第三章執(zhí)行元件

第三章執(zhí)行元件第一頁，共七十頁，2022年，8月28日概述液壓與氣動(dòng)系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，是將流體的壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的元件。執(zhí)行元件驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)作直線往復(fù)或旋轉(zhuǎn)（或擺動(dòng)）運(yùn)動(dòng)。執(zhí)行元件壓力流量力（轉(zhuǎn)矩）速度（轉(zhuǎn)速）第二頁，共七十頁，2022年，8月28日第一節(jié)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件一、液壓缸（一）液壓缸的類型實(shí)現(xiàn)直線的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。1.活塞式液壓缸雙桿活塞缸單桿活塞缸2.柱塞式液壓缸3.伸縮式液壓缸按結(jié)構(gòu)形式，可以分為：繼續(xù)第三頁，共七十頁，2022年，8月28日雙桿活塞缸活塞兩側(cè)的活塞桿直徑相等。工作臺(tái)移動(dòng)范圍約為活塞有效行程的三倍。進(jìn)、出油口位于缸筒兩端；工作臺(tái)移動(dòng)范圍約為活塞有效行程的二倍。進(jìn)、出油口在活塞桿上，或用軟管連接在缸筒兩端；第四頁，共七十頁，2022年，8月28日雙桿活塞缸當(dāng)活塞左右運(yùn)動(dòng)對應(yīng)的油壓和輸入流量相同時(shí)，兩個(gè)方向上輸出的推力和速度就是相等的。設(shè)：A-活塞的有效面積；D、d—活塞和活塞桿的直徑；

q—輸入流量；

p1、p2—進(jìn)、出口壓力；

ηm、ηv—缸的機(jī)械效率、容積效率返回第五頁，共七十頁，2022年，8月28日單桿活塞缸只在活塞一端有活塞桿，缸的兩腔有效工作面積不相等。安裝也有缸筒固定和活塞桿固定兩種，進(jìn)、出油口根據(jù)安裝方式而定。工作臺(tái)移動(dòng)范圍都為活塞有效行程的兩倍。第六頁，共七十頁，2022年，8月28日單桿活塞缸速度和推力計(jì)算式第七頁，共七十頁，2022年，8月28日單桿活塞缸單活塞桿液壓缸左右兩腔同時(shí)接通壓力油，這種連接方式稱為差動(dòng)連接，此缸稱為差動(dòng)缸。此時(shí)液壓缸兩腔壓力相等，但兩腔活塞的工作面積不相等，活塞將向有桿腔方向運(yùn)動(dòng)。向液壓缸右腔輸油，左腔通油箱，活塞向左運(yùn)動(dòng)。第八頁，共七十頁，2022年，8月28日單桿活塞缸單活塞桿液壓缸左右兩腔同時(shí)接通壓力油，這種連接方式稱為差動(dòng)連接，此缸稱為差動(dòng)缸。1.在不增加輸入流量的情況下提高活塞的運(yùn)動(dòng)速度；2.輸出力降低了。

特點(diǎn)返回第九頁，共七十頁，2022年，8月28日柱塞液壓缸1.柱塞式液壓缸是單作用液壓缸，即靠液壓力只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，回程要靠自重（當(dāng)液壓缸垂直放置時(shí)）或其它外力；2.用兩個(gè)柱塞缸組合，也能用壓力油實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)；

特點(diǎn)第十頁，共七十頁，2022年，8月28日柱塞液壓缸3.柱塞運(yùn)動(dòng)時(shí)，由缸蓋上的導(dǎo)向套來導(dǎo)向，因此，柱塞和缸筒的內(nèi)壁不接觸，缸筒內(nèi)孔只需粗加工即可。特點(diǎn)返回第十一頁，共七十頁，2022年，8月28日伸縮式液壓缸1.由兩個(gè)或多個(gè)活塞套裝而成，前一級活塞桿是后一級活塞缸的缸筒；2.伸出時(shí)，可以獲得很長的工作行程，縮回時(shí)可保持很小的結(jié)構(gòu)尺寸；特點(diǎn)第十二頁，共七十頁，2022年，8月28日伸縮式液壓缸特點(diǎn)3.在各級活塞依次伸出時(shí)，液壓缸的有效面積是逐級變化的。在輸入流量和壓力不變的情況下，液壓缸的輸出推力和速度逐級變化：第十三頁，共七十頁，2022年，8月28日伸縮式液壓缸4.起動(dòng)時(shí)活塞有效面積最大，輸出推力也最大，隨著行程逐級增長，推力隨之減??；這種推力變化情況，正適合于自動(dòng)裝卸車對推力的要求。特點(diǎn)返回第十四頁，共七十頁，2022年，8月28日液壓缸類型小結(jié)1.活塞式液壓缸2.柱塞式液壓缸3.伸縮式液壓缸雙作用單作用雙桿單桿雙作用單作用（彈簧復(fù)位）第十五頁，共七十頁，2022年，8月28日一、液壓缸液壓缸的結(jié)構(gòu)形式很多，在此以單桿活塞缸為例，說明液壓缸的基本組成。（二）液壓缸的結(jié)構(gòu)第十六頁，共七十頁，2022年，8月28日一、液壓缸只有一端有活塞桿，兩端進(jìn)出口油口都可通壓力油或回油，以實(shí)現(xiàn)雙向運(yùn)動(dòng)，故為雙作用缸。（二）液壓缸的結(jié)構(gòu)第十七頁，共七十頁，2022年，8月28日一、液壓缸由缸筒、前后缸蓋、活塞、活塞桿、密封裝置、緩沖裝置等主要零件組成。（二）液壓缸的結(jié)構(gòu)第十八頁，共七十頁，2022年，8月28日缸體組件包括缸筒、缸蓋和一些連接零件。缸體組件缸筒和缸蓋的常見連接方式如圖所示。缸筒可以用鑄鐵（低壓時(shí)）和無縫鋼管（高壓時(shí)）制成。第十九頁，共七十頁，2022年，8月28日法蘭連接，加工和拆裝都很方便，只是外形尺寸大些；缸體組件半環(huán)連接，要求缸筒有足夠的壁厚；螺紋連接，外形尺寸小，但拆裝不方便，要有專用工具；第二十頁，共七十頁，2022年，8月28日拉桿式連接，拆裝容易，但外形尺寸大；缸體組件焊接連接，結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，但可能會(huì)有因焊接有一些變形。第二十一頁，共七十頁，2022年，8月28日螺紋式連接結(jié)構(gòu)簡單，但要防止螺母脫落；活塞和活塞桿活塞和活塞桿的常見連接方式如圖所示。半環(huán)式連接結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但工作可靠。

活塞通常是用鑄鐵制成的，活塞桿通常用鋼料制成。第二十二頁，共七十頁，2022年，8月28日根據(jù)密封位置不同，密封裝置有密封裝置液壓缸中的密封是指活塞、活塞桿和缸蓋等處的密封。它是用來防止液壓缸內(nèi)部和外部的泄漏。液壓缸中密封設(shè)計(jì)的好壞，對液壓缸的性能有著重要影響?；钊芊饣钊麠U密封缸蓋密封繼續(xù)第二十三頁，共七十頁，2022年，8月28日活塞密封指活塞外表面與缸筒內(nèi)表面之間的密封，用來防止液壓缸中高壓容腔的油液向低壓容腔中泄漏。第二十四頁，共七十頁，2022年，8月28日活塞密封在活塞上開出的若干道深0.3mm至0.5mm的環(huán)形槽，可以增大油液從高壓腔向低壓腔泄漏的阻力，從而減小泄漏。間隙密封間隙密封是一種最簡單的密封形式，常用在活塞直徑較小、工作壓力較低的液壓缸中。第二十五頁，共七十頁，2022年，8月28日活塞密封通過在活塞外表面的環(huán)形槽中放置切了口的金屬環(huán)來實(shí)現(xiàn)密封?；钊h(huán)密封金屬環(huán)依靠彈性變形緊貼在缸筒內(nèi)表面上，在高溫、高壓和高速運(yùn)動(dòng)場合有很好的密封性能。缺點(diǎn)是制造工藝比較復(fù)雜。第二十六頁，共七十頁，2022年，8月28日活塞密封橡膠圈密封磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償、并且密封性能會(huì)隨著壓力的加大而提高,結(jié)構(gòu)簡單、應(yīng)用廣泛。左圖采用了Y形橡膠圈，使兩唇面向油壓，以便在壓力油作用下使兩唇張開。如果壓力波動(dòng)較大、運(yùn)動(dòng)速度較高，則須考慮在Y形密封圈中添加支撐件。第二十七頁，共七十頁，2022年，8月28日活塞密封橡膠圈密封磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償、并且密封性能會(huì)隨著壓力的加大而提高,結(jié)構(gòu)簡單、應(yīng)用廣泛。上圖中采用的是O形橡膠圈。返回第二十八頁，共七十頁，2022年，8月28日活塞桿密封指活塞和活塞桿之間的密封。第二十九頁，共七十頁，2022年，8月28日活塞桿密封V形和Y形密封圈在安裝時(shí)都須將兩唇面向油壓。注意返回第三十頁，共七十頁，2022年，8月28日缸蓋密封一般采用O形圈密封。返回第三十一頁，共七十頁，2022年，8月28日緩沖裝置利用活塞或缸筒移動(dòng)到接近終點(diǎn)時(shí)，將活塞和缸蓋之間的一部分液體封住，迫使液體從小孔或縫隙中擠出，從而產(chǎn)生很大的阻力，使工作部件制動(dòng)，避免活塞和缸蓋的相互碰撞。常用的緩沖裝置有：節(jié)流口可調(diào)式緩沖裝置節(jié)流口變化式緩沖裝置繼續(xù)第三十二頁，共七十頁，2022年，8月28日當(dāng)活塞上的凸臺(tái)進(jìn)入端蓋凹腔后，圓環(huán)形回油腔中的液體只能通過針形節(jié)流閥流出，從而使活塞制動(dòng)。調(diào)節(jié)節(jié)流閥開口，可改變制動(dòng)阻力大小。節(jié)流口可調(diào)式緩沖裝置這種緩沖裝置起始緩沖效果好，隨著活塞向前移動(dòng)，緩沖效果逐漸減弱，因此它的制動(dòng)行程較長。返回第三十三頁，共七十頁，2022年，8月28日活塞上開有變截面的軸向三角節(jié)流槽。節(jié)流口變化式緩沖裝置返回活塞移近端蓋時(shí)，回油腔油液只能經(jīng)過三角槽流出，使活塞受到制動(dòng)作用。隨著活塞的移動(dòng)，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(dòng)位置精度高。第三十四頁，共七十頁，2022年，8月28日排氣裝置由于液體中混有空氣或液壓缸停止使用時(shí)空氣侵入，在液壓缸的最高部位常會(huì)聚積空氣。若不排除就會(huì)使缸的運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)，引起爬行和振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使液體氧化腐蝕液壓元件。第三十五頁，共七十頁，2022年，8月28日排氣裝置排氣閥和排氣塞都要安裝在液壓缸的最高部位。并非所有的液壓缸都設(shè)置排氣裝置。注意對于要求不高的液壓缸往往不設(shè)專門的排氣裝置，而是將通油口布置在缸筒兩端的最高處，使缸中的空氣隨油液的流動(dòng)而排走。第三十六頁，共七十頁，2022年，8月28日第一節(jié)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件二、氣缸氣缸以壓縮空氣為動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。氣缸是氣動(dòng)系統(tǒng)中使用最多的執(zhí)行元件。（一）氣缸的類型第三十七頁，共七十頁，2022年，8月28日普通氣缸在缸筒內(nèi)只有一個(gè)活塞和一個(gè)活塞桿，也有單作用和雙作用之分。（二）普通氣缸第三十八頁，共七十頁，2022年，8月28日回程靠彈簧實(shí)現(xiàn)。（二）普通氣缸由于氣缸活塞桿初始位置處于退回的位置，因此也稱為預(yù)縮型單作用氣缸。第三十九頁，共七十頁，2022年，8月28日有無桿氣缸、磁性氣缸、開關(guān)氣缸、制動(dòng)氣缸、坐標(biāo)氣缸、手指氣缸、氣液阻尼氣缸等。（三）其他形式氣缸與液體相比，氣體具有可壓縮性。因此，在外載荷發(fā)生變化時(shí)會(huì)導(dǎo)致氣缸的輸出運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生"爬行"或"自移"現(xiàn)象。氣液阻尼氣缸在要求氣缸有較高的位置和速度精度時(shí)，宜使用氣液阻尼缸。第四十頁，共七十頁，2022年，8月28日氣液阻尼缸是一種由氣缸和液壓缸構(gòu)成的組合缸。氣液阻尼氣缸氣液阻尼缸有串聯(lián)式和并聯(lián)式兩種結(jié)構(gòu)：由氣缸產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力，用液壓缸的阻尼調(diào)節(jié)作用獲得平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)。串聯(lián)式并聯(lián)式繼續(xù)第四十一頁，共七十頁，2022年，8月28日在液壓缸的進(jìn)、出口處連接了調(diào)速用的液壓單向節(jié)流閥，通過調(diào)節(jié)液壓缸的排油量，從而調(diào)節(jié)活塞運(yùn)動(dòng)的速度。氣液阻尼氣缸氣缸活塞和液壓缸活塞用一根活塞桿串聯(lián)起來，兩缸之間用中蓋6隔開，防止空氣與液壓油互竄。串聯(lián)式第四十二頁，共七十頁，2022年，8月28日氣液阻尼氣缸工作進(jìn)給時(shí)，氣缸右腔進(jìn)氣，活塞桿左行，液壓缸左腔排油。串聯(lián)式由于此時(shí)單向閥4關(guān)閉，所以排油路線只能經(jīng)由節(jié)流閥3進(jìn)入液壓缸右腔。由此，調(diào)節(jié)節(jié)流閥3的開口量大小，就可調(diào)節(jié)活塞的運(yùn)動(dòng)速度。第四十三頁，共七十頁，2022年，8月28日氣液阻尼氣缸返回時(shí)，氣缸左腔進(jìn)氣，活塞桿右行，液壓缸右腔排油；串聯(lián)式由于此時(shí)單向閥4打開，所以排油路線可經(jīng)單向閥4快速進(jìn)入液壓缸左腔，實(shí)現(xiàn)快退。第四十四頁，共七十頁，2022年，8月28日氣液阻尼氣缸一般將雙活塞桿腔作為液壓缸，使液壓缸左右兩腔進(jìn)排油量相等；串聯(lián)式貯油杯內(nèi)的油液只用于補(bǔ)充因液壓缸泄漏而減少的流量。返回第四十五頁，共七十頁，2022年，8月28日工作原理和特性與串聯(lián)式氣液阻尼缸相同。氣液阻尼氣缸液壓缸與氣缸用剛性連接板并聯(lián)在一起，但液壓缸活塞桿可在連接板內(nèi)浮動(dòng)一段行程（可調(diào)節(jié)）。并聯(lián)式第四十六頁，共七十頁，2022年，8月28日注意使氣缸活塞桿軸線應(yīng)與負(fù)載作用線處在同一軸線上，從而減小附加力矩對運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性的影響。氣液阻尼氣缸結(jié)構(gòu)緊湊，氣缸和液壓缸之間沒有竄氣現(xiàn)象。并聯(lián)式返回第四十七頁，共七十頁，2022年，8月28日第二節(jié)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件一、液壓馬達(dá)（一）液壓馬達(dá)的工作原理輸出連續(xù)旋轉(zhuǎn)或擺動(dòng)的執(zhí)行元件。第四十八頁，共七十頁，2022年，8月28日（一）液壓馬達(dá)的工作原理以軸向柱塞式液壓馬達(dá)為例：高壓油經(jīng)配油盤的窗口進(jìn)入缸體的柱塞孔時(shí)，高壓腔的柱塞被頂出，壓在斜盤上。斜盤1和配油盤4固定不動(dòng)，柱塞3可在缸體2的孔內(nèi)移動(dòng)。斜盤中心線和缸體中心線相交一個(gè)傾角γ。第四十九頁，共七十頁，2022年，8月28日（一）液壓馬達(dá)的工作原理液壓馬達(dá)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩應(yīng)為所有處于高壓腔的柱塞產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩之和，即斜盤對柱塞的反作用力F分解為軸向分力FN和垂直分力FT。FN與作用在柱塞上的液壓力平衡，F(xiàn)T則產(chǎn)生使缸體發(fā)生旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩，帶動(dòng)軸5轉(zhuǎn)動(dòng)。第五十頁，共七十頁，2022年，8月28日（一）液壓馬達(dá)的工作原理液壓馬達(dá)對外輸出的總的轉(zhuǎn)矩也是脈動(dòng)的。隨著柱塞和缸體垂直中心線的夾角θ的變化，每個(gè)柱塞產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩是變化的。第五十一頁，共七十頁，2022年，8月28日（一）液壓馬達(dá)的工作原理說明因?yàn)榭紤]到壓力平衡、間隙密封的自動(dòng)補(bǔ)償?shù)纫蛩?，液壓泵吸、排油腔的結(jié)構(gòu)多是不對稱的，只能單方向旋轉(zhuǎn)。但作為液壓馬達(dá)，通常要求正、反向旋轉(zhuǎn)，要求結(jié)構(gòu)對稱。從工作原理上講，相同形式的液壓泵和液壓馬達(dá)是可以相互代換的。但是，一般情況下未經(jīng)改進(jìn)的液壓泵不宜用作液壓馬達(dá)。第五十二頁，共七十頁，2022年，8月28日（二）液壓馬達(dá)的主要性能參數(shù)1.工作壓力和額定壓力工作壓力是指馬達(dá)實(shí)際工作時(shí)的壓力。額定壓力是指馬達(dá)在正常工作條件下，按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定能連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最高壓力。

2.排量和理論流量排量是指在沒有泄漏的情況下，馬達(dá)軸旋轉(zhuǎn)一周所需輸入的液體體積。

理論流量是指在沒有泄漏的情況下，達(dá)到要求轉(zhuǎn)速所需輸入液體的流量。第五十三頁，共七十頁，2022年，8月28日（二）液壓馬達(dá)的主要性能參數(shù)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)所要求的轉(zhuǎn)速，實(shí)際輸入的流量q必須大于理論輸入流量qt。機(jī)械效率：由于有摩擦損失，液壓馬達(dá)的實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩T一定小于理論轉(zhuǎn)矩Tt。第五十四頁，共七十頁，2022年，8月28日（二）液壓馬達(dá)的主要性能參數(shù)3.效率和功率液壓馬達(dá)的總效率：液壓馬達(dá)的輸入功率：液壓馬達(dá)的輸出功率：Δp—液壓馬達(dá)進(jìn)、出口的壓力差Ω，n—液壓馬達(dá)的角速度和轉(zhuǎn)速第五十五頁，共七十頁，2022年，8月28日（二）液壓馬達(dá)的主要性能參數(shù)4.轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速液壓馬達(dá)產(chǎn)生的理論轉(zhuǎn)矩：液壓馬達(dá)輸出的實(shí)際轉(zhuǎn)矩：轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速是液壓馬達(dá)輸出的兩個(gè)最重要物理量，是輸出機(jī)械能的表現(xiàn)形式。液壓馬達(dá)輸出的實(shí)際轉(zhuǎn)速：（V－排量）第五十六頁，共七十頁，2022年，8月28日（三）其它類型的液壓馬達(dá)液壓馬達(dá)按結(jié)構(gòu)可以分為齒輪式、葉片式和柱塞式等。按工作性能可分為高速馬達(dá)和低速馬達(dá)兩大類。高速液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，反應(yīng)迅速，額定轉(zhuǎn)速大于500r/min，但輸出的轉(zhuǎn)矩相對較小。低速液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)速度低、轉(zhuǎn)矩大。第五十七頁，共七十頁，2022年，8月28日（三）其它類型的液壓馬達(dá)屬于高速馬達(dá)。齒輪式液壓馬達(dá)為了減小輸出轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)，齒輪式液壓馬達(dá)中齒輪的齒數(shù)比泵的齒數(shù)多。第五十八頁，共七十頁，2022年，8月28日（三）其它類型的液壓馬達(dá)齒輪式液壓馬達(dá)由于齒輪馬達(dá)的容積效率比較低，輸入油壓不能過高，因此輸出轉(zhuǎn)矩較低。通常適用于高速小轉(zhuǎn)矩的場合，例如工程機(jī)械和農(nóng)業(yè)機(jī)械中。第五十九頁，共七十頁，2022年，8月28日（三）其它類型的液壓馬達(dá)屬于高速馬達(dá)。葉片式液壓馬達(dá)葉片式液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，動(dòng)作靈敏，運(yùn)轉(zhuǎn)均勻脈動(dòng)小。缺點(diǎn)是泄漏較大，不能在很低的轉(zhuǎn)速下工作，機(jī)械特性較軟（即當(dāng)負(fù)載增加時(shí)轉(zhuǎn)速將迅速降低）。第六十頁，共七十頁，2022年，8月28日（三）其它類型的液壓馬達(dá)屬于高速馬達(dá)。葉片式液壓馬達(dá)葉片式液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，動(dòng)作靈敏，運(yùn)轉(zhuǎn)均勻脈動(dòng)小。適用于低轉(zhuǎn)矩、高轉(zhuǎn)速的場合，其最高轉(zhuǎn)速可達(dá)2000r/min。第六十一頁，共七十頁，2022年，8月28日（三）其它類型的液壓馬達(dá)一般多采用徑向柱塞式。低速液壓馬達(dá)特點(diǎn)是輸入壓力高、排量大，因此輸出轉(zhuǎn)矩很大，可