液压传动第四章2、第五章

1、第四章第四章 液压执行元件液压执行元件v本章基本内容本章基本内容v液压马达的原理及其性能特点液压马达的原理及其性能特点v液压缸的原理及其性能特点液压缸的原理及其性能特点v液压缸的典型结构及其设计要点液压缸的典型结构及其设计要点v难点：难点：液压马达的工作原理液压马达的工作原理v要求：掌握要求：掌握液压马达和缸的参数计算与选择，液压马达和缸的参数计算与选择，熟悉熟悉液压马达与缸的工作原理，液压马达与缸的工作原理，了解了解液压缸的设计计算液压缸的设计计算内容。内容。v液压执行元件作用：液压执行元件作用：能量转换装置，将液压能（能量转换装置，将液压能（p q) ) 转换成机械能输出（转换成机械能输出

2、（F v 或或 T ) )。科教片科教片第四章第四章 液压执行元件液压执行元件第一节第一节 液压马达液压马达v 液压马达是将液压能转换成机械能，得到输出轴上的转速液压马达是将液压能转换成机械能，得到输出轴上的转速和转矩和转矩（T ) ) 。 一、液压马达分类与工作原理一、液压马达分类与工作原理 1 1液压马达的分类及特点液压马达的分类及特点v 分类：分类：液压马达可分为液压马达可分为高速和低速高速和低速液压马达两大类。液压马达两大类。v 特点特点 1) 1)液压马达的排油口接油箱，压力稍大于大气压力，且进、液压马达的排油口接油箱，压力稍大于大气压力，且进、出油口直径相同。出油口直径相同。第四章

3、第四章 液压执行元件液压执行元件 2 2) )液压马达往往需要正、反转，所以在内部结构液压马达往往需要正、反转，所以在内部结构上应具有对称性。上应具有对称性。 3) 3)在确定液压马达的轴承形式时，应保证在很宽在确定液压马达的轴承形式时，应保证在很宽的速度范围内都能正常工作。的速度范围内都能正常工作。 4 4) )液压马达在启动时必须保证良好的密封性。液压马达在启动时必须保证良好的密封性。 5) 5)液压马达需要外泄油口。液压马达需要外泄油口。 6) 6)为改善液压马达的起动和工作性能，要求扭矩为改善液压马达的起动和工作性能，要求扭矩脉动小，内部摩擦小脉动小，内部摩擦小。第四章第四章 液压执行

4、元件液压执行元件2 2液压马达的工作原理液压马达的工作原理v 1)1)齿轮式液压马达齿轮式液压马达v 齿轮马达动画图齿轮马达动画图。第四章第四章 液压执行元件液压执行元件v 2)2)双作用叶片式液压马达双作用叶片式液压马达 v 2 2所示。所示。 p87654321图4-2 双作用叶片马达工作原理第四章第四章 液压执行元件液压执行元件v 3)3)轴向柱塞式液压马达轴向柱塞式液压马达654321I1-斜盘 2-缸体 3-柱塞 4-配流盘 5-轴 6-弹簧图4-3 轴向柱塞式液压马达工作原理图IILB-BABBAA-A第四章第四章 液压执行元件液压执行元件v 轴向柱塞式液压马达轴向柱塞式液压马达,

5、 ,受力分析如图受力分析如图 图图第四章第四章 液压执行元件液压执行元件二、液压马达主要参数计算二、液压马达主要参数计算 1 1工作压力与额定压力工作压力与额定压力v工作压力工作压力pM 输入马达油液实际压力，大小决输入马达油液实际压力，大小决定于马达负载。定于马达负载。v马达压力差马达压力差pM 输入压力与出口压力的差值输入压力与出口压力的差值称为马达的压差。称为马达的压差。v额定压力额定压力pn 按试验标准规定，使马达连续正常按试验标准规定，使马达连续正常工作最高压力。工作最高压力。第四章第四章 液压执行元件液压执行元件 2 2排量和流量排量和流量v排量排量 V M ( (m3/rad)

6、)或或( (m3/r) )v流量流量 v不计泄漏流量称理论流量不计泄漏流量称理论流量qMt，考虑泄漏流量为实，考虑泄漏流量为实际流量际流量qM。v若泄漏流量为若泄漏流量为q，v 则则v 且有且有 qqqMtMnVqMtM2第四章第四章 液压执行元件液压执行元件 3 3容积效率和转速容积效率和转速v容积效率容积效率Mv 理论输入流量与实际输入流量的比理论输入流量与实际输入流量的比值，值，v v 转速：转速： qqqqqtMtMtMMvmvMVqn2第四章第四章 液压执行元件液压执行元件v 4 4转矩和机械效率转矩和机械效率v 在不计马达的损失情况下，其输出功率等于输入功率，即在不计马达的损失情况

7、下，其输出功率等于输入功率，即v 理论转矩：理论转矩： v 实际转矩实际转矩T T：由于马达实际存在机械损失而产生损失扭矩由于马达实际存在机械损失而产生损失扭矩T，使得比理论扭矩使得比理论扭矩Tt 小，即小，即v 马达的机械效率马达的机械效率Mm：等于马达的实际输出扭矩与理论输出：等于马达的实际输出扭矩与理论输出扭矩的比扭矩的比v 2ttTpqpnVp VMtpVT TTTtttttMmTTTTTTT1MtVpT第四章第四章 液压执行元件液压执行元件 5 5功率和总效率功率和总效率v马达实际输入功率为马达实际输入功率为pqM，实际输出功率为实际输出功率为T，v马达总效率马达总效率 M ：实际输

8、出功率与实际输入功率实际输出功率与实际输入功率的比值，即的比值，即 v 6 6最低回油背压最低回油背压v最低回油背压是指液压马达为防止出现脱空现象，最低回油背压是指液压马达为防止出现脱空现象，在回油腔必须保持的最低压力。最低回油背压越在回油腔必须保持的最低压力。最低回油背压越小，液压马达的性能越好。小，液压马达的性能越好。MmMvMvtMmtMMqpTqpT.第四章第四章 液压执行元件液压执行元件 7 7最低稳定转速最低稳定转速v最低稳定转速是指液压马达在额定负载下，不出最低稳定转速是指液压马达在额定负载下，不出现爬行现象现爬行现象的最低转速。的最低转速。v实际工作中，一般都希望最低稳定转速越

9、小越好，实际工作中，一般都希望最低稳定转速越小越好，这样就可以扩大马达的调速范围。这样就可以扩大马达的调速范围。第四章第四章 液压执行元件液压执行元件第四章第四章 液压执行元件液压执行元件三、液压马达的主要结构形式三、液压马达的主要结构形式v1 1高速液压马达高速液压马达v额定转速高于额定转速高于500r/min500r/min的马达属于高速马达。高速的马达属于高速马达。高速马达的基本形式有齿轮式、叶片式和轴向柱塞式。马达的基本形式有齿轮式、叶片式和轴向柱塞式。v它们主要特点是转速高，转动惯量小，便于启动、它们主要特点是转速高，转动惯量小，便于启动、制动、调速和换向。制动、调速和换向。v(1)

10、(1)齿轮式高速马达齿轮式高速马达 v具体见具体见齿轮马达动画图齿轮马达动画图1 1第四章第四章 液压执行元件液压执行元件v (2)(2)叶片式高速马达叶片式高速马达v 2 221A-A1-销钉 2-燕式弹簧图4-5 叶片式高速马达结构图AA第四章第四章 液压执行元件液压执行元件v( (3)3)柱塞式高速液压马达柱塞式高速液压马达 柱塞式高速液柱塞式高速液压马达一般都是轴向式。压马达一般都是轴向式。v图图第四章第四章 液压执行元件液压执行元件v 2 2低速液压马达低速液压马达 图图1 1, ,图图3 3, ,图图4 4, ,图图5 5, ,图图6 6, ,v 转速高于转速高于500r/min5

11、00r/min的液压马达属于低速液压马达的液压马达属于低速液压马达第四章第四章 液压执行元件液压执行元件v它的基本形式是径向柱塞式：它的基本形式是径向柱塞式：v低速液压马达的主要特点是：排量大，体积大，低速液压马达的主要特点是：排量大，体积大，转速低，可以直接与工作机构连接，不需要减速转速低，可以直接与工作机构连接，不需要减速装置，使传动机构大大简化，装置，使传动机构大大简化，v低速液压马达的输出扭矩较大，可达几千到几万低速液压马达的输出扭矩较大，可达几千到几万Nm，因此又称为低速大扭矩液压马达。，因此又称为低速大扭矩液压马达。v(1)(1)径向柱塞马达径向柱塞马达 v1)1)单作用连杆型径向

12、柱塞马达单作用连杆型径向柱塞马达 第四章第四章 液压执行元件液压执行元件v 活塞式液压马达活塞式液压马达, ,供油分析如图供油分析如图2)多作用内曲线柱塞马达第四章第四章 液压执行元件液压执行元件第二节第二节 液压缸液压缸 v一、液压缸概述一、液压缸概述v液压缸是把液体的压力能转换成直线往复运动或往液压缸是把液体的压力能转换成直线往复运动或往复摆动的机械能装置。复摆动的机械能装置。v1 1液压缸的分类、特点和职能符号液压缸的分类、特点和职能符号v液压缸的分类，特点及图型符号见表液压缸的分类，特点及图型符号见表4-44-4第四章第四章 液压执行元件液压执行元件第四章第四章 液压执行元件液压执行元

13、件第四章第四章 液压执行元件液压执行元件第四章第四章 液压执行元件液压执行元件v 双杆活塞缸可分为活塞杆固定式和缸筒固定式两种。双杆活塞缸可分为活塞杆固定式和缸筒固定式两种。如图如图4-4-9a9a、4-9b4-9b所示所示vv图4-9 双杆活塞缸的不同安装方式llllla)缸筒固定a)活塞杆固定第四章第四章 液压执行元件液压执行元件v 2 2双杆活塞缸的基本参数计算双杆活塞缸的基本参数计算 双杆活塞缸两端活塞杆直径相等，当分别向左、右两腔输入双杆活塞缸两端活塞杆直径相等，当分别向左、右两腔输入相同的压力和流量时，液压缸左、右两个方向上输出的推力相同的压力和流量时，液压缸左、右两个方向上输出的

14、推力F F和速度和速度相等，即相等，即mmppdDppAF2122214224dDqAqvvsm/ NDdP2P1q图4-8 双活塞杆缸计算简图F第四章第四章 液压执行元件液压执行元件 3 3单杆活塞缸的基本参数计算单杆活塞缸的基本参数计算v 单杆活塞缸的基本参数计算简图见图单杆活塞缸的基本参数计算简图见图4-104-10。图图 (1) (1)无杆腔工作无杆腔工作 见见大腔工作图，大腔工作图，活塞上产生的推力活塞上产生的推力F1F1和和速度速度11分别为分别为 (N) (N) ( (m/sm/s) )v 式中式中q q1 1进油流量进油流量mApApF22111mdpDpp2222142111

15、14DqAqvvvdq1q22F21F1图4-10 单杆活塞缸的计算简图D第四章第四章 液压执行元件液压执行元件v (2)(2)有杆腔工作有杆腔工作 见见小腔工作图小腔工作图，活塞上产生的推力，活塞上产生的推力F F2 2和速度和速度v v2 2分别为分别为 (N) (N) ( (m/sm/s) ) v 式中式中 q q2 2进油流量进油流量v 若若q q1 1 =q=q2 2=q=q， p p1 1=p=p， p p2 2=0=0则则 mApApF12212mdpDpp212214222224dDqAqvvv11Aqv 11pAF 22Aqv 22pAF 第四章第四章 液压执行元件液压执行元

16、件 (3) (3)差动连接差动连接 如图如图4-114-11、差动工作图差动工作图。v活塞的运动速度活塞的运动速度3 3为为 v活塞的推力活塞的推力F F3 3为为 1233AAvqv22134dqAAqvpdpApAF22134Ddq1F1A1A2v3A2图4-11 液压缸差动连接计算简图第四章第四章 液压执行元件液压执行元件v 若使若使A A2 2=A=A1 1/2/2，即即 ，则差动连，则差动连接缸在两个方向上的速度，接缸在两个方向上的速度，输出推力均相等。输出推力均相等。v 三种连接速度比较三种连接速度比较dD2Ddq1F1A1A2v3A2图4-11 液压缸差动连接计算简图第四章第四章

17、 液压执行元件液压执行元件v 4 4柱塞缸的基本参数计算柱塞缸的基本参数计算 柱塞缸见柱塞缸见图图4 41212、 柱塞缸柱塞缸1 1、柱塞缸柱塞缸2 2。v 柱塞的推力和速度分别为柱塞的推力和速度分别为 (N) (N) M/S M/S mdppF2214vdqv24ddFqq图4-12 柱塞缸计算简图第四章第四章 液压执行元件液压执行元件 5 5摆动缸摆动缸 单叶片摆动缸动画单叶片摆动缸动画、双叶片、双叶片摆动缸原理图摆动缸原理图v 双叶片摆动缸的输出转矩是单叶片摆缸的两倍，而角速度则是单叶双叶片摆动缸的输出转矩是单叶片摆缸的两倍，而角速度则是单叶片摆缸的一半。片摆缸的一半。第四章第四章 液

18、压执行元件液压执行元件 6 6增压缸增压缸 增压缸原理图增压缸原理图、增压缸原理图增压缸原理图2 2。 2 2v 增压缸同一个活塞杆上的两个活塞直径是不同的。当低压油增压缸同一个活塞杆上的两个活塞直径是不同的。当低压油p p1 1进入左端大腔时，活塞向右运动，其小腔输出高压油进入左端大腔时，活塞向右运动，其小腔输出高压油p p2 2。p2A2A1p1图4-14 非连续动作型增压缸第四章第四章 液压执行元件液压执行元件 7 7、增速缸、增速缸v见增速缸原理图见增速缸原理图，3 3 8 8、伸缩缸、伸缩缸v见见单作用伸缩缸原理图单作用伸缩缸原理图、单作用伸缩缸原理图单作用伸缩缸原理图2 2、双双作

19、用伸缩缸原理图作用伸缩缸原理图2 2，3 3 9 9、齿轮齿条缸、齿轮齿条缸v见见齿轮齿条缸原理图齿轮齿条缸原理图第四章第四章 液压执行元件液压执行元件 二、液压缸的典型结构二、液压缸的典型结构 1 1液压缸的典型结构举例液压缸的典型结构举例 单杆缸装配动画单杆缸装配动画v 图图4-154-15所示为双作用单活塞杆液压缸结构图。它主要由缸底所示为双作用单活塞杆液压缸结构图。它主要由缸底1 1、缓冲装置、缓冲装置2 2、活塞、活塞8 8、缸筒、缸筒1111、活塞杆、活塞杆1212、导向套、导向套1313、端盖、端盖1515、导向套、导向套1313和密封装和密封装置等零件组成。置等零件组成。222

20、12019181716151413121110987654321dD1DBA图4-15 双作用单活塞杆液压缸的结构1-缸底 2-缓冲柱塞 3- 弹簧卡圈 4- 挡环 5- 卡环（由2个半圆组成) 6- 密封圈 7- 挡圈 8- 活塞 9- 支承环 10-活塞与活塞杆 11- 缸筒 12- 活塞杆 13- 导向套 14-导向套和缸筒之间的密封圈 15- 端盖 16- 导向套和活塞杆之间的密封圈 17- 挡圈18-锁紧螺钉 19- 防尘圈 20-锁紧螺母 21- 耳环 22- 耳环衬套圈 第四章第四章 液压执行元件液压执行元件v 2 2液压缸的组成液压缸的组成第四章第四章 液压执行元件液压执行元件

21、第四章第四章 液压执行元件液压执行元件v (1)(1)缸筒和缸盖缸筒和缸盖 缸筒和缸盖的结构形式与液压缸工作压缸筒和缸盖的结构形式与液压缸工作压力及所使用的材料有关。力及所使用的材料有关。v 工作压力小于工作压力小于10MPa10MPa时，使用铸铁材料，时，使用铸铁材料，v 工作压力小于工作压力小于20MPa20MPa时使用无缝钢管，时使用无缝钢管，v 工作压力大于工作压力大于20MPa20MPa时使用铸钢或锻钢材料。时使用铸钢或锻钢材料。第四章第四章 液压执行元件液压执行元件v 图图4-16a4-16a为焊接式连接，图为焊接式连接，图4-16b4-16b为半环式连接。为半环式连接。v 图图4

22、-16c4-16c，f f为螺纹式连接，为螺纹式连接， 有内螺纹连接和外连接两有内螺纹连接和外连接两 种方式。图种方式。图4-4-16d16d为拉杆式连接。图为拉杆式连接。图4-16e4-16e为法兰式连接。为法兰式连接。a)b)c)d)e)f)图4-16 常见的缸筒和缸盖结构第四章第四章 液压执行元件液压执行元件v (2)(2)活塞和活塞杆活塞和活塞杆 v 活塞和活塞杆的结构形式有整体式，螺纹连接式，半环连接式和销连接活塞和活塞杆的结构形式有整体式，螺纹连接式，半环连接式和销连接式等多种形式，如图式等多种形式，如图4-174-17所示。所示。v 图图4-17a4-17a螺纹式连接此结构拆装方

23、便，但在高压大负载下需要螺母防松装螺纹式连接此结构拆装方便，但在高压大负载下需要螺母防松装置。置。a)b)c)d)图4-17 活塞与活塞杆连接方式a）螺纹连接 b）单半环连接 c）双半环连接 d）销连接第四章第四章 液压执行元件液压执行元件v 图图4-17c4-17c为半环连接，此结构较复杂，拆装不便，但工作可靠。为半环连接，此结构较复杂，拆装不便，但工作可靠。v 图图4-17d4-17d为销式连接，此结构简单，多用于为销式连接，此结构简单，多用于 双活塞杆缸。双活塞杆缸。a)b)c)d)图4-17 活塞与活塞杆连接方式a）螺纹连接 b）单半环连接 c）双半环连接 d）销连接第四章第四章 液压

24、执行元件液压执行元件v (3)(3)密封装置密封装置 v 密封分为动密封和静密封两大类。设计和选用密封装置的基密封分为动密封和静密封两大类。设计和选用密封装置的基本要求是：密封装置应具有良好的密封性能，并随压力的增本要求是：密封装置应具有良好的密封性能，并随压力的增加能自动提高；动密封处运动阻力要小；密封装置要耐油抗加能自动提高；动密封处运动阻力要小；密封装置要耐油抗腐蚀、耐磨、寿命长、制造简单、拆装方便。常见的密封方腐蚀、耐磨、寿命长、制造简单、拆装方便。常见的密封方法有以下几种法有以下几种。v 1)1)间隙密封间隙密封 间隙密封结构如图间隙密封结构如图8 8所示。所示。图 4-18 间隙密

25、封l（0.02-0.05mm）第四章第四章 液压执行元件液压执行元件v 2)2)活塞环密封活塞环密封 活塞环密封结构如图活塞环密封结构如图4-194-19所示。所示。v 3)3)密封圈密封密封圈密封 密封圈采用橡胶，尼龙或其它高分子材料制密封圈采用橡胶，尼龙或其它高分子材料制成，密封圈密封是目前使用最为广泛的一种密封形式。成，密封圈密封是目前使用最为广泛的一种密封形式。图4-19 活塞环密封a) 活塞环密封b) 活塞环的结构a)b)第四章第四章 液压执行元件液压执行元件v 图图4-20a,b,c4-20a,b,c分别表示了用分别表示了用O O型，型，V V型和型和Y Y型橡胶密封圈在活塞型橡胶密封圈在活塞杆和端盖密封处的应用。杆和端盖密封处的应用。v 活塞杆密封处设置防尘圈。防尘圈的唇边应朝向活塞杆外伸活塞杆密封处设置防尘圈。防尘圈的唇边应朝