CH4_液压与气压传动执行元件.ppt

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1、CH4 液压与气压 传动执行元件,CH4 液压与气压传动执行元件,4.1 缸的分类和特点 4.2 其它形式的常用缸 4.3 缸的结构 4.4 缸的设计计算 4.5 缸缓冲装置的设计计算 4.6 液压及气压马达,4.1 缸的分类和特点,按结构形式分：活塞缸（单杆活塞缸、双杆活塞缸）；柱塞缸；摆动缸。 按作用方式分：单作用和双作用。一般活塞缸和摆动缸都是双作用的，柱塞缸是单作用的。,柱塞缸,4.1.1 活塞缸,(1) 双杆活塞缸 活塞的两侧都有杆伸出。当两侧活塞杆直径相同、供油压力和流量不变时，活塞（或缸体）在两个方向上的运动速度和推力F都相等。,双杆活塞式液压缸,图形符号,双杆活塞式液压缸,4.

2、1.1 活塞缸,(1) 双杆活塞缸,推力F：,运动速度：,(2) 单杆活塞缸 液压缸两腔有效作用面积不相等，当向液压缸两腔分别供油，且压力和流量都不变时，活塞在两个方向上的运动速度和推力都不相等。,图形符号,单杆活塞缸,4.1.1 活塞缸 （2）单杆活塞缸 无杆腔进油 有杆腔进油,往复运动时的速度比：,4.1.1 活塞缸 （2）单杆活塞缸 差动连接 考虑容积效率,差动连接时,液压缸的有效作用面积是活塞杆的横截面积，工作台运动速度比无杆腔进油时的大，而输出力则较小。,快进（差动连接） 工进（无杆腔进油） 快退（有杆腔进油）,活塞缸运动速度比较,4.1.1 活塞缸 （2）单杆活塞缸,v3=v2，则

3、必须使D=,有杆腔进油,差动连接,v2,v3,4.1.2 柱塞缸,活塞缸的内孔精度要求很高，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。,柱塞式液压缸,图形符号,柱塞缸,柱塞油缸结构,柱塞式液压缸 1- 缸筒 2-柱塞,式中 d柱塞直径,运动速度v：,输出力F：,4.1.2 柱塞缸,4.1.3 摆动式液压缸,当两油口相继通入压力油时，叶片带动摆动轴作往复摆动。,图形符号,摆动式液压缸,4.1.3 摆动缸,摆动轴输出转矩T：,角速度：,例4.1 供油压力p1=10 MPa，流量q = 25 L/min，回油压力p2 = 0.5 MPa，R = 100 mm，r = 40 mm

4、，若输出轴的角速度w 0.7 rad/s，在不考虑摆动缸的容积效率和机械效率时，求摆动缸的叶片宽度和输出转矩。,解：,（1）增压缸 增压缸又称增压器。它能将输入的低压油转变为高压油供液压系统中的高压支路使用。大缸为原动缸，小缸为输出缸。,4.2 其它形式的常用缸,比值 k = A1/A2（或 k = D12/D22）称为增压比。 当D1=2D2时，p2=4p1，即增压4倍。,根据力的平衡关系有：,图形符号,增压缸结构,由两个或多个活塞式缸套装而成。前一级活塞缸的活塞杆是后一级活塞缸的缸筒。各级活塞依次伸出可获得很长的行程，当依次缩回时缸的轴向尺寸很小。,（2）多级缸,多级缸又称伸缩缸，它由两级

5、或多级活塞缸套装而成。,（2）多级缸,（2）多级缸,由两个或多个活塞式缸套装而成。前一级活塞缸的活塞杆是后一级活塞缸的缸筒。各级活塞依次伸出可获得很长的行程，当依次缩回时缸的轴向尺寸很小。,多级缸的应用,（3）齿条活塞缸 齿条活塞缸由带有齿条杆的双活塞缸和齿轮齿条机构组成，多用于自动线、组合机床等转位或分度机构中。,（3）齿条活塞缸,齿轮轴输出扭矩T,齿轮轴输出扭矩T,p：缸的工作压力 D：缸的直径 Df：齿轮的分度圆直径 q：缸的输入流量,（4）气液阻尼缸,（5）气压油缸,（6）多速缸,运动速度及输出力计算 （表4.1，课本105页）,双作用单活塞杆液压缸结构图 l 缸底；2 卡键；3、5、

6、9、11 密封圈；4 活塞； 6 缸筒；7 活塞杆；8 导向套；10 缸盖； 12 防尘圈；13 耳轴,4.3 液压缸的结构,a) 法兰式连接 b) 半环式连接 缸筒和缸盖结构 1缸盖 2缸筒 3压板 4半环 5防松螺母 6拉杆,1.缸体组件,4.3 液压缸的结构,c) 外螺纹式连接 d) 内螺纹式连接 缸筒和缸盖结构 1缸盖 2缸筒 3压板 4半环 5防松螺母 6拉杆,1.缸体组件,4.3 液压缸的结构,e) 拉杆式连接 f) 焊接式连接 缸筒和缸盖结构 1缸盖 2缸筒 3压板 4半环 5防松螺母 6拉杆,1.缸体组件,4.3 液压缸的结构,2.活塞组件,（1）活塞组件的连接形式,1-弹簧挡

7、圈 2-轴套 3-半环（两个） 4-活塞 5-活塞杆,1,2,3,4,5,活塞杆,螺母,活塞,（2）活塞的密封形式 （a）O形密封圈,普通型,有挡板型,（b）Y形密封圈,宽断面Y形密封圈,窄断面Y形密封圈,（3）活塞杆伸出端结构,a) b) 图4.26 活塞杆伸出端结构 1-密封圈 2-导向套 3-压环 4-防尘圈 5-防尘圈压环,a) O形密封圈密封 b) Y形密封圈密封 图4.27 气缸活塞杆伸出端结构,（3）活塞杆伸出端结构,图4.28 活塞杆头部的连接形式 a)内螺纹连接 b)外螺纹连接 c)双耳环连接 d)单耳环连接,内、外螺纹连接常用于标准化液压缸；双耳环连接、半耳连接多用于非标准

8、化液压缸。,（3）活塞杆伸出端结构,3 缓冲装置,活塞接近行程终端时，回油阻力增大，从而降低缸的运动速度。,液压缸的缓冲装置,4.排气装置,液压传动系统中往往会混入空气，使系统工作不稳定，产生振动、爬行或前冲等现象，严重时会使系统不能正常工作，因此在设计液压缸时，必须考虑空气的排除。,a) 排气阀 b) 排气塞 液压缸的排气装置,根据液压缸的最大工作负载Fmax和选定的工作压力p计算缸筒内径D和活塞杆直径d。,4.4 液压缸的设计与计算,1.液压缸主要尺寸的计算,(表9.3、表9.4，课本P281),4.4 液压缸的设计与计算,1.液压缸主要尺寸的计算,对单杆缸而言，无杆腔进油时，不考虑机械效

9、率，有： 有杆腔进油时，由式（4.6）(课本P98)可得： 式中：p2 背压，一般选取背压 p2 =0。,(式(4.4)，课本P98),整理得：,这时，上面两式便可简化，即无杆腔进油时 ： 有杆腔进油时： 当液压缸的往复运动速度比有一定要求时，由式（4.7）(课本P98)得杆径d为： 液压缸的缸筒长度由活塞最大行程、活塞长度、活塞杆导向套长度、活塞杆密封长度及其它长度确定。其中活塞长度B=（0.6 1.0）D；导向套长度A=（0.6 1.5）d。,4.4 液压缸的设计与计算,2.气缸的耗气量计算,1）活塞杆外伸行程的自由空气耗气量q1,式中： D气缸内径 L气缸行程 t1杆外伸行程的时间 p气

10、缸工作压力 pa大气压力,单杆双作用气缸全程往复一次的自由空气消耗量包括：,2.气缸的耗气量计算,2）活塞杆内缩回程的自由空气耗气量q2,式中： d活塞杆直径 t2杆内缩行程的时间,总耗气量qH,为补偿系统泄漏损失，一般取系数 k1.3,3.缸的强度计算与校核,（1） 缸筒壁厚d 的验算 中、高压缸一般用无缝钢管作缸筒，大多属薄壁筒，即 D / 10时，按材料力学薄壁圆筒公式验算壁厚，即：,pmax缸筒内最高工作压力（试验压力）； 缸筒材料的许用应力， = b/n，其中b为材料抗拉强度，n为安全系数，一般取n = 3.55。 D缸筒直径。,厚壁筒( D / 10)壁厚验算见表4.5（课本P11

11、6）。,（2） 活塞杆的稳定性验算 只有当液压缸活塞杆的计算长度l10d时，才进行液压缸纵向稳定性的验算。,（ Fcr计算公式见课本P117，或查阅相关手册。 ）,使缸保持稳定的条件为：,式中：F缸所受轴向压力 Fcr活塞杆不产生弯 曲变形的临界力 ncr稳定性安全系数， 一般取ncr26,杆件失稳现象,4.5 液压及气压马达,4.5.1 液压马达的分类、特点及应用 液压马达是将液体压力能（压力油的压力p和流量q的乘积）转换为机械能的装置（马达输出轴上的转矩T和转速w的乘积），是液压系统的执行元件。 按结构分为：齿轮马达、叶片马达和柱塞马达 按转速分为:ns500r/min 为高速液压马达：齿

12、轮马达，叶片马达，轴向柱塞马达；ns 500r/min 为低速大转矩液压马达：径向柱塞马达。,4.5.1 液压马达的分类、特点及应用 液压马达的图形符号如下表所示,4.5.2 液压马达的工作原理,轴向柱塞式液压马达的工作原理 1斜盘 2缸体 3柱塞 4配油盘 5马达轴,4.5.3 液压马达的主要性能参数 1.压力 工作压力：液压马达进口处的实际压力； 额定压力：液压马达在正常工作条件下，按试验标准规定能连续运转的最高压力 。,2.流量和排量 排量V 是指液压马达轴转一周由其密封腔容积变化的几何尺寸计算得到的油液体积 ； 理论流量qt 是指在没有泄漏的情况下，由液压马达排量计算得到指定转速所需输

13、入油液的流量 。且qt=Vnt 实际流量q为液压马达入口处的流量，即输入流量。,4.5.3 液压马达的主要性能参数 3. 转速和容积效率 马达的理论转速nt等于输入马达的实际流量q与排量V的比值，即: 考虑到容积效率，马达的实际转速n为： 容积效率定义同液压泵，为：,4.5.3 液压马达的主要性能参数 4. 转矩和机械效率 马达的理论转矩Tt为： 若令出口压力等于零，则p=p，则有： 计算实际转矩时应考虑机械效率，机械效率mm为：,马达实际输出的转矩T为：,4.5.3 液压马达的主要性能参数 5. 功率和总效率,式中 p液压马达进、出口的压力差； 、n液压马达的角速度和转速。,液压马达的总效率为：,液压马达输入功率Pi 为：,液压马达输出功率Po为 ：,第4章 液压传动执行元件,本章小结 1.液压缸的分类及基本计算 2.液压缸的结构 3.液压缸的设计计算 4.液压马达的工作原理及性能参数,作业： P129:4-9，4- 10，4-11,