液压与气压传动任务三--液压执行元件的选用

任务三液压执行元件的选用知识目标：1.叙述液压马达的用途分类、工作原理和技术性能；2.掌握液压马达结构及工作原理；3.了解液压马达和液压缸常见故障及排除方法；4.掌握液压缸的分类、工作原理、性能特点及各部分结构关系。能力目标：1.能进行常见液压马达和液压缸的拆装；2.能进行液压泵和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。任务1液压马达液压马达和液压泵在结构上基本相同，并且也是靠密封容积的变化来工作的。常见的液压马达也有齿轮式、叶片式和柱塞式等几种主要形式。马达和泵在工作原理上是互逆的，当向泵输入压力油时，其轴输出转速和转矩则成为马达。但由于二者的功能和要求有所不同，而实际结构细节也有所差异，故有少数泵能直接做马达使用。如图4.25所示，当压力油输入液压马达时，处于压力腔（进油腔）的柱塞2被顶出，压在斜盘1上。设斜盘1作用在柱塞2上的反力为FN，可分解为两个分力，F和FT。图4.25轴向柱塞式液压马达工作原理1－斜盘；2－柱塞；3－缸体1.液压马达的主要性能参数(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。马达入口压力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，为便于定性分析问题，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，由其密封容腔几何尺寸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。实际流量和理论流量之差即为马达的泄漏量。(3)转速和容积效率马达的理论输出转速n等于输入马达的流量qt与排量V的比值，即（4.23）因马达实际存在泄漏，由实际流量q计算转速n时，应考虑到马达的容积效率v。当液压马达的泄漏流量为ql时，则马达的实际流量为q=qt+ql。这时，液压马达的容积效率为：则马达的实际输出转速为：（4.24）tllv1qqqqqqqvqnV液压马达的主要性能参数(2/5)nqVt(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（4.25）因马达实际上存在着机械摩擦，故在计算实际输出转矩应考虑机械效率m。当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：（4.26）t2pVTtllmttt1TTTTTTTtmm2pVTT液压马达的主要性能参数(3/5)(5)功率和总效率马达的输入功率Pi为：（4.27）马达的输出功率Po为：（4.28）马达的总效率即为：iPpqo2PnToivvmv222PnTnTVnPpqpTpV液压马达的主要性能参数(4/5)三梁四柱式压力机升降台压力机假肢任务二液压缸任务二液压缸任务2液压缸任务2液压缸组合式活塞缸、柱塞缸和摆动缸等。液压缸是利用油液的压力能驱动机械对象实现直线往复运动的执行元件。输入量是流体的压力和流量，输出量是驱动力和速度。一、液压缸的类型和特点按结构划分：按作用方式划分：组合式包括：伸缩缸、增压缸、增速缸、齿条活塞缸。单作用式双作用式（一）活塞式液压缸按结构形式双杆式活塞液压缸单杆式活塞液压缸按固定方式缸体固定活塞杆固定双杆式单杆式1、双杆式液压缸a.结构特点：两侧有效工作面积一样。))((4)(21222121ppdDAppFF)(42221dDqAqvvb.基本参数：c）应用：职能符号：l——活塞有效工作行程。缸固定L=3l杆固定L=2l当两活塞杆直径相同、缸两腔的供油压力和流量都相等时，活塞(或缸体)两个方向的推力和运动速度也都相等，适用于要求往复运动速度和输出力相同的工况2、单杆式液压缸22212221114)(4pdppDApApF12212122124)(4pdppDApApF2114DqAq)(42222dDqAq其特点是只在活塞的一端有活塞杆，缸的两腔有效工作面积不相等。无论何种固定方式，工作台活动范围均为活塞有效行程的两倍。输出的驱动力：输出的速度：液压缸的差动连接单杆活塞缸的两腔同时通入压力油的油路连接方式称为差动连接，作差动连接的单杆活塞缸称为差动液压缸差动连接时实际起有效作用的面积是活塞杆的横截面积在输入油液压力和流量相同的条件下，活塞运动速度较大而推力较小，广泛用于组合机床的液压动力滑台和其它机械设备的快速运动中要使活塞往返运动速度相等，即V2=V3，22134dqAAq1212212221134)(44pdpdDpDApApFdD2（二）柱塞缸一）单柱塞缸●单向液压驱动，回程靠外力。二）双柱塞缸●双向液压驱动三）参数计算42dppAF推力：速度：24dqAqv应用：行程较长的场合。职能符号：●柱塞粗、受力好。●简化加工工艺（缸体内孔和柱塞没有配合，不需精加工；柱塞外圆面比内孔加工容易。）（三）伸缩式套筒液压缸伸缩缸是由两级或多级活塞缸套装而成，又称多级缸。伸缩缸中活塞伸出的顺序是从大至小，而空载缩回的顺序一般是从小至大。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。常用于安装空间小而行程要求很长的场合（四）增压缸（增压器）增压比为大活塞与小柱塞的面积比K＝D2/d2增压能力是在降低有效流量的基础上得到的。工作原理（五）摆动式液压缸单叶片、双叶片。分类：组成：缸体、定子块、叶片、传动轴等。单叶片式摆动缸工作原理：当缸的一个油口进压力油，另一油口回油时，叶片在压力油作用下往一个方向摆动，带动轴偏转一定角度。当进回油口互换时，马达反转。参数计算：8)(22dDbT)(822dDbqv特点：结构紧凑，输出转矩大，但密封困难，一般只用于中低压系统。（六）增压缸局部区域获得高压增压缸只能将高压油输入其它液压缸以获得大的推力，其本身不能直接作为执行元件212)(dDpp2112AApp说明：1.增压缸不是换能元件，输入、输出均为压力能；2.增压缸增压的同时使输出的流量减小，其总能量保持不变。1P2P1A2A（七）增速缸增速缸是由活塞缸和柱塞缸复合而成。增速缸能在不增加泵的流量的前提下，提高运动部件的运动速度。利用增速缸可实现快进、工进和快退的工作循环。（八）齿条活塞缸如图所示，齿条活塞缸能将活塞的直线往复运动转换为齿轮的旋转运动。（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。一般间隙为0.01~0.05mm。在活塞的外圆表面一般开几道宽0.3~0.5mm，深0.5~1mm、间距2~5mm的环形沟槽，称平衡槽。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、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。（二）密封装置（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。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。活塞环密封（3）密封圈密封（a）O形密封圈。主要用于静密封和滑动密封（转动密封用得较少）。可在－40℃～120℃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0.005~0.3m/s。O形圈密封原理如图所示。O形圈密封原理（b）V形密封圈。V形圈的截面为V形。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5.15V形密封圈（c）Y形密封圈。Y形密封圈的截面为Y形，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。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。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形圈一般适用于工作压力p≤32MPa，使用温度为－30℃~+100℃的条件下工作。图宽断面Y形密封圈窄断面Y形密封圈（三）缓冲装置当活塞快速运动到接近缸盖时，增大排油阻力，使液压缸的排油腔产生足够的缓冲压力，使活塞减速，从而避免与缸盖快速相撞小结液压缸属于液压系统的执行元件；液压缸将液压能转换为机械能，可以完成直线运动或摆动；常用液压缸结构形式有活塞缸、柱塞缸、摆动缸、伸缩缸等；根据液压油驱动液压缸完成动作情况分单作用缸和双作用缸；液压缸连接安装、密封、排气、缓冲装置等；液压缸广泛用于各种液压系统，其中活塞缸最常用。