液压执行元件

第三章液压执行元件22020/7/4液压执行元件作用：将液压泵提供的液压能转变为机械能分类液压马达液压缸输出旋转运动输出直线运动（一般只有在电动机不能满足要求的特殊场合，如需要进行大范围的无级变速，或结构要求紧凑的地方才采用）32020/7/4§1液压马达液压马达的特点基本结构要素:容积密封\周期变化\配油机构内部结构对称：能够正反转转速范围大（最低稳定转速有一定要求）不必具有自吸能力（输入的是压力油）虽然与泵的结构相似，但不能互换从能量转换的观点来看,液压泵与液压马达是可逆工作的液压元件.42020/7/4液压马达与泵的相同点原理上，马达和泵是可逆的。泵:用电机带动,输出压力能（压力和流量）;马达:输入压力油,输出机械能（转矩和转速）.结构上，马达和泵是相似的。马达和泵的工作原理均是利用密封工作容积的变化吸油和排油的。泵：工作容积增大时吸油，减小时排出高压油；马达：工作容积增大时进入高压油，减小时排出低压油。52020/7/4泵和马达的不同点泵是能源装置,马达是执行元件.泵的吸油腔一般为真空(为改善吸油性和抗气蚀耐力),一般进口尺寸大于出口,马达排油腔的压力稍高于大气压力,没有特殊要求,可以进出油口尺寸相同.泵的结构需保证自吸能力,而马达无此要求.马达需要正反转(内部结构对称),泵一般是单向旋转.马达需保证在很宽的速度范围内使用,而泵的转速虽相对比较高,但变化小,故无此苛刻要求.62020/7/4泵和马达的不同点泵:希望容积效率高;马达:希望机械效率高.叶片泵的叶片倾斜安装,叶片马达的叶片则径向安装(考虑正反转).液压马达的容积效率比泵低,通常泵的转速高.而马达输出较低的转速.泵与原动机装在一起,主轴不受额外的径向负载.而马达直接装在轮子上或与皮带\链轮\齿轮相连接时,主轴将受较高的径向负载.72020/7/4液压马达的分类按结构类型:齿轮式\叶片式\柱塞式等.按额定转速:高速液压马达(500r/min):特点: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.输出扭矩不大,仅几十~几百N·m,所以又称为高速小扭矩液压马达.特点:排量大,体积大,转速低,有的可低到每分钟几转甚至不到一转.输出扭矩较大,可达几千~几万N·m,所以又称为低速大扭矩液压马达.低速液压马达(500r/min):82020/7/4液压马达工作原理叶片式液压马达结构:叶片径向放置特点:体积小,转动惯量小,动作灵敏,泄漏大,低速时不稳定.应用场合:转速高,转矩小和动作要求灵敏的场合.压力油A3A192020/7/4102020/7/4径向柱塞式液压马达适用场合：多用于低速大转矩的情况柱塞定子缸体配油轴112020/7/4液压马达的基本参数和性能排量V：工作容腔大小的表示排量与转矩的关系：理论转矩Tt=Δp·V/2π机械效率:实际输出转矩与理论输出转矩之比.ηm=T/Tt启动机械效率:启动转矩与理论转矩之比.ηm0=T0/Tt转速：因为泄漏，实际转速比理想转速低低速稳定性：爬行现象调速范围：i=nmax/nnim122020/7/4液压马达的使用性能：起动性能：用起动扭矩和起动效率描述。若起动效率低，起动扭矩就小，马达的起动性能就差。制动性能：容积效率直接影响马达的制动性能。最低稳定转速：是指液压马达在额定负载下，不出现爬行现象的最低转速。要求马达“起动扭矩要大”，“稳定速度要低”（一般希望最低稳定速度越小越好）在向马达定量供油的情况下，其输出转速能够调节的马达，称为变量马达。反之称为定量马达。132020/7/4§2液压缸液压系统中的执行元件，它的职能是将液压能转换成机械能。液压缸的输入量是流体的流量和压力，输出的是直线运动速度和力。液压缸的活塞能完成直线往复运动，输出的直线位移是有限的。分类活塞缸柱塞缸摆动缸实现往复运动,输出推力和速度.实现360°的往复摆动,输出转矩和角速度.142020/7/4液压缸与其他机构相配合可以完成各种运动152020/7/4162020/7/4172020/7/4182020/7/4活塞式液压缸双杆式:活塞两端都有一根直径相等活塞杆伸出.缸体固定:工作台往复运动范围为活塞有效行程的三倍,(占地面积较大).常用于小型设备.F=A(p1-p2)=(D2-d2)(p1-p2)×π/4v=q/A=4q/π(D2-d2)活塞杆固定:工作台往复运动的范围为活塞有效行程的两倍(活塞杆固定,缸筒与工作台相连,进出油口可以做在活塞杆的两端,油液从空心的活塞杆中进去).也可以做在缸筒的两端(需用软管连接).动力由缸筒传出.常用于中大型设备上.192020/7/4202020/7/4缸体固定的液压缸结构212020/7/4222020/7/4单杆式：活塞只有一端带活塞杆F1=A1p1-A2p2=[(p1-p2)D2+p2d2]×π/4v1=q/A1=4q/πD2F2=A2p1-A1p2=[(p1-p2)D2-p1d2]×π/4v2=q/A2=4q/π(D2-d2)F3=p1(A1-A2)=p1d2×π/4v3=(q+q’)/A1=4q/πd2,其中q’=π(D2-d2)v3/4差动连接广泛应用于滑台等设备的快速运动中232020/7/4242020/7/4单活塞杆式液压缸的特点:往复运动速度不同，常用于实现机床的快速退回和慢速工作进给。两端面积不同，输出推力不相等。无杆腔吸油时作工作进给运动（克服较大的外负载）；有杆腔进油时作驱动工作部件快速退回运动（只克服摩擦力的作用）。工作台运动范围等于活塞杆有效行程的两倍。252020/7/4柱塞缸：缸筒固定在机体上，柱塞与工作部件连接F=pA=pd2π/4V=q/A=4q/πd2262020/7/4一个方向运动，回程靠重力或弹簧力等力来推动。柱塞2靠导向套3来导向，柱塞与缸体不接触，因此缸体内壁不需精加工。柱塞是端部受压，为保证柱塞缸有足够的推力和稳定性，柱塞一般较粗，重量较大，水平安装时易产生单边磨损，故柱塞缸宜垂直安装。水平安装使用时，为减轻重量和提高稳定性，而用无缝钢管制成柱塞。常用于长行程机床：龙门刨、导轨磨、拉床等。272020/7/4摆动缸：能实现小于360°的往复摆动运动，由于它可直接输出扭矩，故又称为摆动液压马达282020/7/4292020/7/4302020/7/4其他液压缸增压缸单作用双作用用于短时或局部需要高压的系统312020/7/4伸缩缸：活塞杆伸出的行程长，收缩后的结构尺寸小，适用于翻斗汽车，起重机的伸缩臂等。322020/7/4齿轮缸：将直线运动转换为回转运动，其结构简单，制造容易，常用于机械手和磨床的进刀机构、组合机床的回转工作台、回转夹具及自动线的转位机构。332020/7/4缸筒与缸盖液压缸的组成a)法兰连接:易加工和装拆,尺寸大.b)半环连接:装拆方便,削弱了强度.c)螺纹连接:结构复杂,尺寸小,重量轻.d)拉杆连接:容易加工和装拆,尺寸大,较重.e)焊接连接:结构简单,尺寸小,但缸底处内径不易加工,且可能引起变形.342020/7/4活塞和活塞杆a)螺母连接：适用负载较小，无冲击的液压缸。结构简单，安装方便，但螺纹将削弱杆强度b)和c)卡环式连接：结构较复杂，装拆不便，工作可靠d)径向销式连接：适用于双出杆式活塞。352020/7/4密封装置a)间隙密封:靠微小间隙防止泄漏.结构简单,摩擦阻力小,耐高温,但泄漏大.在尺寸小\压力低\运动速度较高的缸筒和活塞间使用.b)摩擦环密封:靠摩擦环贴紧缸壁而防止泄漏.效果较好,摩擦阻力较小且稳定,耐高温,磨损后有自动补偿能力,加工要求高,装拆不便.适用于缸筒和活塞之间的密封.362020/7/4c)、d)密封圈(O\V形圈等)密封:环形圈贴紧配合面间防止泄漏.结构简单,制造方便,磨损后有自动补偿能力,性能可靠,在缸筒\活塞\缸盖间使用.372020/7/4缓冲装置:使活塞接近终端时，增达回油阻力，减缓运动件的运动速度，避免冲击。缝隙节流和小孔节流缓冲382020/7/4外圆磨床砂轮架快速进退液压缸的可变节流缓冲:节流口面积随活塞移动而变化。活塞5两端开有轴向三角槽，前盖3、后盖8上的钢球起单向阀作用。当活塞起动时，压力油顶开钢球7，进入缸内，推动活塞向前运动，保证起动迅速。当活塞接近液压缸端部时，活塞堵住回油通道，使剩余油液只能从三角槽缓慢排出，因而建立缓冲压力，实现节流缓冲。392020/7/4排气装置系统安装中或长时间不工作后会渗入空气,由于气体有很大的可压缩性,使液压缸产生爬行\噪声和发热等一系列不良现象.设计时,要保证能及时排除缸内的气体.利用空气轻的特点,在液压缸的最高处设置进出油口,以便把气体带走;如不行,可在最高处设置放气孔或专门的放气阀等放气装置。402020/7/4液压缸的设计和计算注意问题：尽量使活塞杆受拉状态考虑相应的缓冲装置和排气装置正确确定液压缸的安装和固定方式根据推荐的结构形式和设计标准进行设计主要尺寸的确定活塞杆直径d：缸筒长度L：由最大工作行程决定412020/7/4最小导向长度H：H≥L/20+D/2强度校核：壁厚校核：薄壁（D/δ≥10），厚壁（D/δ10）活塞杆直径校核：固定螺栓直径校核：422020/7/4缓冲计算：液压能E1和机械能E2当E1=E2机械能全部被吸收pc=E2/Aclc最大缓冲压力：432020/7/4442020/7/4452020/7/4462020/7/4472020/7/4482020/7/4492020/7/4502020/7/4密封摩擦阻力512020/7/4522020/7/4