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1、第3章 液压与气压执行元件,液压缸,液压缸是液压系统中常用的一种执行元件，它是把液体的压力能转变为机械能的转换装置。一般用于实现直线往复运动或摆动。 液压缸按其结构特点的不同，可分为活塞缸、柱塞缸和摆动缸三大类。活塞缸和柱塞缸用以实现往复运动，输出推力和速度。摆动缸能实现小于360的往复运动，输出转矩和角速度。,液压缸的类型和特点,按其作用方式，可分为单作用式和双作用式两大类。单作用式液压缸在液压力作用下只能朝一个方向运动，其反向运动需要依靠重力或弹簧等外力实现。双作用式液压缸依靠液压力可实现正、反两个方向的运动。 按结构形式可分为活塞式、柱塞式、组合式和摆动式等类型，其中以活塞式液压缸应用最
2、多。,液压缸,液压缸按其作用方式的不同，可分为单作用式和双作用式两种。单作用式液压缸中的液压力只能使活塞(或柱塞)单方向运动，反方向运动必须靠外力(如弹簧或自重)来实现。双作用式液压缸可由液压力实现两个方向的运动。 液压缸可以单个使用，还可以几个组合起来或和其他机构组合起来，以完成特殊的功用。,1.活塞式液压缸,活塞式液压缸又分为双活塞杆液压缸和单活塞杆液压缸两种。其固定方式有缸体固定和活塞杆固定两种。 （1）双活塞杆液压缸,（2）单活塞杆液压缸,单活塞杆液压缸仅有一根活塞杆，活塞两端的有效面积A不相等。当供油压力p1，、流量q1以及回油压力p2相同时，液压缸左、右两个运动方向的液压推力F和运
3、动速度可不相等。,（2）单活塞杆液压缸,单活塞杆液压缸在其左、右两腔相互接通并同时输入液压油时，称为差动连接。,2.柱塞式液压缸,柱塞式液压缸只能在压力油作用下产生单向运动，它的回程需要借助于外力的作用(垂直放置时柱塞的自重、弹簧力等)。为了获得双向往复运动，柱塞式液压缸常成对使用。 柱塞式液压缸常用在工作行程较长的导轨磨、龙门刨床等液压系统中。,3.摆动缸,摆动式液压缸又称为摆动式液压马达或回转液压缸。它把液压油的压力能转变为摆动运动的机械能。常用的摆动式液压缸有单叶片式和双叶片式两种。 摆动式液压缸一般用于中、低压的工件夹紧装置、送料装置、间歇进给机构以及需要周期性进给的系统中。,4.增压
4、缸,增压缸能将输入的低压油转变为高压油，供液压系统中的某一分支油路使用。它由复合缸与具有特殊结构的活塞等零件组成。 增压缸只能从高压端输出的油液中获取大的推力，其本身不能直接作为执行元件。所以，安装时应尽量使它靠近执行元件。,5.伸缩缸,伸缩式液压缸又称为多级液压缸活塞伸出顺序是先大后小，相应的推力也是由大到小，伸出时的速度是由慢到快。活塞缩回时的顺序，一般是先小后大，缩回速度是由快到慢。这种缸的特点是活塞杆伸出行程大，收缩后结构尺寸小，结构紧凑。适用于工程机械和其他行走机械，如自卸汽车、起重机等设备。,双作用单杆缸的典型结构,在液压缸中最具有代表性的结构是双作用单杆活塞式液压缸的结构，它可以
5、通过差动连接，在不增加液压泵流量的前提下实现快速运动，广泛应用于组合机床的液压动力滑台和各类专用机床中，是工程机械中常用的液压缸。液压缸的结构一般由缸体组件、活塞组件、密封装置、缓冲装置和排气装置所组成。,阶段三 液压缸的组成,1缸体组件 缸体组件包括缸筒、前后缸盖和导向套等,图3-9缸筒与端盖的连接形式,2活塞组件,活塞组件由活塞活塞杆和连接件等组成，活塞和活塞杆连接形式有多种，随着工作压力、安装形式、工作条件等的不同有很多种。,活塞与活塞杆连接形式,3液压缸的缓冲,液压缸的缓冲装置是为了防止活塞在行程终了时和缸盖发生撞击。 分为： （1）环状间隙式缓冲装置。 （2）圆锥形环隙式缓冲装置。
6、（3）可变节流式缓冲装置。 （4）可调节流式缓冲装置。,3液压缸的缓冲,4.液压缸的排气,液压系统中渗入空气后，会影响运动的平稳性，引起活塞低速运动时的爬行和换向精度下降等，甚至在开车时，会产生运动部件突然冲击现象。为了便于排出积留在液压缸内的空气，油液最好从液压缸的最高点进入和引出。对运动平稳性要求较高的液压缸常在两端装有排气塞。,任务二 液压马达,液压马达是将液压能转变为机械能的一种能量转换装置，是液压设备执行机构实现旋转运动的执行元件。从结构形式上分，液压马达和液压泵的分类完全一样，有齿轮式、叶片式、柱塞式和螺杆式。从工作原理看，液压马达和液压泵是可逆的，但实际上由于二者在结构上存在微小
7、差异，故液压泵一般不能作为液压马达使用。,阶段一 液压马达的分类,液压马达的结构如液压泵一样也可分为齿轮式、叶片式和柱塞式3大类。若按转速来分，一般认为，额定转速高于500 rmin的液压马达属于高速马达；额定转速低于500 rmin的液压马达属于低速马达。 通常，高速液压马达的输出转矩不大，故又称为高速小转矩液压马达。低速液压马达的输出转矩较大，所以又称为低速大转矩液压马达。,阶段一 液压马达的分类,阶段二 液压马达的工作原理,1齿轮马达 在不平衡力作用下，两齿轮就会按图中箭头方向旋转，并将油液带到排油口排出。当压力油输入到下侧油口时马达反向旋转。,2叶片马达,叶片马达的结构通常是双作用定量
8、马达。 若改变压力油的输入方向，马达就会反向旋转。为保证叶片马达在启动时容腔封闭，叶片的根部应设置弹簧，和叶片泵不一样。,3轴向柱塞马达,改变斜盘倾角的方向，就可以改变马达的旋转方向，此时马达成为双向变量马达。 轴向柱塞马达的结构形式很多，由于柱塞副构成的工作容积密封性好，因此适用于工作压力较高的场合。,4多作用内曲线径向柱塞马达,用具有特殊内曲线的凸轮环使每个柱塞在轴每转一周中往复运动多次的径向柱塞马达，称为多作用内曲线径向柱塞式液压马达(简称内曲线马达)。它尺寸较小，径向受力平衡，转矩脉动小，转动效率高，并能在很低转速下稳定工作，因此应用较广泛。,4多作用内曲线径向柱塞马达,内曲线马达有轴
9、转式、壳转式，定量式、变量(可调式)，单排柱塞、双排柱塞、多排柱塞等多种形式。,5曲轴连杆式径向马达,连杆柱塞马达具有结构简单，制造容易，价格较低等优点；但其体积和重量较大，转矩脉动较大，低速稳定性差。常用的马达额定工作压力为21MPa，最高工作压力为315MPa，最低稳定转速可达3rmin。,阶段三 液压马达的主要技术参数和计算公式,1液压马达的主要技术参数 排量马达轴每转一转所需输入的液体体积。 额定压力在额定转数范围内连续运转，能达到设计寿命的最高输入压力。 最高压力允许短暂运行的最高压力。 背压液压马达运转时出油口侧的压力，能保证马达稳定运转时最低出油口侧的压力称为最低背压。 额定转速
10、在额定压力、规定背压条件下，能够连续运转并能达到设计寿命的最高转速。 最低转数在额定压力下能稳定运转的最低运转数。 额定转数在额定压力作用下液压马达能稳定运转的转数。 最大转矩允许短暂运行的最高压力输入马达后所产生的转矩。 功率液压马达输出轴上输出的机械功率。 容积效率液压马达理论流量与实际流量的比值。 总效率液压马达的输出功率与输入功率的比值。,2液压马达主要参数的计算公式,3液压马达的选择,选择液压马达时需考虑的因素较多，如转矩、转数、工作压力、排量、外形及连接尺寸、容积效率、总效率等。 液压马达的种类较多，可针对不同的工况，选择合适的液压马达。,4液压马达的基本图形符号,(a)单向定量马
11、达；(b)单向变量马达；(c)双向定量马达； (d)双向变量马达；(e)摆动式液压马达,任务三 气缸,气缸是气动系统的执行元件之一。它是将压缩空气的压力能转换为机械能并驱动工作机构作往复直线运动或摆动的装置。与液压缸比较，它具有结构简单，制造容易，工作压力低和动作迅速等优点。,阶段一 气缸的分类及工作原理,气缸的分类气缸种类很多，结构各异，分类方法也多，常用的有以下几种。 按压缩空气在活塞端面作用力的方向不同分为单作用气缸和双作用气缸。 按结构特点不同分为活塞式、薄膜式、柱塞式、摆动式等。 按安装方式可分为耳座式、法兰式、轴销式和凸缘式、嵌入式、回转式等。 按功能分为普通式、缓冲式、气液阻尼式
12、、冲击式、步进式等。,1双作用气缸,1双作用气缸 双作用气缸就是双向作用气缸，即是指活塞的往复运动均由压缩空气来推动。其结构形式有双活塞杆式、单活塞杆式、双活塞式、缓冲式等，此类气缸应用广泛。 (1)单活塞杆双作用气缸 就是普通气缸，它的两个方向均需要压缩空气的能量来推动，以输出力和速度，但两个方向因活塞有效作用面积不一样，所以输出的力与速度也不同。 (2)双活塞杆双作用气缸 此气缸又分为缸体固定式和活塞固定式两种。,1双作用气缸,双活塞杆气缸因为两端活塞杆直径相同，所以两端的有效面积也就相等。气缸往复运动时的速度和输出力均相等。一般适用于气动加工机械及包装机械上。,2单作用气缸,单作用气缸是
13、指气缸仅有一端进出气口，即压缩空气从此口进入，推动活塞(柱塞)向一个方向运动，而返回时要借助外力如弹簧力、膜片张力、重力等。,2单作用气缸,单作用气缸具有如下特点： (1)进气口只有一个，结构简单、耗气量少； (2)输出外力小。因为用弹簧、膜片复位，在此起背压作用。压缩空气的能量不能全部用于做有用功，有一部分能量需要用来克服弹簧或膜片的弹力，所以活塞杆推力减少。 (3)行程短。缸内因为安有弹簧或膜片，占有一定的空问，故活塞的有效行程缩短。 (4)输出力与运动速度稳定性较差。弹簧等弹性元件的弹力是随其大小的变化而变化，而使推力与运动速度在行程中有变化。 所以，单作用气缸适用于行程小、输出力和运动
14、速度要求不高的场合，如定位、夹具等。,3薄膜式气缸,薄膜式气缸是一种利用膜片在压缩空气作用下产生的变形来推动活塞杆作直线运动的气缸。 薄膜式气缸的优点是结构紧凑、成本低、维修方便、寿命长、效率高；缺点是变形小，行程小(不超过4050mm)，而且输出力随行程加大而减小。其应用范围受到一定限制。,4气液阻尼缸,气液阻尼缸是属于特殊功能气缸，它克服了普通气缸“爬行”与“自走”的缺点，综合了气压传动与液压传动的优点，即气压传动动作快，液压传动平稳易调节，使该缸组合后运动平稳，速度增快且调节方便。 气液阻尼缸按组合形式又分为串联式和并联式两种,5冲击汽缸,冲击汽缸是一种较新型的气动执行元件。它是把压缩空
15、气的压力能转换为活塞、活塞杆的高速运动，输出动能，产生较大的冲击力，打击工件做功的一种汽缸。 冲击汽缸与普通汽缸相比较，结构上增加了一个具有一定容积的蓄能腔和喷嘴。,阶段二 标准化气缸,标准化气缸是气动技术发展到一定程度的必然产物。为了满足飞速发展的气动技术的广泛应用，国家和有关部门及厂家共同努力，指定了国家标准，也生产出从结构到参数均标准化、系列化的气缸。在设计生产中，尽量选用标准化气缸，不但互换性好，而且还易使用与维修。,阶段二 标准化气缸,标准化气缸的标记是用符号“QG”表示气缸，用符号“A，B，C，D，H”表示五种系列。具体标记方法是： QG A，B，C，D，H 缸径行程 五种标准化气
16、缸系列为： QGA无缓冲气缸 QGB细杆(标准件)缓冲气缸 QGc粗杆缓冲气缸 QGD气液阻尼缸 QGH回转气缸,阶段三 气缸的选择与使用,(1)气缸的选择要点 气缸的选择尽量选用标准化气缸，容易保养与维修的，但必须在满足使用要求的前提下。具体选择要点如下： 输出力的大小。气缸的输出力应根据负载大小再乘上适当的安全系数n(n=152高速取大值，低速取小值)来定，从而确定气缸内径。为避免气缸容积过大，应采用扩力机构，以减少气缸尺寸。 活塞行程。活塞行程与使用场合和机构有关，也受加工和结构的限制。行程不能太满，应比实际大些。如夹紧机构等，应按计算的行程扩大l0mm20mm的行程余量。 运动速度。活塞(缸)的运动速度主要取决于进气孔和导管内径的大小，若要高速的，内径选大的；若要平稳运行，选带节流的气液阻尼缸。 安装形式。按安装位置、使用目的等因素决定。一般场合均选用固定式安装，特殊需要的按客户要求安装。,(
