液压与气液传动教案任务三-液压执行元件的选用

液压与气动控制1任务三液压执行元件的选用课程名称液压与气动控制班级学习任务液压执行元件的选用计划学时4教学目标知识目标能力目标素质目标液压缸的分类、工作原理、性能特点及各部分结构关系1.能进行常见液压缸的拆装；2.能进行液压缸常见故障的诊断排除；3.能根据实际情况选用液压马达和液压缸。培养学生创新思维的能力教学重点液压缸的分类、原理、及缸选用教学过程环节教学内容方式参考时间任务导入本项目以液压传动的执行元件液压缸为载体，介绍液压缸的分类及用途，并介绍齿液压缸的结构及工作原理，同时对液压缸的常见故障现象进行了分析。分析、演示10任务分析本任务主要了解液压缸类型、结构、使用及常见故障原因及排除方法。小组讨论10任务实施介绍液压缸的分类。液压缸的工作原理，液压缸的基本计算，液压缸的结构，液压缸的选用及液压缸简单故障的诊断与排除。教师讲解，学生自主实施，教师进行指导40任务总结与考核总结所学知识点、技能点，小组互评任务完成情况小组互评，进行分析，完成课后题，总结本次课所学内容。20拓展任务液压缸的密封及缓冲装置学生自主训练30[工作任务导入]：液压缸跟液压马达一样是液压系统的执行原件，它把液体的压力能转化为机械能，用以驱动工作机构做直线运动或往复摆动。本次课我们将就液压缸的特点以及结构做详细的介绍。液压与气动控制2[工作任务分析]：本任务主要了解液压缸类型、结构、使用及常见故障原因及排除方法。[工作任务实施]：一、液压缸的类型和特点1．液压缸的分类：按结构形式：活塞式柱塞式组合式按作用方式：单作用式，双作用式活塞式液压缸：双杆式，单杆式，无杆式按固定方式不同：缸体固定式，活塞杆固定式2．双杆活塞缸图1所示为双杆活塞缸的原理图。活塞两侧均装有活塞杆。当两活塞杆直径相同，供油压力和流量不变时，活塞(或缸体)在两个方向的运动速度和推力也都相等，即式中:v为活塞(或缸体)的运动速度；q为输入液压缸的流量；A为液压缸的有效工作面积；D为活塞直径；d为活塞杆直径;F为活塞(或缸体)上的液压推力；p1为液压缸的进油压力；p2为液压缸的回油压力。这种两个方向等速、等力的特性使双杆液压缸特别适合应用于双向负载基本相等而又要求往复运动速度相同的场合，如平面磨床液压系统。图3-1双杆活塞式液压缸(a)缸体固定;(b)活塞杆固定3．.单杆活塞缸图3-2所示为双作用单杆活塞缸，缸体固定。它只在活塞的一侧装有活塞杆，因而两腔有效作用面积不同，当向缸的两腔分别供油，供油压力和流量不变时，活塞在两个方向的运动速度和输出推力皆不相等。液压与气动控制3图3-2单杆活塞式液压缸(a)无杆腔进油;(b)有杆腔进油无杆腔进油时(见图3-2(a))，有杆腔回油。设活塞的运动速度为v1，推力为F1,则有有杆腔进油时(见图3-2(b))，无杆腔回油。设活塞的运动速度为v2，推力为F2，则有式中:q为输入液压缸的流量；D为活塞直径(即缸体内径)；d为活塞杆直径；A1、A2分别为液压缸无杆腔和有杆腔的活塞有效作用面积；F1、F2为活塞(或缸体)上的液压推力；p1为液压缸的进油压力；p2为液压缸的回油压力。液压缸往复运动时的速度比为上式表明，可以通过改变活塞与活塞杆的直径比值，来满足两个方向的不同速度要求。单杆活塞缸还有另外一种非常重要的工作方式，即两腔同时通入压力油，如图4－3所示，这种油路连接方式称为差动连接。在忽略两腔连通油路压力损失的情况下，差动连接时液压缸两腔的油液压力相等。但由于无杆腔受力面积大于有杆腔，活塞向右的作用力大于向左的作用力，活塞杆作伸出运动，并将有杆腔的油液挤出，流进无杆腔，加快了活塞杆的伸出速度单杆活塞缸还有另外一种非常重要的工作方式，即两腔同时通入压力油，如图4－3所示，这种油路连接方式称为差动连接。液压与气动控制4差动连接时，有杆腔排出流量q′=v3A2,进入无杆腔，则有4.柱塞式液压缸柱塞缸是单作用液压缸，其工作原理如图3-4所示。柱塞与工作部件连接,缸筒固定在机体上(也可以改变固定方式,使柱塞固定,缸筒带动工作部件运动)。油液进入缸筒，推动柱塞向右运动，但反方向时必须依靠其它外力或自重驱动。为了得到双向运动，柱塞缸常成对反向布置使用，如图3-4(b)所示。当柱塞直径为d，输入液压油的流量为q，压力为p时，其产生的速度v和推力F为5.摆动缸摆动缸也称摆动液压马达,它有单叶片和双叶片两种结构形式，如图3-5所示。结构中定子块1固定在缸体4上，叶片2与摆动轴连为一体。当两油口交替通入压力油时，在叶片的带动下，它的主轴能输出小于360°的摆动运动。液压与气动控制56.组合式液压缸（１）伸缩缸伸缩缸又称多级缸，它由两级或多级活塞缸套装而成，前一级活塞缸的活塞是后一级活塞缸的缸筒。图4-6所示为其结构示意图。工作时外伸动作逐级进行，首先是最大直径的缸筒外伸，当其达到行程终点的时候，稍小直径的缸筒开始外伸，这样各级缸筒依次外伸。由于有效工作面积逐次减小，因此，当输入流量相同时，外伸速度逐次增大；当负载恒定时，液压缸的工作压力逐次增高。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，结构紧凑，适用于安装空间受到限制而行程要求很长的场合。例如起重机伸缩臂液压缸、自卸汽车举升液压缸等。（２）齿条活塞缸齿条活塞缸又称无杆式液压缸，它由带有齿条杆的双活塞缸和齿轮齿条机构所组成，如图4-7所示。活塞的往复移动经齿轮齿条机构转换成齿轮轴的周期性往复转动。它多用于自动生产线、组合机床等的转位或分度机构中二、液压缸的结构1．结构组成：下图所示为双杆活塞缸的典型结构。它由缸筒7，前、后缸盖3，前、后压盖11，前、后导向套4，活塞5，活塞杆1、10，两套V形密封圈9及O形密封圈8等主要部分组成。2.液压缸的密封（１）密封的作用：减少泄漏，提高容积效率液压与气动控制6（２）密封的分类：间隙密封和密封圈密封a、间隙密封间隙密封是非接触式密封，主要用于速度高，压力较小，尺寸较小的液压缸越活塞配合处，也广泛用于各种泵阀的柱塞配合中b、密封圈密封◆O形圈密封优点：结构简单，密封性能良好，成本低，体积小，使用方便。缺点：当油液温度、压力较高时，容易被挤出，造成密封圈损坏。◆Y形密封圈优点：密封可靠，寿命较长，磨损后有一定的自动补偿能力，用于速度较高的液压缸。◆V形密封圈结构：由支承环、密封环、压环三部分组成优点：密封可靠，寿命较长，磨损后有一定的自动补偿能力，用于速度较高的液压缸。3.液压缸的缓冲装置（１）缓冲的必要性∵在质量较大、速度较高(v12m/min），由于惯性力较大，活塞运动到终端时会撞击缸盖，产生冲击和噪声，严重影响加工精度，甚至使液压缸损坏。∴常在大型、高速、或高精度液压缸中设置缓冲装置或在系统中设置缓冲回路。（２）缓冲原理利用节流方法在液压缸的回油腔产生阻力，减小速度，避免撞击。（3）缓冲装置类型a)圆柱形环隙式;b)圆锥形环隙式;c)可变节流槽式;d)可调节流孔式4.液压缸的排气装置a、排气的必要性∵系统在安装或停止工作后常会渗入空气∴使液压缸产生爬行、振动和前冲，换向精度降低等。故必须设置排气装置。液压与气动控制7b、排气方法排气孔油口设置在液压缸最高处排气塞象螺钉（如暖气包上的放气阀）排气阀使液压缸两腔经该阀与油箱相通启动时，拧开排气阀使液压缸空载往复运动几次即可。[工作任务小结]：液压缸是液压系统的执行机构，它将由油液的压力能转变为机械能，即将液压能转换成能进行直线运动的机械能，输出推力和直线运动速度。差动液压缸是单杆活塞缸得一个典型应用，用于需要活动快进工进快退工作循环的组合机床和各类专用机床的液压系统中。液压缸的密封和缓冲装置与液压缸的结构密不可分，并和前面所讲的章节有比较紧密的联系。[拓展任务]：液压缸的密封及缓冲装置教学后记学生通过大量的图片认识，提高学习液压与气动控制的积极性。