第四章液压缸与液压马达.doc

第4章 液压缸与液压马达 液压缸是液压传动系统中的又一类执行元件，将液压泵供给的液压能转换为机械能而对负载做功，是用来实现工作机构直线往复运动或小于360摆动运动的能量转换装置。液压缸结构简单、工作可靠、在液压系统中得到广泛的应用。 液压缸的输入量是液体的流量和压力，输出量是速度和力。 液压缸和液压马达都是液压执行元件， 其职能是将液压能转换为机械能。 液压缸 常用液压缸及特点 按作用方式分为单作用式和双作用式。 单作用式：液体或气体只控制缸一腔单向运动； 双作用式：液体或气体控制缸两腔实现双向运动。 单作用液压缸是指其中一个方向的运动用油压实现，返回时靠自重或弹簧等外力，这种油缸的两个腔只有一端有油，另一端则与空气接触。双作用液压缸就是两个腔都有油，两个方向的动作都要靠油压来实现。 (1)双杆式活塞缸。活塞两端都有一根直径相等的活塞杆伸出的液压缸称为双杆式活塞缸，它一般由缸体、缸盖、活塞、活塞杆和密封件等零件构成。根据安装方式不同可分为缸筒固定式和活塞杆固定式两种。 如图4-5(a)所示的为缸筒固定式的双杆活塞缸。它的进、出口布置在缸筒两端，活塞通过活塞杆带动工作台移动，当活塞的有效行程为l时，整个工作台的运动范围为3，所以机床占地面积大，一般适用于小型机床，当工作台行程要求较长时，可采用图4-5(b)所示的活塞杆固定的形式，这时，缸体与工作台相连，活塞杆通过支架固定在机床上，动力由缸体传出。这种安装形式中，工作台的移动范围只等于液压缸有效行程l的两倍，因此占地面积小。进出油口可以设置在固定不动的空心的活塞杆的两端，但必须使用软管连接。 由于双杆活塞缸两端的活塞杆直径通常是相等的，因此它左、右两腔的有效面积也相等，当分别向左、右腔输入相同压力和相同流量的油液时，液压缸左、右两个方向的推力和速度相等。当活塞的直径为D，活塞杆的直径为d，液压缸进、出油腔的压力为p1和p2，输入流量为q时，双杆活塞缸的推力F和速度v为： F=A(p1-p2)=π (D2-d2) (p1-p2) /4 (4-18) v=q/A=4q/π(D2-d2) (4-19) 式中：A为活塞的有效工作面积。 双杆活塞缸在工作时，设计成一个活塞杆是受拉的，而另一个活塞杆不受力，因此这种液压缸的活塞杆可以做得细些。 (2)单杆式活塞缸。如图4-6所示，活塞只有一端带活塞杆，单杆液压缸也有缸体固定和活塞杆固定两种形式，但它们的工作台移动范围都是活塞有效行程的两倍。 图4-6单杆式活塞缸 由于液压缸两腔的有效工作面积不等，因此它在两个方向上的输出推力和速度也不等，其值分别为： F1=(p1A1-p2A2)=π［(p1-p2)D2-p2d2］/4 (4-20) F1=(p1A1-p2A2)=π［(p1-p2)D2-p2d2 ］/4 (4-21) v1=q/A1=4q/πD2 (4-22) v2=q/A2=4q/π(D2-d2) (4-23) 由式(4-20)～式(4-23)可知，由于A1＞A2，所以F1＞F2，v1＜v2。如把两个方向上的输出速度v2和v1的比值称为速度比，记作λv，则λv=v2/v1=1/［1-(d/D)2］。因此， 。在已知D和λv时，可确定d值。 双作用单活塞杆式液压缸 特点：1）两腔面积不等，A1 A2 2) 压力相同时，推力不等；流量相同时，速度不等；即不具有等推力等速度特性。 ∵ A1 A2 ∴ v1 v2，F1 F2 故 活塞杆伸出时，推力较大，速度较小。 活塞杆缩回时，推力较小，速度较大。 因而：活塞杆伸出时，适用于重载慢速。 活塞杆缩回时，适用于轻载快速。 单活塞杆液压缸简单连接结论： 活塞杆直径越小，两个方向速度差值越小。 固定方式和工作过程皆与双杆活塞液压缸相同。 运动行程皆为两倍的活塞或缸体的有效行程。 图4-7差动缸 (3)差动油缸。单杆活塞缸在其左右两腔都接通高压油时称为：“差动连接”，如图4-7所示。差动连接缸左右两腔的油液压力相同(前提条件)，但是由于左腔(无杆腔)的有效面积大于右腔(有杆腔)的有效面积，故活塞向右运动，同时使右腔中排出的油液(流量为q′)也进入左腔，加大了流入左腔的流量(q+q′)，从而也加快了活塞移动的速度。实际上活塞在运动时，由于差动连接时两腔之间的管路中有压力损失，所以右腔中油液的压