任務一：液壓缸的類型和特點

項目四：液壓執(zhí)行元件任務一：液壓缸的類型和特點授課教師：某某某液壓傳動系統(tǒng)的作用

是用于驅動設備的工作裝置，比如挖掘機上的液壓傳動系統(tǒng)用來驅動抓斗和履帶，平面磨床上的液壓傳動系統(tǒng)用來驅動工作臺。液壓傳動系統(tǒng)上的這些驅動裝置就是液壓執(zhí)行元件。液壓執(zhí)行元件是將液壓能轉換成機械能的能量轉換裝置，有液壓缸和液壓馬達兩種類型，兩者的區(qū)別在于液壓缸將液壓能轉換成往復運動的機械能而實現(xiàn)直線運動或擺動，而液壓馬達則將液壓能轉換成連續(xù)回轉的機械能而實現(xiàn)旋轉運動。項目描述知識目標項目目標01掌握液壓缸的類型與結構特點；02掌握單桿活塞液壓缸三種通油方式下的活塞運動速度和推力的計算；05掌握液壓馬達的特點、分類及主要性能參數(shù)。04了解液壓缸的典型結構；03掌握差動液壓缸的工作原理和活塞運動速度及推力的計算；能力目標能夠計算液壓缸的速度和推力；01能夠計算液壓馬達轉速和轉矩；02能夠計算液壓缸輸出的功率。04能夠根據(jù)通油情況判斷液壓缸的運動方向；03分析問題、解決問題的能力。培養(yǎng)01優(yōu)良學風、創(chuàng)新理念及科學家嚴謹?shù)墓ぷ骶瘛Ｅ囵B(yǎng)02良好的設備維護和保養(yǎng)意識。培養(yǎng)04積極向上的人生態(tài)度、自我學習能力和良好的心理承受能力。具備03素質目標職業(yè)能力會根據(jù)液壓缸的特點、分類、主要性能正確選用液壓缸；01會根據(jù)液壓馬達的特點、分類、主要性能正確選用液壓馬達；02會計算液壓馬達的轉速、轉矩和功率。04會計算液壓缸的速度、推力和功率；03目錄CATALOG活塞缸01柱塞缸02擺動缸03其它液壓缸04任務概述1了解液壓缸的類型及其特點；掌握活塞式液壓缸和柱塞式液壓缸的推力及速度的計算方法。知識與技能液壓缸結構特點則能實現(xiàn)小于360°的往復擺動，輸出轉矩和角速度。能實現(xiàn)直線往復運動，輸出推力和速度；在液壓力的作用下只能向一個方向運動，其反方向運動需要靠重力或彈簧力等外力來實現(xiàn)；靠液壓力可實現(xiàn)正、反兩個方向的運動。作用方式1活塞缸2柱塞缸3擺動缸1單作用式2雙作用式01活塞缸活塞式液壓缸一、活塞缸結構安裝方式單桿式02雙桿式01缸筒固定式01活塞桿固定式02如圖4.1所示，活塞只有一端帶活塞桿的液壓缸稱為單桿活塞缸。但它們的工作臺移動范圍都是活塞有效行程L的2倍。缸體固定活塞桿固定單桿活塞缸01圖4.1

單桿活塞式液壓缸固定形式由于單桿活塞缸活塞兩側有效面積不等，當向兩腔分別提供相同壓力和流量的液壓油時，在兩個方向上的推力和運動速度也不相等?；钊蛴疫\動的速度：(4-1)

活塞向右的推力：(4-2)

（1）無桿腔進油時，如圖4.2(a)所示圖4.2單桿活塞式液壓缸(a)無桿腔進油活塞向左運動的速度：(4-3)

活塞向左的推力：(4-4)

（2）有桿腔進油時，如圖4.2(b)所示

圖4.2單桿活塞式液壓缸(b)有桿腔進油當單桿式活塞缸的左右兩腔同時進壓力油時，因無桿腔的有效面積大于有桿腔的有效面積，活塞向右運動；同時右腔中排出的油液也進入左腔，加大了流入左腔的流量，從而加快了活塞向右運動的速度。液壓缸的這種連接稱為差動連接，差動連接的單桿液壓缸稱為差動液壓缸。實際上活塞在運動時，由于管路中有壓力損失，所以右腔中油液的壓力稍大于左腔油液壓力，而這個差值一般都很小，可忽略不計?；钊蛴疫\動的速度：

（3）兩腔同時進油時，如圖4.2(c)所示圖4.2單桿活塞式液壓缸(c)兩腔同時進油(差動連接)

(4-5)活塞向右的推力：差動連接時，一般設p?≈p?，則有活塞推力為：（3）兩腔同時進油時，如圖4.2(c)所示

(4-6)圖4.2單桿活塞式液壓缸(c)兩腔同時進油(差動連接)由上式可以看出，差動連接的實際有效作用面積是活塞桿的橫截面積，它使活塞向右運動速度變快，但推力變小。所以，差動連接速度的提高是以降低推力為代價的，它可在不增加泵流量的前提下（可用小流量泵）實現(xiàn)快速運動。實際生產中，單桿活塞式液壓缸一般用在有以下工作循環(huán)的場合：快進（兩腔同時進油）-工進（無桿腔進油v1

）-快退（有桿腔進油v2）01兩腔同時進油，實現(xiàn)差動連接v3，活塞桿伸出，活塞運動的速度大，推力小，可作為設備的空載運動（快進）；02無桿腔進油，活塞桿伸出，活塞運動的速度小，推力大，可作為設備的工作進給運動（工進）；03有桿腔進油，活塞桿縮回，活塞運動的速度大，推力小，可作為設備的空載運動（快退）。

(4-7)缸筒固定活塞桿固定雙桿活塞缸固定方式雙桿活塞缸02特點雙桿活塞缸的活塞兩端均裝有活塞桿，且一般活塞桿直徑相同。當液壓缸兩腔輸入的壓力油和流量相等時，液壓缸在兩個方向上輸出的運動速度和推力也相等。因此這種液壓缸常用于要求往復運動速度和負載相同的場合，如各種磨床、研磨機等。應用圖4.3(a)所示為缸筒固定的雙桿式活塞缸

圖4.3雙桿活塞式液壓缸固定(a)缸筒固定(b)活塞桿固定圖4.3(b)所示為活塞桿固定的形式液壓缸缸體固定，活塞通過活塞桿帶動工作臺移動，工作臺的移動范圍大約為活塞行程的三倍。因這種液壓缸占地面積大，故一般只適用于小型機床。缸體與工作臺相連，活塞桿通過支架固定在機床上。工作臺的移動范圍約為液壓缸有效行程的兩倍，因此占地面積小，常用于行程較長的大、中型設備的液壓系統(tǒng)中。圖4.4雙桿活塞式液

(4-9)活塞式液壓缸雖然應用廣泛，但其缸筒內孔加工精度要求高，大工作行程時缸筒內壁加工困難，制造成本較高。

(4-8)如圖4.4所示，雙桿活塞缸的活塞左、右運動的速度為：活塞左、右的推力：02柱塞缸柱塞式液壓缸是一種單作用液壓缸，只有一個油管。其工作原理如圖4.5所示：柱塞與運動工作部件連接，缸筒固定在機上?？蓪崿F(xiàn)一個方向。當壓力油進入缸筒時，推動柱塞帶動運動部件向右運動，但反向退回時必須依靠其它外力或自重。如圖4.5(a)對于設備工作行程較長的液壓系統(tǒng)，一般采用柱塞式液壓缸。圖4.5柱塞式液壓缸(a)單柱塞(b)雙柱塞(c)圖形符號為獲得雙向往復運動，柱塞缸通常成對反向布置使用。如圖4.5(b)為柱塞式液壓缸的圖形符號。如圖4.5(c)(4-11)

柱塞式液壓缸運動的速度：柱塞式液壓缸產生的推力：(4-10)

圖4.5柱塞式液壓缸(a)單柱塞(b)雙柱塞(c)圖形符號柱塞式液壓缸具有以下特點01柱塞端面受壓，它應有足夠的面積產生推力，且應有一定的剛度防止彎曲，所以，柱塞較粗；因柱塞呈懸空狀態(tài)，為減輕重量，它應做成空心的。02缸筒內壁和柱塞不直接接觸，用導向套配合導向，則缸筒內壁可粗加工，降低成本。所以，它主要用于行程較長的機床(最大6~8m)中，如龍門刨床、大型拉床和壓力機等設備的液壓系統(tǒng)中。03擺動缸分類活塞式擺動式液壓缸也稱擺動液壓馬達，它是一種輸出轉矩和角速度、并能實現(xiàn)往復擺動的液壓執(zhí)行元件。葉片式工程實際中，葉片式擺動液壓缸使用較多。圖4.6(a)所示為單葉片式擺動缸。當壓力油從左下方油口進入缸筒時，葉片和葉片軸在壓力油作用下作逆時針方向轉動，回油從缸筒左上方的油口流出，擺動角度一般小于300°。

葉片式擺動缸01葉片式擺動液壓缸結構原理如圖4.6所示。這種擺動缸結構簡單，輸出轉矩大，但密封困難。擺動式液壓缸主要用來驅動作間歇回轉運動的工作機構，例如回轉夾具、液壓機械手、分度機械等裝置。圖4.6葉片式擺動液壓缸(a)單葉片式擺動缸(b)雙葉片式擺動缸擺動軸缸體定子塊葉片葉片式擺動缸分為單葉片和雙葉片兩種形式。圖4.6(b)所示為雙葉片式擺動缸。它的擺動角度較小，它的輸出轉矩是單葉片式的兩倍，而角速度則是單葉片式的一半。圖4.6葉片式擺動液壓缸(a)單葉片式擺動缸(b)雙葉片式擺動缸擺動軸缸體定子塊葉片葉片式擺動缸分為單葉片和雙葉片兩種形式。葉片式擺動缸的輸出轉矩：葉片式擺動缸輸出角速度：(4-12)

(4-13)

葉片式擺動缸的輸出轉矩：(4-12)

葉片式擺動缸輸出角速度：(4-13)

T

轉矩，N·m；b

葉片寬度，m；z

葉片數(shù)；D

缸體內徑，m；d

擺動軸直徑，m；

活塞桿上加工有齒條結構。當壓力油通入缸的左腔時，活塞向右移動，通過齒條、齒輪帶動擺動軸上的負載旋轉；當缸的右腔通入液壓油時，擺動軸反轉。活塞式擺動缸02如圖4.7所示為齒輪齒條活塞式擺動液壓缸。圖4.7齒輪齒條活塞式擺動液壓缸圖4.8液壓擺動缸的圖形符號04其它液壓缸它是活塞缸與柱塞缸組成的復合缸。左邊的大直徑活塞缸稱為低壓缸（原動缸），右邊的小直徑柱塞缸稱為高壓缸（輸出缸）。增壓缸可將左腔輸入的低壓油轉變?yōu)橛仪坏母邏河洼敵?，供液壓系統(tǒng)中某一高壓油路使用（增壓缸不能直接驅動負載）。在某些短時間或局部需要高壓液體的液壓系統(tǒng)中，常采用增壓缸與低壓大流量泵配合使用。增壓缸常用于壓鑄機、造型機等設備的液壓系統(tǒng)中。增壓缸01圖4.9增壓缸(a)結構原理圖(b)圖形符號增壓缸又稱增壓器。增壓缸的工作原理如圖4.9所示式中比值??2∕??2稱為增壓比，此處增壓是以降低輸出流量為代價的。

(4-14)

由上式得

伸縮液壓缸由兩個或多個活塞式或柱塞式液壓缸組裝而成，它的前一級缸的活賽桿或柱塞是后一級缸的缸筒。這種伸縮液壓缸在各級活塞桿或柱塞依次伸出時可獲得很長的行程，而當它們縮入后又能使液壓缸的軸向尺寸很短。伸縮缸02圖4.10（a）所示為一種雙作用式伸縮液壓缸。當壓力油通入缸筒的左腔或右腔時，各級活塞按其有效作用面積的大小依次動作。伸出時作用面積大的先動，小的后動；縮回時動作次序反之。圖4.10（c）為雙作用伸縮缸的圖形符號。伸縮缸各級活塞的運動速度和推力是不同的，其值可按活塞液壓缸的有關公式來計算。伸縮液壓缸特別適用于工程機械及自動線步進式輸送裝置。(a)雙作用伸縮液壓缸的原理結構圖圖4.10伸縮液壓缸1一活塞；2一套筒；3—()形密封圈；4一缸筒；5一缸蓋（c）雙作用式伸縮缸符號圖4.10伸縮液壓缸除雙作用伸縮液壓缸外，還有一種柱塞式單作用伸縮液壓缸。如圖4.10（b）所示。當油口接通壓力油時，柱塞由面積大的至面積小的逐次伸出；當油口接回油箱時，柱塞在外負載或自重的作用下，由小到大逐個縮回：在此結構中，負載與最小面積的柱塞直接相連。(b)單作用式伸縮缸符號圖4.10伸縮液壓缸總結伸縮式液壓缸有以下特點：01伸縮缸工作的行程可以相當長，不工作時整個缸的長度可以縮得較短；03單作用伸縮缸的外伸依靠油壓，內縮依靠自重或負載作用，因此伸縮式液壓缸多用于傾斜或垂直放置的場合。02伸縮缸逐個伸出時，有效工作面積逐次減小，因此當輸入流量相同時，外伸速度逐次增大；當負載恒定時，液壓缸的工作壓力逐次提高；訓練1利用進企業(yè)參觀實習的機會，觀察設備中的液壓系統(tǒng)，找出幾種液壓缸的應用場合。技能訓練訓練2有一差動連接的液壓缸，其供油泵的流量為25L/min，設活塞運動的快進和快退速度均為6m/min，確定液壓缸的內徑和活塞桿的直徑。解因液壓缸是差動連接，根據(jù)公式（4-5）得活塞桿直徑為液壓缸快進快退速度相同，則由公式（4-7）得液壓缸的內徑為技能訓練解①在圖4.2

(a)中，液壓缸的無桿腔進壓力油，回油腔壓力為零，因此，可推動的最大負載為活塞桿向右運動，其運動速度訓練3

圖4.2單桿活塞式液壓缸(a)無桿腔進油圖4.2單桿活塞式液壓缸(b)有桿腔進油解②在圖4.2

(b)中，液壓缸為有桿腔進壓力油，無桿腔的回油壓力為零，可推動的負載為活塞桿向左運動，其運動速度為技能訓練

訓練3

將單桿活塞缸的三種進油連接做比較，可見F1>F2