第3章 执行元件,3.1 直线往复运动执行元件 3.2 旋转运动执行元件,3.1 直线往复运动执行元件,3. 1. 1 液压缸的作用与分类 液压缸(俗称油缸)是将液压能转变成机械能的做直线往复运动(或摆动)的液压执行元件.它结构简单、工作可靠.用它来实现往复运动时.可免去减速装置.运动平稳.因此应用非常广泛。 按运动形式的不同.液压缸可分为直线往复运动液压缸和摆动液压缸。 按其作用方式不同.液压缸可分为单作用式和双作用式两种。 按结构的不同.液压缸可分有活塞缸、柱塞缸和摆动缸3类。,下一页,返回,3.1 直线往复运动执行元件,3. 1. 2 活塞缸 活塞缸可分为双杆式和单杆式两种结构.其固定方式有缸体固定和活塞固定两种。 1.双杆活塞缸 (1)工作原理 图3-1所示为双杆活塞缸原理.其活塞的两侧都有伸出杆。图3-1(a)所示为缸体固定式结构简图;图3-1(b)所示为活塞固定式结构简图。当压力油(p为压力.q为排量)从进、出油口交替输入液压缸左、右工作腔时.压力油作用于活塞端面.驱动活塞(或缸体)运动.并通过活塞(或缸体)带动工作台做直线往复运动。,上一页,下一页,返回,3.1 直线往复运动执行元件,(2)特点和应用 当两活塞杆直径相同、缸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。 缸体固定式结构.其工作台的运动范围略大于缸有效行程的3倍一般用于行程短或小型液压设备上;活塞固定式结构.其工作台的运动范围略大于缸有效行程的2倍.所以工作台运动时所占空间面积较小.适用于行程长的大、中型液压设备。,上一页,下一页,返回,3.1 直线往复运动执行元件,2.单杆活塞缸 (1)工作原理 图3-2所示为单杆活塞缸原理.其活塞的一侧有伸出杆.因此两腔的有效工作面积不相等。 当无杆腔进压力油、有杆腔回油(图3-2(a)时.活塞推力F和运动速度v1分别为当有杆腔进压力油.无杆腔油(图3-2(b)时.活塞推力F2和运动速度v2分别为 式中.A1和A2分别为液压缸无杆腔和有杆腔的有效工作面积。,上一页,下一页,返回,（3.3）,（3.4）,3.1 直线往复运动执行元件,(2)特点和应用 比较上面公式可知,v1F2.即无杆腔进压力油工作时.推力大.速度低;有杆腔进压力油工作时.推力小.速度高。因此.单杆活塞缸常用于一个方向有较大负载但运行速度较低.另一个方向为空载快速退回运动的设备。例如.各种金属切削机床等液压系统。 单杆活塞缸不论是缸体固定还是活塞杆固定.工作台的活动范围都略大于缸有效行程的两倍。,上一页,下一页,返回,3.1 直线往复运动执行元件,(3)单杆活塞缸的差动连接 如图3-3所示，当压力油同时进入液压缸的左、右两腔，由于无杆腔工作面积比有杆腔工作面积大.活塞向右的推力大于向左的推力.故其向右移动.这种连接方式称为液压缸的差动连接.做差动连接的单杆活塞缸简称为差动缸。差动连接时.活塞的推力F为,上一页,下一页,返回,（3.5）,3.1 直线往复运动执行元件,若活塞的速度为v3.则无杆腔的进油量为v3A1.有杆腔的出油量为v3A2.因而有故由上面可知.v3v1 , F316 MPa时.取py=1.25pn,上一页,下一页,返回,3.1 直线往复运动执行元件,缸筒材料许用应力, ,b为材料抗拉强度.n为安全系数一般取n=5。当 时.按厚壁筒公式来进行校核,即液压缸外径D1便可由式(3. 10)求出.即D1=D+2 D1值也应按有关标准圆整为标准值。,上一页,下一页,返回,(3. 9),(3. 10),3.1 直线往复运动执行元件,4.液压缸其他部位尺寸的确定 如图3-8所示.液压缸其他部位尺寸按下列公式确定: 导向长度 (L为液压缸最大行程); 活塞宽度B =(0. 61. 0) D; 导向套滑轮面长度A=(0.61.6)D (D80mm) 如装有隔套K时.C= H-(A+B)/2 活塞杆长度根据液压缸最大行程L而定。,上一页,下一页,返回,3.1 直线往复运动执行元件,3. 1. 7 液压缸常见故障及其排除方法 液压缸常见故障及其排除方法见表3-4. 3. 1. 8 气缸的分类及其工作原理 1.气缸的分类 气缸主要由缸筒、活塞、活塞杆、关后端盖及密封件等组成.图3-9所示为普通气缸结构。 按作用方式分为单作用气缸和双作用气缸。 按结构特点分为活塞式气缸、柱塞式气缸、叶片式气缸、摆动式气缸、薄膜式气缸等。 按安装方式分为法协式气缸、轴销式气缸、凸缘式气缸、耳座式气缸、嵌入式气缸、回转式气缸等。 按功能分为普通式气缸、缓冲式气缸、气一液阻尼式气缸、冲击式气缸、数字式气缸、摆动式气缸等。,上一页,下一页,返回,3.1 直线往复运动执行元件,2.气缸的工作原理 以图3-9所示双作用气缸为例加以介绍。所谓双作用是指活塞的往复运动均由压缩空气来推动。在单伸出活塞杆的动力缸中.因活塞右边面积比较大.当空气压力作用在右边时.提供一慢速的和作用力大的工作行程;返回行程时.由于活塞左边的面积较小.所以速度较快而作用力变小此类气缸的使用最为广泛一般用于包装机械、食品机械、加工机械等设备上。,上一页,下一页,返回,3.1 直线往复运动执行元件,大多数气缸的工作原理与液压缸相同.因此这里只介绍几种具有特殊功能的气缸。 (1)气一液阻尼缸 普通气缸工作时.由于气体具有可压缩性.当外界负载变化较大时.气缸可能产生“爬行”或“自走”现象.因此.气缸不易获得平衡的运动;也不易使活塞有准确的停止位置。而液压缸则相对运动平衡.且速度调节方便。在气压传动中.需要准确的位置控制和速度控制时.可采用气一液阻尼缸。,上一页,下一页,返回,3.1 直线往复运动执行元件,(2)薄膜式气缸 薄膜式气缸是一种利用膜片在压缩空气作用下产生变形来推动活塞杆做直线运动的气缸.其结构如图3-11所示.由缸体1,膜片2,膜盘3及活塞杆1等组成.其功能类似活塞式气缸.有单作用式和双作用式两种。(3)回转式气缸 回转式气缸的工作原理如图3-12所示.它由导气头9,缸体3,活塞2,活塞杆1,缸盖6等组成这种气缸的缸体连同缸盖及导气头可被携带一同回转;活塞及活塞杆只能做直线往复运动;导气头的外接管路固定不动。它实际上是一个具有回转接头的气缸.转动是由其他驱动机构带动的。,