液压与气动技术执行元件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,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,v,1,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,v,2,分别为,?,式中,.A,1,和,A,2,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,v,1,F,2,.,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,v,3,.,则无杆腔的进油量为,v,3,A,1,.,有杆腔的出油,量为,v,3,A,2,.,因而有,?,故,?,由上面可知,.v,3,v,1, F,3,16 MPa,时,.,取,p,y,=1.25p,n,上一页,下一页,返回,3.1,直线往复运动执行元件,?,缸筒材料许用应力, ,b,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,D,1,便可由式,(3. 10),求出,.,即,?,D,1,=D+2,?,D,1,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. 61. 0) D;,?,导向套滑轮面长度,A=(0.61.6)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。,?,按作用方式分为单作用气缸和双作用气缸。,?,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。,?,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。,?,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,;,活塞及活塞杆只能做直线往复运动,;,导气头的外接管路固定不动。它实际上是一个具有回转接头,的气缸,.,转动是由其他驱动机构带动的。,上一页,下一页,返回,3.1,直线往复运动执行元件,?,(4),冲击式气缸,?,冲击式气缸是一种较新型的气动执行元件它是把压缩空气的,压力能转化为活塞运动的动能,.,可完成型材下料、弯曲、冲孔、,墩粗、破碎、模锻等多种作业。工作原理如,图,3-13,所示,.,它,由缸体,8,、中盖,5,活塞和活塞杆,7,等主要零件组成。中盖与缸,体连接在一起,.,它和活塞把气缸容积分隔成,3,部分,.,即蓄能腔,3,活塞腔,2,和活塞杆腔,1.,中盖中心开有一喷嘴口生,.,当压缩空气,刚进入蓄能腔时,.,其压力只能通过喷嘴口的小面积作用在活塞,上,.,还不能克服活塞杆腔的排气压力所产生的向上推力以及活,塞和缸体间的摩擦阻力,.,活塞不运动。蓄能腔中充气压力逐渐,升高,.,当压力升高到作用在喷嘴口面积上的总推力能克服活塞,杆腔的排气压力和摩擦力的总和时,.,活塞向下移动,.,积聚在蓄,能腔中的压缩空气通过喷嘴口突然作用在活塞的全部面积上,.,活塞需作为控制信号孔使用。,上一页,下一页,返回,3.1,直线往复运动执行元件,?,(5),磁性无活塞杆气缸,?,图,3-14,所示为磁性无活塞杆气缸。磁性无活塞杆气缸由缸,体、活塞组件和移动支架组件,3,部分组成。其中活塞组件中,有内磁环,4.,移动支架组件中有外磁环,2.,内、外磁环产生磁性,吸力,.,当压缩空气推动活塞组件运动就带动移动支架组件运动。,磁性无杆气缸应用在空间较小的地方。,?,3.,气缸实物的结构剖视图,?,机械接触式无活塞杆气缸结构如,图,3-15,所示。,上一页,下一页,返回,3.1,直线往复运动执行元件,?,3.1.9,标准化气缸简介,?,1.,标准化气缸的系列和标记,?,标准化气缸的标记是用符号,“,QG,”,表示气缸,.,用符号,A,B,C,D, H,表示,5,种系列。,?,2.,标准化气缸的系列,?,QGA,无缓冲普通气缸,(,见,图,3-16,),?,QGB,细杆,(,标准杆,),缓冲气缸,?,QGC,粗杆缓冲气缸,?,QGD,气一液阻尼缸,?,QGH,回转式气缸,上一页,下一页,返回,3.1,直线往复运动执行元件,?,3.,气缸的选用,?,根据工作任务对机构运动的要求选择气缸的结构形式及安,装方式,(,见,表,3-5,和,表,3-6,),。,?,根据工作机构所需力的大小来确定活塞杆的推力和拉力。,?,根据工作机构任务的要求确定行程一般不使用满行程。,?,推荐气缸工作速度在,0.5-1 m/s,范围内,.,并按此原则选择,管路及控制元件。,上一页,返回,3.2,旋转运动执行元件,?,3. 2. 1,液压马达的分类,?,液压马达的结构如液压泵一样也可分为齿轮式、叶片式和柱,塞式,3,大类若按转速来分,.,一般认为,.,额定转速高于,600,r/min,的液压马达属于高速马达,;,额定转速低于,600 r/min,的液压马达属于低速马达。,?,通常,.,高速液压马达的输出转矩不大,.,故又称为高速小转矩液,压马达。低速液压马达的输出转矩较大,.,所以又称为低速大转,矩液压马达。,?,液压马达的分类如,图,3-20,所示。,下一页,返回,3.2,旋转运动执行元件,?,3.2.2,液压马达的工作原理和结构特点,?,液压马达同样有单向和双向、定量和变量之分。由于结构上,的差异,.,不同的马达其基本特性和适用范围也有所不同,.,?,液压马达和液压泵从工作原理上来说是一致的,.,都是通过密封,工作腔的容积变化来实现能量转换。从原理上来说,.,除阀式配,流的液压泵,(,具有单向性,),外,.,其他形式的液压泵和液压马达可,以通用下面以叶片式液压马达为例,.,对液压马达的工作原理作,简单介绍。,上一页,下一页,返回,3.2,旋转运动执行元件,?,叶片式液压马达的结构一般是双作用定量马达,.,在图,3-19,中,.,当压力油进入压油腔后,.,在叶片,1,3,5,7,上一面作用有压力油,.,另一面为排油腔的低压油。由于叶片,1,5,受力面积大于叶片,3,7.,从而由叶片受力差构成的转矩推动转子做顺时钊方向转,动。改变压力油的进入方向,.,马达反向旋转。,?,与叶片泵相比,.,叶片式液压马达的叶片伸缩除靠压力油作用外,.,还要靠弹簧的作用力使叶片压紧在定子内表面上,.,因为在启动,时,.,转子不转动,.,无离心力,.,如叶片末贴紧定子内表面,.,进油腔和,排油腔相通,.,就不能形成油压,.,也不能输出转矩因此,.,在叶片根,部应设置预紧弹簧。,上一页,下一页,返回,3.2,旋转运动执行元件,?,叶片式液压马达的另一个结构特点是叶片在转子中是径向放,置的,.,因为马达要求正、反转。此外,.,为了使叶片的底部始终,都通压力油,.,不受液压马达转动方向的影响,.,在回、压油腔通,入叶片根部的通路上应设置单向阀。,?,叶片式液压马达体积小,.,转动惯量小,.,动作灵敏,.,适用于换向频,率较高的场合,;,但其泄漏量较大,.,低速工作时不稳定。因此,.,叶,片式液压马达一般用于转速高、转矩小和动作要求灵敏的场,合。,上一页,下一页,返回,3.2,旋转运动执行元件,?,3.2.3,液压马达的主要技术参数和计算公,式,?,1.,液压马达的主要技术参数,?,排量,马达轴每转一转所需输入的液体体积。,?,额定压力,在额定转数范围内连续运转,.,能达到设计寿命的,最高输入压力。,?,最高压力,允许短暂运行的最高压力。,?,背压,液压马达运转时出油口侧的压力,.,能保证马达稳定运,转时最低出油口侧的压力称为最低背压。,?,额定转速,在额定压力、规定背压条件下,.,能够连续运转并,能达到设计寿命的最高转速。,上一页,下一页,返回,3.2,旋转运动执行元件,?,最低转数,在额定压力下能稳定运转的最低运转数。,?,额定转数,在额定压力作用下液压马达能稳定运转的转数。,?,最大转矩,允许短暂运行的最高压力输入马达后所产生的,转矩。,?,功率,液压马达输出轴上输出的机械功率。,?,容积效率,液压马达理论流量与实际流量的比值。,?,11,）总效率,液压马达的输出功率与输入功率的比值。,?,2.,液压马达主要参数的计算公式,?,其主要计算公式如,表,3-7,所列。,上一页,下一页,返回,3.2,旋转运动执行元件,?,3.,液压马达主要技术参数概览,?,其主要技术参数概览如,表,3-8,所列。,?,4.,液压马达的选择,?,选择液压马达时需考虑的因索较多,.,如转矩、转数、工作压力、,排量、外形及连接尺寸、容积效率、总效率等。,?,低速运转工况可选低转速马达,.,也可以采用高速马达加速机装,置。在两种选择上,.,应根据结构及空间情况、设备成本、驱动,转矩是否合理等进行选择。确定所采用马达的种类后,.,可根据,液压马达产品技术参数概览表选出几种规格,.,然后进行综合分,析,.,分析中应优先考虑既满足转矩要求又使系统流量较小、压,力较低,.,以便降低制造成本。其次对同类产品应选择总效率高,的、压降低的,.,最终选择一个较合适的产品。,上一页,下一页,返回,3.2,旋转运动执行元件,?,5.,液压马达的基本图形符号,?,液压马达的基本图形符号如,图,3-22,所示。,?,3. 2. 4,液压马达常见故障及其排除方法,?,液压马达常见故障及其排除方法见,表,3-10,。,?,3. 2.5,气动马达,?,1.,叶片式气动马达,?,叶片式气动马达主要由定子、转子和叶片组成。,?,叶片马达体积小、重量轻、结构简单,.,但耗气量较大一般用于,中、小容量,.,高转速的场合。,?,图,3-23,所示为双向旋转叶片式气马达的工作原理。,上一页,下一页,返回,3.2,旋转运动执行元件,?,图,3-24,是在一定工作压力下作出的叶片式气马达的特性曲,线。转矩,T,与转速,n,成反比,.,功率,P,与转速,n,成抛物线关系,排量,增加,q,转速,n,增加。,?,图,3-25,也是叶片式气马达工作原理。叶片式马达一般有,310,个叶片,.,它们可以在转子的径向槽内活动。转子和输出,轴固连在一起,.,装入偏心的定子中。当压缩空气从,A,口进入定,子腔后一部分进入叶片底部,.,将叶片推出,.,使叶片在气压推力,和离心力综合作用下,.,抵在定子内壁上。另一部分进入密封工,作腔作用在叶片的外伸部分,.,产生力矩。由于叶片外伸面积不,等,.,转子受到不平衡力矩而逆时针旋转。做功后的气体由定子,孔,C,排出,.,剩余残余气体经孔,H,排出改变压缩空气输入进气孔,(H,孔进气,).,马达则反向旋转。,上一页,下一页,返回,3.2,旋转运动执行元件,?,2.,活塞式气动马达,?,活塞式气动马达是一种通过曲柄或斜盘将多个气缸活塞的输,出力转换为回转运动的气动马达。活塞式气动马达中为达到,力的平衡,.,气缸数目大多为偶数。气缸可以径向配置和轴向配,置,.,称为径向活塞式气动马达和轴向活塞式气动马达。,?,活塞式气动马达有较大的启动力矩和功率,.,但结构复杂、成本,高,.,且输出力矩和速度必然存在一定的脉动,.,主要用于低速大,转矩的场合。,上一页,下一页,返回,3.2,旋转运动执行元件,?,3.,气动马达的特点,?,可以无级调速。,?,工作安全。,?,气动马达具有结构简单、体积小、重量轻、操纵容易、维,修方便等特点,.,其用过的空气也不需处理,.,不会造成污染。,?,气动马达有很宽的功率和速度调节范围。,?,正、反转实现方便。,?,具有过载保护功能,.,不会因为过载而发生故障。,?,气动马达能长期满载工作,.,由于压缩空气绝热膨胀的冷却作,用,.,能降低滑动摩擦部分的发热,.,因此气动马达能在高温环境,下运行,.,其温升较小。,?,气动马达,.,特别是叶片式气动马达转速高,.,零、部件磨损快,.,需及时检修、清洗或更换零部件,?,气动马达还具有输出功率小、耗气量大、效率低、噪声大,和易产生振动等缺点。,上一页,下一页,返回,3.2,旋转运动执行元件,?,4.,气马达的选择、应用及润滑,?,(1),气马达的选择,?,选择气马达主要从载荷状态出发。在变载荷的场合使用时,.,应,注意考虑的因索是速度范围及力矩,.,均应满足工作需要。在均,衡载荷下作用时,.,其工作速度则是最重要的因索。叶片式气动,马达比活塞式气动马达转速高,.,当工作转速低于空载时最大转,速的,25%,时,.,最好选用活塞式气动马达选择时可参考,表,3-,11,。,上一页,下一页,返回,3.2,旋转运动执行元件,?,(2),气马达的应用与润滑,?,气马达适用于要求安全、无级调速、经常改变旋转方向、启,动频繁以及防爆、负载启动,.,适用于有过载可能性的场合,.,以,及适用于恶劣工作条件,.,如高温、潮湿及不便于入工直接操作,的地方。当要求多种速度运转,.,瞬时启动和制动,.,或可能经常,发生失速和过负载的情况时,.,采用气马达要比别的类似设备价,格便宜维修简单。目前,.,气马达在矿山机械中应用较多,;,在专,业性成批生产的机械制造业、油川、化工、造纸、冶金、电,站等行业均有较多使用,;,工程建筑、筑路、建桥、隧道开凿等,均有应用,;,许多风动工具如风钻、风扳手、风砂轮及风动铲刮,机等均装有气马达。,上一页,下一页,返回,3.2,旋转运动执行元件,?,润滑是气马达所不可缺少的。气马达必须得到良好的润滑后,才可正常运转,.,良好的润滑可保证马达在检修期内长时间运转,无误。一般在整个气动系统回路中,.,在气马达操纵阀前面均设,置油雾器,.,使油雾器与压缩空气混合再进入气马达,.,从而达到,充分润滑的目的。注意保证油雾器内正常油位,.,应及时添加新,油。,?,(3),气马达的典型产品,?,气马达的典型产品如,表,3-12,所示。,上一页,返回,图,3-1,双杆活塞缸,返回,图,3-2,单杆活塞缸原理,返回,图,3-3,单杆活塞缸的差动连接,返回,图,3-4,柱塞缸,返回,图,3-5,摆动缸,返回,表,3-2,液压缸负载与工作压力之间,的关系,返回,表,3-3,各类液压设备常用工作压力,返回,图,3-8,液压缸结构尺寸,返回,表,3-4,液压缸常见故障及其排除方法,返回,图,3-9,双作用气缸,返回,图,3-11,薄膜式气缸,返回,图,3-12,回车专式气缸,返回,图,3-13,冲击式气缸,返回,图,3-14,磁性无活塞杆气缸,返回,图,3-15,机械接触式无活塞杆气缸,返回,图,3-16 QGA,系列气缸结构,返回,表,3-5,常见气缸的结构及功能,下一页,表,3-5,常见气缸的结构及功能,下一页,上一页,表,3-5,常见气缸的结构及功能,下一页,上一页,表,3-5,常见气缸的结构及功能,下一页,上一页,表,3-5,常见气缸的结构及功能,返回,上一页,表,3-6,气缸的安装形式,下一页,表,3-6,气缸的安装形式,返回,上一页,图,3-20,液压马达的分类,返回,表,3-7,液压马达的主要参数计算公式,返回,表,3-8,液压马达产品的主要技术参,数概览,下一页,表,3-8,液压马达产品的主要技术参,数概览,下一页,上一页,表,3-8,液压马达产品的主要技术参,数概览,上一页,下一页,表,3-8,液压马达产品的主要技术参,数概览,返回,上一页,图,3-22,液压马达的基本图形符号,返回,表,3-10,液压马达常见故障及其排除,方法,下一页,表,3-10,液压马达常见故障及其排除,方法,返回,上一页,图,3-23,双向旋转的叶片式马达工作,原理,返回,图,3-24,气马达的特性曲线,返回,图,3-25,叶片式气马达工作原理,返回,表,3-11,叶片式与活塞式气马达性能,比较,下一页,表,3-11,叶片式与活塞式气马达性能,比较,返回,上一页,表,3-12,气马达产品概览,下一页,表,3-12,气马达产品概览,返回,上一页,