液压与气动技术第3章执行元件资料.ppt

第3章 执行元件,3.1 直线往复运动执行元件 3.2 旋转运动执行元件,3.1 直线往复运动执行元件,3. 1. 1 液压缸的作用与分类 液压缸(俗称油缸)是将液压能转变成机械能的做直线往复运动(或摆动)的液压执行元件.它结构简单、工作可靠.用它来实现往复运动时.可免去减速装置.运动平稳.因此应用非常广泛 按运动形式的不同.液压缸可分为直线往复运动液压缸和摆动液压缸 按其作用方式不同.液压缸可分为单作用式和双作用式两种 按结构的不同.液压缸可分有活塞缸、柱塞缸和摆动缸3类下一页,返回,3.1 直线往复运动执行元件,3. 1. 2 活塞缸 活塞缸可分为双杆式和单杆式两种结构.其固定方式有缸体固定和活塞固定两种 1.双杆活塞缸 (1)工作原理 图3-1所示为双杆活塞缸原理.其活塞的两侧都有伸出杆图3-1(a)所示为缸体固定式结构简图;图3-1(b)所示为活塞固定式结构简图当压力油(p为压力.q为排量)从进、出油口交替输入液压缸左、右工作腔时.压力油作用于活塞端面.驱动活塞(或缸体)运动.并通过活塞(或缸体)带动工作台做直线往复运动上一页,下一页,返回,3.1 直线往复运动执行元件,(2)特点和应用 当两活塞杆直径相同、缸两腔的供油压力和流量都相等时.活塞(或缸体)两个方向的运动速度和推力也都相等。

因此.这种液压缸常用于要求往复运动速度和负载相同的场合.如各种磨床 缸体固定式结构.其工作台的运动范围略大于缸有效行程的3倍一般用于行程短或小型液压设备上;活塞固定式结构.其工作台的运动范围略大于缸有效行程的2倍.所以工作台运动时所占空间面积较小.适用于行程长的大、中型液压设备上一页,下一页,返回,3.1 直线往复运动执行元件,2.单杆活塞缸 (1)工作原理 图3-2所示为单杆活塞缸原理.其活塞的一侧有伸出杆.因此两腔的有效工作面积不相等 当无杆腔进压力油、有杆腔回油(图3-2(a))时.活塞推力F和运动速度v1分别为 当有杆腔进压力油.无杆腔油(图3-2(b))时.活塞推力F2和运动速度v2分别为 式中.A1和A2分别为液压缸无杆腔和有杆腔的有效工作面积上一页,下一页,返回,（3.3）,（3.4）,3.1 直线往复运动执行元件,(2)特点和应用 比较上面公式可知,v1F2.即无杆腔进压力油工作时.推力大.速度低;有杆腔进压力油工作时.推力小.速度高因此.单杆活塞缸常用于一个方向有较大负载但运行速度较低.另一个方向为空载快速退回运动的设备例如.各种金属切削机床等液压系统 单杆活塞缸不论是缸体固定还是活塞杆固定.工作台的活动范围都略大于缸有效行程的两倍。

上一页,下一页,返回,3.1 直线往复运动执行元件,(3)单杆活塞缸的差动连接 如图3-3所示，当压力油同时进入液压缸的左、右两腔，由于无杆腔工作面积比有杆腔工作面积大.活塞向右的推力大于向左的推力.故其向右移动.这种连接方式称为液压缸的差动连接.做差动连接的单杆活塞缸简称为差动缸差动连接时.活塞的推力F为,上一页,下一页,返回,（3.5）,3.1 直线往复运动执行元件,若活塞的速度为v3.则无杆腔的进油量为v3A1.有杆腔的出油量为v3A2.因而有 故 由上面可知.v3v1 , F3F1.这说明单杆活塞缸差动连接时能使运动部件获得较高的速度和较小的推力因此.单杆活塞缸还常用于需要实现“‘快进(差动连接) →工进(无杆腔进压力油) →快退(有杆腔进压力油)”工作循环的组合机床等设备的液压系统中上一页,下一页,返回,（3.6）,3.1 直线往复运动执行元件,3. 1. 3 柱塞缸 活塞缸缸体内孔加工精度要求很高.当缸体较长时加工困难.因而常采用柱塞缸 1.工作原理 柱塞缸的结构如图3-4(a)所示.其由缸筒1、柱塞2、导向套3,密封圈5和压盖生等零件组成柱塞与工作部件连接.缸筒可固定在机体上.当压力油进入缸筒时.推动柱塞伸出.带动运动部件运动。

2.特点和应用 柱塞缸工作过程中.柱塞端面受压.为了能输出较大的推力.需要较大的端面面积.因此柱塞一般较粗重如水平安装柱塞缸.柱塞易产生单边磨损.因此柱塞缸适宜于垂直安装使用当其水平安装时.为防止柱塞因自重而下垂.常制成空心柱塞并设置支承架和托架上一页,下一页,返回,3.1 直线往复运动执行元件,柱塞缸只能实现单向运动(单作用).它的回程需借助自重(在立式缸中)或其他外力(如弹簧力)来实现在龙门刨床、导轨磨床、大型拉床等大行程设备的液压系统中.为了使工作台得到双向运动.柱塞缸常成对使用.如图3-4(c)所示 柱塞由导向套导向.与缸筒内壁不接触.没有配合要求.因而缸体内孔不需要精加工.工艺性好.成本低.特别适用于行程较长的场合上一页,下一页,返回,3.1 直线往复运动执行元件,3. 1. 4 摆动缸 摆动缸用于将油液的压力能转变为输出轴复摆动(转动角度小于360°)的机械能 图3-5所示为单叶片式摆动液压缸.定子块z由螺钉和柱销固定在缸体生上.嵌在定子块2槽内的片弹簧把密封件压紧在花键轴套的外圆柱面上.起密封作用.叶片3用螺钉固定在花键轴套上.当压力油进入上面的油孔时.推动转子连同花键轴套做顺时针方向旋转.转子另一侧的回油从下面的油孔排出。

如压力油从下面油孔进入时.转子做逆时钊方向旋转 单叶片式摆动液压缸的摆动角度一般不超过280°摆动缸常用于机床的送料装置、间歇进给机构、回转夹具、工业机器入手臂和手腕的回转装置及工程机械回转机构等的液压系统中.,上一页,下一页,返回,3.1 直线往复运动执行元件,3.1.5 液压缸的典型结构 液压缸的结构主要包括缸体组件、活塞组件、密封装置、缓冲装置和排气装置5部分 1.缸体组件 它包括前、后缸盖和导向套等缸筒和缸盖的常用连接方式有法铸连接、卡环连接和螺纹连接 2.活塞组件 活塞组件由活塞、活塞杆和连接件等组成活塞和活塞杆连接方式主要有整体式结构、焊接式连接、锥销式连接和卡环式连接上一页,下一页,返回,3.1 直线往复运动执行元件,3.密封装置 液压缸的泄漏直接影响到液压缸的工作性能和效率.甚至使整个系统无法工作.因此.要求液压缸要有良好的密封性能常用的密封方法有间隙密封和密封元件的密封 间隙密封是靠相对运动部件之间很小的配合间隙来保证密封这种密封方法的摩擦力小.但密封性能差.加工精度要求较高.只适用于尺寸较小、压力较低、运动速度较高的场合上一页,下一页,返回,3.1 直线往复运动执行元件,4.缓冲装置 液压缸的缓冲装置是为了防止活塞在行程终了时.由于惯性力的作用与缸盖发生撞击 。

缓冲原理是活塞在接近缸盖时.增大回油阻力.以降低活塞的运动速度.从而避免活塞撞击;缸盖常用的缓冲装置是应用节流原理来实现的 5.排气装置 液压系统在安装过程中或长时间停工后会渗入空气.油液中也会混有空气.这些空气的存在会使活塞运动产生爬行和振动.产生噪声.严重时会影响液压系统的正常工作为了便于排除积留在液压缸内的空气一般采取两种措施上一页,下一页,返回,3.1 直线往复运动执行元件,①对于要求不高的液压缸可不设专门的排气装置.而是将油口布置在缸筒两端最高处.使缸中空气随油液流回油箱.再从油箱中逸出 ②对于速度稳定性要求较高的液压缸和大型液压缸.则必须设置专门的排气装置(排气阀)工作前拧开排气塞.使缸中活塞全行程空载往复运动数次.空气通过排气阀排出排完气后关闭排气阀上一页,下一页,返回,3.1 直线往复运动执行元件,3. 1. 6 液压缸的设计计算 液压缸主要尺寸包括液压缸内径D,缸的长度五、活塞杆直径口主要根据液压缸的负载、活塞运动速度和行程等因索来确定上述参数 1.液压缸工作压力的确定 液压缸要承受的负载包括有效工作负载、摩擦阻力和惯性力等液压缸的工作压力按负载确定对于不同用途的液压设备.由于工作条件不同.采用的压力范围也不同。

设计时.液压缸的工作压力可按负载大小由表3-2确定.也可按液压设备类型参考表3-3来确定上一页,下一页,返回,3.1 直线往复运动执行元件,2.液压缸内径和活塞直径的确定 液压缸的内径D根据液压缸总负载力F和工作压力p来计算 活塞的直径口根据液压缸往返速比λv来确定.也可按活塞杆的受力情况确定活塞杆的直径: 当活塞杆受拉时. 当活塞杆受压时.,上一页,下一页,返回,3.1 直线往复运动执行元件,必要时活塞杆直径口按式(3. 7)进行强度校核.即 式中 F—液压缸的负载力; [σ]-活塞杆材料许用应力. , δb为材料的抗拉强度，n为安全系数一般n≥1. 4上一页,下一页,返回,(3. 7),3.1 直线往复运动执行元件,3.缸筒壁厚δ的确定 一般情况下.液压缸筒壁厚往往由结构工艺上的要求确定.必要时再校核其强度当D/ δ ≥10时.可按薄壁筒公式进行校核.即 式中 D—缸筒内径; py—试验压力.当缸的额定压力pn≤16 MPa时.取py=1. 5 pn; pn16 MPa时.取py=1.25pn,上一页,下一页,返回,3.1 直线往复运动执行元件,[σ]—缸筒材料许用应力, ,δb为材料抗拉强度.n为安全系数一般取n=5。

当 时.按厚壁筒公式来进行校核,即 液压缸外径D1便可由式(3. 10)求出.即 D1=D+2δ D1值也应按有关标准圆整为标准值上一页,下一页,返回,(3. 9),(3. 10),3.1 直线往复运动执行元件,4.液压缸其他部位尺寸的确定 如图3-8所示.液压缸其他部位尺寸按下列公式确定: 导向长度 (L为液压缸最大行程); 活塞宽度B =(0. 6~1. 0) D; 导向套滑轮面长度A=(0.6~1.6)D (D80mm) 如装有隔套K时.C= H-(A+B)/2 活塞杆长度根据液压缸最大行程L而定上一页,下一页,返回,3.1 直线往复运动执行元件,3. 1. 7 液压缸常见故障及其排除方法 液压缸常见故障及其排除方法见表3-4. 3. 1. 8 气缸的分类及其工作原理 1.气缸的分类 气缸主要由缸筒、活塞、活塞杆、关后端盖及密封件等组成.图3-9所示为普通气缸结构 ①按作用方式分为单作用气缸和双作用气缸 ②按结构特点分为活塞式气缸、柱塞式气缸、叶片式气缸、摆动式气缸、薄膜式气缸等 ③按安装方式分为法协式气缸、轴销式气缸、凸缘式气缸、耳座式气缸、嵌入式气缸、回转式气缸等。

④按功能分为普通式气缸、缓冲式气缸、气一液阻尼式气缸、冲击式气缸、数字式气缸、摆动式气缸等上一页,下一页,返回,3.1 直线往复运动执行元件,2.气缸的工作原理 以图3-9所示双作用气缸为例加以介绍所谓双作用是指活塞的往复运动均由压缩空气来推动在单伸出活塞杆的动力缸中.因活塞右边面积比较大.当空气压力作用在右边时.提供一慢速的和作用力大的工作行程;返回行程时.由于活塞左边的面积较小.所以速度较快而作用力变小此类气缸的使用最为广泛一般用于包装机械、食品机械、加工机械等设备上上一页,下一页,返回,3.1 直线往复运动执行元件,大多数气缸的工作原理与液压缸相同.因此这里只介绍几种具有特殊功能的气缸 (1)气一液阻尼缸 普通气缸工作时.由于气体具有可压缩性.当外界负载变化较大时.气缸可能产生“爬行”或“自走”现象.因此.气缸不易获得平衡的运动;也不易使活塞有准确的停止位置而液压缸则相对运动平衡.且速度调节方便在气压传动中.需要准确的位置控制和速度控制时.可采用气一液阻尼缸上一页,下一页,返回,3.1 直线往复运动执行元件,(2)薄膜式气缸 薄膜式气缸是一种利用膜片在压缩空气作用下产生变形来推动活塞杆做直线运动的气缸.其结构如图3-11所示.由缸体1,膜片2,膜盘3及活塞杆1等组成.其功能类似活塞式气缸.有单作用式和双作用式两种。

(3)回转式气缸 回转式气缸的工作原理如图3-12所示.它由导气头9,缸体3,活塞2,活塞杆1,缸盖6等组成这种气缸的缸体连同缸盖及导气头可被携带一同回转;活塞。