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,关键词,液压执行元件；活塞式液压缸；柱塞式液压缸；摆动式液压缸；组合液压缸；密封；缓冲；排气；液压马达。,实例应用,液压系统的执行元件是将液体的压力能转换成机械能的能量转换装置，它包括液压缸和液压马达。其中，液压缸通常用于实现直线往复运动或摆动运动，液压马达通常用于实现旋转运动。,如图,3-1,所示为液压机，其基本原理是油泵把液压油通过液压阀输入到液压缸的油腔，液压缸在高压油的作用下进行运动，以满足加工要求。,图,3-1,液压机,第一节 液压缸的类型、特点和基本参数计算,如图,3-2,所示，液压缸的结构简单，工作可靠，与杠杆、连杆、齿轮齿条、棘轮棘爪、凸轮等配合使用，能实现多种机械运动。液压缸在各类机械的液压传动系统中得到了广泛的应用。,图,3-2,液压缸,液压缸按结构特点不同，可分为活塞缸、柱塞缸、摆动缸和组合缸,4,类。其中，活塞缸和柱塞缸用以实现直线运动，输出推力和速度；摆动缸用以实现小于,360,的转动，输出转矩和角速度；组合缸具有较特殊的结构和功用。工程中以活塞缸应用最为广泛。,第一节 液压缸的类型、特点和基本参数计算,液压缸按作用方式和供油方向不同，可分为单作用液压缸和双作用液压缸两种。单作用液压缸只能从一个方向供油，液压作用力只能使活塞（或柱塞）作单方向运动，反方向运动必须靠外力（如弹簧力或自重等）实现，如图,3-3,所示；双作用液压缸可从两个方向供油，由液压作用力实现两个方向的运动，如图,3-4,所示。,（,a,）单活塞杆式,（,b,）双活塞杆式,（,c,）柱塞式,图,3-3,单作用液压缸,（,a,）单活塞杆式,（,b,）双活塞杆式,（,c,）柱塞式,图,3-4,双作用液压缸,第一节 液压缸的类型、特点和基本参数计算,在缸体内做相对往复运动的组件为活塞的液压缸，称活塞缸。活塞缸可分为单杆式和双杆式两种结构。按其固定方式的不同，又分为活塞杆固定式和缸体固定式两种。,一、,活塞式液压缸,1,双活塞杆液压缸,双活塞杆液压缸是活塞杆从液压缸的两端同时伸出，其工作原理如图,3-5,所示。双活塞杆液压缸的特点是当两活塞杆直径相同，并且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，如各种磨床等。,（,a,）缸体固定,（,b,）活塞杆固定,1,缸体；,2,活塞；,3,活塞杆；,4,工作台,图,3-5,双活塞杆液压缸,如图,3-5,（,a,）所示为缸体固定式结构简图。缸体,1,固定在机床床身上，工作台,4,与活塞杆,3,相连。缸体的两端设有进、出油口，动力由活塞杆传出，进油腔位置与活塞运动方向相反。当油液从,a,口进入缸左腔时，推动活塞,2,带动工作台,4,向右运动，缸右腔中的油液从,b,口回油；反之，右腔进压力油，左腔回油时，活塞,2,带动工作台,4,向左运动。,在这种安装方式下，机床工作台的运动范围略大于,3L,（,L,为活塞的有效行程），且占地面积较大，一般用于小型设备的液压系统。,第一节 液压缸的类型、特点和基本参数计算,如图,3-5,（,b,）所示为活塞杆固定式结构简图。其活塞杆一般是空心的，固定在机床床身的两个支架上，缸体则与机床工作台相连。进、出油口可以在活塞杆的两端（液压油从空心的活塞杆中进出），也可以在缸体两端（采用软管连接）。液压缸的动力由缸体传出，进油腔位置与活塞运动方向相同。当缸的左腔进压力油、右腔回油时，缸体带动工作台向左移动；反之，右腔进压力油、左腔回油时，缸体带动工作台向右移动。,在这种安装方式下，机床工作台的移动范围约等于缸体有效行程,L,的两倍，且占地面积小，常用于大、中型设备的液压系统。,第一节 液压缸的类型、特点和基本参数计算,第一节 液压缸的类型、特点和基本参数计算,若回油腔直接接油箱，则回油腔压力约等于零压，于是，双杆活塞缸的推力和速度可按下式计算,（,3-1,）,（,3-2,）,式中，,A,液压缸有效工作面积；,F,液压缸的推力；,v,活塞（或缸体）的运动速度；,p,进油压力；,q,进入液压缸的流量；,D,液压缸内径；,d,活塞杆直径。,单活塞杆液压缸也有缸体固定和活塞杆固定两种形式，但它们的工作台移动范围都是活塞有效行程的两倍。,如图,3-6,所示为单活塞杆液压缸原理图，其活塞杆从缸体的一侧伸出。单杆活塞缸的特点是两腔的有效工作面积不相等，当向液压缸左右两腔分别供油，且供油压力和流量相同时，活塞（或缸体）在两个方向的推力和运动速度不相等。,第一节 液压缸的类型、特点和基本参数计算,2,单活塞杆液压缸,（,a,）无杆腔进油，有杆腔回油 （,b,）有杆腔进油，无杆腔回油,图,3-6,单活塞杆液压缸,第一节 液压缸的类型、特点和基本参数计算,当无杆腔进压力油，有杆腔回油时，如图,3-6,（,a,）所示。此时，活塞推力,F,1,和运动速度,v,1,分别为,（,3-3,）,（,3-4,）,当有杆腔进压力油，无杆腔回油时，如图,3-6,（,b,）所示。活塞推力,F,2,和运动速度,v,2,分别为,（,3-5,）,（,3-6,）,式中，,A,1,液压缸无杆腔有效工作面积；,A,2,液压缸有杆腔有效工作面积。,第一节 液压缸的类型、特点和基本参数计算,比较上面公式可知，由于有效工作面积,A,1,A,2,，所以,v,1, v,2,，,F,1, F,2,，即无杆腔进压力油工作时，活塞杆伸出，获得的推力大，速度低；有杆腔进压力油工作时，活塞杆缩回，得到的推力小，速度高。,实际工程中，单杆活塞缸常用于一个方向有较大负载但运行速度较低，另一个方向为空载要求快速退回运动的设备中。例如，各种金属切削机床、起重机、压力机、注射机的液压系统就常用单活塞杆液压缸。,当单活塞杆液压缸两腔同时通入压力油时，利用两端面积差进行工作的连接形式称差动连接。如图,3-7,所示，液压缸差动连接时，左、右两腔压力相同，而由于无杆腔有效工作面积比有杆腔有效工作面积大，因此活塞受到的左腔液压推力大于右腔液压推力，故其向右移动，并使有杆腔中的油液流入无杆腔。,第一节 液压缸的类型、特点和基本参数计算,3,差动连接活塞式液压缸,图,3-7,差动连接式的单活塞杆液压缸,第一节 液压缸的类型、特点和基本参数计算,差动连接时，活塞杆推力,F,3,和运动速度,v,3,分别为,（,3-7,）,因,故有,（,3-8,）,比较式（,3-4,）和式（,3-8,）可知，,v,3,v,1,；比较式（,3-3,）和式（,3-7,）可知，,F,1,F,3,。这说明单杆活塞缸差动连接时，有效工作面积为活塞杆截面积,A3,，能使运动部件获得较高的速度和较小的推力。,第一节 液压缸的类型、特点和基本参数计算,实际应用中，液压系统常通过控制阀来改变单杆活塞缸的油路连接，使其有不同的工作方式，从而实现“快进,工进,快退”的工作循环。如果要求“快进”和“快退”的速度相等，即,v,3,= v,2,；那么由式（,3-6,）和式（,3-8,）可知，必须,D=d,。差动连接是在不增加液压泵流量的前提下实现快速运动的有效方法，广泛应用于组合机床等设备的液压系统中。,想一想,比较,v,1,，,v,2,，,v,3,的大小，机床在运动的过程中是如何利用这,3,种速度进行工作循环的？,一般来说，液压系统中较多地采用的是活塞缸，但活塞缸缸体内孔的加工精度要求很高，当行程较长时缸体加工困难。因此，对于长行程的场合，常采用柱塞缸。,柱塞缸是指在缸体内做相对往复运动的组件是柱塞的液压缸。它也有缸体固式和柱塞固定两种形式。其结构如图,3-8,（,a,）所示，柱塞,2,由导向套,3,导向，与缸体,1,内壁不接触，因而缸体内孔可不加工或只进行粗加工。柱塞缸工艺性好、结构简单、成本低，常用于行程很长的龙门刨床、导轨磨床和大型拉床等设备的液压系统中。,第一节 液压缸的类型、特点和基本参数计算,二、,柱塞式液压缸,（,a,）柱塞缸结构简图,（,b,）图形符号,1,缸体；,2,柱塞；,3,导向套；,4,密封圈；,5,压盖,图,3-8,柱塞缸,柱塞缸是单作用液压缸，即在压力油作用下，做单方向运动。工作时，压力油从左端输入缸筒内，作用在柱塞的左端面上，使之向右移动，从而带动工作台运动。它的回程则需要借助自重（立式缸）或其他外力的作用来实现。为了获得双向运动，柱塞式液压缸常成对使用，如图,3-9,所示。,第一节 液压缸的类型、特点和基本参数计算,图,3-9,双向运动柱塞缸原理图,第一节 液压缸的类型、特点和基本参数计算,柱塞缸的速度和推力计算公式为,（,3-9,）,（,3-10,）,柱塞工作时总是端面受压，为了能输出较大的推力，柱塞一般较粗、较重。水平安装时易产生单边磨损，故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套和托架。,想一想,比较活塞缸与柱塞缸在结构上的不同点，它们各适用于什么设备？,摆动式液压缸简称摆动缸，是一种将油液的压力能转变为叶片往复摆动，输出机械能的液压执行元件，又称摆动式液压马达。常用摆动缸的有单叶片和双叶片两种形式，如图,3-10,所示。它们由缸体,1,、叶片,2,、定子块,3,、摆动输出轴,4,、两端支承盘及端盖（图中未画出）等零件组成。,三、,摆动式液压缸,第一节 液压缸的类型、特点和基本参数计算,（,a,）单叶片式,（,b,）双叶片式,（,c,）图形符号,1,缸体；,2,叶片；,3,定子块；,4,输出轴,图,3-10,摆动缸,第一节 液压缸的类型、特点和基本参数计算,定子块,3,固定在缸体,1,上，叶片,2,和输出轴,4,连接在一起，当两油口,A,，,B,交替输入压力油（交替接通油箱）时，叶片即带动摆动输出轴做往复摆动，输出转矩和角速度。单叶片缸输出轴的摆角一般不超过,280,，双叶片缸输出轴的摆角不超过,150,，但输出转矩是单叶片缸的两倍。,若叶片的宽度为,b,，缸的内径为,D,，输出轴直径为,d,，叶片数为,Z,，进油压力为,p,，流量为,q,，且不计回油腔压力时，摆动缸输出的转矩,T,和回转角速度,𝜔,分别为,（,3-11,）,（,3-12,）,第一节 液压缸的类型、特点和基本参数计算,摆动缸结构紧凑，输出转矩大，但密封性较差，常用于机床的送料装置、间歇进给机构、回转夹具、工业机器人手臂和手腕的回转装置及工程机械回转机构等中低压液压系统中。,常见的组合液压缸有增压缸、伸缩缸和齿条活塞缸等。,四、,组合,液压缸,第一节 液压缸的类型、特点和基本参数计算,1,增压缸,如图,3-11,（,a,）所示为一种由活塞缸和柱塞缸组合而成的增压缸，它利用活塞的有效面积大于柱塞的有效面积，使输出压力大于输入压力，常应用于某些局部油路需要高压油的液压系统中，如压铸机、造型机等设备。,设活塞直径为,D,，柱塞直径为,d,，增压缸大端输入油液的压力为,p,1,，小端输出油液的压力为,p,2,，且不计摩擦阻力，则根据力学平衡关系有,则,（,3-13,）,式中， 是增压比，表明其增压的能力。,第一节 液压缸的类型、特点和基本参数计算,提示,增压缸仅仅是增大输出的压力，并不能增大输出的能量。,单作用增压缸在活塞运动到终点时，不能再输出高压液体，需要将活塞退回到左端位置，再向右行时才能输出高压液体，即不能获得连续的高压油。为了克服这一缺点，可采用双作用增压缸，如图,3-11,（,b,）所示，可从缸的两端交替通入压力油，从而获得连续的高压油。,（,a,）单作用增压缸 （,b,）双作用增压缸,图,3-11,增压缸,第一节 液压缸的类型、特点和基本参数计算,提示,增压缸只能将高压端输出的油液通入其他液压缸以获取大的推力，其本身不能直接作为执行元件。所以安装时应尽量使它靠近执行元件。,第一节 液压缸的类型、特点和基本参数计算,2,伸缩缸,伸缩缸由两个或多个活塞缸套装而成，有单作用和双作用之分。如图,3-12,所示，前一级的活塞与后一级的缸筒连为一体（图中活塞,2,与缸筒,3,连为一体）。活塞伸出时，动作是逐级进行的。首先是最大直径的缸筒开始外伸，当到达行程终点后，稍小直径的缸筒开始外伸。其推力逐级减小，但速度逐级增大。活塞缩回时，顺序是从小到大，速度逐级减小，推力逐级增大。,（,a,）伸缩缸结构简图,（,b,）图形符号,1,一级缸筒；,2,一级活塞；,3,二级缸筒；,4,二级活塞,图,3-12,伸缩缸,第一节 液压缸的类型、特点和基本参数计算,伸缩缸活塞杆伸出时行程大，而收缩后结构尺寸小，适用于起重运输车辆等需占空间小的机械上，如起重机伸缩臂缸、自动倾卸卡车举升缸等。,想一想,伸缩缸逐级伸出时，有效工作面积逐次减小。当输入流量相同时，伸出的速度如何变化？当负载恒定时，液压缸的工作压力如何变化？说明理由。,第一节 液压缸的类型、特点和基本参数计算,3,齿条活塞缸,齿条活塞缸又称无杆式活塞缸，如图,3-13,所示。它由带有齿条杆的双活塞缸和齿轮齿条机构组成，活塞的往复移动经齿轮齿条机构变成齿轮轴的往复转动。齿条活塞缸多用于自动线、组合机床等的自动转位或分度机构中。,1,齿轮；,2,齿条活塞杆,图,3-13,齿条活塞缸,第二节 液压缸的典型结构,如图,3-14,所示为单活塞杆液压缸的结构图。液压缸主要由缸体组件和活塞组件两个基本部分组成。缸体组件包括缸体、前后端盖等零件，其中，缸体多采用无缝钢管制成；活塞组件包括活塞、缓冲套、活塞杆等零件。缸体组件和活塞组件在组装后通过长拉杆连接起来，并用螺母锁紧。,1,后端盖；,2,缓冲阀；,3,进出油口；,4,缸体；,5,密封圈；,6,活塞；,7,缓冲套；,8,活塞杆；,9,后端盖；,10,进出油口；,11,密封圈；,12,导向套,图,3-14,单活塞杆液压缸结构图,第二节 液压缸的典型结构,为了保证液压缸具有可靠的密封性能，在前、后端盖与缸体之间，活塞与缸体内壁之间，活塞杆与前端盖之间，活塞杆与活塞之间均设置有相应的密封元件。为了防止活塞在两端时撞击端盖，在前后端盖中都设置了缓冲装置。有些液压缸在工作中可能会混入空气，或油液中溶解的空气会分离出来，使系统的工作不稳定，为了排除液压缸中的空气，在两端盖上方分别设置有排气装置。,因此，液压缸的结构一般都是由缸体组件、活塞组件、密封装置、缓冲装置和排气装置等,5,个部分组成的。,第二节 液压缸的典型结构,一、,缸体组件,缸体组件包括缸筒、前后端盖和导向套等，它与活塞组件构成密封油腔，并承受很大的液压作用力，因此，缸体组件要有足够的强度和刚度、较高的表面质量和可靠的密封性。常见的缸筒与端盖的连接形式如图,3-15,所示。,图,3-15,缸体组件的连接形式,（,a,）法兰连接,（,b,）半环式连接,（,c,）内螺纹连接,（,d,）外螺纹连接,（,e,）拉杆连接,（,f,）焊接连接,第二节 液压缸的典型结构,法兰连接如图,3-15,（,a,）所示，缸筒与端部一般用铸造、墩粗等方法制成法兰盘或焊接法兰盘，采用止口定位，再用螺钉与端盖固定。法兰连接结构简单、易加工、易装卸，因而使用广泛，但重量和外形尺寸大。,半环式连接如图,3-15,（,b,）所示。半环式连接是将两半环装于缸筒环形槽内，再用套或挡圈压住卡环，以达到连接的目的。它分外半环连接和内半环连接两种。半环式连接结构紧凑、外形尺寸小、质量较轻、易装卸，但缸筒开槽后机械强度削弱，需加厚缸壁。半环式连接应用十分普遍，常用于由无缝钢管制成的缸筒与缸盖之间的连接。,内、外螺纹连接如图,3-15,（,c,）和图,3-15,（,d,）所示。内、外螺纹连接的外形尺寸较小、重量较轻，但缸筒端部结构复杂，装卸时需用专门工具，一般用于外形尺寸小、重量轻的场合。,第二节 液压缸的典型结构,拉杆连接如图,3-15,（,e,）所示。拉杆式连接结构简单，工艺性好，通用性强，但缸盖的体积和重量较大，拉杆受力后会拉伸变长，影响密封效果，只适用于长度不大的中、低压液压缸。,焊接连接如图,3-15,（,f,）所示。焊接式连接的机械强度高、制造简单，但焊接时易引起缸筒变形。需要注意的是，焊接连接只能用于缸筒的一端，另一端必须采用其他连接形式。,第二节 液压缸的典型结构,二、,活塞,组件,活塞组件由活塞、活塞杆和连接件等组成。根据工作压力、安装方式和工作条件的不同，活塞与活塞杆的连接方式很多，常见的有焊接式连接、锥销式连接、螺纹式连接和半环式连接等，如图,3-16,所示。,1,半环；,2,压环；,3,挡环；,4,活塞；,5,活塞杆；,6,圆螺母；,7,焊接点；,8,锥销,图,3-16,活塞与活塞杆的连接形式,（,a,）焊接式连接,（,b,）锥销式连接,（,c,）螺纹式连接,（,d,）半环式连接,第二节 液压缸的典型结构,焊接式连接。如图,3-16,（,a,）所示，焊接式连接结构简单、轴向尺寸小，但损坏后需整体更换。常用于小直径液压缸。,锥销式连接。如图,3-16,（,b,）所示，锥销连接结构简单、装拆方便，但承载能力小，且需有防止锥销脱落的措施，多用于中、低压轻载液压缸中。,螺纹式连接。如图,3-16,（,c,）所示，螺纹连接装卸方便、连接可靠、采用双螺母防松结构、适用尺寸范围广，但因加工了螺纹，削弱了活塞杆的强度，因而不适用于高压系统。,半环式连接。如图,3-16,（,d,）所示，半环式连接拆装简单、连接可靠，但结构比较复杂，常用于高压大负载、特别是振动比较大的场合。,第二节 液压缸的典型结构,三、密封装置,液压缸的密封主要指活塞与缸筒、活塞杆与端盖间的动密封和活塞与活塞杆、缸筒与端盖间的静密封，是用来防止液压缸内部（活塞与缸筒内孔的配合面）和外部的泄漏。常见的密封方法及密封元件有以下几种。,1,间隙密封,间隙密封是通过精密加工，使相对运动零件的配合面之间有极微小的间隙,，使其产生液体摩擦阻力来防止泄漏，从而实现密封的，如图,3-17,所示。,的大小一般在,0.02,0.05 mm,之间，间隙太大，则泄漏量大，工作压力变小，难以保证必要的工作压力；间隙太小，则摩擦阻力增大。,图,3-17,间隙密封,第二节 液压缸的典型结构,间隙密封属于非接触式密封，是一种最简单的密封方法。,为增加泄漏油的阻力，常在圆柱面上加工几条环形小槽。槽宽度为,0.3,0.5 mm,，深,0.5,1 mm,。小槽除了可储存油液，起自动润滑作用外，还会使油在这些槽中形成涡流，减缓漏油速度；同时，还起到使两配合件同轴，降低摩擦阻力和避免因偏心而增加漏油量等作用。因此，这些槽也称为压力平衡槽。,间隙密封结构简单，摩擦阻力小，能耐高温，使用寿命长，但磨损后不能自动补偿，泄漏较大，并且随着时间的增加而增加，加工时对配合表面的加工精度和表面粗糙度要求较高，不经济。故间隙密封只能应用于低压、小直径、运动速度较快的场合。,第二节 液压缸的典型结构,2,密封圈密封,密封圈密封是目前使用最为广泛的一种密封形式。它既可以用于静密封，也可以用于动密封。密封圈常以其截面形状命名，有,O,形、,V,形、,Y,形等。,第二节 液压缸的典型结构,1,）,O,形密封圈,O,形密封圈的截面形状为圆形，如图,3-18,（,a,）所示。它一般用耐油橡胶制成，主要依靠装配后产生的压缩变形来实现密封。,O,形密封圈结构简单、密封性能好、动摩擦阻力小、制造容易、成本低、安装沟槽尺寸小、使用方便、应用广泛，既可用作直线往复运动和回转运动的动密封，又可用于静密封；既可用于外径密封，又可用于内径密封和端面密封，如图,3-18,（,b,）所示。,O,形密封圈安装时要有合理的预压缩量,和,，如图,3-18,（,c,）所示，使之既保证可靠密封，又不使密封阻力过大。,（,a,）,（,b,）,（,c,）,1,，,2,，,3,，,4O,形密封圈,图,3-18 O,形密封圈,第二节 液压缸的典型结构,O,形密封圈在沟槽中受到油压作用变形时，会紧贴槽侧及配合件的壁，其密封性能可随压力的增加而提高，如图,3-19,（,a,）所示；若工作压力大于,10 MPa,，,O,形圈可能被压力油挤入配合间隙中而损坏，为此需在密封圈低压侧设置挡圈（由塑料、尼龙制成，厚度为,1.2,2.5 mm,），如图,3-19,（,b,）所示；若其双向受高压，则两侧都要加挡圈，如图,3-19,（,c,）所示，此时，工作压力可达,70 MPa,。,O,形密封圈及其安装沟槽的尺寸均已标准化，可根据需要由液压设计手册中查取。,图,3-19,挡圈的正确安装,第二节 液压缸的典型结构,2,）,V,形密封圈,V,形密封圈结构形式如图,3-20,所示，由支承环、,V,形密封环和压环,3,部分组成。,V,形密封圈是利用压环压紧密封环时，支承环使密封环变形而起密封作用的，而压环和支承环是不起密封作用的，所以必须,3,个环一起使用。当工作压力高于,10 MPa,时，可增加密封环的数量，以提高密封效果。安装时应将密封环的开口面向压力油腔。调整压环压力时，应以不漏油为限，不能压得过紧，以防密封阻力过大。,（,a,）支承环,（,b,）,V,形密封环,（,c,）压环,图,3-20 V,形密封圈,V,形密封圈密封接触面长，密封性能好，承受压力可高达,50 MPa,。但其摩擦阻力大，体积也较大，主要用于高压、大直径、低速的活塞（或柱塞）与其缸筒间的密封等。,第二节 液压缸的典型结构,3,）,Y,形密封圈,普通,Y,形密封圈的截面形状为,Y,形，如图,3-21,（,a,）所示。它由耐油橡胶制成。它是利用油的压力使两唇边紧压在配合件的两结合面上实现密封，如图,3-21,（,b,）所示。其密封能力可随压力的升高而提高，并且在磨损后有一定的自动补偿能力。装配时其唇口端应对着压力高的油腔。,（,a,）普通,Y,形密封圈,（,b,）,Y,x,形密封圈（孔用）,（,c,）,Y,x,形密封圈（轴用）,图,3-21 Y,形密封圈,第二节 液压缸的典型结构,Y,形密封圈主要用于往复运动的密封，是一种密封性、稳定性和耐压性较好、摩擦阻力小、寿命较长的密封圈，故应用也很普遍。它一般适用于工作压力,p,20MPa,、工作温度,-30,+100,、速度,的场合。,Y,形圈根据截面长宽比例不同，可分宽断面和窄断面两种形式。目前液压缸中普遍使用窄断面小,Y,形密封圈（,Y,x,又称,形密封圈），它是宽断面的改型产品，其截面的长宽比在,2,倍以上，因而不易翻转，稳定性好。,Y,x,形密封圈有等高唇,Y,形密封圈和不等高唇,Y,形密封圈两种，不等高唇,Y,形密封圈又有孔用密封圈和轴用密封圈两种。不等高唇,Y,形密封圈的短唇与密封面接触，滑动摩擦阻力小、耐磨性好、寿命长；长唇与非运动表面接触，支承力大、摩擦阻力大，避免了密封圈的翻转、扭曲和窜动，一般适宜在工作压力,p,32MPa,、使用温度为,-30,+100,的条件下工作。,第二节 液压缸的典型结构,当油腔压力变化较大、运动速度较高时，为防止密封圈发生翻转现象，应加用金属制成的支承环，如图,3-22,所示。,（,a,）,（,b,）,图,3-22,有支承环的,Y,形密封圈,第二节 液压缸的典型结构,当液压缸所驱动的工作部件质量较大、速度较高时，由于惯性力较大，活塞运动到终端时会撞击缸盖，产生冲击和噪声，严重影响液压缸工作性能，甚至损坏液压缸。因此，在大型、高速或高精度的液压设备中，常在液压缸中设置缓冲装置或在系统中设置缓冲回路。,液压缸的制动和缓冲原理是当活塞运动到接近液压缸缸盖时，在活塞和缸盖之间封住一部分油液，利用节流方法，强迫它从小孔或缝隙中挤出，以增大液压缸的回油阻力，使工作部件受到制动，逐渐减慢运动速度，达到避免活塞和缸盖相互撞击的目的。常见的缓冲装置如图,3-23,所示。,四、缓冲装置,（,a,）圆柱形环隙式,（,b,）圆锥形环隙式,（,c,）可变节流槽式,（,d,）可调节流孔式,1,单向阀；,2,可调节流阀,图,3-23,液压缸的缓冲装置,第二节 液压缸的典型结构,圆柱形环隙式缓冲装置如图,3-23,（,a,）所示，活塞端部有圆柱形缓冲柱塞，当柱塞运行至液压缸端盖上的圆柱孔内时，封闭在缸筒内的油液只能从环形间隙,𝛿,中挤压出去（回油）。这样，活塞就受到一个由间隙节流而建立的很大的背压，即受到一个很大的阻力而减速制动，从而达到缓冲的目的。但这种装置在缓冲过程中的节流面积不变，故缓冲过程中的缓冲制动力将逐渐减小，缓冲效果较差。,1,环状间隙式缓冲装置,2,圆锥形环隙式缓冲装置,圆锥形环隙式缓冲装置如图,3-23,（,b,）所示，其缓冲柱塞加工成圆锥体，即节流面积将随柱塞伸入端盖孔中距离的增长而减小，缓冲压力变化平缓，缓冲效果较好。,第二节 液压缸的典型结构,可变节流槽式缓冲装置如图,3-23,（,c,）所示，其缓冲柱塞上开有几个均布的轴向三角形节流沟槽。随着柱塞的伸入，其节流面积逐渐减小，缓冲压力变化平缓。,3,可变节流槽式缓冲装置,4,可调节流孔式缓冲装置,可调节流孔式缓冲装置如图,3-23,（,d,）所示，其液压缸的端盖上设有单向阀,1,和可调节流阀,2,。当缓冲柱塞伸入端盖上的内孔后，活塞与端盖间的油液须经节流阀,2,流出。调节节流孔的大小，可控制缓冲腔内缓冲压力的大小，以适应液压缸不同负载和速度对缓冲的要求。因此能获得最理想的缓冲效果。当活塞反向运动时，压力油可经单向阀,1,进入液压缸，使其迅速启动。,第二节 液压缸的典型结构,液压系统中混入空气后，会影响液压缸运动的平稳性，严重时会使液压系统不能正常工作。例如，低速运动时产生爬行；启动时出现液压冲击，引起振动和噪声；换向时降低换向精度；压力过大时还会产生绝热压缩而造成局部高温，有可能烧坏密封件。因此，在设计和使用液压缸时必须考虑如何排除空气。对于要求不高的液压系统，可不设专门的排气装置，而是将液压缸的进、出油口设置在缸筒两端的最高处，通过回油将缸内的空气带回油箱，再从油液中逸出。对于速度稳定性要求高的液压缸和大型液压缸，则需在液压缸的最高部位设置专门的排气装置。,五、排气装置,第二节 液压缸的典型结构,常用的排气装置有两种形式，一是排气孔和排气阀，二是排气塞。当使用前一种方式排气时，排气孔开在液压缸的最高部位处，并用长管道通向远处的排气阀排气，如图,3-24,和,3-25,所示。机床上大多采用这种形式。排气塞排气则是在缸盖的最高部位处直接安装排气塞，如图,3-26,所示。在液压系统正式工作前，松开排气阀或排气塞的螺钉，并让液压缸全行程空载往复运动,8,10,次，缸中的空气即可排出。排气完毕后关闭排气阀或排气塞，液压缸便可进入正常工作。,1,缸盖；,2,缸筒；,a,排气孔,图,3-24,排气孔,图,3-25,排气阀,（,a,）,（,b,）,图,3-26,排气塞,第三节 液压马达,液压马达是液压系统中的执行元件，它能将输入的液体压力能转换成工作机构所需要的机械能。它常置于液压系统的输出端，直接或间接驱动负载转动而做功。液压马达与液压泵的结构基本相同，也可分为齿轮马达、叶片马达、柱塞马达和螺杆马达等。如图,3-27,所示为液压马达的图形符号。,（,c,）双向定量液压马达,（,d,）双向变量液压马达,图,3-27,液压马达的图形符号,（,a,）单向定量液压马达,（,b,）单向变量液压马达,第三节 液压马达,从液压马达的功用来看，其主要性能参数为转速,n,、转矩,T,和效率,𝜂,。,一、,液压马达的性能参数,1,液压马达的转速和容积效率,若液压马达的排量为,V,，以转速,n,旋转时，在理想状态下，液压马达需要的理论流量为,Vn,。但由于液压马达存在泄漏，故实际所需流量应大于理论流量。假设液压马达的泄漏量为,，则实际供给液压马达的流量为,（,3-14,）,液压马达的容积效率定义为理论流量,Vn,与实际流量,q,之比，即,（,3-15,）,则液压马达的转速为,（,3-16,）,第三节 液压马达,2,液压马达的转矩和机械效率,设马达的进、出口压力差为,，排量为,V,。不考虑功率损失，则液压马达输入液压功率等于输出机械功率，即,因为,，,，所以马达的理论转矩,T,t,为,（,3-17,）,式（,3-17,）称为液压转矩公式。显然，根据液压马达排量,V,的大小可以计算在给定压力下马达的理论转矩的大小，也可以计算在给定负载转矩下马达的工作压力的大小。,由于马达实际工作时存在机械摩擦损失，计算实际输出转矩,T,时，必须考虑马达的机械效率,𝜂,m,。当液压马达的转矩损失为,时，则马达的实际输出转矩为,。液压马达的机械效率定义为实际输出转矩,与理论转矩,之比，即,（,3-18,）,第三节 液压马达,3,液压马达的功率与总效率,1,）,输入功率,P,i,液压马达的输入功率为液压功率，为进入液压马达的流量,q,与液压马达进口压力,p,的乘积，即,（,3-19,）,2,）,输出功率,P,o,液压马达的输出功率等于液压马达的实际输出转矩,T,与输出角速度,𝜔,的乘积，即,（,3-20,）,第三节 液压马达,3,）,液压马达的总效率,液压马达的总效率,𝜂,为,（,3-21,）,由上式可知，液压马达的总效率等于机械效率与容积效率的乘积，这一点与液压泵相同。但必须注意，液压马达的机械效率、容积效率的定义与液压泵的机械效率、容积效率的定义是有区别的。,第三节 液压马达,二、,叶片式液压马达,叶片式液压马达一般为双作用式，其工作原理如图,3-28,所示。当液压泵来油进入高压油口（高压腔）后，叶片,1,，,5,和叶片,3,，,7,的一侧同时均受高压油的作用，另一侧处于排油腔，受低压油作用，因此叶片的两侧受力不平衡。但因叶片,1,，,5,位于大半径圆弧段，叶片,3,，,7,位于小半径圆弧段，因此作用在叶片上的液压力对转子轴产生一顺时针方向的转矩，驱动转子旋转。,与此同时，由叶片,3,和,5,、叶片,7,和,1,所围成的密封容积减小，油液经排油口排回油箱。若排油腔存在回油背压，则对转子形成一逆时针方向的转矩。两转矩之差即为马达理论上的输出转矩。双作用叶片马达的排量的计算式与双作用叶片泵相同，不同的是叶片马达的叶片为径向放置（,），因此,。,图,3-28,叶片式液压马达的工作原理,第三节 液压马达,三、,轴向柱塞马达,轴向柱塞泵通入高压液体就可以做马达使用。下面简单介绍一下斜盘式轴向柱塞马达的工作原理。,如图,3-29,所示为斜盘式轴向柱塞马达的工作原理图。图中柱塞的有效工作面积为,A,，当压力为,p,的油液进入马达进油腔时，滑履便受到,pA,的作用力而压向斜盘，其反作用力为,F,N,。,F,N,可分解成两个分力：一个是平行于柱塞轴线的轴向分力,F,；另一个是垂直于柱塞轴线的分力,F,T,。分力,F,与柱塞所受液压力平衡，而分力,F,T,对缸体中心产生扭矩，驱动液压马达旋转并输出转矩。,图,3-29,斜盘式轴向柱塞马达工作原理图,第三节 液压马达,液压马达是用来驱动外负载做功的，只有当外负载扭矩存在时，液压泵输入液压马达的压力油才能建立起压力，液压马达才能产生相当的扭矩去克服它。所以液压马达的扭矩是随外负载扭矩而变化的。,提示,柱塞马达的柱塞在工作时要与斜盘接触，为了降低柱塞和斜盘的磨损速度，在柱塞头部增加了一个部件，因其形状和作用像一个小鞋子，所以称为滑履。,第三节 液压马达,例,3.1,某液压马达的排量,V,=250mL/r,，入口压力为,9.8MPa,，出口压力为,0.49MPa,，其总效率,𝜂,=0.9,，容积效率,𝜂,V,=0.92,。当输入流量为,22mL/min,时，求液压马达输出转矩和转速各为多少？,解：,（,1,）液压马达的理论流量,q,t,为,（,2,）液压马达的实际转速,n,为,（,3,）液压马达的输出转矩,T,为,本章小结,液压执行元件包括液压泵和液压马达，其功能是将液体的压力能转变为机械能输出，驱动工作机构做功。二者的不同在于液压马达是实现连续的旋转运动，输出扭矩和转速；液压缸是实现往复直线运动（或往复摆动），输出力和速度（或扭矩和角速度）。本章主要介绍各类液压马达和液压缸的性能参数、结构特点和在系统中的应用，以及液压缸的密封、缓冲、排气的方法。,重点：,各种液压马达的工作原理和特点；液压马达的性能参数的计算；活塞式液压缸的工作特点及其速度、推力计算；差动式液压缸的工作特点及其速度、推力计算。,难点：,液压马达性能参数的计算；差动式液压缸的工作特点及其速度、推力计算。,
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