液压与气压传动期末复习重点考点教学讲义第34章.docx
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液压与气压传动期末复习重点考点教学讲义第34章.docx
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液压与气压传动期末复习重点考点教学讲义第34章
第三章液压缸
液压缸与液压马达一样,也是一种执行元件。
它是将液压能转换成机械能进行直线往复运动的机械能的一种能量转换装置,输出的通常为推力(或拉力)与直线运动速度。
而液压马达是将液压能转换成连续回转的机械能,输出的通常为转矩与转速。
第一节液压缸的类型及其特点
根据结构特点,液压缸可分为活塞式、柱塞式两种类型。
一、活塞式液压缸
活塞式液压缸又可分为双活塞杆液压缸和单活塞杆液压缸两种结构,其安装方式有活塞杆固定(空心双杆液压缸)和缸体固定(实心双杆液压缸)两种。
(一).双活塞杆液压缸
1.实心双杆液压缸
1)组成:
图3-1所示为一台平面磨床的实心双杆液压缸的结构图。
l-压盖2-密封圈3-导向套4-纸垫5-活塞6-缸体7-活塞杆8-端盖9-支架10-螺母。
缸体固定在床身上不动,活塞杆和工作台靠支架9和螺母10连接在一起。
2)工作原理:
当压力油通过油道a(或b)分别进入液压缸两腔时,就推动活塞带动工作台作往复运动。
3)推力和速度计算:
由于活塞两端有效面积相等,如果供油压力和流量不变,那么活塞往返运动时两个方向的作用力和速度均相等,即
式中,v为活塞运动速度;q为供油流量;F为活塞(或缸体)上的作用力;p为供油压力;A为活塞有效面积;D为活塞直径;d为活塞杆直径。
4)占地面积:
如图3-2所示,实心双杆液压缸驱动工作台的运动范围大,约等于液压缸有效行程的3倍,因而其占地面积较大,它一般只适用于小型机床。
2.空心双杆液压缸
1)组成:
图3-3所示为一台外圆磨床的空心双杆液压缸的结构图。
主要组成:
缸体、活塞、活塞杆、端盖、托架等,活塞杆固定在床身上,缸体和工作台连接在一起。
2)工作原理:
当压力油通过活塞杆2的中心孔和径向孔b(或a)分别进入液压缸两腔时,就推动缸体带动工作台作往复运动。
3)推力和速度计算:
缸体11所受到的作用力和运动速度的计算与实心双杆液压缸类同。
4)占地面积:
如图3-4所示,空心双杆液压缸驱动工作台的运动范围约等于液压缸有效行程的2倍,因而占地面积较小,常用于大、中型机床和其它设备上。
(二)、单活塞杆液压缸
1)组成:
图3-5所示为单活塞杆液压缸的结构图。
它由缸体、活塞、Y形密封圈、活塞杆6、导向套7等组成。
2)工作原理:
两端进、出油口都可以进、排油,实现双向的往复运动,其工作原理与双活塞杆液压缸相同。
3)占地面积:
单活塞杆液压缸可以是缸体固定,活塞运动;也可以是活塞杆固定,缸体运动。
无论采用哪种形式,液压缸运动所占空间长度都是行程的二倍(见图3-6)
4)推力和速度计算:
单活塞杆液压缸活塞两端的有效面积不等,若向两腔输入相同的流量,活塞在两个方向的运动速度也不相等;同样,若向两腔输
入的油压相同时,活塞在两个方向所产生的推力也不相等。
其计算如下(见图3-7):
当供给液压缸的流量q一定时、供油压力p一定,回油压力为零时,活塞两个方向的运动速度、两个方向的作用力为:
以无杆腔进油时:
以有杆腔进油时:
当差动连接时:
当压力油同时供给单活塞杆液压缸的两腔时,由于无杆腔的总作用力较大,活塞以一定的速度向右运动。
此时,有杆腔排出的油液与系统供给的油液汇合后进入液压缸的无杆腔。
这种连接方式称为差动连接。
差动连接时作用力和速度为:
式中,
为活塞两端有效面积之差,即活塞杆的截面积,
比较:
运动方向:
→→←
速度V:
>
<
推力F:
<
>
差动连接的特点:
由以上可见,活塞的运动速度
大于非差动连接时的速度
,因此,在实际生产中,单活塞杆液压缸的差动连接常用在需要实现:
"快速接近-慢速进给-快速退回"工作循环的组合机床液压传动系统中。
若要求"快速接近”与”快速退回"的速度相等,这可以通过选择D与d的尺寸来实现,D与d的关系为d=0.7D。
二、柱塞缸
1.组成:
图3-9所示为柱塞缸的结构示意图,主要组成:
1-缸体、2-柱塞、3-导向套、4-弹簧卡圈。
柱塞和缸体内壁不接触,因此缸体内孔只需粗加工甚至不加工,工艺性好,更适宜于做长行程液压缸。
2.工作原理:
它是单作用液压缸,即靠液压力只能实现一个方向的运动,回程要靠自重(当液压缸垂直放置时)或弹簧等其它外力来实现。
为了得到双向运动,柱塞缸常成对使用,如图3-10所示。
三、组合式液压缸
1.增压器
增压器将输入的低压油转变为高压油,供液压系统中的高压支路使用,其工作原理如图3-12所示。
它由直径不同的两个液压缸串联而成,大缸为原动缸,小缸为输出缸,其增压后的压力为:
p2═D12/D22p1。
即:
=
2.伸缩缸
伸缩缸具有二级或多级活塞,如图3-13所示。
它主要由活塞1、套筒2、0形密封圈3、缸体4和缸盖5等组成。
前一级缸的活塞就是后一级缸的缸体,活塞伸出的顺序是从大到小,相应的推力也是由大变小,而伸出速度则由慢变快。
空载缩回的顺序一般是从小活塞到大活塞,收缩后液压缸总长度较短,占用空间较小,结构紧凑。
伸缩缸常用于工程机械和其它行走机械。
3.齿条缸
齿条缸又称无杆式液压缸,它由一根带有齿条杆的双活塞缸1和一套齿轮齿条传动机构2组成。
如图3-14所示。
压力油推动活塞左右往复直线运动时,经齿轮齿条机构将活塞的往复直线运动转变为齿轮的往复回转运动。
齿条缸常用于自动线、组合机床等设备的转位或分度机构的液压系统中。
第二节液压缸的结构
液压缸的结构:
归结起来由缸体组件、活塞组件、密封件、连接件等基本部分组成。
此外,还有缓冲装置和排气装置。
本节主要介绍密封、缓冲装置和排气装置。
一、液压缸的密封
泄漏有内泄漏和外泄漏,如图3-15所示,液压装置的内、外泄漏直接影响系统的性能和效率,外泄漏还会污染工作环境。
泄漏严重时会使整个系统无法工作,泄漏的原因是配合间隙两侧有压力差或相对运动,因此,必须采用适当的密封装置来防止和减少泄漏。
常见的密封方法有以下两种。
1.间隙密封
间隙密封如图3-16所示,它是利用运动副间的配合间隙起密封作用的。
为了减少泄漏,相对运动部件的配合间隙必须足够小,故对配合面的加工精度和表面粗糙度提出了较高的要求。
图中活塞外圆表面上开有若干个环形槽,主要是为了使活塞四周都有压力油的作用,这有利于活塞的对中以减小活塞移动的摩擦力。
这种密封形式主要用于速度较高的低压液压缸与活塞配合处,此外也广泛用于各种泵、阀的柱塞配合中。
2.密封圈密封
密封圈密封是液压系统中应用最广泛的一种密封方法,它通过密封圈本身的受压变形来实现密封。
橡胶密封圈的断面通常做成0形、Y形和V形等。
1)0形密封圈密封:
如图3-17、3-18所示。
0形密封圈密封性能良好,结构简单,摩擦阻力较小,制造容易,成本低,体积小,安装沟槽尺寸小,使用非常方便。
可用于直线往复运动和回转运动的密封,也可用于无相对运动的静密封;可用于外径密封、内径密封及端面密封,应用比较广泛。
0形密封圈要有适宜的压缩量,当工作压力大于10Mpa时,为了防止密封圈挤出,应设置挡圈(图3-19b、c)。
2)Y形密封圈密封:
如图3-20所示,在装配时,一定要使唇边对着压力的油腔,这样才能起到密封作用。
为了防止密封圈的翻转现象,有改进型-Yx型。
如图3-21所示。
3)V形密封圈密封:
如图3-22所示,有支承环、密封环、压环三部分组成。
一定要使开口对着压力的油腔,这样才能起到密封作用。
二、液压缸的缓冲
1)为什么缓冲?
2)常见的缓冲装置:
①环状间隙式缓冲装置:
如图3-23a、b所示,讲清工作过程、缓冲原理、反向启动。
②节流口可变式缓冲装置:
如图3-24所示。
③节流口可调式缓冲装置:
如图3-25所示。
液压缸的缓冲只能在液压缸的全行程终了时才能起缓冲作用。
三、液压缸的排气
1)为什么排气?
2)常见的排气方法:
①对于要求不高的液压缸,如何排气?
②对于要求较高的液压缸,如何排气?
排气装置:
图3-26
第三节液压缸的安装、调整、维护与常见故障分析(自学)
一、液压缸的正确安装方法
二、液压缸的调整
三、液压缸的维护
四、液压缸的常见故障及排除方法
小结
1)液压执行机构是将液压能转换为机械能的装置,常用的有液压马达和液压缸。
2)液压马达按结构可分为齿轮式、叶片式和柱塞式三大类;根据液压缸的结构特点可分为活塞缸、柱塞缸。
3)差动液压缸的三种进油方式常用于"快进→工进→快退"工作循环的设备,推力和速度的计算较典型。
第四章液压辅助装置
液压辅助装置包括蓄能器、过滤器、油管与管接头、压力表与压力表开关以及油箱等。
它们是液压系统中不可缺少的部分,起完整与完善液压系统的作用。
主要知识点及需掌握的程度
了解蓄能器蓄能器的类型,掌握蓄能器的工作原理和功用,熟悉蓄能器的安装及使用文法。
了解过滤器的过滤器和过滤精度和过滤器的类型,掌握过滤器的工作原理和功用,熟悉过滤器的选用及安装方法。
了解油管与管接头的类型,掌握油管与管接头的选用及安装方法。
掌握压力表与压力表开关的工作原理,熟悉压力表与压力表开关的选用方法。
掌握油箱的功用,了解油箱的结构,掌握油箱容积的确定方法。
本章重点及难点:
1.蓄能器的工作原理。
2.过滤器的类型和工作原理。
3.管接头的连接方法。
4.压力表与压力表开关的工作原理,压力表的选用。
5.油箱的功用和计算。
第一节蓄能器
蓄能器是储存压力能的装置。
它应用于间歇需要大流量的系统中,达到节约能量、减少投资的目的;也可应用于液压系统中。
起吸收压力脉动及减小液压冲击的作用。
一、蓄能器的类型
蓄能器主要有重锤式、弹簧式和充气式三种。
最常用的是充气式蓄能器。
充气式蓄能器利用压缩气体储存能量。
为安全起见,所充气体应采用惰性气体(一般为氮气)。
按蓄能器的结构可分为直接接触式和隔离式两类。
隔离式又分为活塞式和气囊式两种。
(1)活塞式蓄能器图4-1所示为活塞式蓄能器,利用活塞2将气体1与液压油3隔离,其优点是结构简单,工作平稳、可靠,安装、维护方便,寿命长。
缺点是由于活塞惯性和摩擦阻力的影响,反应不够灵敏,容量较小。
(2)气囊式蓄能器图4-2所示,它利用气囊3把油和空气隔离。
气囊出口上有气门1,气门只在为气囊充气时才打开,平时关闭。
壳体下部有一个提升阀4,在工作状态肘,压力油液经过提升阀进入,当油液排空时提升阀可以防止气囊被挤出。
另外,充气时一定要打开螺塞5,以便把壳体中的气体放掉,充完气后再拧紧螺塞5。
这种蓄能器,重最轻,惯性小,反应灵敏,容易维护。
但气囊和壳体制造较困难,气囊的使用寿命也较短。
二、蓄能器的功用
主要用途如下:
1.短期大量供油。
2.系统保压。
3.应急能源。
4.缓和压力冲击.5.吸收压力脉动.
三、蓄能器的安装及使用(自学)
第二节过滤器
一、过滤器的功用和过滤精度
液压油在使用过程中不断被污染。
统计资料表明,液压系统的故障约有80%以上是由于油液污染造成的。
为了保证系统正常的工作,必须对系统中污染物的颗粒大小及数量予以控制。
过滤器的功用就在于不断净化油液,使污染程度控制在允许的范围内。
过滤器的过滤精度通常用能被滤掉的杂质颗粒的公称尺寸(lμm)来表示。
通常分为:
粗、普通、精、特精四个等级,一般要求系统过滤精度小于运动副间隙的一半。
此外,压力越高,对过滤精度要求亦越高。
过滤精度的推荐值(见表4-1)。
二、过滤器的类型
按滤芯的材质和过滤方式,过滤器可分为网式、线隙式、纸芯式、烧结式和磁性式等多种类型。
1.网式过滤器
网式过滤器也称滤油网或滤网,应用最普遍,它是用金属丝(常用黄铜丝)织成方格网敷在有一定刚性的骨架上作为滤油元件。
这种过滤器结构简单,通油性能好,但过滤效果差。
一般作粗过滤用。
2.线隙式过滤器
图4-3所示为XU-B型线隙式过滤器,它是用特形的铜线或铝线3依次绕在筒形芯架2的外部制成的。
芯架上开有许多纵向糟和径向糟,油液从铝线的缝隙中进入糟a,再经槽b进入过滤器内部,然后从端盖l的中间孔流出。
这种过滤器只能用于吸油管。
图4-4所示为带有壳体的线隙式过滤器,由于具有壳体4,所以可用于中、低压系统的压力管路中。
这种过滤器工作时,油液从孔a进入过滤器内,经线间的缝隙进入滤芯中部后再由孔b流出。
3.纸芯式过滤器
纸芯式过滤器是用微孔滤纸做的纸芯装在壳体内而成的,纸芯式过滤器的纸芯构造如图4-5所示。
为了增大过滤纸的过滤面积,纸芯l一般做成折叠式。
在纸芯内部有带孔的镀锡铁皮做成的芯架,用来增加强度,以避免纸芯被压力油压破。
油液从滤芯外面进入滤芯内部,然后从孔a流出。
4.烧结式过滤器
烧结式过滤器结构如图4-6所示。
它由壳体2、烧结式青铜滤芯3和端盖1组合而成。
其滤芯是由球状青铜颗粒用粉末冶金烧结工艺高温烧结而成的。
它利用铜颗粒之间的微孔滤去油中的杂质。
5.磁性过滤器
磁性过滤器的结构如图4-7所示,内部由铁环1、罩子2、永久磁铁3组成,永久磁铁3把铁环1磁化,当油液流过经过铁环间隙时,能够磁化的杂质吸附于铁环上。
三、过滤器的选用及安装
1.过滤器的选用
选用过滤器时应根据:
①过滤精度。
②通油能力。
③耐压(包括滤芯的耐压和壳体的耐压)。
来选取过滤器的结构和规格。
2.过滤器的安装
如图4-8,过滤器可以安装在:
①液压泵的吸油管路上。
在通常情况下,泵的吸油口装粗过滤器,②安装在压力油路上或重要元件的前面。
泵的输出管路与重要元件的前面装精过滤器。
③安装在回油路上。
④安装在旁油路上。
⑤独立的过滤系统。
第三节油管与管接头
液压系统的元件一般是利用油管和管接头进行连接,以传送工作液。
油管与管接头应具有足够的强度,良好的密封性,并且压力损失小,装拆方便。
一、油管
1.油管种类及适用场合
液压传动中常用的油管有钢管、铜管、橡胶软管、尼龙管和塑料管等。
钢管分为焊接钢管和无缝钢管。
压力小于2.5Mpa时,可用焊接钢管;压力大于2.5MPa时,常用无缝钢管。
钢管能承受高压,油液不易氧化,价格低廉。
缺点是弯曲和装配均较困难。
紫铜管可承受的压力为6.5~lOMPa。
装配时可根据需要弯成任意形状,因而适用于小型设备及内部装配不方便的地方。
缺点是成本较高。
易使液压油氧化,抗振能力较弱。
橡胶软管用于连接两个相对运动部件的油管。
分高压和低压两种。
橡胶软管安装方便,不怕振动,还能吸收都分液压冲击。
尼龙管的耐压只可达2MPa。
目前多用于低压系统或作为回油管。
塑料管一般只用作回油管或泄漏油管。
2.油管的尺寸:
根据通过流量q和允许流速v来确定d。
允许流速v:
吸油管路0.6~1.5m/s,压油管路2.5~5m/s,回油管路1.5~2.5m/s,通过流量q大时取大值。
二、管接头
管按头的种类很多,以其通路数量和方向来分有直通式、直角式和三通等。
从油管和管接头的连接方式来分有管端扩口式、焊接式和卡套式等几种。
下面介绍几种常用的管接头。
1.扩口式管接头
图4-9为扩口式管接头,这种管接头适用于铜管和薄壁钢管,也可以用来连接尼龙管和塑料管。
这种管接头结构简单且造价低,一般适用于中、低压系统。
2.焊接式管接头
图4-10所示为焊接式管接头,这种管接头具有结构简单、制造方便、耐高压和强烈振动、密封性能好等优点,因而广泛应用于高压系统。
3.卡套式管接头
图4-11所示为卡套式管接头,这种管接头具有装拆方便、工作可靠、耐高压和强烈振动、密封性能好等优点,因而广泛应用于高压系统。
4.软管接头
软管接头有可拆式和扣压式两种,常用的扣压式软管接头如图4-12所示。
该接头由外套2、接头芯子1和橡胶软管3组成。
软管旋入外套前应将最外层橡胶剥除,安装时,软管被挤在外套和接头芯子之间,因而被牢固地连接在一起。
它的工作压力在lOMPa以下。
5.活动铰接式管接头
铰接式管接头用于液流方向成直角的连接。
具有可以随意调整布管方向,安装方便,占用空间小的优点。
铰接式管接头按安装之后成直角的两油管是否可以相对摆动,可分为固定式和活动式。
图4—13所示为活动铰接式管接头的结构图。
活动铰接式管接头的接头芯靠肩台和弹簧卡圈保持与接头体的相对位置,两者之间有间隙可以转动,其密封由套在芯子外圆的O形密封圈予以保证。
铰接式管接头与管道的连接可以是卡套式或焊接式,使用压力可达32MPa。
6.快换接头
快换接头是一种不需要使用任何工具就能实现迅速连接或断开的管接头。
它适用于需要经常拆装的液压管路。
图4—14所示为快换接头的结构,图示为接通工作位置,此时两个接头的结合是通过接头体上的6~12个钢球被压落在接头体的V形槽内实现的。
接头体内的单向阀由前端的顶杆互相顶开,形成油流通道,液体可由一端流向另一端。
当需要断开油路时,只需将外套5向左推,同时拉出内接头体6。
于是钢球4退出V形槽,接头体的单向阀阀芯在弹簧力的作用下外移,将管道关闭,油液不会外漏。
图示快换接头的额定最高工作压力可达32MPa。
第四节压力表与压力表开关
一、压力表
液压系统中各点的压力可以通过压力表来观测,压力表的种类较多,最常见的是弹簧弯管式压力表,其工作原理见图4-15。
压力油进入金属弯管1,当压力升高时。
弯管变形而曲率半径加大,通过杠杆4使扇形齿轮5摆动,小齿轮6转动,带动指针转动,在刻度盘3上就可读出压力值。
压力表精度等级的数值是压力最大误差占量程的百分数。
一般机床上使用的压力表为2.5~4级。
选用压力表时,一般取系统压力为量程的2/3~3/4,系统最高压力不越过量程的3/4,压力表必须直立安装。
为了防止压力冲击而损坏压力表,常在压力表的通道上设置阻尼小孔。
二、压力表开关
压力表开关用来接通或切断压力表和测量点之间的通道。
压力表开关按连接测量点的数目有:
一点、三点、六点等几种;按连接方式不同,有板式和管式两种。
图4-16为板式连接的K-6B型压力表开关的结构原理图。
图示为非测量位置,此时压力表经油槽a、小孔b与油箱相通。
若将手柄推进去,则阀芯上的沟槽a使压力表与测量点接通,同时切断压力表与油箱的通道,这样就可测出一点的压力。
若将手柄转到另一个位置,便可测出另一点的压力。
压力表的进油通道很小,可防止指针的剧烈摆动。
在液压系统正常工作后,则应切断压力表与系统油路的通道。
第五节油箱
油箱主要用来储存液压油,此外还可以起到散热、使渗入油液中的空气逸出以及使油中的污物沉淀等作用。
有些设备直接用床身兼作油箱(如磨床)。
但是,当油温变化时容易引起床身的热变形,影响设备的精度。
目前已普遍采用设置单独油箱,而油箱又分为开式和闭式两种。
开式油箱的结构示意图如图4-16所示。
油箱常用钢板焊接而成,为了便于清洗,盖板5一般做成可拆开。
为了便于排净存油,底板应有适当的倾斜度。
为了便于通风散热,油箱底部应有底脚,一般底板与地面间留有150~2O0mm的距离。
应使杂质主要沉淀在回油区一侧。
隔板高度为箱内最低液面高度的3/4左右,它的底部应开出若干孔道,使清洗油箱比较方便。
吸油管4的管口离油箱底部的距离不应小于管径的两倍,以防将沉淀在箱底的脏物吸入;但也不宜太大,以免将液面上的泡沫吸入或生成旋涡而吸入空气。
管口应切成45˚角。
以增加吸油口的面积。
过滤器7通常为粗过滤器,以减小吸油的阻力。
回油管9应插入液面下,以免回油冲击液面产生气泡,但也不宜太低。
管口也应切成45˚角,且面向箱璧,以提高散热效率。
此外,油箱加油口10应装有空气过滤器,以防脏物进人箱内。
油标12设在油箱的壁板上,以随时观察箱内的存油量。
油箱的内、外表面应涂上导热性能良好的防锈和耐油涂料。
闭式油箱在结构上要求严密封闭,与外部大气不相通,箱内通入压缩空气,所以又称充压油箱。
泵的进口压力为正值,这样可以提高泵的吸油性能,防止产生空穴现象,但需要附设专用的气源装置,因此使用不够普遍。
第六节液压泵站
随着各工业部门机械化、自动化程度日益提高,对液压技术提出了更高的要求,为了满足日益发展的数控机床、机床自动生产线、航空、船舶、军工等生产的需要,液压泵站产品应运而生。
液压泵站由泵组、油箱组件、滤油器组件、控温组件及蓄能器组件等组合而成。
它是液压系统的动力源,可按机械设备工况需要的压力、流量和清洁度,提供工作介质。
目前液压泵站产品尚未标准化,为获得一套性能良好的液压系统,建议委托液压专业设计厂设计、制造。
一些研究单位和专业厂开发了BJHD系列、AB-C系列、UZ系列和UP系列产品,还有适用于中低压系统的YZ系列及EZ系列等产品均可供使用者选用。
规模小的单机型液压泵站,通常将液压控制阀安装在油箱面板之上或集成在油路块上,再安装在油箱之上。
中等规模的机组型液压泵站则将控制阀安装于一个或几个阀台(架)上,阀台设置在被控设备(机构)附近。
大规模的中央型液压泵站,往往设置在地下室内,可以对组成的各液压系统进行集中管理。
小结
1)辅助元件包括:
管件、过滤器、蓄能器、油箱、压力表和压力表开关等。
2)蓄能器是液压系统中的储能元件,它能储存一定量的压力油,并在需要时迅速地释放出来,供系统使用。
3)过滤器按过滤精度不同,分为粗、普通、精和特精过滤器。
按滤芯材料和结构型式的不同,可分为网式、线隙式、纸芯式、烧结式等几种。
4)管件包括油管和管接头。
液压系统用油管输送工作介质,用管接头将油管和油管或油管与液压元件连接起来。
5)油箱的主要功用是:
储存油液,散发油液中的热量,分离油液中的气体和沉淀污物。
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