第三章液压马达与液压缸

液压马达与液压缸第三章第一节液压马达液压马达是将液体压力能转换为机械能的装置,输出转矩和转速，是液压系统的执行元件。马达与泵在原理上有可逆性，但因用途不同结构上有些差别：马达要求正反转，其结构具有对称性；而泵为了保证其自吸性能，结构上采取了某些措施。马达的分类：ns＞500r/min为高速液压马达：齿轮马达，叶片马达，轴向柱塞马达ns＜500r/min为低速液压马达：径向柱塞马达（单作用连杆型径向柱塞马达，多作用内曲线径向柱塞马达）液压马达图形符号第一节液压马达液压马达的特性参数工作压力与额定压力

工作压力p

大小取决于马达负载，马达进出口压力的差值称为马达的压差Δp。额定压力ps

能使马达连续正常运转的最高压力。流量与容积效率

输入马达的实际流量qM＝qMt＋Δq

其中qMt为理论流量，马达在没有泄漏时，达到要求转速所需进口流量。容积效率ηMv＝qMt

/qM＝1－Δq/qM第一节液压马达排量与转速排量V为ηMV等于1时输出轴旋转一周所需油液体积。转速n

＝qMt/V

＝qMηMV

/V转矩与机械效率

实际输出转矩T＝Tt-ΔT

理论输出转矩Tt＝ΔpV/2π机械效率ηMm＝TM/TMt功率与总效率ηM＝PMo/Pmi＝ηMvηMm式中PMo为马达输出功率，Pmi为马达输入功率。

第一节液压马达齿轮马达

结构特点进出油口相等，有单独的泄油口；为减少摩擦力矩，采用滚动轴承；为减少转矩脉动，齿数较泵的齿数多。应用由于密封性能差，容积效率较低，且瞬时转速和转矩随啮合点而变化，因此仅用于高速小转矩的场合，及对转矩均匀性要求不高的设备。第一节液压马达齿轮马达叶片马达

结构特点

进出油口相等，有单独的泄油口；叶片径向放置，叶片底部设置有燕式弹簧；在高低压油腔通入叶片底部的通路上装有梭阀。应用转动惯量小，反应灵敏，能适应较高频率的换向。但泄漏大，低速时不够稳定。适用于转矩小、转速高、机械性能要求不严格的场合。第一节液压马达叶片马达轴向柱塞马达

结构特点轴向柱塞泵和轴向柱塞马达是互逆的。配流盘为对称结构。

应用作变量马达。改变斜盘倾角，不仅影响马达的转矩，而且影响它的转速和转向。斜盘倾角越大，产生的转矩越大，转速越低。第一节液压马达轴向柱塞马达低速大扭矩马达

单作用连杆型径向柱塞马达第一节液压马达连杆马达结构原理呈五星状（或七星状）的壳体内均匀分布着柱塞缸。柱塞与连杆铰接，连杆的另一端与曲轴偏心轮外圆接触。高压油进入部分柱塞缸头部，高压油作用在柱塞上的作用力对曲轴旋转中心形成转矩。另外部分柱塞缸与回油口相通。曲轴为输出轴。配流轴随曲轴同步旋转，各柱塞缸依次与高压进油和低压回油相通（配流套不转），保证曲轴连续旋转。排量公式

v=πd2ez/2d

为柱塞直径；e

为曲轴偏心距；z

为柱塞数。第一节液压马达应用结构简单，工作可靠，可以是壳体固定曲轴旋转，也可以是曲轴固定壳体旋转（可驱动车轮或卷筒），但体积重量较大，转矩脉动，低速稳定性较差。采用静压支承或静压平衡后最低转速可达3r/min。第一节液压马达低速大扭矩马达

多作用内曲线径向柱塞马达第一节液压马达内曲线马达结构原理壳体内环由x个导轨曲面组成，每个曲面分为a、b两个区段；缸体径向均布有z个柱塞孔，柱塞球面头部顶在滚轮组横梁上，使之在缸体径向槽内滑动；柱塞、滚轮组组成柱塞组件，a段导轨对柱塞组件的法向反力的切向分力对缸体产生转矩；配流轴圆周均布2x个配流窗口，其中x个窗口对应于a段，通高压油，第一节液压马达结构原理配流轴圆周均布2x个配流窗口，其中x个窗口对应于a段，通高压油，x个窗口对应于b段，通回油（x≠z

)；输出轴，缸体与输出轴连成一体。第一节液压马达排量公式

v=（πd2/4）sxyzs为柱塞行程；x为作用次数；

y为柱塞排数；z为每排柱塞数。应用

转矩脉动小，径向力平衡，启动转矩大，能在低速下稳定运转，普遍用于工程、建筑、起重运输、煤矿、船舶、农业等机械中。第一节液压马达

液压缸与马达一样，也是将液压能转变为机械能的装置，它将液压能转变为直线运动或摆动的机械能。液压缸的分类按结构形式分：活塞缸又分单杆活塞缸、双杆活塞缸柱塞缸摆动缸又分单叶片摆动缸、双叶片摆动缸按作用方式分：单作用液压缸一个方向的运动依靠液压作用力实现，另一个方向依靠弹簧力、重力等实现；第二节液压缸单作用伸缩缸摆动缸第二节液压缸双作用液压缸两个方向的运动都依靠液压作用力来实现；

复合式缸活塞缸与活塞缸的组合、活塞缸与柱塞缸的组合、活塞缸与机械结构的组合等。双作用伸缩缸双杆活塞缸双杆活塞缸活塞两侧都有活塞杆伸出，根据安装方式不同又分为活塞杆固定式和缸筒固定式两种。第二节液压缸双杆活塞缸的速度推力特性v

＝q/A

＝4qηv/π（D2－d2）

缸在左右两个方向上输出的速度相等，ηv为缸的容积效率。

当缸筒固定时，运动部件移动范围是活塞有效行程的三倍；当活塞杆固定时，运动部件移动范围是活塞有效行程的两倍。第二节液压缸

F

＝A（p1－

p2）ηm

＝π（D2－d2）（p1－p2）ηm

/4

缸在左右两个方向上输出的推力相等，ηm为缸的机械效率。第二节液压缸单杆活塞缸单杆活塞缸只有一端带活塞杆，它也有缸筒固定和活塞杆固定两种安装方式，两种方式的运动部件移动范围均为活塞有效行程的两倍。第二节液压缸单杆活塞缸速度推力特性向右运动速度v1

＝qηv/A1＝4qηv/πD2

向右运动推力F1＝（A1p1

－A2p2）ηm向左运动速度v2＝qηv/A2＝4qηv/π（D2－d2）向左运动推力F2

＝（A2p1－A1p2）ηm

往返速比λv＝v2/v1＝1/［1－（d/D）2］式中ηv为缸的容积效率，ηm为缸的机械效率第二节液压缸

单杆活塞缸差动连接的速度推力特性运动速度：

v3＝（q

＋q‘）/A1＝（q

＋A2v3）/A1

整理得：v3＝q/（A1－A2）＝4q/πd2

如果要求差动缸向右运动速度v3＝非差动连接向左运动速度v2

则D=21/2

d

活塞推力

F3＝p1（A1－A2）ηm

单活塞杆缸两腔同时通压力油，称为差动连接。差动连接的缸只能一个方向运动。图示为向右运动。第二节液压缸柱塞缸柱塞缸只能作单作用缸，要求往复运动时，需成对使用。柱塞缸能承受一定的径向力。

柱塞缸的特点柱塞与缸筒无配合关系，缸筒内孔不需精加工，只是柱塞与缸盖上的导向套有配合关系。为减轻重量，减少弯曲变形，柱塞常做成空心。第二节液压缸柱塞缸柱塞缸的速度推力特性柱塞运动速度v

＝qηv/A＝4qηv/πd2柱塞推力

F＝pAηm＝p（πd2/4）ηm第二节液压缸伸缩液压缸

它由两个或多个活塞式缸套装而成，前一级活塞缸的活塞杆是后一级活塞缸的缸筒。各级活塞依次伸出可获得很长的行程，当依次缩回时缸的轴向尺寸很小。

第二节液压缸

除双作用伸缩液压缸外，还有单作用伸缩液压缸，它与双作用不同点是回程靠外力，而双作用靠液压作用力。单作用伸缩缸伸缩液压缸当通入压力油时，活塞由大到小依次伸出；缩回时，活塞则由小到大依次收回。各级压力和速度可按活塞缸的有关公式计算。特别适用于工程机械及自动线步进式输送装置。第二节液压缸单作用伸缩缸双作用伸缩缸齿条活塞缸

齿条活塞缸是活塞缸与齿轮齿条机构组成的复合式缸。它将活塞的直线往复运动转变为齿轮的旋转运动，用在机床的进刀机构、回转工作台转位、液压机械手等。第二节液压缸齿条活塞缸的速度推力特性输出转矩

TM＝Δp（π/8）D2Diηm输出角速度ω＝8qηv/πD2Di式中Δp为缸左右两腔压力差，D为活塞直径，Di为齿轮分度圆直径。第二节液压缸增压缸增压比为大活塞与小柱塞的面积比K＝D2/d2

小柱塞缸输出的压力

pb＝paKηm增压能力是在降低有效流量的基础上得到的。增压缸作为中间环节，用在低压系统要求有局部高压油路的场合。第二节液压缸

增压缸是活塞缸与柱塞缸组成的复合缸，但它不是能量转换装置，只是一个增压器件。

增压缸动画增压缸增速缸增速缸用于快速运动回路，在不增加泵的流量的前提下，使执行元件获得尽可能大的工作速度。

增速缸也是活塞缸与柱塞缸组成的复合缸，活塞缸的活塞内腔是柱塞缸的缸筒，柱塞固定在活塞缸的缸筒上。当液压油进入柱塞缸时，活塞将快速运动（活塞缸大腔必须补油）；当液压油同时进入柱塞缸和活塞缸时，活塞慢速运动。

增速缸动画第二节液压缸增速缸摆动式液压缸

双叶片式摆动角度一般小于150°。但在相同条件下，输出转矩是单叶片摆动缸的两倍，输出角速度是单叶片缸的一半。

当通入液压油，它的主轴能输出小于360°的摆动运动的缸称为摆动式液压缸。常用于辅助装置，如送料和转位装置、液压机械手及间歇进给机构。

摆动缸动画第二节液压缸摆动缸摆动式液压缸单叶片式摆动角度较大，可达3