第4章 液壓及氣壓傳動(dòng)執(zhí)行元件

1、液壓缸的分類液壓缸的分類按結(jié)構(gòu)形式分：按結(jié)構(gòu)形式分：活塞缸活塞缸 又分單桿活塞缸、雙桿活塞缸又分單桿活塞缸、雙桿活塞缸柱塞缸柱塞缸擺動(dòng)缸擺動(dòng)缸 又分單葉片擺動(dòng)缸、雙葉片擺動(dòng)缸又分單葉片擺動(dòng)缸、雙葉片擺動(dòng)缸按作用方式分：按作用方式分：?jiǎn)巫饔靡簤焊讍巫饔靡簤焊?一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)依靠液壓作用一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)依靠液壓作用力實(shí)現(xiàn)，另一個(gè)方向依靠彈簧力、重力等實(shí)現(xiàn)；力實(shí)現(xiàn)，另一個(gè)方向依靠彈簧力、重力等實(shí)現(xiàn)；雙作用液壓缸雙作用液壓缸 兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)都依靠液壓作兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)都依靠液壓作用力來實(shí)現(xiàn)；用力來實(shí)現(xiàn)；復(fù)合式缸復(fù)合式缸 活塞缸與活塞缸的組合、活塞缸與活塞缸與活塞缸的組合、活塞缸與柱塞缸的組合、活塞缸與機(jī)械

2、結(jié)構(gòu)的組合等。柱塞缸的組合、活塞缸與機(jī)械結(jié)構(gòu)的組合等。 雙桿活塞缸活塞兩側(cè)都有活塞桿伸出，根據(jù)安裝方雙桿活塞缸活塞兩側(cè)都有活塞桿伸出，根據(jù)安裝方式不同又分為活塞桿固定式和缸筒固定式兩種。式不同又分為活塞桿固定式和缸筒固定式兩種。 圖圖雙桿活塞缸的速度推力特性雙桿活塞缸的速度推力特性v q / A 4 qv /（D 2 d 2） 缸在左右兩個(gè)方向上輸出的速度相等，缸在左右兩個(gè)方向上輸出的速度相等，v為缸的容積效率。為缸的容積效率。F A（p1 p2）m（D 2d 2）（）（p1 p2）m /4 缸在左右兩個(gè)方向上輸出的推力相等，缸在左右兩個(gè)方向上輸出的推力相等，m為缸的機(jī)械效率。為缸的機(jī)械效率。

3、 當(dāng)缸筒固定時(shí)，運(yùn)動(dòng)部件移動(dòng)范圍是活塞有效行程的當(dāng)缸筒固定時(shí)，運(yùn)動(dòng)部件移動(dòng)范圍是活塞有效行程的三倍；當(dāng)活塞桿固定時(shí)，運(yùn)動(dòng)部件移動(dòng)范圍是活塞有效三倍；當(dāng)活塞桿固定時(shí)，運(yùn)動(dòng)部件移動(dòng)范圍是活塞有效行程的兩倍行程的兩倍 。 單桿活塞缸速度推力特性單桿活塞缸速度推力特性向右運(yùn)動(dòng)速度向右運(yùn)動(dòng)速度 v1 qv /A1 4 qv /D 2 向右運(yùn)動(dòng)推力向右運(yùn)動(dòng)推力 F1 （A1p1 A2p2）m 向左運(yùn)動(dòng)速度向左運(yùn)動(dòng)速度 v2 qv /A2 4 qv /（D 2 d 2） 向左運(yùn)動(dòng)推力向左運(yùn)動(dòng)推力 F2 （A2 p1 A1p2）m 往返速比往返速比 v v2 / v11/1（d /D）2 式中式中v為缸的容積

4、效率，為缸的容積效率，m為缸的機(jī)械效率為缸的機(jī)械效率 單桿活塞缸只有一單桿活塞缸只有一端帶活塞桿，它也有端帶活塞桿，它也有缸筒固定和活塞桿固缸筒固定和活塞桿固定兩種安裝方式，兩定兩種安裝方式，兩種方式的運(yùn)動(dòng)部件移種方式的運(yùn)動(dòng)部件移動(dòng)范圍均為活塞有效動(dòng)范圍均為活塞有效行程的兩倍。行程的兩倍。圖圖1、圖圖2運(yùn)動(dòng)速度運(yùn)動(dòng)速度 v3（q q）/ A1（q A2v3）/ A1 整理得：整理得：v3 q /（A1A2）4 q /d 2 如果要求如果要求 差動(dòng)缸向右運(yùn)動(dòng)速度差動(dòng)缸向右運(yùn)動(dòng)速度v3非差動(dòng)連接向左運(yùn)非差動(dòng)連接向左運(yùn)動(dòng)速度動(dòng)速度 v2 則則 D =2 1/2 d 活塞推力活塞推力 F3 p1（A1

5、A2）m 三種進(jìn)回油方式比較三種進(jìn)回油方式比較 單活塞桿缸兩腔同時(shí)單活塞桿缸兩腔同時(shí)通壓力油，稱為差動(dòng)連通壓力油，稱為差動(dòng)連接。差動(dòng)連接的缸只能接。差動(dòng)連接的缸只能一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。圖示為一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。圖示為向右運(yùn)動(dòng)。向右運(yùn)動(dòng)。 圖圖柱塞缸只能作單作用缸，要求往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，需成對(duì)使用。柱塞缸只能作單作用缸，要求往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，需成對(duì)使用。柱塞缸的速度推力特性柱塞缸的速度推力特性柱塞運(yùn)動(dòng)速度柱塞運(yùn)動(dòng)速度 v qv /A 4 qv /d 2柱塞推力柱塞推力 F pAmp（d 2 / 4 ）mn 柱塞缸的特點(diǎn)柱塞缸的特點(diǎn) 圖圖n 柱塞與缸筒無配柱塞與缸筒無配合關(guān)系，缸筒內(nèi)孔合關(guān)系，缸筒內(nèi)孔不需精加工，只是不需

6、精加工，只是柱塞與缸蓋上的導(dǎo)柱塞與缸蓋上的導(dǎo)向套有配合關(guān)系。向套有配合關(guān)系。n 為減輕重量，減為減輕重量，減少彎曲變形，柱塞少彎曲變形，柱塞常做成空心。常做成空心。單葉片式單葉片式 擺動(dòng)角度較大，可達(dá)擺動(dòng)角度較大，可達(dá)300輸出轉(zhuǎn)矩輸出轉(zhuǎn)矩 T（R22R12）pmb / 2 輸出角速度輸出角速度 2qv / b（R22 R12） 雙葉片式雙葉片式 擺動(dòng)擺動(dòng)角度一般小于角度一般小于150。但在相同條件下，輸?shù)谙嗤瑮l件下，輸出轉(zhuǎn)矩是單葉片擺動(dòng)出轉(zhuǎn)矩是單葉片擺動(dòng)缸的兩倍，輸出角速缸的兩倍，輸出角速度是單葉片缸的一半。度是單葉片缸的一半。 當(dāng)通入液壓油，它的主當(dāng)通入液壓油，它的主軸能輸出小于軸能輸出

7、小于360的擺動(dòng)的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的缸稱為擺動(dòng)式液壓缸。運(yùn)動(dòng)的缸稱為擺動(dòng)式液壓缸。常用于輔助裝置，如送料和常用于輔助裝置，如送料和轉(zhuǎn)位裝置、液壓機(jī)械手及間轉(zhuǎn)位裝置、液壓機(jī)械手及間歇進(jìn)給機(jī)構(gòu)。歇進(jìn)給機(jī)構(gòu)。 擺動(dòng)缸動(dòng)畫擺動(dòng)缸動(dòng)畫 增壓比為大活塞與小柱塞的面積比增壓比為大活塞與小柱塞的面積比 KD 2/d 2 小柱塞缸輸出的壓力小柱塞缸輸出的壓力 pb paKm增壓能力是在降低有效流量的基礎(chǔ)上得到的。增壓能力是在降低有效流量的基礎(chǔ)上得到的。增壓缸作為中間環(huán)節(jié)，用在低壓系統(tǒng)要求有局部高壓增壓缸作為中間環(huán)節(jié)，用在低壓系統(tǒng)要求有局部高壓油路的場(chǎng)合。油路的場(chǎng)合。 增壓缸是活塞增壓缸是活塞缸與柱塞缸組成缸與柱塞缸組成

8、的復(fù)合缸，但的復(fù)合缸，但它它不是能量轉(zhuǎn)換裝不是能量轉(zhuǎn)換裝置，只是一個(gè)增置，只是一個(gè)增壓器件。壓器件。 增壓缸動(dòng)畫增壓缸動(dòng)畫當(dāng)通入壓力油時(shí)，活塞由大到小依次伸出；縮回時(shí)，活塞則由小到當(dāng)通入壓力油時(shí)，活塞由大到小依次伸出；縮回時(shí)，活塞則由小到大依次收回。各級(jí)壓力和速度可按活塞缸的有關(guān)公式計(jì)算。大依次收回。各級(jí)壓力和速度可按活塞缸的有關(guān)公式計(jì)算。特別適用于工程機(jī)械及自動(dòng)線步進(jìn)式輸送裝置。特別適用于工程機(jī)械及自動(dòng)線步進(jìn)式輸送裝置。 它由兩個(gè)或多個(gè)活塞式它由兩個(gè)或多個(gè)活塞式缸套裝而成，前一級(jí)活塞缸套裝而成，前一級(jí)活塞缸的活塞桿是后一級(jí)活塞缸的活塞桿是后一級(jí)活塞缸的缸筒。各級(jí)活塞依次缸的缸筒。各級(jí)活塞依次

9、伸出可獲得很長(zhǎng)的行程，伸出可獲得很長(zhǎng)的行程，當(dāng)依次縮回時(shí)缸的軸向尺當(dāng)依次縮回時(shí)缸的軸向尺寸很小。寸很小。 除除雙作用伸縮液壓缸雙作用伸縮液壓缸外，外，還有還有單作用伸縮液壓缸單作用伸縮液壓缸，它與雙作用不同點(diǎn)是回程它與雙作用不同點(diǎn)是回程靠外力，而雙作用靠液壓靠外力，而雙作用靠液壓作用力。作用力。齒條活塞缸的速度推力特性齒條活塞缸的速度推力特性輸出轉(zhuǎn)矩輸出轉(zhuǎn)矩 TMp（/ 8）D 2 D im輸出角速度輸出角速度 8 qv / D 2 D i式中式中 p 為缸左右兩腔壓力差，為缸左右兩腔壓力差，D 為活塞直徑，為活塞直徑，D i為齒輪分度圓直徑。為齒輪分度圓直徑。 齒條活塞缸是活塞齒條活塞缸是活

10、塞缸與齒輪齒條機(jī)構(gòu)組缸與齒輪齒條機(jī)構(gòu)組成的復(fù)合式缸。它將成的復(fù)合式缸。它將活塞的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)活塞的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)辇X輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)變?yōu)辇X輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，用在機(jī)床的進(jìn)刀動(dòng)，用在機(jī)床的進(jìn)刀機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)轉(zhuǎn)位、液壓機(jī)械手等。位、液壓機(jī)械手等。增速缸用于快速運(yùn)動(dòng)回路，在不增加泵的流量的前提增速缸用于快速運(yùn)動(dòng)回路，在不增加泵的流量的前提下，使執(zhí)行元件獲得盡可能大的工作速度。下，使執(zhí)行元件獲得盡可能大的工作速度。n 增速缸也是活塞缸與柱塞缸組增速缸也是活塞缸與柱塞缸組成的復(fù)合缸，活塞缸的活塞內(nèi)腔成的復(fù)合缸，活塞缸的活塞內(nèi)腔是柱塞缸的缸筒，柱塞固定在活是柱塞缸的缸筒，柱塞固定在活塞缸的缸筒

11、上。當(dāng)液壓油進(jìn)入柱塞缸的缸筒上。當(dāng)液壓油進(jìn)入柱塞缸時(shí)，活塞將快速運(yùn)動(dòng)（活塞塞缸時(shí)，活塞將快速運(yùn)動(dòng)（活塞缸大腔必須補(bǔ)油）；當(dāng)液壓油同缸大腔必須補(bǔ)油）；當(dāng)液壓油同時(shí)進(jìn)入柱塞缸和活塞缸時(shí)，活塞時(shí)進(jìn)入柱塞缸和活塞缸時(shí)，活塞慢速運(yùn)動(dòng)。慢速運(yùn)動(dòng)。n 增速缸動(dòng)畫增速缸動(dòng)畫液壓缸安裝連接形式：腳架式，耳環(huán)式，鉸軸式液壓缸安裝連接形式：腳架式，耳環(huán)式，鉸軸式 缸體組件缸體組件 包括缸包括缸筒、缸蓋、缸底等筒、缸蓋、缸底等零件。零件。 活塞組件活塞組件 包括活包括活塞與活塞桿等零件。塞與活塞桿等零件。 密封裝置密封裝置 有活塞有活塞與缸筒、活塞桿與與缸筒、活塞桿與缸蓋的密封。缸蓋的密封。 緩沖裝置緩沖裝置 排氣裝

12、置排氣裝置液壓馬達(dá)是將液體壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置液壓馬達(dá)是將液體壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置,輸出轉(zhuǎn)輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，是液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件。矩和轉(zhuǎn)速，是液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件。馬達(dá)與泵在原理上有可逆性，但因用途不同結(jié)構(gòu)上有馬達(dá)與泵在原理上有可逆性，但因用途不同結(jié)構(gòu)上有些差別：馬達(dá)要求正反轉(zhuǎn)，其結(jié)構(gòu)具有對(duì)稱性；而泵些差別：馬達(dá)要求正反轉(zhuǎn)，其結(jié)構(gòu)具有對(duì)稱性；而泵為了保證其自吸性能，結(jié)構(gòu)上采取了某些措施。為了保證其自吸性能，結(jié)構(gòu)上采取了某些措施。馬達(dá)的分類：馬達(dá)的分類：ns500r/min 為高速液壓馬達(dá)：齒輪馬達(dá)，葉片馬達(dá)，軸向?yàn)楦咚僖簤厚R達(dá)：齒輪馬達(dá)，葉片馬達(dá)，軸向柱塞馬達(dá)柱塞馬達(dá)ns 500r/min

13、 為低速液壓馬達(dá)：徑向柱塞馬達(dá)（單作用連為低速液壓馬達(dá)：徑向柱塞馬達(dá)（單作用連桿型徑向柱塞馬達(dá)，多作用內(nèi)曲線徑向柱塞馬達(dá)）桿型徑向柱塞馬達(dá)，多作用內(nèi)曲線徑向柱塞馬達(dá)）工作壓力與額定壓力工作壓力與額定壓力工作壓力工作壓力 p 大小取決于馬達(dá)負(fù)載，馬達(dá)進(jìn)大小取決于馬達(dá)負(fù)載，馬達(dá)進(jìn)出口壓力的差值稱為馬達(dá)的壓差出口壓力的差值稱為馬達(dá)的壓差p。額定壓力額定壓力 ps 能使馬達(dá)連續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的最高能使馬達(dá)連續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的最高壓力。壓力。流量與容積效率流量與容積效率 輸入馬達(dá)的實(shí)際流量輸入馬達(dá)的實(shí)際流量 qMqMtq 其中其中 qMt為理論流量，馬達(dá)在沒有泄漏時(shí)，為理論流量，馬達(dá)在沒有泄漏時(shí)， 達(dá)到要求轉(zhuǎn)速所需

14、進(jìn)口流量。達(dá)到要求轉(zhuǎn)速所需進(jìn)口流量。容積效率容積效率Mv qMt / qM 1 q / qM排量與轉(zhuǎn)速排量與轉(zhuǎn)速 排量排量V為為MV等于等于1 時(shí)輸出軸旋轉(zhuǎn)一周所時(shí)輸出軸旋轉(zhuǎn)一周所需油液體積。需油液體積。轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 n qMt/ V qMMV / V轉(zhuǎn)矩與機(jī)械效率轉(zhuǎn)矩與機(jī)械效率 實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩 TTt-T 理論輸出轉(zhuǎn)矩理論輸出轉(zhuǎn)矩 Ttp VMm/ 2機(jī)械效率機(jī)械效率MmTM/TMt功率與總效率功率與總效率M PMo/ PMiT 2n/ p qM MvMm式中式中 PMo為馬達(dá)輸出功率，為馬達(dá)輸出功率，PMi為馬達(dá)輸入功率。為馬達(dá)輸入功率。 工作原理工作原理 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 進(jìn)出油口

15、相等，有進(jìn)出油口相等，有單獨(dú)的泄油口；單獨(dú)的泄油口； 為減少摩擦力矩，為減少摩擦力矩，采用滾動(dòng)軸承；采用滾動(dòng)軸承； 為減少轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，為減少轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，齒數(shù)較泵的齒數(shù)多。齒數(shù)較泵的齒數(shù)多。 應(yīng)用應(yīng)用 由于密封性能差，容積效率較低，不能產(chǎn)生較由于密封性能差，容積效率較低，不能產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩，且瞬時(shí)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩隨嚙合點(diǎn)而變化，因此僅用大的轉(zhuǎn)矩，且瞬時(shí)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩隨嚙合點(diǎn)而變化，因此僅用于高速小轉(zhuǎn)矩的場(chǎng)合，如工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械及對(duì)轉(zhuǎn)矩均于高速小轉(zhuǎn)矩的場(chǎng)合，如工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械及對(duì)轉(zhuǎn)矩均勻性要求不高的設(shè)備。勻性要求不高的設(shè)備。工作原理工作原理 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 進(jìn)出油口相等，有單進(jìn)出油口相等，有單獨(dú)的泄油口；

16、獨(dú)的泄油口； 葉片徑向放置，葉片葉片徑向放置，葉片底部設(shè)置有燕式彈簧；底部設(shè)置有燕式彈簧； 在高低壓油腔通入葉在高低壓油腔通入葉片底部的通路上裝有梭片底部的通路上裝有梭閥。閥。 應(yīng)用應(yīng)用 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，反應(yīng)靈敏，能適應(yīng)較高頻率的換轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，反應(yīng)靈敏，能適應(yīng)較高頻率的換向。但泄漏大，低速時(shí)不夠穩(wěn)定。適用于轉(zhuǎn)矩小、轉(zhuǎn)速向。但泄漏大，低速時(shí)不夠穩(wěn)定。適用于轉(zhuǎn)矩小、轉(zhuǎn)速高、機(jī)械性能要求不嚴(yán)格的場(chǎng)合。高、機(jī)械性能要求不嚴(yán)格的場(chǎng)合。工作原理工作原理 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 軸向柱塞泵和軸向柱塞馬達(dá)是互逆的。軸向柱塞泵和軸向柱塞馬達(dá)是互逆的。 配流盤為對(duì)稱結(jié)構(gòu)。配流盤為對(duì)稱結(jié)構(gòu)。 應(yīng)用應(yīng)用 作變量馬達(dá)。改變斜盤傾

17、角，不僅影響馬達(dá)的作變量馬達(dá)。改變斜盤傾角，不僅影響馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩，而且影響它的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。斜盤傾角越大，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，而且影響它的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。斜盤傾角越大，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩越大，轉(zhuǎn)速越低。轉(zhuǎn)矩越大，轉(zhuǎn)速越低。 結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)組成（動(dòng)畫）（動(dòng)畫）結(jié)構(gòu)原理結(jié)構(gòu)原理呈五星狀（或七星狀）的殼體內(nèi)均勻分布著呈五星狀（或七星狀）的殼體內(nèi)均勻分布著柱塞缸。柱塞缸。柱塞與連桿鉸接，連桿的另一端與曲軸偏心柱塞與連桿鉸接，連桿的另一端與曲軸偏心輪外圓接觸。高壓油進(jìn)入部分柱塞缸頭部，輪外圓接觸。高壓油進(jìn)入部分柱塞缸頭部，高壓油作用在柱塞上的作用力對(duì)曲軸旋轉(zhuǎn)中高壓油作用在柱塞上的作用力對(duì)曲軸旋轉(zhuǎn)中心形成轉(zhuǎn)矩。另外部分柱塞缸與回油

18、口相通。心形成轉(zhuǎn)矩。另外部分柱塞缸與回油口相通。曲軸為輸出軸。曲軸為輸出軸。配流軸隨曲軸同步旋轉(zhuǎn)，各柱塞缸依次與高配流軸隨曲軸同步旋轉(zhuǎn)，各柱塞缸依次與高壓進(jìn)油和低壓回油相通（配流套不轉(zhuǎn)），保壓進(jìn)油和低壓回油相通（配流套不轉(zhuǎn)），保證曲軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)。證曲軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)。排量公式排量公式 v =d 2e z / 2d 為柱塞直徑；為柱塞直徑；e 為曲軸偏心距；為曲軸偏心距；z 為柱塞為柱塞數(shù)。數(shù)。應(yīng)用應(yīng)用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，可以是殼體固定曲軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，可以是殼體固定曲軸旋轉(zhuǎn)，也可以是曲軸固定殼體旋轉(zhuǎn)（可驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，也可以是曲軸固定殼體旋轉(zhuǎn)（可驅(qū)動(dòng)車輪或卷筒），但體積重量較大，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，車輪或卷筒），但體積重量較大，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，低速穩(wěn)定性較差。采用靜壓支承或靜壓平衡低速穩(wěn)定性較差。采