第五章液压与气压传动课件.ppt

1、液压与气压传动液压与气压传动第五章 液压传动执行元件5.2 5.2 各种类型液压缸及其特点各种类型液压缸及其特点5.3 5.3 液压缸的典型结构与组成液压缸的典型结构与组成5.4 5.4 液压缸设计计算液压缸设计计算5.5 5.5 液压马达液压马达液压缸的功能液压缸的功能 液压缸液压缸是液压传动系统中的是液压传动系统中的执行元件执行元件，它的，它的作用作用是将是将液压能液压能转换为转换为机械能，机械能，驱动工作机构作驱动工作机构作直线往直线往复运动复运动或或往复摆动往复摆动。输入液压缸的是液体的流量和。输入液压缸的是液体的流量和压力，输出的是直线运动速度和力。压力，输出的是直线运动速度和力。液

2、压缸种类繁多，分类方法各异。液压缸种类繁多，分类方法各异。液压缸按液压缸按不同的使用压力不同的使用压力，可分为，可分为 中低压中低压液压缸，额定压力为液压缸，额定压力为 2.52.56.3MPa6.3MPa；一般用于机床类机械一般用于机床类机械中高压中高压液压缸，其额定压力为液压缸，其额定压力为101016 16 MPaMPa ；一般用于建筑车辆和飞机上一般用于建筑车辆和飞机上高压高压液压缸，其额定压力为液压缸，其额定压力为252531.5 31.5 MPaMPa ；一般用于油压机一类机械一般用于油压机一类机械 中低压液压缸中低压液压缸中高压液压缸中高压液压缸高压液压缸高压液压缸 液压缸按其作

3、用方式分类，分为液压缸按其作用方式分类，分为单作用单作用式和式和双作双作用用式式两大类两大类。单作用单作用液压缸液压缸只能利用液体的推力推动活塞只能利用液体的推力推动活塞(柱塞柱塞)作单方向运动，返回需要依靠外力作单方向运动，返回需要依靠外力（弹簧力或者（弹簧力或者自重）实现。自重）实现。双作用双作用液压缸则可利用液压缸则可利用液体的推力液体的推力实现两个方向实现两个方向的运动。的运动。液压缸按结构型式不同分类液压缸按结构型式不同分类活塞式（应用最多）活塞式（应用最多）柱塞式柱塞式摆动式摆动式伸缩式伸缩式根据移动和摆动分类根据移动和摆动分类移动式液压缸移动式液压缸摆动式液压缸摆动式液压缸第五章

4、 液压传动执行元件5.1 5.1 液压缸的类型液压缸的类型5.3 5.3 液压缸的典型结构与组成液压缸的典型结构与组成5.4 5.4 液压缸设计计算液压缸设计计算5.5 5.5 液压马达液压马达 活塞式液压缸是液压传动中最常用的执行元件，可分为双杆式和单杆式两种结构，其安装又有缸筒固定和活塞杆固定两种方式。1 双杆活塞杆 双杆活塞缸的活塞两端都有活塞杆，图形符号如下所示：因为双杆活塞缸的两活塞杆直径相等，所以活塞两端的有效作用面积相同，当左右两端输入油液的流量q和压力p相同时，其往返运动速度v和推力F相等 其中：)2(42dDqAvqvv221212()()()4mmFA ppDdpp式中：A

5、 液压缸的有效工作面积；m 液压缸的机械效率；液压缸的容积效率；vD 活塞直径；d 活塞杆的直径；q 输入液压缸的流量；P1、p2 分别为进油腔、回油腔压力；压力油p1 流量为q 从a 口进入缸左腔，当液压油的作用力克服阻力后，活塞和与之相连的工作台一起从左向右运动，缸右腔的油液(p2)则从b 口流出，若改变进油方向，液压油从b口流入缸右腔，工作台的运动反向。p p1 1q qa ap p2 2b b液压缸体固定的工作原理图活塞杆固定的工作原理图4 4工作台工作台(不属于液压缸组成部分不属于液压缸组成部分)4 4v vF Fv vF Fqq1 1缸筒缸筒2 2活塞杆活塞杆3 3活塞活塞工作台的

6、最大活动范围是活塞有效行程L 的3 倍。缸体固定 压力p1 的液压油从孔口a 流入缸左腔，缸筒和工作台 从右向左运动，缸右腔的油液(p2)则从孔口b 流出，改变进油方向，液压油从b口流入缸右腔，缸体向右运动。活塞杆固定的工作原理图a ab bp p1 1q qp p2 2F FF Fqq缸筒缸筒活塞杆活塞杆活塞活塞工作台工作台工作台的工作台的最大活动范围最大活动范围是缸有效行程是缸有效行程L L 的的2 2 倍倍活塞杆固定 单杆活塞缸的活塞仅一端带有活塞杆，所以左右两腔的有效作用面积不相同，活塞双向运动可以获得不同的速度和输出力。单杆活塞缸有三种不同连接方式：无杆腔进油、有杆腔进油和差动连接方

7、式。压力油为p1进入无杆腔，推动活塞向右运动速度为v1，回油压力p2，则推力F1为：q1v1F压力油进入无杆腔DqAqvvv241122211 12 212()()4mmFpA pAD pDd p 压力油为p1进入有杆腔，推动活塞向左运动速度为v2，回油压力p2，则推力F2为：压力油进入有杆腔q2v2F2222()4vvqvqAdD2222122112()()4mmFp Ap ADdpD p 比较以上各式，可以看出：因为A1 A2，所以v1F2 液压缸往复速度比为：当活塞缸直径越小时，速度比越接近于1，在两个方向上的速度插值就越小。22111vdDvv 通常活塞杆直径d就是根据液压缸往复速度比

8、与活塞直径来确定。1vvdD 单杆活塞缸两腔同时进入压力油时，称为差动连接。差动连接qqqq3v3F 设活塞杆的伸出速度为v3，则有杆腔排出的流量为 ，该流量又流入无杆腔，故进入无杆腔的实际流量应为 所以活塞杆的运动速度v3和推力F3为：1323AvqAvqq23Avq dqAqAAqvvvv243213 23112131()4mmmFp AAp Apd 可见，差动连接时，实际起作用的有效面积是活塞杆的横截面积A3234dA 采用差动连接，可以在不增加液压泵容量和功率的条件下，来实现液压缸的快速运动。在组合机床的液压系统中，常利用单杆活塞缸的三种连接方式来获得“快进（差动连接），工进（无杆腔进

9、油方式），快退（有杆腔进油方式）”的工作循环。柱塞式液压缸为单作用缸，即工作时靠压力油推动，返回靠弹簧或自重完成。柱塞缸图形符号：单柱塞缸，单向液压驱动，回程靠单柱塞缸，单向液压驱动，回程靠外力。需双向运动时，常成对使用外力。需双向运动时，常成对使用双柱塞缸，双向液压驱动 柱塞缸.swf特点 柱塞工作时柱塞工作时总是受压总是受压，一般较粗；，一般较粗；水平放置易下垂，产生单边磨损，水平放置易下垂，产生单边磨损，故常故常垂直放置，垂直放置，有时可做成空心有时可做成空心；因缸体内壁与柱塞不接触，因缸体内壁与柱塞不接触，所以所以可不加工或只粗可不加工或只粗加工，工艺性好；加工，工艺性好；常用于常用于

10、长行程长行程机床，如机床，如导轨磨床，龙门刨床，大型导轨磨床，龙门刨床，大型拉床拉床等。等。伸缩式液压缸又称为多级液压缸，是由两个或多个活塞式液压缸套装而成。它的前一级活塞缸的活塞是后一级活塞缸的缸筒。伸出时(按活塞1、2的有效工作面积由大到小依次伸出)，可获得很长的工作行程，缩回时(按活塞有效工作面积由小到大依次缩回)长度则较短，故结构较紧凑。伸缩缸伸缩缸.swf 由于各级活塞的有效工作面积不同，在输入液压力和流量不变的情况下，液压缸的推力和速度是分级变化的：先动作的活塞速度低、推力大；后动作的推力小、速度高。伸缩式液压缸常用于工程机械(如翻斗汽车、起重机等)和农业机械上。翻斗车翻斗车.SW

11、F 摆动液压缸能输出往复摆动运动，并可直接输出转矩，故又称为摆动液压马达，主要有单叶片式和双叶片式两种结构。摆动式液压缸由缸筒、叶片轴、定位块和叶片组成，如图摆动马达（摆动缸）摆动马达（摆动缸）结构：叶片、缸体、输出轴结构：叶片、缸体、输出轴双叶片摆动双叶片摆动缸缸.avi单叶片摆动液压单叶片摆动液压马达图马达图.swf 单叶片摆动缸，其摆动角度可达300，双叶片摆缸其摆动角最大可达150。双叶片摆动缸输出转矩是单叶片的2倍，在同等条件下角速度则是单叶片的一半。图形符号为：)()(22122sradRRbvq2101212222112()()2()()()2MmmmRRP RpRR bpTbR

12、RppN m 对单叶片摆动缸,输出转矩TM和回转角速度分别为：式中：R1叶片轴半径；R2缸体内半径；b叶片宽 由活塞缸与齿轮齿条机构组成，其输出的转角可超过360。改变齿条活塞行程，可以改变输出转角。增压缸又称增压器，是由两个活塞缸组成的复合式液压缸。可以在不增加高压能源的情况下，获得比液压系统中能源压力高得多的油压力。连续增压连续增压.swf 上图是由活塞缸和柱塞组合而成的增压油缸，当输入活塞缸左腔的压力油为p p1 1，推动大小活塞则柱塞缸右腔输出的压力为p p2 211221212KppdDpAAp式中，K增压比，代表增压能力增压缸作为中间环节，不能直接作为执行元件，用在低压系统要求有局

13、部高压的支路。第五章 液压传动执行元件5.1 5.1 液压缸的类型液压缸的类型5.2 5.2 各种类型液压缸及其特点各种类型液压缸及其特点5.4 5.4 液压缸设计计算液压缸设计计算5.5 5.5 液压马达液压马达1 1 缸筒组件缸筒组件 包括缸筒、缸盖、缸底等零件包括缸筒、缸盖、缸底等零件2 2 活塞组件活塞组件 包括活塞与活塞杆等零件。包括活塞与活塞杆等零件。3 3 密封装置密封装置 防止液压系统油液的内外泄漏和外界杂质的侵入。防止液压系统油液的内外泄漏和外界杂质的侵入。4 4 缓冲装置缓冲装置 常在液压缸的两端设计缓冲装置，其缓冲原理是利常在液压缸的两端设计缓冲装置，其缓冲原理是利用油液

14、的节流原理来实现运动部件的制动用油液的节流原理来实现运动部件的制动5 5 排气装置排气装置 一是在液压缸的最高部位开排气孔；二是在缸盖的一是在液压缸的最高部位开排气孔；二是在缸盖的最高部位直接安装排气塞。最高部位直接安装排气塞。1.1.缸筒组件缸筒组件缸筒和缸盖主要是由钢缸筒和缸盖主要是由钢材制成，材制成，缸筒内要经过缸筒内要经过精细加工精细加工，表面粗糙度，表面粗糙度R RA A0.080.08UMUM。缸筒和缸盖的联接方式缸筒和缸盖的联接方式很多，常用的很多，常用的有有法兰、法兰、半环、螺纹、焊接半环、螺纹、焊接等连等连接接。图4-13 缸筒和端盖连接结构（d）（c）（a）（b）2 2.活

15、塞组件活塞组件 活塞的材料通常用钢活塞的材料通常用钢或铸铁，也可采用铝合金。或铸铁，也可采用铝合金。活塞和缸筒内壁间需要密活塞和缸筒内壁间需要密封，应有一定的导向长度，封，应有一定的导向长度，一般取一般取活塞长度为缸筒内活塞长度为缸筒内径的（径的（0.60.61.01.0）倍。）倍。活塞杆是由钢材做成活塞杆是由钢材做成实心杆或空心杆，表面经实心杆或空心杆，表面经淬火再镀铬处理并抛光。淬火再镀铬处理并抛光。活塞和活塞杆一般采活塞和活塞杆一般采用用螺纹、单半环、双半环螺纹、单半环、双半环和锥销式和锥销式连接。连接。4521341（d）322（a）13图 4-14 活 塞 和 活 塞 杆 连 接 的

16、 结 构（c）（b）3 3 缓冲缓冲装置装置 当液压缸所驱动的当液压缸所驱动的工作部件质量较大工作部件质量较大,移动速度较快移动速度较快时时,由于由于具有的动量大具有的动量大,致使在行程终了时致使在行程终了时,活塞与端盖活塞与端盖发生撞击发生撞击,造成液造成液压压冲击和噪声冲击和噪声,甚至严重影响工作精度和发生破坏性事故甚至严重影响工作精度和发生破坏性事故,因此在因此在大型、高速或要求较高的大型、高速或要求较高的液压缸中往往须设置有缓冲装置，液压缸中往往须设置有缓冲装置，如图：如图：环状间隙式、节流口可调式、节流口可变式环状间隙式、节流口可调式、节流口可变式。（b）图 4-15 液压缸的缓冲装

17、置（a）v2（c）114 4 排气装置排气装置 排气装置通常有两种：一种是在液压缸的排气装置通常有两种：一种是在液压缸的最高部位处开最高部位处开排气孔排气孔，并用管道连接排气阀进行排气，当系统工作时该阀，并用管道连接排气阀进行排气，当系统工作时该阀应关闭（图应关闭（图 A A）。另一种是在液压缸的。另一种是在液压缸的最高部位处装排气阀最高部位处装排气阀（图（图 B B、C C）（a）（c）（b）图 4-16 排气装置1-缸盖 2-放气小孔 3-缸筒 4-活塞杆12345 5 密封装置密封装置 作用：用来防止液压系统油液的内外泄漏和外界杂质的侵入。一般要求密封装置具有：a)良好的密封性 b)尽可

18、能长的使用寿命 c)制造简单、拆装方便 d)成本低第五章 液压传动执行元件5.1 5.1 液压缸的类型液压缸的类型5.2 5.2 各种类型液压缸及其特点各种类型液压缸及其特点5.3 5.3 液压缸的典型结构与组成液压缸的典型结构与组成5.5 5.5 液压马达液压马达主要设计内容与设计步骤对系统进行工况分析，编制负载图，选定工作压力，根据使用要求确定液压缸的类型和结构形式进行强度、稳定性和缓冲验算进行具体的结构设计按照负载情况、运动要求、最大行程以及工作压力等确定液压缸的主要尺寸对系统进行工况工况分析，编制负载分析，编制负载图，选定工作压图，选定工作压力力，根据使用要求确定液压缸的类型和结构形式

19、进行强度、稳定强度、稳定性和缓冲验算性和缓冲验算进行具体的结构结构设计设计按照负载情况、负载情况、运动要求、最运动要求、最大行程以及工大行程以及工作压力作压力等确定液压缸的主要尺寸液压缸设计中应注意的问题液压缸设计中应注意的问题尽量使活塞杆在受拉力受拉力状态状态下承受最大负载考虑终端的缓冲制动缓冲制动和液压缸的排排气问题气问题正确选择液压缸的安装安装固定方式固定方式各部分结构尽可能按照尽可能按照推荐推荐的结构形式和设计1 1 缸筒内径缸筒内径D D 可根据最大负载和选取的工作压力，或运动速度和最大负载和选取的工作压力，或运动速度和输入的流量输入的流量，按照有关公式确定后，再从GB/T2348-

20、2001标准中选取相近尺寸加以圆整。2 2 活塞杆直径活塞杆直径d d按下表进行选择，并按标准圆整 单活塞杆也可按照速度比速度比来确定活塞杆受活塞杆受力情况力情况受拉受拉受拉受拉工作压力p/MpaP55p7活塞杆直径dd=（0.3-0.5）Dd=（0.5-0.55）Dd=（0.6-0.7）Dd=0.73 3 缸筒长度缸筒长度L L 由最大工作行程及结构上的需要最大工作行程及结构上的需要确定。其中：活塞长度B=(0.61.0)D 活塞杆导向套长度A=(0.61.5)d 一般液压缸缸筒长度不应大于内径的不应大于内径的20-3020-30倍。当当 时为薄壁，按下式校核时为薄壁，按下式校核 10D2D

21、py式中，式中，缸筒壁厚缸筒壁厚 D D缸筒内径缸筒内径 缸筒试验压力缸筒试验压力 缸筒材料许用应力缸筒材料许用应力yp当当 时为厚壁，按下式校核时为厚壁，按下式校核 10D13.14.02yyppD确定 后，再圆整。2 2 活塞杆直径活塞杆直径d d按下式校核按下式校核 Fd4式中，F液压缸负载 活塞材料许用应力 3 3 液压缸盖固定螺栓直径液压缸盖固定螺栓直径dsds的校核的校核 zkFds2.5式中，F液压缸负载 z固定螺纹个数 k螺纹拧紧系数 螺纹材料许用应力 第五章 液压传动执行元件5.1 5.1 液压缸的类型液压缸的类型5.2 5.2 各种类型液压缸及其特点各种类型液压缸及其特点5

22、.3 5.3 液压缸的典型结构与组成液压缸的典型结构与组成5.4 5.4 液压缸设计计算液压缸设计计算 液压马达是将液压能转换为机械能的装置，可以实现连续地旋转运动。从原理上讲，马达和泵在工作原理上是互逆的。液压泵的旋转是由电机所带动，输出的是液压油；液压马达则是输入液压油，输出的是转矩和转速。高速马达高速马达（额定转速高于（额定转速高于500r/min500r/min）低速马达低速马达（额定转速低于（额定转速低于500r/min)500r/min)按排量转速按排量转速高低分为高低分为 高速液压马达的基本形式有高速液压马达的基本形式有齿轮式、螺杆式、齿轮式、螺杆式、叶片式和轴向柱塞式叶片式和轴

23、向柱塞式等。低速液压马达的基本等。低速液压马达的基本形式是形式是径向柱塞式径向柱塞式。高速液压马达的主要特点是：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。通常高速马达的输出转矩不大，仅几十Nm 到几百Nm，所以又称高速小扭矩液压马达。低速液压马达的主要特点：排量大、体积小、转速低，可低到每分钟几转，能直接与工作机构连接，不需减速装置，使传动机构大大简化。低速马达输出转矩较大，可达几千Nm到几万Nm，所以又称低速大扭矩马达。液压马达的图形符号 单向变量马达单向定量马达液压马达的图形符号双向定量马达双向变量马达 叶片马达的工作原理叶片马达的工作原理 叶片式液压马达图叶片式液

24、压马达图.swf 叶片马达一般是双作用式的定量马达，其最大特点是体积小，惯性小，动作灵敏，允许换向频率很高，甚至可在几毫秒内换向。其最大弱点是泄漏较大，机械特性较软，不能在低速下工作，调速范围不能很大。因此适用于低转矩、高转速以及动作要求灵敏的场合。轴向柱塞液压马达结构与轴向柱塞泵基本相同，斜盘和配油盘固定不动，缸体(转子)和马达轴用键相连，并一起转动。当压力油通过配油盘窗口输入到缸体柱塞孔中时，压力油对柱塞产生作用力，将柱塞顶出，紧紧顶在斜盘端面上，斜盘给每个柱塞的反作用力F是垂直于斜盘端面的，压力分解为轴向分力Fx 和径向分力Fy 。1 斜盘2 缸体3 柱塞4 配油盘5 马达轴轴向柱塞马达

25、的工作原理图 轴向分力Fx与柱塞上液压推力相平衡，而径向分力Fy与柱塞轴线垂直，且对缸体中心产生转矩，从而驱动马达轴旋转，输出转矩和转速。改变进油方向，可改变其转向；改变倾角(斜盘与转轴的夹角)就可以改变排量。设液压马达的柱塞直径和输入油压力分别为d，p，则轴向分力Fx 和径向分力Fy分别为pdFx24tan.4tan2pdFFxy 设柱塞分布圆半径为R，某一柱塞所在位置与缸体中性线夹角为 ，则该柱塞所产生的瞬时转矩Ti为sin.tan.4sin2RpdRFTyi 所以液压马达的理论瞬时总转矩应为所有与配油口相通的柱塞转矩Ti之和。1 1 液压马达的压力液压马达的压力（1）工作压力：马达实际工

26、作时的进口压力，实际工作压力的大小取决于相应的负载（输出轴上的负载转矩）（2）工作压差：进口压力与出口压力之差。（3）额定压力：按试验标准规定，能使马达连续正常运转的最高压力称额定压力。2 2 液压马达的排量与流量液压马达的排量与流量（1）排量Vm：马达的轴每转一周，由其密封容腔几何体积变化而吸入的液体体积。（2）理论流量qtm：在不考虑泄漏的前提下，在单位时间内由其密封容腔几何体积变化而吸入的液体体积。（3）实际流量q：实际运行时，马达入口处的流量。3 3 液压马达的转速与容积效率液压马达的转速与容积效率（1）理论输出转速nt：为马达的输入流量q与排量之比，即（2）容积效率 ：马达在工作时存

27、在泄漏，泄漏量为 ，马达的容积效率为理论流量与实际流量之比，即vmqqtmvmtmqqqmtVqn 4 4 液压马达的转矩与机械效率液压马达的转矩与机械效率（1）理论输出转矩Ti：不考虑损失时，马达轴理论上的输出转矩，即（2）机械效率 ：由于有机械摩擦，故存在转矩损失，所以机械效率为实际输出转矩与理论转矩之比，即mmtmmTT2pVTi 5 5 液压马达的功率与总效率液压马达的功率与总效率（1）理论功率Pt：忽略能量损失，马达输出功率等于输入功率，即（2）输入功率Pi：马达的输入为液压能，即pqPitmmttpqnTP2 5 5 液压马达的功率与总效率液压马达的功率与总效率（3）输出功率Po：

28、马达的输出为机械能，即（4）马达的总效率 ：马达的输出功率与输入功率之比，即vmmmiomqVnpVTpqTnPP.22TnPt2m例2、某液压马达排量为250 mL/r，入口压力为10MPa，出口压力为0.5 MPa，容积效率和机械效率均为0.9，若输入流量为100 L/min，试求(1)液压马达的实际输出转矩；(2)液压马达的实际输出转速。(1)液压马达实际输出转矩 T解mNT3402/9.01025010)5.010(66mmmmtpVTT2(2)液压马达实际输出转速 nmin/360250/9.0101003rn答：(1)液压马达的实际输出转矩为340N.m；(2)液压马达的实际输出转

29、速为360r/min。Vqnvm 例3、某液压马达的进油压力为10MPa，排量为 20010-3L/r，总效率为0.75，机械效率为0.9，试求 (1)该马达输出的理论转矩；(2)若马达的转速为500 r/min，则输入马达的 流量为多少?(3)若外负载为200 Nm（n=500r/min）时马达 的输入功率和输出功率各为多少?解:(1)该马达输出的理论转矩根据公式2pVTt由题意可知0出pPaMpp10mNpVTt3.3182101020010102336(2)n=500 r/min 时马达的理论流量 min/100500102003LVnqtm83.09.075.0mmmvmmin/120

30、83.0100Lqqvmtm即输入马达的流量为120L/min。(3)当压力为10 MPa时，它输出的实际转矩为mNTTmmt5.2869.03.318 当外负载为200 Nm，压力差(即马达进口压力)将下降，不是10MPa，而是PaMPaM98.6105.286200马达的输入功率为:pqpVnPvmiKWpqPMi1460/101201098.636马达的输出功率KWPPmio5.1075.014答：(1)该马达输出的理论转矩为318.3N.m；(2)若马达的转速为500 r/min，则输入马达 的流量为120L/min；(3)若外负载为200 Nm（n=500r/min）时马 达的输入功

31、率为14KW,输出功率为10.5KW。油缸油泵油马达，工作原理属一家：油缸油泵油马达，工作原理属一家：能量转换共同点，均靠容积来变化，能量转换共同点，均靠容积来变化，出油容积必缩小，进油容积则扩大。出油容积必缩小，进油容积则扩大。油泵输出压力油，出油当然是高压，油泵输出压力油，出油当然是高压，缸和马达与泵反，出油自然是低压。缸和马达与泵反，出油自然是低压。工作压差看负载，负载含义要记下：工作压差看负载，负载含义要记下：油泵不仅看外载，管路阻力也得加，油泵不仅看外载，管路阻力也得加，缸和马达带负载，压差只是克服它。缸和马达带负载，压差只是克服它。速度大小看流量，再看排量小与大，速度大小看流量，再看排量小与大，单位位移需油量，排量含义就是它。单位位移需油量，排量含义就是它。液压缸、液压泵、液压马达的共性液压缸、液压泵、液压马达的共性