广工大液压与气压传动第四章液压执行元件

11第四章液压执行元件第一节液压马达液压马达是将液压能转换成机械能的工作装置，以旋转运动向外输出机械能，得到输出轴上的转速与扭矩。221、液压马达分类与特点液压马达可分为：高速马达、低速马达从原理上讲，同类型的泵与马达可以互换；但事实上，结构上存在差异。1）液压泵的吸油腔一般为真空，进油口直径比出油口大；而液压马达排油口压力稍大于大气压，进、出油口直径相同。2）液压马达需要正反转，内部结构具有对称性；而液压泵一般单向旋转，内部结构不对称。3）在确定液压马达轴承时，应保证能在很宽的范围内工作；而液压泵转速变化小，无这一要求。331、液压马达分类与特点4）液压泵结构上需保证具有自吸能力，液压马达起动时需保证较好的密封性。5）液压马达一般需要外泄油口，而液压泵一般不需要。6）为改善液压马达的起动和工作性能，要求转矩脉动小，内摩擦小。442、液压马达的工作原理（1）齿轮式液压马达当高压油输入进油腔时，由于齿轮中心O、O`到啮合点A的距离均小于齿顶圆半径，因此，在齿轮3和3`的齿面上便产生不平衡液压力。不平衡液压力对齿轮中心O、O`产生力矩，使齿轮旋转，输出力矩。随着齿轮旋转，齿轮1、1`退出啮合，齿轮3、3`扫过的容积＞齿轮1、1`扫过的容积，因此，进油腔的容积增大，高压油不断输入，齿轮连续旋转。55（2）双作用叶片式液压马达输入压力油后，叶片1、3、5、7一侧受高压油的作用，另一侧通回油；叶片1、5比叶片3、7伸出长度大一些；叶片2、4、6、8两侧压力相同；叶片1、3、5、7两侧压力差克服外载荷使转轴转动；66（3）轴向柱塞式液压马达柱塞受到斜盘法向作用力F'，垂直方向分解为Fy；Fy使缸体产生旋转力矩产生。77二、液压马达主要参数计算1、工作压力与额定压力

输入液压马达油液的实际压力称为液压马达的工作压力，其大小决定于负载。液压马达进口压力与出口压力的差值称为液压马达的压差。额定压力按试验标准规定，使液压马达连续正常工作的最高压力。2、排量Vm和流量q

在不考虑泄漏的情况下，马达每转一弧度所需输入液体的体积，称为液压马达排量（m3/rad）理论流量Qmt

不考虑泄漏流量；实际流量qM88二、液压马达主要参数计算3、容积效率和转速液压马达的容积效率等于理论输入流量与实际输入流量的比值，即4、转矩和机械效率在不计液压马达损失的情况下，其输出功率等于输入功率，即马达的机械效率ηMm等于马达实际输出转矩与理论输出转矩的比，即99二、液压马达主要参数计算5、功率和总功率液压马达的实际输入功率为pqM,实际输出功率为Tω,马达总效率ηM等于实际输出功率与实际输入功率的比值。即由上式可知：液压马达的总效率与液压泵的总效率相同，等于其机械效率与容积效率的乘积。6、最低回油背压最低回油背压是指液压马达为防止出现空脱现象，在回油腔必须保持的最低压力。7、最低稳定转速最低稳定转速是指液压马达在额定负载下，不出现爬行现象的最低转速。1010三、液压马达主要结构形式1、高速液压马达（额定转速高于500r/min）基本形式有：齿轮式、叶片式、柱塞式主要特点：转速高，转动惯量小，便于起动、制动、调速和换向。（转矩不大通常只有数十至数百牛·米，又称高速小转矩液压马达）双作用叶片式高速马达与双作用泵相比较，其结构特点：111）转子两侧开有环形槽，放置弹簧2，弹簧套在销子1上，将叶片压向定子内表面，防止启动时高、低压腔互通，保证马达有足够的启动扭矩输出。2）壳体内装有棱阀，保证正反转或进出油口互换时，叶片底部始终通向高压油腔。3）因需要正反转，叶片呈径向分布。12122、低速液压马达转速低于500r/min的马达属于低速液压马达。基本形式是：径向柱塞式主要特点是：排量大、体积大、转速低。可以与工作机构连接，不需要减速装置，使传动机构大大简化。其输出扭矩大，可达几千到几万牛·米。1313（1）单作用连杆型径向柱塞马达壳体内5个缸径向均匀分布，连杆一端与柱塞铰接。曲轴一端通过十字滑块联轴器带动配流轴同步旋转；（1）单作用连杆型径向柱塞马达图a，高压油进入柱塞Ⅳ、Ⅴ顶部，柱塞Ⅰ处于高压油和回油不相通的过渡位置，柱塞Ⅲ与回油口相通；柱塞Ⅳ、Ⅴ高压油作用力F通过连杆作用于偏心轮，对曲轴中心形成转矩，使之逆时针旋转；14（1）单作用连杆型径向柱塞马达曲轴旋转90°至图b位置，柱塞Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ通高压油，柱塞Ⅲ、Ⅳ通回油15（1）单作用连杆型径向柱塞马达旋转180°至图c位置，柱塞Ⅰ处于过渡状态，柱塞Ⅱ、Ⅲ通高压油，柱塞Ⅳ、Ⅴ通回油1617（1）单作用连杆型径向柱塞马达壳体固定，曲轴旋转；若曲轴固定，进、排油直接流入配流阀，则可使外壳旋转；外壳旋转用于驱动车轮、卷筒等。优点：结构简单、工作可靠；缺点：体积大，质量大，输出转矩脉动大，低速稳定性差。18（2）多作用内曲线柱塞马达定子6内表面由i个形状相同且均布的导轨面组成，每个导轨面可分为a、b两段；缸体2上有Z个径向分布的柱塞孔，柱塞顶作成球面，通过横梁两端的滚轮将力作用在导轨曲面上；配流轴与壳体连成一体，且固定不动。若导轨面a段对应高压油区，则b段对应回油区；19轴塞Ⅱ、Ⅲ对应导轨a段。通压油腔柱塞Ⅳ、Ⅴ对应于b段，通回油腔Ⅰ、Ⅵ过渡段柱塞Ⅱ、Ⅲ底部液压力通过横梁、滚轮作用在导轨面的a段，有一法向力N1、N2，使得缸体中心产生转矩，带动输出轴转动。20输出转矩大，转动脉动率小，可在低速下平稳运转。21第二节液压缸液压缸是执行元件之一，把液体的压力能转换成机械能以实现直线往复运动或往复摆动的能量转换装置。1、液压缸的分类、特点和图形符号按结构形式分：柱塞缸、活塞缸、伸缩式套筒缸和摆动缸；按液体压力的作用方式分：单作用液压缸和双作用液压缸；按液压缸的特殊用途分：串联缸、增压缸、增速缸、步进缸等；2223242、双杆活塞杆的基本参数计算活塞左右移动速度、行程及推力均相等A—

活塞杆有效面积；D—

活塞直径；d—

活塞杆直径；ηm

—

液压缸的机械效率；ηv

—

液压缸的容积效率；q—

输入液压缸的流量；p1

—

进油腔压力p2

—

回油腔压力25缸筒固定式工作台移动范围为活塞有效行程的3倍，占地面积大；活塞杆固定式工作台移动范围为活塞有效行程的2倍，占地面积小；263、单杆活塞杆的基本参数计算（1）无杆腔工作27（2）有杆腔工作3、单杆活塞杆的基本参数计算283、单杆活塞杆的基本参数计算（3）差动连接缸的两腔压力相等，但由于A1>A2，活塞仍向右运动；差动连接缸的有效面积为活塞杆的面积。294、柱塞缸的基本参数计算柱塞缸只能实现一个方向的运动，反向靠外力推动；若要双向运动，可将柱塞缸成对反向布置使用。305、摆动缸单叶片摆动双叶片摆动摆角较大，可达300度摆角一般小于150度316、增压缸低压油P1

进入左端大腔，活塞向右运动，其小腔输出高压油P2。3233二、液压缸的典型结构工作压力小于10MPa，铸铁材料；介于10～20MPa，无缝钢管；大于20MPa，铸钢或锻钢。1、液压缸的组成（1）缸筒和缸盖连接方式a焊接式连接b半环式连接c、f螺纹式连接d连杆式连接e法兰焊接式连接34二、液压缸的典型结构材料：活塞一般用耐磨铸铁，

活塞杆用钢。1、液压缸的组成（2）活塞和活塞杆连接方式a螺纹式连接b、c半环式连接d销式连接35a）O形圈密封

b）V形圈密封

c）Y形圈密封

d）Y形圈和防尘圈密封363、缓冲装置为减小冲击，防止碰撞，需在高速液压缸中设置缓冲装置。原理：当活塞接近端盖时，利用对液压油的节流作用，增大液压缸的回油阻力，使活塞慢慢减速，从而防止冲击和活塞撞击缸盖。常见缓冲装置的结构：环状间隙式、节流口面积可变式和节流口面积可调式。37环状间隙式缓冲装置当活塞上的凸台进入端盖上的凹腔时，油液只能从凸台和凹腔形成的缝隙中挤出，活塞受到一个很大的、由间隙节流而建立的背压作用，形成缓冲；开始缓冲效果明显，随后缓冲效果逐渐减弱。适用于运动惯性不大、运动速度不高的场合；凸台做成圆锥凸台，缓冲效果较好。38节流口面积可变式缓冲装置活塞缓冲凸台上开有轴向斜三角形节流槽，当活塞接近端盖时，活塞与端盖中的油液经轴向斜三角槽流出，活塞受到缓冲；缓冲过程节流口面积逐渐减小，缓冲作用均匀，缓冲压力较小，制动位置精度高；