液压油缸及马达

第四章液压缸与液压马达

液压与气动技术主讲：机电工程系廖雪梅第一页，共八十一页。什么是液压缸？液压缸是液压系统中常用的一种执行元件，是把液体的压力能转变为机械能的装置，主要用于实现机构的直线往复运动，也可以实现摆动。第二页，共八十一页。什么是液压马达？液压马达也是液压系统中常用的一种执行元件，是把液体的压力能转变为机械能的装置，主要用于实现机构的回转运动。第三页，共八十一页。第四页，共八十一页。液压缸工作原理第五页，共八十一页。液压缸工作原理第六页，共八十一页。液压缸工作原理第七页，共八十一页。液压马达工作原理第八页，共八十一页。液压马达工作原理第九页，共八十一页。单作用液压缸柱塞式液压缸液压缸双作用液压缸组合液压缸单活塞杆液压缸双活塞杆液压缸伸缩液压缸单活塞杆液压缸双活塞杆液压缸伸缩液压缸弹簧复位液压缸串联液压缸增压缸齿条传动液压缸液压缸的类型及特点第十页，共八十一页。双作用单活塞杆液压缸？单边有活塞杆，双向液压驱动，两向推力和速度不等。应用较广泛如：工程机械等。双作用单活塞杆液压缸符号第十一页，共八十一页。双作用单活塞杆液压缸

结构和工作原理第十二页，共八十一页。双作用单活塞杆液压缸应用实例第十三页，共八十一页。双活塞杆液压缸？双边有活塞杆，双向液压驱动，可实现等速往复运动。双活塞杆液压缸符号第十四页，共八十一页。柱塞式液压缸？仅单向液压驱动，返回行程通常是利用自重或其它外力驱动的缸。常用于工件的举升，压紧，液压提升机，液压压力机等。柱塞式液压缸符号第十五页，共八十一页。柱塞式液压缸应用实例第十六页，共八十一页。例：液压千斤顶第十七页，共八十一页。伸缩液压缸？它以短缸获得长行程，用压力油从大到小逐节推出，靠外力由小到大逐节缩回。伸缩液压缸符号第十八页，共八十一页。4.1液压缸主要参数液压缸的推力F液压缸的运动速度v液压缸的结构尺寸，主要包括：液压缸直径D

液压缸活塞杆直径d液压缸活塞杆行程L第十九页，共八十一页。DdL第二十页，共八十一页。一、双活塞杆液压缸双活塞杆液压缸安装方式简图第二十一页，共八十一页。一、双活塞杆液压缸q—输入流量；A—活塞有效工作面积；D、d—活塞、活塞杆直径；p1、p2—缸进出口压力。第二十二页，共八十一页。特点：压力相同时：液压缸双向推力相等；流量相同时：液压缸双向运动速度相等；缺点结构尺寸较大。第二十三页，共八十一页。二、单活塞杆液压缸无杆腔进油第二十四页，共八十一页。有杆腔进油第二十五页，共八十一页。差动连接显然，差动连接时活塞运动速度较快，产生的推力较小。所以差动连接常用于空载快进场合。第二十六页，共八十一页。单活塞杆液压缸的速比在单活塞杆液压缸中，当输入到有杆腔和无杆腔的流量q相等时，活塞运动速度v2与v1之比称为速比，用λv

表示。当λv=2(即油缸回退速度是前进速度的2倍）时：A1=2A2第二十七页，共八十一页。特点：压力相同时：液压缸的推力大于拉力；流量相同时：液压缸的伸出速度小于回缩速度；差动连接时：液压缸的推力减小、伸出速度提高（A1=2A2时：v2=

v3）。第二十八页，共八十一页。三、柱塞式液压缸第二十九页，共八十一页。4.2液压缸的结构第三十页，共八十一页。活塞密封第三十一页，共八十一页。活塞密封第三十二页，共八十一页。活塞杆密封第三十三页，共八十一页。活塞杆密封第三十四页，共八十一页。缓冲装置第三十五页，共八十一页。缓冲装置第三十六页，共八十一页。缓冲装置第三十七页，共八十一页。缓冲装置第三十八页，共八十一页。缓冲装置第三十九页，共八十一页。液压缸的节流缓冲及缝隙缓冲原理第四十页，共八十一页。第四十一页，共八十一页。缸体与端盖的连接拉杆连接：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，但外形尺寸较大，重量较大，通常只用于较短的液压缸。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。第四十二页，共八十一页。内半环连接：图中K为半环，把半环切成三块装于缸体槽内。半环连接结构紧凑，重量小，工作可靠，但缸体铣出了半环槽后，削弱了其强度，所以相应要加大缸体的壁厚。当液压缸轴向尺寸受到限制，又要获得较大行程时，可采用外半环连接。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。

第四十三页，共八十一页。外螺纹连接：并装有防松螺母防止端盖松动。内螺纹连接：螺纹连接的特点是重量轻。外径小、结构紧凑。但螺纹连接加工较复杂，并需要专门的装拆工具。第四十四页，共八十一页。活塞杆头部结构第四十五页，共八十一页。液压缸的排气装置液压缸中不可避免地会混入空气，由此会引起活塞运动时的爬行和振动，产生噪声，甚至使整个液压系统不能正常工作。排气装置安装在液压缸的最上部位置。

第四十六页，共八十一页。4、2液压缸的设计与计算液压缸工作压力的确定液压缸内径和活塞杆直径的确定缸筒壁厚δ的确定液压缸其它部位尺寸的确定

第四十七页，共八十一页。4、2液压缸的设计与计算液压缸的主要尺寸包括：液压缸内径D

活塞杆直径d

液压缸缸体长度L第四十八页，共八十一页。液压缸工作压力的确定见表，4.2.2第四十九页，共八十一页。液压缸内径和活塞杆直径的确定（一）液压缸内径D

（二）活塞杆直径d第五十页，共八十一页。液压缸内径D

1根据最大总负载和选取的工作压力来确定2根据执行机构速度要求和选定液压泵流量来确定第五十一页，共八十一页。根据最大总负载和选取的工作压力来确定

以单杆缸为例：无杆腔进油时D=√4F1/π(p1-p2)-d2p2/p1-p2有杆腔进油时D=√4F2/π(p1-p2)+d2p1/p1-p2若初步选取回油压力p2=0，则上面两式简化为：无杆腔进油时D=√4F1/πp1有杆腔进油时D=√4F2/πp1+d2第五十二页，共八十一页。根据执行机构速度要求和选定液压泵流量来确定无杆腔进油时：D=√4qv/πv1

有杆腔进油时：

D=√4qv/πv1+d2

计算所得液压缸的内径（即活塞直径）应圆整为标准值第五十三页，共八十一页。（二）活塞杆直径d

原则：活塞杆直径可根据工作压力或设备类型选取液压缸的往复速度比有一定要求时

计算所得活塞杆直径d亦应圆整为标准系列值。第五十四页，共八十一页。按活塞杆的受力情况确定活塞杆的直径d当活塞杆受拉时：d=(0.3~0.5)D;当活塞杆受压时：d=(0.5~0.55)D(p≤5.0MPa);d=(0.6~0.7)D(5.0MPa≤p≤7.0MPa);d=0.7D(p＞7.0MPa);

第五十五页，共八十一页。（三）液压缸缸体长度L

原则：由液压缸最大行程、活塞宽度、活塞杆导向套长度、活塞杆密封长度和特殊要求的其它长度确定,为减小加工难度，一般液压缸缸体长度不应大于内径的20--30倍。

第五十六页，共八十一页。(四)缸筒壁厚δ

中低压系统，无需校核确定原则:

高压大直径时，必须校核δ

第五十七页，共八十一页。缸筒壁厚δ校核方法薄壁缸体（无缝钢管）:

当D

/δ≥10时厚壁缸体（铸造缸体）:

当D/δ＜10时液压缸外径D1便可由下式求出：第五十八页，共八十一页。液压缸其它部位尺寸的确定

导向长度H≥L/20+D/2（L为液压缸最大行程）活塞宽度B=（0.6~1.0）D；

A=(0.6~1.6)D（D＜80mm）导向套滑动面长度AA=(0.6~1.0)d（D≥80mm）如装有隔套K时，C=H-（A+B）/2

第五十九页，共八十一页。液压缸其它部位尺寸的确定活塞杆长度由L确定，必要时需进行稳定性验算。当液压缸承受轴向压缩载荷时：若l/d≤15时，无须验算验算l/d≥15时，可按材料力学有关公式进行第六十页，共八十一页。冶金设备用液压缸第六十一页，共八十一页。液压缸型号标注举例第六十二页，共八十一页。冶金设备用液压缸技术参数第六十三页，共八十一页。冶金设备用液压缸技术参数第六十四页，共八十一页。GHF1系列高压液压缸第六十五页，共八十一页。第六十六页，共八十一页。4.3液压马达液压马达分类：齿轮式、叶片式和柱塞式三大类。齿轮式：用于高转速、小转矩的场合。但是，输出转矩和转速的脉动性较大。叶片式：特点体积小，惯性小，因此动作灵敏，允许换向频率高。用于高转速、小转矩和动作灵敏的场合，但不适用于低速工作。常用于内外圆磨床主轴驱动等。柱塞式：一般柱塞泵均可作为液压马达使用，但由于排量小，输出转矩不大，所以是一种高速小转矩的液压马达。大转矩液压马达常见为径向柱塞马达。第六十七页，共八十一页。液压马达图形符号第六十八页，共八十一页。液压马达工作原理

当压力油通入马达后，柱塞受油压作用压紧倾斜盘,斜盘则对柱塞产生一反作用力，因倾角此力可分解为两个轴向分力Fx=πd2p/4分力<

径向分力Fy=γ=π/4·d2ptanγFx与液压力平衡，Fy对缸体中心产生转矩，使缸体带动马达轴旋转。

第六十九页，共八十一页。液压马达主要参数一、工作压力和额定工作压力液压马达的工作压力是指马达实际工作时的输入压力。液压马达的额定压力是指马达在正常工作条件下按试验标准规定的连续运转的最高输入压力（超过此值就是过载）第七十页，共八十一页。二、排量和流量液压马达的排量（V）是指马达每转一转所需输入的液体的体积。单位：mL/r液压马达的理论流量（qi）是指马达在单位时间内所需输入的液体体积。单位：m3/s或L/min第七十一页，共八十一页。三、转矩T和转速n△P—马达进出口压差；q—马达输入流量；V—马达排量；v—马达容积效率；

m—马达机械效率。

第七十二页，共八十一页。液压马达与液压泵的区别作用上—相反和液压泵的区别<结构上—相似（略有差别）

原理上—互逆第七十三页，共八十一页。液压马达与液压泵的区别1、吸入性能要求：泵有（进油口真空，进油口比出油口大），马达没有（进油口有压力油，进油口与出油口一样大）。2、转速要求：一般泵的工作转速变化小，马达要有很宽的工作转速范围。3、换向要求：泵一般不要求正、反转，马达需要正、反转（结构必须对称）。4、针对马达的使用性能要求：起动性能（起动转矩和起动机械效率）、制动性能（设计制动装置）和最低稳定转速。第七十四页，共八十一页。液压马达的使用性能要求1、起动性能：影响马达起动性能的两个因素：马达摩擦副之间的静摩擦力和扭矩脉动。描述马达起动性能的两个指标：起动扭矩：T0起动机械效率：第七十五页，共八十一页。2、制动性能：工作机构或负载停止运动时有可能有重力做功的工况时，对马达有制动性要求。由于马达的容积效率影响马达的制动性，一般马达（特别是需要长时间停止）还需设置制动装置。第七十六页，共八十一页。3、最低稳定转速：液压马达在额定负载下不出现爬行的最低转速。第七十七页，共八十一页。

1、如图所示，已知单杆液压缸的内径，活塞杆直径,泵的供油压力,供油流量。试求：液压缸差动连接时的运动速度和推力；若考虑管路损失，则实测，而，求此时液压缸的推力。P484.1