第四章液压缸与液压马达汇总

1、第 4 章 液压缸与液压马达液压缸是液压传动系统中的又一类执行元件，将液压泵供给的液压能转换为机械能 而对负载做功，是用来实现工作机构直线往复运动或小于 360 摆动运动的能量转换装 置。液压缸结构简单、工作可靠、在液压系统中得到广泛的应用。压力 p 流量 Q作用力 F 速度 V液压缸机械功率液压功率液压缸的输入量是液体的流量和压力，输出量是速度和力。液压缸和液压马达都是液压执行元件， 其职能是将液压能转换为机械能。4.1 液压缸常用液压缸及特点 按作用方式分为单作用式和双作用式。 单作用式：液体或气体只控制缸一腔单向运动； 双作用式：液体或气体控制缸两腔实现双向运动单作用液压缸是指其中一个方

2、向的运动用油压实现，返回时靠自重或弹簧等外力， 这种油缸的两个腔只有一端有油，另一端则与空气接触。双作用液压缸就是两个腔都有 油，两个方向的动作都要靠油压来实现。(1) 双杆式活塞缸 。活塞两端都有一根直径相等的活塞杆伸出的液压缸称为双杆式活 塞缸，它一般由缸体、缸盖、活塞、活塞杆和密封件等零件构成。根据安装方式不同可 分为缸筒固定式和活塞杆固定式两种。如图 4-5(a) 所示的为缸筒固定式的双杆活塞缸。它的进、出口布置在缸筒两端，活 塞通过活塞杆带动工作台移动，当活塞的有效行程为 l 时，整个工作台的运动范围为 3， 所以机床占地面积大， 一般适用于小型机床， 当工作台行程要求较长时， 可采

3、用图 4-5(b) 所示的活塞杆固定的形式，这时，缸体与工作台相连，活塞杆通过支架固定在机床上， 动力由缸体传出。 这种安装形式中， 工作台的移动范围只等于液压缸有效行程 l 的两倍， 因此占地面积小。进出油口可以设置在固定不动的空心的活塞杆的两端，但必须使用软 管连接。由于双杆活塞缸两端的活塞杆直径通常是相等的，因此它左、右两腔的有效面积也 相等，当分别向左、右腔输入相同压力和相同流量的油液时，液压缸左、右两个方向的推力和速度相等。当活塞的直径为 D，活塞杆的直径为 d，液压缸进、出油腔的压力为 p1 和 p2，输入流量为 q时，双杆活塞缸的推力 F和速度 v 为：22F=A(p 1-p2)

4、= ( D2-d2) (p1-p2) /4(4-18)v=q/A=4q/ (D2-d2)(4-19)式中： A为活塞的有效工作面积。双杆活塞缸在工作时，设计成一个活塞杆是受拉的，而另一个活塞杆不受力，因此 这种液压缸的活塞杆可以做得细些。(2) 单杆式活塞缸。如图 4-6 所示，活塞只有一端带活塞杆，单杆液压缸也有缸体固 定和活塞杆固定两种形式，但它们的工作台移动范围都是活塞有效行程的两倍。图 4-6 单杆式活塞缸由于液压缸两腔的有效工作面积不等，因此它在两个方向上的输出推力和速度也不其值分别为：(4-20)(4-21)(4-22)(4-23)22 F1=(p1A1-p2A2)=(p1-p2)

5、D -p2d /4 F1=(p1A1-p2A2)=(p1-p2)D2-p2d2 /4 v1=q/A1=4q/D2 v2=q/A2=4q/(D2-d2)由式(4-20)式(4-23)可知，由于 A1>A2，所以 F1>F2，v1<v2。如把两个方向上的输出 速度 v2 和 v1 的比值称为速度比，记作v，则v=v2/v1=1/1-(d/D)2。因此，d D ( v 1)/ v 。在已知 D 和v时，可确定 d值。1. 双作用单活塞杆式液压缸特点： 1)两腔面积不等， A1 > A22) 压力相同时，推力不等；流量相同时，速度不等；即不具有等推力等速度特性。 A1 >

6、 A2 v1 < v2 ，F1 > F2故 活塞杆伸出时，推力较大，速度较小。 活塞杆缩回时，推力较小，速度较大。 因而：活塞杆伸出时，适用于重载慢速。活塞杆缩回时，适用于轻载快速。 单活塞杆液压缸简单连接结论： 活塞杆直径越小，两个方向速度差值越小。 固定方式和工作过程皆与双杆活塞液压缸相同。 运动行程皆为两倍的活塞或缸体的有效行程。图 4-7 差动缸(3) 差动油缸。 单杆活塞缸在其左右两腔都接通高压油时称为：“差动连接”，如图4-7 所示。差动连接缸左右两腔的油液压力相同 (前提条件 )，但是由于左腔 (无杆腔)的有 效面积大于右腔 (有杆腔 )的有效面积，故活塞向右运动，同

7、时使右腔中排出的油液 (流量 为 q也)进入左腔，加大了流入左腔的流量 (q+q ，)从而也加快了活塞移动的速度。实际 上活塞在运动时，由于差动连接时两腔之间的管路中有压力损失，所以右腔中油液的压 力稍大于左腔油液压力，而这个差值一般都较小，可以忽略不计，则差动连接时活塞推力F3 和运动速度 v3 为：F3=p1(A1-A2)=p1d2/4(4-24)进入无杆腔的流量 q1= v3 D q v3 ( D d )44v3=4q/ 2d(4-25)由式(4-24)、式(4-25)可知，差动连接时液压缸的推力比非差动连接时小，速度比非 差动连接时大， 正好利用这一点， 可使在不加大油源流量的情况下得

8、到较快的运动速度， 这种连接方式被广泛应用于组合机床的液压动力系统和其他机械设备的快速运动中。如 果要求机床往返快速相等时，则由式 (4-23)和式 (4-25)得：4q 4q(D2 d2) d 2 即：D= 2d (4-26)把单杆活塞缸实现差动连接，并按 D= 2 d设计缸径和杆径的油缸称之为差动液压缸。差动连接式液压缸： 单杆活塞液压缸两腔同时通入流体时，利用两端面积差进行工作的连接形式。差动连接特点：在不增加流量的前提下，实现快速运动。在缸体内作相对往复运动的组件为活塞的液压缸v12)活塞向左行22(D2 d 2) p41、活塞式液压缸(未注明的一律缸筒固定)(1)活塞向右行D2F1

9、pA1 p4q 4q2A1D 2F2pA2v2q 4qA2(D 2 d2)3)差动连接(一般 A2d2F3d2v3p(A1 A2) p4q1 q q2 q v3A2A1A1v3qA1 A2A14qd2比较( 1)、(2)、(3)，可知 F1 F2 F3， v1 v2 v3。差动连接适用于快速、小负载的工况， 如液压机床中的快速推进。q(c)差动联接当单杆活塞缸两腔同时通入压力油时，由于无杆腔有效作用面积大于有杆腔的有效 作用面积，使得活塞向右的作用力大于向左的作用力，因此，活塞向右运动，活塞杆向 外伸出；与此同时，又将有杆腔的油液挤出，使其流进无杆腔，从而加快了活塞杆的伸 出速度，单活塞杆液压

10、缸的这种连接方式被称为 差动连接 。差动连接是在不增加液压泵容量和功率的条件下，实现快速运动的有效办法。2. 双作用双活塞杆式液压缸 特点： 1)两腔面积相等； 2)压力相同时，推力相等；流量相同时，速度相等。即具有等推力等速度特性。 推力、速度计算：22v = q/A = 4 q/(D2-d2)22F = (p1-p2)A = (D2-d2)( p1-p2 )/43. 单作用柱塞式液压缸自重 只能单向运动，回程需靠外力 <弹簧力 需双向运动时，常成对使用。 柱塞式液压缸速度、推力计算：v = q/A = 4q/ d2F = pA = d2 p/4柱塞式液压缸特点： 柱塞工作时总是受压，

11、一般较粗 水平放置易下垂，产生单边磨损 故 常垂直放置，有时可做成空心 又 缸体内壁与柱塞不接触 可不加工或只粗加工，工艺性好龙门刨床故 常用于长行程机床，如 < 导轨磨床大型拉床4. 伸缩式液压缸 伸缩套筒式液压缸系多级液压缸，行程大而体积小，它有单作用柱塞式和双作用活 塞式两种结构。由于各级套筒的有效面积不等，因此当压力油进入套筒缸的下腔时，各 级套筒缸按直径大小，先大后小依次回缩。这种缸常用于自卸汽车和汽车式起重机的伸 缩臂。多级缸结构：由两个或多个活塞缸或柱塞缸套装而成，有单作用和双作用之分 多级缸工作原理：活塞或柱塞伸出时，从大到小，速度逐渐增大，推力逐渐减小。 活塞或柱塞缩回

12、时，从小到大。多级缸特点应用：工作时可伸很长，不工作时缩短占地面积小，且推力随行程增加而减小起重机伸缩臂、自动倾卸卡车、火箭发射台等皆用套筒活5. 齿条液压缸 工作原理： 左腔进油，右腔回油时，齿条右移，齿轮带动工作台逆转。 右腔进油，左腔回油时，齿条左移，齿轮带动工作台顺转 。 应用： 常用于需要回转运动的场合，如：自动线、磨床。图 3 10 所示，它由两个柱塞和一套齿轮齿条传动装置组成，当液压油推动活塞左右往 复运动时，齿条就推动齿轮往复转动，从而由齿轮驱动工作部件作往复旋转运动。实现有限角度的旋转运动。6. 增压缸 增压缸作用：得到高于泵压的输出压力 增压缸结构：单作用、双作用增压缸增压

13、原理：A1 p1=A2 p222 p1D /4=p2d /4 p2 = A1/A2 p1 = p1(D/d) 2 =Kp 1 K增压比 增压缸特点：在不 p p的前提下，靠 A来 p单作用断续增压、双作用连续增压。增压液压缸又称增压器，它利用活塞和柱塞有效面积的不同使液压系统中的局部区 域获得高压。 它有单作用和双作用两种型式， 单作用增压缸的工作原理如图 4-9(a) 所示， 当输入活塞缸的液体压力为 p1，活塞直径为 D，柱塞直径为 d 时，柱塞缸中输出的液体压 力为高压，其值为：p2=p1(D/d) 2=Kp1(4-29)式中： K=D2/d 2，称为增压比，它代表其增压程度。显然增压能

14、力是在降低有效能量的基础上得到的，也就是说增压缸仅仅是增大输出 的压力，并不能增大输出的能量。单作用增压缸在柱塞运动到终点时，不能再输出高压液体，需要将活塞退回到左端 位置，再向右行时才又输出高压液体，为了克服这一缺点，可采用双作用增压缸，如图 4-9(b) 所示，由两个高压端连续向系统供油。图 4-9 增压缸增压缸：在某些短时或局部需要高压的液压系统中，常用增压缸与低压大流量泵配合作 用，单作用增压缸的工作原理如图 38a 所示，输入低压力 p1的液压油，输出高压力为 p2 的液压油，D 2增大压力关系如式( 312)。p2 p1 d单作用增压缸不能连续向系统供油，图 38 b为双作用式增压

15、缸，可由两个高压端 连续向系统供油。液压缸设计1. 选液压缸种类、选用 类型直线往复式液压缸按运动形式分 摆动式液压缸单作用式：液压推出， 返回靠反力或自重 按作用方式分 双作用式：活塞的正反 向运动均靠液压力完成a单作用活塞缸 b 单作用柱塞缸 c双作用单杆活塞缸 d 双作用双杆活塞缸 活塞式 柱塞式 伸缩式按结构形式分 叶片式柱塞式液压缸单活塞杆式液压缸双活塞杆式液压缸单活塞杆式液压缸伸缩式液压缸弹簧复位式液压缸伸缩式液压缸串联式液压缸2 液压缸的缓冲装置 液压缸的组成 :从上面所述的液压缸典型结构中可以看到，液压缸的结构基本上可以分为缸筒和缸 盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置和排气装

16、置五个部分，分述如下。(4) 缓冲装置。 液压缸一般都设置缓冲装置，特别是对大型、高速或要求高的液压 缸，为了防止活塞在行程终点时和缸盖相互撞击，引起噪声、冲击，则必须设置缓冲装 置。为了防止活塞在行程的终点与前后端盖板发生碰撞，引起噪音，影响工件精度或使 液压缸损坏，常在液压缸前后端盖上设有缓冲装置，以使活塞移到快接近行程终点时速 度减慢下来终至停止。缓冲装置的工作原理：是利用活塞或缸筒在其走向行程终端时封住活塞和缸盖之间 的部分油液，强迫它从小孔或细缝中挤出，以产生很大的阻力，使工作部件受到制动， 逐渐减慢运动速度，达到避免活塞和缸盖相互撞击的目的。缓冲的必要性： 在质量较大、速度较高 (

17、v>12m/min )，由于惯性力较大，活塞运动到终端时会撞击缸 盖，产生冲击和噪声，严重影响加工精度，甚至使液压缸损坏。 常在大型、高速、或高精度液压缸中设置缓冲装置或在系统中设置缓冲回路。 缓冲原理：利用节流方法在液压缸的回油腔产生阻力，减小速度，避免撞击。缝隙节流和小孔节流两种缓冲装置。当活塞右行至缸端部时，即缓冲活塞开始插入 缸端的缓冲孔时，活塞与缸端之间形成封闭空间 A。 A 腔中受困的油液只能从缓冲柱塞 与孔槽之间的节流环缝(或节流小孔)中挤出，从而造成回油背压，迫使运动的柱塞减 速制动，实现缓冲。2. 密封装置活塞装置主要用来防止液压油的泄漏。 对密封装置的基本要求是具有良

18、好的密封性 能，并随压力的增加能自动提高密封性 。除此以外，摩擦阻力要小，耐油。油缸主要采用密封圈密封，密封圈有 O 形、V 形、 Y 形及组合式等数种，其材料为 耐油橡胶、尼龙、聚氨脂等。液压缸中常见的密封装置如图 4-16 所示。图 4-16(a) 所示为间隙密封， 它依靠运动间的微小间隙来防止泄漏。 为了提高这种装 置的密封能力，常在活塞的表面上制出几条细小的环形槽，以增大油液通过间隙时的阻 力。它的结构简单，摩擦阻力小，可耐高温，但泄漏大，加工要求高，磨损后无法恢复 原有能力，只有在尺寸较小、压力较低、相对运动速度较高的缸筒和活塞间使用。图 4-16(b) 所示为摩擦环密封，它依靠套在

19、活塞上的摩擦环 ( 尼龙或其他高分子材料 制成)在 O形密封圈弹力作用下贴紧缸壁而防止泄漏。 这种材料效果较好， 摩擦阻力较小 且稳定，可耐高温，磨损后有自动补偿能力，但加工要求高，装拆较不便，适用于缸筒 和活塞之间的密封。图 4-16(c) 、图 4-16(d) 所示为密封圈 (O 形圈、V形圈等 ) 密封，它利用橡胶或塑料的 弹性使各种截面的环形圈贴紧在静、动配合面之间来防止泄漏。它结构简单，制造方便， 磨损后有自动补偿能力，性能可靠，在缸筒和活塞之间、缸盖和活塞杆之间、活塞和活 塞杆之间、缸筒和缸盖之间都能使用。O形圈装入密封槽后，其截面受到压缩后变形。在无液压力时，靠O形圈的弹性对接触

20、面产生预接触压力，实现初始密封，当密封腔充入压力油后，在液压力的作用下，O形圈挤向槽一侧，密封面上的接触压力上升，提高了密封效果。V形圈的截面为 V形，如图 3.11 所示， V形密封装置是由压环， V形圈和支承环组 成。当工作压力高于 10MPa时，可增加 V 形圈的数量，提高密封效果。安装时， V形圈的 开口应面向压力高的一侧。a)压环 b)V 型圈 C) 支承环图 3.11 V 形密封圈形密封圈的截面为 Y 形，属唇形密封圈。它是一种密封性、稳定性和耐压性较好、 摩擦阻力小、寿命较长的密封圈， 故应用也很普遍。 Y形圈主要用于往复运动的密封， 根 据截面长宽比例的不同， Y 形圈可分为宽

21、断面和窄断面两种形式，图 3.12 所示为宽断面 Y形密封圈。图 3.12 Y 形密封圈Y 形圈的密封作用依赖于它的唇边对藕合面的紧密接触，并在压力油作用下产生较 大的接触压力，达到密封目的。当液压力升高时，唇边与藕合面贴得更紧，接触压力更 高，密封性能更好。Y形圈安装时，唇口端面应对着液压力高的一侧， 当压力变化较大， 滑动速度较高时， 要使用支承环，以固定密封圈，如图 3.12(b) 所示。宽断面 Y 形圈一般适用于工作压力 P<20MPa的场合；窄断面 Y 形圈一般适用于工作 压力 P<32MPa下工作。液压缸一般由后端盖、缸筒、活塞杆、活塞组件、前端盖等主要部分组成；为防止

22、 油液向液压缸外泄或由高压腔向低压腔泄漏，在缸筒与端盖、活塞与活塞杆、活塞与缸 筒、活塞杆与前端盖之间均设置有密封装置，在前端盖外側，还装有防尘装置；为防止 活塞快速退回到行程终端时撞击后缸盖，液压缸端部还设置缓冲装置；有时还需设置排 气装置。O型密封圈密封原理：利用密封圈的安装变形来密封特点应用： O 型圈截面为圆形，结构简单，制造方便，密封性能好，摩擦力小。 一般安装在外圆或内圆上截面为距形的沟槽内以实现密封。又 O 型圈一般为橡胶制成运动密封(动) -p>10Mpa压力高时 固定密封（静） -p>32Mpa，时，应设置挡圈（塑料、尼龙）既可用于动密封故 O 型圈应用相当广泛

23、又可用于静密封（ 2） Y 型密封圈密封原理： 密封圈受油压作用使两唇张开并贴紧在轴或孔的表面实现密封。Y 形圈的密封作用依赖于它的唇边对藕合面的紧密接触，并在压力油作用下产生较大的接触压力， 达到密封目的。当液压力升高时，唇边与藕合面贴得更紧，接触压力更高，密封性能更 好。宽断面分类： 根据截面长宽比例不同 窄断面特点应用： Y 型圈靠唇边张开后实现密封 安装时唇边必须对着压力油腔又 Y 型圈密封可靠，摩擦力小，寿命长 常用于速度较高的液压缸宽断面 Y 型密封圈： p<20MpaT在 -300-+1000通常 v<0.5/s 窄断面 Y 型密封圈： p<32MpaT在 -3

24、00-+1000（ 3） V 型密封圈结构： 截面为 V 型，由支承环、密封环、压紧环叠合而成，开口面向高压侧。 密封原理：当压紧环压紧密封环时，支承环使密封环产生变形而实现密封。 特点应用： V 型密封圈是组合装置 密封效果良好，耐高压，寿命长，增加密封环可提高密封效果，但摩擦阻 力增大，尺寸大，成本高。常用于压力较高（p<50Mp），温度为 -400-+800 ，运动速度较低的场合实现密封。3. 排气装置排气的必要性： 系统在安装或停止工作后常会渗入空气 使液压缸产生爬行、振动和前冲，换向精度降低等。故 必须设置排气装置。排气方法：1 排气孔 油口设置在液压缸最高处2 排气塞 象螺钉

25、（如暖气包上的放气阀）3 排气阀 使液压缸两腔经该阀与油箱相通启动时， 拧开排气阀使液压缸空载往复运动 几次即可。放气装置 ： 在安装过程中或停止工作的一段时间后，空气将渗入液压系统内，缸筒内如存留空 气，将使液压缸在低速时产生爬行、颤抖现象，换向时易引起冲击，因此在液压缸结构 上要能及时排除缸内留存的气体。一般双作用式液压缸不设专门的放气孔，而是将液压油出入口布置在前后盖板的最 高处。大型双作用式液压缸则必须在前后端盖板设放气栓塞。对于单作用式液压缸液压 油出入口一般设在缸筒底部，在最高处设放气栓塞。4. 连接结构缸体与端盖的连接： 工作压力、缸体材料、工作条件不同 连接形式很多低压，铸铁缸

26、体，外形尺寸大缸体与端盖的连接形式：法兰连接：高压，需焊接法兰盘，较杂。内半环 结构简单、紧凑、装卸方便（但因缸体上开了环行槽，强度削弱） 半环连接 <外半环内螺纹螺纹连接 < > 重量轻，外径小，但端部复杂，外螺纹 装卸不便，需专用工具焊接连接 法兰连接： 在无缝钢管的缸体上焊上法兰盘，再用螺钉与端盖紧固。这种连接结构简单，加工和装 拆都很方便，其外形尺寸和重量比拉杆式连接要小些，但比螺纹连接和半环连接要大些，此种结构应 用最广，中压液压缸均采用这种结构。半环连接螺纹连接拉杆连接： 前、后端盖装在缸体两边，用四根拉杆（螺栓）将其紧固。这种连接结构简单，装拆方 便，但外形尺寸

27、较大，重量较大，通常只用于较短的液压缸。通用性好，缸体加工方便，装拆方便，但端盖体积大，重量也大，拉杆受力后会拉 伸变形，影响端部密封效果，只适于低压。焊接连接 ： 其优点是结构简单、尺寸小、工艺性好；缺点是清洗缸体内孔较为困难，同时由于焊 接可能造成缸体变形。一般短行程液压缸多用焊接，不少液压缸的底盖都采用焊接。对于自制的中小型非标准型液压缸，一般采用法兰连接、螺纹连接和焊接连接的结构较多。活塞与活塞杆连接： 活塞与活塞杆的连接大多采用下图所示的方法。其中（a）所示为螺纹连接结构。这种连接形式结构简单实用，应用较为普遍。当油缸工作压力较大，工作机械振动较大时，常采用图（b）所示的卡键连接结构

28、。这种连接方法可以使活塞在活塞杆上浮动，使活塞与缸体不易卡住，它比螺纹连接要好， 但结构稍复杂些。5. 头部结构4.2 液压马达 液压马达是使负载作连续旋转的执行元件， 其内部构造与液压泵类似， 差别仅在于液 压泵的旋转是由电机所带动，输出的是液压油；液压马达则是输入液压油，输出的是转 矩和转速。因此，液压马达和液压泵在细部结构上存在一定的差别。1. 液压马达与泵的相同点2. 泵与马达的不同点 液压马达是把液体的压力能转换为机械能的装置，从原理上讲，液压泵可以作液压 马达用，液压马达也可作液压泵用。但事实上同类型的液压泵和液压马达虽然在结构上 相似，但由于两者的工作情况不同，使得两者在结构上也

29、有某些差异。例如：1. 液压马达一般需要正反转，所以在内部结构上应具有对称性，而液压泵一般是单 方向旋转的，没有这一要求。2. 为了减小吸油阻力，减小径向力，一般液压泵的吸油口比出油口的尺寸大。而液 压马达低压腔的压力稍高于大气压力，所以没有上述要求。3. 液压马达要求能在很宽的转速范围内正常工作，因此，应采用液动轴承或静压轴 承。因为当马达速度很低时，若采用动压轴承，就不易形成润滑滑膜。4. 叶片泵依靠叶片跟转子一起高速旋转而产生的离心力使叶片始终贴紧定子的内表 面，起封油作用，形成工作容积。若将其当马达用，必须在液压马达的叶片根部装上弹 簧，以保证叶片始终贴紧定子内表面，以便马达能正常起动

30、。5. 液压泵在结构上需保证具有自吸能力，而液压马达就没有这一要求。6. 液压马达必须具有较大的起动扭矩。 所谓起动扭矩， 就是马达由静止状态起动时， 马达轴上所能输出的扭矩，该扭矩通常大于在同一工作压差时处于运行状态下的扭矩， 所以，为了使起动扭矩尽可能接近工作状态下的扭矩，要求马达扭矩的脉动小，内部摩 擦小。由于液压马达与液压泵具有上述不同的特点，使得很多类型的液压马达和液压泵不 能互逆使用。液压马达的分类及特点 高速液压马达基本型式：齿轮式、叶片式和轴向柱塞式等。它们的主要特点是转速高，转动惯量小，便于启动、制动、调速和换向。通常高速马达的输出转矩不大，最低 稳定转速较高，只能满足高速小

31、扭矩工况。液压马达的图形符号：在第 7 个文件夹中，第二单元第 65 张液压马达工作原理1. 叶片马达图 4-2 所示为叶片液压马达的工作原理图。图 4-2 叶片马达的工作原理图17叶片当压力为 p 的油液从进油口进入叶片 1 和 3 之间时，叶片 2 因两面均受液压油的作 用所以不产生转矩。叶片 1、3 上，一面作用有压力油，另一面为低压油。由于叶片 3伸 出的面积大于叶片 1 伸出的面积，因此作用于叶片 3 上的总液压力大于作用于叶片 1 上 的总液压力，于是压力差使转子产生顺时针的转矩。同样道理，压力油进入叶片 5 和 7 之间时，叶片 7 伸出的面积大于叶片 5 伸出的面积，也产生顺时

32、针转矩。这样，就把油 液的压力能转变成了机械能，这就是叶片马达的工作原理。当输油方向改变时，液压马 达就反转。当定子的长短径差值越大，转子的直径越大，以及输入的压力越高时，叶片马达输 出的转矩也越大。在图 4-2 中，叶片 2、4、6、8 两侧的压力相等，无转矩产生。叶片 3、7 产生的转 矩为 T1，方向为顺时针方向。假设马达出口压力为零 ，则：(R r )2 2T1 2(R1 r)BP 12 B(R22 R22 ) p (4-12) 式中： B为叶片宽度； R1为定子长半径； r 为转子半径； p 为马达的进口压力。 叶片 1、5 产生的转矩为 T2，方向为逆时针方向，则：22 T T1

33、T2 B(R1 R2 ) p (4-13) 由式(4-12) 、式(4-13) 看出，对结构尺寸已确定的叶片马达，其输出转矩 T 决定于输入 油的压力。由叶片泵的理论流量 qi 的公式： qi =2 Bn(R1 -R2 ) 得：n=qi /2 B(R12-R22)(4-14)式中： qi为液压马达的理论流量， qi=q·v；q 为液压马达的实际流量，即进口流量。 由式(4-14) 看出，对结构尺寸已确定的叶片马达，其输出转速 n 决定于输入油的流量。叶片马达的体积小，转动惯量小，因此动作灵敏，可适应的换向频率较高。但泄漏 较大，不能在很低的转速下工作，因此，叶片马达一般用于转速高、转

34、矩小和动作灵敏 的场合。结构特点： (1)转子两端面有环形槽，里面置有翼形弹簧，使叶片压紧定子内面。主要是防止马达在启动 时，因叶片未贴紧定子内表面而使进、出油腔相通，不能建立油压，无法保证有足够的启动力。(2)叶片安装角为零，即叶片的延长线过轴心，目的是适应正反转。( 3)为使叶片根部始终(正反转)都有压力油，应增加单向阀(如下图)。3、叶片油马达的优缺点 优点：体积小，重量轻，转动惯性小，正反转换向频率高，扭矩脉动性小。1. 轴向柱塞式液压马达工作原理2. 轴向柱塞马达 柱塞马达属高速小转矩液压马达。斜盘给每个柱塞的反作用力 F是垂直于斜盘端面的轴向柱塞马达的结构形式基本上与轴向柱塞泵一样

35、，故其种类与轴向柱塞泵相同， 也分为直轴式轴向柱塞马达和斜轴式轴向柱塞马达两类。 轴向柱塞马达的工作原理如图 4-3 所示。图 4-3 斜盘式轴向柱塞马达的工作原理图当压力油进入液压马达的高压腔之后，工作柱塞便受到油压作用力为pA(p 为油压力， A 为柱塞面积)，通过滑靴压向斜盘，其反作用为 N。N 力分解成两个分力，沿柱塞 轴向分力 p，与柱塞所受液压力平衡；另一分力 F，与柱塞轴线垂直向上，它与缸体中心线的距离为 r，这个力便产生驱动马达旋转的力矩。 F 力的大小为：F=pAtan式中： 为斜盘的倾斜角度 ( °)。这个 F 力使缸体产生扭矩的大小，由柱塞在压油区所处的位置而定

36、。 设有一柱塞与 缸体的垂直中心线成角，则该柱塞使缸体产生的扭矩 T 为：T=Fr=FRsin =pARtan sin (4-15)式中： R 为柱塞在缸体中的分布圆半径 (m)。随着角度的变化，柱塞产生的扭矩也跟着变化。整个液压马达能产生的总扭矩， 是所有处于压力油区的柱塞产生的扭矩之和，因此，总扭矩也是脉动的，当柱塞的数目 较多且为单数时，脉动较小。液压马达的实际输出的总扭矩可用下式计算：T=m· pV/2(4-16)式中：p为液压马达进出口油液压力差 (N/m2)；V 为液压马达理论排量 (m3/r)；m 为液压 马达机械效率。从式中可看出，当输入液压马达的油液压力一定时，液压

37、马达的输出扭矩仅和每转 排量有关。因此，提高液压马达的每转排量，可以增加液压马达的输出扭矩。一般来说，轴向柱塞马达都是高速马达，输出扭矩小，因此，必须通过减速器来带 动工作机构。如果能使液压马达的排量显著增大，也就可以使轴向柱塞马达做成低速大 扭矩马达。若使进、回油路交换，即改变输入油方向，则液压马达的旋转方向亦随之而改变。高速小转矩液压马达多数需要配置减速机来带动外负载。 除轴向柱塞式液压马达外， 齿轮式和叶片式马达效率相对偏低，大多用于较小负载转矩的场合，若配置减速机构输 出，效率较低。因此对于大转矩负载，当采用高速小转矩马达时，常用性能较好的轴向 柱塞马达配置减速机构输出。高速液压马达大

38、多有较高的噪声，且低速性能不佳，它与 对应的泵具有相同原理和结构。随着角的变化，每个柱塞产生的转矩也发生变化，故液压马达产生的总转矩也是 脉动的。2. 低速大扭矩液压马达 -单作用连杆型径向柱塞式液压马达低速大扭矩液压马达(又称星形马达)是相对于高速马达而言的，通常这类马达在 结构形式上多为径向柱塞式，其特点是：最低转速低，大约在 510 转/分；输出扭矩大， 可达几万牛顿米；径向尺寸大，转动惯量大。它可以与工作机构直接联接，不需要减速装置，使传动结构大为简化。低速大扭矩 液压马达广泛用于起重、运输、建筑、矿山和船舶等机械上。低速大扭矩液压马达的基本形式有三种：它们分别是 曲柄连杆马达、静力平

39、衡马达 和多作用内曲线马达。曲柄连杆式低速大扭矩液压马达 应用较早，同类型号为 JMZ 型，其额定压力 16MPa， 最高压力 21MPa，理论排量最大可达 6.140r/min。马达由壳体、曲柄 连杆活塞组件、偏心轴及配油轴组成。 壳体 1 内沿圆周呈放 射状均匀布置了五只缸体， 形成星形壳体；缸体内装有活塞 2，活塞 2与连杆 3通过球绞 连接，连杆大端做成鞍型圆柱瓦面紧贴在曲轴 4 的偏心圆上，液压马达的配流轴 5 与曲 轴通过十字键连结在一起，随曲轴一起转动，马达的压力油经过配流轴通道，由配流轴 分配到对应的活塞油缸。配流轴过渡密封间隔的方位和曲轴的偏心方向保持一致 腔通压力油，活塞受

40、到压力油的作用。 腔与排油窗口接通。受油压作用 的柱塞通过连杆对偏心圆中心作用一个力 N，推动曲轴绕旋转中心转 动，对外输出转速和扭矩；随着驱动轴、配流轴转动，配流状态交替变化。 在曲轴旋转过程中，位于高压侧 的油缸容积逐渐增大，而位于低压侧的油缸的容积逐渐缩小，因此，高压油不断 进入液压马达，从低压腔不断排出。曲轴连杆式径向柱塞马达受力示意图壳体 1不转动，配流轴 5 用十字接头与曲轴同步转动（固定一起） 。如果柱塞 2 作用在偏心轮上 的力 FN （通过连杆中心线） ，则有： FN FR FT式中： FR 法向力，通过 OO'，不产生力矩；FT 切向力，产生力矩（逆时针） 。利用作

41、用面积大，来实现大扭矩。3. 多作用内曲线径向柱塞式液压马达液压马达由定子 1、转子 2、配流轴 4 与柱塞组 3 等主要部件组成，定子 1的内壁有 若干段均布的、形状完全相同的曲面组成。每一相同形状的曲面又可分为对称的两边，其中允许柱塞副向外伸的一边称为进油 工作段，与它对称的另一边称为排油工作段。内曲线油马达工作原理图1配油轴（不转动，有两条轴向孔。一孔进油，另一孔排油。各孔分别与各自的五 个油口相通）；2转子（对外输出力矩） ；3柱塞（装在转子上）；4定子（不转动） 5； 滚子。、：产生力矩，进 油、：过渡段，不进 油，不排油图示位置： 、：排油，无力矩 转子各径向缸孔中装有柱塞，头部有

42、滚子，滚子沿定子内曲线滚动； 配油轴是固定的，在上沿轴有两条通道，一条为进油道，通压力油，且在图 示截面上有五个油口；另一通道上分别与另五个红色口相通； 进油口互换，可实现反转。曲面给滚子的反力： F FP FT 。 FT 是产生力矩的力，它是变化的。可见：工作油压 p ， FP ， F ， FT ，扭矩；qM ，柱塞伸缩速度加快， nM ，反之 nM； 改变供油方向，可正、反转；转子每转一周，柱塞就有若干次伸缩，排量大，故比轴向式马达扭矩大；如果做 成多排，输出扭矩会更大。利用曲线多来实现大排量、大扭矩。液压马达主要性能参数及使用性能1. 液压马达的工作参数液压马达的工作压力和额定压力 :液

43、压马达的 工作压力 pM 是指它的输入油液的实际压力，其大小取决于液压马达的 负载。液压马达的工作压力过大，泄漏增加，导致转速下降，效率降低，寿命减少，因 此也有一个最高压力的限制，即液压马达的额定压力 pMn 。额定压力 是指马达在正常工作条件下，按试验标准规定能连续运转的最高压力。 排量、流量和容积效率 习惯上将马达的轴每转一周， 按几何尺寸计算所进入的液体 容积，称为马达的 排量 V，有时称之为几何排量、 理论排量，即不考虑泄漏损失时的排量。液压马达的排量表示出其工作容腔的大小，它是一个重要的参数。 因为液压马达在 工作中输出的转矩大小是由负载转矩决定的。但是，推动同样大小的负载，工作容

44、腔大 的马达的压力要低于工作容腔小的马达的压力，所以说工作容腔的大小是液压马达工作 能力的主要标志，也就是说，排量的大小是液压马达工作能力的重要标志。根据液压动力元件的工作原理可知，马达转速 n、理论流量 qi 与排量 V 之间具有下 列关系： q i =nV(4-1)式中： qi 为理论流量 (m3/s);n 为转速 (r/min) ；V为排量 (m3/s) 。为了满足转速要求，马达实际输入流量 q 大于理论输入流量，则有：q= qi +q(4-2)式中： q 为泄漏流量。v=qi /q=1/ (1+q/q i )(4-3)所以得实际流量q=qi / v(4-4)马达入口处的流量称为马达的实际流量。马达密封腔容积变化所需要的流量称为马 达的理论流量。实际流量和理论流量之差即为马达的泄漏量。容积效率和转速：因马达实际存在泄漏v ， 由实际流量 q 计算转速n 时ql ，应考虑马达的容积效率 q qt ql。当液压马达的泄漏流量为 qt 1 ql qq，马达的V 马达的输出转速等于理论流量 qt 与qt排量 V的比值， n qt q nVVv输出转矩：设马达的出