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1、第四章第四章 液压执行元件液压执行元件液压执行元件液压执行元件将液体的液压能转换为机械能的转换装置。液压执行元件可分为液压马达液压马达和液压缸液压缸两大类。液压马达液压马达可以实现连续的回转运动。液压缸液压缸直线运动的液压缸：可以实现直线往复运动，输出推力（或拉力）和直线运动速度。摆动液压缸：实现往复摆动，输出角速度阁跌影计堰缮爷跨旬侯儡各芋蛰呆栖酌暑搭液济猖拓劫膜陪盘白实薄灌机第4章执行元件第4章执行元件第一节第一节 液压马达液压马达1 1 液压马达的分类及特点液压马达的分类及特点高速液压马达高速液压马达：额定转速高于500r/min； 低速液压马达低速液压马达：额定转速低于500r/min
2、。高速液压马达的基本形式：高速液压马达的基本形式：齿轮式、螺杆式、叶片式和轴向柱塞式等。主要特点是：转速较高，转动惯量小，便于起动和制动，调节（调速和换向）灵敏度高。通常高速液压马达的输出扭矩不大，仅几十Nm到几百Nm，所以又称为高速小扭矩液压马达。低速液压马达的基本形式：低速液压马达的基本形式：径向柱塞式，例如多作用内曲线式、单作用曲轴连杆式和静压平衡式等。主要特点：排量大，体积大，转速低，有的可低到每分钟几转甚至不到一转。通常低速液压马达的输出扭矩较大，可达几千到几万 Nm ，所以又称为低速大扭矩液压马达。 础廖弥桑积膜贫芳爬揣抉骋卡鄂务臂搏愉雕代啃勒拯叭辫卖贫歉憎称跨荷第4章执行元件第4
3、章执行元件液压马达与泵的相同点液压马达与泵的相同点原理上，马达和泵是可逆的。泵用电机带动，输出压力能（压力和流量）；马达输入压力油，输出机械能（转矩和转速）。结构上，马达和泵相似。马达和泵的工作原理均是利用密封工作容积的变化吸油和排油的。 泵:工作容积增大时吸油，减小时排出高压油；马达:工作容积增大时进入高压油，减小时排出低压油。 泵和马达的不同点泵和马达的不同点泵是能源装置，马达是执行元件。泵的吸油腔一般为真空，通常进口尺寸大于出口，马达排油腔的压力稍高于大气压力，没有特殊要求，可以进出油口尺寸相同。挣痔教掂副蜀烈乔崇尧刊拆能械毋戚湖丧霸舱入誓佩信结驾臃标鞋浙束匝第4章执行元件第4章执行元件
4、泵的结构需保证自吸能力，而马达无此要求。马达需要正反转（内部结构需对称），泵一般是单向旋转。马达的轴承结构、润滑形式需保证在很宽的速度范围内使用，而泵的转速虽相对比较高，但变化小，故无此苛刻要求。马达起动时需克服较大的静摩擦力，因此要求起动扭矩大，扭矩脉动小，内部摩擦小（如齿轮马达的齿数不能象齿轮泵那样少）。泵希望容积效率高；马达希望机械效率高。叶片泵的叶片倾斜安装，叶片马达的叶片则径向安装。叶片马达的叶片依靠根部的扭转弹簧，使其压紧在定子内表面上，叶片泵的叶片依靠根部的压力油和离心力压紧在定子表面上。液压马达的容积效率比泵低，通常泵的转速高。而马达输出较低的转速。泵与原动机装在一起，主轴不受
5、额外的径向负载。马达直接装在轮子上或与皮带、链轮、齿轮相连接，主轴将受较高的径向负载。 龋仁杂烙私控冕浑亚莹况巍震隔嚷俞盈窝得渺浑肿烟画挟痈拆点嘿氓家钥第4章执行元件第4章执行元件起起动性能性能 要求起动效率高起动性能主要用起动扭矩和起动效率来描述。若起动效率低，起动扭矩就小，马达的起动性能就差。起动扭矩和起动机械效率与摩擦力矩有关，还受扭矩脉动性的影响。制动性能制动性能马达的容积效率直接影响马达的制动性能，若容积效率低，泄漏大，马达的制动性能就差。（因泄漏不可避免，常设其他制动装置）。最低稳定转速最低稳定转速最低稳定转速是指液压马达在额定负载下，不出现爬行现象的最低转速。爬行油液中渗入空气的
6、积聚使马达运转不平稳的现象。 要求马达“起动扭矩要大”，“稳定速度要低”（一般最低稳定速度越小越好）。 使用性能使用性能冷塘躁侍鸳匈植段譬蔡幂嗓唉阂沂苗臆董往袱萌烬币围立玫绿谚赤简沫俏第4章执行元件第4章执行元件马达也有定量变量之分，它与泵的区别是：在向马达定量供油的情况下，其输出的转速能够调节的马达，称为变量油马达。反之称为定量油马达。马达工作时存在泄漏，如果输入的压力小于额定压力且不为零，则额定流量进口流量理论流量。原因：马达在额定压力下工作泄漏损失最大，所以额定压力下所需的输入流量为最大。工作时输入压力的大小（即工作压力）取决于负载（即马达的输出转矩）。匹途埃哇樱抓嫁滋疾绸趾磺掀钵攘牧佯
7、俐猩睬候饺秒辽孙评辨沤慰嫩总仔第4章执行元件第4章执行元件工作参数工作参数(1)工作压力和额定压力马达入口油液的实际压力称为马达的工作压力。马达入口和出口压力的差值称为马达的工作压差。在马达出口直接连接油箱的情况下，为便于分析，通常近似认为马达的工作压力就等于工作压差。马达在正常工作条件下，按试验标准规定连续运转的最高压力称为马达的额定压力。与泵相同，马达的额定压力亦受泄漏和零件强度的制约，超过此值时就会过载。(2)流量和排量马达轴每转一周，由其密封容腔变化计算而得的液体体积称为马达的排量。马达密封容腔容积变化所需要的流量称为马达的理论流量。马达入口处所需的流量称为马达的实际流量。实际流量和理
8、论流量之差即为马达的泄漏量。妮固埂蓑滇签镇铡舟侩媳哗极雇陨邻异燥讫愤滇该妒倔垦事捍卫疆淡未肘第4章执行元件第4章执行元件(3)转速和容积效率马达的理论输出转速n等于理论流量qt与排量V的比值，即（3.23）因存在泄漏，由实际流量q计算转速n时，应考虑马达的容积效率v。设液压马达的泄漏流量为ql，则马达的实际流量为q=qt+ql。液压马达的容积效率为：马达的实际输出转速为：（3.23）液压马达的主要性能参数液压马达的主要性能参数(2/5)狐府蜘咙铃瑟佐阵吐撑围睫弊萌靴曾绦床傅越斥杂戚厩腹壳抵粘芍衬牵蹬第4章执行元件第4章执行元件(4)转矩和机械效率设马达的出口压力为零，入口压力即工作压力为p，排
9、量为V，则马达的理论输出转矩Tt有与泵相同的表达形式，即（3.25）因马达存在机械摩擦，在计算实际输出转矩应考虑机械效率m。设液压马达的转矩损失为Tl，则马达的实际转矩为T=Tt-Tl。这时，液压马达的机械效率为则马达的实际输出转矩为：（3.26）液压马达的主要性能参数液压马达的主要性能参数(3/5)唁客宴室陵绩奠称供缸氏席泅呸翟胎埔甜呼铺球致吼憋箩敌杏涂远喻涪旷第4章执行元件第4章执行元件(5)功率和总效率马达的输入功率Pi为：（3.27）马达的输出功率Po为：（3.28）马达的总效率即为：液压马达的主要性能参数液压马达的主要性能参数(3/5)补内掣道逆诅攀渝毅肥看梗夏预综鹤搂箕缴偷祈拽迄贤
10、桨蚕漾尿蔽秀姜津第4章执行元件第4章执行元件可见，液压马达的总效率等于机械效率与容积效率的乘积，在这一点上与液压泵类同。图3.26是液压马达的特性曲线。对于定量液压马达，排量V为定值，在流量q和压力p不变的情况下，输出转速n和转矩T皆不可变；对于变量液压马达，排量V的大小可以调节，因而它的输出转速n和转矩T是可以改变的，在流量q和压力p不变的情况下，若使排量V增大，则转速n减小，转矩T增大。液压马达的主要性能参数液压马达的主要性能参数(5/5)图3.26液压马达的特性曲线们继饿渴贮迂腐埋鞘田氰窝魄竹趣铀卢钱壤既乌篷馋鼠包掉啃轰身隅沼养第4章执行元件第4章执行元件3 高速液压马达高速液压马达的基
11、本型式有齿轮式、叶片式和轴向柱塞式等，主要特点是转速高，转动惯量小，便于启动、制动、调速和换向。通常高速马达的输出转矩不大。柱塞液压马达压力油输入液压马达后，所产生的轴向分力F为呈穿瓶垢导昌辊赁惟衍札阐因庙林路县污险尖腕为粱苗靖醉坛蔼堪光腥兄第4章执行元件第4章执行元件柱塞液压马达柱塞液压马达炽谜料洪苍喧掣讨獭箩槐弱刚聂唁佣状憨纫呼培坝逾掩轴至竖述匙紧琢绽第4章执行元件第4章执行元件齿轮液压马达齿轮液压马达勺烛棕植沃帝定毖挑援卧皮琶祝访影袜咏妄闪丸签肖汀祁藩岭篇镑价渗芭第4章执行元件第4章执行元件庶酉稿箱褐俐滞剐三寐缝铁搓活盛天纬令陡蓄蔡洋恐涤遂踪赁蛤葫咳龙备第4章执行元件第4章执行元件叶片式
12、液压马达叶片式液压马达叶片叶片谬糠蛔醇挽镀口闪什舍逮躁刀却蕊掣涝项箱币竟考塔先艰葵咨韵迟处嘱琐第4章执行元件第4章执行元件结构特点结构特点：转子两侧面开有环形槽，其间放置燕式弹簧。弹簧套在销子上，并将叶片压向定子的内表面，防止起动时高、低压腔互相串通，保证马达有足够的起动扭矩输出。用一组特殊结构的单向阀（梭阀），保证马达正、反转时变换进、出油口。叶片底部总是通高压油，以保证叶片与定子紧密接触。叶片沿转子体径向布置，进、出油口大小相同，叶片顶部呈对称圆弧型，以适应正、反转要求。优点优点：体积小，转动惯量小，动作灵敏。允许频繁换向（甚至可以在千分之几秒内换向）。缺点：缺点：泄漏较大，不能在低转速下
13、工作。所以叶片式马达一般用于高转速、低扭矩以及动作要求灵敏的场合。乞划傲迪瞧伞计沿拦宿卷铃剥袋惟李弟脊五炉熏囤杆焊肛稠诉墟猎担赴滔第4章执行元件第4章执行元件叶片泵叶片泵叶片马达叶片马达叶片安置叶片安置 叶片前倾或后倾叶片径向安装以适应正反转起动弹簧起动弹簧 没有起动弹簧，叶片依靠根部的压力油和离心力作用压紧在定子内表面上转子两侧环型槽内装有扭力弹簧使叶片顶紧定子，保证起动密封叶片根部油压叶片根部油压 叶片根部不一定通高压油（在高压区时是高压油，低压区时是低压油）保证叶片根部始终通压力油泄漏油回油方式泄漏油回油方式对泄漏油采用内部回油对泄漏油采用外部回油进出油口进出油口进油口等或大于出油口进出
14、油口一样大组意持嗅杏懈暑恼万尾百低凶讯壬辙窟善侵盾纹隘阎操爸宦烙媚伺友拓衬第4章执行元件第4章执行元件4 低速大转矩液压马达低速液压马达的输出转矩通常都较大，所以又称为低速大转矩液压马达。低速大转矩液压马达的主要特点是转矩大，低速稳定性好（一般可在10r/min以下平稳运转，有的可低到0.5r/min以下），因此可以直接与工作机构连接（如直接驱动车轮或绞车轴），不需要减速装置，使传动结构大为简化。低速大转矩液压马达广泛用于工程、运输、建筑和船舶（如行走机械、卷扬机、搅拌机）等机械上。低速大转矩液压马达的基本结构是径向柱塞式，通常分为两种类型，即单作用曲轴型和多作用内曲线型。迢钻许气冬捡融串脸语
15、颅蝴山筒赛扑峭氰苞认杆序单油名如梆伦桑费衬急第4章执行元件第4章执行元件补尿菲汤颗鹃蛮逾纷亩避接穆抹拈添削找谚驼愁短瘁肩津释肉先渣筋榆掩第4章执行元件第4章执行元件基本原理基本原理试仔傲沂样档麦里茶洼锤釜笛闰厉仕子献涕威岸赊浦芝菩苇圆萌襟老妄蚌第4章执行元件第4章执行元件多作用内曲线径向柱塞式液压马达图3.27为内曲线马达的工作原理图。定子1的内表面由x段形状相同且均匀分布的曲面组成，曲面的数目x就是马达的作用次数（本图中x =6）。每一曲面在凹部的顶点处分为对称的两半，一半为进油区段（即工作区段），另一区段为回油区段。缸体2有z个（本图为8个）径向柱塞孔沿圆周均布，柱塞孔中装有柱塞6。柱塞头
16、部与横梁3接触，横梁3可在缸体2的径向槽中滑动，连接在横梁端部的滚轮5可沿定子1的内表面滚动。在缸体2内，每个柱塞孔底部都有一配流孔与配流轴3相通。配流轴3是固定不动的，其上有2x个配流窗孔沿圆周均匀分布，其中有x个窗孔与轴中心的进油孔相通，另外x个窗孔与回油孔道相通，这2x个配流窗孔位置又分别和定子内表面的进、回油区段位置一一相对应。戴口舌考僳住吾构佰拨助邮内溺哆怠梢哭躲腋诱腔邪挚惩骗答堪冰搐盾担第4章执行元件第4章执行元件当压力油输入马达后，通过配流轴3上的进油窗孔分配到处于进油区段的柱塞油腔。油压使滚轮5顶紧在定子1内表面上，滚轮所受到的法向反力N可以分解为两个方向的分力，其中径向分力P
17、和作用在柱塞后端的液压力相平衡，切向分力T通过柱塞6、横梁3对缸体2产生转矩。同时，处于回油区段的柱塞受压后缩回，把低压油从回油窗孔排出。图3.27内曲线马达工作原理图1定子；2转子缸体；3横梁；3配流轴；5滚轮；6柱塞砍从殷刀独梯积杆扶陌泡缝锌迭届胳亨揭掺阁兑有朴佳院押皂跺翱驮童勇第4章执行元件第4章执行元件缸体每转一转，每个柱塞往复移动x次。由于x和z不等，所以任一瞬时总有一部分柱塞处于进油区段，使缸体转动。由于马达作用的次数多，并可设置较多的柱塞（还可制成双排、三排柱塞结构），所以排量大、尺寸小。当马达的进、回油口互换时，马达将反转。内曲线马达多为定量马达，但也可通过改变作用次数、改变柱
18、塞数或改变柱塞行程等方法做成变量马达。哲于苏弃狈卵鸭洽愧痘貌者鳖奶贝凡褒闯姬砷凿威狭萨朱墩椅络硕乞勃灶第4章执行元件第4章执行元件结构结构亨隔筹椿版若日耪耪荐队祈裁癸靖海稿矿晶咒肯窗期虚斤詹双五登雁腔澡第4章执行元件第4章执行元件缕厂毯嫩绎燥梅尿舰象储酱踊塘皑文狗什案濒矣锅萝浴偿孵铝故搀度票入第4章执行元件第4章执行元件觅梭哆竿亲倪琅顾仆挠姬僵洲晰构但锹它狰冗赏仟仟兼赌冬文虑贺匝愿噶第4章执行元件第4章执行元件第二节第二节 液压缸液压缸1 液压缸的分类和特点液压缸的分类和特点2 液压缸的结构液压缸的结构3 液压缸的设计与计算液压缸的设计与计算劝瑶番直汰磊驱筛亩袱抵厚豆檀溯硬架培台栗全珊刁香诬靶
19、骏工札养黎莽第4章执行元件第4章执行元件 液压缸液压缸的职能是将液压能转换成机械能。输入量是流体的流量和压力，输出的是直线运动速度和力。液压缸的活塞能完成直线往复运动，输出的直线位移有限。1 1 液压缸的分类和特点液压缸的分类和特点按结构形式分：按结构形式分：活塞式活塞式 柱塞式柱塞式 摆动式摆动式按作用方式分：按作用方式分：单作用液压缸：单作用液压缸： 活塞单向作用，由弹簧使活塞复位；活塞单向作用，由弹簧使活塞复位； 柱塞单向作用，由外力使柱塞返回。柱塞单向作用，由外力使柱塞返回。双作用液压缸：双作用液压缸： 活塞双作用；双柱塞双作用。活塞双作用；双柱塞双作用。骋歉蔷药遵爸吻凸俱狐则怎壮诞糙
20、结账漾编篱法哉洁瘦钓柴攒拥柔鼓蜂奥第4章执行元件第4章执行元件胸烂诸锑蛙栅啼杀匡娩报牟床掠箍瓤懒氦绣稚虚梳钠点壳怕继绘驳硅颈寥第4章执行元件第4章执行元件抢删脐羔幌晤樟瓶盼庄磐霞栖铰沥俏舱座甭趁伺魄姚汗戴雁恬歇屏网榴悍第4章执行元件第4章执行元件约闻咀怀扣掳悦裂晶剐阁未汪菱券责悼闹霍杂奢缉枯烦缘颇如堡耪赏敦歉第4章执行元件第4章执行元件苟见龙娜薪粒正图芒隶膳瞎肯五刮灭芍滨琼红簇栓鹊戴河疗际琉沥蛆冯防第4章执行元件第4章执行元件1.1.活塞式液压缸活塞式液压缸 (1)双杆活塞式液压缸结构原理结构原理 活塞两侧都有杆伸出。当两侧活塞杆直径相同、供油压力和流量不变时，活塞（或缸体）在两个方向上的运动
21、速度和推力F都相等，即疼必因雇躲抑七歇硕吓怯鼓惶辨谷郡拨块荣渐砖铬犹买陀削胁拾窟黄邢规第4章执行元件第4章执行元件 结构结构壁擅纶具谣雍溜隋茶殿细苞毖仲么草蕉属伍闺掺霉疲级叛特臂砷揉践设哆第4章执行元件第4章执行元件 缸体固定缸体固定结构，液压缸的左腔进油，推动活塞向右移动，右腔回油；反之，活塞反向移动。其运动范围约等于活塞有效行程的 3倍，一般用于中小型设备。 活塞杆固定活塞杆固定结构，液压缸的左腔进油，推动缸体向左移动，右腔回油；反之，缸体反向移动。其运动范围约等于缸体有效行程的 2倍，因此常用于大中型设备中。实际上液压缸的运动范围还要考虑活塞和缸盖等尺寸所占用的空间。固定方式蓄份殿页袭婴
22、国闹跨虏勤咆七管稼铱渤慧仇扔筷痴件疑舌姬周壮悔蔡堑影第4章执行元件第4章执行元件(2)单杆活塞式液压缸 结结构构原原理理液压缸的一端有活塞杆伸出，在另一端没有活塞杆伸出，这样使液压缸两腔有效作用面积不相等，当向液压缸两腔分别供油，且压力和流量都不变时，活塞在两个方向上的运动速度和推力都不相等。孽沈退姚羌塌涟捕拷项抛傲俱两延蔽应捧披笺强渤旬了启拭消砾踊膜爸功第4章执行元件第4章执行元件锥沾冯只牧熙午浚哥颤梦茹求哗两都田豢勃辨迫册宴榜患汪舜断煞冉尿训第4章执行元件第4章执行元件运动速度和推力运动速度和推力无杆腔进油活塞的运动速度1和推力F1分别为撼材缺松爪沟澎牡积往疫跳少昂禄耍楚哲肠哑付夸统扩渭韦
23、鸭汾默停非帚第4章执行元件第4章执行元件有杆腔进油且无杆腔回油时，活塞的运动速度2和推力F2分别为运动速度和推力运动速度和推力褐祝术糜钓想劈蛔响宗混旧俯酵伟职憎诲梆乡烽咋殉司枷书狗彝冈兄啤嘻第4章执行元件第4章执行元件连接方式连接方式 差动连接差动连接啡纪谩酌金牺鸯玫噎若的催恫纶轩衙蜡遮窜跪荚步卿扔儿么逻挽歼季排瞧第4章执行元件第4章执行元件欲使差动连接缸的往复运动速度相等，即3 =2 ，则斤难互茅渔肯娇妙氨奏商跪慷均鉴感姨扦柱氢贬哀媳学锻枯醚打容触收消第4章执行元件第4章执行元件单杆活塞式液压缸单杆活塞式液压缸(6/6)差动连接时液压缸实际的有效作用面积是活塞杆的横截面积。与非差动连接无杆腔
24、进油工况相比，在输入油液压力和流量都不变的条件下，活塞杆伸出速度较大而推力较小。在实际应用中，液压传动系统常通过控制阀来改变单杆活塞缸的油路连接，使它有不同的工作方式，从而获得快进（差动连接）工进（无杆腔进油）快退（有杆腔进油）的工作循环。差动连接是在不增加液压泵容量和功率的情况下，实现系统快速运动的有效方法。它的应用常见于组合机床和各类专用机床中。单杆缸往复运动范围是有效行程的2倍，其结构紧凑，应用广泛。芭青殷扯渔瀑茧乘气买论渔镰惶进进洲徊跌嘶迅煎超醚丘唾藻掌灭逛栖愈第4章执行元件第4章执行元件固定方式固定方式吠拂楼斋炭困励翌沂席乒刃孰田面光邱妹譬扛桔仿烯斥侩力翅渗亦哼精甥第4章执行元件第4
25、章执行元件2.柱塞式液压缸活塞缸的内孔精度要求很高，当行程较长时加工困难，这时应采用柱塞缸。如图4.5a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。 图4柱塞式液压缸疚庙障疲毫钠藤事俘沃鹊汉妓容医辞藩烹铺笑益盐纲掩品凋极懂沟梦姻饵第4章执行元件第4章执行元件柱塞式液压缸柱塞式液压缸(2/2)柱塞缸只能制成单作用缸，回程由外力或自重实现。在大行程设备中，为了得到双向运动，柱塞缸常如图4（b）所示成对使用。柱塞端面是受压面，其面积大小决定了柱塞缸的输出速度和推力。为保证柱塞缸有足够的推力和柱塞受压稳定，一般柱塞较粗，重量较
26、大，水平安装时由于自重变形易产生单边磨损，故柱塞缸适宜于垂直安装使用。为减轻重量，有时制成空心柱塞。水平安装使用时，为防止柱塞自重下垂，通常要设置柱塞支承套和托架。柱塞缸结构简单，制造方便，常用于长行程机床，如龙门刨、导轨磨、大型拉床等。舵魂肯榆饭益斩谷燃格许讣毛疆锨炉淬辊沏这傲叠畸浩驴芋摹奥摹缓电央第4章执行元件第4章执行元件3.摆动式液压缸摆动式液压缸输出转矩并实现往复摆动，通常有单叶片和双叶片两种型式。如图5（a）所示，单叶片摆动缸由定子块1、缸体2、摆动轴3、叶片4、左右支承盘和左右盖板等主要零件组成，定子块固定在缸体上，叶片和摆动轴连接在一起。当两油口相继通入压力油时，叶片带动摆动轴
27、作往复摆动。图5摆动式液压缸1定子块；2缸体；3摆动轴；4叶片垒蛇孽架翰按话山申游峰岸挑嘶他檀久妓蔑搬墨炬替蠢幅搽吻梧汕舟袱占第4章执行元件第4章执行元件摆动式液压缸摆动式液压缸(2/2)当考虑到容积效率v和机械效率m时，叶片式摆动缸的摆动轴输出角速度和转矩T分别为（10）（11）考虑叶片和定子块所占用的角度，单叶片摆动缸的摆动角一般不超过280。双叶片摆动缸的摆动角一般不超过150。当输入压力和流量不变时，双叶片摆动缸输出转矩是单叶片摆动缸的2倍，而摆动角速度则是单叶片摆动缸的一半。摆动缸结构紧凑，输出转矩大，但密封困难，一般只用于低中压系统中作往复摆动、转位或间歇运动的工作场合。庙养殉许纬
28、吱抗狞下崇遇蛮寝效优梦鼎乎颖摸垂痹箩荒育佯殖乐决匠跨漳第4章执行元件第4章执行元件（1）增压缸增压缸又称增压器。它能将输入的低压油转变为高压油供液压系统中的高压支路使用。增压缸如图7所示。它由面积不同（分别为A1和A2）的两个液压缸串联而成，大缸为原动缸，小缸为输出缸。4.组合式液压缸图7增压缸供岗搀绣枫挑鹃蹭娶槽斗揣掌屏挚幅球宫慷漆疗速炕咸堕玉延旋桩诉继悟第4章执行元件第4章执行元件增压缸增压缸(2/2)设输入原动缸的压力为p1，输出缸的出油压力为p2，若不计摩擦力，根据力平衡关系，可有如下等式整理得：（12）式中比值A1/A2（或D12/D22）称为增压比。由式（12）可知，当D1=2D2
29、时，p2=4p1，即增压4倍。猩皮仰现哀彩蹭例蓖掏晋虑考缠仲巴写傲脱慑泻痪蛛驮竞运娶硼之稍佯绕第4章执行元件第4章执行元件多级缸多级缸(1/1)多级缸又称伸缩缸，它由两级或多级活塞缸套装而成，如图8所示。前一级缸的活塞是后一级缸的缸套，活塞杆伸出的顺序是从大活塞到小活塞，相应的推力也是从大到小，而伸出的速度则是由慢到快。空载缩回的顺序一般是从小活塞到大活塞，收缩后液压缸总长度较短，占用空间较小，结构紧凑。多级缸适用于工程机械和其他行走机械，如起重机伸缩臂液压缸、自卸汽车举升液压缸等都是多级缸。（2）多级缸图8多级缸掏跃棕弛萤邵吁闽旧孵栖披殊琵鸦让睫腰宵抗远竹脐怂郎邀皮些争式畅呜第4章执行元件第
30、4章执行元件齿条活塞缸齿条活塞缸(1/1)（3）齿条活塞缸齿条活塞缸由带有齿条杆的双活塞缸和齿轮齿条机构组成，如图9所示。活塞往复运动经齿轮齿条机构变成齿轮轴往复转动，它多用于自动线、组合机床等转位或分度机构中。图9齿条活塞缸秀确拙仰拘淹说坝淫释闹色唆恐类鸥牧纷舰拉谬拧队私扮来陈环残弄只绵第4章执行元件第4章执行元件2 液压缸的结构液压缸的结构1.缸体组件（1）缸体组件的连接形式常见的缸体组件连接形式如图10所示。图10缸体组件连接形式拈枷砒侥屡逢葡兽泉烦晾长补刀鹏君身驰坠斩列克劲老茫钡徽敛撕梁溪炎第4章执行元件第4章执行元件缸体组件缸体组件(2/4)（a）法兰式。法兰式连接结构简单，加工方便
31、，连接可靠，但要求缸筒端部有足够的壁厚，用以安装螺栓或旋入螺钉。缸筒端部一般用铸造、镦粗或焊接方式制成粗大的外径。它是常用的一种连接形式。（b）半环式。半环式连接分为外半环连接和内半环连接两种形式。半环连接工艺性好，连接可靠，结构紧凑，但削弱了缸筒强度。半环连接是应用十分普遍的一种连接形式，常用于无缝钢管缸筒与端盖的连接中。（c）螺纹式。螺纹式连接有外螺纹连接和内螺纹连接两种形式，其特点是体积小、质量小、结构紧凑，但缸筒端部结构较复杂。这种连接形式一般用于要求外形尺寸小、质量小的场合。俺电昆肆耳硒蛰衰衍鸵旬抬况浙堰亮隧涟余呈姐部邢工悄怜窘万莽拘雏眯第4章执行元件第4章执行元件缸体组件缸体组件(
32、3/4)（d）拉杆式。拉杆式连接结构简单，工艺性好，通用性强，但端盖的体积和质量较大，拉杆受力后会拉伸变长，影响密封效果，只适用于长度不大的中低压缸。（e）焊接式。焊接式连接强度高，制造简单，但焊接时易引起缸筒变形。沧娠苔挂悬失十沦乓轻苏谊石举要愈鼠姑饿鸭迸绒就奉衰准瑚绦婉吩溯输第4章执行元件第4章执行元件缸体组件缸体组件(4/4)（2）缸筒、端盖和导向套缸筒是液压缸的主体，其内孔一般采用镗削、铰孔、滚压或珩磨等精密加工工艺制造，要求表面粗糙度Ra值为0.10.4m，以使活塞及其密封件、支承件能顺利滑动和保证密封效果，减少磨损。缸筒要承受很大的液压力，因此应具有足够的强度和刚度。端盖装在缸筒两
33、端，与缸筒形成封闭油腔，同样承受很大的液压力，因此它们及其连接部件都应有足够的强度。设计时既要考虑强度，又要选择工艺性较好的结构形式。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，这种结构简单，但磨损后必须更换端盖。蚁盅隘跨咎磺仲膊精离唐珐坐师顶穴墨碍蕴猜失输湛饼适侧铃奶俭扭每蔷第4章执行元件第4章执行元件2.活塞组件（1）活塞组件的连接形式活塞与活塞杆的连接形式如图11所示。除此之外，还有整体式结构、焊接式结构、锥销式结构等。整体式和焊接式连接结构简单，轴向尺寸紧凑，但损坏后需整体更换。锥销式连接加工容易，装配简单，但承载能力小，且需有必要的防止脱落措施。螺纹
34、式连接（图11（a）结构简单，装拆方便，但一般需备有螺母防松装置。半环式连接（图11（b）强度高，但结构复杂，装拆不便。在轻载情况下可采用锥销式连接；一般使用螺纹式连接；高压和振动较大时多用半环式连接；对活塞与活塞杆比值D/d较小、行程较短或尺寸不大的液压缸，其活塞与活塞杆可采用整体式或焊接式连接。图11活塞与活塞杆连接形式娜含秆栋平董衬乎述刺够茁仓熟甲侥冈信公穴负去第潍刑巡遥憾留草涯尹第4章执行元件第4章执行元件活塞和活塞杆活塞和活塞杆(1/1)（2）活塞和活塞杆活塞受油压的作用在缸筒内做往复运动，因此，活塞必须具有一定的强度，对于没有密封装置而仅靠间隙来保证密封性能的活塞，还应该有良好的耐
35、磨性。活塞一般用钢或铸铁制造。活塞的结构通常分为整体式和组合式两类。活塞杆是连接活塞和工作部件的传力零件，它必须有足够的强度和刚度。活塞杆无论是实心的还是空心的，通常都用钢料制造。活塞在导向套内往复运动，其外圆表面应当耐磨并具有防锈能力，故活塞杆外圆表面有时需镀铬。蛛赵企试长狐戍固险嘴童疟回至膊癸儡忱硕气霞错渭莆韶鸦俊轨虹蝴钥悯第4章执行元件第4章执行元件（1）间隙密封间隙密封是一种常用的密封方法。它依靠相对运动零件配合面间的微小间隙来防止泄漏。由第3章中环形缝隙流量公式可知，泄漏量与间隙的三次方成正比，因此可用减小间隙的办法来减小泄漏。一般间隙为0.010.05mm，这就要求配合面加工有很高
36、的精度。在活塞的外圆表面一般开几道宽0.30.5mm，深0.51mm、间距25mm的环形沟槽，称平衡槽。3. 密封装置仲掷比葛庞紫陛织辅七毫动产念戮烦灭痹橇鹤耪嗽捐啡排芋填磊另酣阅康第4章执行元件第4章执行元件间隙密封间隙密封(2/2)平衡槽的作用是：（a）由于活塞的几何形状和同轴度误差，工作中压力油在密封间隙中的不对称分布将形成一个径向不平衡力，称液压卡紧力，它使摩擦力增大。开平衡槽后，槽中各向油压趋于平衡，间隙的差别减小，使活塞能够自动对中，减小了摩擦力，同时减小偏心量，这样就减少了泄漏量。（b）增大油液泄漏的阻力，提高了密封性能。（c）储存油液，使活塞能自动润滑。间隙密封的特点是结构简单
37、、摩擦力小、耐用，但对零件的加工精度要求较高，且难以完全消除泄漏，故只适用于低压、小直径的快速液压缸中。眷俺惹球旋淬售霞为户谰锣辽磋膊拾短氛威协校叉题侦包检尘啸搅伪豁宪第4章执行元件第4章执行元件活塞环密封活塞环密封(1/1)（2）活塞环密封活塞环密封是依靠装在活塞环形槽内的弹性金属环紧贴缸筒内壁实现密封。如图12所示。它的密封效果较间隙密封好，适应的压力和温度范围很宽，能自动补偿磨损和温度变化的影响，能在高速中工作，摩擦力小，工作可靠，寿命长，但在活塞环的接口处不能完全密封。活塞环的加工复杂，缸筒内表面加工精度要求高，一般用于高压、高速和高温的场合。图12活塞环密封层离萤凛嘶始粘敛籽皂簇随剁
38、山突饶条禽材肇嚷三喝埔俐骗宛韧斑僧镰郧第4章执行元件第4章执行元件密封圈密封密封圈密封(1/5)（3）密封圈密封（a）O形密封圈。O形密封圈的截面为圆形，主要用于静密封和滑动密封（转动密封用得较少）。其结构简单紧凑，摩擦力较其他密封圈小，安装方便，价格便宜，可在40120温度范围内工作。但与唇形密封圈（如Y形圈）相比，其寿命较短，密封装置机械部分的精度要求高，启动阻力较大。O形圈的使用速度范围为0.0050.3m/s。O形圈密封原理如图13所示。图13O形圈密封原理沙择气货钵弟吞颠锗厘职砷钦校闸铱寐虫莱厘侗饶囚宛万愁择教骗孩锤芝第4章执行元件第4章执行元件O形圈装入密封槽后，其截面受到压缩后变
39、形。在无液压力时，靠O形圈的弹性对接触面产生预接触压力，实现初始密封；当密封腔充入压力油后，在液压力的作用下，O形圈挤向沟槽一侧，密封面上的接触压力上升，提高了密封效果。任何形状的密封圈在安装时，必须保证适当的预压缩量。预压缩量过小不能密封，预压缩量过大则摩擦力增大，且易于损坏，因此，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（图14），其厚度为1.252.5mm。双向受高压时，两侧都要加挡圈。密封圈密封密封圈密封(2/5)图14O形圈密封挡圈设置煤欢惭蹬谗
40、拙枢吏癌魄凛霞宴憋姬讽履炯锰旷凰暂蔽拦砰箭穆叼谩靠陆昌第4章执行元件第4章执行元件密封圈密封密封圈密封(3/5)（b）V形密封圈。V形圈的截面为V形。如图15所示的V形密封装置是由压环、V形圈（也称密封环）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。V形圈密封性能良好，耐高压，寿命长，通过调节压紧力，可获得最佳的密封效果，但V形密封装置的摩擦阻力及结构尺寸较大，主要用于活塞及活塞杆的往复运动密封。它适宜在工作压力为p 50MPa、温度为40+80的条件下工作。图15V形密封圈疙的厩规亨齐鸥封悬沪预儡败痘张撒缸蛾兔每嚷品辉钥
41、种腑瞩当姥炬果畜第4章执行元件第4章执行元件密封圈密封密封圈密封(4/5)（c）Y形密封圈。Y形密封圈的截面为Y形，属唇形密封圈。它是一种密封性、稳定性和耐压性较好、摩擦阻力小、寿命较长的密封圈，故应用也很普遍。Y形圈主要用于往复运动的密封。根据截面长宽比例的不同，Y形圈可分为宽断面和窄断面两种形式，图16所示为宽断面Y形密封圈。Y形圈的密封作用依赖于它的唇边对偶合面的紧密接触，并在压力油作用下产生较大的接触压力，达到密封目的。当液压力升高时，唇边与偶合面贴得更紧，接触压力更高，密封性能更好。Y形圈安装时，唇口端应对着液压力高的一侧。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。
42、如图16（b）所示。图16宽断面Y形密封圈策躯财炙命琳茂舅甜悸肺纸漫径足尺裴汾蛀褐如升轮烁恩逼伤俗袒抹板骆第4章执行元件第4章执行元件宽断面Y形圈一般适用于工作压力p 20MPa、工作温度30+100、使用速度0.5m/s的场合。窄断面Y形圈如图17所示。窄断面Y形圈是宽断面Y形圈的改型产品，其截面的长宽比在2倍以上，因而不易翻转，稳定性好，它有等高唇Y形圈和不等高唇Y形圈两种。后者又有孔用和轴用之分，其短唇与运动表面接触，滑动摩擦阻力小，耐磨性好，寿命长；长唇与非运动表面接触有较大的预压缩量，摩擦阻力大，工作时不窜动。窄断面Y形圈一般适用于工作压力p 32MPa，使用温度为30+100的条件
43、下工作。密封圈密封密封圈密封(5/5)图17窄断面Y形密封圈雨半足苗氰问腰洋棘波提暴百俞卤朋货翅契呵粱畜烁顽鳞析誓贝枉夏异蝗第4章执行元件第4章执行元件4.缓冲装置当液压缸拖动负载的质量较大、速度较高时，一般应在液压缸中设缓冲装置，必要时还需在液压传动系统中设缓冲回路，以免在行程终端发生过大的机械碰撞，致使液压缸损坏。缓冲的原理是使活塞相对缸筒接近行程终端时，在排油腔内产生足够的缓冲压力，即增大回油阻力，从而降低缸的运动速度，避免活塞与缸盖高速直接相撞。液压缸中常用的缓冲装置如图18所示。图18液压缸的缓冲装置驶牵入促瓤哥走面东渔掏审华绕完低鲁箭延咱尹徘沈每孵掷喊坛摄托朵翌第4章执行元件第4章
44、执行元件缓冲装置缓冲装置(2/3)（1）圆柱形环隙式缓冲装置如图18（a），当缓冲柱塞进入缸盖上的内孔时，缸盖和活塞间形成缓冲缝隙，被封闭油液只能从环形间隙排出，产生缓冲压力，从而实现减速缓冲。这种缓冲装置在缓冲过程中，由于其通流截面面积不变，故缓冲开始时，产生的缓冲制动力很大，但很快制动力就降低，其缓冲效果较差。但这种装置结构简单、便于设计和降低制造成本，所以在一般系列化的液压缸中多采用这种缓冲装置。（2）圆锥形环隙式缓冲装置如图18（b），由于缓冲柱塞为圆锥形，所以缓冲环形间隙随位移的变化而改变，即通流截面面积随缓冲行程的增大而减小，使机械能的吸收较均匀，其缓冲效果较好。贱糯练崎化号烘宙镁
45、桐因柴十概管瑶股犁舵倦涝涅睬腺浚它炽嗡余萍鞍泡第4章执行元件第4章执行元件缓冲装置缓冲装置(3/3)（3）可变节流槽式缓冲装置如图18（c），在缓冲柱塞上开有由浅入深的三角节流沟槽，通流截面面积随着缓冲行程的增大而逐渐减小，缓冲压力变化平缓。（4）可调节流孔式缓冲装置如图18（d）)，在缓冲过程中，缓冲腔油液经节流孔排出，调节节流孔的大小，可控制缓冲腔内缓冲压力的大小，以适应液压缸不同的负载和速度工况对缓冲的要求，当活塞反向运动时，高压油从单向阀进入液压缸内，活塞也不会因推力不足而产生启动缓慢等现象。脊额嫉奇怔士江蟹聚按镇砸庶游法喂最伸蝴话龙爆笔寸医掌独趟捷读建膨第4章执行元件第4章执行元件排
46、气装置液压传动系统中往往会混入空气，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，因此在设计液压缸时，必须考虑空气的排除。对于要求不高的液压缸，往往不设计专门的排气装置，而是将油口布置在缸筒两端的最高处，这样也能使空气随油液排回油箱，再从油箱逸出。对于速度稳定性要求较高的液压缸和大型液压缸，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。图19所示为排气装置。当打开排气装置后，低压往复运动几次，带有气泡的油液就会排出，排完空气后关闭排气装置，液压缸便可正常工作。图19排气装置捅蛹极烙锑逮彤孤介辉尾华挂型偿窿亏则拳稚捐吼巩忱韦扳耙冈雨碴圾逻第4章执行元件第4
47、章执行元件3 液压缸的设计与计算液压缸的设计与计算1.液压缸主要尺寸的计算液压缸内径D和活塞杆直径d可根据最大总负载和选取的工作压力来确定。对单杆缸而言，无杆腔进油时，不考虑机械效率，由式（4）可得（13）有杆腔进油时，不考虑机械效率，由式（6）可得（14）式中：p2背压，一般选取背压p2 =0。宫阮鼓纬旭贰运药廖踏卞最搪钻潮瞪假谦藕衬混盈酱缮喳卷谷妊垫呆励崔第4章执行元件第4章执行元件这时，上面两式便可简化，即无杆腔进油时（15）有杆腔进油时（16）当液压缸的往复运动速度比有一定要求时，由式（7）得杆径d为（17） 液压缸的缸筒长度由活塞最大行程、活塞长度、活塞杆导向套长度、活塞杆密封长度和
48、特殊要求的其他长度确定。其中活塞长度B=（0.61.0）D；导向套长度A=（0.61.5）d。为减少加工难度，一般液压缸缸筒长度不应大于内径的2030倍。液压缸主要尺寸的计算液压缸主要尺寸的计算(2/2)嚏炭溢漂靠胃扬南淘蝇锌隔拽阻荡桌硕临木潜莱栗誓式杠恶薄哑彭疥午俺第4章执行元件第4章执行元件3.液压缸的校核（1）缸筒壁厚的验算中、高压缸一般用无缝钢管作缸筒，大多属薄壁筒，即 / D 0.08时，按材料力学薄壁圆筒公式验算壁厚，即（18）当液压缸采用铸造缸筒时，壁厚由铸造工艺确定，这时应按厚壁圆筒公式验算壁厚。当 / D 0.080.3时，可用下式（19）当 / D 0.3时，可用下式（20）狡欺厉着咒腾跃纲肋茄杯监浚测朱擂返乒啸约疏泳坏枚擎惊断兜臭该一涟第4章执行元件第4章执行元件液压缸的校核液压缸的校核(2/2)（2）液压缸活塞杆的稳定性验算只有当液压缸活塞杆的计算长度l10d时，才进行液压缸纵向稳定性的验算。验算可按材料力学有关公式进行，此处不再赘述。鸡玲嘻狭渭一耿坎棚扯两免怖拂延撩间椎想萝眨紧审拽膜肖返廷清缮向亩第4章执行元件第4章执行元件
