SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Chapter3執(zhí)行元件

本章主要內(nèi)容：

3.1

直線往復(fù)運動執(zhí)行元件——液壓缸

3.2

直線往復(fù)運動執(zhí)行元件——氣缸

3.3

旋轉(zhuǎn)運動執(zhí)行元件——液壓馬達(dá)

3.4

旋轉(zhuǎn)運動執(zhí)行元件——氣動馬達(dá)

3.5

液壓缸的設(shè)計計算SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動了解液壓與氣壓傳動中各種執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)形式、工作原理；掌握執(zhí)行元件的設(shè)計計算方法和特點。單桿活塞液壓缸；密封、緩沖、排氣。目的任務(wù):

重點難點:

SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動液壓缸是實現(xiàn)直線往復(fù)運動的執(zhí)行元件。液壓與氣壓傳動中的執(zhí)行元件是將流體的壓力能轉(zhuǎn)化為機械能的元件。它驅(qū)動機構(gòu)作直線往復(fù)或旋轉(zhuǎn)（或擺動）運動，其輸入為壓力和流量，輸出為力和速度，或轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。Part3.1

直線往復(fù)運動執(zhí)行元件——液壓缸

SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Part3.1.1

液壓缸的類型液壓缸按其結(jié)構(gòu)形式，可以分為活塞缸、柱塞缸和伸縮缸等。1.活塞缸

1）雙桿活塞缸

圖3-1a所示為缸筒固定的雙桿活塞缸?；钊麅蓚?cè)的活塞桿直徑相等它的進、出油口位于缸筒兩端。當(dāng)工作壓力和輸入流量相同時，兩個方向上輸出的推力F和速度v是相等的。其值為：圖3-1

雙桿活塞缸a）缸筒固定SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動

式中A—活塞的有效作用面積；

D、d—活塞和活塞桿的直徑；

q—輸入流量；

p1、p2—缸的進、出口壓力；

ηm、ηV—缸的機械效率、容積效率。（3-1）（3-2）這種安裝形式，工作臺移動范圍約為活塞有效行程的三倍，占地面積大，適用于小型機械。SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動圖3-1b所示為活塞桿固定的雙桿活塞缸。其進、出油液可經(jīng)活塞桿內(nèi)的通道輸入液壓缸或從液壓缸流出。也可以用軟管連接，進、出口就位于缸的兩端。它的推力和速度與缸筒固定的形式相同，但是其工作臺移動范圍為缸筒有效行程的兩倍，故可用于行程較長的機械，如外圓磨床工作臺的驅(qū)動。圖3-1

雙桿活塞缸b）活塞桿固定SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動2）單桿活塞缸

圖3-2所示為單桿活塞缸。由于只在活塞的一端有活塞桿，使兩腔的有效工作面積不相等，因此在兩腔分別輸入相同流量的情況下，活塞的往復(fù)運動速度不相等。它的安裝也有缸筒固定和活塞桿固定兩種，進、出口的布置根據(jù)安裝方式而定；但工作臺移動范圍都為活塞有效行程的兩倍。圖3-2

單桿活塞缸a）向右運動b）向左運動SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動單桿活塞缸的推力和速度計算式如下：（3-3）（3-4）（3-5）（3-6）SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動在液壓缸的活塞往復(fù)運動速度有一定要求的情況下，活塞桿直徑d通常根據(jù)液壓缸速度比λν=v2/v1的要求以及缸內(nèi)徑D來確定。由式（3-5）和式（3-6）得：（3-7）（3-8）由此可見：單桿活塞缸往復(fù)速比λv越大，活塞桿直徑d越大。SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動圖3-3

差動液壓缸單桿活塞缸的左右腔同時接通壓力油，如圖3-3所示，稱為差動連接，此缸稱為差動液壓缸。差動液壓缸左、右腔壓力相等，但左、右腔有效面積不相等，因此，活塞向右運動。差動連接時因回油腔的油液進入左腔，從而提高活塞運動速度，其推力和速度按下式計算：3）差動液壓缸（3-9）由圖（3-3）可知：考慮容積效率ηv：（3-10）SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動圖3-3

差動液壓缸單桿活塞缸的左右腔同時接通壓力油，如圖3-3所示，稱為差動連接，此缸稱為差動液壓缸。差動液壓缸左、右腔壓力相等，但左、右腔有效面積不相等，因此，活塞向右運動。差動連接時因回油腔的油液進入左腔，從而提高活塞運動速度，其推力和速度按下式計算：向液壓缸右腔輸油，而左腔通油箱，活塞便向左運動，推力和速度與式（3-4）、式（3-6）相同。如要求v3與活塞向左運動的速度v2相等，即v3=v2，則必須使D=3）差動液壓缸SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動2.柱塞缸

圖3-4

柱塞式液壓缸a）單柱塞缸b）雙柱塞缸1—缸筒2—柱塞單柱塞缸只能實現(xiàn)一個方向運動，反向要靠外力，如圖3-4a所示。兩個柱塞缸組合，如圖3-4b所示，也能用壓力油實現(xiàn)往復(fù)運動。柱塞運動時，由缸蓋上的導(dǎo)向套來導(dǎo)向，因此，缸筒內(nèi)壁不需要精加工，故特別適用于行程較長的場合。（3-11）（3-12）式中

d—柱塞直徑柱塞缸輸出的推力和速度為：SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動3.伸縮缸伸縮缸由兩上或多個活塞套裝而成，前一級缸的活塞桿是后一級缸的缸筒。伸出時，可以獲得很長的工作行程，縮回時可保持很小的結(jié)構(gòu)尺寸。圖3-5所示為一種雙作用式兩級伸縮缸。（3-13）（3-14）式中

i—第i級活塞通入壓力油時各級活塞按有效作用面積大小依次先后動作，并在輸入流量不變的情況下，輸出推力逐級減小，速度逐級加大。其值為：圖3-5

雙作用式兩級伸縮缸這種液壓缸起動時，活塞有效作用面積最大，因此，輸出推力也最大。隨著行程逐級增長，推力隨之逐級減小，速度則逐級增快。如欲使推力和速度始終保持恒定，且要求快速長行程移動，可采用同步快速伸縮缸。SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動圖3-6

單作用式三級同步伸縮缸1—外缸筒2—一級活塞3—二級活塞4—三級活塞圖3-6所示為單作用式三級同步快速伸縮缸的工作原理。該缸的各級活塞有效作用面積設(shè)計成A1=2A2、A2=2A3、A3=2A4，并在一級和二級活塞的右端各設(shè)一帶有頂桿的單向閥，而在其缸筒側(cè)壁面各開有小孔。正常工作時單向閥均關(guān)閉。3.伸縮缸SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動當(dāng)壓力油進入B腔時，一級活塞2向左移動，C腔油通過小孔進入D腔，推動二級活塞3以相同速度向左移動；同樣的原理，三級活塞4也以同一速度向左移動。若因泄漏原因，二級或三級活塞沒有移動到最左位置，則相應(yīng)的單向閥開啟，補充液壓油使其到位。外力推其向右移動時各活塞動作與向左移動時相反。一級和二級活塞運動到最右端時，兩個單向閥的頂桿使其開啟，從而恢復(fù)各級間的平衡狀態(tài)。3.伸縮缸圖3-6

單作用式三級同步伸縮缸1—外缸筒2—一級活塞3—二級活塞4—三級活塞SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動這種同步伸縮缸輸出的推力和速度為：（3-15）（3-16）3.伸縮缸圖3-6

單作用式三級同步伸縮缸1—外缸筒2—一級活塞3—二級活塞4—三級活塞單作用式同步快速伸縮缸適用于快速、小負(fù)載、長行程場合，其返回靠外力。SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Part3.1.2

液壓缸的結(jié)構(gòu)圖3-7所示為單桿活塞缸，由缸筒5，活塞12，活塞桿8，前后缸蓋1、7，活塞桿導(dǎo)向裝置9，前、后緩沖柱塞4、11等主要零件組成?；钊c活塞桿用螺紋連接，并用止動銷13固定。前、后法蘭14、10用螺紋與缸筒連接，前、后缸蓋1、7通過法蘭14、10和螺釘（圖中未示）壓緊在缸筒的兩端。為了提高密封性能并減少摩擦力，在活塞與缸筒之間、活塞桿與導(dǎo)向裝置之間、導(dǎo)向裝置與后缸蓋之間、前后缸蓋與缸筒之間裝有各種動、靜密封圈。當(dāng)活塞移動接近左右終端時，液壓缸回油腔的油只能通過緩沖柱塞上通流面積逐漸減小的軸向三角槽和可調(diào)錐閥2、6回油箱，對移動部件起制動緩沖作用。缸中空氣經(jīng)排氣裝置（圖中未畫出）排出。SchoolofMechanicalEngineering從圖3-7可以看到，液壓缸的結(jié)構(gòu)基本上可以分為缸筒和缸蓋、活塞和活塞桿、密封裝置、緩沖裝置和排氣裝置五個部分。圖3-7

單桿活塞缸1—前缸蓋

2、6—可調(diào)錐閥3—前緩沖套4、11—前、后緩沖柱賽5—缸筒7—后缸蓋

8—活塞桿

9—活塞桿導(dǎo)向裝置10—后法蘭

12—活塞13—止動銷14—前法蘭SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動1.缸筒和缸蓋缸筒和缸蓋的常見連接結(jié)構(gòu)形式如圖3-8所示。圖3-8

缸筒和缸蓋的常見連接結(jié)構(gòu)形式1—缸蓋2—缸筒3—壓板4—半環(huán)5—防松螺母6—拉桿圖3-8a采用法蘭式連接，結(jié)構(gòu)簡單、加工和裝拆都方便，但外形尺寸和質(zhì)量都大。圖3-8b為半環(huán)式連接，加工和裝拆方便，但是，這種結(jié)構(gòu)須在缸筒外部開有環(huán)形槽而削弱了其強度，因此，有時要為此增加缸的壁厚。SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動1.缸筒和缸蓋缸筒和缸蓋的常見連接結(jié)構(gòu)形式如圖3-8所示。圖3-8c為外螺紋式連接，圖3-8d為內(nèi)螺紋式連接。螺紋式連接裝拆時要使用專用工具，適用于較小的缸筒。圖3-8

缸筒和缸蓋的常見連接結(jié)構(gòu)形式1—缸蓋2—缸筒3—壓板4—半環(huán)5—防松螺母6—拉桿SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動1.缸筒和缸蓋缸筒和缸蓋的常見連接結(jié)構(gòu)形式如圖3-8所示。圖3-8e為拉桿式連接，容易加工和裝拆，但外形尺寸較大，且較重。圖3-8f為焊接式連接，結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，但缸底處內(nèi)徑不易加工，且可能引起變形。圖3-8

缸筒和缸蓋的常見連接結(jié)構(gòu)形式1—缸蓋2—缸筒3—壓板4—半環(huán)5—防松螺母6—拉桿SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動2.活塞和活塞桿活塞和活塞桿的結(jié)構(gòu)形式很多，有螺紋式連接和半環(huán)式連接等，如圖3-9所示。前者結(jié)構(gòu)簡單，但需有螺母防松裝置。后者結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但工作較可靠。此外，在尺寸較小的場合，活塞和活塞桿也有制成整體式結(jié)構(gòu)的。圖3-9

活塞和活塞桿的結(jié)構(gòu)a）螺紋式連接b）半環(huán)式連接1—彈簧卡圈2—軸套3—螺母4—半環(huán)5—壓板6—活塞7—活塞桿SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動3.密封裝置

密封裝置用來防止液壓系統(tǒng)油液的內(nèi)外泄漏和防止外界雜質(zhì)侵入。其密封機理、結(jié)構(gòu)等將在第五章中詳述。SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動4.緩沖裝置

緩沖裝置是利用活塞或缸筒移動到接近終點時，將活塞和缸蓋之間的一部分油液封住，迫使油液從小孔或縫隙中擠出，從而產(chǎn)生很大的阻力，使工作部件平穩(wěn)制動，并避免活塞和缸蓋的相互碰撞。液壓缸緩沖裝置的工作原理如圖3-10所示。理想的緩沖裝置應(yīng)在其整個工作過程中保持緩沖壓力恒定不變，實際的緩沖裝置則很難做到這點。圖3-10

液壓缸緩沖裝置的工作原理（緩沖柱塞的形式）a）反拋物線式

b）階梯圓柱式c）節(jié)流口變化式d）單圓柱式e）環(huán)形縫隙f）圓錐臺式SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動4.緩沖裝置

圖3-11所示為上述各種形式緩沖裝置的緩沖壓力曲線。由圖可見，反拋物線式性能曲線最接近于理想曲線，緩沖效果最好。但是，這種緩沖裝置需要根據(jù)液壓缸的具體工作情況進行專門設(shè)計和制造，通用性差。階梯圓柱式的緩沖效果也很好。最常用的則是節(jié)流口可調(diào)的單圓柱式和節(jié)流口變化式。圖3-11

各種緩沖裝置的緩沖壓力曲線1—單圓柱式2—圓錐臺式3—階梯圓柱式4—反拋物線式5—理想曲線SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動1）節(jié)流口可調(diào)式緩沖裝置（圖3-10d）當(dāng)活塞上的緩沖柱塞進入端蓋凹腔后，圓環(huán)形的回油腔中的油液只能通過針形節(jié)流閥流出，這就使活塞制動。調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開口，可改變制動阻力的大小。這種緩沖裝置起始緩沖效果好，隨著活塞向前移動，緩沖效果逐漸減弱，因此它的制動行程較長。圖3-10

液壓缸緩沖裝置的工作原理（緩沖柱塞的形式）4.緩沖裝置

SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動2）節(jié)流口變化式緩沖裝置（圖3-10c）其緩沖柱塞上開有變截面的軸向三角槽。當(dāng)活塞移近端蓋時，回油腔油液只能經(jīng)過三角槽流出，因而使活塞受到制動作用。隨著活塞的移動，三角槽通流截面逐漸變小，阻力作用增大，因此，緩沖作用均勻，沖擊壓力較小，制動位置精度高。圖3-10

液壓缸緩沖裝置的工作原理（緩沖柱塞的形式）4.緩沖裝置

SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動5.排氣裝置

排氣裝置用來排除積聚在液壓缸內(nèi)的空氣。一般把排氣裝置安裝在液壓缸兩端蓋的最高處。常用的排氣裝置如圖3-12所示。圖3-12a所示為在液壓缸的最高部位設(shè)置排氣孔與排氣閥連接進行排氣。圖3-12b為在液壓缸的最高部位處安裝排氣塞。圖3-12

排氣裝置

a）排氣閥b）排氣塞BackPart3.2

直線往復(fù)運動執(zhí)行元件——氣缸

SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動氣缸是氣動系統(tǒng)中使用最多的執(zhí)行元件，它以壓縮空氣為動力驅(qū)動機構(gòu)做直線往復(fù)運動。Part3.2.1

氣缸的類型氣缸的分類如圖3-13所示。圖3-13

氣缸的分類SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Part3.2.2

普通氣缸普通氣缸是在缸筒內(nèi)只有一個活塞和一根活塞桿的氣缸，有單作用氣缸和雙作用氣缸兩種。圖3-14所示為普通型單活塞桿雙作用氣缸的結(jié)構(gòu)。氣缸一般由缸筒11，前、后缸蓋13、1，活塞8，活塞桿10，密封件和緊固件等零件組成。缸筒在前后缸蓋之間由四根拉桿和螺母將其緊固鎖定（圖中未畫出）?；钊c活塞桿相連，活塞上裝有密封圈4、導(dǎo)向環(huán)5及磁性環(huán)6。為防止漏氣和外部粉塵的侵入，前缸蓋上裝有防塵組合密封圈15。磁性環(huán)用來產(chǎn)生磁場，使活塞接近磁性開關(guān)時發(fā)出電信號，即在普通氣缸上裝了磁性開關(guān)就構(gòu)成開關(guān)氣缸。SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Part3.2.2

普通氣缸圖3-14

普通型單活塞桿雙作用氣缸的結(jié)構(gòu)1—后缸蓋2—緩沖節(jié)流閥3、7—密封圈4—活塞密封圈5—導(dǎo)向環(huán)6—磁性環(huán)8—活塞9—緩沖柱塞10—活塞桿11—缸筒12—緩沖密封圈13—前缸蓋14—導(dǎo)向套15—防塵組合密封圈SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Part3.2.3

其他形式氣缸1.無桿氣缸無桿氣缸沒有普通氣缸的剛性活塞桿，它利用活塞直接或間接實現(xiàn)往復(fù)直線運動。這種氣缸最大優(yōu)點是節(jié)省了安裝空間，特別適用于小缸徑長行程的場合。在自動化系統(tǒng)、氣動機器人中獲得了大量應(yīng)用。SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動圖3-15

無桿氣缸1—節(jié)流閥2—緩沖柱塞3—密封帶4—防塵不銹鋼帶5—活塞6—滑塊7—管狀體圖3-15所示為無桿氣缸。在氣缸筒軸向開有一條槽，在氣缸兩端設(shè)置空氣緩沖裝置。活塞5帶動與負(fù)載相連的滑塊6一起在槽內(nèi)移動，且借助缸體上的一個管狀溝槽防止其產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。因防泄漏和防塵的需要，在開口部采用聚氨酯密封帶3和防塵不銹鋼帶4固定在兩側(cè)端蓋上。1.無桿氣缸SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動這種氣缸適用缸徑為8~80mm，最大行程在缸徑不小于40mm時可達(dá)6m。氣缸運動速度高，可達(dá)2m/s。由于負(fù)載與活塞是與在氣缸槽內(nèi)運動的滑塊連接的，因此在使用中必須考慮滑塊上所受的徑向和軸向負(fù)載。為了增加承載能力，必須增加導(dǎo)向機構(gòu)。若需用無桿氣缸構(gòu)成氣動伺服定位系統(tǒng)，可用內(nèi)置式位移傳感器的無桿氣缸。1.無桿氣缸SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動2.磁性氣缸圖3-16所示為一種磁性氣缸。在活塞上安裝了一組高磁性的稀土永久磁環(huán)，磁力線穿過薄壁缸筒（不銹鋼或鋁合金非導(dǎo)磁材料）作用在缸筒外面的另一組磁環(huán)套上。由于兩組磁環(huán)極性相反，兩者間具有很強的吸力，當(dāng)活塞在輸入氣壓作用下移動時，則通過磁力線帶動缸筒外的磁環(huán)套與負(fù)載一起移動。在氣缸行程兩端設(shè)有空氣緩沖裝置。圖3-16

磁性氣缸它的特點是：體積和質(zhì)量小，無外部空氣泄漏，維護保養(yǎng)方便。當(dāng)速度快、負(fù)載大時，內(nèi)外磁環(huán)不易吸住，且磁性耦合的無桿氣缸中間不可能增加支承點，因此最大行程受到限制。第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動氣動手指氣缸（如圖3-17）能實現(xiàn)各種抓取功能，是現(xiàn)代氣動機械手的關(guān)鍵部件。3.手指氣缸圖3-17

手指氣缸a）平行手指氣缸

b）擺動手指氣缸c）旋轉(zhuǎn)手指氣缸SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動圖3-17所示的手指氣缸有如下特點：所有的結(jié)構(gòu)都是雙作用的，能實現(xiàn)雙向抓取，可自動對中，中復(fù)精度高；抓取力矩恒定；在氣缸兩側(cè)可安裝非接觸式行程檢測開關(guān)；有多種安裝、連接方式；耗氣量少。3.手指氣缸SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動圖3-17

手指氣缸a）平行手指氣缸圖3-17a所示為平行手指氣缸，平行手指通過兩個活塞工作。每個活塞由一個滾輪和一個雙曲柄與氣動手指相連，形成一個特殊的驅(qū)動單元。這樣，氣缸手指總是徑向移動，每個手指是不能單獨移動的。如果手指反向移動，則——先前受壓的活塞處于排氣狀態(tài)，而另一個活塞處于受壓狀態(tài)。3.手指氣缸SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動圖3-17

手指氣缸

b）擺動手指氣缸圖3-17b所示為擺動手指氣缸，活塞桿上有一個環(huán)形槽，由于手指耳軸與環(huán)形槽相連，因而手指可同時擺動且自動對中，并確保抓取力矩始終恒定。3.手指氣缸SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動圖3-17

手指氣缸c）旋轉(zhuǎn)手指氣缸圖3-17c所示為旋轉(zhuǎn)手指氣缸，其動作和齒輪齒條的嚙合原理相似?；钊c一根可上下移動的軸固定在一起。軸的末端有三個環(huán)形槽，這些槽與兩個驅(qū)動輪的齒嚙合。因而，兩個手指可同時轉(zhuǎn)動并自動對中，其齒輪齒條嚙合原理確保了抓取力矩始終恒定。3.手指氣缸SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動氣液阻尼缸是一種由氣缸和液壓缸構(gòu)成的組合缸。由氣缸產(chǎn)生驅(qū)動力，而通過液壓缸的阻尼調(diào)節(jié)作用獲得平穩(wěn)的運動。這種氣缸常用于機床和切削加工的進給驅(qū)動裝置，克服了普通氣缸在負(fù)載變化較大時容易產(chǎn)生的“爬行”或“自移”現(xiàn)象。氣液阻尼缸有串聯(lián)式和并聯(lián)式兩種結(jié)構(gòu)。4.氣液阻尼缸SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動圖3-18

氣液阻尼缸a）工作原理圖b）速度特性1—負(fù)載2—液壓缸3—節(jié)流閥

4—單向閥5—貯油杯6—中蓋

7—氣缸圖3-18a、b所示為串聯(lián)式氣液阻尼缸的工作原理圖及速度特性。它由一根活塞桿將氣缸活塞和液壓缸活塞串聯(lián)在一起，兩缸之間用中蓋6隔開，防止空氣與液壓油互竄。在液壓缸的進出口處連接了調(diào)速用的液壓單向節(jié)流閥。由節(jié)流閥3和單向閥4組成的節(jié)流機構(gòu)可調(diào)節(jié)液壓缸的排油量，從而調(diào)節(jié)活塞運動的速度。4.氣液阻尼缸SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動圖3-18

氣液阻尼缸a）工作原理圖b）速度特性1—負(fù)載2—液壓缸3—節(jié)流閥

4—單向閥5—貯油杯6—中蓋

7—氣缸當(dāng)氣缸活塞向右退回運動時，液壓缸右腔排油，此時單向閥打開，回油快，使活塞快速退回。圖示節(jié)流機構(gòu)能實現(xiàn)慢進—快退的速度特性，如圖3-18b所示。若圖中去掉單向閥，則能實現(xiàn)慢進—慢退的速度特性。4.氣液阻尼缸SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動圖3-19

膜片式氣缸圖3-19所示為膜片式氣缸，它主要由膜片和中間硬芯相連來代替普通氣缸中的活塞，依靠膜片在氣壓作用下的變形來使活塞桿移動。活塞的位移較小，一般小于40mm。這種氣缸的特點：結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量小、維修方便、密封性能好、制造成本低，廣泛應(yīng)用于氣動夾具、化工生產(chǎn)過程中的自動調(diào)節(jié)閥等短行程工作場合。5.膜片式氣缸空間再小也可安裝哦~~SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動6.仿生氣動肌腱MAS（MuscleActuatorSinale）

仿生氣動肌腱是一種新型的拉伸型執(zhí)行元件，是新概念氣動元件。如同人類的肌肉那樣，仿生氣動肌腱能產(chǎn)生很強的收縮力，其以嶄新的設(shè)計構(gòu)思突破了氣動驅(qū)動器做功必須由氣體介質(zhì)（流體）推動活塞這一傳統(tǒng)概念。從結(jié)構(gòu)上看，它非常簡單：一段加強的纖維管兩端由連接器固定（見右圖），因為沒有運動的機械零件和外部摩擦，故壽命比一般氣缸更長、更耐用。圖

仿生氣動肌腱第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動仿生氣動肌腱是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，由一根包囊著特殊纖維格柵網(wǎng)的橡膠織物管與兩端連接接頭組成。這種特殊材質(zhì)纖維格柵網(wǎng)預(yù)先嵌入在能承受高負(fù)載、高吸收能力的橡膠材料之中（即預(yù)先與具有高強度、高彈性能力的橡膠硫化在其中）。圖3-20

仿生氣動肌腱工作原理圖a）伸長

b）收縮如圖3-20所示，當(dāng)仿生氣動肌腱內(nèi)有工作壓力后，橡膠管開始變形，使格柵中的纖維網(wǎng)格夾角α變大，在直徑方向膨脹，在長度方向收縮，氣動肌腱便由此產(chǎn)生軸向拉力。當(dāng)工作壓力被釋放后，彈性的橡膠材料迫使特殊纖維格柵回復(fù)到原來位置，恢復(fù)原狀。仿生氣動肌腱的收縮長度與氣壓成正比，若配合后述比例控制閥（詳見第四章）使用，可調(diào)節(jié)氣動肌腱的終端位置。6.仿生氣動肌腱MAS（MuscleActuatorSinale）

SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動6.仿生氣動肌腱MAS（MuscleActuatorSinale）

仿生氣動肌腱的拉伸力是同樣直徑普通單作用氣缸的10倍，而質(zhì)量僅為普通單作用氣缸的幾分之一；與產(chǎn)生相等力的氣缸相比，其耗氣量僅為普通氣缸的40%。仿生氣動肌腱的獨特優(yōu)勢使它在工業(yè)自動化領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。其較適合于夾緊技術(shù)、搬移技術(shù)、定位機構(gòu)、制定器、注射機、汽車技術(shù)、仿真技術(shù)、機器人、仿生/平臺機械、建筑技術(shù)，甚至體育、健康服務(wù)等。此外，氣動肌腱還可以用于制作動感電影院的動態(tài)椅子等，可以大大增加觀眾身臨其境的感覺。SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Part3.2.4

氣缸的工作特性及計算

1.氣缸的壓力特性氣缸的壓力特性是指氣缸內(nèi)壓力隨時間變化的關(guān)系，如圖3-21所示圖3-21

氣缸的壓力特性曲線圖示狀態(tài)時，無桿腔內(nèi)的氣壓p1為大氣壓，有桿腔內(nèi)的氣壓p2為工作氣壓。當(dāng)換向閥切換后，無桿腔與氣源接通，因其容腔小，氣體以高速向無桿腔充氣，并很快升至氣源壓力；同時有桿腔開始向大氣排氣，但因其容腔大，故腔中氣體壓力下降的速度較緩慢。當(dāng)兩腔的壓力差Δp=p1-p2超過起動壓差后，活塞就開始向右運動。可見，從換向閥切換到氣缸起動需要一段時間。氣缸活塞運動速度在運動過程中不恒定，這一點很不同于液壓缸！SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動1.氣缸的壓力特性氣缸的壓力特性是指氣缸內(nèi)壓力隨時間變化的關(guān)系，如圖3-21所示圖3-21

氣缸的壓力特性曲線氣缸活塞運動速度在運動過程中不恒定，這一點很不同于液壓缸！起動以后，活塞所受的摩擦阻力由靜摩擦轉(zhuǎn)為動摩擦而變小，使活塞加速運動，無桿腔的壓力有所下降。若供氣充分，活塞繼續(xù)運動，無桿腔壓力基本保持不變；而有桿腔容積的相對減少量越來越大，在排氣過程中其壓力繼續(xù)下降。若活塞桿上的負(fù)載保持恒定，會出現(xiàn)氣缸進排氣速度與活塞運動速度相平衡的情況，這時壓力特性曲線趨于水平，活塞在兩腔不變的壓差推動下勻速前進。Part3.2.4

氣缸的工作特性及計算

SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動1.氣缸的壓力特性氣缸的壓力特性是指氣缸內(nèi)壓力隨時間變化的關(guān)系，如圖3-21所示圖3-21

氣缸的壓力特性曲線氣缸活塞運動速度在運動過程中不恒定，這一點很不同于液壓缸！當(dāng)活塞行至終端時，無桿腔壓力再次急劇上升到氣源壓力；有桿腔壓力卻快速下降到大氣壓。這種較大的壓力差往往會造成“撞缸”。如果氣缸設(shè)有緩沖裝置，活塞運動進入緩沖行程時，排氣通路受阻，排氣腔壓力瞬時增大，隨后降到大氣壓，可避免發(fā)生“撞缸”現(xiàn)象

Part3.2.4

氣缸的工作特性及計算

SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動2.氣缸的速度氣缸活塞運動的速度在運動過程中是變化的，通常所說的氣缸速度是指氣缸活塞的平均速度。如，普通氣缸的速度范圍為50~500mm/s，就是氣缸活塞在全行程范圍內(nèi)的平均速度。目前，普通氣缸的最低速度為5mm/s，最高達(dá)17m/s。3.氣缸的理論輸出力氣缸理論輸出力的計算公式與液壓缸的相同。Part3.2.4

氣缸的工作特性及計算

SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動4.氣缸的效率和負(fù)載率圖3-22

氣缸效率曲線氣缸未加載時實際所能輸出的力，受到氣缸活塞和缸筒之間的摩擦力、活塞桿和前缸蓋之間的摩擦力影響。摩擦力影響程度用氣缸效率η表示。圖3-22所示為氣缸效率η與氣缸缸徑D和工作壓力p的關(guān)系曲線，缸徑增大，工作壓力提高，則氣缸效率η增加。當(dāng)氣缸缸徑增大時，在同樣的氣缸結(jié)構(gòu)和加工條件下，摩擦力在氣缸的理論輸出力中所占的比例明顯地減少，即效率提高了。一般氣缸的效率在0.7~0.95之間。Part3.2.4

氣缸的工作特性及計算

SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動從對氣缸的特性研究知道，要精確確定氣缸的實際輸出力是困難的。于是，在研究氣缸的性能和選擇確定氣缸缸徑時，常用到負(fù)載率β的概念。（3-17）4.氣缸的效率和負(fù)載率氣缸負(fù)載率β定義為：Part3.2.4

氣缸的工作特性及計算

SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動氣缸的實際負(fù)載（軸向負(fù)載）是由工況所決定的，若確定了氣缸負(fù)載率β，則由定義就能確定氣缸的理論輸出力F0，從而可以計算氣缸的缸徑。氣缸負(fù)載率β的選取與氣缸的負(fù)載性質(zhì)及氣缸的運動速度有關(guān)，見表3-1

。4.氣缸的效率和負(fù)載率阻性負(fù)載（靜負(fù)載）慣性負(fù)載的運動速度v＜100mm/s100~500mm/s＞500mm/sβ＜0.8β≤0.65β≤0.5β≤0.3表3-1

氣缸的運動狀態(tài)與負(fù)載率由此就可以計算氣缸的缸徑，再依標(biāo)準(zhǔn)缸徑進行圓整。估算時可取活塞桿直徑d=0.3DPart3.2.4

氣缸的工作特性及計算

SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動例3-1

有一氣缸推動工件在導(dǎo)軌上運動，已知工件等運動件的質(zhì)量m=250kg，工件與導(dǎo)軌間的摩擦因數(shù)f=0.25，氣缸行程300mm，動作時間1s，工作壓力p=0.4MPa，試選定缸徑D

。氣缸的軸向負(fù)載力F=fmg=0.25×250×9.8N=612.5N

氣缸的平均速度按表3-1選負(fù)載率β=0.5

氣缸的理論輸出力F0=F/β=1225N

解由此得雙作用氣缸缸徑D

故選取雙作用氣缸的缸徑為63mm。

Part3.2.4

氣缸的工作特性及計算

SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動5.氣缸的耗氣量氣缸耗氣量是指氣缸往復(fù)運動時所消耗的壓縮空氣量，耗氣量大小與氣缸的性能無關(guān)，但它是選擇空壓機排量的重要依據(jù)。1）最大耗氣量qmax

最大耗氣量是指氣缸活塞完成一次行程所需的耗氣量（單位為L/min），其計算公式為：（3-18）式中D—

缸徑（cm）；

s—

氣缸行程（cm）；

t—

氣缸一次往復(fù)行程所需的時間（s）；

p—

工作壓力（MPa）。Part3.2.4

氣缸的工作特性及計算

SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動5.氣缸的耗氣量氣缸耗氣量是指氣缸往復(fù)運動時消耗的壓縮空氣量，耗氣量大小與氣缸的性能無關(guān)，但它是選擇空壓機排量的重要依據(jù)。2）平均耗氣量

平均耗氣量是由氣缸容積和氣缸每分鐘的往復(fù)次數(shù)算出的耗氣量平均值（單位為L/min），其計算公式如下：（3-19）式中N—氣缸每分鐘的往復(fù)次數(shù)。Part3.2.4

氣缸的工作特性及計算

BackSchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動液壓馬達(dá)是實現(xiàn)連續(xù)旋轉(zhuǎn)或擺動的執(zhí)行元件。Part3.3

旋轉(zhuǎn)運動執(zhí)行元件——液壓馬達(dá)

液壓馬達(dá)和液壓泵結(jié)構(gòu)基本相同，按結(jié)構(gòu)分，有齒輪式、葉片式和柱塞式等幾種。按工作特性，可分為高速小轉(zhuǎn)矩馬達(dá)和低速大轉(zhuǎn)矩馬達(dá)兩大類。Part3.3.1

分類SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動1.高速液壓馬達(dá)高速液壓馬達(dá)的結(jié)構(gòu)形式通常為外嚙合齒輪式、雙作用葉片式和軸向柱塞式等，其特點是轉(zhuǎn)速高（一般高于500r/min）、轉(zhuǎn)動慣量小、輸出轉(zhuǎn)矩不大，故又稱高速小轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)。外嚙合齒輪式液壓馬達(dá)具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、價格低及對油液污染不敏感等優(yōu)點；其缺點是噪聲大、脈動較大且難以變量、低速穩(wěn)定性較差等。雙作用葉片式液壓馬達(dá)具有結(jié)構(gòu)緊湊、噪聲較小、壽命較長及脈動率小等優(yōu)點；其缺點是抗污染能力較差、對油液的清潔度要求較高。目前，葉片式液壓馬達(dá)的最高轉(zhuǎn)速有的已達(dá)4000r/min。軸向柱塞式液壓馬達(dá)具有單位功率質(zhì)量小、工作壓力高、效率高和容易實現(xiàn)變量等優(yōu)點；其缺點是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、對油液污染敏感、過濾精度要求較高、價格較貴。按其結(jié)構(gòu)特點又可分為斜盤式和斜軸式兩類。SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動低速液壓馬達(dá)的特點是輸入油液壓力高、排量大，可靠性高，可在馬達(dá)軸轉(zhuǎn)速為10r/min以下平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，低速穩(wěn)定性好，輸出轉(zhuǎn)矩大，可達(dá)幾百?！っ椎綆浊！っ祝杂址Q低速大轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)。2.低速液壓馬達(dá)低速大轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)分為單作用和多作用兩大類。單作用液壓馬達(dá)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，每個柱塞往復(fù)工作一次。它又有徑向和軸向之分。多作用液壓馬達(dá)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，每個柱塞往復(fù)工作多次。它同樣有徑向和軸向之分。單作用馬達(dá)結(jié)構(gòu)比較簡單，工藝性較好，造價較低；但存在輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的脈動，低速穩(wěn)定性不如多作用液壓馬達(dá)。多作用馬達(dá)單位功率的質(zhì)量較小，若設(shè)計合理，可得到無脈動輸出；但其制造工藝較復(fù)雜，造價高于單作用馬達(dá)。SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Part3.3.2

工作原理圖3-23所示為軸向柱塞式液壓馬達(dá)的工作原理。斜盤1和配油盤4固定不動，柱塞3可在缸體2的孔內(nèi)移動，斜盤中心線與缸體中心線相交一個傾角δ。高壓油經(jīng)配油盤的窗口進入缸體的柱塞孔時，處在高壓腔中的柱塞被頂出，壓在斜盤上，斜盤對柱塞的反作用力F可分解為兩個分力，軸向分力Fx和作用在柱塞上的液壓力平衡，垂直分力Fy使缸體產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，帶動馬達(dá)軸5轉(zhuǎn)動。圖3-23

軸向柱塞式液壓馬達(dá)的工作原理1—斜盤2—缸體3—柱塞4—配油盤5—馬達(dá)軸液壓馬達(dá)的工作原理與液壓泵剛好相反：它輸入的是壓力能，輸出的是機械能（轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速）！SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動圖3-23

軸向柱塞式液壓馬達(dá)的工作原理1—斜盤2—缸體3—柱塞4—配油盤5—馬達(dá)軸設(shè)第i個柱塞和缸體的垂直中心線夾角為θ，則在柱塞上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為：式中R—柱塞在缸體中的分布圓半徑液壓馬達(dá)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩應(yīng)是處于高壓腔柱塞產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的總和，即

（3-20）隨著角θ的變化，每個柱塞產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩也發(fā)生變化，故液壓馬達(dá)產(chǎn)生的總轉(zhuǎn)矩也是脈動的，它的脈動情況和討論液壓泵流量脈動時的情況相似。SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動圖3-24

多作用內(nèi)曲線徑向柱塞液壓馬達(dá)結(jié)構(gòu)原理圖1—缸體2—配油軸3—柱塞4—橫梁5—襯套6—滾輪7—定子圖3-24所示為多作用內(nèi)曲線徑向柱塞液壓馬達(dá)的結(jié)構(gòu)原理圖。馬達(dá)的配油軸2是固定的，其上有進油口和排油口。壓力油經(jīng)配油窗口穿過襯套5進入缸體1的柱塞孔中，并作用于柱塞3的底部，柱塞3與橫梁4之間無剛性連接，在液壓力的作用下，柱塞3的頂部球面與橫梁4的底部相接觸，從而使橫梁4兩端的滾輪6壓向定子7的內(nèi)壁。定子內(nèi)壁在與滾輪接觸處的反作用力N的周向分力F對缸體產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，使缸體及與其剛性連接的主軸轉(zhuǎn)動；而徑向分力P則與柱塞底部的液壓力相平衡。由于定子內(nèi)壁由多段曲面構(gòu)成，滾輪每經(jīng)過一段曲面，柱塞往復(fù)運動一次，故稱多作用式。這種液壓馬達(dá)的優(yōu)點是：輸出轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)速低，平穩(wěn)性好；缺點是：配油軸磨損后不能補償，使效率下降。SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動1.高速液壓馬達(dá)圖3-25

軸向點接觸柱塞式液壓馬達(dá)結(jié)構(gòu)圖1—軸2—斜盤3—軸承4—鼓輪5—彈簧6—傳動銷

7—缸體8—配油盤

9—柱塞10—推桿圖3-25所示是軸向點接觸柱塞式液壓馬達(dá)的典型結(jié)構(gòu)。在缸體7和斜盤2間裝入鼓輪4，在鼓輪的圓周上均勻分布著推桿10，液壓力作用在柱塞上并通過推桿作用的斜盤上，推桿在斜盤反作用力的作用下產(chǎn)生一個對軸1的轉(zhuǎn)矩，迫使鼓輪轉(zhuǎn)動，又通過傳動鍵帶動馬達(dá)軸，同時通過傳動銷6帶動缸體旋轉(zhuǎn)。缸體在彈簧5和柱塞孔內(nèi)的壓力油作用下貼緊在配油盤8上。Part3.3.3

結(jié)構(gòu)舉例這種結(jié)構(gòu)使缸體和柱塞只受軸向力，因而配油盤表面、柱塞和缸體上的柱塞孔磨損均勻，又缸體內(nèi)孔與馬達(dá)軸的接觸面較小，有一定的自定位作用，使缸體的配油表面和配油盤的配油表面貼合好，減小了端面間的泄漏，并使配油盤表面磨損后能得到自動補償。這種液壓馬達(dá)的斜盤的傾角固定，所以是一種定量液壓馬達(dá)。SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動1.高速液壓馬達(dá)圖3-25

軸向點接觸柱塞式液壓馬達(dá)結(jié)構(gòu)圖1—軸2—斜盤3—軸承4—鼓輪5—彈簧6—傳動銷

7—缸體8—配油盤

9—柱塞10—推桿Part3.3.3

結(jié)構(gòu)舉例SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Part3.3.4

性能參數(shù)1.工作壓力和額定壓力工作壓力是指液壓馬達(dá)實際工作時進口處的壓力；額定壓力是指液壓馬達(dá)在正常工作條件下，按試驗標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定能連續(xù)運轉(zhuǎn)的最高壓力。2.排量和理論流量

排量V是指液壓馬達(dá)軸轉(zhuǎn)一周由其各密封工作腔容積變化的幾何尺寸計算得到的油液體積；理論流量qt是指在沒有泄漏的情況下，由液壓馬達(dá)排量計算得到指定轉(zhuǎn)速所需輸入油液的流量。SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動3.效率和功率容積效率：由于有泄漏損失，為了達(dá)到液壓馬達(dá)要求的轉(zhuǎn)速，實際輸入的流量q

須大于理論流量qt。容積效率為：（3-21）機械效率：由于有摩擦損失，液壓馬達(dá)的實際輸出轉(zhuǎn)矩T一定小于理論轉(zhuǎn)矩Tt。因此機械效率為：（3-22）Part3.3.4

性能參數(shù)SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動3.效率和功率液壓馬達(dá)的總效率為：液壓馬達(dá)輸入功率Pi

為：液壓馬達(dá)輸出功率Po為：式中Δp—液壓馬達(dá)進、出口的壓力差；

Ω、n—液壓馬達(dá)的角速度和轉(zhuǎn)速。（3-23）（3-24）（3-25）Part3.3.4

性能參數(shù)SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動4.轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速液壓馬達(dá)能產(chǎn)生的理論轉(zhuǎn)矩Tt

為：（3-26）液壓馬達(dá)輸出的實際轉(zhuǎn)矩T為：（3-27）液壓馬達(dá)的實際輸入流量為q時，馬達(dá)的轉(zhuǎn)速為：（3-28）Part3.3.4

性能參數(shù)SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Part3.3.5

擺動液壓馬達(dá)擺動液壓馬達(dá)是一種實現(xiàn)往復(fù)擺動的執(zhí)行元件。常用的有單葉片式和雙葉片式兩種結(jié)構(gòu)。圖3-27

擺動液壓馬達(dá)a）單葉片式b）雙葉片式1—葉片2—分隔片3—缸筒SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Part3.3.5

擺動液壓馬達(dá)圖3-27a所示為單葉片式擺動液壓馬達(dá)，壓力油從進油口進入缸筒3，推動葉片1和軸一起做逆時針方向轉(zhuǎn)動，回油從缸筒的回油口排出。其擺動角度小于300°，分隔片2用以隔開高低壓腔。圖3-27

擺動液壓馬達(dá)a）單葉片式1—葉片2—分隔片3—缸筒設(shè)進出油口壓力為p1、p2，葉片寬度為b，葉片底端、頂端半徑為R1、R2，輸入流量為q，擺動液壓馬達(dá)機械效率、容積效率分別為ηm、ηV。則輸出的轉(zhuǎn)矩T和角速度ω為：（3-29）（3-30）SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動圖3-27

擺動液壓馬達(dá)b）雙葉片式1—葉片2—分隔片3—缸筒Part3.3.5

擺動液壓馬達(dá)圖3-27b所示為雙葉片式擺動液壓馬達(dá)。它有兩個進、出油口，其擺動角度小于150°。在相同的條件下，它的輸出轉(zhuǎn)矩是單葉片式的兩倍，角速度是單葉片式的一半。BackSchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動氣動馬達(dá)是將壓縮空氣的能量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)或擺動運動的執(zhí)行元件。Part3.4

旋轉(zhuǎn)運動執(zhí)行元件——氣動馬達(dá)

氣動馬達(dá)分類如圖3-28所示：圖3-28

氣動馬達(dá)的分類Part3.4.1

氣動馬達(dá)的分類SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Part3.4.2

葉片式氣動馬達(dá)1.工作原理圖3-29所示為葉片式氣動馬達(dá)，其主要由轉(zhuǎn)子1、定子2、葉片3及殼體構(gòu)成。壓縮空氣從輸入口A進入，作用在工作腔兩側(cè)的葉片上。由于轉(zhuǎn)子偏心安裝，氣壓作用在兩側(cè)葉片上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩差，使轉(zhuǎn)子按逆時針方向旋轉(zhuǎn)。做功后的氣體從輸出口B排出。改變壓縮空氣輸入方向，即可改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向。圖3-29

葉片式氣動馬達(dá)1—轉(zhuǎn)子2—定子3—葉片SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Part3.4.2

葉片式氣動馬達(dá)1.工作原理圖3-29

葉片式氣動馬達(dá)1—轉(zhuǎn)子2—定子3—葉片葉片式氣動馬達(dá)一般在中小容量、高速旋轉(zhuǎn)的場合使用，其輸出功率為0.1~20kW，轉(zhuǎn)速為500~25000r/min。葉片式氣動馬達(dá)起動及低速時的特性不好，在轉(zhuǎn)速500r/min以下場合使用時，必須要用減速機構(gòu)。葉片式氣動馬達(dá)主要用于礦山機械和氣動工具中。SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動圖3-30

葉片式氣動馬達(dá)的基本特性曲線T-n—轉(zhuǎn)矩曲線p-n—功率曲線

qV-n—流量曲線Part3.4.2

葉片式氣動馬達(dá)2.特性曲線圖3-30所示為葉片式氣動馬達(dá)的基本特性曲線。該曲線表明，在一定的工作壓力下，氣動馬達(dá)的轉(zhuǎn)速及功率都隨外負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化而變化。由特性曲線可知，葉片式氣動馬達(dá)的特性較軟當(dāng)外負(fù)載轉(zhuǎn)矩為零（即空轉(zhuǎn)）時，轉(zhuǎn)速達(dá)最大值nmax，氣動馬達(dá)的輸出功率為零。當(dāng)外負(fù)載轉(zhuǎn)矩等于氣動馬達(dá)最大轉(zhuǎn)矩Tmax時，氣動馬達(dá)停轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為零。此時輸出功率也為零。當(dāng)外負(fù)載轉(zhuǎn)矩約等于氣動馬達(dá)最大轉(zhuǎn)矩的一半時，其轉(zhuǎn)速為最大轉(zhuǎn)速的一半，此時氣動馬達(dá)輸出功率達(dá)最大值。一般來說，這就是所要求的氣動馬達(dá)額定功率。BackSchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Part3.5

液壓缸的設(shè)計計算

設(shè)計液壓缸時，要在分析液壓系統(tǒng)工作情況的基礎(chǔ)上，根據(jù)液壓缸在機構(gòu)中所要完成的任務(wù)來選擇液壓缸的結(jié)構(gòu)形式，然后按負(fù)載、運動要求、最大行程等確定主要尺寸，進行強度、穩(wěn)定性和緩沖驗算，最后進行具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計。SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Part3.5.1

應(yīng)注意的問題

1）盡量使活塞桿在受拉力狀態(tài)下承受最大負(fù)載，或在受壓狀態(tài)下活塞桿應(yīng)具有良好的縱向穩(wěn)定性；2）液壓缸各部分的結(jié)構(gòu)盡可能按推薦的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)計，盡量做到結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，加工、裝配和維修方便；3）考慮液壓缸行程終端處的制動和液壓缸的排氣問題；4）正確確定液壓缸的安裝和固定方式?？紤]液壓缸的熱變形，它只能一端定位。SchoolofMechanicalEngineering第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Part3.5.2

主要尺寸的確定

1）缸筒內(nèi)徑D

根據(jù)負(fù)載大小和選定的工作壓力，或運動速度和輸入流量，按本章有關(guān)算式確定后，再從GB/T2348—2001標(biāo)準(zhǔn)中選取相近尺寸加以圓整?；钊麠U受力情況受拉伸受壓縮，工作壓力p1/MPap1≤55＜p1≤7p1＞7活塞桿直接d（0.3~0.5）D（0.5~0.55）D（0.6~0.7）D0.7D2）活塞桿直徑d

按工作時受力情況來決定，如表3-2所示。對單桿活塞缸，d值也可由D和λv來決定。按GB/T2348—2001標(biāo)準(zhǔn)進行圓整。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T7939—1999規(guī)定了單桿活塞液壓缸兩腔面積比的標(biāo)準(zhǔn)系列。表3-2

機床液壓缸活塞桿直徑推薦值3）缸筒長度L

由最大工作行程決定。第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Part3.5.3

強度校核

對于液壓缸的缸筒壁厚δ、活塞桿直徑d和缸蓋處固定螺釘?shù)闹睆剑诟邏合到y(tǒng)中，必須進行強度校核。1.缸筒壁厚δ

在中、低壓液壓系統(tǒng)中，缸筒壁厚往往由結(jié)構(gòu)工藝要求決定，一般不要校核。在高壓系統(tǒng)中，須按下列情況進行校核。當(dāng)D/δ＞10時為薄壁，δ可按下式校核（3-31）式中D—缸筒內(nèi)徑；

py—試驗壓力，當(dāng)缸的額定壓力pn≤16MPa時，取

py=1.5pn；pn＞16MPa時，取py=1.25pn；

[σ]—缸筒材料的許用應(yīng)用[σ]=σb/n，σb為材料抗拉強度，n為安全系數(shù)，一般取n=5。第三章執(zhí)行元件液壓與氣壓傳