液压与气压传动课件第9-11章

图9-12 流体动压支承原理
对于点、线、面接触的运动副，如滑动轴承、齿轮、凸轮等都能形成流 体动压支承，使相对运动金属零件表面磨损转为流体的内摩擦，减少和避免 磨损，提高零件工作能力。
图9-13所示为普通径向滑动轴承副示意图。轴颈的直径比轴瓦的孔径小， 装配后有间隙。静止时，在自重作用下轴颈偏在一方，自然形成契形间隙。 在轴承和轴瓦适当的部位上钻孔，保证以一定的数量连续供油。工作中轴以 转速n转动，轴颈表面相对轴瓦表面有滑动速度，形成全液体润滑状态。由此 可见，液体动压支承承受油膜的形成及承载能力的大小，与两摩擦面相对速 度有关，相对速度低时，压力 油膜不容易形成。因此，在低 速、重载或速度变化范围大时， 特别在启动、停车及换向等情 况下，不能保证获得液体摩擦。
用来控制非差动连接的液压缸。从控制质量上看，控制边数越多越好，但从 结构工艺上看，控制边数越少越容易制造。一般来说，四边式控制用于精度 和稳定性要求较高的系统。
根据滑阀在平衡状态时阀口初始开口量的不同可分为正开口量、零开口 量、重叠量三种类型，如图9-6所示。
图9-6 滑阀阀口的几种类型
2.射流管式液压伺服系统 射流管式液压伺服系统的工作原理如图9-7 所示。它由射流管3、接受板2和液压缸1等组 成。射流管可绕垂直于图面的轴线0向左右摆 动一不大的角度接受板上有两个并列的接受孔 道a和b，分别与液压缸的两腔相通。压力油从 通道c输入射流管内，并从射流管端部的锥形 喷嘴射出，油液在经过锥形喷嘴时速度提高， 当油液进入接受孔道后，由于通流面积扩大， 又使高速运动油液的动能转变成油液的压力能， 用以推动液压缸工作。
第二节 液压伺服系统基本形式及实例
一、液压伺服系统的基本形式 液压伺服系统按拖动装置的控制方式和控制元件的形式分为：节流式 （阀控制式）和容积式（变量泵控制或变量马达控制）两大类。在节流式液 压伺服系统中，主要的控制元件是伺服阀或电液伺服阀。 这里主要介绍阀控式的滑阀式、射流式、喷嘴档板式三种常的基本类型。 1.滑阀式液压伺服系统 根据滑阀上控制的边数（即起控制作用的 阀口数）的不同，这种系统又分为单边滑阀控 制式、双边滑阀控制式和四边滑阀控制式三种。 单边滑阀式液压伺服系统的简图如图9-4 所示。控制滑阀只有一个阀边起控制液流的作 用。在前面图9-1所示系统中,控制滑阀11有两 个阀边起控制液流的作用,这种系统称为双边 滑阀式液压伺服系统。
仿形刀架的活塞杆2固定在刀架的底座上，液压缸的缸体连同刀架1可在刀
架底座的导轨上沿液压缸的轴向移动。控制滑阀11的一端有弹簧5，经力油从液
压泵9经过滤器10通入伺服阀的通道
f并分两路；一路不经节流进入油路
a至液压缸前腔A，所以液压缸前腔A
的油压始终等于液压泵的供油压力
通、e与d相通。在主滑阀阀芯
向右运动的同时，通过挡板下
端的扭轴3的反馈作用使挡板逆
时针方向偏转，使左喷嘴的间
隙增大，右喷嘴的间隙减小，
于是压力pa减小，pb增大。
当主滑阀阀芯向右移
到某一位置，又两端压力
差(pa-pb)形成的液压力
通过反馈扭轴作用在挡板
上的力矩，喷嘴液流压力
作用在挡板上的力矩以及
扭轴的反力矩之和与力矩
图9-1 车床液压仿形刀架原理
车削圆柱面时，触头6沿样件7的圆柱表面滑动，这时滑阀11不动，节流
缝隙δ1和δ2保持某一比例关系，使得液压缸后腔B中压力油的作用力能和液 压缸前腔A中压力油的作用力以及车刀13处沿液压缸轴向的切削分力互相平衡。
作用力的平衡关系可以用下式来表示。
p1 A1=p2 A2+F 这时,仿形刀架处于相对平衡状 态,由溜板箱带动仿形刀架作纵向进 给,车出圆柱面。如图9-2中所示的a 点。
图9-8 喷嘴挡板式液压伺服系统的工作原理
二、液压伺服系统实例 1.电液压伺服阀的工作原理 电液伺服阀的工作原理如图9-9所示。它由电磁和液压两部分组成。 （1）电磁部分 电磁部分由永久磁铁1、两个导磁体9、线圈8和衔铁2等 组成。它的作用是把输入的电信号转变成力矩，使衔铁偏转，以便控制液压 部分，一般称它为力矩马达。如图9-10所示。
无电流信号输入时： 衔铁处在中位 滑阀处在中位
若有控制电流输入时，控
制线圈中将产生磁通，使衔铁
上产生磁力矩。当磁力矩为顺 时针方向时，衔铁将连同挡板 一起绕弹簧管中的支点顺时针
磁力矩为
顺时针方 向时
偏转。图中左喷嘴与挡板的间
隙减小，右喷嘴7与挡板的间隙
增大，即压力pa增大，pb减小，
主滑阀阀芯向右运动，p与c相
p1 , 在工作过程中是不变的；另一 路经节流缝隙δ1至环槽b进入油路c 至液压缸后腔B，同时压力油从环槽
b经节流缝隙δ2进入油路e而回油箱。 可以看出，液压缸后腔B一方面通过
缝隙δ1 和进油相通，另一方面又 通过缝隙 和油路相通。因此，液压
缸后腔B中的压力p2 ，就由节流缝隙 δ1和δ2的比例来决定。
图9-2 进给运动合成示意图
当液压缸的缸体后退时，带动触头6的支点3后退，同时通过杆4也拉滑
阀11作较小的后退。这样，当触头只抬起了一小段距离时，在液压缸的缸体 也跟着后退同样一小段距离后，就使节流缝隙δ1和δ2恢复到原来的大小， 仿行刀架又处于平衡状态。在 车台肩时，由于样件7的凸肩 不断将触头6抬起使节流缝隙 δ1增大，δ2减小，是平衡状 态连续受到破坏，所以液压缸 的缸体连同刀架也就带动车刀 13不断后退，跟随触头作随动 运动。因此，仿形过程就是不 平衡和恢复平衡的不断互相转 化的过程。
液压与气压传动
第4版
二0一九年九月二十九日
第九章 液压伺服系统及其他 液压技术的应用
第一节 液压仿形刀架的工作原理 第二节 液压伺服系统基本形式及实例 第三节 其他液压技术及应用 小结
伺服系统是自动控制系统的一种重要类型。它除了具有液压传动的各种 优点外，还有反应快，系统刚性大、伺服精度高等特点，所以它在机床中获 得了广泛的应用。
图9-9 电液伺服阀的工作原理
图9-10 力矩马达的磁通变化
（2）液压部分 液压部分是一个两级放大器，第一级是喷嘴挡板式，称
为前置放大级；第二级是四边滑阀式，称为功率放大级。 当无电流信号输入时，力矩马达无力矩输出，与衔铁2固定在一起的挡板
5处于中位，主滑阀阀芯亦处于中（零）位。液压泵输出的油压泵输出的油液 以压力p进入主滑阀阀口，因阀芯两端台肩将阀口关闭，油液不能进入e,c口， 但经固定节流孔g分别引到喷嘴4，经喷射后，液流流回油箱。由于挡板处于 中位，两喷嘴与挡板的间隙相等，因而油 液流经喷嘴的液阻相等，则喷嘴前的压力 pa与pb相等，主滑阀阀芯两端压力相等， 阀芯处于中位。
图9-13 普通径向滑动轴承副示意图
二、静压支承技术 （一）静压支承技术概述 液体静压支承是利用外部的一个液压系统，
将润滑油压入两摩擦表面之间形成承压油膜，产 生支承负载的液体压力，从而将两摩擦面分开， 实现液体摩擦。液体静压支承是一种高精度滑动 支承。它包括液体静压轴承、液体静压导轨和液 体静压丝杠等。静压支承在工作时，无论被支承 的元件（例如轴颈、工作台等）是处于静止状态， 还是处于运动状态，两摩擦面之间都有承压油膜 存在，都能实现液体摩擦。因此，静压支承工作 寿命长，对摩擦的副的材质无特殊要求，摩擦系 数比较低而且变化小，油膜刚度大以及支承的承 载能力与相对速度无关等。液体静压支承的应用 甚为广泛，特别适宜用在精密、重型设备中。
射流管式液压伺服系统的优点是： 结构简单、元件加工精度要求低；射流管出口处面积大，抗污染能力强， 能适应恶劣的工作条件下工作；射流管上没有不平衡的径向力，不会产“卡 紧”现象。 3.喷嘴挡板式液压伺服系统 喷嘴挡板式液压伺服系统的工作原理如图9-8所示。它由固定节流孔a、 中间油室b、喷嘴1及挡板2等组成。喷嘴和挡板共同组成了一个可变截面的节 流装置。中间油室b与执行元件的 工作油腔相连通。 喷嘴挡板式液压伺服系统的 优点是“结构简单，运动部分惯 性小，位移小，反应快，精度和 灵敏度高，加工要求低，没有径 向不平衡力，不会发生“卡紧” 现象，因而工作较可靠。
车台肩时，当触头6碰到样件7上的凸肩时，触头6就绕本身的支 点3抬起，并经杆4向右上方拉动滑阀11，使节流缝隙δ1增大，δ2减 小，于是液压缸后腔中的油压增大，破坏了原来的平衡，液压缸的缸 体连同刀架1带动车刀13后退，这时溜板箱的纵向进给运动速度ν纵 和仿行刀架带动车刀13的后退运动速度ν仿 所形成的合成运动速度ν 合，就使车刀车出工件的台肩部分，见图9-2中的b点。因此，一般作 为附件的仿行刀架的液压缸轴线，多与主轴中心线安装成45~60°的斜 角，目的就是为了可以车削直角的肩部。
二、液压伺服系统的特点
通过对车床液压仿形刀架的工作情况分析，可以看出液压伺服系统有以 下几个特点：
1）液压伺服系统是一个跟踪系统。 2）液压伺服系统是一个力放大系统。 3）液压伺服系统是一个反馈系统。 4）液压伺服系统是一个误差系统。 仿形刀架液压伺服系统的工作过程可用图9-3所示的工作原理方框图来 表示。
图9-11 转向液压助力器的工作原理图
当缸体前后移动时，通过转向梯形机构6等控制车轮向左或向右偏转，从 而操纵汽车转向。控制滑阀的阀芯和阀体做成负开口。当阀芯3处于图示位置 时，因液压缸左、右腔油液被封闭，因此缸体固定不动，汽车保持直线运动。 滑阀阀芯的这一相应位置通常称为平衡位置。由于控制滑阀为负开口，可以 防止引起不必要的扰动。转向时，若逆时针方向转动方向盘，通过摆杆带动 阀芯向右移动，则液压缸右腔进油，左腔回油，使液压缸缸体向右移动，带 动转向梯形机 构向逆时针方 向摆动，使车 轮向左偏转， 实现向左转弯；反之，顺时针方向转动方向盘，通过摆杆带动阀芯向左移动， 则液压缸左腔 进油，右腔回 油，使液压缸 缸体向左移动，带动转向梯形机构向顺时针方向摆动，使车轮向右偏转，实 现向右转弯。
第三节 其他液压技术及应用
一、液体动压支承技术 两个互相倾斜的平板构成契形间隙，如图9-12所示。设A板固定，B板按 图示方向移动，在移动过程中油液被带进契形间隙，形成油契。因间隙由大 端向小端逐渐变小，由于油液具有不可压缩性和粘性,从而使油契内产生压 力,增加出口处油液的平均流速，保持带进的流量和流出的流量相等。B板速 度越大，油液粘度越大，则油契内的压力越高。 油契的压力作用到两个板上就产生了承 载能力，这就是流体动压支承的原理。由此 可见，形成流体动压支承必须具备的条件是： （1）有收敛的契形间隙； （2）有一定的相对运动速度； （3）流体具有一定的黏度； （4）两个表面均有较低的表面粗糙度值。