《液压传动技术》课件第6章.ppt

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关键词：: 液压传动技术液压传动技术课件

资源描述：: 1、第 6 章辅助装置6.1 蓄能器蓄能器6.2 过滤器过滤器6.3 密封装置密封装置6.4 管路和管接头管路和管接头6.5 油箱和热交换器油箱和热交换器*6.6 其他辅助元件其他辅助元件习题与思考题习题与思考题第 6 章辅助装置第 6 章辅助装置6.1.1蓄能器的作用蓄能器的作用蓄能器是液压系统中的一种能量储存装置,其作用是将系统中的液体压力能储存起来,在需要时又重新释放。其主要作用如下所述。6.1蓄能器蓄能器第 6 章辅助装置1.辅助动力源辅助动力源工作时间较短的间歇工作系统或一个循环内速度差别很大的系统,在设置蓄能器后可减小液压泵的规格,增大执行元件的运动速度
2、,提高系统效率,减少油液发热,还可使整个液压系统尺寸小,重量轻,价格便宜。图6-1所示为一液压机的液压系统。当液压缸带动模具接近工件或加工结束上行时,泵和蓄能器同时供油,使液压缸的活塞以较快速度移动,从而减少辅助时间;而在模具接触工件和保压时,活塞运动速度减慢甚至不动,泵的部分油液进入蓄能器被储存起来,故而可选用较小流量规格的泵。第 6 章辅助装置图 6-1液压机的液压系统第 6 章辅助装置2.补充泄漏和保持恒压补充泄漏和保持恒压对于执行元件长时间不动而要求保持压力恒定的系统,可用蓄能器来补偿泄漏,从而使压力恒定。如图6-2所示的保压回路,在液压夹紧缸夹紧后,液压泵可停止供油,
3、当因泄漏等原因使压力降低时,由蓄能器放出少量油液来补充系统中的泄漏,从而保持系统的压力。图中的减压阀可使夹紧力保持稳定,单向阀用以防止油液反向流动。第 6 章辅助装置图 6-2蓄能器保压回路第 6 章辅助装置3.应急动力源应急动力源某些系统要求当液压泵发生故障或突然停电时,执行元件应继续完成必要的动作,这时就需要有适当容量的蓄能器作为应急动力源。图6-3所示为蓄能器作应急动力源的回路。正常工作时,二位二通液动阀接通,部分压力油进入蓄能器储存起来。当液压泵发生故障停止运转时,则依靠蓄能器提供压力油。例如液体静压轴承,如果液压泵突然停止供油,轴因惯性作用而继续旋转,很快就会发生“抱
4、轴”现象,所以,静压轴承的供油系统均设有蓄能器作应急动力源用。第 6 章辅助装置图 6-3蓄能器作应急动力源回路第 6 章辅助装置4.吸收液压冲击吸收液压冲击,缓和压力脉动缓和压力脉动由于换向阀突然换向、液压泵突然停车、执行元件突然停止等原因都会使管路内液体的流动发生急剧的变化,因而将产生液压冲击。虽然系统设有溢流阀或安全阀,但由于它们的时间常数较大,反应较慢,因而避免不了压力的急剧增高。这种液压冲击往往会引起系统中的仪表、元件和密封装置等发生故障甚至损坏,严重时还会使管道破裂；此外,亦可使系统产生强烈的振动。若在控制阀或液压缸等冲击源之前装设蓄能器,就可以吸收与缓和这种液压冲
5、击。第 6 章辅助装置图 6-4利用蓄能器输送异性液体原理图第 6 章辅助装置5.用蓄能器输送异性液体及有毒液体等用蓄能器输送异性液体及有毒液体等在某些装置中,压力仪表和调节装置不允许直接接触工作介质,以免腐蚀仪表,缩短寿命,产生事故。此时,可利用蓄能器内的隔离件将被输送的异性液体(如另一种液压油或甘油等)隔开,通过隔离体的往复运动将液压油的能量传递给异性液体以控制仪表等。图6-4 所示为利用蓄能器输送异性液体的原理图。两个蓄能器既是能量转换器又是二次回路的油箱,每个蓄能器各装有两个压力继电器,用来自动操纵两个换向阀换向。一个蓄能器用于在主系统液压泵向二次回路供压时排液,另一个
6、蓄能器则好像一个回油箱,异性液体被吸入其内。第 6 章辅助装置6.1.2蓄能器的种类蓄能器的种类1.重锤式蓄能器重锤式蓄能器重锤式蓄能器(如图6-5所示)是利用重物1的位能变化来蓄、放能量的。充压时,柱塞2带着重物一起上升;放压时则相反。这种蓄能器的压力取决于重物的重量和柱塞面积的大小,所以压力是恒定的。它能够提供大容量的、压力较高的液体，但是其体积大,运动部件惯量大,故反应不灵敏。它一般用于大型固定的液压系统。第 6 章辅助装置图 6-5重锤式蓄能器第 6 章辅助装置图 6-6弹簧式蓄能器第 6 章辅助装置2.弹簧式蓄能器弹簧式蓄能器弹簧式蓄能器(如图6-6所
7、示)是利用弹簧1的压缩变形来储存能量的。充压时,活塞2上移,压缩弹簧;放压时,弹簧推动活塞下移。这种蓄能器产生的压力取决于弹簧的刚度和压缩量。在蓄、放能量过程中,由于弹簧的压缩量发生着变化,因而压力是变化的,储存的油液越多,压力也就越高。这种蓄能器的反应较重锤式灵敏,但容量和压力都较小。此外,因弹簧易疲劳而丧失弹性,故不宜应用于循环频率较高的场合。它通常用于小容量、低压(p1.2 MPa)、低循环频率的系统中,如静压轴承的供油系统。第 6 章辅助装置3.气体加载式蓄能器气体加载式蓄能器气体加载式(又称充气式)蓄能器的工作原理是建立在波义耳定理(即pVn=c=常数)的基础上的。在使用时,
8、首先向蓄能器充以预定压力的气体(一般用氮气),然后在液压泵压力油的作用下,使油液经油孔进入蓄能器。当系统需要油液时,在气体压力作用下使油液排出;当系统排出多余的高压液体时,通过压缩其中的气体而储存于蓄能器中。气体加载式蓄能器又分为非隔离式和隔离式两种类型。第 6 章辅助装置1)非隔离式蓄能器非隔离式蓄能器(如图6-7所示)由一个封闭的壳体组成,壳体底部有液体口,顶部有充气阀。气体被封闭在壳体上部,液体处在壳体下部,气体直接与液体接触。这种蓄能器具有容量大,惯性小,反应灵敏,占地面积小,没有机械摩擦损失等优点。但存在气体易被油液吸收,而当系统压力达到下限时,所吸收的气体又被分离出来而混在
9、系统液体中,使系统工作不稳定,产生汽蚀使元件损害的缺点。另外,气体消耗较大,必须经常充气。为了防止气体混入管路,不能利用其全部容积，且只能垂直安装,以确保气体被封在壳体上部。若使用空气,易使油液氧化变质;若使用惰性气体,又将付出较大的费用。这种蓄能器适用于低压大流量回路。第 6 章辅助装置图 6-7非隔离式蓄能器第 6 章辅助装置图 6-8活塞式蓄能器第 6 章辅助装置2)隔离式蓄能器隔离式蓄能器又可分为非可挠型和可挠型两类。(1)非可挠型蓄能器。这里介绍非可挠型蓄能器常见的两种形式：活塞式蓄能器和差动活塞式蓄能器。活塞式蓄能器如图6-8所示。这种蓄能器主要由活塞1、
10、缸筒2及充气嘴3等组成。活塞将缸筒分成两个腔,上腔为气腔,下腔为液腔。使用时,首先由充气嘴向蓄能器充以预定压力的氮气,然后将压力油经管嘴接入液腔。当液体压力稍大于气体压力时,活塞上移,储存能量;当系统需要油液时,在气体压力作用下使油液排出。第 6 章辅助装置活塞式蓄能器的优点是构造简单,寿命长。但是,因为活塞有一定的惯性,其密封处又具有摩擦损失,所以活塞式蓄能器的灵敏性差,不适于作吸收脉动和液压冲击用。差动活塞式蓄能器如图6-9所示。差动活塞式蓄能器主要由一个直径较大的气缸装在一个直径较小的液压缸上面组成。小活塞7向上顶着空气活塞5,空气腔4上面有个接头连接供气管道或空气压缩机。差动活
11、塞式蓄能器可用于压力很高的液压系统。第 6 章辅助装置图 6-9差动活塞式蓄能器第 6 章辅助装置(2)可挠型蓄能器。这里介绍可挠型蓄能器常见的两种形式：气囊式和隔膜式蓄能器。气囊式蓄能器如图6-10所示。气囊式蓄能器的外壳为一均质的无缝壳体,充气阀1设在蓄能器的最上端,气囊3由合成橡胶制成,呈梨形。囊内通常充氮气,囊外为压力油。在蓄能器的下部有一受弹簧作用的提升阀4,其作用是防止油液全部排出时气囊膨胀出容器之外。第 6 章辅助装置图 6-10气囊式蓄能器第 6 章辅助装置隔膜式蓄能器如图6-13所示。隔膜式蓄能器用橡胶隔膜将气腔与液腔分开,其外形呈球形。因为
12、在内部压力相同时,同直径等壁厚球形壳体应力只等于筒形壳体应力的一半,所以其重量与容积比最小,且维护方便,但是它的容量较小。第 6 章辅助装置图 6-11具有折合形气囊的蓄能器第 6 章辅助装置图 6-12具有波纹形气囊的蓄能器第 6 章辅助装置图 6-13隔膜式蓄能器第 6 章辅助装置各种蓄能器的图形符号如图6-14所示。图 6-14蓄能器的图形符号第 6 章辅助装置6.1.3蓄能器的安装和使用蓄能器的安装和使用蓄能器在安装和使用时应注意以下几个问题:(1)蓄能器一般应垂直安装,油口向下。特别是气囊式蓄能器,因为倾斜或水平安装时气囊会受浮力而与壳体单边
13、接触,这将妨碍其正常伸缩且会加快其损坏。(2)吸收压力冲击或压力脉动的蓄能器应尽量装在振源附近。(3)装在液压系统中的蓄能器受到一个液压力的作用,其大小等于进油口面积与液体压力的乘积,方向指向进油口,因此必须用支持板或支持架将蓄能器固定住。第 6 章辅助装置(4)蓄能器与液压泵之间应安装单向阀，以防止液压泵停车时蓄能器内储存的压力油倒流。蓄能器与管路之间最好安装一只截止阀,供充气、检修时使用。当系统压力低于蓄能器的充气压力时,一般应将截止阀关闭。另外,截止阀还可以用于控制蓄能器的输出流量(见图6-15)。(5)蓄能器属于压力容器,使用时必须注意安全,搬运和装拆时应将压缩气体排掉。第 6
14、章辅助装置图 6-15蓄能器在系统中的安装第 6 章辅助装置6.2过滤器过滤器6.2.1过滤器的作用过滤器的作用过滤器的作用是清除油液中的杂质。液压传动系统中的液压油除传递动力外,还对液压元件中的运动件起润滑作用。而液压油不可避免地含有各种杂质,其主要来源有:虽经清洗但仍然残留在液压系统中的机械杂质,如水锈、铸砂、焊渣、铁屑、油漆皮和棉纱屑等;从外部进入液压系统的杂质,如经加油口、防尘圈等处进入的灰尘;工作过程中产生的杂质,如密封件受液压作用而形成的碎片,运动件相对磨损产生的金属粉末,油液因氧化变质而产生的胶质、沥青质及碳渣等。第 6 章辅助装置这些杂质是造成液压元件
15、故障的重要原因,可使液压元件内的运动件和密封件产生磨损、划伤、卡住以及小孔堵塞等,从而增大了内部泄漏,降低了效率,增加了发热,加剧了油液的化学作用,使油液变质。根据生产实际统计,液压系统的故障中有75%以上是由于液压油中混入杂质所造成的。因此，保持油液的清洁,防止油液的污染,对液压系统来说是十分重要的。清除混入液压油中杂质的最有效办法除利用油箱沉淀一部分颗粒外,主要是利用各种过滤器来滤除。因此,过滤器作为液压系统中必不可少的辅助元件,具有十分重要的地位。第 6 章辅助装置6.2.2过滤器的种类过滤器的种类1.网式过滤器网式过滤器网式过滤器的结构如图6-16所示。它由一层或两层钢丝网包围
16、着四周开有很大窗口的金属或塑料圆形骨架做成。当油液由外向里通过滤网时,杂质即被挡在滤网的外表面。滤网的疏密程度常用“目”来表示。所谓“目”是指1英寸长度内的网眼数。图示滤油网为36目。第 6 章辅助装置图 6-16网式过滤器第 6 章辅助装置网式过滤器结构简单,压力损失小,多在泵的吸油管路上作粗滤用,以滤除混入油液中较大颗粒的杂质(杂质的直径为0.130.4 mm),保护液压泵免遭损害。安装网式过滤器时,油管的吸油口不宜与网底靠得太近,一般吸油口距离网底要有2/3的网高距离,否则会使吸油不畅。如果网式过滤器的目数很大,网式过滤性能较高时,也可将其装在压力管路上及重要元件之前。第
17、 6 章辅助装置2.线隙式过滤器线隙式过滤器线隙式过滤器起过滤作用的部分是由特殊形状的铜线或铝线绕在筒形芯架的外部制成的,利用线间的缝隙过滤油液。图6-17所示是一种用在吸油管路上的线隙式过滤器。特形线4依次排列绕在筒形芯架3的外部,芯架上有许多纵向槽a和径向槽b,油液从特形线4的缝隙中进入槽a,再经孔b进入过滤器内部,然后从端盖1中间的孔进入泵的吸油管。吸油管用螺纹与端盖1相连,整个过滤器沉在油箱内。第 6 章辅助装置图 6-17线隙式过滤器第 6 章辅助装置图 6-18线隙的形成第 6 章辅助装置线隙的形成可以参看图6-18,原来是圆形断面的铝线或铜线经专用
18、的碾压机加工后碾成接近矩形的截面,并且每隔一定长度单边有一个小凸起a(图6-18(a)。当把它依次绕在筒形芯架上时,小凸起a就使各线间形成了缝隙(图618(b)。图6-19所示为带有壳体的线隙式过滤器,可用在压力管路上。油液由端盖上的a孔流入,经过缝隙进入滤芯的内部,再从孔b流出。第 6 章辅助装置图 6-19线隙式滤油器第 6 章辅助装置3.金属烧结式过滤器金属烧结式过滤器这种过滤器起过滤作用的部分一般由青铜球压制后烧结而成,利用铜颗粒之间所形成的曲折通道来滤去油液中的杂质，如图6-20所示。选择不同直径的颗粒就能得到不同程度的过滤性能。滤芯的形状可以做成杯状、管状、碟状等多
19、种形式，也有用陶瓷小球来做滤芯的。图6-21所示为金属烧结式过滤器的一种形式,油液从左侧孔进入,经滤芯后,从下部的油孔流出。第 6 章辅助装置图 6-20缝隙的形成原理第 6 章辅助装置图 6-21金属烧结式滤油器第 6 章辅助装置4.纸质过滤器纸质过滤器图6-22所示为纸质过滤器的滤芯图,它常由厚0.350.7 m的平纹或皱纹的微孔滤纸制成,油液经过滤芯时,通过微孔滤去混入的杂质。为了增加滤芯的过滤面积,常将滤纸1折叠成W形,然后将它包在带孔镀锡铁皮做成的骨架2上,用来增加强度,以避免纸芯被压力油压破。第 6 章辅助装置图 6-22滤油器纸芯第 6 章辅
20、助装置图6-23所示为一种纸质过滤器的结构图。其滤芯分为三层:外层采用粗眼钢板网;中层为W形折叠式滤纸;里层由金属网与滤纸折叠在一起。滤芯的中心还装有支承弹簧5,进一步增加了强度。纸质过滤器过滤精度高,价格便宜,但易堵塞,且无法清洗,需要经常更换滤芯。它一般用作油液的精密过滤。第 6 章辅助装置图 6-23纸质过滤器第 6 章辅助装置5.磁性过滤器磁性过滤器磁性过滤器利用磁铁吸附油液中的铁质微粒。但是，一般结构的磁性过滤器对铁质以外的污物不起作用,所以常把它用作复式过滤器的一部分。图6-24所示为适用于回油路上的纸质磁性过滤器。中央拉杆8上装有许多磁环和尼龙隔套7组成的磁性
21、滤芯。内筒5和外筒3以及粘接于其间的W形滤纸组成纸质滤芯。内、外筒由薄钢板卷成,板上冲有许多通油圆孔。需过滤的液压油先经磁性滤芯滤去铁质微粒,然后由里向外经纸质滤芯滤除其它污染物。这种过滤器常用于对铁质颗粒要求去除干净的系统中。第 6 章辅助装置图 6-24纸质磁性过滤器第 6 章辅助装置图 6-25过滤器的图形符号(a)过滤器（一般符号）;（b）磁性过滤器;（c）污染指示过滤器第 6 章辅助装置6.2.3过滤器的性能过滤器的性能1.过滤精度过滤精度过滤器的过滤精度是指油液通过过滤器时滤芯能够滤除的最小杂质颗粒度的大小,以其直径的公称尺寸(以mm为单位)来表示。显然
22、,颗粒度越小,过滤器的过滤精度越高。一般将过滤器分为四类:粗过滤器(d0.1 mm),普通过滤器(d0.01 mm),精过滤器(d0.005 mm),特精过滤器(d0.001 mm)。不同的液压系统对过滤器过滤精度的要求如表6-1所示。第 6 章辅助装置第 6 章辅助装置2.过滤效率过滤效率过滤器对某一尺寸的颗粒(杂质)的过滤效率定义为式中:n1、n2过滤前、后在过滤器中所含杂质的某一尺寸颗粒的数目。在使用过程中,随着杂质在过滤器上的沉积,过滤器对某一尺寸颗粒的过滤效率将逐渐提高。因此,过滤器的过滤效率是指新的过滤器而言。%nnn100221(6-1)第 6 章辅助装置
23、3.通油能力通油能力过滤器的通油能力是指在一定油温和压差下油液流过过滤器的流量的大小。当滤芯总的有效过滤面积为A时,过滤器的通油能力q为/s)(m2pAkq(6-2)式中:A滤芯总的有效面积(m2);p滤芯前后的压力差(Pa);油液的动力粘度(Pas);k通油能力系数。不同材料,其k值也不同,如:第 6 章辅助装置细密金属网:k=0.83510-8(m3/m2)工业滤纸:k=0.75210-7(m3/m2)软密纯毛毡:k=0.2510-8(m3/m2)棉布:k=0.110-8(m3/m2)不同规格的过滤器其通油能力不同,可以根据样本进行选择。如需自制,在已知通过过滤器的流量q、过滤器前
24、后的压力差p和油液的动力粘度时,则可按式(6-2)计算出过滤器需要的通油面积A,其值为)(m 2pkqA(6-3)第 6 章辅助装置4.最大允许压力降最大允许压力降由于过滤器是利用滤芯上的无数小孔和微小间隙来滤除混入液压油中的杂质的,因此液流经过滤芯时必然有压力降产生。此外,壳体的流道也会产生压力降。压力降的大小与油液的流量和粘度及混入油液的杂质数量有关。当过滤器使用一段时间后,被过滤器阻挡的杂质将逐渐堵塞滤芯,从而使过滤器的前后压力差(滤芯的压力降)增大。为此,对过滤器都有一个最大允许压力降的限制值,以保护滤芯不受破坏或系统的压力损失不致于过高。第 6 章辅助装置5.纳垢容量
25、纳垢容量随着积聚在滤芯上的杂质逐渐增多,过滤器前后的压力降也将逐渐升高。当压力降达到规定的最大值时,积聚在过滤器中的杂质重量的最大值称为纳垢(杂质)容量。纳垢容量是决定过滤器在系统中的工作寿命的因素,是确定过滤器保养期的客观依据。第 6 章辅助装置图 6-26过滤器安装在吸油管路上第 6 章辅助装置6.2.4过滤器在液压系统中的安装过滤器在液压系统中的安装过滤器在液压系统中的安装位置主要有以下几种方式:(1)安装在泵的吸油管路上,如图6-26所示。在泵的吸油管路上安装过滤器主要是为了保护液压泵,当然也可使整个液压系统得到保护,应用比较广泛。这种过滤器一般都采用网式或线隙式结构
26、,如图6-16和6-17所示。因为是直接浸入油液之内的,所以过滤器没有外壳。为了不影响液压泵的吸油,要求该过滤器有足够大的通油能力(一般为液压泵流量的两倍),压力损失要很小(不超过0.010.02 MPa)。过滤器应经常清洗,以免过多地增加液压泵的吸油阻力。第 6 章辅助装置(2)安装在压油管路上,如图6-27所示。在压油管路上安装普通或精密过滤器,可用来保护除液压泵以外的其它液压元件。需要注意的是,过滤器应安装在溢流阀或安全阀之后,这样可以避免因过滤器堵塞而使液压泵过载损坏。另外,要求过滤器具有足够的强度,以承受系统的工作压力及冲击压力。其最大压降不能超过0.35 MPa。此外,在一
27、些重要的精密元件(如伺服阀、微量节流阀)之前,通常还装有专用的精密过滤器,以保证这些元件正常工作。第 6 章辅助装置图 6-27过滤器安装在压油管路上第 6 章辅助装置(3)安装在回油管路上，如图6-28所示。安装在回油管路上的过滤器可以保证流回油箱的油液是清洁的,它既不会在主油路上造成压力降,又不承受系统的工作压力。因此，这种过滤器的强度可以低一些,体积和重量也可小一些。第 6 章辅助装置图 6-28过滤器安装在回油路上第 6 章辅助装置(4)单独的过滤系统如图6-29所示。在一些大型的液压系统中,主油路之外常采用一个低压小流量泵和过滤器以组成一个单独的过滤系
28、统。这种方法对经常滤除油液中的全部杂质很有利,但需要增加一套专用的设备。由于过滤器需要经常观察、定期清洗,因此必须安装在比较容易装拆的地方。此外,由于过滤器只能单方向使用,因此过滤器不能安装在液流方向改变的油路上。如果需要这样设置时,应如图6-30所示那样适当加设过滤器和单向阀,其中图(a)为用两只过滤器,图(b)为用一只过滤器的桥式回路。第 6 章辅助装置图 6-29单独的过滤系统第 6 章辅助装置图 6-30过滤器与单向阀组合第 6 章辅助装置6.2.5过滤器的维护与保护发信装置过滤器的维护与保护发信装置图6-31所示为过滤器并联顺序阀的原理图,当过滤器堵塞到一定程
29、度时,过滤器前后的压力差即达到一定值,于是顺序阀打开。这一方面可以防止滤芯遭到破坏,另一方面可以保证油液继续流动。其结构上通常是用在过滤器的盖子上设置球形或锥形阀来实现的。第 6 章辅助装置图 6-31过滤器并联顺序阀的原理图第 6 章辅助装置图6-32所示为用于压油管路上的过滤器堵塞状态发信装置的工作原理图。过滤器两端的压力差p1-p2作用在活塞1上,产生的液压力与弹簧2的弹力相平衡。当过滤器堵塞到一定程度,压力差达到一定值时,液压力即可克服弹簧力使活塞1移动,通过杠杆3压下微动开关4,报警器5即发出报警信号,以便对过滤器及时进行清洗。第 6 章辅助装置图 6-32堵
30、塞状态发信装置的原理图第 6 章辅助装置6.3密密封封装装置置6.3.1密封装置的作用与要求密封装置的作用与要求所谓密封就是在两个相互接触的零件表面的间隙中阻挡液体通过,它是解决液压系统泄漏问题最重要、最有效的手段。液压系统如果密封不良,则有可能产生诸多不利后果：出现不允许的外泄漏,外漏的油液将弄脏设备、污染环境;使空气进入吸油腔,影响液压泵或执行元件的工作性能;使液压元件的内泄漏过大,导致液压系统的容积效率过低,甚至工作压力达不到要求值。第 6 章辅助装置液压系统如果密封过度,虽可防止泄漏,但会造成密封部分的剧烈磨损,缩短密封件的使用寿命;同时，将会增大液压元件内的运动
31、摩擦阻力,从而降低系统的机械效率。实际使用表明:在许多情况下,液压系统的损坏或故障首先是从密封处的泄漏开始的。因此,对密封装置有如下主要要求:(1)在一定压力、温度及振动的工作范围内,具有良好的密封性;(2)具有合适的密封松紧度;(3)耐磨寿命长,结构简单,维修方便,成本较低;(4)耐油抗腐蚀,橡胶密封件应不易老化。第 6 章辅助装置6.3.2密封的种类和特点密封的种类和特点密封的方法和形式很多,根据密封原理可分为非接触式密封和接触式密封两大类,前者主要指间隙密封,后者则指密封件密封；根据被密封零件之间是否有相对运动可分为固定式密封和活动式密封两种。第 6 章辅助装置1.间隙密
32、封间隙密封间隙密封属于非接触式密封,它是利用运动件之间的微小间隙,使其产生液体摩擦阻力来防止泄漏的一种密封方法。由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方法来减小泄漏。一般间隙为0.010.05mm,这就要求配合面加工有很高的精度。有时还在配合表面上开环形槽,常取槽宽为0.30.5 mm,槽深为0.51 mm,槽距为34 mm,称为平衡槽(见图6-33)。其作用如下:第 6 章辅助装置图 6-33间隙密封第 6 章辅助装置(1)由于运动件的几何形状与同轴度误差,使油液在工作中形成一个径向不平衡力,从而使得摩擦力增大。开平衡槽后,间隙的差别减小,各向
33、油压趋于平衡,使运动件自动对中心,减小了摩擦力。(2)增大了油液泄漏的阻力,减小了偏心量,提高了密封性能。(3)储存油液,使运动件能自动润滑。间隙密封结构简单,摩擦力小,使用寿命长。但是,泄漏量却随着压力差的升高而增加,而且磨损后又不能自动补偿。间隙密封通常只适用于直径较小的场合，如柱塞泵中柱塞与柱塞孔之间的密封,各种控制阀的阀芯与阀套或阀体之间的密封,低压、小直径快速缸的密封等。第 6 章辅助装置2.密封件密封密封件密封密封件密封属于接触式密封,它是利用密封件装配时的预压缩力和工作时的油液压力的作用产生弹性变形,通过弹性力紧压密封表面而实现接触密封。密封能力随压力的升高而提高,在磨损
34、后具有一定的补偿能力。密封件形式很多,下面分别予以介绍。1)O型密封圈O型密封圈是一种使用最广泛的密封件,其断面形状为圆形,如图6-34所示。第 6 章辅助装置图 6-34O型密封圈第 6 章辅助装置它的主要结构参数为密封圈的断面直径d0,密封圈的内径d。它可以用于图6-35中的A处做固定密封,也可以用于图6-35中的B、C处做活动密封。其中B 处是以圆的直径作为相对滑动面,称内径密封;C处是以圆的外径作为相对滑动面,称外径密封。也有用它作为端面密封的,如图6-36所示。第 6 章辅助装置图 6-35O型密封示意图第 6 章辅助装置图 6-36O型密封圈用于端
35、面密封第 6 章辅助装置为了进一步弄清密封圈的密封作用,必须了解密封圈在装配过程中的变形情况,现以图6-35中的C处结构为例加以说明。在装配过程中,首先将密封圈的内径扩大,套入活塞的沟槽中,然后将活塞装入缸体孔内。在此过程中,密封圈发生了两种性质不同的变形,即首先是拉伸变形,然后是压缩变形。当O型密封圈套入活塞的沟槽中时,为了保证密封性,必须使圈紧紧地抱住沟槽内径,即沟槽的内径d应该大于密封圈的内径d,此时密封圈因扩大而受到拉伸作用(图6-37(b)。其拉伸率可由下式计算:00dddd(6-4)第 6 章辅助装置图637 O型密封圈的变形过程第 6 章辅助装置对于固定密
36、封,取1.031.04;对于活动密封,因摩擦阻力随拉伸率的增加而增大,故取1.02。若将拉伸后的O形圈断面仍看成圆形的,则其断面直径dc可由下式求出:3500.kddcc(6-5)式中:kc为一经验数值,它取决于密封圈的材料。例如:丁腈-18的kc为1.25;丁腈-26的kc为1.35;丁腈-40的kc为1.45等。第 6 章辅助装置此时,密封圈的外径D=d+2dc。若将装有O型圈的活塞装入缸筒内时,为了保证密封,必须使缸筒的内径D0小于第一次变形后的O型圈的外径D。此时,密封圈因外径缩小而受到压缩作用(见图6-37(c),其压缩率可按下式计算:ccdHd(6-5)式中:。20dDH第
37、 6 章辅助装置对于固定密封,取15%25%;对于活动密封,也由于摩擦力的原因,一般取12%17%。当元件通入较低的压力油时,O型圈的自身弹性变形即可形成密封。图6-38(a)所示为此时密封圈的接触压力分布图。第 6 章辅助装置图 6-38O型密封圈的工作原理第 6 章辅助装置当油液压力较高时,密封圈被挤在槽的一侧,变成图6-38(b)所示形状。这时密封面的接触压力除上述自身弹性变形所形成的接触压力外,还要加上由于油液压力的作用而产生的接触压力,这样就大大地提高了密封效果。当压力超过一定限度时,密封圈容易在高压油作用下嵌入间隙内而损坏(图6-38(c)。这时,要在O型密
38、封圈的侧面安放厚度为1.21.5 mm的挡圈,挡圈一般用聚四氟乙烯制成。单向受力时,在密封圈受压力的另一侧安放一个挡圈,如图6-39(a)所示;双向受力时，则在密封圈的两侧各安放一个挡圈,如图6-39(b)所示。第 6 章辅助装置图 6-39O型密封圈加用挡圈第 6 章辅助装置2)Y型密封圈Y型密封圈一般也用耐油橡胶制成,它的断面形状呈Y型。其主要尺寸如图6-40所示,图中，尺寸D和d是Y型密封圈的公称外径和内径,图示为自由状态,两唇向内外侧张开。Y型密封圈安装后两唇收拢,预压缩变形使唇边与密封面紧贴,如图6-41所示。第 6 章辅助装置图 6-40Y型密封圈第 6 章
39、辅助装置图 6-41Y型密封圈安装图第 6 章辅助装置通低压油时,唇边靠自身的预压缩变形来保证密封。当油液压力升高时,压力油作用在唇边上,使唇边与被密封表面贴得更紧,从而提高了密封能力。装配时一定要注意，唇边必须面对有压力的油腔。由于一个Y型密封圈只能对一个方向的高压液体起密封作用,因此当两个方向交替出现高压时,应安装两个Y型密封圈,它们的唇边分别对着各自的高压油。第 6 章辅助装置Y型密封圈一般用于往复运动密封,如液压缸的活塞与缸筒之间、活塞杆与端盖之间的密封等,工作压力可达21 MPa。Y型密封圈也已具有标准,其安装沟槽的形状、尺寸及加工精度也可从手册中查得。Y
40、型密封圈摩擦力小,安装方便,应用也比较广泛。图6-42所示为由Y型密封圈改进设计而成,断面高宽比等于或大于2的Yx型密封圈的安装图。由于增大了断面的高宽比,因而增大了支承面积,其密封原理与Y型密封圈相似。根据轴用与孔用的不同,其内、外唇边做成不等高的形式,因而可以防止运动件切伤密封唇边。第 6 章辅助装置图 6-42Yx型密封圈的安装情况(a)轴用；(b)孔用第 6 章辅助装置3)V型密封圈V型密封圈如图6-43(a)所示,它是由多层涂胶织物压制而成的,断面形状呈V型。这种密封圈由支承环1、密封环2、压紧环3等三件组合而使用。当压紧环压紧密封环时,支承环使密封环产生变形而起密封
41、作用。V型密封圈耐高压,一般当压力小于10 MPa时,使用一组密封圈已足够保证密封性。第 6 章辅助装置合理地选择密封圈和增加密封环数量,可以使最高压力达到100140 MPa。安装V型密封圈时也和Y型密封圈一样,其安装方向应使压力油能帮助密封圈的唇边张开。密封环的预压紧力可以通过旋紧压紧螺钉予以调节(如图6-43(b)所示),但不宜压得过紧,以免摩擦力过大。它可以用来密封活塞和活塞杆,但较适用于活塞杆密封。其结构尺寸也可由手册中查到。第 6 章辅助装置图 6-43V型密封圈的结构及安装图第 6 章辅助装置4)油封用于防止旋转轴处润滑油外漏的密封件,称为油封。它既可对内
42、封油，又可对外防尘。油封一般由耐油橡胶制成,断面形状有J型、U型等。图6-44(a)所示为J型有骨架式橡胶油封的结构图。橡胶皮碗的唇边与轴接触,为了增强刚性,其内部设有钢制骨架,唇边外侧有一条螺旋弹簧(称皮碗弹簧,见图6-44(b)。缠绕时,圈与圈相互靠紧,左端一般为锥形。装配时,将锥端拧入另一端的孔中,即形成皮碗弹簧,然后套在唇边的外侧,组成皮碗组件。第 6 章辅助装置图 6-44油封及皮碗弹簧第 6 章辅助装置油封在自由状态下其内径小于轴的外径,装上后对轴有一定的压紧力。装有弹簧的油封,压紧力将进一步增大。安装时,油封的唇边应在油压作用下贴紧在轴上,不能装反。油封一般用于旋
43、转轴的线速度不大于12 m/s、压力不大于0.1 MPa的场合。实际使用中除了以上介绍的密封件以外,还有U型、L型等多种形式。近年来,还出现了组合式密封圈、金属密封圈等供选用。第 6 章辅助装置6.3.3密封的摩擦阻力计算密封的摩擦阻力计算无论哪种密封形式,被密封面处都会发生摩擦,因此必然存在摩擦力。要比较准确地确定液压缸的推力、液压马达的转矩及推动阀芯的力时,往往需要考虑摩擦力的大小。一般来说,摩擦力随工作压力、压缩量、胶料硬度、接触面积的增大而增加,随表面粗糙度的变小、运动速度和温度的提高而减小。由于影响因素复杂,因此目前只能靠实测或实验来获得摩擦力值。第 6 章辅助装置1
44、.间隙密封的摩擦力间隙密封的摩擦力间隙密封的摩擦力的计算公式如下：(N)fkdlpF(6-7)式中:f摩擦系数,取f=0.05;k由制造精度决定的系数,一般k=0.150.3,d和l小时取大值;d密封处的直径(m);l密封长度(m);p密封处的工作压力(Pa)。第 6 章辅助装置 2.往复运动往复运动O型密封圈的摩擦力型密封圈的摩擦力影响O型密封圈摩擦力的因素很多,粗略计算时可用下列公式估算。当为外径密封时，(N)(422BdDDAF(6-8)当为内径密封时,(N)(422BdDdAF(6-9)第 6 章辅助装置式中:D、dO型密封圈的公称外径和内径(m);D、dO型密封圈沟槽
45、的外径和内径(m);A系数,根据O型密封圈的压缩率由图6-45(a)查取;B系数,根据工作压力由图6-45(b)查取。第 6 章辅助装置图 6-45O型密封圈摩擦力计算系数第 6 章辅助装置在往复运动中,用O型密封圈时的摩擦阻力较小,但启动摩擦阻力较大,均为动摩擦阻力的34倍。其主要原因是，由于O型密封圈处于相当大的压缩状态使密封材料嵌入接触面的凹处,在接触面处产生轻度的物理和化学融和,从而造成启动阻力增大。为了减小摩擦力,我国近年来采用了在O型密封圈的滑动表面处粘贴聚四氟乙烯薄膜的新技术(也称组合密封装置),实践已经证明,这是降低启动摩擦力的有效手段之一。第 6 章辅助
46、装置3.Y型和型和V型密封圈的摩擦力型密封圈的摩擦力Y型和V型密封圈的摩擦力一般用下式计算:(N)1pdhfkF(6-10)式中:f摩擦系数,Y型橡胶圈的f=0.01,V型夹物橡胶圈的f=0.10.13;k系数,Y型时k=1,V型时k=1.59;d密封相对运动处的直径(m);h1密封有效宽度(m);p密封处的工作压力(Pa)。第 6 章辅助装置6.4管路和管接头管路和管接头6.4.1管路的种类及应用场合管路的种类及应用场合液压系统中常用的油管有钢管、铜管和耐油橡胶管等,有时也用塑料管、尼龙管和铝管。可根据用途与压力来选择不同材料的油管,参考表6-2。第 6 章辅助装置第 6
47、章辅助装置根据功用不同,又可将油管分成工作管路、控制管路和泄漏管路。其符号如图6-46(a)所示,其中,工作管路为实线,控制管路和泄漏管路为虚线。连接管路如图6-46(b)所示;交叉管路如图6-46(c)所示;软管连接用一段圆弧线,如图6-46(d)所示。第 6 章辅助装置图 6-46油管符号图第 6 章辅助装置6.4.2管路的尺寸管路的尺寸1.管路的内径管路的内径管路的内径大小取决于管路的种类及管内油液的流速。在流量一定的情况下,内径小则流速高、压力损失大,而且可能产生振动和噪声;内径大时虽然可避免上述缺点,但会使液压装置结构庞大,且难于弯曲和安装。因此,要合理选择
48、内径,一般可由下式确定：vqd4(6-11)第 6 章辅助装置式中:d油管的内径(m);q通过油管的流量(m3/s);v油液在管路内的允许流速(m/s)。对于吸油管路,v=0.51.5 m/s;对于回油管路,v1.52.5 m/s;对于压油管路,当p14 MPa时,v5 m/s;对于工程机械和行走机械,当p21 MPa时,v=56 m/s。第 6 章辅助装置2.管壁厚度的确定管壁厚度的确定按式(6-11)计算出油管内径后,对于橡胶软管,需由工作压力和内径依标准来选择合适的钢丝层数,一般不计算壁厚；对于金属管,若是中低压系统,一般只按标准规格选取即可；若是高压系统,则要进行管壁的
49、强度核算,通常按薄壁筒公式计算壁厚,即(m)2pd(6-12)式中:p油管内油液的最大工作压力(Pa);d油管的内径(m);油管材料的许用拉伸应力(Pa)对于钢管,第 6 章辅助装置则有 nb(6-13)式中:b抗拉强度(Pa);n安全系数,p7 MPa时,n=8;p17.5 MPa时,n=4。对于紫钢管,可取b25 MPa。第 6 章辅助装置6.4.3管接头管接头液压系统中元件和管路间都用管接头相互连接,用量很大。管接头的形式和质量直接影响系统的安装质量、油路阻力和连接强度。管接头的形式很多,按接头的通路方式可分为直通、直角、三通和四通等;按管路和管接头的连接方式可分为焊接式
50、、卡套式、扩口式和扣压式等;按接头和连接体的连接形式可分为螺纹连接和法兰连接等。机床液压系统中的管接头一般都采用螺纹与连接体连接。若采用英制圆锥螺纹连接，则须加密封涂料;若采用普通细牙螺纹连接,则须加密封垫圈。表6-3列出了液压系统中常用管接头的形式及其特点,供选用时参考。第 6 章辅助装置第 6 章辅助装置某些管接头的符号如图6-47所示。其中,图(a)为带两个单向元件的快速接头组的图形符号;图(b)为有一条回转接头的图形符号。图 6-47管接头的图形符号第 6 章辅助装置6.4.4管路的安装管路的安装管路安装不合理时,不仅会给安装和检修带来麻烦,而且会造成过大的压力

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