第3章 液压执行元件及辅助元件

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1、第3章液压执行元件及辅助元件3.1液压缸3.2液压马达3.3液压辅助元件思考题与习题3.1液压缸3.1.1液压缸分类液压缸可分为单作用式液压缸和双作用式液压缸两类。单作用式液压缸又可分为无弹簧式、附弹簧式、柱塞式三种，如图3-1所示；双作用式液压缸又可分为单杆形，双杆形两种，如图3-2所示。图3-1单作用液压缸图3-2双作用式液压缸(a)单杆形；(b)双杆形3.1.2液压缸结构如图3-3所示为液压缸，它由缸筒、盖板、活塞、活塞杆、缓冲装置、放气装置和密封装置等组成。选用液压缸时，首先应考虑活塞杆的长度(由行程决定)，再根据回

2、路的最高压力选用适合的液压缸。图3-3液压缸结构(a)外观；(b)结构；(c)职能符号(1)缸筒。缸筒主要由钢材制成。缸筒内要经过精细加工，表面粗糙度Ra<0.08nm，以减少密封件的摩擦。(2)盖板。通常它由钢材制成，有前端盖和后端盖之分，它们分别安装在缸筒的前后两端。盖板和缸筒的连接方法有焊接、拉杆、法兰、罗纹连接等。(3)活塞。活塞的材料通常是钢或铸铁，有时也采用铝合金。活塞和缸筒内壁间需要密封，采用的密封件有“O”形环、“V”形油封、“U”形油封、“X”形油封和活塞环等。而活塞应有一定的导向长度，一般取活塞长度为缸筒内

3、径的0.6～1.0。(4)活塞杆。它是由钢材做成的实心杆或空心杆。其表面经淬火再镀铬处理并抛光。(5)缓冲装置。为了防止活塞在行程的终点与前后端盖板发生碰撞，引起噪音，影响工件精度或使液压缸损坏，常在液压缸前后端盖上设有缓冲装置，以使活塞移到快接近行程终点时速度减慢下来直至停止。如图3-3(b)所示前后端盖上的缓冲阀是附有单向阀的结构。当活塞接近端盖时，缓冲环插入端盖板，即液压油的出入口，强迫液压油经缓冲阀的孔口流出，促使活塞的速度缓慢下来。相反，当活塞从行程的尽头将离去时，如液压油只作用在缓冲环上，活塞要移动的那一瞬间将非常不稳

4、定，甚至无足够力量推动活塞，故必须使液压油经缓冲阀内的单向阀作用在活塞上，如此才能使活塞平稳的前进。(6)放气装置。在安装过程中或停止工作一段时间后，空气将侵入液压系统内，缸筒内如存留空气，将使液压缸在低速时产生爬行、颤抖等现象，换向时易引起冲击，因此在液压缸结构上要能及时排除缸内留存的气体。一般双作用式液压缸不设专门的放气孔，而是将液压油出入口布置在前、后盖板的最高处。大型双作用式液压缸则必须在前、后端盖板设放气栓塞。对于单作用式液压缸，液压油出入口一般设在缸筒底部，放气栓塞一般设在缸筒的最高处。(7)密封装置。液压缸的密封装置用以

5、防止油液的泄漏。液压缸的密封主要是指活塞、活塞杆处的动密封和缸盖等处的静密封。常采用“O”形密封圈和“Y”形密封圈。3.1.3液压缸的参数计算液压缸的工作原理如图3-4所示。液压缸缸体是固定的，液压油从A口进入作用在活塞上，产生一推力F，通过活塞杆以克服负荷W，活塞以速度v向前推进，同时将活塞杆侧内的液压油通过B口流回油箱。相反，若高压油从B口进入，则活塞后退。图3-4液压缸的工作原理1.速度和流量若忽略泄漏，则液压缸的速度和流量关系如下：Q=Av（3-1）v=(3-2）式中，Q表示液压缸的输入流量(m3/s或L/min

6、，其中1L=1×10-3m3）；A表示液压缸活塞上有效工作面积；v表示活塞移动速度。通常，活塞上工作有效面积是固定的，由式（3-2）可知，活塞的速度取决于输入液压缸的流量，又由上述理论可知，速度和负载无关。2.推力和压力推力F是压力为p的液压油作用在工作有效面积为A的活塞上，以平衡负载W。若液压缸回油接油箱，则p0=0，故有F=W=p·A(N)(3-3)式中，p表示液压缸的工作压力（MPa）；A表示液压缸活塞上有效工作面积（mm2）。推力F可看成是液压缸的理论推力，因为活塞的有效面积固定，故压力取决于总负载。如图3-

7、5(a)所示，当油液从液压缸左腔（无杆腔）进入时，活塞前进速度v1和产生的推力F1为(3-6)(3-4)F1=p1·A1-p2·A2=［(p1-p2)D2+p2d2］(3-5)如图3-5(b)所示，当油液从液压缸右腔（有杆腔）进入时，活塞后退的速度v2和产生的推力F2为F2=p2·A2-p1·A1=(p1-p2)D2-p2d2］(3-7)因为活塞的有效面积A1>A2，所以v1F2。图3-5单杆活塞缸图3-6所示为单杆活塞的另一种联结方式。它把右腔的回油管道和左腔的进油管道接通。这种联结方式称为差动联结。活塞前进的速度

8、v及推力F为则有(3-8)(3-9)图3-6差动缸3.1.4其他液压缸1.摆动缸摆动式液压缸也称摆动马达。当它通入液压油时，它的主轴输出小于360°的摆动运动。如图3-7(a)所示为单叶片式摆动缸，它的摆动角度较大，