液壓傳動(dòng)與氣動(dòng)技術(shù) 勞動(dòng)出版社 模塊二

1、模塊二 液壓執(zhí)行元件 任務(wù)1 壓力機(jī)執(zhí)行元件的選擇教學(xué)目標(biāo)： 1.了解液壓執(zhí)行元件的種類 2.掌握液壓缸的工作原理及結(jié)構(gòu) 3.熟悉特殊液壓缸的工作原理及應(yīng)用特點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)： 1.了解液壓執(zhí)行元件的種類 2.掌握液壓缸的工作原理及結(jié)構(gòu)【導(dǎo)入】 液壓壓力機(jī)工作時(shí)，液壓執(zhí)行元件帶動(dòng)主軸上下運(yùn)動(dòng)，并對(duì)放在主軸和工作臺(tái)上的工件進(jìn)行壓制，壓制后主軸復(fù)位。工作時(shí)，該液壓壓力機(jī)需要主軸產(chǎn)生的最大推力為3000kgf，工作行程為500mm，根據(jù)該液壓壓力機(jī)的工作要求，應(yīng)該如何選擇其液壓執(zhí)行元件的類型和結(jié)構(gòu)呢？執(zhí)行元件又是采用什么方式連接在液壓系統(tǒng)中的呢？ 【分析】 在液壓壓力機(jī)中，主軸是靠液壓執(zhí)行元件帶動(dòng)的。

2、在液壓系統(tǒng)中執(zhí)行元件分為液壓缸和液壓馬達(dá)兩種，液壓缸主要驅(qū)動(dòng)負(fù)載做直線運(yùn)動(dòng)，而液壓馬達(dá)主要驅(qū)動(dòng)負(fù)載做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)任務(wù)中液壓壓力機(jī)工作時(shí)主軸的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，可以確定其執(zhí)行元件是液壓缸。要想正確的選擇液壓缸，必須了解其工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等相關(guān)知識(shí)。知識(shí)新授：一、液壓壓力機(jī)的工作分析 液壓壓力機(jī)工作時(shí)，當(dāng)搬動(dòng)控制元件，這時(shí)p口和a口相通，b口和t口相通，油箱中的液壓油在液壓泵壓油后經(jīng)控制元件的p口、a口進(jìn)入液壓缸的上腔，這時(shí)活塞在壓力油的作用下向下運(yùn)動(dòng)，并帶動(dòng)活塞桿（液壓機(jī)主軸）一起向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)接觸到放置在主軸和工作臺(tái)之間的工件時(shí)，液壓缸在壓力油的作用下產(chǎn)生足夠的推力使工件變形，完成壓制工作。同時(shí)，液

3、壓缸下腔的油經(jīng)b口、t口回到油箱。當(dāng)壓制工作完成后，松開(kāi)控制元件，這時(shí)p口和b口接通，a口和t口相通，液壓泵輸出的液壓油經(jīng)p口、b口流入液壓缸下腔，活塞在壓力油的作用下帶動(dòng)活塞桿（主軸）一起向上運(yùn)動(dòng)，完成復(fù)位。液壓壓力機(jī)的工作原理液壓壓力機(jī)中液壓缸是液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中最終將來(lái)自液壓泵的壓力轉(zhuǎn)化為推動(dòng)主軸運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行元件，它是液體壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的轉(zhuǎn)換裝置二、液壓缸的分類和結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 液壓系統(tǒng)中最常見(jiàn)的液壓缸主要有雙作用單出桿液壓缸和雙作用雙出桿液壓缸。 雙作用單出桿液壓缸 雙作用雙出桿液壓缸以雙作用單出桿液壓缸為例，液壓缸主要由活塞桿、活塞和缸體三部分組成。雙作用單出桿液壓缸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是液壓缸內(nèi)部有

4、兩個(gè)工作腔，一個(gè)是有活塞桿的腔，稱為有桿腔，另一個(gè)是無(wú)桿腔。三、液壓缸的選擇 選擇液壓缸時(shí)，主要是依據(jù)工作要求來(lái)確定液壓缸的類型、連接形式和結(jié)構(gòu)尺寸的大小，這些與液壓系統(tǒng)的推力、運(yùn)動(dòng)特性、速度和工作狀況有關(guān)。1 液壓缸的類型及連接形式的選擇（1）雙作用單出桿液壓缸的常規(guī)連接和工作特點(diǎn) 雙作用單出桿液壓缸的常規(guī)連接a)無(wú)桿腔進(jìn)油 b)有桿腔進(jìn)油當(dāng)無(wú)桿腔進(jìn)油時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)速度v1及推力f1為：當(dāng)有桿腔進(jìn)油時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)速度v2及推力f2為：分析可知：當(dāng)無(wú)桿腔進(jìn)油時(shí)有效作用面積大、推力大、速度慢；反之，當(dāng)有桿腔進(jìn)油時(shí)有效作用面積小、推力小、速度快。（2）雙作用單出桿液壓缸的差動(dòng)連接和工作特點(diǎn)如圖所示，當(dāng)液壓

5、缸的兩腔同時(shí)通以壓力油時(shí)，由于作用在活塞兩端面上推力不等，產(chǎn)生推力差。在此推力差的作用下，使活塞向右運(yùn)動(dòng)，這時(shí)，從液壓缸有桿腔排出的油液也進(jìn)入液壓缸的左端，使活塞實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)。這種連接方式稱為差動(dòng)連接。這種兩端同時(shí)通壓力油，利用活塞兩端面積差進(jìn)行工作的單出桿液壓缸也叫差動(dòng)液壓缸。差動(dòng)連接（3）雙作用雙出桿液壓缸的工作特點(diǎn) 雙作用雙出桿液壓缸的活塞兩端都帶有活塞桿。因?yàn)殡p出桿液壓缸的兩活塞桿直徑相等，所以當(dāng)輸入流量和油液壓力不變時(shí)，其住返運(yùn)動(dòng)速度和推力相等。雙作用雙出桿液壓缸（4）總結(jié)在兩種液壓缸的d和d值相同的情況下：雙作用單出桿液壓缸帶動(dòng)工件的往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度不相等。雙作用單出桿液壓缸采用常規(guī)連

6、接時(shí)產(chǎn)生的推力最大，而差動(dòng)連接時(shí)產(chǎn)生的速度最大。雙作用雙出桿液壓缸產(chǎn)生的推力與雙作用單出桿液壓缸常規(guī)連接有桿腔進(jìn)油時(shí)產(chǎn)生的推力一樣大。雙作用雙出桿液壓缸兩個(gè)工作腔的有效作用面積一樣大，可以很方便地實(shí)現(xiàn)往復(fù)速度一致。雙作用雙出桿液壓缸的工作行程比雙作用單出桿液壓缸的工作行程要大。應(yīng)用情況如下：當(dāng)工作往復(fù)速度要求不一致，且對(duì)返回速度要求不高，但要求液壓缸產(chǎn)生很大的推力時(shí)，可選擇雙作用單出桿液壓缸作為執(zhí)行元件，采用常規(guī)連接形式接入液壓系統(tǒng)。當(dāng)要求液壓缸往返速度一致或工作行程較長(zhǎng)時(shí)，可考慮采用雙作雙出桿液壓缸。2液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸的選擇 液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸的選擇主要是指確定液壓缸的缸體內(nèi)徑（d，即活塞外徑）、

7、缸體壁厚（）和液壓缸長(zhǎng)度（l）。（1）缸體內(nèi)徑d的選擇當(dāng)推力和工作壓力已知和確定后，就可以確定缸體（活塞）的有效工作面積： 液壓缸的工作壓力與液壓缸需要產(chǎn)生的最大推力有關(guān)，可以通過(guò)表2-1-1確定?；钊麠U直徑d在不同的工作壓力下與缸體直徑d之間的關(guān)系見(jiàn)表2-1-2。表211 液壓缸推力f 與工作壓力p 的關(guān)系表2-1-2 不同工作壓力下活塞桿直徑d與液壓缸內(nèi)徑d的關(guān)系2）缸體壁厚的選擇液壓缸缸體壁厚通常不計(jì)算，一般可按液壓缸缸體內(nèi)徑的1/10來(lái)確定，即=1/10d。（3）液壓缸長(zhǎng)度l的選擇液壓缸長(zhǎng)度l的確定由工作行程來(lái)決定，并考慮制造工藝性。一般液壓缸長(zhǎng)度應(yīng)不大于缸體內(nèi)徑的2030倍，即l（2

8、030）d。任務(wù)實(shí)施一、 液壓壓力機(jī)液壓缸的類型和連接方式的確定根據(jù)液壓壓力機(jī)在實(shí)際生產(chǎn)中的工作特點(diǎn)，最主要的是要求液壓缸能產(chǎn)生很大的推力以便完成對(duì)工件的壓制工作，而對(duì)速度要求不高。因此，選擇雙作用單出桿液壓缸作為液壓壓力機(jī)的執(zhí)行元件，并采用常規(guī)連接方式接入液壓系統(tǒng)。二、 液壓壓力機(jī)液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸的確定1.缸體內(nèi)經(jīng)d和活塞桿直徑d的確定根據(jù)任務(wù)要求，yeya 壓力機(jī)最大推力f=3000kgf，查表2-1-1可確定系統(tǒng)工作壓力p=40kgf/cm2，代入式（210）可算出缸體內(nèi)徑為： 通過(guò)查閱相關(guān)的手冊(cè)，對(duì)其值進(jìn)行圓整，最終確定缸體內(nèi)徑為100mm。 因工作壓力p40kgf/cm2，則查表2-1

9、-2可知d0.5d，因此活塞桿直徑d為： d=0.5d0.510050mm2. 缸體壁厚的確定根據(jù)已經(jīng)確定的缸體內(nèi)徑，缸體壁厚1/10d=1/1010010(mm3. 液壓缸長(zhǎng)度l的確定因?yàn)楸救蝿?wù)中液壓壓力機(jī)的工作行程為500mm，初步選擇液壓缸長(zhǎng)度為500mm，500mm（2030）100mm，故滿足對(duì)液壓缸長(zhǎng)度選擇的要求。綜合以上的分析和計(jì)算，最終選定液壓缸缸體內(nèi)徑為100mm，活塞桿直徑為50mm，缸體壁厚為10mm，長(zhǎng)度為500mm的雙作用單出桿液壓缸作為液壓壓力機(jī)的執(zhí)行元件，并以常規(guī)方式接入液壓壓力機(jī)的液壓系統(tǒng)中。模塊二 液壓執(zhí)行元件 任務(wù)2 壓力機(jī)液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)： 1.掌

10、握液壓缸的典型結(jié)構(gòu)及作用 2.熟悉液壓缸的組成 3.了解液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)： 1. 掌握液壓缸的典型結(jié)構(gòu)及作用 2. 了解液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法【導(dǎo)入】 通過(guò)模塊二任務(wù)1的學(xué)習(xí)，學(xué)會(huì)了如何根據(jù)工作要求選擇液壓壓力機(jī)液壓缸的大小，并最終選定雙作用單出桿液壓缸作為液壓壓力機(jī)的執(zhí)行元件，如下圖所示。但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，只知道液壓缸的大小和類型還不夠，還需要確定液壓缸的具體結(jié)構(gòu)。本任務(wù)要求設(shè)計(jì)壓力機(jī)液壓缸的結(jié)構(gòu)?！痉治觥?液壓缸的結(jié)構(gòu)對(duì)液壓缸的工作性能起著至關(guān)重要的作用，液壓缸的結(jié)構(gòu)千變?nèi)f化，沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)格，不像液壓泵和液壓閥已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了，因此有時(shí)需要自行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)液壓缸的結(jié)構(gòu)需要掌握液壓缸的

11、組成、各組成部分的作用和常見(jiàn)形式，還要了解液壓缸的結(jié)構(gòu)對(duì)性能的影響。液壓缸的結(jié)構(gòu)對(duì)液壓缸的工作性能的影響主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 1. 液壓缸缸體材料和缸蓋連接形式 2. 活塞與活塞桿的連接形式 3. 密封的類型 4. 緩沖裝置類型 5. 排氣裝置的形式 知識(shí)新授：一、液壓缸的典型結(jié)構(gòu)液壓缸主要由缸蓋、活塞桿、活塞桿密封圈、缸筒、活塞、放氣裝置、后缸蓋、緩沖裝置、活塞密封圈組成。雙作用單活塞桿液壓缸1缸蓋 2活塞桿3活塞桿密封圈4缸筒5活塞6排氣裝置 7后缸蓋8緩沖裝置9活塞密封圈a、b油口二、液壓缸的組成從液壓缸的典型結(jié)構(gòu)可以看出，液壓缸主要有缸筒和缸蓋、活塞和活塞桿、密封裝置、緩沖裝置和排

12、氣裝置五個(gè)部分。1.缸筒和缸蓋一般來(lái)說(shuō)，缸筒和缸蓋的結(jié)構(gòu)形式與其使用的材料有關(guān)。當(dāng)液壓缸工作壓力p10mpa時(shí)，使用鑄鐵；10mpap20mpa時(shí)，使用無(wú)縫鋼管；p20mpa時(shí)，使用鑄鋼或鍛鋼。缸筒和缸蓋的結(jié)構(gòu)a)法蘭連接式 b)半環(huán)連接式 c)螺紋連接式 d)拉桿連接式 e)焊接連接式1缸蓋2缸筒3壓板4半環(huán)5防松螺母 6拉桿缸筒和缸蓋的常見(jiàn)結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)：2.活塞與活塞桿 常見(jiàn)的活塞組件的連接形式a) 螺母連接 b)、 c)卡環(huán)式連接 d)徑向銷式連接3.密封裝置密封裝置的作用主要是防止泄漏和防塵。常見(jiàn)的密封裝置類型及特點(diǎn)見(jiàn)下表：4.緩沖裝置為了防止活塞在行程終點(diǎn)時(shí)和缸蓋相互撞擊，引起噪聲

13、、沖擊，必須設(shè)置緩沖裝置，緩沖裝置是利用活塞或缸筒在其走向行程終端時(shí)封住活塞和缸蓋之間的部分油液，強(qiáng)迫它從小孔或細(xì)縫中擠出，以產(chǎn)生很大的阻力，使工作部件受到制動(dòng)，逐漸減慢運(yùn)動(dòng)速度，達(dá)到避免活塞和缸蓋相互撞擊的目的。緩沖裝置的類型及工作特點(diǎn)5.排氣裝置液壓缸在安裝過(guò)程中或長(zhǎng)時(shí)間停放后重新工作時(shí)，液壓缸里和管道系統(tǒng)中會(huì)滲入空氣，為了防止執(zhí)行元件出現(xiàn)爬行、噪聲和發(fā)熱等不正?，F(xiàn)象，需把缸中和系統(tǒng)中的空氣排出。一般可在液壓缸的最高處設(shè)置進(jìn)、出油口把氣帶走，也可在最高處設(shè)置。液壓缸的排氣裝置a） 排氣孔式 b）排氣閥式1缸蓋 2放氣小孔 3缸體 4活塞桿壓力機(jī)液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一、確定液壓缸缸體材料和缸蓋連接形式 通過(guò)任務(wù)1已確定液壓壓力機(jī)的工作壓力p為40kgf/cm2，經(jīng)換算約為3.9mpa，小于10mpa，故液壓缸缸體材料可選擇鑄鐵，因鑄鐵的焊接性能很差，所以缸蓋采用螺紋連接的方式與缸體連接。二、確定活塞與活塞桿的連接形式考慮到壓力機(jī)工作行程為500mm，采用焊接方式將活塞與活塞桿連接的話，將增加活塞組件的加工難度；考慮到液壓壓力機(jī)工作時(shí)較為平穩(wěn)、沖擊小，同時(shí)也為了便于裝拆，故確定采用螺母連接的方式連接活塞和活塞桿。三、確定密封件類型 活塞與缸