液压与气压传动3-王积伟教授-东南大学教学教材.ppt

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1、液压与气压传动3-王积伟教授-东南大学School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院第三章第三章第三章第三章 执行元件执行元件执行元件执行元件液压与气压传动液压与气压传动Part 3.1 液压缸液压缸 液压缸是实现直线往复运动的执行液压缸是实现直线往复运动的执行元件元件 。液压与气压传动中的执行元件是将流体的压力能转液压与气压传动中的执行元件是将流体的压力能转化为机械能的元件。它驱动机构作直线往复或旋转化为机械能的元件。它驱动机构作直线往复或旋转（或摆动）运动，其输入为压力和流量，输出为力（或摆动）运动，其输入为压力和流量，输出为力和速

2、度，或转矩和转速。和速度，或转矩和转速。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院第三章第三章第三章第三章 执行元件执行元件执行元件执行元件液压与气压传动液压与气压传动Part 3.1.1Part 3.1.1 液压缸液压缸液压缸液压缸的类型的类型的类型的类型液压缸按其结构形式，可以分为液压缸按其结构形式，可以分为活塞缸活塞缸活塞缸活塞缸、柱塞缸柱塞缸柱塞缸柱塞缸和和伸缩缸伸缩缸伸缩缸伸缩缸等等。1.1.1.1.活塞式液压缸活塞式液压缸活塞式液压缸活塞式液压缸 1）双杆活塞缸）双杆活塞缸 图图图图3-1a3-1a所示所示为为缸筒固定的

3、双杆活塞缸缸筒固定的双杆活塞缸缸筒固定的双杆活塞缸缸筒固定的双杆活塞缸，活塞两侧的活塞杆直径相等活塞两侧的活塞杆直径相等它的进、出油口位于缸筒两它的进、出油口位于缸筒两端。当端。当工作压力工作压力工作压力工作压力和和输入流量输入流量输入流量输入流量相同时，两个方向上输出的相同时，两个方向上输出的推力推力推力推力F F和和速度速度速度速度v v是相等的。其是相等的。其值为：值为：图图图图3-13-1 双杆活塞缸双杆活塞缸a a）缸筒固定缸筒固定School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院第三章第三章第三章第三章 执行元件执行元件执行元件

4、执行元件液压与气压传动液压与气压传动 式中式中 A A 活塞的有效面积；活塞的有效面积；D D、d d 活塞和活塞杆的直径；活塞和活塞杆的直径；q q 输入流量；输入流量；p p1 1、p p2 2 缸的进、出口压力；缸的进、出口压力；mm、V V 缸的机械效率、容积效率。缸的机械效率、容积效率。（3-13-13-13-1）（3-23-23-23-2）1 1 1 1）双杆活塞缸）双杆活塞缸）双杆活塞缸）双杆活塞缸这种安装形式，这种安装形式，工作台移动范围约为活塞有效行程的三倍工作台移动范围约为活塞有效行程的三倍工作台移动范围约为活塞有效行程的三倍工作台移动范围约为活塞有效行程的三倍，占，占地面

5、积大，地面积大，适用于小型机械适用于小型机械适用于小型机械适用于小型机械。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院第三章第三章第三章第三章 执行元件执行元件执行元件执行元件液压与气压传动液压与气压传动图图3-1b所示为所示为活塞杆固定的双活塞杆固定的双活塞杆固定的双活塞杆固定的双杆活塞缸杆活塞缸杆活塞缸杆活塞缸。它的进、出油液可经。它的进、出油液可经活塞杆内的通道输入液压缸或从活塞杆内的通道输入液压缸或从液压缸流出。也可以用软管连接，液压缸流出。也可以用软管连接，进、出口就位于缸的两端。它的进、出口就位于缸的两端。它的推力和速度与

6、缸筒固定的形式相推力和速度与缸筒固定的形式相同。但是其工作台移动范围为缸同。但是其工作台移动范围为缸筒有效行程的两倍，故筒有效行程的两倍，故可用于较可用于较可用于较可用于较大型的机械大型的机械大型的机械大型的机械。图图图图3-13-13-13-1 双杆活塞缸双杆活塞缸b b b b）活塞杆固定活塞杆固定1 1 1 1）双杆活塞缸）双杆活塞缸）双杆活塞缸）双杆活塞缸School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院第三章第三章第三章第三章 执行元件执行元件执行元件执行元件液压与气压传动液压与气压传动2）单杆活塞缸单杆活塞缸单杆活塞缸单杆活塞缸

7、 图图图图3-23-2所示为所示为单杆活塞缸。由于只在活塞单杆活塞缸。由于只在活塞的一端有活塞杆，使两腔的的一端有活塞杆，使两腔的有效工作面积不相等，因此有效工作面积不相等，因此在两腔分别输入相同流量的在两腔分别输入相同流量的情况下，活塞的往复运动速情况下，活塞的往复运动速度不相等。它的安装也有度不相等。它的安装也有缸缸缸缸筒固定筒固定筒固定筒固定和和活塞杆固定活塞杆固定活塞杆固定活塞杆固定两种，两种，进、出口的布置根据安装方进、出口的布置根据安装方式而定；式而定；但工作台移动范围但工作台移动范围但工作台移动范围但工作台移动范围都为活塞有效行程的两倍都为活塞有效行程的两倍都为活塞有效行程的两倍

8、都为活塞有效行程的两倍 。2 2 2 2）单杆活塞缸）单杆活塞缸）单杆活塞缸）单杆活塞缸图图图图3-23-23-23-2 单杆活塞缸单杆活塞缸a a a a）向右运动向右运动 b b b b）向左运动向左运动School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院第三章第三章第三章第三章 执行元件执行元件执行元件执行元件液压与气压传动液压与气压传动2 2 2 2）单杆活塞缸）单杆活塞缸）单杆活塞缸）单杆活塞缸单杆活塞缸的单杆活塞缸的推力推力推力推力和和速度速度速度速度计算式如下：计算式如下：（3-33-33-33-3）（3-43-43-43-4）

9、（3-53-53-53-5）（3-63-63-63-6）School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院第三章第三章第三章第三章 执行元件执行元件执行元件执行元件液压与气压传动液压与气压传动在液压缸的活塞往复运动速度有一定要求的情况下，在液压缸的活塞往复运动速度有一定要求的情况下，活塞杆直径活塞杆直径活塞杆直径活塞杆直径d d通常根据液压缸速度比通常根据液压缸速度比 =v v2 2/v v1 1的要求以及的要求以及缸内径缸内径缸内径缸内径D D来确定。由来确定。由式（式（式（式（3-53-5）和和式（式（式（式（3-63-6）得：得：2

10、2 2 2）单杆活塞缸）单杆活塞缸）单杆活塞缸）单杆活塞缸（3-73-73-73-7）（3-83-83-83-8）由此可见，由此可见，速比速比速比速比 v v越大越大越大越大，活塞杆直径活塞杆直径活塞杆直径活塞杆直径d d越大越大越大越大。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院第三章第三章第三章第三章 执行元件执行元件执行元件执行元件液压与气压传动液压与气压传动图图图图3-33-33-33-3 差动液压缸差动液压缸单杆活塞缸的左右腔同时接通压力油，如单杆活塞缸的左右腔同时接通压力油，如图图图图3-33-3所示，称为所示，称为差动

11、连接差动连接差动连接差动连接，此缸称为，此缸称为差动液压缸差动液压缸差动液压缸差动液压缸。差动液压缸左、右腔压力相等，但左、右腔有差动液压缸左、右腔压力相等，但左、右腔有效面积不相等，因此，活塞向右运动。差动连效面积不相等，因此，活塞向右运动。差动连接时因回油腔的油液进入左腔，从而提高活塞接时因回油腔的油液进入左腔，从而提高活塞运动速度，其推力和速度按下式计算运动速度，其推力和速度按下式计算：3 3 3 3）差动液压缸）差动液压缸）差动液压缸）差动液压缸（3-93-93-93-9）考虑容积效率V（3-103-103-103-10）向液压缸右腔输油，而左腔通油箱活塞便向左运动，推力和速向液压缸右

12、腔输油，而左腔通油箱活塞便向左运动，推力和速度与度与式（式（式（式（3-43-4）式（）式（）式（）式（3-63-6）相同。如要求相同。如要求v v3 3和活塞向左运动的速和活塞向左运动的速度度v v2 2相等，即相等，即v v3 3=v v2 2，则必须使，则必须使D=School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院第三章第三章第三章第三章 执行元件执行元件执行元件执行元件液压与气压传动液压与气压传动2.2.2.2.柱塞式液压缸柱塞式液压缸柱塞式液压缸柱塞式液压缸 Part 3.1.1Part 3.1.1 液压缸液压缸液压缸液压缸的类型

13、的类型的类型的类型图图图图3-43-43-43-4 柱塞式液压缸柱塞式液压缸a a a a）单柱塞缸单柱塞缸 b b b b）双柱塞缸双柱塞缸1111缸筒缸筒 2222柱塞柱塞单柱塞缸只能实现一个方向运动，反向单柱塞缸只能实现一个方向运动，反向要靠外力，如要靠外力，如图图图图3-4a3-4a所示。用两个柱塞所示。用两个柱塞缸组合，如缸组合，如图图图图3-4b3-4b所示，也能用压力所示，也能用压力油实现往复运动。柱塞运动时，由缸盖油实现往复运动。柱塞运动时，由缸盖上的导向套来导向，因此，缸筒内壁不上的导向套来导向，因此，缸筒内壁不需要精加工。它需要精加工。它特别适用于行程较长的特别适用于行程较

14、长的特别适用于行程较长的特别适用于行程较长的场合场合场合场合。（3-113-113-113-11）（3-123-123-123-12）式中式中 d d柱塞直径柱塞直径 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院第三章第三章第三章第三章 执行元件执行元件执行元件执行元件液压与气压传动液压与气压传动3.3.3.3.伸缩式液压缸伸缩式液压缸伸缩式液压缸伸缩式液压缸 Part 3.1.1Part 3.1.1 液压缸液压缸液压缸液压缸的类型的类型的类型的类型伸缩式液压缸伸缩式液压缸伸缩式液压缸伸缩式液压缸由由两上两上两上两上或或多个活塞多个活

15、塞多个活塞多个活塞套装而成，前一级缸的活塞杆是后套装而成，前一级缸的活塞杆是后一级缸的缸筒。伸出时，可以获得很长的工作行程，缩回时可保持一级缸的缸筒。伸出时，可以获得很长的工作行程，缩回时可保持很小的结构尺寸。很小的结构尺寸。图图图图3-53-5（见书（见书（见书（见书P111P111）所示为一种所示为一种双作用式普通伸双作用式普通伸双作用式普通伸双作用式普通伸缩缸缩缸缩缸缩缸，在各级活塞依次伸出时，液压缸的有效面积是逐级变化的。，在各级活塞依次伸出时，液压缸的有效面积是逐级变化的。在输入流量和压力不变的情况下在输入流量和压力不变的情况下在输入流量和压力不变的情况下在输入流量和压力不变的情况下

16、，则液压缸的输出推力和速度也逐，则液压缸的输出推力和速度也逐级变化。其值为级变化。其值为：（3-133-133-133-13）（3-143-143-143-14）式中式中 i第第i级活塞级活塞 这种液压缸起动时，活塞有效面积这种液压缸起动时，活塞有效面积最大，因此，输出推力也最大。随着行程最大，因此，输出推力也最大。随着行程逐级增长，推力随之逐级减小；速度则逐逐级增长，推力随之逐级减小；速度则逐级增快。如欲推力和速度始终保持恒定，级增快。如欲推力和速度始终保持恒定，可采用同步伸缩液压缸可采用同步伸缩液压缸。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南

17、大学机械工程学院第三章第三章第三章第三章 执行元件执行元件执行元件执行元件液压与气压传动液压与气压传动图图图图3-63-63-63-6 单作用式三级同步伸缩液压缸单作用式三级同步伸缩液压缸1111外缸筒外缸筒 2 2 2 2 一级活塞缸筒一级活塞缸筒3333二级活塞缸筒二级活塞缸筒 4444三级活塞三级活塞3.3.3.3.伸缩式液压缸伸缩式液压缸伸缩式液压缸伸缩式液压缸 Part 3.1.1Part 3.1.1 液压缸液压缸液压缸液压缸的类型的类型的类型的类型图图图图3-63-6所示为所示为单作用式三级同步单作用式三级同步单作用式三级同步单作用式三级同步伸缩液压缸伸缩液压缸伸缩液压缸伸缩液压缸

18、的的工作原理图工作原理图工作原理图工作原理图。该缸。该缸的各级活塞面积设计成的各级活塞面积设计成A A1 1=2=2A A2 2、A A2 2=2=2A A3 3、A A3 3=2=2A A4 4，并在一级和，并在一级和二级活塞缸筒的左端各设一带有二级活塞缸筒的左端各设一带有顶杆的单向阀，而在其缸筒右侧顶杆的单向阀，而在其缸筒右侧壁面各开有小孔。正常工作时赣壁面各开有小孔。正常工作时赣阀均关闭。阀均关闭。当压力油进入当压力油进入当压力油进入当压力油进入B B腔时腔时腔时腔时，一级活塞一级活塞一级活塞一级活塞2 2向左移动，向左移动，C C腔油腔油腔油腔油通过通过小孔小孔小孔小孔进进入入D D腔

19、腔腔腔，推动，推动二级活塞二级活塞二级活塞二级活塞3 3以相同以相同速度向左移动；速度向左移动；同样原理同样原理同样原理同样原理，三级三级三级三级活塞活塞活塞活塞4 4也以同一速度向左移动，也以同一速度向左移动，若因泄漏原因若因泄漏原因若因泄漏原因若因泄漏原因，二级二级二级二级或或三级活塞三级活塞三级活塞三级活塞没有移动到最左位置，则没有移动到最左位置，则相应的相应的相应的相应的单向阀单向阀单向阀单向阀开启，补充液压油使其到开启，补充液压油使其到位。外力推其向右移动时各活塞位。外力推其向右移动时各活塞动作与向左移动时相反。动作与向左移动时相反。一级一级一级一级和和二级活塞二级活塞二级活塞二级活

20、塞运动到最右端时，两个运动到最右端时，两个单向闪的顶杆使其开启，从而恢单向闪的顶杆使其开启，从而恢复各级间的平衡状态复各级间的平衡状态 。这种同步伸缩缸输出的推力和速这种同步伸缩缸输出的推力和速度为：度为：（3-153-153-153-15）（3-163-163-163-16）School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院第三章第三章第三章第三章 执行元件执行元件执行元件执行元件液压与气压传动液压与气压传动Part 3.1.2Part 3.1.2 液压缸液压缸液压缸液压缸的结构的结构的结构的结构图图图图3-73-7所示为所示为单杆活塞式

21、液压缸单杆活塞式液压缸单杆活塞式液压缸单杆活塞式液压缸，它由，它由缸筒缸筒缸筒缸筒2626，活塞杆活塞杆活塞杆活塞杆1 1，前后缸前后缸前后缸前后缸盖盖盖盖2222、2929，活塞杆导向环活塞杆导向环活塞杆导向环活塞杆导向环4 4，活塞前缓冲活塞前缓冲活塞前缓冲活塞前缓冲9 9等主要零件组成。活塞等主要零件组成。活塞与活塞杆用螺纹连接，并用与活塞杆用螺纹连接，并用止动销止动销止动销止动销1414固死。固死。前前前前、后缸盖后缸盖后缸盖后缸盖通过通过法兰法兰法兰法兰2323和和螺钉螺钉螺钉螺钉（图中未示）压紧在缸筒的两端。（图中未示）压紧在缸筒的两端。为了提高密封性能并为了提高密封性能并减少摩擦

22、力减少摩擦力，在，在活塞活塞活塞活塞与与缸筒缸筒缸筒缸筒之间、之间、活塞杆活塞杆活塞杆活塞杆与与导向环导向环导向环导向环之间、之间、导向环导向环导向环导向环与与前缸盖前缸盖前缸盖前缸盖这间、这间、活塞杆活塞杆活塞杆活塞杆与与导向环导向环导向环导向环之间、之间、导向环导向环导向环导向环与与前缸盖前缸盖前缸盖前缸盖之间、之间、前前前前后缸盖后缸盖后缸盖后缸盖与与缸筒之间缸筒之间缸筒之间缸筒之间装有各种装有各种动动动动、静密封圈静密封圈静密封圈静密封圈。当活塞移动接近左右当活塞移动接近左右终端时终端时，液压缸回油腔的油液压缸回油腔的油液压缸回油腔的油液压缸回油腔的油只能通过只能通过缓冲柱塞上通流面积

23、缓冲柱塞上通流面积缓冲柱塞上通流面积缓冲柱塞上通流面积逐渐减逐渐减小的小的轴向三角槽轴向三角槽轴向三角槽轴向三角槽和和可调缓冲器可调缓冲器可调缓冲器可调缓冲器2424回油箱，对移动部件起制动缓冲回油箱，对移动部件起制动缓冲作用。缸中空气经可调缓冲器中的排气通道排出作用。缸中空气经可调缓冲器中的排气通道排出。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院第三章第三章第三章第三章 执行元件执行元件执行元件执行元件液压与气压传动液压与气压传动从从图图图图3-73-73-73-7可以看到，液压缸的结构可以分为可以看到，液压缸的结构可以分为缸筒缸

24、筒缸筒缸筒和和缸盖缸盖缸盖缸盖、活塞活塞活塞活塞和和活塞杆活塞杆活塞杆活塞杆、密封装置密封装置密封装置密封装置、缓冲装置缓冲装置缓冲装置缓冲装置和和排气装置排气装置排气装置排气装置五个部分五个部分。Part 3.1.2Part 3.1.2 液压缸液压缸液压缸液压缸的结构的结构的结构的结构图图图图3-73-73-73-7 单杆活塞式液压缸结构单杆活塞式液压缸结构1111活塞杆活塞杆 2222防尘圈防尘圈 3333活塞杆密封活塞杆密封 4444活塞杆导向环活塞杆导向环 5 5 5 5、7 7 7 7、16161616、19191919反衬密封圈反衬密封圈6 6 6 6、8 8 8 8、101010

25、10、17171717、18181818OO型密封型密封 9999活塞前缓冲活塞前缓冲 11111111活塞活塞 12121212活塞密封活塞密封 13131313、15151515低低摩密封摩密封 14141414螺钉止动销螺钉止动销 20202020止动销止动销 21212121密封圈密封圈 22222222前缸盖前缸盖 23232323法兰法兰 24242424可调缓可调缓冲器冲器 25252525螺纹止动销螺纹止动销 26262626缸筒缸筒 27272727后缓冲套后缓冲套 28282828后止动环后止动环 29292929后缸盖后缸盖School of Mechanical Eng

26、ineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院第三章第三章第三章第三章 执行元件执行元件执行元件执行元件液压与气压传动液压与气压传动1.1.1.1.缸筒和缸盖缸筒和缸盖缸筒和缸盖缸筒和缸盖 Part 3.1.2Part 3.1.2 液压缸液压缸液压缸液压缸的结构的结构的结构的结构缸筒和缸盖的常见连接结构形式如缸筒和缸盖的常见连接结构形式如图图图图3-83-8所示。所示。图图图图3-8a3-8a采用采用法兰连接法兰连接法兰连接法兰连接，结构简单结构简单结构简单结构简单、加工和装拆都方便加工和装拆都方便加工和装拆都方便加工和装拆都方便，但，但外形尺寸和外形尺寸和外形尺寸和外形尺寸和质量都

27、大质量都大质量都大质量都大。图图图图3-8b3-8b为为半环连接半环连接半环连接半环连接，加加加加工和装拆方便工和装拆方便工和装拆方便工和装拆方便，但是，这种结构，但是，这种结构须须须须在缸筒外部开有环形槽而削弱其强在缸筒外部开有环形槽而削弱其强在缸筒外部开有环形槽而削弱其强在缸筒外部开有环形槽而削弱其强度度度度，有时要为此增加缸的壁厚有时要为此增加缸的壁厚有时要为此增加缸的壁厚有时要为此增加缸的壁厚。图图图图3-83-83-83-8 缸筒和缸盖结构缸筒和缸盖结构11缸盖缸盖 22缸筒缸筒 33压板压板 44半环半环 55防松螺母防松螺母 66拉杆拉杆图图图图3-83-83-83-8 缸筒和缸

28、盖结构缸筒和缸盖结构11缸盖缸盖 22缸筒缸筒 33压板压板 44半环半环 55防松螺母防松螺母 66拉杆拉杆图图图图3-8c3-8c为为外螺纹连接外螺纹连接外螺纹连接外螺纹连接，图图图图3-8d3-8d为为为为内螺纹连接内螺纹连接内螺纹连接内螺纹连接。螺纹连接装拆时要螺纹连接装拆时要螺纹连接装拆时要螺纹连接装拆时要使用专用工具使用专用工具使用专用工具使用专用工具，适用于较小的缸适用于较小的缸适用于较小的缸适用于较小的缸筒筒筒筒。图图图图3-8e3-8e为为拉杆式连接拉杆式连接拉杆式连接拉杆式连接，容易加容易加容易加容易加工和装拆工和装拆工和装拆工和装拆，但外形尺寸较大但外形尺寸较大但外形尺寸

29、较大但外形尺寸较大，且较重且较重且较重且较重。图图图图3-8f3-8f为为焊接式连接焊接式连接焊接式连接焊接式连接结构简单结构简单结构简单结构简单，尺寸小尺寸小尺寸小尺寸小，但缸底处但缸底处但缸底处但缸底处内径不易加工内径不易加工内径不易加工内径不易加工，且，且可能引起变可能引起变可能引起变可能引起变形形形形 。图图图图3-83-83-83-8 缸筒和缸盖结构缸筒和缸盖结构1111缸盖缸盖 2222缸筒缸筒 3 3压板压板 4444半环半环 5555防松螺母防松螺母 6666拉杆拉杆School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院第三章第

30、三章第三章第三章 执行元件执行元件执行元件执行元件液压与气压传动液压与气压传动2.2.2.2.活塞和活塞杆活塞和活塞杆活塞和活塞杆活塞和活塞杆Part 3.1.2Part 3.1.2 液压缸液压缸液压缸液压缸的结构的结构的结构的结构活塞活塞活塞活塞和和活塞杆的结构活塞杆的结构活塞杆的结构活塞杆的结构形式很多，形式很多，有有螺纹式连接螺纹式连接螺纹式连接螺纹式连接和和半环式连接半环式连接半环式连接半环式连接等，等，如如图图图图3-93-9所示。所示。前者结构简单前者结构简单前者结构简单前者结构简单，但但需有螺母防松装置需有螺母防松装置需有螺母防松装置需有螺母防松装置。后者结后者结后者结后者结构复

31、杂构复杂构复杂构复杂，但，但工作较可靠工作较可靠工作较可靠工作较可靠。此外，。此外，在尺寸较小的场合，活塞和活在尺寸较小的场合，活塞和活塞杆也有制成整体式结构的塞杆也有制成整体式结构的 图图图图3-93-93-93-9 活塞和活塞杆的结构活塞和活塞杆的结构a a）螺纹式连接螺纹式连接 b b）半环式连接半环式连接11弹簧卡圈弹簧卡圈 22轴套轴套 33螺母螺母 44半环半环 55压板压板 66活塞活塞 77活塞杆活塞杆School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院第三章第三章第三章第三章 执行元件执行元件执行元件执行元件液压与气压传动液

32、压与气压传动Part 3.1.2Part 3.1.2 液压缸液压缸液压缸液压缸的结构的结构的结构的结构3.3.3.3.密封装置密封装置密封装置密封装置 密封装置密封装置密封装置密封装置用来防止液压系统油液用来防止液压系统油液的内外泄漏和防止外界杂质侵入。的内外泄漏和防止外界杂质侵入。它的密封机理、结构等将在第五它的密封机理、结构等将在第五章中详述章中详述。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院第三章第三章第三章第三章 执行元件执行元件执行元件执行元件液压与气压传动液压与气压传动Part 3.1.2Part 3.1.2 液压缸液压

33、缸液压缸液压缸的结构的结构的结构的结构4.4.4.4.缓冲装置缓冲装置缓冲装置缓冲装置 缓冲装置缓冲装置缓冲装置缓冲装置是利用是利用活塞活塞活塞活塞或或缸筒缸筒缸筒缸筒移动到接近终点时，将移动到接近终点时，将活塞活塞活塞活塞和和缸盖缸盖缸盖缸盖之间之间的一部分油液封住，迫使油液从的一部分油液封住，迫使油液从小孔小孔小孔小孔或或缝隙缝隙缝隙缝隙中挤出，中挤出，从而产生很大从而产生很大从而产生很大从而产生很大的阻力的阻力的阻力的阻力，使工作部件平稳制动使工作部件平稳制动使工作部件平稳制动使工作部件平稳制动，并避免活塞和缸盖的相互碰撞并避免活塞和缸盖的相互碰撞并避免活塞和缸盖的相互碰撞并避免活塞和缸

34、盖的相互碰撞。液压缸缓冲装置的工作原理如液压缸缓冲装置的工作原理如图图图图3-103-10所示。理想的缓冲装置应在其所示。理想的缓冲装置应在其整个工作过程中保持缓冲压力恒定不变，实际的缓冲装置则很难做整个工作过程中保持缓冲压力恒定不变，实际的缓冲装置则很难做到这点到这点。图图图图3-103-103-103-10 液压缸缓冲装置的工作液压缸缓冲装置的工作原理（缓冲柱塞的形式）原理（缓冲柱塞的形式）a a）反抛物线式反抛物线式 b b）阶梯圆柱式阶梯圆柱式 c c）节流口变化式节流口变化式 d d）单圆柱式单圆柱式 e e）环形缝隙环形缝隙 f f）圆锥台式圆锥台式图图图图3-113-11所示为上

35、述所示为上述各种形式缓冲各种形式缓冲各种形式缓冲各种形式缓冲装置的缓冲压力曲线装置的缓冲压力曲线装置的缓冲压力曲线装置的缓冲压力曲线。由图可见，。由图可见，反抛物线式性能曲线最接近于理反抛物线式性能曲线最接近于理想曲线，缓冲效果最好。但是，想曲线，缓冲效果最好。但是，这种缓冲装置需要根据液压缸的这种缓冲装置需要根据液压缸的具体工作情况进行专门设计和制具体工作情况进行专门设计和制造，通用性差。阶梯圆柱式的缓造，通用性差。阶梯圆柱式的缓冲效果也很好。最常用的则是冲效果也很好。最常用的则是节节节节流可调的单圆柱式流可调的单圆柱式流可调的单圆柱式流可调的单圆柱式和和节流口变化节流口变化节流口变化节流口

36、变化式式式式。图图图图3-113-113-113-11 各种缓冲装置的缓冲压力曲线各种缓冲装置的缓冲压力曲线 11单圆柱式单圆柱式 22圆锥台式圆锥台式 33阶梯阶梯 圆柱式圆柱式 44反抛物线式反抛物线式 55理想曲线理想曲线School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院第三章第三章第三章第三章 执行元件执行元件执行元件执行元件液压与气压传动液压与气压传动Part 3.1.2Part 3.1.2 液压缸液压缸液压缸液压缸的结构的结构的结构的结构4.4.4.4.缓冲装置缓冲装置缓冲装置缓冲装置 1）节流口可调式缓冲装置（）节流口可调式缓

37、冲装置（图图图图3-10d3-10d）当活塞上的缓冲柱塞进入端盖凹腔后当活塞上的缓冲柱塞进入端盖凹腔后当活塞上的缓冲柱塞进入端盖凹腔后当活塞上的缓冲柱塞进入端盖凹腔后，圆环形的回油腔中的油液只能通过针形圆环形的回油腔中的油液只能通过针形节流阀流出，这就使活塞制动。调节节节流阀流出，这就使活塞制动。调节节流阀的开口，可改变制动阻力的大小。流阀的开口，可改变制动阻力的大小。这种缓冲装置起始缓冲效果好这种缓冲装置起始缓冲效果好这种缓冲装置起始缓冲效果好这种缓冲装置起始缓冲效果好，随着活随着活随着活随着活塞向前移动塞向前移动塞向前移动塞向前移动，缓冲效果逐渐减弱缓冲效果逐渐减弱缓冲效果逐渐减弱缓冲效果

38、逐渐减弱，因此因此因此因此它的制动行程较长它的制动行程较长它的制动行程较长它的制动行程较长。图图图图3-103-103-103-10 液压缸缓冲装置的工液压缸缓冲装置的工作原理（缓冲柱塞的形式）作原理（缓冲柱塞的形式）School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院第三章第三章第三章第三章 执行元件执行元件执行元件执行元件液压与气压传动液压与气压传动Part 3.1.2Part 3.1.2 液压缸液压缸液压缸液压缸的结构的结构的结构的结构4.4.4.4.缓冲装置缓冲装置缓冲装置缓冲装置 2）节流口变化式缓冲装置（）节流口变化式缓冲装置（图

39、图图图3-10c3-10c）它的缓冲柱塞上开有变截面的轴向三角它的缓冲柱塞上开有变截面的轴向三角形节流槽。形节流槽。当活塞移近端盖时当活塞移近端盖时当活塞移近端盖时当活塞移近端盖时，回油腔，回油腔油液只能经过三角槽流出，因而使活塞油液只能经过三角槽流出，因而使活塞受到制动作用。受到制动作用。随着活塞的移动随着活塞的移动随着活塞的移动随着活塞的移动，三角，三角槽通流截面逐渐变小，阻力作用增大，槽通流截面逐渐变小，阻力作用增大，因此，缓冲作用均匀，冲击压力较小，因此，缓冲作用均匀，冲击压力较小，制动位置精度高制动位置精度高。图图图图3-103-103-103-10 液压缸缓冲装置的工液压缸缓冲装置

40、的工作原理（缓冲柱塞的形式）作原理（缓冲柱塞的形式）School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院第三章第三章第三章第三章 执行元件执行元件执行元件执行元件液压与气压传动液压与气压传动Part 3.1.2Part 3.1.2 液压缸液压缸液压缸液压缸的结构的结构的结构的结构5.5.5.5.排气装置排气装置排气装置排气装置 排气装置排气装置排气装置排气装置用来排除积聚在液压缸用来排除积聚在液压缸内的空气。常用的排气装置如内的空气。常用的排气装置如图图图图3-3-1212所示。所示。图图图图3-12a3-12a所示为在液压缸所示为在液压缸的

41、最高部位设置排气孔与排气阀的最高部位设置排气孔与排气阀连接进行排气。连接进行排气。图图图图3-12b3-12b为在液压为在液压缸的最高部位处安装排气塞缸的最高部位处安装排气塞。图图图图3-123-123-123-12 排气装置排气装置 a a a a）排气阀排气阀 b b b b）排气塞排气塞School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院第三章第三章第三章第三章 执行元件执行元件执行元件执行元件液压与气压传动液压与气压传动Part 3.1.3Part 3.1.3 液压缸液压缸液压缸液压缸的特性的特性的特性的特性液压缸的特性液压缸的特性液

42、压缸的特性液压缸的特性是指它在稳态下工作时的各项参数间的关系是指它在稳态下工作时的各项参数间的关系。1.1.1.1.液压缸的推力和速度液压缸的推力和速度液压缸的推力和速度液压缸的推力和速度 液压缸的液压缸的推力推力推力推力和和速度速度速度速度的数值由的数值由液压缸类型液压缸类型液压缸类型液压缸类型和和工作方式工作方式工作方式工作方式决定，由本章决定，由本章第一节有关公式求出。第一节有关公式求出。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院第三章第三章第三章第三章 执行元件执行元件执行元件执行元件液压与气压传动液压与气压传动Part 3

43、.1.3Part 3.1.3 液压缸液压缸液压缸液压缸的特性的特性的特性的特性2.2.2.2.容积效率、机械效率和总效率容积效率、机械效率和总效率容积效率、机械效率和总效率容积效率、机械效率和总效率 液压缸难免会存在泄漏，它的液压缸难免会存在泄漏，它的容积效率容积效率容积效率容积效率可用下式表示：可用下式表示：（3-173-173-173-17）式中式中 q输入液压缸的流量；输入液压缸的流量；q1液压缸的泄漏流量。液压缸的泄漏流量。q q1 1与与采用密封形式采用密封形式采用密封形式采用密封形式有关。有关。当采用橡胶圈密封时当采用橡胶圈密封时当采用橡胶圈密封时当采用橡胶圈密封时，q q1 1较

44、小，较小，V V11；采采采采用间隙密封时用间隙密封时用间隙密封时用间隙密封时，q q1 1就大，就大，V V就低。就低。液压缸运动时液压缸运动时液压缸运动时液压缸运动时，要克服密封装置和导向部分的摩擦力，就会造成机，要克服密封装置和导向部分的摩擦力，就会造成机械损失，把这些损失折算成压力损失械损失，把这些损失折算成压力损失p，则，则机械效率机械效率机械效率机械效率可表示为：可表示为：（3-183-183-183-18）式中式中 p液压缸的工作压力。液压缸的工作压力。液压缸的机械效率，一般在额定压力下，可取液压缸的机械效率，一般在额定压力下，可取m=0.9。液压缸的总效率为：液压缸的总效率为：

45、（3-193-193-193-19）School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院第三章第三章第三章第三章 执行元件执行元件执行元件执行元件液压与气压传动液压与气压传动Part 3.2Part 3.2 气缸气缸气缸气缸 气缸气缸气缸气缸是气动系统中使用最多的是气动系统中使用最多的执行元件，它以压缩空气为动执行元件，它以压缩空气为动力驱动机构作直线往复运动。力驱动机构作直线往复运动。Part 3.2.1Part 3.2.1 气缸气缸气缸气缸的类型的类型的类型的类型气缸的分类如气缸的分类如表表表表3-13-1所示。所示。表表表表3-13-1

46、3-13-1 气缸的类型气缸的类型School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院第三章第三章第三章第三章 执行元件执行元件执行元件执行元件液压与气压传动液压与气压传动Part 3.2.2Part 3.2.2 普通气缸普通气缸普通气缸普通气缸普通气缸普通气缸普通气缸普通气缸是在缸筒内只有一个活塞和一根活塞杆的气缸，有是在缸筒内只有一个活塞和一根活塞杆的气缸，有单作用单作用单作用单作用气缸气缸气缸气缸和和双作用气缸双作用气缸双作用气缸双作用气缸两种两种。图图图图3-133-13所示为所示为普通型双作用气缸的结构普通型双作用气缸的结构普通型双

47、作用气缸的结构普通型双作用气缸的结构。气缸一般由。气缸一般由缸筒缸筒缸筒缸筒1111，前后前后前后前后缸盖缸盖缸盖缸盖1313、1 1，活塞活塞活塞活塞8 8，活塞杆活塞杆活塞杆活塞杆1010，密封件和紧固件密封件和紧固件密封件和紧固件密封件和紧固件等零件组成。缸筒等零件组成。缸筒在前后缸盖之间由四根拉杆和螺母将其紧固锁定（图中未画出）。在前后缸盖之间由四根拉杆和螺母将其紧固锁定（图中未画出）。活塞与活塞杆相连，活塞上装有活塞与活塞杆相连，活塞上装有密封圈密封圈密封圈密封圈4 4、导向环导向环导向环导向环5 5及及磁性环磁性环磁性环磁性环6 6。为为为为防止漏气和外部粉尘的侵入防止漏气和外部粉

48、尘的侵入防止漏气和外部粉尘的侵入防止漏气和外部粉尘的侵入，前缸盖上装有活塞杆用防尘组合密封前缸盖上装有活塞杆用防尘组合密封前缸盖上装有活塞杆用防尘组合密封前缸盖上装有活塞杆用防尘组合密封圈圈圈圈1515。磁性环用来产生磁场，使活塞接近磁性开关时发出电信号，。磁性环用来产生磁场，使活塞接近磁性开关时发出电信号，即在普通气缸上装了磁性开关就构成开关气缸。即在普通气缸上装了磁性开关就构成开关气缸。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院第三章第三章第三章第三章 执行元件执行元件执行元件执行元件液压与气压传动液压与气压传动Part 3.2

49、.2Part 3.2.2 普通气缸普通气缸普通气缸普通气缸图图图图3-133-133-133-13 普通型单活塞杆双作用气缸普通型单活塞杆双作用气缸11后缸盖后缸盖 22缓冲节流阀缓冲节流阀 3 3、77密封圈密封圈 44活塞密封圈活塞密封圈 55导向环导向环 66磁性环磁性环88活塞活塞 99缓冲柱塞缓冲柱塞 1010活塞杆活塞杆 1111缸筒缸筒 1212缓冲密封圈缓冲密封圈1313前缸盖前缸盖 1414导向套导向套 1515防尘组合密封圈防尘组合密封圈School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院第三章第三章第三章第三章 执行元件

50、执行元件执行元件执行元件液压与气压传动液压与气压传动Part 3.2.2Part 3.2.2 普通气缸普通气缸普通气缸普通气缸图图图图3-143-14所示为所示为普通型单作用气缸结构原理图普通型单作用气缸结构原理图普通型单作用气缸结构原理图普通型单作用气缸结构原理图，在，在活塞活塞活塞活塞5 5的一侧装有使的一侧装有使活塞杆活塞杆活塞杆活塞杆9 9退回的退回的弹簧弹簧弹簧弹簧7 7，在，在前缸盖前缸盖前缸盖前缸盖1010上开有上开有呼吸孔呼吸孔呼吸孔呼吸孔。除此之外，其结。除此之外，其结构基本上和双作用气缸相同。图示单作用气缸的构基本上和双作用气缸相同。图示单作用气缸的缸筒缸筒缸筒缸筒6 6和