第五章液压系统的执行装置
第五章 液压系统的执行元件
液压缸的设计内容和步骤 (1)选择液压缸的类型和各部分结构形式。 (2)确定液压缸的工作参数和结构尺寸。 (3)结构强度、刚度的计算和校核。 (4)导向、密封、防尘、排气和缓冲等装置的设计。 (5)绘制装配图、零件图、编写设计说明书。
液压缸的典型结构——拉杆液压缸结构
缸体组件
活塞组件
密封装置
要求液压缸所选用的密封元件，在工作压力下具有良好 的密封性能。并且，密封性能应随着压力升高而自动提高， 使泄漏不致因压力升高而显著增加。
液压缸常用的密封方法：
间隙密封 密封元件的密封 间隙密封
缓冲结构示例
排气装置
5.3 液压缸的设计与计算
2.齿条活塞缸
由两个活塞缸和一套齿条传动 装置组成的复合式缸。
齿轮齿条传动装置将活塞的移 动变成齿轮的传动，用于实现工 作部件的往复摆动或间歇进给运 动。
用在机床的进刀机构、回转工 作台转位、分度装置、液压机械 手等。
3.增压缸
增压缸能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。但它不是能量转换装置， 只是一个增压器件。 不计摩擦力，根据力平衡关系，可有如下等式：
液压缸主要尺寸的确定
1、工作压力的选取
根据液压缸的实际工况，计算出外负载大小， 然后参考下表选取适当的工作力。
液压缸工作压力的确定
负载
缸工作压力
0～0.7
70～140
140 ～250
>250
机械基础(第四版)课件第五章 液压传动
按油压作用形式分为单作用式和双作用式液压缸。
2．液压缸的类型及图形符号
3.液压缸的密封装置
液压缸的密封装置是用来防止油液的泄露，其对液压 缸的工作性能和效率有直接的影响，因而要求密封装置有 良好的密封性能，摩擦阻力小，制造简单，拆装方便，成 本低且寿命长。
外啮合齿轮泵 内啮合齿轮泵
叶片泵 柱塞泵
外啮合齿轮泵结构简单，成本低， 抗污及自吸性好，广泛应用于低 压系统
内啮合齿轮泵结构紧凑，工作容 积大，转速高，噪声小，但流量 脉动大，可以用于中低压场合
叶片泵流量均匀，运转平稳，结 构紧凑，噪声小，但结构复杂， 吸入性能差，对工作油液的污染 较敏感。主要用于对速度平稳性 要求较高的中低压系统
3.活塞运动速度与流量的关系
§5-2 液压元件
一、液压泵
1.液压泵的工作原理
液压泵靠密封容积的变化来实现吸油和压油，其 输出流量的多少取决于密封工作容积变化的大小。
液压泵的工作原理图
2.液压泵正常工作的条件
（1）应具备密封容积，而且密封容积能够交替变化； （2）应有配流装置，以使在任何时候其吸油腔和压 油腔都不能互通（如止回阀）； （3）在吸油过程中，油箱必须和大气相通。
根据阀芯控制的方式，换向阀分为手动、机动、 电动、液动和电液动等类型。
2.压力阀
压力阀用来控制液压系统的压力，或利用系统中压力的变化 来控制某些液压组件的动作。压力阀的种类很多，这里只介绍溢 流阀和减压阀。
（1）溢流阀
溢流阀可分为直动式溢流阀和先导式溢流阀。
（2）减压阀 减压阀在液压系统中的作用主要有：降低系统某一支 路的油液压力，使同一系统有两个或多个不同压力。根据 结构和工作原理不同，减压阀可分为直动式减压阀和先导 式减压阀两种。
第五章 液压控制阀(方向阀)
二、液压阀的基本共同点及要求
尽管各类液压控制阀的功能和作用不同，
但结构和原理上均具有以下共同点： 1）在结构上都有阀体、阀芯、和操纵机构 组成； 2）在原理上都是依靠阀的启闭来限制、改 变液体的流动或停止，从而实现对系统的 控制和调节作用； 3）只要液体经过阀孔流动，均会产生压力 降低和温度升高等现象，通过阀孔的流量 与通流截面积及阀孔前后压力差有关，即 符合液体流经小孔的流量公式；
第二节 方向控制阀
方向控制阀用以控制液压系统中油液流动的方向或液流 的通与断，可分为单向阀和换向阀两类。 A B 一、单向阀 单向阀有普通单向阀和液控单向阀两种。 单向阀的职能符号 1、普通单向阀 普通单向阀通常简称单向阀，又叫止回阀或逆止阀，只 允许油液正向流动，不允许倒流。
高、中、低压单向阀的工作原理完全一样，
图4-5 双向液压锁结构图 1-弹簧，2-阀芯，3-阀座，4-控制活塞
当压力油从A口流入，对于左侧液控单向阀为正 向流动，同时液压力作用于控制活塞使之向右移 动并推开右侧液控单向阀的阀芯，允许液体反方 向从D口→B口流动；同理，当压力油从B口流入 时，左侧液控单向阀同样允许液体反向流动；当 A口和B口都不通压力油时，相当于两个液压控 单向阀的控制压力同时消失，液控单向阀此时从 功能上等同于普通单向阀，这时无论C口还是D 口的油液存在压力而试图反方向流动都是不允许 的，且阀口的锥形面密封良好，这样与C口和D 口相连接的执行元件的两个容腔被封闭，由于液 体不可压缩，执行元件在正常情况（无泄漏）下 即使受外负载力的作用也可停留在规定的位置上。
2、用箭头符号“↑”表示指向的两油口相
通，但不一定表示液流的实际方向；用截 止符号“⊥”表示相应油口在阀内被封闭。
第五章--液压压力控制阀和压力控制回路
第五章液压压力控制阀和压力控制回路一、填空题1、在液压系统中，控制或利用压力的变化来实现某种动作的阀称为压力控制阀。
这类阀的共同点是利用作用在阀芯上的液压力和弹簧力相的原理来工作的。
按用途不同，可分、、和压力继电器等。
2、根据溢流阀在液压系统中所起的作用，溢流阀可作、、和背压阀使用。
3、先导式溢流阀是由和两部分组成，前者控制，后者控制。
4、减压阀主要用来液压系统中某一分支油路的压力，使之低于液压泵的供油压力，以满足执行机构的需要，并保持基本恒定。
减压阀也有式减压阀和式减压阀两类，式减压阀应用较多。
5、减压阀在油路、油路、润滑油路中应用较多。
6、阀是利用系统压力变化来控制油路的通断，以实现各执行元件按先后顺序动作的压力阀。
7、压力继电器是一种将油液的信号转换成信号的电液控制元件。
二、判断题（）1、溢流阀通常接在液压泵出口的油路上，它的进口压力即系统压力。
（）2、溢流阀用作系统的限压保护、防止过载的场合,在系统正常工作时,该阀处于常闭状态。
（）3、压力控制阀基本特点都是利用油液的压力和弹簧力相平衡的原理来进行工作的。
（）4、液压传动系统中常用的压力控制阀是单向阀。
（）5、溢流阀在系统中作安全阀调定的压力比作调压阀调定的压力大。
（）6、减压阀的主要作用是使阀的出口压力低于进口压力且保证进口压力稳定。
（）7、利用远程调压阀的远程调压回路中，只有在溢流阀的调定压力高于远程调压阀的调定压力时，远程调压阀才能起调压作用。
三、选择题1、溢流阀的作用是配合泵等，溢出系统中的多余的油液，使系统保持一定的（）。
A、压力 B. 流量 C. 流向 D.清洁度2、要降低液压系统中某一部分的压力时，一般系统中要配置（）。
Ａ．溢流阀Ｂ．减压阀Ｃ．节流阀Ｄ．单向阀3、（）是用来控制液压系统中各元件动作的先后顺序的。
Ａ、顺序阀Ｂ、节流阀Ｃ、换向阀4、在常态下，溢流阀（）、减压阀（）、顺序阀（）A、常开B、常闭5、压力控制回路包括（）。
第五章 液压控制阀.
2 偏心槽式节流口
3
轴向三角槽式节流 口
4 周向缝隙式节流口
5 轴向缝隙式节流口
特点
结构简单，针阀作轴向移动，但水力半径小，易 堵塞，受油温影响较大，流量稳定性差，适用于 对节流性能要求不高的系统
在阀芯上开有截面为三角槽的周向偏心槽，通过 转动阀芯改变通流面积。流量稳定性较好，但在 阀芯上有径向不平衡力，使阀芯转动费力，易堵 塞。一般用于低压、大流量和对流量稳定性要求 不高的系统中
四口全封闭，液压泵不卸荷，液压缸闭锁，可用于多个换向阀的 并联工作。液压缸充满油，从静止到启动平稳；制动时运动惯性 引起液压冲击较大；换向位置精度高
四口全接通，泵卸荷，液压缸处于浮动状态，在外力作用下可移 动。液压缸从静止到启动有冲击；制动比O型平稳；换向位置变动 大
P口封闭，A、B、T三口相通，泵不卸荷，液压缸浮动，在外力作 用下可移动。液压缸从静止到启动有冲击；制动性能介于O型和H 型之间
第五章 液压控制阀
第一节 方向控制阀 第二节 压力控制阀 第三节 流量控制阀 第四节 其它类型的液压控制阀
液压控制阀
在液压系统中，为保证执行机构能按设计要求安全可靠地 工作，必须对液压系统中的油液的方向、流量和压力上进 行控制，这些实施控制的元件称液压控制阀。
按用途分为： 方向阀、流量控制阀和压力控制阀三类。
P2口压力很高为减小控制压力， 可采用带卸荷阀芯的液控单向阀， 反向开启控制压力小，最小控制 压力0.05p2
1-控制活塞；2-推杆；3-锥阀；4弹簧座；5-弹簧；6-卸荷阀芯。
2.液控单向阀
液控单向阀具有良好的单向 密封性能，常用于执行元件 需要长时间保压、锁紧的情 况，也用于防止立式液压缸 在自重作用下下滑等。
液压传动与控制 课后题及详解答案
《液压传动与控制》习题集液压传动课程组兰州工专内部使用前言《液压传动与控制》教材由兰州工业高等专科学校、云南工学院、新疆工学院、陕西工学院四所院校编写，于1994年6月由重庆大学出版社出版。
阅历十余年，液压传动的内容发展很快，所以修订后再出版。
为有利于教学，编了该教材的思考题与习题集，仅供参考。
编者2005年月目录绪论 (4)第一章工作介质及液压流体力学基础 (4)第二章液压泵及液压马达 (7)第三章液压缸 (9)第四章控制阀 (10)第五章液压辅件 (13)第六章液压基本回路 (14)第七章典型液压系统分析 (19)第八章液压系统的设计与计算 (20)第九章液压伺服控制系统 (20)第十章液压系统（设备）的安装、调试、使用及维护 (21)第十一章液压系统的故障诊断及排除 (21)绪论0-1 何谓液压传动？其基本工作原理是怎样的?0-2 结合图0-2所示的液压系统图，说明液压系统由哪几部分组成?各起什么作用? 0-3 液压元件在系统图中是怎样表示的?0-4 液压传动与机械传动、电气传动和气压传动相比较，有哪些优缺点?第一章 工作介质及液压流体力学基础1-1什么是液体的粘性?常用的粘度表示方法有哪几种，并分别叙述其粘度单位。
1-2压力的定义是什么?静压力有哪些特性?压力是如何传递的?1-3什么是绝对压力、相对压力、表压力、真空度?它们之间的关系是什么? 1-4为什么说液压系统的工作压力决定于外负载?液压缸有效面积一定时，其活塞运动速度由什么来决定?1-5伯努利方程的物理意义是什么?该方程的理论式与实际式有何区别?1-6什么是层流?什么是紊流?液压系统中液体的流动希望保持层流状态，为什么? 1-7管路中的压力损失有哪几种?分别受哪些因素影响?1-8有200cm 3的液压油，在50℃时流过恩氏粘度计的时间t 1=153s ；同体积的蒸馏水在20℃时流过的时间t 2＝51s 。
该油的恩氏粘度o E 50、运动粘度v 、动力粘度μ各为多少 ? 油液的新、旧牌号各为什么?解：3511532150==t t E ＝()c s t E E v 12.213/64.830.8/64.80.85050=-⨯=-=()cp v 19109001012.2136=⨯⨯⨯=⋅=-ρμ旧牌号 20 ；新牌号 N321-9某液压油的运动粘度为20cSt ，其密度ρ = 900kg ／m 3，求其动力粘度和恩氏粘度各为多少?解：()cp v 1810900102036=⨯⨯⨯=⋅=-ρμ 由 t t E E v/64.80.8-= 导出 064.80.8=--t t E v E()1626204264.88420202±=⨯-⨯⨯-±=t E875.21=t E375.02-=t E （舍去）1-10如图所示直径为d ，重量为G 的柱塞浸没在液体中，并在F 力作用下处于静止状态。
第五章 液压控制元件
单向阀结构
单向阀都采用图示的座阀式结构, 这有利于保 证良好的反向密封性能。
符号
单向阀外形
单向阀的工作原理
(a) 钢球式直通单向阀
(b) 锥阀式直通单向阀
点我
(c)
详细符号
(d) 简化符号
直动式单向阀
动画演示
2、液控单向阀
如图6-2所示液控单向阀的结构，当控制口K不通压力油时， 此阀的作用与单向阀相同；但当控制口通以压力油时，阀就保持开 启状态，液流双向都能自由通过。图上半部与一般单向阀相同，下 半部有一控制活塞1，控制油口K通以一定压力的压力油时，推动活 塞1并通过推杆2使锥阀芯3抬起，阀就保持开启状态。
当进口压力不高时：液压力不能克服先导阀的弹簧阻力，先导阀口关 闭，阀内无油液流动。主阀心因前后腔油压相同，故被主阀弹簧压在阀座 上，主阀口亦关闭。 系统油压升高到先导阀弹簧的预调压力时：先导阀口打开，主阀弹簧 腔的油液流过先导阀口并经阀体上的通道和回油口T流回油箱。这时，油液 流过阻尼小孔，产生压力损失，使主阀心两端形成了压力差。主阀心在此 压差作用下克服弹簧阻力向上移动，使进、回油口连通，达到溢流稳压的 目的。
◆ （2） 先导式溢流阀
3、溢流阀的应用 ◆ 溢流阀应用
三、减压阀
减压阀是用来减压、稳压，将较高的进口油压降 为较低的出口油压 。
1、减压阀的工作原理
◆ 工作原理
2、减压阀应用 ◆ 减压阀应用 3、减压阀与溢流阀的区别 ◆ 区别
四、顺序阀
利用液压系统压力变化来控制油路的通断，从而 实现某些液压元件按一定顺序动作。
先 导 式 溢
调压螺钉
外形图
符号
安装孔
流
溢流出口 压力油入口
阀
第五章 液压原理图设计
压力范围
>2.5~8
0~2.5
>8.0~16 >16~32 >32
Mpa
.0
第四节 两个液压系统实例设计计算
（2）流量压力参数的计算
液压缸可以选择制造也可以直接购买。本项目选择购买
初选液压缸的尺寸为
第四节 两个液压系统实例设计计算
（2）流量压力参数的计算
（1）根据液压缸的尺寸 （2）最大的速度0.1m/s （3）流量泄漏损失
1.压力的初步选择 2.工作流量的计算
3 液压原理图拟定步骤
4 两个液压系统实例设计计算
实例1：多状态液压试验系统 实例2：机床液压系统图
第三节 液压原理图拟定
确定油路的类型
开式系统（空间较大，节流调速系 闭式油路（容积调速系统，环境较
统）
好）
选择液压回路
根据主要控制参量，确定主要回路
然后再考虑辅助回路
绘制液压传动系统原理图
将回路合并，整理，必要增加某些 细化，力求安全可靠，动作平稳，
回路
效率高，调整维护方便
目录
1 工况分析与执行元件选择
1.明确设计要求 2.工况分析 3.根据运动类型选择执行机构
2 压力和流量参数的计算
1.压力的初步选择 2.工作流量的计算
3 液压原理图拟定步骤
4 两个液压系统实例设计计算
实例1：多状态液压试验系统 实例2：机床液压系统图
第四节 两个液压系统实例设计计算
实例1：多状态液压试验系统
设计要求：某液压实验系统，要求完 成的 （1）模拟金属成型设备液压系统； （2）速度连续变化(最大0.1m/s）； （3）负载连续变化（最大8KN）。
1. 确定油路类型和执行装置
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四、密封装置
▪ 2. 密封圈密封 3）Y型密封圈 ①密封原理 ②特点 ③应用
四、密封装置
▪ 2. 密封圈密封 4）U型密封圈
小结
▪ 1. 油缸的类型及特点；
§5-5 油马达
▪ 一、基本概念 ▪ 二、叶片马达 ▪ 三、轴向柱塞马达
§5-5 油马达
▪ 一、基本概念（图5-38 ）
一、基本概念
第五章 液压系统的执行装置
▪ §5-1 油缸的类型及特点 ▪ §5-2 油缸各组成部分的结构形式 ▪ §5-3 油缸的设计和计 ▪ §5-4 缓冲装置的设计 ▪ §5-5 油马达
§5-1 油缸的类型及特点
▪ 一、分类 ▪ 二、活塞缸 ▪ 三、柱塞缸 ▪ 四、摆动缸 ▪ 五、其他油缸
一、分类
▪ 1. 按运动方式分： 1）推力油缸——直线运动 2）摆动油缸——摆动运动
▪ 1. 油马达的额定压泄漏情况下马达轴转一转所吞 入的油液体积。
一、基本概念
▪ 3. 理论输入 输出功率
由于容积损 失和机械损 失有
二、叶片马达
▪ 1. 工作原理和结构特点 1）工作原理
二、叶片马达
▪ 1. 工作原理和结构特点 2）结构特点：（与叶片泵比较） ①在转子的两侧面开有环形槽，槽内放有燕式弹簧，
择时要注意，同时要参考到结构上便于更换，起动摩擦阻力比运 动摩擦阻力大3～4倍，p>10MPa。（图5-25） ▪ ④中高压加档圈。 ▪ 以防止密封圈被挤出造成严重磨损。 ▪ ⑤合理选择预压缩量 ▪ 预压缩过小密封性能不好，过大则摩擦力大，密封圈产生扭曲， 加快磨损缩短寿命。
四、密封装置
2）V形密封圈 ①组成 ②密封原理 ③应用 ④优缺点
三、轴向柱塞马达
▪ 1. 工作原理和结构特点 2）结构特点： ①斜盘与缸体间加入鼓轮和推杆。 ②斜盘上有止推轴承。 特点： ①颠复力矩不作用在缸体和配油盘上,所以配油盘
表面、柱塞和柱塞孔磨损均匀。 ②缸体与配油盘间磨损后可以自动补偿
三、轴向柱塞马达
▪ 2. 输出扭矩和转速 1）扭矩 ①轴向分力 ②径向分力
二、缸筒部分的结构
▪ 2）可折式 ①螺纹连接 ②法兰连接 ③卡环连接 ④拉杆连接
四、密封装置
四、密封装置
四、密封装置
▪ 1. 间隙密封
四、密封装置
▪ 2. 密封圈密封
1）O型密封圈
▪ ①材料：耐油丁氰橡胶 ▪ ②特点：结构简单，密封性能好，摩擦小，制造容易，装拆方便，
安装空间小，0～35MPa。 ▪ ③种类：运动用和固定用。运动用的尺寸较固定用的尺寸小，选
四、摆动缸
▪ 1.单作用
▪ ＜360，轴上的液压力不平衡
四、摆动缸
▪ 2. 双作用摆动缸
五、其他油缸
▪ 2. 伸缩式油缸
§5-2 油缸各组成部分的结构形式
▪ 一、活塞部分的结构 ▪ 二、缸筒部分的结构 ▪ 三、排气装置 ▪ 四、密封装置
一、活塞部分的结构
▪ 1. 整体式 ▪ 2. 组合式活塞 1）U型密封 2）Y型密封，密封性、弹性、强度较好。
起到预紧叶片的作用，保证叶片始终与定子接触。 ②马达要求正反转，叶片径向放置，没有倾斜角度。 ③为了使叶片底部始终通压力油，且不受马达回转
方向的影响，因此在马达中装有两个单方阀。
二、叶片马达
▪ 2. 输出扭矩和转速 ▪ 扭矩
▪ 转速
三、轴向柱塞马达
▪ 1. 工作原理和结构特点 1）工作原理（图5-40）
2. 双杆活塞缸
▪ 1）力和速度
2. 双杆活塞缸
▪ 2）工作空间 ▪ 缸筒固定：最大行程L的3倍。 ▪ 缸杆固定：最大行程L的2倍。
三、柱塞缸
▪ 1. 特点 加工方便，工艺性好，缸筒与柱塞没有配 合要求，缸内孔不需精加工，柱塞与缸盖 内孔有配合要求。柱塞外圆柱面加工方便
▪ 2. 力和速度
四、摆动缸
③该柱塞的瞬时扭矩
三、轴向柱塞马达
▪ 2. 输出扭矩和转速 1）扭矩 ④一周内输出的平均
扭矩
⑤2个柱塞产生的理 论平均总扭矩
三、轴向柱塞马达
▪ 2. 输出扭矩和转速 2）转速
▪ 2. 按结构分：活塞式、柱塞式、摆动式、 伸缩套筒式、组合式
1. 单杆活塞缸
▪ 1）结构简介 ▪ 2）推力和速度
1. 单杆活塞缸
▪ 速度比v
▪ 为了防止返回速度过大造成冲击，设计
时一般选v<1.61
▪ 4）差动连接
▪ 5）工作空间
不论是活塞杆固定或缸筒固定， 工作台的移动范围是相同的，都 是活塞最大行程L的二倍。