液壓與氣動技術(shù)主編趙江濤王珊謝強(qiáng)常用執(zhí)行元件

項(xiàng)目四目錄

CONTENTS01常用液壓缸02液壓缸的結(jié)構(gòu)03液壓馬達(dá)PARTONE常用液壓缸一、活塞式液壓缸

按結(jié)構(gòu)形式的不同,液壓缸可分為活塞式、柱塞式、擺動式、伸縮式等,其中活塞式液壓缸應(yīng)用最廣泛?；钊揭簤焊字饕须p出桿式、單出桿式兩種。(一)雙活塞桿式液壓缸活塞兩端都帶有活塞桿的液壓缸,稱為雙活塞桿式液壓缸,如圖4-1所示。(二)單活塞桿式液壓缸

只有一端帶活塞桿的液壓缸為單活塞桿式液壓缸。如圖4-2所示為單活塞桿式液壓缸的工作原理圖,右側(cè)為它對應(yīng)的職能符號。(三)活塞式液壓缸的推力和速度計(jì)算1.雙活塞桿式液壓缸的推力和速度當(dāng)工作壓力和輸入流量相同時(shí),無論從哪個(gè)腔進(jìn)油或出油,兩個(gè)方向的液壓推力F和運(yùn)動速度v相等。式中ηcm———液壓缸的機(jī)械效率,主要是機(jī)械摩擦等因素引起的,一般取ηm=0.9;ηcv———液壓缸的容積效率,主要是進(jìn)油腔通過活塞與缸體的密封間隙向出油腔泄漏引起的,一般取ηcv≈0.98。2.單活塞桿式液壓缸的推力和速度

單活塞桿式液壓缸的推力和速度計(jì)算要復(fù)雜一些,因?yàn)樗膬汕还ぷ髅娣e不相等。一般我們將有活塞桿的一側(cè)稱為“有桿腔”,無活塞桿的一側(cè)稱為“無桿腔”,可以分為三種情況來計(jì)算,如圖4-3所示。

液壓缸按壓力油作用情況,還常被分為雙作用式和單作用式液壓缸。雙作用式液壓缸是指它的兩個(gè)方向運(yùn)動都是在壓力油的作用下實(shí)現(xiàn)的,如圖4-4(a)所示。單作用式液壓缸是指它的一個(gè)方向運(yùn)動是在壓力油的作用下實(shí)現(xiàn)的,另一個(gè)方向運(yùn)動是以其他方式(如彈簧力或其他外力)實(shí)現(xiàn)的,如圖4-4(b)所示。二、其他種類的液壓缸(一)柱塞式液壓缸

柱塞式液壓缸一般為單作用式液壓缸。一般設(shè)備中較多地采用活塞式液壓缸,但活塞式液壓缸內(nèi)孔的加工精度要求高,行程較長時(shí)缸筒加工較困難,制造成本較高。因此,對于長行程的場合,宜采用柱塞式液壓缸。

如圖4-5(a)所示為柱塞式液壓缸的工作原理圖。它由缸筒1、柱塞2、導(dǎo)向套和端蓋3等組成,也有缸固式和桿固式兩種形式。圖4-5(b)為它的職能符號。(二)擺動式液壓缸

擺動式液壓缸也稱擺動馬達(dá)。擺動式液壓缸是一種能輸出轉(zhuǎn)矩和角速度并實(shí)現(xiàn)往復(fù)擺動的液壓執(zhí)行元件。常有單葉片式和雙葉片式兩種結(jié)構(gòu)形式,如圖4-6所示。當(dāng)它通入液壓油時(shí),它的主軸輸出能完成小于300°的擺動運(yùn)動。

如圖4-6(a)所示為單葉片式擺動缸,它的擺動角度較大,可達(dá)300°。

如圖4-6(b)所示為雙葉片式擺動缸,它的擺動角度和角速度為單葉片式的一半,而輸出轉(zhuǎn)矩是單葉片式的兩倍。

如圖4-6(c)所示為擺動缸的職能符號。(三)伸縮式液壓缸

如圖4-7所示,伸縮式液壓缸由兩個(gè)或多個(gè)活塞式液壓缸套裝而成,前一級活塞缸的活塞是后一級活塞缸的缸筒,可獲得較長的工作行程。例如,伸縮缸在起重運(yùn)輸車輛上有廣泛的應(yīng)用。

如圖4-7(a)所示是單作用式伸縮缸,如圖4-7(b)所示是雙作用式伸縮缸。PARTTWO液壓缸的結(jié)構(gòu)一、活塞式液壓缸主要尺寸的確定

在選擇液壓缸時(shí),一般已知缸的最大負(fù)載F,并根據(jù)系統(tǒng)工況和經(jīng)驗(yàn)來選取一個(gè)適當(dāng)?shù)墓ぷ鲏毫。根據(jù)具體情況,可以通過式(4.1)、式(4.3)或式(4.5)來計(jì)算確定缸筒內(nèi)徑和活塞桿直徑。

在計(jì)算中,活塞桿直徑d可以參考表4-1來確定,然后代入公式中計(jì)算。計(jì)算出缸筒內(nèi)徑和活塞桿直徑后,均應(yīng)按表4-2、表4-3圓整成標(biāo)準(zhǔn)值,否則所設(shè)計(jì)出的液壓缸將無法選購,或自制的液壓缸將無法選用標(biāo)準(zhǔn)密封件。二、液壓缸的結(jié)構(gòu)

活塞式液壓缸的空心活塞桿是固定的,缸筒可移動,如圖4-8所示。當(dāng)壓力油從b、d孔進(jìn)入缸筒右腔時(shí),使缸筒向右運(yùn)動,左腔油液從c、a孔排出;反之則缸筒向左運(yùn)動。由于孔c、d與活塞端面保持一定的距離,當(dāng)缸移動到兩頭時(shí),兩孔通流口逐漸減小,起到節(jié)流緩沖的作用。缸蓋3上開設(shè)有排氣孔(圖中未示出)。

如圖4-8所示,在活塞式液壓缸的結(jié)構(gòu)中,除缸體組件、活塞及活塞桿組件外,還有密封裝置、緩沖裝置和排氣裝置等。這里主要介紹一下活塞式液壓缸的密封裝置、緩沖裝置和排氣裝置。(一)液壓缸的密封裝置

密封裝置在液壓缸中的作用是防泄漏和防污染,對提高液壓系統(tǒng)的使用壽命有很重要的作用。

在液壓缸中,活塞與缸筒間、端蓋間,活塞桿與端蓋間等都需要密封。常用的有以下幾種密封形式。1.間隙密封

間隙密封是一種最簡單的密封方法,如圖4-9所示,屬于非接觸式密封,是依靠相對運(yùn)動工件配合表面之間的微小間隙σ來防止泄漏的。2.O形密封圈

O形密封圈的截面為圓形,如圖4-10所示。其內(nèi)、外側(cè)面和端面都能起密封作用。由于O形密封圈是依靠裝配所產(chǎn)生的壓縮變形來實(shí)現(xiàn)密封的,所以密封性能好,使用廣泛。3.V形密封圈

V形密封圈是組合式密封件,其結(jié)構(gòu)形式如圖4-11所示,由支承環(huán)[如圖(a)所示]、V形密封環(huán)[如圖(b)所示]和壓環(huán)[如圖(c)所示]三部分組成。4.Y形密封圈

Y形密封圈的截面為Y形,如圖4-12(a)所示,它是利用唇邊對配合表面的過盈量來實(shí)現(xiàn)密封的。(二)緩沖裝置

緩沖裝置的作用是在活塞與缸蓋接近時(shí),利用節(jié)流阻尼作用使回油腔產(chǎn)生一定的緩沖壓力(回油阻力),而使活塞運(yùn)動受阻減速,避免活塞與缸蓋碰撞而產(chǎn)生沖擊和噪聲,以免影響設(shè)備的工作精度甚至損壞零件。

如圖4-13(a)所示為圓環(huán)狀間隙式緩沖裝置。

如圖4-13(b)所示為可調(diào)節(jié)流閥緩沖裝置。

如圖4-13(c)所示為可變節(jié)流槽式緩沖裝置。(三)排氣裝置

常用的排氣裝置有兩種形式,如圖4-14所示。一種是在液壓缸的最高部位處開排氣孔2,用長管道通向遠(yuǎn)處的排氣閥排氣,機(jī)床上大多采用這種形式。另一種是在缸蓋的最高部位處直接安裝排氣閥,如圖4-14(b)、圖4-14(c)所示的排氣閥結(jié)構(gòu)。在液壓系統(tǒng)正式工作前,打開排氣閥,讓液壓缸全行程空載往復(fù)運(yùn)動多次,以排出空氣并關(guān)閉排氣閥,液壓缸便可正常工作了。PARTTHREE液壓馬達(dá)

液壓馬達(dá)是利用液體的壓力能做回轉(zhuǎn)運(yùn)動的液壓執(zhí)行元件。液壓馬達(dá)與液壓泵在工作原理上是可逆的,內(nèi)部構(gòu)造類似,但也存在一定的差別。液壓泵的旋轉(zhuǎn)是由電機(jī)帶動的,且輸出的是液壓油;液壓馬達(dá)輸入的是液壓油,輸出的是轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。

液壓馬達(dá)按其結(jié)構(gòu)形式也分為齒輪式、葉片式和柱塞式等,按其排量是否可調(diào)也分為變量式液壓馬達(dá)和定量式液壓馬達(dá)。如圖4-15所示為液壓馬達(dá)的四種職能符號。二、軸向柱塞式液壓馬達(dá)

圖4-17為斜盤式軸向柱塞馬達(dá)的工作原理圖。軸向柱塞液壓馬達(dá)在液壓系統(tǒng)中應(yīng)用較多,其結(jié)構(gòu)和軸向柱塞泵基本相同。三、液壓馬達(dá)的主要性能參數(shù)

壓力、排量、流量均是指液壓馬達(dá)進(jìn)油口處的輸入值,它們的定義與液壓泵相同。與液壓泵不同液壓馬達(dá)中輸入的實(shí)際流量因泄漏等損失要比理論流量大,因此容積效率ηMV和轉(zhuǎn)速nM為

進(jìn)入馬達(dá)的流量通過傳動軸輸出轉(zhuǎn)矩。但實(shí)際上因機(jī)械摩擦損失,使馬達(dá)的實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩要比理論輸出轉(zhuǎn)矩小,因此,機(jī)械效率和輸出轉(zhuǎn)矩為

液壓馬達(dá)輸入功率為液壓能,PM=pMqM;輸出功率為機(jī)械能,PMo=ωTM=2πnMTM。若不考慮能量損失,則輸入功率和輸出功率相等。但實(shí)際是有損失的,功率損失即總效率為四、液壓馬達(dá)與液壓泵的相似性和差異性比較

液壓馬達(dá)與液壓泵,一個(gè)是執(zhí)行裝置,一個(gè)是動力裝置,作用完全不同,但工作原理是可逆的,結(jié)構(gòu)上也有相似性。在了解液壓泵的結(jié)構(gòu)和工作原理后,比較一下液壓馬達(dá)和液壓泵的相似性和差異性,有助于更好地理解液壓馬達(dá)。(一)液壓馬達(dá)與液壓泵的相似性

液壓馬達(dá)和液壓泵都必須滿足兩個(gè)工作條件,即必須有密封且可周期性變化的容積空間,必須有配流機(jī)構(gòu)。

液壓元件中常見的困油、徑向力不平衡現(xiàn)象、液壓沖擊、流量脈動和泄漏等現(xiàn)象,幾乎存在于所有的液壓泵和液壓馬達(dá)中。

作為將機(jī)械能和壓力能互相轉(zhuǎn)換的裝置,因?yàn)樵谀芰哭D(zhuǎn)換過程中都有能量損失,所以液壓馬達(dá)和液壓泵都有容積效率、機(jī)械效率和總效率。三個(gè)效率之間關(guān)系也相同。

在進(jìn)行效率計(jì)算時(shí),最容易出現(xiàn)的問題是對輸入量與輸出量關(guān)系理解錯(cuò)誤。例如,液壓泵的流量是輸出量,而液壓馬達(dá)的流量是輸入量。(一)液壓馬達(dá)與液壓泵的相似性

液壓馬達(dá)和液壓泵都必須滿足兩個(gè)工作條件,即必須有密封且可周期性變化的容積空間,必須有配流機(jī)構(gòu)。

液壓元件中常見的困油、徑向力不平衡現(xiàn)象、液壓沖擊、流量脈動和泄漏等現(xiàn)象,幾乎存在于所有的液壓泵和液壓馬達(dá)中。

作為將機(jī)械能和壓力能互相轉(zhuǎn)換的裝置,因?yàn)樵谀芰哭D(zhuǎn)換過程中都有能量損失,所以液壓馬達(dá)和液壓泵都有容積效率、機(jī)械效率和總效率。三個(gè)效率之間關(guān)系也相同。

在進(jìn)行效率計(jì)算時(shí),最容易出現(xiàn)的問題是對輸入量與輸出量關(guān)系理解錯(cuò)誤。例如,液壓泵的流量是輸出量,而液壓馬達(dá)的流量是輸入量。(二)液壓馬達(dá)與液壓泵的差異性

液壓馬達(dá)是靠輸入液體壓力來起動工作的,而液壓泵是由電機(jī)等其他動力裝置直接帶動的。因?yàn)橐簤厚R達(dá)有正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)要求,所以配流盤一般是對稱設(shè)計(jì)的,即進(jìn)出油口孔徑相等。液壓泵一般是由電機(jī)帶動著單向旋轉(zhuǎn),配流盤及其卸荷槽可以不對稱。

在自吸性要求上不同。液壓馬達(dá)是依靠輸入壓力油來工作,不需要有自吸