1、2023-1-20液压执行元件(1)液压执行元件液压执行元件(1)液压执行元件(1)液压执行元件实例液压执行元件(1)液压执行元件(1)液压执行元件(1)液压缸液压缸是液压系是液压系统中的执行元件，统中的执行元件，它将它将液压能液压能转换为转换为直线运动形式的直线运动形式的机机械能械能，输出运动速，输出运动速度和力，且结构简度和力，且结构简单、工作可靠。单、工作可靠。液压缸的输入量是液体的流量和压力，输出量液压缸的输入量是液体的流量和压力，输出量是速度和力。是速度和力。液压缸是液压执行元件，液压缸是液压执行元件，其职能是将液压能转其职能是将液压能转换为机械能。换为机械能。p1p2FvdqA液压
2、缸压力压力p 流量流量 q液压功率液压功率 作用力作用力F 速度速度v机械功率机械功率 液压执行元件(1)4.1 4.1 液压缸的类型及特点液压缸的类型及特点按供油方向分：按供油方向分：单作用缸单作用缸和和双作用缸双作用缸。按结构形式分：按结构形式分：活塞缸活塞缸、柱塞缸柱塞缸、伸缩套筒缸、摆、伸缩套筒缸、摆动液压缸。动液压缸。按活塞杆形式分：按活塞杆形式分：单活塞杆缸单活塞杆缸、双活塞杆缸双活塞杆缸。单杆液压缸单杆液压缸双杆液压缸双杆液压缸柱塞式液压缸柱塞式液压缸液压执行元件(1)缸体伸出伸出缩回缩回套筒活塞活塞伸缩式单作用缸伸缩式单作用缸液压执行元件(1)伸出伸出缩回缩回 伸缩式液压缸的特
3、点是：活塞杆伸出伸缩式液压缸的特点是：活塞杆伸出的行程长，收缩后的结构尺寸小，适用于的行程长，收缩后的结构尺寸小，适用于翻斗汽车，起重机的伸缩臂等。翻斗汽车，起重机的伸缩臂等。液压执行元件(1)伸缩式双作用缸伸缩式双作用缸伸出伸出BA二级活塞二级活塞 缸体两端有进、出油口缸体两端有进、出油口A A和和B B。当。当A A口进油，口进油，B B口回油时，先推动一级活塞向右运动。一级活口回油时，先推动一级活塞向右运动。一级活塞右行至终点时，二级活塞在压力油的作用下塞右行至终点时，二级活塞在压力油的作用下继续向右运动。继续向右运动。液压执行元件(1)伸出伸出BA二级活塞二级活塞液压执行元件(1)齿条
4、活塞缸齿条活塞缸 齿条活塞缸由带有齿条杆的双作用活塞缸和齿轮齿条机构齿条活塞缸由带有齿条杆的双作用活塞缸和齿轮齿条机构组成，活塞往复移动经齿条、齿轮机构变成齿轮轴往复转动。组成，活塞往复移动经齿条、齿轮机构变成齿轮轴往复转动。图图4.6齿条活塞液压缸的结构图齿条活塞液压缸的结构图1 紧固螺帽；紧固螺帽；2 调节螺钉；调节螺钉；3 端盖；端盖；4 垫圈；垫圈；5 O形密封圈；形密封圈；6 挡圈；挡圈；7 缸套；缸套；8 齿条活塞；齿条活塞；9 齿轮；齿轮；l0 传动轴；传动轴；11 缸体；缸体；12 螺钉螺钉q液压执行元件(1)小小结结名称名称输出力和速度输出力和速度图形符号图形符号特点特点单单
5、作作用用油油缸缸活塞缸（单活活塞缸（单活塞杆）塞杆）v=q/A F=pA活塞（柱塞）只活塞（柱塞）只单方向受力而运单方向受力而运动，反方向运动动，反方向运动依靠活塞（柱塞）依靠活塞（柱塞）自重或其他外力自重或其他外力柱塞缸柱塞缸v=4q/d2F=pA伸缩式套筒缸伸缩式套筒缸双双作作用用油油缸缸活塞缸（单活活塞缸（单活塞杆）塞杆）v1=q/A1；F1=D2（p1-p2）/4+d2p2/4v2=4q/（D2-d2）；）；F2=D2（p1-p2）/4-d2p1/4活塞双向受液压活塞双向受液压力而运动，双向力而运动，双向所受力和速度不所受力和速度不等等差动活塞缸差动活塞缸v=4q/d2F=d2p1/4
6、活塞两端面积差较活塞两端面积差较大，使活塞往复运大，使活塞往复运动的推力和速度相动的推力和速度相差较大。差较大。活塞缸（双活活塞缸（双活塞杆）塞杆）v=4q/（D2-d2）；）；F2=（D2-d2）（p1-p2）/4活塞左右移动速活塞左右移动速度、行程及推力度、行程及推力均相等均相等伸缩式套筒缸伸缩式套筒缸液压执行元件(1)4.1.1 4.1.1 活塞式液压缸活塞式液压缸 活塞式液压缸可分为活塞式液压缸可分为双杆式双杆式和和单杆式单杆式两种结两种结构形式，其安装又有构形式，其安装又有缸筒固定和活塞杆固定缸筒固定和活塞杆固定两种两种方式。方式。4.1.1.1 4.1.1.1 双杆活塞液压缸双杆活
7、塞液压缸 双活塞杆液压缸的活塞两端都带有活塞杆，双活塞杆液压缸的活塞两端都带有活塞杆，分为分为缸体固定和活塞杆固定缸体固定和活塞杆固定两种安装形式，如图两种安装形式，如图所示。所示。(a)缸筒固定式缸筒固定式(b)活塞杆固定式活塞杆固定式液压执行元件(1)因为双活塞杆液压缸的因为双活塞杆液压缸的两活塞杆直径相等两活塞杆直径相等，所以当输入流量和油液压力不变时，其往返运动所以当输入流量和油液压力不变时，其往返运动速度和推力相等。则速度和推力相等。则活塞运动活塞运动(缸体固定缸体固定)速度速度V和和推力推力F分别为：分别为：（4.1）式中式中:、分别为缸的进、回油压力；分别为缸的进、回油压力；、d
8、 分别为活塞直径和活塞杆直径；分别为活塞直径和活塞杆直径；q 输入流量；输入流量；A活塞有效工作面积。活塞有效工作面积。（4.2）(a)缸筒固定式缸筒固定式式中式中:、分别为缸的进、回油压力；分别为缸的进、回油压力；、d 分别为活塞直径和活塞杆直径；分别为活塞直径和活塞杆直径；式中式中:、分别为缸的进、回油压力；分别为缸的进、回油压力；q 输入流量；输入流量；、d 分别为活塞直径和活塞杆直径；分别为活塞直径和活塞杆直径；式中式中:、分别为缸的进、回油压力；分别为缸的进、回油压力；A活塞有效工作面积。活塞有效工作面积。q 输入流量；输入流量；、d 分别为活塞直径和活塞杆直径；分别为活塞直径和活塞
9、杆直径；式中式中:、分别为缸的进、回油压力；分别为缸的进、回油压力；液压执行元件(1)缸体固定的双作用式活塞杆式液压缸，缸体固定的双作用式活塞杆式液压缸，占地面积较大，常用于小型设备占地面积较大，常用于小型设备 采用活塞杆固定的双作用式液压缸，占采用活塞杆固定的双作用式液压缸，占地面积小，常用于大中型设备地面积小，常用于大中型设备液压执行元件(1)4.1.1.2单活塞杆液压缸单活塞杆液压缸 单活塞杆液压缸的活塞仅一端带有活塞杆，单活塞杆液压缸的活塞仅一端带有活塞杆，活塞双向运动可以获得不同的速度和输出力，活塞双向运动可以获得不同的速度和输出力，其简图及油路连接方式如图所示。其简图及油路连接方式
10、如图所示。(a)无杆腔进油无杆腔进油Ddq(b)有杆腔进油有杆腔进油q液压执行元件(1)无杆腔进油无杆腔进油（4.3）（4.4）活塞的运动速度活塞的运动速度 和推力和推力 分别为分别为:(a)无杆腔进油无杆腔进油Ddq液压执行元件(1)有杆腔进油活塞的运动速度活塞的运动速度 和推力和推力 分别为分别为:(b)有杆腔进油有杆腔进油q（4.5）（4.6）液压执行元件(1)比较上述各式，可以看出：比较上述各式，可以看出：,；液压缸往复运动时的速度比为：液压缸往复运动时的速度比为：（4.7）上式表明：上式表明：当活塞杆直径愈小时，速度当活塞杆直径愈小时，速度比接近比接近1，在两个方向上的速度差值就愈小
11、。，在两个方向上的速度差值就愈小。(a)无杆腔进油无杆腔进油Ddq(b)有杆腔进油有杆腔进油q液压执行元件(1)两腔进油两腔进油,差动联接差动联接(c)差动联接差动联接q 当单杆活塞缸两腔同时通入压力油时，由于无杆腔当单杆活塞缸两腔同时通入压力油时，由于无杆腔有效作用面积大于有杆腔的有效作用面积，使得活塞向有效作用面积大于有杆腔的有效作用面积，使得活塞向右的作用力大于向左的作用力，因此，活塞向右运动，右的作用力大于向左的作用力，因此，活塞向右运动，活塞杆向外伸出；与此同时，又将有杆腔的油液挤出，活塞杆向外伸出；与此同时，又将有杆腔的油液挤出，使其流进无杆腔，从而加快了活塞杆的伸出速度，单活使其
12、流进无杆腔，从而加快了活塞杆的伸出速度，单活塞杆液压缸的这种连接方式被称为塞杆液压缸的这种连接方式被称为差动连接差动连接。液压执行元件(1)两腔进油两腔进油,差动联接差动联接(c)差动联接差动联接q（4.8）（4.9）在忽略两腔连通油路压力损失的情况下，差动连接液在忽略两腔连通油路压力损失的情况下，差动连接液压缸的推力为：压缸的推力为：q等效活塞的运动速度为：活塞的运动速度为：由连续性方程得：由连续性方程得：所以所以：A13=q+A23液压执行元件(1)差动连接是在不增加液压泵容量和功率的条件下，实差动连接是在不增加液压泵容量和功率的条件下，实现快速运动的有效办法。现快速运动的有效办法。液压执
13、行元件(1)4.1.2 4.1.2 柱塞式液压缸柱塞式液压缸图3.3柱塞式液压缸 当活塞式液压缸行程较长时，加工难度大当活塞式液压缸行程较长时，加工难度大,使得使得制造成本增加。制造成本增加。某些场合所用的液压缸并不要求双向控制，某些场合所用的液压缸并不要求双向控制，柱塞柱塞式液压缸式液压缸正是满足了这种使用要求的一种价格低廉正是满足了这种使用要求的一种价格低廉的液压缸。的液压缸。柱塞缸柱塞缸用于工用于工作行程作行程较长的较长的场合。场合。液压执行元件(1)如图所示，柱塞缸由如图所示，柱塞缸由缸筒、柱塞、导套、密缸筒、柱塞、导套、密封圈和压盖封圈和压盖等零件组成，等零件组成，柱塞和缸筒内壁不接
14、触柱塞和缸筒内壁不接触，因此缸筒内孔不需精加工，工艺性好，成本低。因此缸筒内孔不需精加工，工艺性好，成本低。柱塞式液压缸柱塞式液压缸液压执行元件(1)柱塞式液压缸是柱塞式液压缸是单作用的，它的回程单作用的，它的回程需要借助需要借助自重自重或或弹簧弹簧等其它外力来完成。等其它外力来完成。如果要获得双向运动，如果要获得双向运动，可将两柱塞液压缸成可将两柱塞液压缸成对使用。为减轻柱塞对使用。为减轻柱塞的重量的重量，有时制成空，有时制成空心柱塞。心柱塞。图3.3柱塞式液压缸qqVdd式中：式中：d柱塞直径，柱塞直径，p1进油压力，进油压力，p2另一缸的回油压力。另一缸的回油压力。p1p24q液压执行元
15、件(1)4.2.3 液压缸的密封液压缸的密封 1一活塞杆；一活塞杆；2一活塞；一活塞；3一密封圈；一密封圈；4一弹簧圈；一弹簧圈；5一螺母一螺母1一卡键；一卡键；2一套环；一套环；3一弹簧卡圈一弹簧卡圈为了防止泄漏影响工作性能和效率，我们需要使用密封装置液压执行元件(1)活塞装置主要用来防止液压油的泄漏。对密封活塞装置主要用来防止液压油的泄漏。对密封装置的装置的基本要求基本要求是具有良好的密封性能，并随压力是具有良好的密封性能，并随压力的增加能自动提高密封性的增加能自动提高密封性。除此以外，摩擦阻力要。除此以外，摩擦阻力要小，耐油。小，耐油。油缸主要采用密封圈密封，密封圈有油缸主要采用密封圈密
16、封，密封圈有O形、形、V形、形、Y形及组合式等数种，其材料为耐油橡胶、尼形及组合式等数种，其材料为耐油橡胶、尼龙、聚氨脂等。龙、聚氨脂等。（1）O形密封圈形密封圈 O形密封圈的截面为圆形，主要用于静密封。形密封圈的截面为圆形，主要用于静密封。与唇形密封圈相比，运动阻力较大，作运动密封时与唇形密封圈相比，运动阻力较大，作运动密封时容易产生扭转，故一般不单独用于油缸运动密封。容易产生扭转，故一般不单独用于油缸运动密封。液压执行元件(1)（1）O形密封圈形密封圈图图4.10 O型密封圈的结构原理型密封圈的结构原理 （a）普通型）普通型（b）有挡板型）有挡板型液压执行元件(1)V形圈的截面为形圈的截面
17、为V形，如图形，如图3.11所示，所示，V形形密封装置是由压环、密封装置是由压环、V形圈和支承环组成。当形圈和支承环组成。当工作压力高于工作压力高于10MPa时，可增加时，可增加V形圈的数量，形圈的数量，提高密封效果。安装时，提高密封效果。安装时，V形圈的开口应面向形圈的开口应面向压力高的一侧。压力高的一侧。（2）V形密封圈形密封圈 a)压环压环 b)V型圈型圈 c)支承环支承环图图4.11 V形密封圈形密封圈液压执行元件(1)Y形密封圈的截面为形密封圈的截面为Y形，属唇形密封圈。它是形，属唇形密封圈。它是一种摩擦阻力小、寿命较长的密封圈，应用普遍。一种摩擦阻力小、寿命较长的密封圈，应用普遍。
18、Y形圈主要用于往复运动的密封。根据截面长宽比形圈主要用于往复运动的密封。根据截面长宽比例的不同，例的不同，Y形圈可分为宽断面和窄断面两种形式，形圈可分为宽断面和窄断面两种形式，图图4.12所示为宽断面所示为宽断面Y形密封圈。形密封圈。（3）Y（Yx）形密封圈）形密封圈 图图4.12 Y形密封圈形密封圈液压执行元件(1)4.2.3 缓冲装置缓冲装置 为了防止这种危害，保证安全，应采取缓冲为了防止这种危害，保证安全，应采取缓冲措施，对液压缸运动速度进行控制。措施，对液压缸运动速度进行控制。当液压缸带动质量较大的部件作快速往复运当液压缸带动质量较大的部件作快速往复运动时，由于运动部件具有很大的动能，
19、因此当活动时，由于运动部件具有很大的动能，因此当活塞运动到液压缸终端时，会与端盖碰撞，而产生塞运动到液压缸终端时，会与端盖碰撞，而产生冲击和噪声。这种机械冲击不仅引起液压缸的有冲击和噪声。这种机械冲击不仅引起液压缸的有关部分的损坏，而且会引起其它相关机械的损伤。关部分的损坏，而且会引起其它相关机械的损伤。液压执行元件(1)4.2.3 缓冲装置缓冲装置图图4.13 液压缸缓冲装置液压缸缓冲装置液压执行元件(1)当活塞移至端部，缓冲柱塞开始插入缸端的当活塞移至端部，缓冲柱塞开始插入缸端的缓冲孔时，活塞与缸端之间形成封闭空间，该腔缓冲孔时，活塞与缸端之间形成封闭空间，该腔中受困挤的剩余油液只能从节流
20、小孔或缓冲柱塞中受困挤的剩余油液只能从节流小孔或缓冲柱塞与孔槽之间的节流环缝中挤出，从而造成背压迫与孔槽之间的节流环缝中挤出，从而造成背压迫使运动柱塞降速制动，实现缓冲。使运动柱塞降速制动，实现缓冲。液压执行元件(1)4.2.4 排气装置排气装置 液压传动系统往往会混入空气，使系统工作液压传动系统往往会混入空气，使系统工作不稳定，产生振动、爬行或前冲等现象，严重时不稳定，产生振动、爬行或前冲等现象，严重时会使系统不能正常工作。会使系统不能正常工作。因此，设计液压缸时，必须考虑空气的排除。因此，设计液压缸时，必须考虑空气的排除。对于速度稳定性要求较高的液压缸和大型液压对于速度稳定性要求较高的液压缸和大型液压缸，常在液压缸的最高处设置专门的排气装置，如缸，常在液压缸的最高处设置专门的排气装置，如排气塞、排气阀等。当松开排气塞或阀的锁紧螺钉排气塞、排气阀等。当松开排气塞或阀的锁紧螺钉后，低压往复运动几次，带有气泡的油液就会排出，后，低压往复运动几次，带有气泡的油液就会排出，空气排完后拧紧螺钉，液压缸便可正常。空气排完后拧紧螺钉，液压缸便可正常。液压执行元件(1)小结 液压缸的类型：单作用、双作用、组合 液压缸的典型结构：活塞式、柱塞式、齿条活塞式 液压缸的密封：O形、Y形V形密封圈 液压缸的缓冲 液压缸的排气2023-1-20液压执行元件(1)
