《液压及气压传动》第三章课件

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1、液压与气压传动第三章 执行元件本章主要内容：本章主要内容：第一节第一节 直线往复运动执行元件直线往复运动执行元件第二节第二节 旋转运动执行元件旋转运动执行元件目的任务目的任务: :了解液压与气压传动中各种执行元件的了解液压与气压传动中各种执行元件的结构形式、工作原理；结构形式、工作原理；重点难点重点难点: :单杆活塞液压缸；单杆活塞液压缸；密封、缓冲、排气。密封、缓冲、排气。第三章第三章 执执 行元件行元件 液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。液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。它驱动机构它驱动机构作直线往复或旋转（或摆动）运动，其输出为力与速度，或转矩

2、与转速。作直线往复或旋转（或摆动）运动，其输出为力与速度，或转矩与转速。 一、液压缸一、液压缸 液压缸是用油液的压力能来实现直线往复运动的执行元件液压缸是用油液的压力能来实现直线往复运动的执行元件 （一）液压缸的类型（一）液压缸的类型 液压缸按其结构形式，可以分为活塞缸、柱塞缸和伸缩缸等。它们输人为压液压缸按其结构形式，可以分为活塞缸、柱塞缸和伸缩缸等。它们输人为压力和流量，输出为力和速度。力和流量，输出为力和速度。 1活塞式液压缸活塞式液压缸 (1) 双杆活塞缸双杆活塞缸 图图3la所所示示为为缸缸筒筒固固定定的的双双杆杆活活塞塞缸缸，活活塞塞两两侧侧的的活活塞塞杆杆直直径径相相等等，它它的

3、的进进、出出油油口口位位于于缸缸筒筒两两端端。当当工工作作压压力力和和输输人人流流量量相相同同时时，两两个个方方向向上上输输出出的的推推力力F和速度和速度v是相等的。其值为是相等的。其值为式中式中A活塞的有效面积；活塞的有效面积； D、d活塞和活塞杆的直径；活塞和活塞杆的直径； q输人流量；输人流量； p1、p2缸的进、出口压力；缸的进、出口压力； m、v缸的机械效率、容积效率缸的机械效率、容积效率 这种安装形式，工作台移动范围约这种安装形式，工作台移动范围约为活塞有效行程的三倍，占地面积大，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 图图3-1b所示为活塞杆固定的双杆活塞

4、缸。所示为活塞杆固定的双杆活塞缸。它的进、出油液可经活塞杆内的通道输人液压它的进、出油液可经活塞杆内的通道输人液压缸或从液压缸流出。也可以用软管连接，进、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。出口就位于缸的两端。它的推力和速度与缸筒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筒有效行程的两倍。故可用于较大型的机械。故可用于较大型的机械。 （2）单杆活塞缸）单杆活塞缸 图图32所示为单杆活塞缸。由于只在活塞的一端有活塞杆，使两腔的有效工所示为单杆活塞缸。由于只在活塞的一端有活塞杆，使两腔的有效工作面积不

5、相等，因此在两腔分别输人流量相同的情况下，活塞的往复运动速度不作面积不相等，因此在两腔分别输人流量相同的情况下，活塞的往复运动速度不相等。它的安装也有缸筒固定和活塞杆固定两种，进、出口的布置根据安装方式相等。它的安装也有缸筒固定和活塞杆固定两种，进、出口的布置根据安装方式而定；但工作台移动范围都为活塞有效行程的两倍。而定；但工作台移动范围都为活塞有效行程的两倍。 单杆活塞缸的推力和速度计算式如下单杆活塞缸的推力和速度计算式如下 在液压缸的活塞往复运动速度有一在液压缸的活塞往复运动速度有一定要求的情况下，定要求的情况下，活塞杆直径活塞杆直径d通常根据通常根据液压缸速度比的要求以及缸内径液压缸速度

6、比的要求以及缸内径D来确定来确定 由此可见，速比由此可见，速比v越大，活塞杆直径越大，活塞杆直径d越大越大 单杆活塞缸的左右腔同时接通压力油，如图33所示，称为差动连接，此缸称为差动液压缸。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人左腔，从而提高活塞运动速度差动缸推力按下式计算差动缸推力按下式计算速度按下式计算速度按下式计算考虑容积效率考虑容积效率v 单柱塞缸只能实现一个方向运动，反向要靠外力，如图34a 用两个柱塞缸组合，如图34b所示，也能用压力油实现往复运动。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

7、适用于行程较长的场合。 柱塞缸输出的推力和速度为柱塞缸输出的推力和速度为 式中式中d柱塞直径柱塞直径 伸缩式液压缸由两个或多个活塞套装而成，前一级活塞缸的活塞杆是后一级活塞缸的缸筒。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35所示为一种双作用式伸缩缸，在各级活塞依次伸出时，液压缸的有效面积是逐级变化的。 在在输输人人流流量量和和压压力力不不变变的的情情况况下下，则则液液压压缸缸的的输输出出推推力力和和速速度度也也逐逐级变化。其值为级变化。其值为式中式中ii级活塞缸级活塞缸 这这种种液液压压缸缸起起动动时时，活活塞塞有有效效面面积积最最大大，因因此此，输输出出推推力力也也最

8、最大大，随随着着行行程程逐逐级级增增长长，推推力力随随之之逐逐级级减减小小。这这种种推推力力变变化化情情况况，正正适适合合于于自自动动装装卸卸车车对推力的要求。对推力的要求。图图图图3-63-63-63-6 单作用式三级同步伸缩液压缸单作用式三级同步伸缩液压缸1 1 1 1外缸筒外缸筒 2 2 2 2 一级活塞缸筒一级活塞缸筒3 3 3 3二级活塞缸筒二级活塞缸筒 4 4 4 4三级活塞三级活塞单作用式三级同步伸缩液压缸单作用式三级同步伸缩液压缸该缸的各级活塞面积设计成该缸的各级活塞面积设计成A A1 1=2=2A A2 2、A A2 2=2=2A A3 3、A A3 3=2=2A A4 4，

9、并在一级和二级活塞缸筒的左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，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而在其缸筒右侧壁面各开有小孔。正常工作时孔。正常工作时单向单向阀均关闭。阀均关闭。当压力油进入当压力油进入当压力油进入当压力油进入B B腔时腔时腔时腔时，一级活塞一级活塞一级活塞一级活塞2 2向左移动，向左移动，C C腔油腔油腔油腔油通过通过小孔小孔小孔小孔进进入入D D腔腔腔腔，推动，推动二级活塞二级活塞二级活塞二级活塞3 3以相同速度向左移动；以相同速度向左移动；同样原理同样原理同样原理同样原理，三级三级三级三级活塞活塞活塞活塞4 4也以同一速度向左移动，也以同

10、一速度向左移动，若因泄漏原因若因泄漏原因若因泄漏原因若因泄漏原因，二级二级二级二级或或三级活塞三级活塞三级活塞三级活塞没有移动到最左位置，则没有移动到最左位置，则相应的单向阀相应的单向阀相应的单向阀相应的单向阀开启，补充液压油使其开启，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。到位。外力推其向右移动时各活塞动作与向左移动时相反。一一一一级级级级和和二级活塞二级活塞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，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从而恢复各级间的平衡状态 。图图图图3-63-63-63-6 单作用式三级同步伸缩液压

11、缸单作用式三级同步伸缩液压缸1 1 1 1外缸筒外缸筒 2 2 2 2 一级活塞缸筒一级活塞缸筒3 3 3 3二级活塞缸筒二级活塞缸筒 4 4 4 4三级活塞三级活塞单作用式三级同步伸缩液压缸单作用式三级同步伸缩液压缸这种同步伸缩缸输出的推力和速这种同步伸缩缸输出的推力和速度为：度为： （3-153-153-153-15）（3-163-163-163-16）（二）液压缸的典型结构（二）液压缸的典型结构 图36所示为空心双杆活塞式液压缸，它由缸筒10，活塞8，两空心活塞杆1、15，缸盖18、24，密封圈4、7、17，导向套6、19，压板11、20等主要零件组成。这种液压缸活塞杆固定，缸筒带动工作

12、台作往复运动。活塞用锥销9、22与空心活塞杆连接，并用堵头2堵死活塞杆的一头，缸筒两端外圆上套有钢丝环12、21，用于阻止压板11、20向外，这样通过螺钉分别将缸盖18、24压紧在缸筒的两端。缸筒相对活塞杆运动，由左右导向套导向。为了提高密封性能、在活塞和缸简之间、缸盖和活塞杆之间、缸盖和缸筒之间装有密封圈和纸垫。压力油经油口b、左端活塞杆的中心孔和孔a进人液压缸左腔，推动缸筒向左移动。液压缸右腔的回油经孔C和右端活塞杆中心孔，从油口d排出。反之则向右移动。当缸筒移动到左右终端时，径向孔a和c的开口逐渐减小，对移动部件起制动缓冲作用。为了排除缸中空气，缸盖上设有排气孔14和5，经导向套环槽的侧

13、面孔道（图中未示）引出与排气阀相连 液压缸的结构可以分为缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置和液压缸的结构可以分为缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置和排气装置五个部分。排气装置五个部分。 缸筒和缸盖的常见缸筒和缸盖的常见连接结构形式如图连接结构形式如图37所示。所示。 图37a采用法兰连接，结构简单。加工和装拆都方便，但外形尺寸和重量都大。图37b为半环连接，加工和装拆方便，但是，这种结构须在缸筒外部开有环形槽而削弱其强度，有时要为此增加缸的壁厚。图37C为螺纹连接，装拆时要使用专用工具，适用于较小的缸筒。图 37d为拉杆式连接，容易加工和装拆，但外形尺寸较大，且较重。图37

14、e为焊接式连接，结构简单，尺寸小，但缸底处内径不易加工，且可能引起变形 活塞和活塞杆的结构活塞和活塞杆的结构 活塞和活塞杆的结构形式很多，除了上例的锥销式连接外，还有螺纹式连接和半环式连接等，如图38所示。前者结构简单，但需有螺母防松装置。后者结构复杂，但工作较可靠。此外，在尺寸较小的场合，活塞和活塞杆也有制成整体式结构的 密封装置用来防止密封装置用来防止液压系统油液的内外泄液压系统油液的内外泄漏和防止外界杂质侵人漏和防止外界杂质侵人 缓冲装置是利用活塞或缸筒移动到接近终点时，将活塞和缸盖之间的一部分油液封住，迫使油液从小孔或缝隙中挤出，从而产生很大的阻力，使工作部件制动，避免活塞和缸盖的相互

15、碰撞。常见的缓冲装置如图39所示。图39a所示为节流口可调式缓冲装置。当活塞上的凸台进人端盖凹腔后，圆环形的回油腔中的油液只能通过针形节流阀流出，这就使活塞制动。调节节流阀的开口，可改变制动阻力的大小。这种缓冲装置起始缓冲效果好，随着活塞向前移动，缓冲效果逐渐减弱，因此它的制动行程较长。图39b所示为节流口变化式缓冲装置，它在活塞上开有变截面的轴向三角形节流槽。当活塞移近端盖时，回油腔油液只能经过三角槽流出，因而使活塞受到制动作用。随着活塞的移动，三角槽通流截面逐渐变小，阻力作用增大，因此，缓冲作用均匀，冲击压力较小，制动位置精度高 排气装置用来排除排气装置用来排除积聚在液压缸内的空气积聚在液

16、压缸内的空气 常用的排气装置如图3-10 所示。图310a所示为在液压缸的最高部位设置排气孔与排气阀连接进行排气。图310b为在液压缸的最高部位处安装排气塞 （三）液压缸的特性（三）液压缸的特性 液压缸的特性是指它在稳态下工作时的各项参数间的关系液压缸的特性是指它在稳态下工作时的各项参数间的关系 1液压缸的推力和速度液压缸的推力和速度 液压缸的推力和速度的数值由液压缸类型和工作方式决定液压缸的推力和速度的数值由液压缸类型和工作方式决定 2容积效率、机械效率和总效率容积效率、机械效率和总效率 液压缸难免会存在泄漏，它的容积效率可用下式表示液压缸难免会存在泄漏，它的容积效率可用下式表示 式中式中

17、q输人液压缸的流量；输人液压缸的流量； ql液压缸的泄漏流量液压缸的泄漏流量 ql与采用的密封形式有关。当采用橡胶圈密封时，与采用的密封形式有关。当采用橡胶圈密封时，ql较小，较小，vl；采用间隙密采用间隙密封时，封时，ql就大，就大，v就低。就低。 液压缸运动时，要克服密封装置和导向部分的摩擦力，就会造成机械损失，液压缸运动时，要克服密封装置和导向部分的摩擦力，就会造成机械损失，把这些损失折算成压力损失把这些损失折算成压力损失p，则机械效率可表示为则机械效率可表示为 式中式中 p液压缸的工作压力液压缸的工作压力 液压缸的机械效率，一般在额定压力下，可取液压缸的机械效率，一般在额定压力下，可取

18、m= 09。 液压缸的总效率为液压缸的总效率为 =vm 二、气缸二、气缸（一）气缸的类型（一）气缸的类型 气缸气缸活塞式活塞式 膜片式膜片式 单活塞单活塞 双活塞双活塞 有杆有杆 无杆无杆 单活塞杆单活塞杆 双活塞杆双活塞杆 机械耦合机械耦合 磁性耦合磁性耦合 绳索、钢缆绳索、钢缆 （二）普通气缸（二）普通气缸 普通气缸是在缸筒内普通气缸是在缸筒内只有一个活塞和一根活塞杆的气缸只有一个活塞和一根活塞杆的气缸，有单作，有单作用气缸和双作用气缸两种。用气缸和双作用气缸两种。 普通气缸普通气缸 （三）其他形式气缸（三）其他形式气缸 l无杆气缸无杆气缸 活塞活塞5带动与负载相连的滑块带动与负载相连的滑

19、块6一起在槽内移动，且借助缸体一起在槽内移动，且借助缸体上的一个管状沟槽防止其产生旋转。上的一个管状沟槽防止其产生旋转。 2磁性气缸磁性气缸 在活塞上安装了一组高磁性的稀土永久磁环，磁力线穿在活塞上安装了一组高磁性的稀土永久磁环，磁力线穿过薄壁缸筒（不锈钢或铝合金非导磁材料）作用在套在缸筒过薄壁缸筒（不锈钢或铝合金非导磁材料）作用在套在缸筒外面的另一组磁环上。由于两组磁环极性相反，两者间具有外面的另一组磁环上。由于两组磁环极性相反，两者间具有很强的吸力，当活塞在输入气压作用下移动时，则通过磁力很强的吸力，当活塞在输入气压作用下移动时，则通过磁力线带动缸筒外的磁环套与负载一起移动。线带动缸筒外的

20、磁环套与负载一起移动。 3开关气缸开关气缸 开关气缸又称带磁性开关气缸，这是指在气缸活塞上置有永久开关气缸又称带磁性开关气缸，这是指在气缸活塞上置有永久磁环，利用直接安装在缸筒上的行程开关来检测气缸活塞位置的一磁环，利用直接安装在缸筒上的行程开关来检测气缸活塞位置的一种气缸。种气缸。 4制动气缸制动气缸 带有制动装置的气缸称为制动气缸，也称锁紧气缸。带有制动装置的气缸称为制动气缸，也称锁紧气缸。制动装置一般安装在普通气缸的前端制动装置一般安装在普通气缸的前端 5坐标气缸坐标气缸 坐标气缸是一种单活塞杆双作用气缸，具有精密的导向功能，坐标气缸是一种单活塞杆双作用气缸，具有精密的导向功能，极强的抗

21、扭性能和良好的负载性能，位置重复精度高达极强的抗扭性能和良好的负载性能，位置重复精度高达0.0lmm，常用来构成各种加工、定位的坐标系统，故称为坐标气缸，又常用来构成各种加工、定位的坐标系统，故称为坐标气缸，又称为直线驱动装置。坐标气缸是构成模块化气动机械手水平移动称为直线驱动装置。坐标气缸是构成模块化气动机械手水平移动和垂直移动的驱动模块。和垂直移动的驱动模块。 6手指气缸手指气缸 7气液阻尼缸气液阻尼缸 8.仿生气动肌腱仿生气动肌腱新型的拉伸型执行元件新型的拉伸型执行元件 能量转换装置能量转换装置一、液压马达一、液压马达 液压马达是一种将液压能转换液压马达是一种将液压能转换为机械能的转换装

22、置，是实现连续为机械能的转换装置，是实现连续旋转或摆动的执行元件旋转或摆动的执行元件 （一）液压马达的工作原理（一）液压马达的工作原理 图321所示为轴向柱塞式液压马达的工作原理。斜盘1和配油盘4固定不动，柱塞3可在缸体2的孔内移动，斜盘中心线与缸体中心线相交一个倾角。高压力油经配油盘的窗口进人缸体的柱塞孔时，处在高压腔中的柱塞被顶出，压在斜盘上，斜盘对柱塞的反作用力F可分解为两个分力，轴向分力Fx和作用在柱塞上的液压力平衡，垂直分力Fy使缸体产生转矩，带动马达轴5转动。 设第设第i个柱塞和缸体的个柱塞和缸体的垂直中心线夹角为垂直中心线夹角为，则在则在柱塞上产生的转矩为柱塞上产生的转矩为TiF

23、yrFyRsin FRtansin式中式中R柱塞在缸体中的分柱塞在缸体中的分布圆半径布圆半径 液压马达产生的转矩应液压马达产生的转矩应是处于高压腔柱塞产生转矩是处于高压腔柱塞产生转矩的总和，即的总和，即 TFRtansin 随着角随着角的变化，每个柱塞产生的的变化，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转矩也是脉动的，它的脉动情况和讨论泵流量脉动时的情况相似泵流量脉动时的情况相似 （二）液压马达的主要性能参数（二）液压马达的主要性能参数 1工作压力和额定压力工作压力和额定压力 工作压力是指马达实际工作时的压力工作压力

24、是指马达实际工作时的压力 额定压力是指马达在正常工作条件下，按试验标准规定能连续运转的最高压力。额定压力是指马达在正常工作条件下，按试验标准规定能连续运转的最高压力。 2排量和理论流量排量和理论流量 排量是指在没有泄漏的情况下，马达排量是指在没有泄漏的情况下，马达轴转一周所需输入的油液体积轴转一周所需输入的油液体积V 理论流量理论流量q t是指在没有泄漏的情况是指在没有泄漏的情况下，达到要求转速所需输入油液的流量。下，达到要求转速所需输入油液的流量。 3效率和功率效率和功率 容容积积效效率率：由由于于有有泄泄漏漏损损失失，为为了了达达到到液液压压马马达达要要求求的的转转速时，实际输入的流量速时

25、，实际输入的流量q必须大于理论流量必须大于理论流量q t，容积效率为容积效率为 机械效率机械效率：由于有摩擦损失，液压马达的实际输出转矩：由于有摩擦损失，液压马达的实际输出转矩T一定小于理论转矩一定小于理论转矩Tt。因此机械效率为因此机械效率为 马达的总效率为马达的总效率为 马达马达输人功率输人功率Pi为为 Pi=pq马达马达输出功率输出功率P0为为 PoT2nT式中式中 p马达进、出口的压力差；马达进、出口的压力差； ，n马达的角速度和转速。马达的角速度和转速。 4转矩和转速转矩和转速 液压马达能产生的液压马达能产生的理论转矩理论转矩Tt为为 液压马达输出的液压马达输出的实际转矩为实际转矩为

26、 液压马达的实际输人流量为液压马达的实际输人流量为q时，马达的转速为时，马达的转速为 （三）液压马达的分类和结构（三）液压马达的分类和结构 液压马达和液压泵结构基本相同，按结构分有齿轮式、叶片式和柱塞式等几液压马达和液压泵结构基本相同，按结构分有齿轮式、叶片式和柱塞式等几种。按工作特性可分为高速马达和低速马达两大类。种。按工作特性可分为高速马达和低速马达两大类。 图322所示是轴向点接触柱塞式液压马达的典型结构。在缸体7和斜盘2间装人鼓轮4，在鼓轮的圆周上均匀分布着推杆10，液压力作用在柱塞上并通过推杆作用在斜盘上，推杆在斜盘反作用力的作用下产生一个对轴1的转矩，迫使鼓轮转动，又通过传动键带动

27、马达轴，同时通过传动销6带动缸体旋转。缸体在弹簧5和柱塞孔内的压力油作用下贴紧在配油盘8上。这种结构使缸体和柱塞只受轴向力，因而配油盘表面、柱塞和缸体上的柱塞孔磨损均匀，又缸体内孔与马达轴的接触面较小，有一定的自位作用，使缸体的配油表面和配油盘的配油表面贴合好，减少了端面间的泄漏，并使配油盘表面磨损后能得到自动补偿。 这种液压马达的斜盘的倾角固定，所以是一种定量液压马达。 2.低速液压马达低速液压马达 低低速速液液压压马马达达的的基基本本形形式式是是径径向向柱柱塞塞式式，它它的的特特点点是是输输人人油油液液压压力力高高、排排量量大大，可可在在马马达达轴轴转转速速为为 10rmin以以下下平平稳

28、稳运运转转，低低速速稳稳定定性性好好，输输出出转转矩矩大大，可可达达几几百百 Nm到到几几千千 Nm。所所以以又又称称低低速速大大扭扭矩马达。矩马达。 图图323所所示示为为连连杆杆型型径径向向柱柱塞塞马马达达的的结结构构原原理理图图。在在壳壳体体1内内有有五五个个沿沿径径向向均均匀匀分分布布的的柱柱塞塞缸缸，柱柱塞塞2通通过过球球铰铰与与连连杆杆3相相连连接接，连连杆杆的的另另一一端端与与曲曲轴轴4的的偏偏心心轮轮外外圆圆接接触触，配配油轴油轴5与曲轴用联轴节相连。与曲轴用联轴节相连。 压力油经配油轴进人马达的进油腔后，通过壳体槽压力油经配油轴进人马达的进油腔后，通过壳体槽、进人相应的柱塞缸

29、的顶进人相应的柱塞缸的顶部，部，作用在柱塞上的液压作用力作用在柱塞上的液压作用力FN通过连杆作用于偏心轮中心通过连杆作用于偏心轮中心O1，它的切向分力它的切向分力Fr对曲轴对曲轴旋转中心形成转矩旋转中心形成转矩T，使曲轴逆时针方向旋转。使曲轴逆时针方向旋转。由于三个柱塞缸位置不同，所以产生的转由于三个柱塞缸位置不同，所以产生的转矩大小也不同。曲轴输出的总转矩等于与高压腔相通的柱塞所产生的转矩之和。此时柱塞矩大小也不同。曲轴输出的总转矩等于与高压腔相通的柱塞所产生的转矩之和。此时柱塞缸缸、与排油腔相通，油液经配油轴流回油箱。曲轴旋转时带动配油轴同步旋转，因此，与排油腔相通，油液经配油轴流回油箱。

30、曲轴旋转时带动配油轴同步旋转，因此，配流状态不断发生变化，从而保证曲轴会连续旋转。若进、回油口互换，则液压马达反转，配流状态不断发生变化，从而保证曲轴会连续旋转。若进、回油口互换，则液压马达反转，过程与以上相同。过程与以上相同。 这种液压马达的优点是结这种液压马达的优点是结构简单，工作可靠，但其缺点构简单，工作可靠，但其缺点是体积和重量较大，转矩脉动是体积和重量较大，转矩脉动较大，低速稳定性较差。较大，低速稳定性较差。 1.高速液压马达高速液压马达 图图图图3-293-29所示为所示为多作用内曲线径向柱塞液压马多作用内曲线径向柱塞液压马多作用内曲线径向柱塞液压马多作用内曲线径向柱塞液压马达的结

31、构原理图达的结构原理图达的结构原理图达的结构原理图。马达的。马达的配油轴配油轴配油轴配油轴2 2是固定的，是固定的，其上有进油口和排油口。压力油经配油窗口其上有进油口和排油口。压力油经配油窗口穿过穿过衬套衬套衬套衬套5 5进入进入缸体缸体缸体缸体1 1的柱塞孔中，并作用的柱塞孔中，并作用于于柱塞柱塞柱塞柱塞3 3的底部，的底部，柱塞柱塞柱塞柱塞3 3与与横梁横梁横梁横梁4 4之间无刚性之间无刚性连接，在液压力的作用下，连接，在液压力的作用下，柱塞柱塞柱塞柱塞3 3的顶部球的顶部球面与面与横梁横梁横梁横梁4 4的底部相接触，从而使的底部相接触，从而使横梁横梁横梁横梁4 4两两端的端的滚轮滚轮滚轮

32、滚轮6 6压向压向定子定子定子定子7 7的内壁。的内壁。定子内壁定子内壁定子内壁定子内壁在与在与滚轮滚轮滚轮滚轮接触处的接触处的反作用力反作用力反作用力反作用力N N的的周向分力周向分力周向分力周向分力F F对缸体产生转矩，使缸体对缸体产生转矩，使缸体及与其刚性连接的主轴转动；而及与其刚性连接的主轴转动；而径向分径向分径向分径向分力力力力P P则与柱塞底部的液压力相平衡。由则与柱塞底部的液压力相平衡。由于定子内壁由多段曲面构成，滚轮每经于定子内壁由多段曲面构成，滚轮每经过一段曲面，柱塞往复运动一次，故过一段曲面，柱塞往复运动一次，故称称称称多作用式多作用式多作用式多作用式 。这种液压马达的这种

33、液压马达的优点优点优点优点是是输出转矩大输出转矩大输出转矩大输出转矩大，转速低转速低转速低转速低，平稳性好平稳性好平稳性好平稳性好。其。其缺点缺点缺点缺点是是配油轴磨损后不能补偿配油轴磨损后不能补偿配油轴磨损后不能补偿配油轴磨损后不能补偿，使效率下降使效率下降使效率下降使效率下降 。图图图图3-293-29 多作用内曲线径向柱多作用内曲线径向柱塞液压马达结构原理图塞液压马达结构原理图1缸体缸体 2配油轴配油轴 3柱塞柱塞 4横梁横梁5衬套衬套 6滚轮滚轮 7定子定子（四）摆动液压马达（四）摆动液压马达 摆动液压马达是一种实现往摆动液压马达是一种实现往复摆动的液压执行元件。它有单复摆动的液压执行

34、元件。它有单叶片式和双叶片式两种结构。叶片式和双叶片式两种结构。 设设进进出出油油口口压压力力为为p1、p2，叶叶片片宽宽度度为为b，叶叶片片底底端端、顶顶端端半半径径为为R1、R2，输输人人流流量量为为q，摆摆动动液液压压马马达达机机械械效效率率、容容积积效效率率分分别别为为 m、 v ,则则输输出出的的转转矩矩T和角速度和角速度为为 图324a所示为单叶片式摆动液压马达，压力油从进油口进人缸筒3，推动叶片1和轴一起作逆时针方向转动，回油从缸筒的回油口排出。其摆动角度小于300，分隔片2用以隔开高低压腔。 图324b所示为双叶片式摆动液压马达。它有两个进、出油口，其摆动角度小于150。在相同

35、的条件下，它的输出转矩是单叶片式的两倍，角速度是单叶片式的一半。 如果在液压缸的活塞杆上带如果在液压缸的活塞杆上带有齿条，使之和一小齿轮相啮有齿条，使之和一小齿轮相啮合，则当活塞杆伸缩时便能使合，则当活塞杆伸缩时便能使小齿轮作回转运动，这种结构小齿轮作回转运动，这种结构的液压缸也称为摆动马达，其的液压缸也称为摆动马达，其摆角可以超过摆角可以超过360 二、气动马达二、气动马达 （一）气动马达的分类（一）气动马达的分类 （二）叶片式气动马达（二）叶片式气动马达 1工作原理工作原理 输出功率为输出功率为0l20kw，转速为转速为 50025000rmin。主要用于主要用于矿山机械和气动工具中。矿山

36、机械和气动工具中。 2特性曲线特性曲线 3.工作特性与工作压力的关系工作特性与工作压力的关系(三三)齿轮式气动马达齿轮式气动马达 (四四)摆动气动马达摆动气动马达一、液压缸的设计计算一、液压缸的设计计算 设设计计液液压压缸缸时时，要要在在对对液液压压系系统统工工作作情情况况分分析析的的基基础础上上，根根据据液液压压缸缸在在机机构构中中所所要要完完成成的的任任务务来来选选择择液液压压缸缸的的结结构构形形式式，然然后后按按负负载载、运运动动要要求求、最最大大行行程程等确定主要尺寸，进行强度、稳定性和缓冲验算，最后进行具体的结构设计。等确定主要尺寸，进行强度、稳定性和缓冲验算，最后进行具体的结构设计

37、。（一）设计时应注意的问题（一）设计时应注意的问题 1）尽量使活塞杆在受拉力状态下承受最大负载，或在受压状态下活塞杆应具有）尽量使活塞杆在受拉力状态下承受最大负载，或在受压状态下活塞杆应具有良好的纵向稳定性。良好的纵向稳定性。 2）液压缸各部分的结构尽可能按推荐的结构形式和设计标准进行设计，尽量做）液压缸各部分的结构尽可能按推荐的结构形式和设计标准进行设计，尽量做到结构简单、紧凑，加工、装配和维修方便。到结构简单、紧凑，加工、装配和维修方便。 3）考虑液压缸行程终端处的制动和液压缸的排气问题。）考虑液压缸行程终端处的制动和液压缸的排气问题。 4）正确确定液压缸的安装和固定方式。考虑液压缸的热变

38、形，它只能一端定位。）正确确定液压缸的安装和固定方式。考虑液压缸的热变形，它只能一端定位。（二）主要尺寸的确定（二）主要尺寸的确定 (1)缸筒内径缸筒内径D根据负载大小和选定的工作压力，或运动速度和输人流量，按本章有关算式确定后，再从GB 234880标准中选取相近尺寸加以圆整。（2）活塞杆直径）活塞杆直径d 。 按工作时受力情况来决定，如表33所示。对单杆活塞缸，d值也可由 D和v来决定。按GB 345880标准进行圆整（3）缸筒长度）缸筒长度L 由最大工作行程决定。由最大工作行程决定。 （三）强度校校（三）强度校校 对于液压缸的缸筒壁厚对于液压缸的缸筒壁厚8、活塞杆直、活塞杆直径径d和缸盖

39、处固定螺钉的直径，在高压系和缸盖处固定螺钉的直径，在高压系统中，必须进行强度校核统中，必须进行强度校核 1缸筒壁厚缸筒壁厚 在中、低压液压系统中，缸筒壁厚往往由结构工艺要求决定，一般不要校校。在中、低压液压系统中，缸筒壁厚往往由结构工艺要求决定，一般不要校校。在高压系统中，须按下列情况进行校核。在高压系统中，须按下列情况进行校核。 当当D10时为薄壁，时为薄壁，可按下式校核可按下式校核 式中式中D缸筒内径；缸筒内径； py试试验验压压力力，当当缸缸的的额额定定压压力力pn16MPa时时，取取py= 1.5 pn； pn16MPa时，取时，取 py =125 pn； 缸缸筒筒材材料料的的许许用用

40、应应力力=b/n, b为为材材料料抗抗拉拉强强度度，n为安全系数，一般取为安全系数，一般取 n=5。当当D10时为厚壁，按下式进行校核时为厚壁，按下式进行校核2活塞杆直径活塞杆直径d的校核的校核 式中式中F活塞杆上的作用力。活塞杆上的作用力。 活塞杆材料的许用应力，活塞杆材料的许用应力，=b/143缸盖固定螺栓缸盖固定螺栓ds的校核的校核式中式中F液压缸负载；液压缸负载； k螺纹拧紧系数，螺纹拧紧系数，k=11215； z固定螺栓个数；固定螺栓个数； 螺螺栓栓材材料料许许用用应应力力，=s/（12225），s为材料屈服点。为材料屈服点。（四）稳定性校（四）稳定性校核核 活塞杆受轴向压缩负载时，

41、其值活塞杆受轴向压缩负载时，其值F超过某一临界值超过某一临界值Fk，就会失去稳定。活塞就会失去稳定。活塞杆稳定性按下式进行校核杆稳定性按下式进行校核 式中式中nk安全系数，一般取安全系数，一般取nk= 24 当活塞杆的细长比满足当活塞杆的细长比满足 当活塞杆的细长比当活塞杆的细长比 满足满足式式中中l安安装装长长度度，其其值值与与安安装装方方式式有有关关，见见表表34； rk活塞杆横截面最小回转半径，活塞杆横截面最小回转半径， 1柔性系数，其值见表柔性系数，其值见表35； 2为为由由液液压压缸缸支支承承方方式式决决定定的的末末端端系系数数，见见表表 34； E活活塞塞杆杆材材料料的的弹弹性性模

42、模量量，对对钢钢，可可取取E=206 1011Nm2； J活塞杆横截面惯性矩；活塞杆横截面惯性矩； A活塞杆横截面积；活塞杆横截面积； f由材料强度决定的实验值，见表由材料强度决定的实验值，见表35； d系数，具体数值见表系数，具体数值见表35。（五）液压缸的缓冲计算（五）液压缸的缓冲计算 液压缸的缓冲计算主要是估计缓冲时缸内出现的最大冲击压力，以便校校缸液压缸的缓冲计算主要是估计缓冲时缸内出现的最大冲击压力，以便校校缸筒强度，另外还应校核制动距离是否符合要求。筒强度，另外还应校核制动距离是否符合要求。 液压缸缓冲时，背压腔内产生的液压缸缓冲时，背压腔内产生的液压能液压能E1和工作部件产生的和

43、工作部件产生的机械能机械能E2分别为分别为 E1pcAclc 式中式中 pc缓冲腔中的平均缓冲压力；缓冲腔中的平均缓冲压力； pp高压腔中的油液压力；高压腔中的油液压力； Ac、Ap缓冲腔、高压腔的有效工作面积缓冲腔、高压腔的有效工作面积 lc缓冲行程长度；缓冲行程长度； m工作部件质量；工作部件质量； v0工作部件运动速度；工作部件运动速度； Ff摩擦力摩擦力 上式表示：上式表示：工作部件产生的机械能工作部件产生的机械能E2是高压腔中的液压能与工作部件的动能之和，是高压腔中的液压能与工作部件的动能之和，再减去因摩擦消耗的能量。再减去因摩擦消耗的能量。当当E1=E2，即工作部件的机械能全部被缓

44、冲腔液体吸即工作部件的机械能全部被缓冲腔液体吸收时，则得收时，则得 图图图图3-333-33 气缸的压力特性曲线气缸的压力特性曲线图示状态时图示状态时图示状态时图示状态时，无杆腔内的，无杆腔内的气压气压气压气压p p1 1为大气为大气压，有杆腔内的压，有杆腔内的气压气压气压气压p p2 2为工作气压。为工作气压。当当当当换向阀切换后换向阀切换后换向阀切换后换向阀切换后，无杆腔与气源接通，因，无杆腔与气源接通，因其容腔小，气体以高速向无杆腔充气，其容腔小，气体以高速向无杆腔充气，并很快升至气源压力；同时有杆腔开始并很快升至气源压力；同时有杆腔开始向大气排气，但因其容腔大，故腔中气向大气排气，但因

45、其容腔大，故腔中气体压力下降的速度较缓慢。当两腔的压体压力下降的速度较缓慢。当两腔的压力差力差 p p= =p p1 1- -p p2 2超过起动压差后，活塞就超过起动压差后，活塞就开始向右运动。开始向右运动。可见可见可见可见，从换向阀切换到从换向阀切换到从换向阀切换到从换向阀切换到气缸起动需要一段时间气缸起动需要一段时间气缸起动需要一段时间气缸起动需要一段时间 。起动以后起动以后起动以后起动以后，活塞所受的，活塞所受的摩擦阻力摩擦阻力摩擦阻力摩擦阻力由由静摩静摩静摩静摩擦擦擦擦转为转为动摩擦动摩擦动摩擦动摩擦而而变小变小变小变小，使活塞，使活塞加速运动加速运动加速运动加速运动，无杆腔的无杆腔

46、的压力压力压力压力有所有所下降下降下降下降。若供气充分，。若供气充分，活塞继续运动，活塞继续运动，无杆腔压力无杆腔压力无杆腔压力无杆腔压力基本保持不基本保持不变；而变；而有杆腔容积有杆腔容积有杆腔容积有杆腔容积的的相对减少量相对减少量相对减少量相对减少量越来越越来越越来越越来越大大大大，在排气过程中其，在排气过程中其压力压力压力压力继续下降继续下降继续下降继续下降。 若活塞杆上的负载保持恒定若活塞杆上的负载保持恒定若活塞杆上的负载保持恒定若活塞杆上的负载保持恒定，会出现气，会出现气缸进排气速度与活塞运动速度相平衡的缸进排气速度与活塞运动速度相平衡的情况，这时压力特性曲线趋于水平，活情况，这时压

47、力特性曲线趋于水平，活塞在两腔不变的压差推动下匀速前进塞在两腔不变的压差推动下匀速前进 。当活塞行至终端时当活塞行至终端时当活塞行至终端时当活塞行至终端时，无杆腔压力再次，无杆腔压力再次急剧上升到气源压力；有杆腔压力却急剧上升到气源压力；有杆腔压力却快速下降到大气压。这种较大的压力快速下降到大气压。这种较大的压力差往往会造成差往往会造成“撞缸撞缸撞缸撞缸”。如果气缸设如果气缸设如果气缸设如果气缸设有缓冲装置有缓冲装置有缓冲装置有缓冲装置，活塞运动进入缓冲行程，活塞运动进入缓冲行程时，排气通路受阻，排气腔压力瞬时时，排气通路受阻，排气腔压力瞬时增大，随后降到大气压，增大，随后降到大气压，可避免发

48、生可避免发生可避免发生可避免发生“ “撞缸撞缸撞缸撞缸” ”现象现象现象现象 二、气缸的工作特性及计算二、气缸的工作特性及计算 （一）气缸的压力特性（一）气缸的压力特性气缸的压力特性气缸的压力特性-指气缸内压力随时间变化的关系指气缸内压力随时间变化的关系 （二）气缸的速度（二）气缸的速度 普普通通气气缸缸的的速速度度范范围围为为50500mms，最最低低速速度度为为 5mms，高速达高速达17ms （三）气缸的理论输出力（三）气缸的理论输出力 ( (四）气缸的效率和负载率四）气缸的效率和负载率 效率取效率取07095=(气缸的实际负载气缸的实际负载F /气缸的理论输出力气缸的理论输出力F0 )

49、 100 例例3一一1 有一气缸推动工件在导轨上运动，已知工件等运动件的有一气缸推动工件在导轨上运动，已知工件等运动件的质量质量m=250kg，工件与导轨间的摩擦系数工件与导轨间的摩擦系数 f=025，气缸行程气缸行程300mm，动作时间动作时间1s，工作压力工作压力P=04MPa，试选定缸径试选定缸径D。 解解:=(气缸的实际负载气缸的实际负载F /气缸的理论输出力气缸的理论输出力F0 ) 100 1)求求气缸的实际负载气缸的实际负载F 2)求求气缸的平均速度气缸的平均速度3)3)查表选出负载率查表选出负载率4)求求气缸的理论输出力气缸的理论输出力F0 5)根据根据气缸的理论输出力气缸的理论

50、输出力F0 求缸求缸径径6)圆整圆整（四）气缸的耗气量（四）气缸的耗气量 气缸耗气量气缸耗气量-指气缸往复运动时所消耗的压缩空气量指气缸往复运动时所消耗的压缩空气量, 是选择空压机排量的重要依据。是选择空压机排量的重要依据。 1.最大耗气量最大耗气量qmax -活塞完成一次行程所需的耗气量活塞完成一次行程所需的耗气量 (Lmin )式中式中 D缸径，单位为缸径，单位为cm； s气缸行程，单位为气缸行程，单位为 cm； t气缸一次往复行程所需的时间气缸一次往复行程所需的时间,单位为单位为s； p工作压力，单位为工作压力，单位为MPa。 2平均耗气量平均耗气量 -是由气缸容积和气缸每分钟的往复次数是由气缸容积和气缸每分钟的往复次数算出的耗气量平均值算出的耗气量平均值 qmax=0047D2s (p+0.1)/0.1t q=000157ND2s (p+0.1)/0.1N气缸每分钟的往复次数气缸每分钟的往复次数