第三章20140327-3

1、第三章 液压执行元件第一节 液压马达第二节 液压缸教学要求教学要求 理解液压马达的理解液压马达的基本类型基本类型和各自的和各自的工作原理工作原理、性能特点、性能特点及应用场合。及应用场合。 掌握液压马达的掌握液压马达的主要性能参数主要性能参数的计算方法及相互换算关的计算方法及相互换算关系；各类液压缸的推力和速度计算方法。系；各类液压缸的推力和速度计算方法。 了解液压缸的典型结构和组成。了解液压缸的典型结构和组成。 4重点难点重点难点 液压马达的工作原理液压马达的工作原理 液压马达的主要参数和主要性能液压马达的主要参数和主要性能 液压缸的类型和特点液压缸的类型和特点液压马达的图形符号液压马达的图

2、形符号 额定转速额定转速高于高于500rmin的属于的属于高速高速液压马达；液压马达； 额定转速额定转速低于低于500rmin的则属于的则属于低速低速液压马达液压马达。 对于液压马达，又可分为对于液压马达，又可分为高速高速和和低速低速两大类。两大类。第一节 液压马达一 液压马达的特点及分类液压马达的特点及分类液压执行元件是将压力能转化为机械能压力能转化为机械能，它包括液压缸和液压马达。 从能量转换的观点来看，从能量转换的观点来看，液压泵与液压马达是可逆工作的液压元件液压泵与液压马达是可逆工作的液压元件，向任何一种液压泵输入工作液体，都可使其变成液压马达工况；反之，向任何一种液压泵输入工作液体，

3、都可使其变成液压马达工况；反之，当液压马达的主轴由外力矩驱动旋转时，也可变为液压泵工况。当液压马达的主轴由外力矩驱动旋转时，也可变为液压泵工况。 因为它们具有因为它们具有同样的基本结构要素同样的基本结构要素-密闭密闭而又可以而又可以周期变化的容积和周期变化的容积和相应的配油机构相应的配油机构。 液压缸液压缸输入量是输入量是液体的流量和压力，液体的流量和压力，输出是输出是直线速度或力。直线速度或力。 由于液压马达和液压泵的工作条件不同由于液压马达和液压泵的工作条件不同，对它们的性能要求也不一，对它们的性能要求也不一样，所以同类型的液压马达和液压泵之间，仍存在许多差别。样，所以同类型的液压马达和液

4、压泵之间，仍存在许多差别。首先首先液压马达应能够正、反转液压马达应能够正、反转，因而要求其内部结构对称；液压马，因而要求其内部结构对称；液压马达的转速范围需要足够大，特别对它的最低稳定转速有一定的要求。达的转速范围需要足够大，特别对它的最低稳定转速有一定的要求。其次液压马达由于在输入压力油条件下工作，因而其次液压马达由于在输入压力油条件下工作，因而不必具备自吸能不必具备自吸能力力，但需要一定的初始密封性，才能提供必要的起动转矩。由于存，但需要一定的初始密封性，才能提供必要的起动转矩。由于存在着这些差别，在着这些差别，使得液压使得液压马达马达和液压和液压泵泵在在结构上结构上比较比较相似相似，但但

5、不能不能可逆工作可逆工作 高速液压马达的主要特点：高速液压马达的主要特点：转速较高、转速较高、转动惯量小转动惯量小、便于起动和制动，调节、便于起动和制动，调节( (调速和换向调速和换向) )灵敏度高。灵敏度高。通常高速马达的输出转矩不大，仅通常高速马达的输出转矩不大，仅几十几十Nm 到几百到几百Nm，又称高又称高速小转矩液压马达。速小转矩液压马达。 低速液压马达的特点：低速液压马达的特点： 排量大、体积小、转速低，可低到每分钟几转，能直接与工作机构排量大、体积小、转速低，可低到每分钟几转，能直接与工作机构连接，连接，不需减速装置不需减速装置，使传动机构大大简化。低速马达输出转矩较，使传动机构大

6、大简化。低速马达输出转矩较大，大，可达几千可达几千Nm到几万到几万Nm，又称低速大转矩马达。又称低速大转矩马达。二、液压马达的工作原理二、液压马达的工作原理叶片式液压叶片式液压马达马达的的输出转矩输出转矩与与液压马达的排量液压马达的排量和液压马达进出油口之间和液压马达进出油口之间的的压力差有关压力差有关，其，其转速由转速由输入液压马达的输入液压马达的流量流量大小来决定。大小来决定。1.1.叶片式液压马达叶片式液压马达工作原理：工作原理：压力油与压油腔相通，按压力油与压油腔相通，按“差动面积差动面积”原理工作。原理工作。少结构图少结构图 优点：优点：体积小、重量轻、惯性小，因此动作灵敏，快速性好

7、，有很体积小、重量轻、惯性小，因此动作灵敏，快速性好，有很高的换向频率。高的换向频率。 缺点：泄漏量较大，低速工作时不平稳缺点：泄漏量较大，低速工作时不平稳。因此叶片式液压马达一般。因此叶片式液压马达一般用于转高速、转矩小和动作要求灵敏的场合。用于转高速、转矩小和动作要求灵敏的场合。 输出转矩与排量和进出油口之间的压力差有关，转速由流量决定； 液压马达要求可以正反转，叶片径向放置； 为了使叶片根部始终通有压力油，吸、压油腔通入叶片根部的通路上设置单向阀； 在叶片根部设置预紧弹簧；叶片式液压马达的特点：2.2.径向柱塞式液压马达径向柱塞式液压马达柱塞定子缸体配油轴分类：分类：1）径向式柱塞马达径

8、向式柱塞马达-柱塞呈径向排列柱塞呈径向排列，可作成多排形式，可作成多排形式，因而柱塞数量多，排量大，输出转矩大，用于低速大扭矩因而柱塞数量多，排量大，输出转矩大，用于低速大扭矩场合。场合。1）轴向式柱塞马达轴向式柱塞马达-采用双斜盘结构设计可增大排量，采用双斜盘结构设计可增大排量，设计成低速大扭矩马达，但一般尤其其设计成低速大扭矩马达，但一般尤其其径向尺寸小径向尺寸小，且用，且用以实现变量，多用于高速小扭矩变量马达。以实现变量，多用于高速小扭矩变量马达。特点：当压力油经固定的配油轴特点：当压力油经固定的配油轴4的窗口进的窗口进入缸体入缸体3内内柱塞柱塞1的底部时，柱塞向外伸出，的底部时，柱塞向

9、外伸出，紧紧紧紧顶住定子顶住定子2的内壁的内壁，定子与缸体存在一，定子与缸体存在一偏心距偏心距。 和和通油通油，力，力FT 对缸体产生一转矩，对缸体产生一转矩，使缸体使缸体旋转旋转。缸体再通过端面连接的传动轴向外。缸体再通过端面连接的传动轴向外输输出转矩和转速出转矩和转速。以上分析的一个柱塞产生转矩的情况，由于在以上分析的一个柱塞产生转矩的情况，由于在压油区作用有压油区作用有好几个柱塞好几个柱塞，在这些柱塞上所产，在这些柱塞上所产生的转矩都使缸体旋转，并输出转矩。径向生的转矩都使缸体旋转，并输出转矩。径向柱柱塞塞液压液压马达马达多用于多用于低速大转矩低速大转矩的情况下。的情况下。由于定子与缸体

10、存在一偏心距，在柱塞与定由于定子与缸体存在一偏心距，在柱塞与定子接触处，定子对柱塞的反作用力为子接触处，定子对柱塞的反作用力为FN 。力。力 FN可分解为可分解为FF和和FT两个分力。当作用在柱塞底两个分力。当作用在柱塞底部的油液压力为，柱塞直径为，力部的油液压力为，柱塞直径为，力 FF和和 FN之间的夹角为之间的夹角为 时，它们分别为：时，它们分别为：工作原理：工作原理：工作压力和额定压力工作压力是指马达实际工作时的压力。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。排量和理论流量 排量是指在没有泄漏的情况下，马达轴旋转一周所需输入的液体体积。理论流量是指在没有泄漏的

11、情况下，达到要求转速所需输入液体的流量。效率和功率 容积效率：由于有泄漏损失，为了达到液压马达所要求的转速，实际输入的流量输入的流量q必须大于理论输入流量qt，容积效率为 机械效率：由于有磨擦损失，液压马达的实际输出转矩T一定小于理论转矩Tt。机械效率为 液压马达的总效率为液压马达的输入功率输入功率为 液压马达的输出功率输出功率为 转矩和转速 转矩和转速是液压马达输出的两个最重要物理量，是输出机械能的表现形式。液压马达产生的理论转矩为液压马达输出的实际转矩为 三、液压马达的性能参数式中，p液压马达进、出口的压力差；w，n液压马达的角速度和转速。m =TTt= v mPi =pq=pVnPo=T

12、 w =2nTTt=Tt=1pV21pVm2tvqq3液压马达的转速和低速稳定性液压马达的转速和低速稳定性 在工程实际中，液压马达的转速和液压泵的转速一样，其计量单位在工程实际中，液压马达的转速和液压泵的转速一样，其计量单位多用多用rmin(转分转分)表示。表示。当液压马达工作转速过低时，往往保持不了均匀的速度，进入当液压马达工作转速过低时，往往保持不了均匀的速度，进入时动时动时停时停的不稳定状态，这就是所谓爬行现象。的不稳定状态，这就是所谓爬行现象。若若要求要求高速高速液压马达不超过液压马达不超过10rmin，低速，低速大转矩液大转矩液压马压马达不超过达不超过3rmin的的速度工作，并不是所

13、有速度工作，并不是所有的液压马达都能满足要求的。的液压马达都能满足要求的。低速稳定性低速稳定性：一般地说，一般地说，低速大低速大-转矩液压马达转矩液压马达的的低速稳定性低速稳定性要比要比高速马达为好高速马达为好。 低速大转矩马达的低速大转矩马达的排量大排量大，因而尺寸大，即便是在低转速下工作，因而尺寸大，即便是在低转速下工作摩擦副的滑动速度摩擦副的滑动速度也不致过低，加之也不致过低，加之马达排量大，泄漏的影响相对变马达排量大，泄漏的影响相对变小小，马达本身的转动惯量大，所以容易得到较好的低速稳定性。，马达本身的转动惯量大，所以容易得到较好的低速稳定性。显然，显然，调速范围宽调速范围宽的液压马达

14、应当既有好的高速性能又有好的低速稳的液压马达应当既有好的高速性能又有好的低速稳定性。定性。 i=nmaxnmin4调速范围调速范围当当负载从低速到高速负载从低速到高速在很宽的范围内在很宽的范围内工作时工作时，也要求，也要求液压马达能在液压马达能在较大的调速范围下工较大的调速范围下工作，否则就需要有能换档的变速机构，使传动机构作，否则就需要有能换档的变速机构，使传动机构复杂化。复杂化。 液压马达的液压马达的调速范围调速范围以允许的以允许的最大转速和最低稳定转速最大转速和最低稳定转速之比表示，之比表示，即即第二节 液压缸第二节 液压缸u 液压缸的分类液压缸的分类结构结构活塞缸活塞缸:单杆、双杆活塞

15、缸单杆、双杆活塞缸柱塞缸：柱塞缸：径向、轴向柱塞缸径向、轴向柱塞缸摆动缸：摆动缸：单、双叶片摆动缸单、双叶片摆动缸特殊缸特殊缸供油作供油作用方式用方式单作用（单作用（单方向进油单方向进油）:压力油只通向缸的一腔压力油只通向缸的一腔,反方向必须依反方向必须依 靠外力来实现靠外力来实现.双作用双作用:液压缸两个方向的运动都由压力油的控制来实现液压缸两个方向的运动都由压力油的控制来实现.液压缸是液压系统中的液压缸是液压系统中的执行元件执行元件，它的职能是将液压能转换成机械能。，它的职能是将液压能转换成机械能。液压缸的输入量是液体的流量和压力，输出是直线速度和力。液压缸的液压缸的输入量是液体的流量和压

16、力，输出是直线速度和力。液压缸的活塞能完成往复活塞能完成往复直线（曲线）直线（曲线）运动，输出有限的直线位移。运动，输出有限的直线位移。. 活塞式液压缸活塞式液压缸双杆式双杆式单杆式单杆式固定方式固定方式缸体固定缸体固定活塞杆固定活塞杆固定1 双杆式双杆式两活杆直径相同两活杆直径相同供油压力供油压力 不变不变 两个方向的运动速度两个方向的运动速度v和液压和液压 流量流量 推力推力F相等相等1dD课程回顾叶片式液压马达叶片式液压马达柱塞定子缸体配油轴径向柱塞式液压马达径向柱塞式液压马达工作压力和额定压力工作压力是指马达实际工作时的压力。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

17、最高压力。排量和理论流量 排量是指在没有泄漏的情况下，马达轴旋转一周所需输入的液体体积。理论流量是指在没有泄漏的情况下，达到要求转速所需输入液体的流量。效率和功率 容积效率：由于有泄漏损失，为了达到液压马达所要求的转速，实际输入的流量输入的流量q必须大于理论输入流量qt，容积效率为 机械效率：由于有磨擦损失，液压马达的实际输出转矩T一定小于理论转矩Tt。机械效率为 液压马达的总效率为液压马达的输入功率输入功率为 液压马达的输出功率输出功率为 转矩和转速 转矩和转速是液压马达输出的两个最重要物理量，是输出机械能的表现形式。液压马达产生的理论转矩为液压马达输出的实际转矩为 三、液压马达的性能参数式

18、中，p液压马达进、出口的压力差；w，n液压马达的角速度和转速。m =TTt= v mPi =pq=pVnPo=T w =2nTTt=Tt=1pV21pVm2tvqq. 活塞式液压缸活塞式液压缸双杆式双杆式单杆式单杆式固定方式固定方式缸体固定缸体固定活塞杆固定活塞杆固定1 双杆式双杆式两活杆直径相同两活杆直径相同供油压力供油压力 不变不变 两个方向的运动速度两个方向的运动速度v和液压和液压 流量流量 推力推力F相等相等1dD1. 双杆式活塞缸双杆式活塞缸 双杆式活塞缸的活塞双杆式活塞缸的活塞两端都有一根两端都有一根直径相等的直径相等的活塞杆活塞杆伸出，它根据伸出，它根据安装方式不同又可以分为安装

19、方式不同又可以分为缸筒固定式和活塞杆固定式两种。缸筒固定式和活塞杆固定式两种。 运动部件移动范围较大运动部件移动范围较大，安安装形式占地面积大，适用于较装形式占地面积大，适用于较大型机械。大型机械。安装形式占地面积小，适用安装形式占地面积小，适用于小型机械。于小型机械。 由于双杆活塞缸两端的活塞杆由于双杆活塞缸两端的活塞杆直径直径通常是相等的，因此它左、右两通常是相等的，因此它左、右两腔的腔的有效面积也相等有效面积也相等。当分别向左、右腔输入相同压力和相同流量的油。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、右两个方向的液时，液压缸左、右两个方向的推力和速度相等。推力和速度相等。

20、式中为活塞的有效工作面积。式中为活塞的有效工作面积。 作用力和运动速度作用力和运动速度2. 单杆式活塞缸（单杆式活塞缸（无杆腔进油、有杆腔进油无杆腔进油、有杆腔进油）特点特点:只在活塞的一端有活塞杆，两腔有效工作面积不相等。只在活塞的一端有活塞杆，两腔有效工作面积不相等。安装方式：安装方式：缸筒固定和活塞杆固定两种，进、出油口根据安装方式而定。缸筒固定和活塞杆固定两种，进、出油口根据安装方式而定。运动部件运动部件移动范围都为活塞有效行程的两倍。移动范围都为活塞有效行程的两倍。1 12 2p pA Aq qv vp p1 1A A2 2F F1 11 1F F1 1v v2 2p p1 1q q

21、2 2p pd dd d1)无杆腔进油无杆腔进油2221222111)(44pdDpDApApF 推力和速度推力和速度2) 有杆腔进油有杆腔进油 )dD(qAqv22224221221221244pDpdDApApF1 12 2p pA Aq qv vp p1 1A A2 2F F1 11 1F F2 2v v2 2p p1 1q q2 2p pd dd d 推力和速度推力和速度2221222111)(44pdDpDApApF1)无有杆腔进油：无有杆腔进油： 比较上述各式121212 AAvvFF由于工进 速度慢快负退载大速度快 负载小3)差动连接差动连接特点：两腔同时通入压力特点：两腔同时通

22、入压力油由于油由于A1A2.产生推力产生推力差差,活塞向右运动有杆腔活塞向右运动有杆腔排出的油液进入无杆腔排出的油液进入无杆腔,加加快活塞的速度快活塞的速度12pAqvp1A2F331pqq2p=2p=p3dD 推力和速度推力和速度231314DvAvq)dD(vAvq223232421qqq22134dqAAqv2212134)(dpAAppApAF22134dqAAqv2212134)(dpAAppApAF3)差动连接差动连接2) 有杆腔进油有杆腔进油 )dD(qAqv22224221221221244pDpdDApApF1)无杆腔进油无杆腔进油2221222111)(44pdDpDApA

23、pF 差动缸随度快，推力小，该结构常被用于机械设备的快速运动中。差动缸随度快，推力小，该结构常被用于机械设备的快速运动中。（二）柱塞缸（二）柱塞缸 活塞缸内孔加工精度要求很高，形成加长很难加工活塞缸内孔加工精度要求很高，形成加长很难加工。柱塞缸与缸筒间。柱塞缸与缸筒间无配合无配合关系关系，缸筒内孔不需要配合关系，只是柱塞与缸盖上的导向套有配合关系，缸筒内孔不需要配合关系，只是柱塞与缸盖上的导向套有配合关系 特点：特点： （1）柱塞式液压缸是）柱塞式液压缸是单单作用液压缸作用液压缸，即靠液压力只，即靠液压力只能实现一个方向的运动，能实现一个方向的运动，回回程要靠自重（当液压缸垂直程要靠自重（当液

24、压缸垂直放置时）或其它外力放置时）或其它外力，因此，因此柱塞缸常成对使用；柱塞缸常成对使用； （2）柱塞运动时，由）柱塞运动时，由缸缸盖上盖上的的导向套导向套来导向，因此，来导向，因此，柱塞和缸筒的内壁不接触，柱塞和缸筒的内壁不接触，缸筒内孔只需粗加工即可；缸筒内孔只需粗加工即可； （3）当）当柱塞行程特别长时，柱塞行程特别长时，仅靠导向套导向就不够了，为此可在缸筒内设仅靠导向套导向就不够了，为此可在缸筒内设置各种不同形式的置各种不同形式的辅助支承辅助支承，起到辅助导向的作用。，起到辅助导向的作用。推力和速度为推力和速度为 三、摆动式液压缸三、摆动式液压缸分类分类单叶片式单叶片式双叶片式双叶片

25、式摆动缸结构紧凑，输出转矩大。摆动缸结构紧凑，输出转矩大。密封较困难，多适用于中、低压。密封较困难，多适用于中、低压。摆动缸输出的转矩摆动缸输出的转矩 和转速和转速 。MTMn摆动缸实质上也是一种液压马达。摆动缸实质上也是一种液压马达。 摆动式液压缸摆动式液压缸也称也称摆动液压马达摆动液压马达。当它通人压力油时，它的主轴能输出小于。当它通人压力油时，它的主轴能输出小于 360度度 的摆动运动，常用于的摆动运动，常用于工夹具夹紧装置、转位装置以及需要周期性进给的系统工夹具夹紧装置、转位装置以及需要周期性进给的系统中。中。 单叶片摆动马达双叶片摆动马达单叶片摆动液压马达图单叶片摆动液压马达图（1）

26、单叶片）单叶片摆动缸排量摆动缸排量brRVM 22摆动缸输出转矩摆动缸输出转矩摆动缸输出转速摆动缸输出转速22 2MMmMvMpRrbpqTVMMMbrRqn22摆动缸的输出转速习惯上以叶片摆动的角速度摆动缸的输出转速习惯上以叶片摆动的角速度 来表示。来表示。MVMMMMbrRqn 2222（2）双叶片摆动缸的计算）双叶片摆动缸的计算221 2MvMTRrbp Z转矩增大角速度减小 222VMMMZbrRq双叶片摆动缸输出转矩是单叶片摆双叶片摆动缸输出转矩是单叶片摆动缸输出转矩的动缸输出转矩的2倍，角速度是单叶倍，角速度是单叶片式的片式的1/2.四、液压缸的结构四、液压缸的结构1、活塞组件：活

27、塞、活塞杆、连接件。、活塞组件：活塞、活塞杆、连接件。整体式、焊接式、锥销式、螺纹式、半环式整体式、焊接式、锥销式、螺纹式、半环式2、缸筒组件：缸筒和前、后盖。、缸筒组件：缸筒和前、后盖。法兰式、螺纹式、半环式、拉杆式、焊接式法兰式、螺纹式、半环式、拉杆式、焊接式3、密封装置：活塞与缸体内孔、密封装置：活塞与缸体内孔 活塞与导向部分活塞与导向部分 缸体与端盖缸体与端盖 动密封动密封静密封静密封4、排气装置：、排气装置： 液压系统往往会混入空气，使系统工作不稳定，产生振动、液压系统往往会混入空气，使系统工作不稳定，产生振动、爬行和前冲等现象，严重时会使系统不能正常工作。爬行和前冲等现象，严重时会

28、使系统不能正常工作。排 气 装 置导 向 套密 封 装 置孔 径 比 圆 台 直 径 略 大 5、导向装置、导向装置保证活塞杆具有良好的导向性。保证活塞杆具有良好的导向性。通常在端盖处设置导向套。有些直接用端盖孔导向。通常在端盖处设置导向套。有些直接用端盖孔导向。6、缓冲装置、缓冲装置为了防止高速运动的活塞在行程终了撞击缸盖，发生机械事故。为了防止高速运动的活塞在行程终了撞击缸盖，发生机械事故。缓冲原理：使活塞与缸盖接近时，在排油腔内产生足够的缓冲原理：使活塞与缸盖接近时，在排油腔内产生足够的 缓冲压力，即增大回油阻力，从而降低缸的缓冲压力，即增大回油阻力，从而降低缸的 运动速度。运动速度。液压缸活塞组件缸筒组件辅助装置液压缸活塞组件缸筒组件辅助装置密封、排气密封、排气导向、缓冲导向、缓冲对要求高的液压缸，常在液压缸的最高处设置专门对要求高的液压缸，常在液压缸的最