气压与液压传动控制技术-液压执行元件回路课件.ppt

1、第一节 概述在液压传动系统中，液压执行元件是把通过回路输入的液压能转变为机械能输出的装置。液压执行元件有液压缸和液压马达两种类型，二者的区别在于：液压缸将液压能转换成往复运动的机械能；而液压马达则将液压能转换成连续回转的机械能。返回第二节 液压缸液压缸按其结构形式可以分成活塞缸、柱塞缸和摆动缸三类。活塞缸和柱塞缸实现往复直线运动，输出推力或拉力和直线运动速度；摆动缸则能实现小于 360的往复摆动，输出角速度（转速）和转矩。液压缸和其他机构相配合，可完成各种运动。一、活塞式液压缸下一页 返回第二节 液压缸1.双杆活塞式液压缸活塞上所固定的活塞杆从液压缸两侧伸出的液压缸，称为双杆活塞液压缸，也称双

2、出杆液压缸。图7-1所示为双杆活塞式液压缸，它是双作用液压缸，和双作用气缸一样，其活塞两侧都可以被加压，因此它们都可以在两个方向上作功。下一页上一页返回第二节 液压缸双杆活塞缸的两个活塞杆直径通常是相等的，当左右压力相等时活塞缸左右两个方向的推力也相等。如进油腔和回油腔的压力分别是p1和p2，则推力F为：式中：A活塞的有效工作面积（m2）；D活塞的直径（m）；d活塞杆的直径（m）。如进入缸内的流量为q，则工作台的运动速度为：下一页上一页返回)(4)(2122211ppdDppAF?)(422dDqv?第二节 液压缸2.单杆活塞式液压缸活塞杆仅从液压缸的某一侧伸出的液压缸，称为单杆活塞液压缸，也

3、称单出杆液压缸。（1）双作用液压缸如图7-2所示的单杆活塞式液压缸的活塞只有一端带活塞杆，其伸出和缩回均由液压力推动实现，是双作用液压缸。由于活塞两端有效面积不等，如果以相同流量的压力油分别进入液压缸的左、右腔，则活塞移动的速度和在活塞上产生的推力是不相等的。下一页上一页返回第二节 液压缸当输入液压缸无杆腔的油液流量为 q，液压缸进出油口压力分别为p1和p2，活塞上所产生的推力 F1和速度v1（方向均向右）为：下一页上一页返回)(42222122111dpDpppApAF?2114DqAqv?第二节 液压缸当油液从有杆腔输入时，其活塞上所产生的推力F2和速度v2（方向均向左）为：式中：A1、A

4、2无杆腔和有杆腔活塞的有效工作面积（m2）；D活塞的直径（m）；d活塞杆的直径（m）。下一页上一页返回)(42122121122dpDpppApAF?)(42222dDqAqv?第二节 液压缸活塞伸出速度v1缩回时的推力F2，即无杆腔进油产生的推力大于有杆腔进油所产生的推力。所以当无杆腔进油时，常用于驱动机床工作部件做慢速工作进给运动，用于克服较大外负载的作用；当有杆腔进油时，常用于驱动机床工作部件做快速退回运动，这时一般只要克服摩擦力的作用。下一页上一页返回第二节 液压缸如果向单杆活塞缸的左右两腔同时通压力油，如图7-4所示，这种联接方式称为差动连接，作差动联接的单杆液压缸称为差动液压缸。这

5、时活塞杆的推力、速度（方向均向右）分别为：下一页上一页返回12122221134)(4)(pdpdDDAApF?22344dqdqv?第二节 液压缸F3v1，即差动液压缸可以产生较小的推力，但可以使用小流量泵得到较快的运动速度，所以在机床上应用较多，如在组合机床上用于要求推力不大、快进快退的工作循环中。如果要求快进快退的速度相同，即 v3=v2，活塞杆的面积应等于活塞面积的一半，即下一页上一页返回DDd707.02/?第二节 液压缸（2）单作用液压缸图7-5所示为单作用活塞式液压缸。单作用液压缸和单作用气缸类似都只能对进油腔一侧的活塞加压，因此只能单方向作功。反向回程要靠重力、弹簧力或重力负载

6、实现，因此这些力必须能克服液压缸、管道及阀内的磨擦力，并且将液压油排到排油回路中去。单作用液压缸可应用在只要求液压力在单个方向上作功的场合。下一页上一页返回第二节 液压缸柱塞缸也是一种单作用液压缸。图7-6所示为一种单杆柱塞缸，压力油进入缸筒时，柱塞带动运动部件向外伸出，但反向退回时必须依靠其它外力或自重才能实现，或将两个柱塞缸成对反向使用。柱塞缸的柱塞端面是承受油压的工作面，动力是通过柱塞本身传递的。由于柱塞运动时由缸盖上的导向套来导向，缸筒内壁和柱塞有一定的间隙而不用直接接触。因此缸筒内壁不用加工或只做粗加工，从而给制造带来了方便，也特别适用于行程较长的场合，此时必须保证导向套和密封装置部

7、分内壁的精度。下一页上一页返回第二节 液压缸二、其它类型液压缸1.增压缸增压液压缸又称增压器。在液压系统中，整个系统需要低压，而局部需要高压，为节省一个高压泵，常用增压缸与低压大流量泵配合作用，使输出油压变为高压。这样只有局部是高压，而整个液压系统调整压力较低，因此减少了功率损耗。如图7-7所示的增压缸，当左腔输入压力为P1，推动面积为A1的大活塞向右移动时，从面积为A2的小活塞右侧输出压力为P2，P2=P1A1/A2，由此输出压力得到了提高。下一页上一页返回第二节 液压缸2.伸缩缸伸缩缸又名多套缸，它是由两个或多个活塞缸套装而成的。这种液压缸在各级活塞依次伸出时可获得很长行程，而当它们依次缩

8、回后，又能使液压缸轴向尺寸很短，广泛用于起重运输车辆上。伸缩缸也有单作用和双作用之分，前者靠外力实现回程，后者靠液压力实现回程。3.串联液压缸当液压缸长度虽然不受限制，但直径受到限制，无法满足输出力的大小要求时，可以采用多个液压缸串联构成的串联液压缸来获得较大的推力输出。下一页上一页返回第二节 液压缸三、缓冲装置在液压系统中，当运动速度较高时，由于负载及液压缸活塞杆本身的质量较大，造成运动时的动量很大，因而活塞运动到行程末端时，易与端盖发生很大的冲击。这种冲击不仅会引起液压缸的损坏，而且会引起各类阀、配管及相关机械部件的损坏，具有很大的危害性。所以在大型、高速或高精度的液压装置中，常在液压缸末

9、端设置缓冲装置，使活塞在接近行程末端时，使回油阻力增加，从而减缓运动件的运动速度，避免活塞与液压缸端盖的撞击。下一页上一页返回第二节 液压缸图7-9所示即为带缓冲装置的液压缸，它采用的缓冲装置是与缓冲气缸中的缓冲装置相类似的可调节流缓冲装置。其缓冲过程如图7-10所示。四、排气装置液压缸运行前应将缸内的空气排净，否则运行时缸内气体被压缩，造成液压缸的抖动或爬行，并产生噪声。水平安装的液压缸进出油口最好向上，便于气体的排出，或在液压缸的最高部位设置排气装置。对于速度稳定性要求较高的液压缸和大型液压缸，则必须安装排气装置。下一页上一页返回第二节 液压缸液压缸内混入空气主要有几方面原因：?当液压系统

10、长时间不工作，系统中的油液由于本身重量的作用而流出。这时容易使空气进入系统，并在运行时被带入液压缸。?液压缸运行时残留的空气有时无法自行排出。?由于系统密封不严由外部混入空气或油液中溶解的空气分离出来。下一页上一页返回第二节 液压缸排气装置通常有两种，一种是在液压缸的最高部位开排气孔，并用管道连接排气阀进行排气；另一种是在液压缸的最高部位安装排气塞。这两种排气装置都是在液压缸排气时打开，排气完成后自动关闭。图7-11 排气装置工作过程示意图下一页上一页返回第二节 液压缸五、密封装置液压缸高压腔中的油液向低压腔泄漏称为内泄漏；液压缸中的油液向外部泄漏称为外泄漏。由于液压缸存在内泄漏和外泄漏，使得

11、液压缸的容积效率降低，从而影响液压缸的工作性能，严重时使系统压力上不去甚至无法工作，并且外泄漏还会污染环境。下一页上一页返回第二节 液压缸液压缸一般不允许外泄漏并要求内泄漏尽可能小，因此为了防止泄漏的产生，液压缸中需要密封的地方必须采取相应的密封措施。液压缸中需要密封的部位主要有活塞、活塞杆和端盖等处。常用的密封方法有间隙密封和密封件密封。下一页上一页返回第二节 液压缸间隙密封是靠相对运动件配合面之间保持微小间隙，使其产生液体摩擦阻力来防止泄漏的一种密封方法。它常用于直径较小、压力较低的液压缸与活塞间的密封。为了提高间隙密封的效果，一般可以在活塞上开几条环形均压槽。其作用一是提高间隙密封的效果

12、，当油液从高压腔向低压腔泄漏时，由于油路截面突然改变，在小槽中形成旋涡而产生阻力，使油液的泄漏量减少；二是阻止活塞轴线的偏移，从而有利于保持配合间隙，保证润滑效果，减少活塞与缸壁的磨损，增强间隙密封性能。密封件密封目前多用非金属材料制成的各种形状的密封圈及组合式密封装置。下一页上一页返回第二节 液压缸六、摆动缸摆动缸又称回转式液压缸，也称摆动液压马达。当它通入液压油时，主轴可以输出小于360o往复摆动，常用于夹紧装置、送料装置、转位装置以及需要周期性进给的系统中。液压摆动缸和气动摆动缸类似，根据结构主要有叶片式和齿轮齿条式两大类。叶片式摆动缸又分为单叶片和双叶片两种；齿轮齿条式又可分为单作用齿

13、轮齿条式、双作用齿轮齿条式和双缸齿轮齿条式等几种。液压摆动缸的工作原理和气动摆动缸的工作原理基本相似，这里不再具体描述。上一页返回第三节 液压马达一、液压马达的分类液压马达可实现连续的回转运动，输出转矩和转速，液压马达按其结构类型主要可分齿轮式、叶片式和柱塞式三大类；按额定转速可分为高速液压马达和低速液压马达两类。高速液压马达额定转速高于500r/min，其特点为转速高，转动惯量小，便于启动和制动，调速和换向灵敏度高，但输出转矩较小，所以也称为高速小转矩液压马达；低速液压马达额定转速小于500r/min，其主要特点是转速低（最低可达每分钟不到一转），排量大，体积大，可直接与工作机构相连，不需要

14、减速装置，输出转矩大，它又称为低速大转矩液压马达。下一页 返回第三节 液压马达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。向任何一种液压泵中输入液压油，就能使其进入液压马达的工作状态；反之，当液压马达的主轴在外力矩驱动下旋转时，它就进入了液压泵的工作状态。但由于它们的作用不同，对它们的性能要求也不同，所以同类型的液压泵和液压马达之间，一般仍存在很多区别。由于存在着这些差别，使得它们在结构上虽然相似，但不能可逆工作。液压马达的工作原理在本章不作具体分析，如有需要请参阅相关书籍。下一页上一页返回第三节 液压马达1.齿轮式液压马达齿轮式液压马达结构与齿轮式液压泵类似，比较简单，主要用

15、于高转速、小转矩的场合，也用作笨重物体旋转的传动装置。由于笨重物体的惯性起到飞轮作用，可以补偿旋转的波动性，因此齿轮式液压马达在起重设备中应用比较多。但是齿轮式液压马达输出转矩和转速的脉动性较大，径向力不平衡，在低速及负荷变化时运转的稳定性较差。下一页上一页返回第三节 液压马达2.叶片式液压马达叶片式液压马达是利用作用在转子叶片上的压力差工作的，其输出转矩与液压马达的排量及进、出油口压力差有关，转速由输入流量决定。叶片式液压马达的叶片一般径向放置，叶片底部应始终通有压力油。下一页上一页返回第三节 液压马达叶片马达的最大的特点是体积小、惯性小，因此动作灵敏，可适用于换向频率较高的场合。但是，这种

16、液压马达工作时泄漏较大，机械特性较软，低速工作是不稳定，调速范围也不能很大。所以叶片式液压马达主要适用于高转速、小转矩和动作要求灵敏的场合，也可以用于对惯性要求较小的各种随动系统中。下一页上一页返回第三节 液压马达3.柱塞式液压马达柱塞式液压马达按其柱塞的排列方式不同，可分为径向柱塞式液压马达和轴向柱塞式液压马达。柱塞泵和柱塞式液压马达的结构基本相同，工作原理是可逆的，一般的柱塞泵都可以用作液压马达。柱塞式液压马达由于排量较小，输出转矩不大，所以可以说是一种高速、小转矩的液压马达。图7-16 液压马达的图形符号下一页上一页返回第三节 液压马达二、液压马达的性能指标液压马达的基本参数和基本性能主

17、要有以下几项指标：1.转矩和排量液压马达在工作中输出的转矩大小是由负载转矩决定的。推动同样大小的负载，工作腔大的马达的压力要低于工作腔小的马达的压力，所以说工作腔的大小是液压马达工作能力的重要标志。下一页 返回上一页第三节 液压马达液压马达的排量是指在没有泄漏的情况下，马达轴转一转所需输入的油液体积，用 V表示。液压马达排量的大小只决定于马达中密封工作腔的几何尺寸，与转速无关。根据排量的大小可以计算在给定压力下液压马达所能输出的转矩的大小，也可计算在给定的负载转矩下马达的工作压力的大小。下一页 返回上一页第三节 液压马达2.机械效率和启动机械效率液压泵是由电机带动而旋转的，所以它的输入量是转矩

18、和转速（角速度），输出量是液体的压力和流量。液压马达正好相反，其输入量是液体的压力和流量，输出量是转矩和转速（角速度）。如果液压马达在能量转换过程中没有能量损失，则输入功率与输出功率相等。但由于有泄漏损失，输入液压马达的实际流量必须大于它的理论流量；由于有摩擦损失，液压马达的实际输出转矩必然小于它的理论转矩。下一页 返回上一页第三节 液压马达在同样的压力下，液压马达由静止到开始转动的启动状态的输出转矩要比运转中的转矩小，这给液压马达的启动造成了困难，所以启动性能对液压马达来说非常重要。启动转矩降低的原因是在静止状态下的摩擦系数最大，在摩擦表面出现相对滑动后摩擦系数明显减小，这是机械摩擦的一般性

19、质。对液压马达来说，更为主要的原因是静止状态时液压油在金属表面形成的润滑油膜被挤掉，启动时基本上成了金属表面之间的干磨擦。一旦马达开始转动，随着润滑油膜的建立，摩擦阻力立即下降，并随着滑动速度增大和油膜变厚而进一步降低。所以如果液压马达带载启动，必须注意到所选择的液压马达的启动性能。下一页 返回上一页第三节 液压马达3.转速和低速稳定性液压马达的转速取决于供油的流量q和液压马达本身的排量V。由于液压马达内部有泄漏，并不是所有进入马达的液体都推动液压马达作功，一小部分液体因泄漏损失掉了，所以马达的实际转速要比理想情况低一点。在工程中，液压马达的转速和液压泵的转速都用r/min（转/分）表示。下一

20、页 返回上一页第三节 液压马达当液压马达工作速度过低时，往往无法保持稳定的转速，而进入时转时停的不稳定工作状态，即所谓的爬行。为避免在低速时出现爬行，在选择低速液压马达时，低速稳定性也是一个很重要的指标。液压马达使用时应尽量高于其标牌上标有的最低转速，一般地说，低速大转矩液压马达的低速稳定性要比高速马达为好。下一页 返回上一页第三节 液压马达4.调速范围当负载是在从低速到高速很宽的速度范围内工作时，也就要求液压马达能在较大的速度范围内工作，否则就需要专门的变速机构，使传动系统变得复杂。液压马达的调速范围以允许最大转速和最低稳定转速之比表示，即：i=nmax/nmin。显然，调速范围宽的液压马达

21、应具有良好的高速性能和低速稳定性。下一页 返回上一页第三节 液压马达三、使用液压马达的几个注意方面1.液压马达的泄油腔不允许有压力。液压系统的回油一般具有一定压力，所以不允许将液压马达的泄油口与其它回油管路连接在一起，防止引起马达轴封损坏，导致漏油。2.液压马达在驱动大惯性负载时，不能简单地用关闭换向阀的方法使其停止。若用关闭换向阀使其停车，当液压马达突然停止时，由于惯性的作用，其回油管路上的压力会大幅升高，严重时会将管路上的薄弱环节冲击损坏或使液压马达的部件断裂失效。为此，应在马达的回油路上设置合适的安全阀以保证系统的正常工作。下一页 返回上一页第三节 液压马达3.在启动液压马达时，若液压油

22、粘度过低则会使整个液压马达的润滑性下降；粘度过高则会使马达有些部位得不到有效润滑。4.由于液压马达总存在一定的泄漏，因此用关闭液压马达的进出油口来保持制动状态是不可靠的。关闭进出油口的液压马达其转轴仍会有轻微转动，所以需要长时间保持制动状态，应另行设置防止转动的制动器。返回上一页图7-1双杆活塞式液压缸结构及实物图返回图7-2 单杆活塞式液压缸剖面结构及实物图返回图7-4 差动液压缸示意图F=0返回图7-5 弹簧复位单作用活塞式液压缸结构示意图返回图形符号图形符号图7-6 柱塞式液压缸结构示意图返回图7-7 增压缸结构及工作原理图返回图7-8伸缩缸和串联液压缸结构示意图返回（2）串联液压缸（1）伸缩缸图7-9 带可调缓冲装置的液压缸返回图7-10 液压缸缓冲过程及剖面结构图（1）正常回油（2）节流回油可调缓冲装置返回图7-11 排气装置工作过程示意图返回图7-12 液压缸密封圈及其安装位置返回密封圈活塞杆缸盖图7-13 齿轮齿条式摆动缸剖面结构图返回图7-15 齿轮式液压马达实物图返回图7-16 叶片式液压马达工作原理及实物图返回压油腔压油腔回油腔图7-17 柱塞式液压马达实物图返回图7-16 液压马达的图形符号返回（1）单向液压马达（2）双向液压马达