第四章 液压执行元件

1、 第三章 液压执行元件 本章主要介绍液压系统中做旋转运动或做直线往复运动的执行元件液压马达和液压缸。本章是以后学习和分析液压基本回路和系统的重要基础。重点：1.液压马达的选用。2.单活塞杆液压缸的工作原理和结构；3.液压缸基本参数的确定。难点：单活塞杆液压缸的差动连接。本章计划学时：4学时 液压马达和液压缸是将液压系统中的压力能转换成机械能的能量转换装置，都是执行元件。液压马达驱动机构实现连续的回转运动，使系统输出一定的转矩和转速；液压缸实现直线往复运动，输出推力和速度。第一节 液压马达 液压马达和液压泵在结构上基本相同，并且也是靠密封容积的变化来工作的。马达和泵在工作原理上是互逆的，当向泵输

2、入压力油时，其轴输出转速和转矩则成为马达。但由于二者的功能和要求有所不同，而实际结构细节也有所差异，故有少数泵能直接做马达使用。液压泵与液压马达关系液压泵与液压马达关系 功用上功用上 相反相反 结构上结构上 相似相似 原理上原理上 互互逆逆 液压马达的分类液压马达的分类 n ns s500r/min 500r/min 为高速液压马达为高速液压马达：齿轮马达，叶片：齿轮马达，叶片马达，轴向柱塞马达。马达，轴向柱塞马达。 n ns s 500r/min 500r/min 为低速液压马达为低速液压马达：径向柱塞马达：径向柱塞马达（单作用连杆型径向柱塞马达，多作用内曲线径向柱（单作用连杆型径向柱塞马达

3、，多作用内曲线径向柱塞马达）。塞马达）。齿轮马达齿轮马达叶片马达叶片马达柱塞马达柱塞马达按结构分为按结构分为按转速分为按转速分为定量马达定量马达变量马达变量马达排量是否可调排量是否可调另外，有些液压马另外，有些液压马达只能作小于某一达只能作小于某一角度的摆动运动，角度的摆动运动，称为摆动式液压马称为摆动式液压马达或摆动缸。达或摆动缸。工作原理： 由于两个齿轮的受压面积存在差值，因而产生转矩，推动齿轮转动。 T = F r = p A r F1 = p b ( h x ) F2 = p b ( h y ) 二、典型液压马达的结构和工作原理 1齿轮液压马达 结构特点结构特点 进出油口相等，有单独的

4、泄油口；进出油口相等，有单独的泄油口； 为减少摩擦力矩，采用滚动轴承；为减少摩擦力矩，采用滚动轴承； 为减少转矩脉动，齿数较泵的齿数多。为减少转矩脉动，齿数较泵的齿数多。应用应用 由于密封性能差，容积效率较低，不能产生较大的由于密封性能差，容积效率较低，不能产生较大的转矩，且瞬时转速和转矩随啮合点而变化，因此仅用于高转矩，且瞬时转速和转矩随啮合点而变化，因此仅用于高速小转矩的场合，如工程机械、农业机械及对转矩均匀性速小转矩的场合，如工程机械、农业机械及对转矩均匀性要求不高的设备。要求不高的设备。 二、典型液压马达的结构和工作原理 1齿轮液压马达1）工作原理 F = p A = p ( R -

5、r0 ) b - p ( r - r0 ) b = p ( R - r ) brr0R叶片马达叶片马达叶片马达叶片马达结构特点结构特点 进出油口相等，有单独的进出油口相等，有单独的泄油口；泄油口； 叶片径向放置叶片径向放置（正反转） ，叶片底部，叶片底部设置有弹簧；设置有弹簧；应用应用 转动惯量小，反应灵敏，能适应较高频率的换向。转动惯量小，反应灵敏，能适应较高频率的换向。但泄漏大，低速时不够稳定。适用于转矩小、转速高、但泄漏大，低速时不够稳定。适用于转矩小、转速高、力学性能要求不严格的场合。力学性能要求不严格的场合。轴向柱塞马达轴向柱塞马达 工作原理工作原理 结构特点结构特点 轴向柱塞泵和轴

6、向柱塞马达是互逆的轴向柱塞泵和轴向柱塞马达是互逆的 配流盘为对称结构配流盘为对称结构 改变供油方向马达反转。双向马达 改变斜盘倾角排量变，转速变。变量马达 输入的高压油通过柱塞作用在斜盘上。斜盘给柱塞的反作用力的径向分力，使缸体产生转矩。通过输出轴带动负载做功。摆动式液压马达当通入液压油，它的主轴能输出小于360的摆动运动的缸称为摆动式液压马达。双叶片式 摆动角度一般小于150。单叶片式 摆动角度较大，可达300三、液压马达的主要参数三、液压马达的主要参数工作压力与额定压力工作压力与额定压力 工作压力工作压力 p p 大小取决于马达负载，马达进出口压力的差值大小取决于马达负载，马达进出口压力的

7、差值称为马达的压差称为马达的压差p p； 额定压力额定压力 p ps s 能使马达连续正常运转的最高压力。能使马达连续正常运转的最高压力。排量、流量与容积效率排量、流量与容积效率 - -排量：习惯上将马达的轴每转一周。按几何尺寸计排量：习惯上将马达的轴每转一周。按几何尺寸计算的所进入的液体体积。算的所进入的液体体积。- -输入马达的实际流量输入马达的实际流量 q qMq qMtq q 式中式中q qMt为理论流量，为理论流量，马达在没有泄漏时，马达在没有泄漏时， 达到转速所需进口流量。达到转速所需进口流量。- -容积效率容积效率Mv v q qMt / / q qM 1 1 q q / / q

8、 qM 排量与转速排量与转速 排量排量V V为为MV V等于等于1 1 时输出轴旋转一周所需油液时输出轴旋转一周所需油液体积。体积。 转速转速 n n q qMt t/ / V V q qMMV V / / V V 转矩与机械效率转矩与机械效率 实际输出转矩实际输出转矩 T TT Tt tT T 理论输出转矩理论输出转矩 T Tt tp Vp VMmm/ / 2 2 机械效率机械效率MmmT TM/ /T TMt t 功率与总效率功率与总效率MM P PMo o/ / P PmimiT T 2 2n n/ / p p q qM Mv vM式中式中 P PMo o为马达输出功率，为马达输出功率，

9、P Pmimi为马达输入功率。为马达输入功率。 液压马达的启动机械效率液压马达的启动机械效率mm0mm0=最低稳定转速最低稳定转速: :液压马达在额定负载下，不出现爬行现象的最低转速。最高使用转速：最高使用转速：调速范围：调速范围：第二节第二节 液压缸液压缸 液压缸的液压缸的类型类型 液压缸典型结构和组成液压缸典型结构和组成 液压缸液压缸的设计和计算的设计和计算 液压缸 液压缸三梁四柱式压力机三梁四柱式压力机 液压缸塑料注射成型机塑料注射成型机液压缸 作用：压力能机械能 用于实现直线往复运动活塞缸单杆双杆柱塞缸伸缩缸液压缸的类型分类单作用双作用按作用方式按结构一、 活塞式液压缸（一）、单杆活塞

10、缸1.结构：缸体、活塞、活塞杆、密封、缸盖等2. 工作原理：工作原理：因两侧有效作用面积或油液压力不等， 活塞在液压力的作用下，作直线往复运动。无杆腔进油腔回油腔有杆腔职能符号：n单杆单作用活塞缸n单杆双作用活塞缸双向液压驱动 单向液压驱动，回程靠外力。3. 基本参数1）推力式中： p1进油压力 p2回油压力mDpdDp4)44(22221mApApF)(22111mdDpDp)44(422221mApApF)(12212mpdppD4)(422212mpdppD4)(4122122）速度n特点：同样 q ，v1 F2 。4. 应用：往返运动速度及推力不同的场合。2114DqAqvvv)(42

11、222dDqAqvvv例：液压刨床差动缸推力：速度：22134dqAqAAqv杆21qqq322311vAqvAq3231vAqvA)(213AAvqn特点：v3 v1 ；F3 2 5 03 2 01 1、工作压力的确定工作压力的确定 根据液压缸的实际工况，计算出外负载大小，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压力。然后参考下表选取适当的工作压力。 一、液压缸主要尺寸的确定一、液压缸主要尺寸的确定 液压缸要承受的负载包括有效工作负载和克服摩擦阻力、惯性力和回油腔背压力等。液压缸的工作压力按负载决定，对于不同用途的液压设备，由于工作条件不同，采用的压力范围也不相同。

12、设计时液压缸的压力可按负载大小由表确定2 2、活塞杆直径、活塞杆直径d d与缸筒内径与缸筒内径D D的计算的计算 受拉时：受拉时： d=(0.3-0.5)Dd=(0.3-0.5)D 受压时：受压时： d=(0.5-0.55)D (pd=(0.5-0.55)D (p1 15mpa) 5mpa) d=(0.6-0.7)D (5mpa pd=(0.6-0.7)D (5mpa p1 17mpa) 7mpa)7mpa) 当确定了液压缸的工作压力p和总负载力F后，按缸的类型计算出缸筒内径D，再根据液压缸往复运动速度或速比,冉计算活塞杆直径d，也可按活塞杆的受力情况确定活塞杆的直径3 3、液压缸缸筒壁厚和外

13、径的计算、液压缸缸筒壁厚和外径的计算 在般中低压液压系统中。液压缸缸筒壁厚往往由结构工艺上的要求确定强度问题是次要的，一般不需计算。但在高压系统中当缸径和壁厚之比大于等于10时可按薄壁圆筒计算公式进行校核，当小于10时，按厚壁圆筒校核。10/D时，为薄壁筒（无缝钢管）式中：py 实验压力缸筒壁厚2Dpynypp25.1nypp5 .1)16(MPapn)16(MPapnnb n 安全系数 n = 5 pn 缸的额定压力 许用应力，b 抗拉强度3 3、液压缸缸筒壁厚和外径的计算、液压缸缸筒壁厚和外径的计算13 . 14 . 02yyppD21 DD注意：圆整为标准壁厚 1）铸造：满足最小尺寸 2）无缝钢管：查手册 (无缝钢管外径不需加工）10/D时，为厚壁筒（铸造）缸筒外径：3 3、液压缸缸筒壁厚和外径的计算、液压缸缸筒壁厚和外径的计算4、 活塞杆的校核1）强度校核杆AF42dF4Fd 式中： 活塞杆材料的许用应力nb n 安全系数 n = 1.4 2b 抗拉强度稳定性校核10/dl时，强度校核即可10/dl时，要进行稳定性计算kKnFF 稳定条件：式中：F 活塞杆所受最大压力 Fk 活塞杆的稳定临界力 nk 稳定安全系数 nk = 2 4ldF4、 活塞杆的校核5 5、液压缸缸筒长度的