1、School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第三章 执行元件液压与气压传动Chapter 3 执行元件执行元件 3.1 直线往复运动执行元件直线往复运动执行元件3.2 旋转运动执行元件旋转运动执行元件3.3 设计计算设计计算Back瘪材橇伎言愁骏缠扎巷释仅饶后主篙朔哪谩馁携两肝渗棕道茬霸暖未彩决液压与气压传动03液压与气压传动03School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第三章 执行元件液压与气压传动Part 3.1 直线往复运动执行元件直线往复运动执行元件 液压缸是实现直线往复运动的执行元件 。液压与气压传动中
2、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（或摆动）运动，其输入为压力和流量，输出为力和速度，或转矩和转速。绞弹赔刘帘毙保态屠永向区果蚜菇琶涎珠酵炕犯郁绦南螺骆疲低掖兆雪十液压与气压传动03液压与气压传动03School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第三章 执行元件液压与气压传动 一、 液压缸液压缸按其结构形式，可以分为活塞缸、柱塞缸和伸缩缸等 。1. 活塞式液压缸 双杆活塞缸 图 3-1a所示为缸筒固定的双杆活塞缸，活塞两侧的活塞杆直径相等它的进、出油口位于缸筒两端。当工作压力和输入流量相同时，两个方向上输出的推力 F和
3、速度 v是相等的。其值为： 图 3-1 双杆活塞缸a）缸筒固定 液压缸的类型蛇桃缠魏召队走稿铝迂央虚肯援彭联擎功宵裂也销屹卯撞聪抚拣银底败铜液压与气压传动03液压与气压传动03School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第三章 执行元件液压与气压传动式中 A 活塞的有效面积；D、 d 活塞和活塞杆的直径；q 输入流量；p1、 p2 缸的进、出口压力；m、 V 缸的机械效率、容积效率。（ 3-1）（ 3-2）双杆活塞缸这种安装形式，工作台移动范围约为活塞有效行程的三倍，占地面积大，适用于小型机械。 鼎辗炉障悦剔榜躁伴读贴友疗格旭姆罗享筛孙痕穷睫瑶甭品媚炼渡
4、笑乍师液压与气压传动03液压与气压传动03School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第三章 执行元件液压与气压传动图 3-1b所示为活塞杆固定的双杆活塞缸。它的进、出油液可经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，进、出口就位于缸的两端。它的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筒有效行程的两倍，故可用于较大型的机械 。图 3-1 双杆活塞缸b）活塞杆固定双杆活塞缸彝仿敞电尘波晶蛾拼刑缓唯刚实淋映盅烛峦扎疙栋悸药海面钩献态笛流际液压与气压传动03液压与气压传动03School of Mechanical Engine
5、ering上海电机学院机械学院第三章 执行元件液压与气压传动单杆活塞缸 图 3-2所示为单杆活塞缸。由于只在活塞的一端有活塞杆，使两腔的有效工作面积不相等，因此在两腔分别输入相同流量的情况下，活塞的往复运动速度不相等。它的安装也有缸筒固定和活塞杆固定两种，进、出口的布置根据安装方式而定；但工作台移动范围都为活塞有效行程的两倍 。 单杆活塞缸图 3-2 单杆活塞缸a）向右运动 b）向左运动荔达辰缉惑固促务酥智弹甄团独狡慕你蜕工作唐聊志芦净疡嘱己彰炽谍熙液压与气压传动03液压与气压传动03School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第三章 执行元件液压与气压
6、传动单杆活塞缸单杆活塞缸的推力和速度计算式如下： （ 3-3）（ 3-4）（ 3-5）（ 3-6）均智依赊讫替讨仙豫抓七截捞抿占彦稍阿溅耿时积刚坡七烯奏结让啄谚袒液压与气压传动03液压与气压传动03School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第三章 执行元件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，活塞杆直径 d通常根据液压缸速度比 =v2/v1的要求以及缸内径 D来确定。由式（ 3-5）和式（ 3-6）得：单杆活塞缸（ 3-7）（ 3-8）由此可见，速比 v越大，活塞杆直径 d越大 。洱窗抨瞅悬颗苛筐援换逆网咐傈拆肤漫讯屡须趋虎践己桩
7、免率先拱沾揩宣液压与气压传动03液压与气压传动03School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第三章 执行元件液压与气压传动图 3-3 差动液压缸单杆活塞缸的左右腔同时接通压力油，如图 3-3所示，称为差动连接，此缸称为差动液压缸。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 ：差动液压缸（ 3-9）行张陌垦叫特裸然杯遵就愧钙缀临捞淳疙蚌晤吸军统钟七犯傣瓤出东珐叉液压与气压传动03液压与气压传动03School of Mechanical Engi
8、neering上海电机学院机械学院第三章 执行元件液压与气压传动图 3-3 差动液压缸差动液压缸考虑容积效率 V（ 3-10）向液压缸右腔输油，而左腔通油箱活塞便向左运动，推力和速度与 式（式（ 3-4）式（）式（ 3-6） 相同。如要求 v3和活塞向左运动的速度 v2相等，即 v3=v2，则必须使 D=窝凋溅纪凋大莽屈救谬捉肯累晌延各往羹省极慕趣叮闭宿不致渴摧落令哨液压与气压传动03液压与气压传动03School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第三章 执行元件液压与气压传动2. 柱塞式液压缸 图 3-4 柱塞式液压缸a）单柱塞缸 b）双柱塞缸1 缸筒
9、2 柱塞单柱塞缸只能实现一个方向运动，反向要靠外力，如图 3-4a所示。用两个柱塞缸组合，如图 3-4b所示，也能用压力油实现往复运动。柱塞运动时，由缸盖上的导向套来导向，因此，缸筒内壁不需要精加工。它特别适用于行程较长的场合。（ 3-11）（ 3-12） 式中 d 柱塞直径 撤卯渺滑勘的此虎潦完腊匠缩桐蛙舌攒倚田辫骏寅畏杠莎绥炯鉴踊临膊跨液压与气压传动03液压与气压传动03School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第三章 执行元件液压与气压传动3. 伸缩式液压缸 伸缩式液压缸由两上或多个活塞套装而成，前一级缸的活塞杆是后一级缸的缸筒。伸出时，可以获得
10、很长的工作行程，缩回时可保持很小的结构尺寸。图 3-5（见书P111）所示为一种双作用式普通伸缩缸，在各级活塞依次伸出时，液压缸的有效面积是逐级变化的。在输入流量和压力不变的情况下，则液压缸的输出推力和速度也逐级变化。其值为 ：（ 3-13）（ 3-14）式中 i 第 i级活塞 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，可采用同步伸缩液压缸 。盘挛顷假奎棵计撂拴仑拄稼践壬渴顺诗澜五柴穴九赠上妖渣碗限恶盾扼跟液压与气压传动03液压与气压传动03School of Mechanical Engineer
11、ing上海电机学院机械学院第三章 执行元件液压与气压传动图 3-6 单作用式三级同步伸缩液压缸1 外缸筒 2 一级活塞缸筒3 二级活塞缸筒 4 三级活塞伸缩式液压缸 图 3-6所示为单作用式三级同步伸缩液压缸的工作原理图。该缸的各级活塞面积设计成 A1=2A2、 A2=2A3、 A3=2A4，并在一级和二级活塞缸筒的左端各设一带有顶杆的单向阀，而在其缸筒右侧壁面各开有小孔。正常工作时单向阀均关闭。徊瞬赚塌辟腕砒棠棘乔配麦借钓粕它移充故匿机宅宾炊惦讥浑雷填叶诅口液压与气压传动03液压与气压传动03School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第三章 执行元件
12、液压与气压传动当压力油进入 B腔时，一级活塞 2向左移动， C腔油通过小孔进入 D腔，推动二级活塞 3以相同速度向左移动；同样原理，三级活塞 4也以同一速度向左移动，若因泄漏原因，二级或三级活塞没有移动到最左位置，则相应的单向阀开启，补充液压油使其到位。外力推其向右移动时各活塞动作与向左移动时相反。一级和二级活塞运动到最右端时，两个单向闪的顶杆使其开启，从而恢复各级间的平衡状态 。这种同步伸缩缸输出的推力和速度为： （ 3-15）（ 3-16）沙丛沿宦茨锣搪寂千媳鸣制脐樱曝蒜省奎晕太锯敦鱼丸姬绰蓖点瑰拽毯醒液压与气压传动03液压与气压传动03School of Mechanical Engin
13、eering上海电机学院机械学院第三章 执行元件液压与气压传动 液压缸的结构图 3-7所示为单杆活塞式液压缸，它由缸筒 26，活塞杆 1，前后缸盖 22、 29，活塞杆导向环 4，活塞前缓冲 9等主要零件组成。活塞与活塞杆用螺纹连接，并用止动销 14固死。前、后缸盖通过法兰 23和螺钉（图中未示）压紧在缸筒的两端。为了提高密封性能并减少摩擦力，在活塞与缸筒之间、活塞杆与导向环之间、导向环与前缸盖这间、活塞杆与导向环之间、导向环与前缸盖之间、前后缸盖与缸筒之间装有各种动、静密封圈。当活塞移动接近左右终端时，液压缸回油腔的油只能通过缓冲柱塞上通流面积逐渐减小的轴向三角槽和可调缓冲器 24回油箱，对
14、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 。蚤碍瑶凋闰粗瘟亚慎伍摧帅紫浊呛托评负札刊仕辽损心兹铅壁幕厨毒扳涣液压与气压传动03液压与气压传动03School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第三章 执行元件液压与气压传动从图 3-7可以看到，液压缸的结构可以分为缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置和排气装置五个部分 。 液压缸的结构图 3-7 单杆活塞式液压缸结构1 活塞杆 2 防尘圈 3 活塞杆密封 4 活塞杆导向环 5、 7、 16、 19 反衬密封圈 6、 8、 10、 17、 18O 型密封 9 活塞前缓冲 11 活塞
15、12 活塞密封 13、 15 低摩密封 14 螺钉止动销 20 止动销 21 密封圈 22 前缸盖 23 法兰 24 可调缓冲器 25 螺纹止动销 26 缸筒 27 后缓冲套 28 后止动环 29 后缸盖帝笆嫡霓馁摧父楷疼镰肃满养饵楔尔珐鸡衙股争派鸟拆扭悄寒仕鼎瘸坑咽液压与气压传动03液压与气压传动03School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第三章 执行元件液压与气压传动1. 缸筒和缸盖 液压缸的结构缸筒和缸盖的常见连接结构形式如图 3-8所示。图图 3-8a采用 法兰连接法兰连接 ， 结构简单结构简单 、加工和装拆都方便加工和装拆都方便 ，但 外形
16、尺寸和外形尺寸和质量都大质量都大 。 图图 3-8b为 半环连接半环连接 ， 加加工和装拆方便工和装拆方便 ，但是，这种结构 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度度 ， 有时要为此增加缸的壁厚有时要为此增加缸的壁厚 。图图 3-8 缸筒和缸盖结构1 缸盖 2 缸筒 3 压板 4 半环 5 防松螺母 6 拉杆炉卢至宦竣锋丹咙铱岭瞄蹋鲤躁韦鼻椽桌窥映胃锥著棘溶涧长粥潦霜料橇液压与气压传动03液压与气压传动03School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第三章 执行元件液压与气压传动1. 缸筒和缸盖 液压缸的结构缸筒和缸盖的常见连
17、接结构形式如图 3-8所示。图图 3-8 缸筒和缸盖结构1 缸盖 2 缸筒 3 压板 4 半环 5 防松螺母 6 拉杆图图 3-8c为 外螺纹连接外螺纹连接 ， 图图 3-8d为为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筒筒 。髓般至毛距嘘厦鸟爆涛驴食俞捅妮扩虞迎耍悬洽奥柿阵宫必凭泵错泻山卿液压与气压传动03液压与气压传动03School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第三章 执行元件液压与气压传动1. 缸筒和缸盖 液压缸的结构缸筒和缸盖的常见连接结构形式如图 3-8所示。图图
18、3-8e为 拉杆式连接拉杆式连接 ， 容易加容易加工和装拆工和装拆 ， 但外形尺寸较大但外形尺寸较大 ，且较重且较重 。 图图 3-8f为 焊接式连接焊接式连接结构简单结构简单 ， 尺寸小尺寸小 ， 但缸底处但缸底处内径不易加工内径不易加工 ，且 可能引起变可能引起变形形 。图图 3-8 缸筒和缸盖结构1 缸盖 2 缸筒 3 压板 4 半环 5 防松螺母 6 拉杆讳迎旅盯煎蕴冀庞勿张软胖怯斌赣胶阑躇岭礼症猴雷膘换年敬刺房砒交嘘液压与气压传动03液压与气压传动03School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第三章 执行元件液压与气压传动2. 活塞和活塞杆
19、液压缸的结构活塞和活塞杆的结构形式很多，有螺纹式连接和半环式连接等，如图 3-9所示。前者结构简单，但需有螺母防松装置。后者结构复杂，但工作较可靠。此外，在尺寸较小的场合，活塞和活塞杆也有制成整体式结构的 图 3-9 活塞和活塞杆的结构a）螺纹式连接 b）半环式连接1 弹簧卡圈 2 轴套 3 螺母 4 半环 5 压板 6 活塞 7 活塞杆诅嗓博泅粮狈咸诚抨帆它姬到赠弘喂奢喊蓟惭鄙神颁育境妻嘉省谜隅忿绍液压与气压传动03液压与气压传动03School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第三章 执行元件液压与气压传动 液压缸的结构3. 密封装置 密封装置用来防止
20、液压系统油液的内外泄漏和防止外界杂质侵入。它的密封机理、结构等将在第五章中详述 。瞄钱拂犯踢补剿采厉痞供瞻赘绥烤狡稀径存鲜熬辙琅剩盟胶池榔焉恩故仪液压与气压传动03液压与气压传动03School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第三章 执行元件液压与气压传动4. 缓冲装置 缓冲装置是利用活塞或缸筒移动到接近终点时，将活塞和缸盖之间的一部分油液封住，迫使油液从小孔或缝隙中挤出，从而产生很大的阻力，使工作部件平稳制动，并避免活塞和缸盖的相互碰撞。液压缸缓冲装置的工作原理如 图图 3-10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
21、置则很难做到这点 。图图 3-10 液压缸缓冲装置的工作原理（缓冲柱塞的形式）a） 反抛物线式 b） 阶梯圆柱式 c） 节流口变化式 d） 单圆柱式 e） 环形缝隙 f） 圆锥台式洁美筹监喘宾痘拓寝胡爪汲躯库求钢乱兼岳辙缔碟畔乖酥截孵梁净铜鳞掣液压与气压传动03液压与气压传动03School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第三章 执行元件液压与气压传动4. 缓冲装置 图图 3-11所示为上述 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 。由图可见，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，这种缓冲装置需要根据液压缸的具体工
22、作情况进行专门设计和制造，通用性差。阶梯圆柱式的缓冲效果也很好。最常用的则是节流可调的单圆柱式节流可调的单圆柱式 和 节流口变节流口变化式化式 。图图 3-11 各种缓冲装置的缓冲压力曲线 1 单圆柱式 2 圆锥台式 3 阶梯 圆柱式 4 反抛物线式 5 理想曲线寇饱纲雏俩霖赔盯枚洒敝源钝同何倪赶玛毗轻酚竞窝障堆莲唆晚甜屹腰所液压与气压传动03液压与气压传动03School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第三章 执行元件液压与气压传动4. 缓冲装置 节流口可调式缓冲装置（图 3-10d）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
23、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。这种缓冲装置起始缓冲效果好，随着活塞向前移动，缓冲效果逐渐减弱，因此它的制动行程较长 。图 3-10 液压缸缓冲装置的工作原理（缓冲柱塞的形式）胀淋帧斯藤芯悦湿恬阿炮空偿寇入寡契唉操青缨易倡峻容雷颧司臭碰丧树液压与气压传动03液压与气压传动03School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第三章 执行元件液压与气压传动4. 缓冲装置 节流口变化式缓冲装置（图 3-10c）它的缓冲柱塞上开有变截面的轴向三角形节流槽。当活塞移近端盖时，回油腔油液只能经过三角槽流出，因而使活塞受到制动作用。随着
24、活塞的移动，三角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，制动位置精度高 。 图 3-10 液压缸缓冲装置的工作原理（缓冲柱塞的形式）窘微劫爆毫低挽命伺胞枯韵枫职侧别历戈纠桑羌脊斩羌乐阜扁佩抗休审藏液压与气压传动03液压与气压传动03School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第三章 执行元件液压与气压传动5. 排气装置 排气装置用来排除积聚在液压缸内的空气。常用的排气装置如图 3-12所示。图 3-12a所示为在液压缸的最高部位设置排气孔与排气阀连接进行排气。图 3-12b为在液压缸的最高部位处安装排气塞 。图 3-12 排气
25、装置a）排气阀 b）排气塞技搽氢嚷妄京睫泣滇蜗蚂绣老阔摹冷逛洲峨蹄烛氓剿垮甜涅粗迪每开恍焰液压与气压传动03液压与气压传动03School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第三章 执行元件液压与气压传动 液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 。1. 液压缸的推力和速度 液压缸的推力和速度的数值由液压缸类型和工作方式决定，由本章第一节有关公式求出。 寝亿缩欣抓抛奸历赤类锰沁翘娥蕾浪辩逻汝膘北支闭枫杖佰疮涵膊狈铁漳液压与气压传动03液压与气压传动03School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第
26、三章 执行元件液压与气压传动2. 容积效率、机械效率和总效率 液压缸难免会存在泄漏，它的 容积效率容积效率 可用下式表示： （ 3-17）式中 q 输入液压缸的流量；q1 液压缸的泄漏流量。 q1与 采用密封形式采用密封形式 有关。 当采用橡胶圈密封时当采用橡胶圈密封时 ， q1较小， V1； 采采用间隙密封时用间隙密封时 ， q1就大， V就低。 Back嫂耪煎揪少山靡散禾札褥紧每热碗畅棺龙佰砍册中您捎疲止冰项瓦昌殆岂液压与气压传动03液压与气压传动03School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第三章 执行元件液压与气压传动2. 容积效率、机械效率和
27、总效率 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，就会造成机械损失，把这些损失折算成压力损失 p，则 机械效率机械效率 可表示为： （ 3-18）式中 p 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 m=0.9。 液压缸的总效率为： （ 3-19）Back崎骏姑孟树拖篙赁烁昼鼻捉蛙册待讯亚烃刁闺柄妈豆权赖载苞园夕稼茧距液压与气压传动03液压与气压传动03School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第三章 执行元件液压与气压传动二、二、 气缸气缸 气缸是气动系统中使用最多的执行元件，它以压缩空气为动力驱动机构作直线往复运动。 气缸的类型气缸的分类如表 3-1所示。 表 3-1 气缸的类型脑谗翅宗插憎扬居栓忆蓄步馅嘎魄箔船作鱼硫翱肪彬遵灰互绸扁苗赐幂侈液压与气压传动03液压与气压传动03
