒缸筒2626 活塞杆活塞杆1 1 前后缸前后缸 盖盖2222 2929 活塞杆导向环活塞杆导向环4 4 活塞前缓冲活塞前缓冲9 9等主要零件组成 活塞 与活塞杆用螺纹连接 并用止动销止动销1414固死 前前 后缸盖后缸盖通过法兰法兰 2323和螺钉螺钉 图中未示 压紧在缸筒的两端 为了提高密封性能并 减少摩擦力 在活塞活塞与缸筒缸筒之间 活塞杆
15、活塞杆与导向环导向环之间 导向环 导向环 与前缸盖前缸盖这间 活塞杆活塞杆与导向环 导向环之间 导向环导向环与前缸盖前缸盖之间 前前 后缸盖后缸盖与缸筒之间缸筒之间装有各种动动 静密封圈静密封圈 当活塞移动接近左右 终端时 液压缸回油腔的油液压缸回油腔的油只能通过缓冲柱塞上通流面积缓冲柱塞上通流面积逐渐减 小的轴向三角槽轴向三角槽和可调缓冲器可调缓冲器2424回油箱 对移动部件起制动缓冲 作用 缸中空气经可调缓冲器中的排气通道排出 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院 第三章第三章 执行元件执行元件液压与气压传动液压与气压传动 从图图3 73 7
16、可以看到 液压缸的结构可以分为缸筒 缸筒和缸盖缸盖 活塞活塞和 活塞杆活塞杆 密封装置密封装置 缓冲装置缓冲装置和排气装置排气装置五个部分 Part 3 1 2Part 3 1 2 液压缸液压缸的结构的结构 图图3 73 7 单杆活塞式液压缸结构 1 1 活塞杆 2 2 防尘圈 3 3 活塞杆密封 4 4 活塞杆导向环 5 5 7 7 1616 19 19 反衬密封圈 6 6 8 8 1010 1717 1818 O型密封 9 9 活塞前缓冲 11 11 活塞 12 12 活塞密封 1313 15 15 低 摩密封 14 14 螺钉止动销 20 20 止动销 21 21 密封圈 22 22 前缸盖 23 23 法兰 24 24 可调缓 冲器 25 25 螺纹止动销 26 26 缸筒 27 27 后缓冲套 28 28 后止动环 29 29 后缸盖 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院 第三章第三章 执行元件执行元件液压与气压传动液压与气压传动 1 1 缸筒和缸盖缸筒和缸盖 Part 3 1 2Part 3 1 2 液压缸液压缸的结构的结构
