12.5 液压辅助元件 3．油管和管接头 1）油管 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。固定元件间的油管常用钢管和铜管连接，有相对运动的元件之间一般采用软管连接。 2）管接头 如图为管接头外观图。 管接头用于油管与油管、油管与液压元件间的连接。管接头形式很多。 管接头 12.5 液压辅助元件 4．油箱 油箱的用途是储油、散热、沉淀油液中的杂质及逸出渗入油液中的空气。在机床液压系统中，可以利用床身或底座内的空间作油箱，使机床结构比较紧凑，并容易回收机床漏油，但油温变化时容易引起机床的热变形，液压泵装置的振动也会影响机床的工作性能。所以，精密机床多采用单独油箱。如图所示为液压泵卧式安置的油箱。 12.3 液压动力元件 12.3.1液压泵的分类 1. 按液压泵输出的流量能否调节分类 （1）定量液压泵 液压泵输出的流量不能调节，即单位时间内输出的液体体积是一定的。 （2）变量液压泵 液压泵输出的流量可以调节，即根据系统的需要，泵输出不同的流量。 12.3 液压动力元件 12.3.1液压泵的分类 2. 按液压泵输油方向能否改变分类 （1）单向液压泵 液压泵吸油口和出油口不能调换。 （2）双向液压泵 液压泵吸油口和出油口能调换。 12.3 液压动力元件 12.3.1液压泵的分类 3. 按液压泵结构分类 （1）旋转式液压泵 齿轮泵、叶片泵、柱塞泵、螺杆泵等。 （2）往复式液压泵 12.3 液压动力元件 12.3.1液压泵的分类 4. 按液压泵的压力分类 12.3 液压动力元件 12.3.2液压泵工作原理 图所示为一个简单的单柱塞泵的结构示意图，下面以它为例说明液压泵的基本工作原理。 液压泵工作原理图 1一偏心轮2一柱塞3一泵体 4一弹簧5、6一单向阀 12.3 液压动力元件 12.3.2液压泵工作原理 当偏心轮转动时，柱塞受偏心轮驱动力和弹簧力的作用分别作左右运动。当柱塞向右运动时，其左端和泵体间的密封容积增大，形成局部真空，油箱中的油液在大气压的作用下通过单向阀5进入泵体内，单向阀6封住出油口，防止系统中的油液回流，此时液压泵完成吸油过程。 当柱塞向左运动时，密封容积减小，单向阀5封住吸油口，防止油液流回油箱，于是泵体内的油液受到挤压，便经单向阀6进入系统，此时液压泵完成压油过程。若偏心轮不停地转动，泵体就不断地吸油和压油。 12.3 液压动力元件 12.3.2液压泵工作原理 当偏心轮转动时，柱塞受偏心轮驱动力和弹簧力的作用分别作左右运动。当柱塞向右运动时，其左端和泵体间的密封容积增大，形成局部真空，油箱中的油液在大气压的作用下通过单向阀5进入泵体内，单向阀6封住出油口，防止系统中的油液回流，此时液压泵完成吸油过程。 当柱塞向左运动时，密封容积减小，单向阀5封住吸油口，防止油液流回油箱，于是泵体内的油液受到挤压，便经单向阀6进入系统，此时液压泵完成压油过程。若偏心轮不停地转动，泵体就不断地吸油和压油。 12.3 液压动力元件 12.3.2液压泵工作原理 由上述可知，液压泵是通过密封容积的变化来进行吸油和压油的。利用这种原理做成的液压泵称为容积式泵。机械设备中一般均采用这种泵。 容积式泵主要具有以下基本特点： （1）具有若干个密封且又可以周期性变化的空间。液压泵的输出流量与此空间的容积变化量和单位时间内的变化次数成正比，与其他因数无关。 （2）油箱内液体的绝对压力必须恒等于或大于大气压力，这是容积式液压泵能够吸入油液的外部条件。为保证液压泵正常吸油，油箱必须与大气相通，或采用密闭的冲压油箱。 （3）具有相应的配流机构。配流机构可以将液压泵的吸油腔和排液腔隔开，保证液压泵有规律地连续吸排液体。不同结构的液压泵，其配流机构也不相同。 12.3 液压动力元件 12.3.3液压泵及图形符号 齿轮泵有外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵两种结构形式。外啮合齿轮泵结构简单，成本低，抗污及自吸性好，因此广泛应用于低压系统。 外啮合齿轮泵工作原理图如图所示。 1．齿轮泵 外啮合齿轮泵工作原理图 齿轮泵是一种容积式回转泵。当一对啮合齿轮中的主动齿轮由电动机带动旋转时，从动齿轮与主动齿轮啮合而转动。在A腔，由于轮齿不断脱开啮合使容积逐渐增大，形成局部真空，从油箱吸油，随着齿轮的旋转，充满在齿槽内的油被带到B腔，B腔中由于轮齿不断进入啮合，容积逐渐减小，把油排出。 12.3 液压动力元件 12.3.3液压泵及图形符号 根据工作方式的不同，叶片泵分为单作用式叶片泵和双作用式叶片泵两种。单作用式叶片泵一般为变量泵，双作用式叶片泵一般为定量泵。双作用式叶片泵工作原理图如图所示。 2．叶片泵 双作用式叶片泵工作原理图 双作用式叶片泵的工作原理：转子旋转时，叶片在离心力和压力油的作用下，尖部紧贴在定子内表面上。这样，两个叶片与转子和定子内表面所构成的工作容积先由小到大吸油，再由大到小排油，叶片旋转一周时，完成两次吸油和两次排油。 12.3 液压动力元件 12.3.3液压泵及图形符号 按照柱塞排列方向的不同，柱塞泵分为径向柱塞泵和轴向柱塞泵两种。由于径向柱塞泵的结构特点使其应用受到限制，已逐渐被轴向柱塞泵所代替。轴向柱塞泵工作原理图如图所示。 3．柱塞泵 轴向柱塞泵工作原理图 1一配流盘2一缸体 3—柱塞4一斜盘 轴向柱塞泵是利用与传动轴平行的柱塞在柱塞孔内往复运动所产生的容积变化来进行工作的。柱塞泵由缸体与柱塞构成，柱塞在缸体内作往复运动，在工作容积增大时吸油，在工作容积减小时排油。 12.3 液压动力元件 12.3.3液压泵及图形符号 螺杆泵主要有转子式容积泵和回转式容积泵两种。按螺杆数不同，又有单螺杆泵、双螺杆泵和三螺杆泵之分。单螺杆泵结构如图所示。 4．螺杆泵 单螺杆泵结构 12.3 液压动力元件 12.3.3液压泵及图形符号 螺杆泵的主要工作部件是偏心螺旋体的螺杆(称转子)和内表面呈双线螺旋面的螺杆衬套(称定子)。其工作原理图如图所示。当电动机带动泵轴转动时，螺杆一方面绕本身的轴线旋转，另一方面它又沿衬套内表面滚动，于是形成泵的密封腔室。螺杆每转一周，密封腔内的液体向前推进一个螺距，随着螺杆的连续转动，液体以螺旋形方式从一个密封腔压向另一个密封腔，最后挤出泵体。 螺杆泵工作原理图 12.3 液压动力元件 12.3.3液压泵及图形符号 5．液压泵的图形符号 12.4 液压执行元件 12.4.1液压缸典型结构 1．活塞式液压缸 1) 双杆活塞式液压缸 活塞上所固定的活塞杆从液压缸体两侧伸出的液压缸，称为双杆活塞式液压缸。 如图所示为双杆活塞式液压缸，它是双作用式液压缸，由缸体、活塞和两根活塞杆组成，活塞两侧都可以被加压。这种液压缸的安装方式有两种：缸体固定(如图所示，活塞杆带动工作台移动)和活塞杆固定(如图所示，缸体带动工作台移动)。 12.4 液压执行元件 12.4.1液压缸典型结构 双杆活塞式液压缸的工作特点如下： （1）双作用双活塞杆式液压缸两腔的活塞杆直径d和活塞有效作用面积A通常是相等的。因此，当左、右两腔相继进入压力油时，若流量q及压力p相等，则活塞(或缸体)往复运动的速度(v1与v2)及两个方向的液压推力(F1与F2)相等。 （2）采用缸体固定的双作用双活塞杆式液压缸，其工作台往复运动范围为活塞有效行程的3倍，占地面积较大，常用于小型设备。 采用活塞杆固定的双作用双活塞杆式液压缸，其工作台往复运动范围为活塞有效行程的2倍，占地面积较小，常用于大中型设备。 12.4 液压执行元件 12.4.1液压缸典型结构 双作用单活塞杆式液压缸也有两种安装方式：缸体固定(活塞杆带动工作台移动)和活塞杆固定(缸体带动工作台移动)，如图所示。 双作用单活塞杆式液压缸的安装方式 12.4 液压执行元件 12.4.1液压缸典型结构 双作用单活塞杆式液压缸的工作特点如下： （1）工作台往复运动速度不相等 以上图a为例，设活塞与活塞杆的直径分别为D和d。当压力油输入无杆腔，工作台向有杆腔方向(右)运动时，其速度为v1，则有： 当压力油输入有杆腔，工作台向无杆腔方向(左)运动时，其速度为v2，则有： 12.4 液压执行元件 12.4.1液压缸典型结构 （2）活塞两方向的作用力不相等 当压力油输入无杆腔时，油液对活塞的作用力(克服较大的外负载)为F1，则有： 当压力油输入有杆腔时，油液对活塞的作用力(克服摩擦力的作用)为F2，则有： 因为F1 F2，v1＜v2，所以双作用单活塞杆式液压缸在工作中，当无杆腔进油时，带动工作台做慢速工作进给运动，用于克服较大外负载的作用；当有杆腔进油时，工作台快速运动时，活塞获得的推力小。 12.4 液压执行元件 12.4.1液压缸典型结构 （3）可作差动连接 当压力油同时进入液压缸的左、右腔时(如图)，由于活塞两端的有效面积不等，作用于活塞两端的液压力也不等(F1F2)，新产生的推力等于活塞两侧液压力的差值，即F3=F1-F2，在此推力F3的作用下，活塞产生差动运动，获得速度v3，工作台向有杆腔方向(右)运动。这时，液压缸有杆腔排出的油液进入液压缸无杆腔，无杆腔得到的总流量增加，有： 差动缸 12.4 液压执行元件 12.4.1液压缸典型结构 12.4 液压执行元件 12.4.1液压缸典型结构 2. 液压缸的类型及图形符号 常见液压缸可按结构形式特点和作用方式进行分类见表。 12.4 液压执行元件 12.4.2液压缸的密封、缓冲及排气 1．液压缸的密封 液压缸及其他液压元件，凡是容易泄漏的地方，都应该采取密封措施。对于液压系统的执行元件，液压缸密封性能的好坏直接影响其工作性能和效率，因此要求液压缸所选用的密封元件，应在一定的压力下具有良好的密封性能，使泄漏不至于因压力升高而显著增加。 液压缸常用的密封方法有间隙密封和密封圈密封。 12.4 液压执行元件 12.4.2液压缸的密封、缓冲及排气 1）间隙密封 间隙密封是依靠运动件之间很小的配合间隙来保证密封的，见图所示。这种密封摩擦力小，内泄漏量大，密封性能差且加工精度要求高，只适用于低压、运动速度较快的场合。 间隙密封 12.4 液压执行元件 12.4.2液压缸的密封、缓冲及排气 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(图)。 12.4 液压执行元件 12.4.2液压缸的密封、缓冲及排气 密封圈通常用耐油橡胶压制而成，它通过本身的受压弹性变形来实现密封。橡胶密封圈的断面通常做成O形、Y形和V形(如图)。 O形密封圈 Y形密封圈 V形密封圈 12.4 液压执行元件 12.4.2液压缸的密封、缓冲及排气 Y形密封圈和V形密封圈在压力油的作用下，其唇边张开，紧贴在密封表面上。油压越大，密封性能越好，但使用时要注意安装方向，使其在压力油的作用下能张开。 12.4 液压执行元件 12.4.2液压缸的密封、缓冲及排气 2．液压缸的缓冲 液压缸的缓冲结构(如图)是为了防止活塞在行程终了时，由于惯性力的作用与端盖发生撞击，影响设备的使用寿命。特别是当液压缸驱动重负荷或运动速度较大时，液压缸的缓冲就显得特别重要。液压缸缓冲的原理是当活塞将要达到行程终点、接近端盖时，增大回油阻力，以降低活塞的运动速度，从而减小和避免对活塞的撞击。 12.4 液压执行元件 12.4.2液压缸的密封、缓冲及排气 3．液压缸的排气 液压系统中的油液如果混有空气将会严重地影响工作部件的平稳性，为了便于排除积留在液压缸内的空气，油液最好从液压缸的最高点进入，使空气随油液排往油箱，再从油面逸出。对运动平稳性要求较高的液压缸，常在两端最高位置处装有排气塞(如图)。工作前拧开排气塞，使活塞全行程空载往返数次，空气即可通过排气塞排出。空气排净后，需把排气塞拧紧，再进行工作。 排气塞 12.5 液压辅助元件 1．过滤器 在液压系统中，保持油的清洁是十分重要的，油中的脏物会造成运动零件划伤、磨损，甚至卡死，还会堵塞阀和管道小孔，影响系统的工作性能并造成故障，因此，需用过滤器对油液进行过滤。常用的过滤器有网式过滤器、线隙式过滤器、纸芯式过滤器和磁性过滤器等，如图所示。 过滤器图形符号 过滤器可以安装在液压泵的吸油管路上或液压泵的输出管路上以及重要元件的前面。在通常情况下，泵的吸油口装粗过滤器，泵的输出管路上与重要元件之前装精过滤器。 12.5 液压辅助元件 2．蓄能器 蓄能器是储存压力油的一种容器，如图所示。它在系统中的主要作用是可以在短时间内供应大量压力油，补偿泄漏以保持系统压力，消除压力脉动与缓和液压冲击等。 蓄能器 12.5 液压辅助元件 图所示为蓄能器的一种应用实例。在液压缸停止工作时，泵输出的压力油进入蓄能器，将压力能储存起来。液压缸动作时蓄能器与泵同时供油，使液压缸得到快速运动。 蓄能器应用实例 新世纪高职高专 机电类课程规划教材 大连理工大学出版社 新世纪高职高专 机电类课程规划教材 大连理工大学出版社 下一页 上一页 目 录 液压传动的基础知识及液压元件 液压传动的基本原理及组成 液压传动系统的压力与流量 液压动力元件 液压执行元件 液压辅助元件 项目十二 液压传动的基础知识及液压元件 在更换汽车轮胎时经常使用液压千斤顶支撑车体? 那么液压千斤顶是如何工作的？组成有哪些？ 12.１ 液压传动的基本原理及组成 12.1.1液压传动的基本原理 液压千斤顶工作原理图 如图所示为常见的液压千斤顶工作原理图。大小油腔的内部分别装有大活塞和小活塞，活塞与缸体之间保持一种良好的配合关系，不仅活塞能在缸体内滑动，而且配合面之间也能实现可靠的密封。液压千斤顶的工作过程如下： 1-杠杆手柄 2-泵体(油腔) 3-排油单向阀 4-吸油单向阀 5-油箱6、7、9、10-油管8-放油阀 11-液压缸(油腔) 12-重物 12.１ 液压传动的基本原理及组成 12.1.1液压传动的基本原理 液压千斤顶吸油过程 当用手向上提起杠杆手柄1时，小活塞就被带动上行，泵体2中的密封工作容积便增大。这时，由于排油单向阀3和放油阀8分别关闭了它们各自所在的油路，所以在泵体2中的工作容积扩大形成了部分真空。在大气压的作用下，油箱中的油液经油管打开吸油单向阀4并流人泵体2中，完成一次吸油动作，如图所示。 单向阀保证通过阀的液流只向一个方向流动而不能反向流动。 1．吸油过程 12.１ 液压传动的基本原理及组成 12.1.1液压传动的基本原理 液压千斤顶压油过程 当压下杠杆手柄1时，带动小活塞下移，泵体2中的小油腔工作容积减小，便把其中的油液挤出，推开排油单向阀3(此时吸油单向阀4自动关闭了通往油箱的油路)，油液便经油管进入液压缸(油腔)11，由于液压缸11也是一个密封的工作容积，所以进入的油液因受挤压而产生的作用力就会推动大活塞上升，并将重物顶起做功，如图所示。反复提、压杠杆手柄，就可以使重物不断上升，达到起升的目的。 2．压油和重物举升过程 12.１ 液压传动的基本原理及组成 12.1.1液压传动的基本原理 重物落下过程 需要大活塞向下返回时，将放油阀8开启(旋转900)，则重物在自重的作用下，液压缸11中的油液流回油箱5，大活塞就下降到原位，如图所示。 3．重物落下过程 液压千斤顶是一个简单的液压传动装置，从其工作过程可以得出，液压传动的工作原理是：以油液作为工作介质，通过密封容积的变化来传递运动，通过油液内部的压力来传递动力。液压传动装置实质上是一种能量转换装置，它先将机械能转换为便于输送的液压能，随后再将液压能转换为机械能做功。 12.１ 液压传动的基本原理及组成 12.1.2液压传动系统的组成 通过以上分析可知液压传动系统的组成有： 1．动力部分 如图12.1中的元件1、2、3、4组成的系统称为液压泵，其作用将机械能转换为液压能，即将油液从油箱中吸入，然后放出。 2．执行部分 如图12.1中的元件11形成的液压缸，将压力能转换为机械能。 3．控制部分 如图12.1中的元件8控制液体的流动，称为控制阀。控制阀有压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀。 4．辅助部分 图12.1中的其余部分，如油箱、管路、接头、储油器、过滤器等。 5．传动介质 主要是指传递能量的液体介质，即各种液压油。 12.１ 液压传动的基本原理及组成 12.1.3液压传动系统图及图形符号 图液压千斤顶工作原理所示的工作原理图，它有直观性强、容易理解的优点，但图形比较复杂，绘制比较麻烦。为了简化原理图的绘制，国家标准规定系统中各元件用图形符号表示。对于这些图形符号有以下几条基本规定。 (1) 符号只表示元件的职能，连接系统的通路，不表示元件的具体结构和参数，也不表示元件在机器中的实际安装位置。 (2) 元件符号内的油液流动方向用箭头表示，线段两端都有箭头的，表示流动方向可逆。 (3) 符号均以元件的静止位置或中间零位置表示，当系统的动作另有说明时，可作例外。 12.１ 液压传动的基本原理及组成 12.1.3液压传动系统图及图形符号 如图所示为用液压系统图图形符号绘制的工作原理图。使用这些图形符号可使液压系统图简单明了，且便于绘图。 12.１ 液压传动的基本原理及组成 12.1.4液压传动的特点 液压传动之所以能得到广泛的应用，是由于它具有以下优点： (1) 由于液压传动是油管连接，所以借助油管的连接可以方便灵活地布置传动机构，这是比机械传动优越的地方。例如，在井下抽取石油的泵可采用液压传动来驱动，以克服长驱动轴效率低的缺点。由于液压缸的推力很大，又加之极易布置，在挖掘机等重型工程机械上，已基本取代了老式的机械传动，不仅操作方便，而且外形美观大方。 (2) 液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小。例如，相同功率液压马达的体积为电动机的12%～13%。液压泵和液压马达单位功率的重量指标，目前是发电机和电动机的十分之一，液压泵和液压马达可小至0.0025N/W(牛/瓦),发电机和电动机则约为0.03N/W。 12.１ 液压传动的基本原理及组成 12.1.4液压传动的特点 (3) 可在大范围内实现无级调速。借助阀或变量泵、变量马达，可以实现无级调速，调速范围可达1∶2000，并可在液压装置运行的过程中进行调速。 (4) 传递运动均匀平稳，负载变化时速度较稳定。正因为此特点，金属切削机床中的磨床传动现在几乎都采用液压传动。 (5) 液压装置易于实现过载保护——借助于设置溢流阀等，同时液压件能自行润滑，因此使用寿命长。 (6) 液压传动容易实现自动化——借助于各种控制阀，特别是采用液压控制和电气控制结合使用时，能很容易地实现复杂的自动工作循环，而且可以实现遥控。 (7) 液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，便于设计、制造和推广使用。 12.１ 液压传动的基本原理及组成 12.1.4液压传动的特点 液压传动的缺点： (1) 液压系统中的漏油等因素，影响运动的平稳性和正确性，使得液压传动不能保证严格的传动比。 (2) 液压传动对油温的变化比较敏感，温度变化时，液体粘性变化，引起运动特性的变化，使得工作的稳定性受到影响，所以它不宜在温度变化很大的环境条件下工作。 (3) 为了减少泄漏，以及为了满足某些性能上的要求，液压元件的配合件制造精度要求较高，加工工艺较复杂。 (4) 液压传动要求有单独的能源，不像电源那样使用方便。 (5) 液压系统发生故障不易检查和排除。 总之，液压传动的优点是主要的，随着设计制造和使用水平的不断提高，有些缺点正在逐步加以克服，液压传动有着广泛的发展前景。 12.２ 液压传动系统的压力与流量 12.2.1压力的形成及传递 1．液压系统压力的形成 液体的压力是由液体的自重和液体表面受到的外力两部分组成。如图所示为由液压泵的出油腔、液压缸左腔以及连接管道组成的一个密封容积。液压泵启动后，将油箱中的油液吸人并推人到这个密封容积中，但活塞因受到负载F的作用而阻碍这个密封容积的扩大，于是其中的油液受到压缩，压力就升高。当压力升高到能克服负载F时，活塞才能被压力油所推动。由此可见， 液压系统中油液的压力是由于油液的前面受负载阻力的阻挡，后面受液压泵输出油液的不断推动而处于一种“前阻后推”的状态下产生的，而压力的大小取决于负载。液体的自重也能产生压力，但一般较小，通常情况下可忽略不计。 12.２ 液压传动系统的压力与流量 12.2.1压力的形成及传递 2．液压系统及元件的公称压力 液压系统及元件在正常工作条件下，按实验标准连续运转的最高工作压力称为额定压力。超过此值，液压系统便过载。液压系统必须在额定压力以下工作。额定压力是液压元件的基本参数之一。 12.２ 液压传动系统的压力与流量 12.2.2流量和流速 1．流量 单位时间内流过管道某一截面的液体体积称为流量。若在时间t内流过的液体体积为V，则流量q为： 流量和平均流速是描述液体流动的两个主要参数。 流量的国际单位为m3／s，实际上常用单位还有L／min或mL／s。换算公式为： 12.２ 液压传动系统的压力与流量 12.2.2流量和流速 2．流速 流速是指流动液体内的质点在单位时间内流过的距离，以v表示，单位为m／s。由于液体具有粘性，所以在管道中流动时，由于管壁与液体之间的摩擦，在同一截面上各点的实际流速不相等。越接近管道中心，液体流速越高，越接近管壁其流速越低。在一般情况下，所说的液体在管道中的流速均指平均流速。 液体流量q、流速v以及液体流通截面积A的关系为 q= Av 12.２ 液压传动系统的压力与流量 12.2.2流量和流速 3．液流的连续性 液体的可压缩性很小，在一般情况下，可作为理想液体。理想液体在无分支管路中稳定流动时，通过每一截面的流量相等，称为液流连续性原理，如图所示。即： v1 A1 = v2 A2 式中 A1、A2—分别为截面1、2的面积，m2； v1、v2—分别为液体流经截面1、2时的平均流速，m／s。 液流连续性原理 12.２ 液压传动系统的压力与流量 12.2.2流量和流速 3．液流的连续性 根据流动液体连续性原理可知： （1）液体流过一定截面时，流量越大，流速则越高。 （2）液体流过不同的截面时，在流量不变的情况下，截面越大，流速越小。 液流连续性原理 新世纪高职高专 机电类课程规划教材 大连理工大学出版社 新世纪高职高专 机电类课程规划教材 大连理工大学出版社 下一页 上一页 目 录

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