液壓與氣壓傳動單元4液壓執(zhí)行元件學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握液壓缸、液壓馬達(dá)的工作原理、分類、結(jié)構(gòu)特點和圖形符號。

掌握液壓缸和液壓馬達(dá)的參數(shù)計算方法。熟悉液壓缸的典型結(jié)構(gòu)及組成。了解液壓缸的安裝、調(diào)整、常見故障及排除方法。培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的工作作風(fēng)和精準(zhǔn)到位的執(zhí)行力。在液壓傳動系統(tǒng)中，將液壓泵提供的液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的能量轉(zhuǎn)換裝置稱為液壓執(zhí)行元件，它包括液壓缸和液壓馬達(dá)。液壓馬達(dá)習(xí)慣上是指輸出旋轉(zhuǎn)運動的液壓執(zhí)行元件，而把輸出直線運動（其中包括擺動運動）的液壓執(zhí)行元件稱為液壓缸。目錄CONTENTS單元4液壓執(zhí)行元件液壓缸4.1液壓馬達(dá)4.201液壓缸液壓缸是將液壓泵輸出的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，它主要是可使運動部件實現(xiàn)往復(fù)運動或擺動。液壓缸液壓缸的類型和特點4.1.1分類名稱符號說明動畫示例單作用液壓缸柱塞式液壓缸(柱塞缸)柱塞僅單向運動，返回行程是利用自

重或負(fù)荷將柱塞推回單桿活塞液壓缸(單桿活塞缸)活塞僅單向運動，返回行程是利用自

重或負(fù)荷、彈簧將活塞推回雙桿活塞液壓缸(雙桿活塞缸)活塞的兩側(cè)都裝有活塞桿，只能向活

塞一側(cè)供給壓力油，返回行程通常利

用彈簧力、重力或外力伸縮液壓缸它以短缸獲得長行程。用液壓油由大到

小逐節(jié)推出，靠外力由小到大逐節(jié)縮回柱塞式液壓缸的工作原理液壓缸的類型和特點4.1.1分類名稱符號說明動畫示例雙作用液壓缸單桿活塞液壓缸單邊有桿，兩向液壓驅(qū)動，兩向推力

和速度不等雙桿活塞液壓缸雙向有桿，雙向液壓驅(qū)動，可實現(xiàn)等

速往復(fù)運動伸縮液壓缸(伸縮缸)雙向液壓驅(qū)動，伸出由大到小逐步推

出，由小到大逐節(jié)縮回雙作用液壓缸液壓缸的類型和特點4.1.1分類名稱符號說明動畫示例組合液壓缸串聯(lián)液壓缸用于缸的直徑受限制，而長度不受限

制處，可獲得大的推力增壓液壓缸(增壓器)由大小兩缸串聯(lián)而成，由低壓大缸驅(qū)

動，使小缸獲得高壓油源齒條傳動液壓缸活塞往復(fù)運動，經(jīng)裝在一起的齒條驅(qū)

動齒輪，獲得往復(fù)回轉(zhuǎn)運動擺動式液壓缸(擺動缸)擺動式液壓缸限制擺動角度，雙向流動的擺動執(zhí)行

器或旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，也稱為擺動馬達(dá)增壓缸的工作原理擺動式液壓缸的工作原理幾種常用的液壓缸4.1.2活塞式液壓缸根據(jù)其使用要求不同分為雙桿式和單桿式兩種。其固定方式有缸體固定和活塞桿固定兩種。1．活塞式液壓雙桿式活塞缸雙桿式活塞缸的活塞兩端都有一根直徑相等的活塞桿伸出，它根據(jù)安裝方式不同又可以分為缸體固定式和活塞桿固定式兩種。雙桿式活塞缸如圖4-1（a）所示的為缸筒固定式的雙桿活塞缸。它的進(jìn)、出油口布置在缸筒兩端，活塞通過活塞桿帶動工作臺移動，當(dāng)缸的左腔進(jìn)壓力油，右腔回油時，活塞帶動工作臺向右移動；反之，右腔進(jìn)壓力油，左腔回油時，活塞帶動工作臺向左移動。

圖4-1

雙桿活塞式液壓缸及實物(a)缸體固定,活塞桿運動(b)活塞桿固定，缸體運動（c）雙桿活塞缸實物圖4-1（b）所示的活塞桿固定的雙桿活塞缸。其缸體與工作臺相連，活塞桿通過支架固定在機床上，動力由缸體傳遞。在這種安裝形式中，當(dāng)缸的左腔進(jìn)壓力油，右腔回油時，缸體帶動工作臺向左移動；反之，缸體帶動工作臺向右移動。單桿式活塞缸如圖4-2（a）所示，無桿腔進(jìn)壓力油，有桿腔回油，當(dāng)輸入液壓缸的油液流量為ｑv，液壓缸進(jìn)出油口壓力分別為ｐ1和ｐ2時，其活塞上所產(chǎn)生的推力Ｆ1和速度ｖ1為

圖4-2

單桿活塞式液壓缸(a)無桿腔進(jìn)油(b)有桿腔進(jìn)油(4-3)

(4-4)單桿式活塞缸

圖4-2

單桿活塞式液壓缸(a)無桿腔進(jìn)油(b)有桿腔進(jìn)油(4-5)(4-6)

單桿式活塞缸

圖4-3

差動連接液壓缸(4-8)(4-9)單桿式活塞缸

(4-10)幾種常用的液壓缸4.1.22.柱塞缸圖4-4

柱塞缸工作原理及實物(a)柱塞缸工作原理（單項運動）(b)柱塞式液壓缸（c）柱塞缸的實物柱塞缸是一種單作用液壓缸，在液壓力的作用下只能實現(xiàn)單方向的運動，它的回程需要借助其他外力來實現(xiàn)。其工作原理如圖（a）所示，柱塞與工作部件連接，缸筒固定在機體上。當(dāng)壓力油進(jìn)入缸筒時，推動柱塞帶動運動部件向右運動，但反向退回時必須靠其它外力或自重驅(qū)動。若需要實現(xiàn)雙向運動，則柱塞缸通常必須成對反向布置使用，如圖(b)所示。2.柱塞缸

(4-11)(4-12)柱塞式液壓缸的主要特點是柱塞與缸筒無配合要求，缸筒內(nèi)孔不需精加工，甚至可以不加工。運動時由缸蓋上的導(dǎo)向套來導(dǎo)向，所以它特別適用于行程較長的場合。幾種常用的液壓缸4.1.23．?dāng)[動缸圖4-5

擺動缸(a)單葉片式擺動缸

(b)雙葉片式擺動缸(c)擺動缸的實物擺動式液壓缸也稱擺動液壓馬達(dá)。用于將液壓油的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)槠漭敵鲚S往復(fù)擺動的機械能。圖（a）所示為單葉片式擺動缸，它的擺動角度較大，可達(dá)300°。3．?dāng)[動缸當(dāng)擺動缸進(jìn)出油口壓力為ｐ1和ｐ2，輸人流量為ｑv時，它的輸出轉(zhuǎn)矩Ｔ和角速度各為(4-13)(4-14)其他液壓缸4.1.31.增壓液壓缸圖4-6

增壓缸(a)單作用增壓缸的工作原理(b)雙作用增壓缸增壓液壓缸又稱增壓器。如圖所示是一種由活塞缸和柱塞缸組成的增壓缸，它利用活塞和柱塞有效面積的不同使液壓系統(tǒng)中的局部區(qū)域獲得高壓。它有單作用和雙作用兩種型式，單作用增壓缸的工作原理如圖(a)所示。其他液壓缸4.1.31.增壓液壓缸圖4-6

增壓缸(a)單作用增壓缸的工作原理(b)雙作用增壓缸單作用增壓缸在柱塞運動到終點時，不能再輸出高壓液體，需要將活塞退回到左端位置，再向右行時才又輸出高壓液體，為了克服這一缺點，可采用雙作用增壓缸，如圖（b）所示，由兩個高壓端連續(xù)向系統(tǒng)供油。其他液壓缸4.1.32．伸縮缸圖4-7

伸縮缸(a)單作用式(b)雙作用式伸縮缸又稱多級缸，它一般由兩個或多個活塞缸套裝而成，前一級活塞缸的活塞桿內(nèi)孔是后一級活塞缸的缸筒，伸出時可獲得很長的工作行程，縮回時可保持很小的結(jié)構(gòu)尺寸，伸縮缸被廣泛用于起重運輸車輛上。伸縮缸可以分為如圖（a）所示的單作用式，以及如圖(b）所示的雙作用式，前者靠外力回程，后者靠液壓回程。2．伸縮缸伸縮缸的外伸動作是逐級進(jìn)行的。首先是最大直徑的缸筒以最低的油液壓力開始外伸，當(dāng)?shù)竭_(dá)行程終點后，稍小直徑的缸筒開始外伸，直徑最小的末級最后伸出。隨著工作級數(shù)變大，外伸缸筒直徑越來越小，工作油液壓力隨之升高，工作速度變快。即在通入有壓流體時各級活塞按有效面積大小依次先后動作，并在其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：(4-16)(4-17)其他液壓缸4.1.33．齒輪齒條缸圖4-8

齒輪齒條活塞缸齒輪齒條活塞缸又稱無桿式液壓缸，它由帶有齒條桿的雙活塞缸和齒輪齒條機構(gòu)所組成，如圖4-8所示?；钊耐鶑?fù)移動經(jīng)齒輪齒條機構(gòu)轉(zhuǎn)換成齒輪軸的周期性往復(fù)轉(zhuǎn)動。用于實現(xiàn)工作部件的往復(fù)擺動或間歇進(jìn)給運動。它多用于自動生產(chǎn)線、組合機床等的轉(zhuǎn)位或分度機構(gòu)中。液壓缸的典型結(jié)構(gòu)和組成4.1.41．液壓缸的典型結(jié)構(gòu)舉例圖4-9

雙作用單活塞桿液壓缸圖4-9所示為一個較常用的雙作用單活塞桿液壓缸1—耳環(huán)；2—螺母；3—防塵圈；4、17—彈簧擋圈；5—套；6、15—卡鍵；7、14—0形密封圈；8

、12—Y

形密封圈；9—缸蓋兼導(dǎo)向套；10—缸筒；11—活塞；13—耐磨環(huán)；16—卡鍵帽；18—活塞桿；19—襯套；20一缸底液壓缸的典型結(jié)構(gòu)和組成4.1.41．液壓缸的典型結(jié)構(gòu)舉例圖4-10

單桿活塞缸的典型結(jié)構(gòu)

圖4-10所示為單桿活塞缸的典型結(jié)構(gòu)1—前缸蓋；2—活塞；3—缸筒；4—后缸蓋；5—缸頭；6—導(dǎo)向套；7—拉桿；8—活塞桿液壓缸的典型結(jié)構(gòu)和組成4.1.42．液壓缸的組成液壓缸的結(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。缸筒和缸蓋(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—防松螺帽6—拉桿圖4-11

缸筒和缸蓋結(jié)構(gòu)

缸筒是液壓缸的主體，它與端蓋、活塞等零件構(gòu)成密閉的容腔，承受油壓，因此要有足夠的強度和剛度，以便抵抗油液壓力和其它外力的作用。缸筒內(nèi)孔一般采用鏜削、鉸孔、滾壓或珩磨等精密加工工藝制造，要求表面粗糙度Ra值為0.1～0.4μm，以使活塞及其密封件、支承件能順利滑動和保證密封效果，減少磨損。為了防止腐蝕，缸筒內(nèi)表面有時需鍍鉻。

端蓋裝在缸筒兩端，與缸筒形成密閉容腔，同樣承受很大的液壓力，因此它們及其連接部件都應(yīng)有足夠的強度。設(shè)計時既要考慮強度，又要選擇工藝性較好的結(jié)構(gòu)形式。

缸筒和缸蓋(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—防松螺帽6—拉桿圖4-11

缸筒和缸蓋結(jié)構(gòu)

一般而言，缸筒和缸蓋的結(jié)構(gòu)形式和其使用的材料有關(guān)。工作壓力p＜10MPa時，使用鑄鐵；p＜20MPa時，使用無縫鋼管；p＞20MPa時，使用鑄鋼或鍛鋼。圖4-11所示為缸筒和缸蓋的常見結(jié)構(gòu)形式。圖4-11(a)所示為法蘭連接式，結(jié)構(gòu)簡單，容易加工，也容易裝拆，但外形尺寸和重量都較大，常用于鑄鐵制的缸筒上。圖4-11(b)所示為半環(huán)連接式，它的缸筒壁部因開了環(huán)形槽而削弱了強度，為此有時要加厚缸壁，它容易加工和裝拆，重量較輕，常用于無縫鋼管或鍛鋼制的缸筒上。圖4-11(c)所示為螺紋連接式，它的缸筒端部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，外徑加工時要求保證內(nèi)外徑同心，裝拆要使用專用工具，它的外形尺寸和重量都較小，常用于無縫鋼管或鑄鋼制的缸筒上。圖4-11(d)所示為拉桿連接式，結(jié)構(gòu)的通用性大，容易加工和裝拆，但外形尺寸較大，且較重。圖4-11(e)所示為焊接連接式，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?；钊c活塞桿(a)螺母連接式1—活塞；2—螺母；3—活塞桿圖4-12

常見的活塞組件結(jié)構(gòu)形式

活塞受油壓的作用在缸筒內(nèi)作往復(fù)運動，因此，活塞必須具備一定的強度和良好的耐磨性?；钊话阌描T鐵制造?；钊慕Y(jié)構(gòu)通常分為整體式和組合式兩類?；钊麠U是連接活塞和工作部件的傳力零件，它必須具有足夠的強度和剛度。(b)卡環(huán)式連接式1一彈簧卡圈；2—軸套；3—半環(huán)；4—活塞；5—活塞桿(c)卡環(huán)式連接式

1—活塞桿；2—密封圈座；3—活塞；4—半環(huán)(d)徑向銷式連接式

1一錐銷；2—活塞；3—活塞桿密封裝置圖4-13

液壓缸中常見的密封裝置

液壓缸的密封裝置用以防止油液的泄漏，液壓缸的密封主要是指活塞、活塞桿處的動密封和缸蓋等處的靜密封。常采用O形密封圈和Y形密封圈。對于活塞桿外伸部分來說，由于它很容易把臟物帶入液壓缸，使油液受污染，使密封件磨損，因此常需在活塞桿密封處增添防塵圈，并放在向著活塞桿外伸的一端。

（a）間隙密封(b)摩擦環(huán)密封(c)O形圈密封(d)V形圈密封緩沖裝置圖4-14

液壓缸常用的緩沖裝置

為了防止活塞在行程的終點與前后端蓋板發(fā)生碰撞，引起噪音，影響工件精度或使液壓缸損壞，常在液壓缸前后端蓋上設(shè)有緩沖裝置，以使活塞移到快接近行程終點時速度減慢下來終至停止。緩沖裝置的工作原理是利用活塞或缸筒在其走向行程終端時封住活塞和缸蓋之間的部分油液，強迫它從小孔或細(xì)縫中擠出，以產(chǎn)生很大的阻力，使工作部件受到制動，逐漸減慢運動速度，達(dá)到避免活塞和缸蓋相互撞擊的目的。（a）圓柱形環(huán)隙式(b)圓錐形環(huán)隙式

(c)可變節(jié)流槽式(d)可調(diào)節(jié)流孔式排氣裝置圖4-15

常用的排氣裝置

在液壓系統(tǒng)安裝時或停止工作后又重新啟動時，液壓缸里和管道系統(tǒng)中會滲入空氣，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，必須把液壓系統(tǒng)中的空氣排出去。常用的排氣裝置有兩種形式，如圖所示。1—缸蓋2—放氣小孔3—缸體4—活塞桿液壓缸的安裝、調(diào)整、常見故障和排除方法4.1.51．液壓缸的裝配與安裝液壓缸裝配和安裝合理與否，對系統(tǒng)工作性能有很大影響。在裝配和安裝時，應(yīng)注意以下幾點：裝配前應(yīng)清洗零件和去除其毛刺；活塞與活塞桿組裝好后，應(yīng)檢測兩者的同軸度(一般應(yīng)小于0.04mm)和活塞桿的直線度(一般應(yīng)小于0.1/1000)；缸蓋裝上后，應(yīng)調(diào)整活塞與缸體內(nèi)孔、缸蓋導(dǎo)孔的同軸度，均勻緊固螺釘，以使活塞在全行程內(nèi)移動輕重一致；液壓缸裝配符合要求，在機床上安裝好后，必須檢測液壓缸軸線對機床導(dǎo)軌面的平行度。同時還應(yīng)保證軸線與負(fù)載作用軸線的同軸度，以免因存在側(cè)向力而導(dǎo)致密封件、活塞和缸體內(nèi)孔過早磨損損壞；對于較長液壓缸，應(yīng)考慮熱變形和受力變形對液壓缸工作性能的影響；液壓缸的密封圈不應(yīng)調(diào)得過緊(特別是V形密封圈)。若過緊，活塞運動阻力會增大，同時因密封圈工作面無油潤滑也會導(dǎo)致其嚴(yán)重磨損(伸出的活塞桿上能見到油膜，但無泄漏，即認(rèn)為密封圈松緊合適)。液壓缸的安裝、調(diào)整、常見故障和排除方法4.1.52．液壓缸的調(diào)整液壓缸裝配和安裝合理與否，對系統(tǒng)工作性能有很大影響。在裝配和安裝時，應(yīng)注意以下幾點：液壓缸安裝完畢應(yīng)進(jìn)行整個液壓裝置的試運行。在檢查液壓缸各個部位無泄漏及其它異常之后，應(yīng)排除液壓缸內(nèi)的空氣。有排氣塞(閥)的液壓缸，先將排氣塞(閥)打開，對壓力高的液壓系統(tǒng)應(yīng)適當(dāng)降低壓力(一般為0.5～l.0MPa)，讓液壓缸空載全程快速往復(fù)運動，使缸內(nèi)(包括管道內(nèi))空氣排盡后，再將排氣塞(閥)關(guān)閉。對于有可調(diào)式緩沖裝置的液壓缸，還需調(diào)整起緩沖作用的節(jié)流閥，以便獲得滿意的緩沖效果。調(diào)整時，先將節(jié)流閥通流面積調(diào)至較小，然后慢慢地調(diào)大，調(diào)整合適后再鎖緊。在試運行中，應(yīng)檢查進(jìn)、回油口配管部位和密封部位有無漏油，以及各連接處是否牢固可靠，以防事故發(fā)生。液壓缸的安裝、調(diào)整、常見故障和排除方法4.1.53．液壓缸的常見故障及排除方法液壓缸的故障有很多種，液壓缸在試運行時除泄漏現(xiàn)象能發(fā)現(xiàn)外，其余故障多在液壓系統(tǒng)工作時才能暴露出來。3．液壓缸的常見故障及排除方法故障現(xiàn)象產(chǎn)生原因排除方法爬行①空氣混入②活塞桿的密封圈(見圖3.2)壓得太緊③活塞桿與活塞同軸度過低④活塞桿彎曲變形⑤安裝精度破壞⑥缸體內(nèi)孔圓柱度超差⑦活塞桿兩端螺母(見圖3.2)太緊，導(dǎo)致活塞與缸體內(nèi)孔同軸度降低⑧采用間隙密封的活塞，其壓力平衡槽局部被磨損掉，不能保證活塞與缸體孔同軸⑨導(dǎo)軌潤滑不良0.1/1000⑤檢查和調(diào)整液壓缸軸線對導(dǎo)軌面的平行度及與負(fù)載作用線的同軸性⑥鏜磨缸體內(nèi)孔，然后配制活塞(或增裝0形密封圈)⑦活塞桿兩端的螺母不宜太緊，一般應(yīng)保證在液壓缸未工作時活塞桿處于自然狀態(tài)⑧更換活塞⑨適當(dāng)增加導(dǎo)軌的潤滑油量(或采用具有防爬性能的L-HG液壓油)推力不足或速度逐漸下降甚至停止①缸體內(nèi)孔和活塞的配合隙太小，或活塞上裝O形密封圈的槽與活塞不同軸②缸體內(nèi)孔和活塞配合間隙太大或O形密封圈磨損嚴(yán)重③工作時經(jīng)常用某一段，造成缸體內(nèi)孔圓柱度誤差增大④活塞桿彎曲，造成偏心環(huán)狀間隙⑤活塞桿的密封圈(見圖3.2)壓得太緊⑥油溫太高，油液粘度降低太大⑦導(dǎo)軌潤滑不良①單配活塞保證間隙，或修正活塞密封圈槽使之與活塞外圓同軸②單配活塞保證間隙，或更換0形密封圈③鏜磨缸體內(nèi)孔，單配活塞④校直(或更換)活塞桿⑤調(diào)整密封圈壓緊力，以不漏油為限(允許徽量滲油)⑥分析油溫太高的原因，消除溫升太高的根源⑦調(diào)整潤滑油量02液壓馬達(dá)液壓馬達(dá)（簡稱馬達(dá)）是將液壓能轉(zhuǎn)換為機械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，以旋轉(zhuǎn)運動向外輸出機械能，得到輸出軸上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。液壓馬達(dá)圖4-16

液壓馬達(dá)圖形符號

（a）液壓馬達(dá)一般符號

（b）單向定量馬達(dá)

（c）雙向定量馬達(dá)

（d）單向變量馬達(dá)

（e）為雙向變量馬達(dá)液壓馬達(dá)的特點和分類4.2.1液壓馬達(dá)是把液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能的裝置，從能量轉(zhuǎn)換的觀點來看，液壓泵與液壓馬達(dá)是可逆工作的液壓元件，因為它們具有同樣的基本結(jié)構(gòu)要素——密閉而又可以周期變化的容積和相應(yīng)的配油機構(gòu)。液壓馬達(dá)按其結(jié)構(gòu)類型來分可以分為齒輪式、葉片式、柱塞式和其它型式。按液壓馬達(dá)的額定轉(zhuǎn)速分為高速和低速兩大類。額定轉(zhuǎn)速高于500r／min的屬于高速液壓馬達(dá)，額定轉(zhuǎn)速低于500r／min的屬于低速液壓馬達(dá)。液壓缸的典型結(jié)構(gòu)和組成4.2.21．葉片式液壓馬達(dá)圖4-17

葉片式液壓馬達(dá)的工作原理

2．徑向柱塞式液壓馬達(dá)圖4-18

徑向柱塞馬達(dá)工作原理

1-柱塞2-馬達(dá)3-缸體4-配油軸(4-18)

(4-19)

對缸體產(chǎn)生一轉(zhuǎn)矩，使缸體旋轉(zhuǎn)。缸體再通過端面連接的傳動軸向外輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。上面分析的是一