第四章-液压执行元件20121008资料

第四章—液压执行元件20121008资料第一页，共73页。第四章-液压执行元件液压马达液压缸第二页，共73页。

液压马达是使负载作连续旋转的执行元件，其内部构造与液压泵类似，差别仅在于液压泵的旋转是由电机所带动，输出的是液压油；液压马达则是输入液压油，输出的是转矩和转速。因此，液压马达和液压泵在细部结构上存在一定的差别。§4.1液压马达1、概述第三页，共73页。2023/5/14§4.1液压马达2、液压马达图形符号图4-2液压马达的图形符号a）单向定量液压马达b）单向变量液压马达c）双向定量液压马达d）双向变量液压马达液压马达按其在单位时间内输入油液体积可否调节而分为定量马达和变量马达，图形符号表示为：第四页，共73页。2023/5/15ABPT溢流阀液压泵§4.1液压马达3、液压马达回路如图4-1所示：当换向阀右位工作时P口与B口接通，T口与A口接通时；当换向阀左位工作时P口与A口接通，T口与B口接通时；图4-1液压马达回路第五页，共73页。2023/5/164、液压马达与液压泵的区别从原理上讲，液压泵与液压马达可以互换，但结构有差异1）泵的进油口比出油口大，马达的进、出油口相同；2）结构上要求泵有自吸能力；3）马达要正反转，结构具有对称性；泵单方向转，不要求对称；4）要求马达的结构及润滑，能保证在宽速度范围内正常工作；5）液压马达应有较大的起动扭矩和较小的脉动。§4.1液压马达第六页，共73页。液压马达的特性参数工作压力与额定压力工作压力p

：马达入口油液的实际压力，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

正常工作条件下，按实验标准规定，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第七页，共73页。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TM＝TMt-T

Mf

理论输出转矩TMt＝ΔpV/2π机械效率ηMm＝TM/TMt功率与总效率ηM＝PMo/Pmi＝TM2πn/Δp

qM＝ηMvηM式中PMo为马达输出功率，Pmi为马达输入功率。

液压马达的特性参数第八页，共73页。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）§4.1液压马达5、液压马达分类第九页，共73页。齿轮马达工作原理

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，不能产生较大的转矩，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，如工程机械、农业机械及对转矩均匀性要求不高的设备。第十页，共73页。叶片马达工作原理

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。第十一页，共73页。轴向柱塞马达工作原理

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。第十二页，共73页。低速大扭矩马达

单作用连杆型径向柱塞马达结构组成第十三页，共73页。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。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。第十四页，共73页。低速大扭矩马达

多作用内曲线径向柱塞马达结构组成第十五页，共73页。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，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。第十六页，共73页。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。第十七页，共73页。马达的性能比较和选用1.工作机构速度高，负载小，宜选用齿轮马达或叶片马达；2.速度平稳性要求高时，宜选用双作用叶片马达；3.负载大时，宜选用轴向柱塞马达；4.若工作机构速度低、负载大，则有两种方案：

高速小扭矩马达+减速装置低速大扭矩马达5.综合考虑经济效益。第十八页，共73页。图4-1单作用液压缸图4-2双作用液压缸液压缸是执行元件，将液体的压力能转换成工作机构的机械能，用来实现直线往复运动或小于360°的摆动。液压缸结构简单、配制灵活、设计、制造比较容易、使用维护方便，应用广泛。§4.2液体缸液压缸是使负载作直线运动的执行元件。液压缸视频链接1、液压缸分类及计算

分为单作用式、双作用式和组合式液压缸。第十九页，共73页。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图4-3液压缸分类（1-单腔进油）价格！可靠性！制造！单作用液压缸第二十页，共73页。21单活塞杆式液压缸双活塞杆式液压缸伸缩式液压缸图4-4液压缸分类（2-双腔进油）双作用液压缸第二十一页，共73页。22增压缸弹簧复位式液压缸串联式液压缸齿轮式液压缸图4-5液压缸分类（3）组合液压缸第二十二页，共73页。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。1、液压缸的计算第二十三页，共73页。双杆活塞缸的速度推力特性油缸在左右两个方向上输出的速度相等。油缸在左右两个方向上输出的推力相等。P1——进油压力、P2——回油腔背压力、ηm——液压缸机械效率、A——活塞有效作用面积、D——活塞直径、d——活塞杆直径、ηV——液压缸容积效率。油缸在左右两个方向上输出的推力相等，ηm为缸的机械效率。第二十四页，共73页。双作用单杆活塞缸一端带活塞杆，有缸筒固定和活塞杆固定两种安装方式。双向运动速度不同，推力也不同。第二十五页，共73页。单杆活塞缸速度推力特点无杆腔进油有杆腔进油第二十六页，共73页。单杆活塞缸差动连接的速度推力特性差动连接：单活塞杆缸两腔同时通压力油，p1=p2。差动连接的液压缸只能向一个方向运动。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，则伸出速度较快，而推力较小，用于机构快进，不增加泵的容量和功率。第二十七页，共73页。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。柱塞缸只能作单作用缸，需借重力缩回。柱塞缸的速度推力特性第二十八页，共73页。柱塞式液压缸第二十九页，共73页。伸缩液压缸结构：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。特别适用于工程机械及自动线步进式输送装置。第三十页，共73页。伸缩液压缸第三十一页，共73页。伸缩液压缸的速度推力特性1.伸出时，依次从大到小、从外到内伸出。2.缩回时，依次从小到大、从内到外缩回。双作用伸缩液压缸特别适用于工程机械及自动线步进式输送装置。单作用伸缩液压缸与双作用伸缩液压缸不同点是回程靠外力，而双作用靠液压作用力。此外，还有齿条活塞缸、增速缸、增压缸、摆动式液压缸等。第三十二页，共73页。3.其它液压缸(1)增压缸它利用活塞缸和柱塞有效面积的不同使液压系统的局部区域获得高压。输出的液体压力dDp2p1增压缸的符号第三十三页，共73页。(2)增力缸当液压缸直径受到安装位置限制，而液压缸的长度没有限制时，为增大液压缸的推力，则可采用增力液压缸。增力缸由两个单杆活塞缸串联而成，两个活塞杆连成一体，一起动作。当液压油同时输入两个液压缸的左腔时，串联活塞杆右移，两缸的右腔同时排出油液，输出推力等于两液压缸推力之和。输出速度为dDqp第三十四页，共73页。(3)齿轮缸

由两个柱塞缸和一套齿轮齿条传动装置组成。柱塞的移动经齿轮齿条传动装置变成齿轮的转动，用于实现工作部件的往复摆动或间歇进给运动。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。第三十五页，共73页。摆动液压缸是实现往复摆动的执行元件。单叶片摆动液压缸R2R1叶片分隔片缸筒双叶片摆动液压缸（1）单叶片摆动液压缸（4）摆动液压缸第三十六页，共73页。单叶片摆动液压缸的摆动角度可达3000

。

R2R1叶片分隔片缸筒p2p1摆动缸的输入流量摆动缸的叶片厚度摆动缸的机械效率摆动缸的容积效率叶片顶部的回转半径叶片底部的回转半径第三十七页，共73页。（2）双叶片摆动液压缸p2p1第三十八页，共73页。双叶片摆动液压缸的摆动角度可达1500

。

p1p2

摆动液压缸是输出轴能够直接输出转矩、往复回转角度小于3600的回转液压缸，常用于夹具夹紧装置、送料装置、转位装置以及需要周期性进给的系统中。

（3）摆动液压缸的符号第三十九页，共73页。402、液压缸的参数计算图4－7所示，液压缸缸体固定，液压油从A口进入作用在活塞上，产生一推力F，通过活塞杆以克服负荷W，活塞以速度υ向前推进，同时将活塞杆侧内的油液通过B口流回油箱。相反，如高压油从B口进入，则活塞后退。图4-7液压缸的工作原理第四十页，共73页。412、液压缸的参数计算1）速度和流量若忽略泄漏，则速度和流量的关系如下：

Q=Aυ（4－1）

υ=Q/A

（4－2）式中：Q—液压缸的输入流量（m3/s或L/min,L=1×10-3m3）

A—液压缸活塞上有效工作面积

υ—活塞移动速度通常活塞上工作有效面积是固定的，由式（4－2）可知，活塞的速度取决于输入液压缸的流量，又由理论上可知，速度和负载无关。第四十一页，共73页。422、液压缸的参数计算2）推力和压力推力F是压力为p的液压油作用在工作有效面积为A的活塞上，以平衡负载W，若液压缸回油接油箱，则P0=0，故：

F=W=p.A(N)(4－3)式中：p—液压缸的工作压力（MPa）

A—液压缸活塞上有效工作面积（mm2）推力F可看成是液压缸的理论推力，因为活塞的有效面积固定，故压力取决于总负载。图4-8单杆活塞缸a)b)第四十二页，共73页。432、液压缸的参数计算(4－4)(4－5)(4－6)(4－7)第四十三页，共73页。【例４-1】

单出杆活塞式液压缸，活塞直径D=8cm，活塞杆直径d=5cm，进入液压缸的流量q=30L/min，问往复速度各是多少？第四十四页，共73页。继续【例４-2】

液压缸活塞面积A1=A2=A3=50cm2，负载F1=3kN，F2=4kN，F3=5kN，泵的流量q=25L/min，求三个液压缸的活塞是如何运动的？液压泵的工作压力有何变化？液压缸中活塞的运动速度是多少？第四十五页，共73页。1、有一差动液压缸，无杆腔面积A1=50cm2，有杆腔面积A2=25cm2，负载F=12.6×103N，机械效率ηm=0.92，容积效率ηV=0.95，试求：(1)供油压力大小；(2)当活塞以0.9m/min

的速度运动时所需供油量；(3)液压缸的输入功率。

2、已知单活塞杆液压缸，前进时油路为差动连接，活塞直径D=100mm，活塞杆直径d=60mm，忽略液压缸的泄漏和摩擦，现以q=110L/min液压泵驱动之。试求活塞往返运动的速度比。如液压泵的工作压力p=6MPa，试求此时活塞杆往返的负载能力。作业:第四十六页，共73页。473、液压缸结构图4－6为液压缸结构图，选用液压缸时，首先考虑活塞杆长度（由行程决定），再根据回路的最高压力选出适合的液压缸。图4-6液压缸结构无杆腔油口有杆腔油口活塞活塞杆缸筒第四十七页，共73页。483、液压缸结构第四十八页，共73页。493、液压缸结构1）缸筒：主要是由钢材制成，缸筒内要经过精细加工，表面粗糙度Ra<0.08um，以减少密封件的摩擦。2）盖板：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。(见下页图）3）活塞：材料通常用钢或铸铁，也可采用铝合金。活塞和缸筒内壁间需要密封，采用的密封件有O形环、V形油封、U形油封、X形油封和活塞环等。而活塞应有一定的导向长度，一般取活塞长度为缸筒内径的（0.6～1.0）倍。第四十九页，共73页。503、液压缸结构缸筒缸盖连接形式法兰式、半环式、螺纹式、拉杆式、焊接式第五十页，共73页。514）活塞杆：是由钢材做成实心杆或空心杆，表面经淬火再镀铬处理并抛光。5）缓冲装置：为了防止活塞在行程的终点与前后端盖板发生碰撞，引起噪音，影响工件精度或使液压缸损坏，常在液压缸前后端盖上设有缓冲装置，以使活塞移到快接近行程终点时速度减慢下来终至停止。3、液压缸结构第五十一页，共73页。523、液压缸结构几种典型的液压缸内部缓冲结构设计方案第五十二页，共73页。533、液压缸结构固定节流缓冲

图a是缝隙节流，当活塞移动到其端部，活塞上的凸台进入缸盖的凹腔，将封闭在回油腔中的油液从凸台和凹腔之间的环状缝隙δ中挤压出去，从而造成背压，迫使运动活塞降速制动，实现缓冲。这种缓冲装置结构简单，缓冲效果好，但冲击压力较大。第五十三页，共73页。543、液压缸结构可变节流缓冲

可变节流缓冲油缸有多种形式，图b在活塞上开有横截面为三角形的轴向斜槽，当活塞移近液压缸缸盖时，活塞与缸盖间的油液需经三角槽流出，从而在回油腔中形成背压，达到缓冲的目的。第五十四页，共73页。553、液压缸结构6）放气装置：在安装过程中或停止工作的一段时间后，空气将渗入液压系统内，缸筒内如存留空气，将使液压缸在低速时产生爬行、颤抖现象，换向时易引起冲击，因此在液压缸结构上要能及时排除缸内留存的气体。(见下页图）第五十五页，共73页。563、液压缸结构排气装置气体的来源

气体对液压系统的影响

液压系统在安装过程中或长时间停止工作之后会渗入空气，另外，密封不好会有空气进去，况且油液中也含有气体(无论何种油液，本身总是溶解有3%～10%的空气)。

空气积聚使得液压缸运动不平稳，低速时产生爬行。由于气体有很大的可压缩性，会使执行元件产生爬行。压力增大时还会产生绝热压缩而造成局部高温，有可能烧坏密封件。启动时引起振动和噪声，换向时降低精度。

第五十六页，共73页。573、液压缸结构1.间隙密封2.密封圈密封常用的密封方法有：

O形密封圈

O形密封圈是由耐油橡胶制成的截面为圆形的圆环，它具有良好的密封性能，且结构紧凑，运动件的摩擦阻力小、装卸方便、容易制造、价格便宜，故在液压系统中广泛应用。7）密封装置：液压缸的密封装置用以防止油液的泄漏，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。常采用O形密封圈和Y形密封圈。第五十七页，共73页。583、液压缸结构1.间隙密封2.密封圈密封常用的密封方法有：

Y形密封圈

Y形密封圈主要用于往复运动的密封。是一种密封性、稳定性和耐压性较好、摩擦阻力小、寿命较长的密封圈。Y形圈的密封作用依赖于它的唇边对偶合面的紧密接触，并在压力油作用下产生较大的接触应力，达到密封目的。第五十八页，共73页。593、液压缸的参数计算（其它）主要尺寸计算

液压缸的主要尺寸包括缸的内径D、活塞杆直径d、液压缸的长度和活塞杆的长度等。液压缸的内径和活塞杆的直径的确定方法与使用的液压缸设备类型有关，通常根据液压缸的推力(牵引力)和液压缸的有效工作压力来决定。

本节主要介绍液压缸的主要尺寸的计算及结构强度、刚度的验算方法。第五十九页，共73页。603、液压缸的参数计算（其它）无杆腔进油并且不考虑机械效率时：

有杆腔进油并且不考虑机械效率时：

液压缸内径D和活塞杆直径d可根据液压系统中的最大总负载和选取的工作压力来确定。

主要尺寸计算对于单出杆的液压缸而言:第六十页，共73页。613、液压缸的参数计算（其它）

上式中，一般选取回油背压p2=0，于是便可简化，即无杆腔、有杆腔进油时分别为：或

上式中的活塞杆直径d可根据工作压力或设备类型选取，也可查机械设计手册。主要尺寸计算第六十一页，共73页。623、液压缸的参数计算（其它）

液压缸缸筒长度由活塞最大行程L、活塞长度B、活塞杆导向长度H和特殊要求的其他长度确定，如图。导向长度主要尺寸计算最小导向长度：第六十二页，共73页。633、液压缸的参数计算（其它）一般液压缸的缸筒长度不应大于内径的20~30倍。主要尺寸计算必要时可在导向套和活塞之间装一隔套K，其中活塞长度B=(0.6～1.0)D导向套长度A=(0.6～1.5)D隔套的长度为考虑密封安装；卡死最小长度等；第六十三页，共73页。643、液压缸的参数计算（其它）液压缸的校核

在液压传动系统，中、高压液压缸一般用无缝钢管制作缸筒，大多属薄壁筒，即δ/D≤0.08时，按材料力学薄壁圆筒公式验算壁厚，即：1.缸筒壁厚δ的校核Pmax——缸筒内最高工作压力(指试验压力)，考虑到液压缸可能承受冲击，试验压力要远大于工作压力D——缸筒内径其中[]——缸筒材料的许用应力，