第4章液压执行元件

第一节

液压马达第二节

液压缸第四章液压执行元件将压力能机械能

输出旋转运动（液压马达）输出直线往复运动及摆动（液压缸）研究意义：第四章液压执行元件研究内容：1、液压马达的工作原理、特点及基本参数；2、液压缸的类型和特点；3、液压缸典型结构及有关设计计算。

是执行元件，它能将液体的压力能转化为机械能，输出转矩与转速。液压马达与液压泵的原理是可逆的，结构基本相同。第一节

液压马达

从原理上讲，液压泵可作液压马达，液压马达也可作液压泵，但由于两者的使用目的和工作条件不同，故实际结构有所区别。

液压马达视频第一节

液压马达一、液压马达的分类齿轮式叶片式柱塞式按其结构形式分为：按其排量是否可调分为：变量式定量式调节变量马达的排量，可以实现执行元件液压马达的转动速度控制。第一节

液压马达一、液压马达的分类高速液压马达（n>500r/min)低速液压马达（n<500r/min)按额定转速可分为：高速液压马达特点是转速较高，转动惯量小，便于启动和制动，调节（调速和换向）灵敏度高，通常输出转矩不大（几十到几百Nm），因此又称为高速小转矩液压马达。低速液压马达的特点是排量大，体积大，转速低（最低可达零点几转每分钟），可直接与工作机构相连接，不需减速装置，通常输出转矩较大（几千到几万Nm），因此又称为低速大转矩液压马达。职能符号1.叶片式液压马达二、液压马达的工作原理1.叶片式液压马达叶片液压马达与叶片泵的区别：1）为适应马达正反转要求，马达叶片均径向安装（无倾角）。2）防止马达启动时（离心力尚未建立）高低压腔串通，叶片槽底装有弹簧，以便使叶片始终伸出贴紧定子。二、液压马达的工作原理3）为保证叶片槽底始终与高压相通，在吸、压油腔通入叶片根部的油路中设有单向阀。1.叶片式液压马达

单作用叶片马达可以制作成变量马达，而双作用马达只能为定量马达。二、液压马达的工作原理应用：

用于转速高、转矩小和动作要求灵敏的场合。

2、齿轮马达齿轮马达动画3、轴向柱塞式液压马达轴向柱塞泵液压马达动画3、轴向柱塞式液压马达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力：Fx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。轴向分力径向分力3、轴向柱塞式液压马达柱塞产生的转矩为：

R为柱塞在缸体中的分布圆半径。柱塞瞬时方位角是变量，转矩也发生变化，液压马达总转矩是脉动的。柱塞数越多，且柱塞数为单数时脉动越小。1）工作原理

FF=p·d2（径向分力）

FT=FF·tanφ（轴向分力）

柱塞上的转矩：

Ti=FT·Ri

总转矩：

T总=∑Ti2）应用一般应用于低速大转矩的场合。4、径向柱塞式液压马达工作压力Pm：工作压力是指马达工作时输入油液的实际压力。其数值决定于负载的大小。计算时应是马达进口与出口压力差。额定压力Pmn：额定压力指马达在连续运转情况下，所允许使用的工作压力，并能保证马达的容积效率和使用寿命。最大压力Pmmax：马达在短时间内允许超载使用的极限压力。1.压力P：马达的输出压力也由负载决定。

二、液压马达的主要性能参数Pm≤Pmn≤Pmmax2.排量V和流量排量Vm：在没有泄漏情况下，马达每转一周所排出液体的体积。额定流量qmn

：在额定转速和额定压力下所输入的实际流量（公称流量、铭牌流量）

。

瞬时流量：马达在某一瞬时的几何流量。理论流量qmt：在不考虑泄漏的情况下，单位时间内输入液体的体积。即：qmt=Vn。单位：m3/s或L/min。实际流量qm：考虑泄漏情况，单位时间内输入的液体体积。实际流量大于理论流量。即：q

m=qmt

+Δq（泄漏量）=Vn+Δq

二、液压马达的主要性能参数二、液压马达的主要性能参数3、输出转矩

当不计损失时，输入功率全部转为输出功率

Δp·q=Tt·ω（q=V·nω=2πn)

1）理论转矩2）实际转矩二、液压马达的主要性能参数4、转速及低速稳定性

1）容积效率

液压马达理论输出转速

液压马达实际输出转速马达总效率例一：马达的排量V=250mL/r，入口压力p1=10MPa，出口压力p2=0.5MPa，总效率η=0.9，容积效率ηv=0.92，当输入流量为22L/min时，试求：⑴马达的实际转速；⑵马达的输出转矩。【解】(1)n=qηV/V=22×103×0.92/250=80.96r/min(2)ηm=η/ηV=0.9/0.92=0.98TM=ΔpVηm/2π

=(10－0.5)×106×250×10-6×0.98/2π

=370.43Nm例二：如图，已知液压泵的输出压力pp=10MPa，泵的排量VP＝10mL／r，泵的转速nP＝1450r／min，容积效率ηPV=0.9，机械效率ηPm=0.9；液压马达的排量VM＝10mL／r,容积效率ηMV=0.92,机械效率ηMm＝0.9,泵出口和马达进油管路间的压力损失为0.5MPa，其它损失不计，试求：（1）泵的输出功率；（2）驱动泵的电机功率；（3）马达的输出转矩；（4）马达的输出转速；【解】1）Ppo=ppqp=ppVpnpηPV

=10×10×10−3×1450×0.9/60=2.18KW2）PPi=PPo/ηp=2.18/(0.9×0.9)=2.69KW3)Pm=Pp−Δp=10−0.5=9.5MPaTM=pMVMηMm/2π

=9.5×10×0.9/2π=13.6Nm4)nM=qpηMV/VM=10×1450×0.9×0.92/10=1200.6r/min功用：

利用油液的压力能驱动机械对象实现直线往复运动或摆动的执行元件。输入量是液体的压力和流量（压力能），输出量是驱动力和速度（机械能）。液压缸视频第二节液压缸分类：按结构特点:活塞式、柱塞式、摆动缸按作用方式：

单作用式：只控制缸一腔单向运动，单方向，回程靠外力。双作用式：液体控制缸两腔实现双向运动，正反两方向运动。组合式：伸缩缸、增压缸、齿条活塞缸。第二节液压缸分类柱塞式液压缸单活塞杆式液压缸双活塞杆式液压缸伸缩式液压缸单作用液压缸一）柱塞缸单活塞杆式液压缸双活塞杆式液压缸伸缩式液压缸双作用液压缸增压缸弹簧复位式液压缸串联式液压缸齿条活塞缸组合液压缸1）推力、速度计算：1、双杆活塞液压缸缸筒固定式动画活塞固定式动画3）两腔面积相等；4）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。1、双杆活塞液压缸2）行程范围缸筒固定3L占地大杆固定2L2、单杆活塞液压缸1）输出推力DdA1A2缸无杆腔进油缸有杆腔进油DdA1A2无杆腔进油：有杆腔进油：2、单杆活塞液压缸2）运动速度DdA1A2缸无杆腔进油缸有杆腔进油DdA1A2无杆腔进油：有杆腔进油：2、单杆活塞液压缸1）输出推力DdA1A2缸无杆腔进油缸有杆腔进油DdA1A2活塞两个方向的作用力不相等。F1>F2，工作台作慢速运动时，活塞获得的推力大；工作台作快速运动时，活塞获得的推力小。2、单杆活塞液压缸2）运动速度DdA1A2缸无杆腔进油缸有杆腔进油DdA1A2∵A1>A2

∴v1<v2

IfA1=2A2，则V2=2V1

单活塞液压缸工作时，工作台往复运动速度不相等这一特点常被用于实现机床的工作进给及快速退回。工作台往复运动速度不相等小结：

1）两腔面积不等，A1>A2；

2)

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；

3）无论何种固定方式，工作台活动范围均为活塞有效行程的两倍。2、单杆活塞液压缸定义：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。其特点是：在不增加流量的前提下，实现快速运动。2、单杆活塞液压缸-差动连接DdA1A2由推力F3=P1A1—P1A2，得2、单杆活塞液压缸-差动连接DdA1A2由2、单杆活塞液压缸-差动连接DdA1A2差动连接时活塞运动速度较快，产生的推力较小。所以差动连结常用于空载快进场合。工作台的运动范围约等于缸有效行程的两倍。2、单杆活塞液压缸2）运动速度缸有杆腔进油DdA1A2有杆腔进油：无杆腔进油差动连接应用：当

时，V3>V2>V1,F1>F2>F3。单活塞杆式液压缸实现下列工作循环：

快进（差动连接）工进（无杆腔进油）

快退（有杆腔进油）。在金属切削机床等液压系统中应用广泛。2、单杆活塞液压缸-差动连接DdA1A2单杆活塞液压缸不同连接，可实现如下工作循环。差动连接快进有杆腔进油快退无杆腔进油工进单杆活塞液压缸应用动画结构:缸筒、柱塞、导向套等。

二）柱塞缸

柱塞式液压缸是单作用液压缸。回程方式：1要靠自重力（垂直放置时）或其它外力（如弹簧力）来完成。2为了获得双向运动，柱塞式液压缸常成对使用。二）柱塞缸成对柱塞缸动画二）柱塞缸柱塞式液压缸特点：

∵柱塞工作时总是受压，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，甚至不加工，工艺性好。应用：特别适合长行程机床，如:导轨磨床、

龙门刨床、大型拉床。二）柱塞缸摆动缸：摆动式液压缸也称摆动马达。摆动缸动画三）摆动液压缸分类:单叶片式、双叶片。双叶片式的摆动角度、角速度为单叶片式的一半，而输出扭矩是单叶片式的两倍。三）摆动液压缸1、增压缸（增压器）

作用：将输入的低压液体转换为高压或超高压液体输出，供液压系统中的高压支路使用。四）其他液压缸K=D2/d2,称为增压比，代表其增压程度。1、增压缸（增压器）

特点：在不pp↑的前提下，靠A↓来p↑单作用断续增压、双作用连续增压。1、增压缸（增压器）

2、多级缸（伸缩缸）伸缩式液压缸由两个或多个活塞缸或柱塞缸套装而成，前一级活塞缸的活塞是后一级活塞缸的缸筒，可获得很长的工作行程。伸缩缸广泛的用于起重运输车辆上。有单作用和双作用之分。2、多级缸（伸缩缸）2、多级缸（伸缩缸）原理：活塞伸出时，从大到小，速度逐渐增大，推力逐渐减小。活塞缩回时，从小到大。双作用伸缩缸动画单作用伸缩缸动画2、多级缸（伸缩缸）3、齿条活塞缸（无杆液压缸）结构：缸体、活塞、齿条、齿轮、端盖等。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。将活塞直线运动经齿轮机构转换为齿轮轴往复回转运动。3、齿条活塞缸（无杆液压缸）齿条活塞缸动画应用：需要回转运动的场合，如：自动线、磨床。名称图型符号特点单作用液压缸活塞缸活塞只单向受力而运动，反向运动依靠活塞自重或其它外力柱塞缸柱塞只单向受力而运动，反向运动依靠柱塞自重或其它外力伸缩式套筒缸有多个互相连动的活塞，可依次伸缩，行程较大，由外力使活塞返回

双作用液压缸单活塞杆普通缸活塞双向受液压力而运动，在行程终了时不减速，双向受力及速度不同不可调缓冲缸活塞在行程终了时减速制动，减速值不变可调缓冲缸活塞在行程终了时减速制动，并且减速值可调差动缸活塞两端面积差较大，使活塞往复运动的推力和速度相差较大双活塞杆等行程等速缸活塞左右移动速度，行程及推力均相等名称图型符号特点双作用液压缸伸缩式套筒缸有多个互相联动的活塞，可依次伸出获得较大行程组合缸弹簧复位缸单向液压驱动，由弹簧力复位增压缸由A腔进油驱动，使B输出高压油源串联缸用于缸的直径受限制，长度不受限制处，能获得较大推力齿条传动缸活塞的往复运动转换成齿轮的往复回转运动液压缸的基本组成为：缸体组件、活塞组件、密封件、连接件、缓冲装置、排气装置等。二、液压缸的典型结构一、缸体组件1.缸筒与缸盖：1）缸筒：2）缸盖：

通常由钢材制成，有前端盖和后端盖，安装在缸筒的前后两端；盖板和缸筒的连接方法有焊接、拉杆、法兰、螺纹连接等。主要是由钢材制成，缸筒内要经过精细加工，表面粗糙度Ra<0.1~0.4μm，以减少密封件的摩擦。(a)法兰连接式(b)半环式(c)螺纹式(d)拉杆式(e)焊接式1缸盖2缸筒3压板4半环5防松螺帽6拉杆缸体与缸盖的连接形式拉杆式连接法兰连接：缸体与缸盖的连接形式适于外形尺寸小，重量轻的场合结构简单、紧凑、装卸方便，但因缸体上开了环行槽，强度削弱通用性好，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，只适于中低压.强度高制造简单，焊接易引起缸体变形，主要用于柱塞。需焊接法兰盘，较复杂。半环连接：螺纹连接：焊接连接：拉杆连接：内半环外半环

外螺纹重量轻，外径小，但端部结构复杂装卸不便，需专用工具内螺纹二、活塞组件2.活塞杆：2.材料：1.组成：活塞、活塞杆、连接杆等组成。1.活塞：3.密封：具有一定的强度和良好的耐磨性，常用耐磨铸铁、钢和铝合金制造。连接活塞和工作部件的传力零件，它必须有足够的刚度和强度；往复运动，表面应有良好的耐磨和防锈性能。活塞和缸筒内壁间需要密封。3.活塞与活塞杆连接方式常用于高压大负载或振动比较大的场合，强度高，结构复杂，装拆方便。整体式：焊接式：螺纹式：半环式：结构简单，轴向尺寸紧凑，但损坏后需整体更换，常用小直径液压缸。同上。常用于单杆缸，结构简单，装拆方便，但需防止螺母松动。三、密封装置

液压缸的密封主要是指活塞、活塞杆处的动密封和缸盖等处的静密封。

用来防止油液的泄漏，以及外界灰尘和异物的侵入，保证系统建立必要压力。常采用O形密封圈和Y形密封圈、V形密封圈和防尘圈等。对密封装置的要求在一定的工作压力和温度范围内具有良好的密封性能；与运动件之间摩擦系数要小；寿命长，不易老化，抗腐蚀能力强；制造容易，维护使用方便，价格低廉。1间隙密封2密封圈密封3应用四、缓冲装置∵在液压缸所驱动的工作部件质量较大、移动速度较高(v>12m/min），由于惯性力较大，活塞运动到终端时会撞击缸盖，产生液压冲击和噪声，影响工作精度，甚至使液压缸损坏。∴常在大型、高速或高精度液压缸前后端盖上设置缓冲装置或在系统中设置缓冲回路。使活塞移到快接近行程终点时速度减慢下来终至停止。缓冲原理逐渐减小回油通道面积，增加回流阻力。常见缓冲装置的结构：

环状间隙式

节流口面积可变式

节流口面积可调式1）环状间隙式2）节流口面积可变式（可变节流槽式）3）节流口面积可调式（可调节流孔式）五、液压缸的排气装置（或放气装置）排气的必要性:∵在安装过程中或停止工作一段时间后，空气将渗入液压系统内，缸筒内如存留空气，使液压