液压传动与控制

液压传动与控制第一页，共五十五页，编辑于2023年，星期三液压执行元件是液压系统中对外作功的元件，其功能是将液压能转换为机械能。执行元件分类

旋转运动型——液压马达

往复运动型飞机液压执行装置直线运动型——作动筒（液压缸）往复摇摆运动型——摆动缸第二页，共五十五页，编辑于2023年，星期三飞机液压执行装置液压缸和液压马达第三页，共五十五页，编辑于2023年，星期三图4.1.1液压作动筒的工作原理1—筒体；2—活塞；3—活塞杆；4—端盖；5—密封；6—进出管道4.1.1液压作动筒的基本原理和结构4.1液压作动筒（液压缸）概述

基本原理第四页，共五十五页，编辑于2023年，星期三结论：作动筒是利用液体压力来克服负载的（包括摩擦力），利用液体流量维持运动速度。输人作动筒的液体压力和流量是作动筒的输入参数，是液压功率；作动筒的输出力和速度（或位移）是其输出参数，是机械功率。4.1.1液压作动筒的基本原理和结构第五页，共五十五页，编辑于2023年，星期三

构成缸体组件（筒体+端盖）活塞组件（活塞+活塞杆）密封装置缓冲装置排气装置间隙密封活塞环密封密封圈密封4.1.1液压作动筒的基本原理和结构第六页，共五十五页，编辑于2023年，星期三4.1.1液压作动筒的基本原理和结构间隙密封第七页，共五十五页，编辑于2023年，星期三4.1.1液压作动筒的基本原理和结构活塞环密封第八页，共五十五页，编辑于2023年，星期三4.1.1液压作动筒的基本原理和结构O型圈V型圈Y型圈第九页，共五十五页，编辑于2023年，星期三4.1.2液压作动筒的特性与分析输出力定义：指液压作动筒克服其内部各种阻力以后所发出的机械 力的大小。（4-1）p1p2A1A2F理论输出力为（4-2）式中，F为理论输出力；p1为供油压力；p2为回油压力；A1为p1压力作用的有效面积；A2为p2压力作用的有效面积。第十页，共五十五页，编辑于2023年，星期三4.1.2液压作动筒的特性与分析由于活塞运动具有摩擦阻力，所以其实际输出力的表达式应为式中，Fsb为实际输出力；ηm为机械效率。结论：提高供油压力或者是增大活塞有效面积，均可以使作动筒的输出力增大。（4-3）第十一页，共五十五页，编辑于2023年，星期三4.1.2液压作动筒的特性与分析输出速度定义：指活塞相对于筒体的运动速度。（4-4）Av式中，v为输出速度；Q为进人作动筒的液体流量；A为活塞的有效面积。作动简的输出运动速度取决于输入流量的大小，即第十二页，共五十五页，编辑于2023年，星期三4.1.2液压作动筒的特性与分析因为作动筒内部存在泄漏，因此引人容积效率（4-5）Av式中，ηv为容积效率；Q1为作动筒内部的油液泄漏量。实际作动筒的输出速度为（4-6）第十三页，共五十五页，编辑于2023年，星期三4.1.2液压作动筒的特性与分析作动时间和输出行程定义：作动筒完成作动所用的时间称为作动时间，作动筒 完成该动作时活塞在筒内扫过的距离称为作动行程。（4-7）式中，l为作动筒的内腔长度；l1为活塞厚度；△l为设计时为防止活塞和顶盖碰撞而预留的行程余量。式中，L为输出行程；t为作动时间。（4-9）（4-8）第十四页，共五十五页，编辑于2023年，星期三4.1.2液压作动筒的特性与分析作动时间（4-10）最小供油流量（4-11）第十五页，共五十五页，编辑于2023年，星期三4.1.2液压作动筒的特性与分析功率和效率作动筒的输出功率表征的是作动筒对外做功的速度（4-12）式中，Psr为输人功率；p1为输人压力；Q为输人流量；ηm为机械效率；ηv为容积效率。式中，Psc为输出功率；F为输出力；v为输出速度。（4-14）（4-13）作动筒的总效率为第十六页，共五十五页，编辑于2023年，星期三按结构形式活塞缸，分为单杆活塞缸、双杆活塞缸柱塞缸摆动缸，分单叶片摆动缸、双叶片摆动缸按作用方式单作用液压缸，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；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。4.1.3液压缸的基本类型和特点第十七页，共五十五页，编辑于2023年，星期三4.1.3液压缸的基本类型和特点1.活塞式液压缸双杆液压缸（a）缸体固定，活塞杆移动图4.1.2双杆活塞缸（b）活塞杆固定，缸体移动第十八页，共五十五页，编辑于2023年，星期三因双杆液压缸的两端活塞杆直径相等，所以当输入流量和油液压力不变时，其往返运动速度和推力相等。液压缸活塞的实际推力

(4-15)4.1.3液压缸的基本类型和特点p1p2AAF第十九页，共五十五页，编辑于2023年，星期三

(4-16)式中：A—液压缸的有效面积； ηm—液压缸的机械效率；

ηV—液压缸的容积效率； D—活塞直径；

d—活塞杆直径； q—输入液压缸的流量；

p1—进油腔压力； p2—回油腔压力。4.1.3液压缸的基本类型和特点液压缸活塞的运动速度第二十页，共五十五页，编辑于2023年，星期三(a)液压缸无杆腔进油图4.1.3单杆活塞缸

单杆液压缸当无杆腔进油且有杆腔回油时，活塞的推力F1和运动速度1分别为4.1.3液压缸的基本类型和特点(4-17)(4-19)式中，A1、A2—无杆腔和有杆腔的有效面积；ηm、ηV—液压缸的机械效率和容积效率。第二十一页，共五十五页，编辑于2023年，星期三

(b)液压缸有杆腔进油图4.1.3单杆活塞缸4.1.3液压缸的基本类型和特点当有杆腔进油且无杆腔回油时，活塞的推力F2和运动速度2分别为(4-18)(4-20)式中，A1、A2—无杆腔和有杆腔的有效面积；ηm、ηV—液压缸的机械效率和容积效率。第二十二页，共五十五页，编辑于2023年，星期三V1和V2之比称为速度比

上式表明，当活塞杆直径愈小时，速度比愈接近于1，在两个方向上的速度差值就愈小。4.1.3液压缸的基本类型和特点（4-21）第二十三页，共五十五页，编辑于2023年，星期三当单杆活塞缸两腔同时通入压力油时，由于无杆腔受力面积大于有杆腔的受力面积，使得活塞向右的作用力大于向左的作用力，因此活塞杆作伸出运动，并将有杆腔的油液挤出，流进无杆腔，这样加快了活塞杆的伸出速度，单杆活塞液压缸的这种连接方式被称为差动连接。

(c)差动液压缸图4.1.3单杆活塞缸4.1.3液压缸的基本类型和特点第二十四页，共五十五页，编辑于2023年，星期三差动连接在忽略两腔连通回路压力损失的情况下，p2p1，并考虑到机械效率m时，活塞的推力F3和运动速度

3分别为4.1.3液压缸的基本类型和特点（4-22）整理后得（4-23）第二十五页，共五十五页，编辑于2023年，星期三4.1.3液压缸的基本类型和特点推力F运动速度v单杆活塞缸的推力和运动速度第二十六页，共五十五页，编辑于2023年，星期三差动连接时液压缸实际的有效作用面积是活塞杆的横截面积。与非差动连接无杆腔进油工况相比，在输入油液压力和流量都不变的条件下，活塞杆伸出速度较大而推力较小。差动连接是在不增加液压泵容量和功率的情况下，实现系统快速运动的有效方法。它的应用常见于组合机床和各类专用机床中。4.1.3液压缸的基本类型和特点在实际应用中，液压传动系统常通过控制阀来改变单杆活塞缸的油路连接，使它有不同的工作方式，从而获得快进（差动连接）工进（无杆腔进油）快退（有杆腔进油）的工作循环。第二十七页，共五十五页，编辑于2023年，星期三4.1.3液压缸的基本类型和特点如果液压缸正向采用差动连接，反向为有杆腔进油，要求这两个速度相等即3=2，则活塞直径D和活塞杆直径d的关系为第二十八页，共五十五页，编辑于2023年，星期三2.柱塞式液压缸图4.1.4（a）单柱塞缸（b）双柱塞缸4.1.3液压缸的基本类型和特点第二十九页，共五十五页，编辑于2023年，星期三当柱塞直径为d，输入液压油流量为q，压力为p时，柱塞上所产生的推力F和速度v分别为：4.1.3液压缸的基本类型和特点（4-24）（4-25）第三十页，共五十五页，编辑于2023年，星期三3.摆动液压缸摆动缸也称摆动液压马达，主要用来驱动作间歇回转运动的工作机构。主要有单叶片式和双叶片式两种结构形式。（a）单叶片式（b）双叶片式图4.1.5摆动缸1－定子块；2－缸体；3－摆动轴；4－叶片4.1.3液压缸的基本类型和特点单叶片式摆动缸，它只有一个叶片，其摆动角度较大，可达300°。双叶片式摆动缸，它有二个叶片，其摆动角一般小于150°。

第三十一页，共五十五页，编辑于2023年，星期三单叶片式摆动缸输出转矩TM和角速度ω分别为：4.1.3液压缸的基本类型和特点式中，p1、p2—进出口油液压力；q—输入流量；b—叶片宽度；R1、R2—叶片底部和顶部回转半径；ηv、ηm—容积和机械效率。（4-26）（4-27）当输入压力和流量不变时，双叶片摆动缸输出转矩是单叶片摆动缸的2倍，而摆动角速度则是单叶片摆动缸的一半。第三十二页，共五十五页，编辑于2023年，星期三例题例1如图所示两个结构和尺寸均相同相互串联的液压缸，无杆腔面积A1=1×10-2m2，有杆腔面积A2=0.8×10-2m2时，输人油压力p1=0.9MPa，输人流量q1=12L/min。不计损失和泄漏，试求:1）两缸承受相同负载时（F1=F2），负载和速度各为多少?2）缸1不受负载时（F1=0），缸2能承受多少负载？速度？3）缸2不受负载时（F2=0），缸1能承受多少负载？速度？第三十三页，共五十五页，编辑于2023年，星期三4.2飞机的液压作动筒（液压缸）4.2.1单作用式作动筒单作用式作动筒的活塞在液压作用下只能向一个方向运动，然后由弹簧作用返回。单作用式作动筒常用作刹车作动筒。图4.2.1单作用式作动简第三十四页，共五十五页，编辑于2023年，星期三4.2.2双作用式作动筒双作用式作动筒能利用油液推动部件做往复运动。双向单杆式作动筒常用于在两个方向上需要不同传动力的地方。如在起落架收放系统，常采用此种形式的作动筒。

图4.2.2双向单杆作动简第三十五页，共五十五页，编辑于2023年，星期三4.2.2双作用式作动筒双向双杆式作动筒在活塞两边装有同样粗细的活塞杆，使两腔油液的有效工作面积相同。

当作动筒两端的输人压力相同时，其双向克服负载的能力相同。当活塞两端输人流量相同时，其活塞往返运动速度相同。所以，在操纵系统和前轮转弯操纵中的液压作动筒常采用双向双杆式作动筒，以保证作动筒活塞往返速度相同。图4.2.3双向双杆作动简第三十六页，共五十五页，编辑于2023年，星期三4.2.3液压缸典型结构举例图4.2.4单杆活塞缸结构1—头侧端盖；2—活塞密封圈；3—活塞头；4—活塞杆；5—缸体；6—拉杆；7—活塞杆密封圈；8—杆侧端盖；9—防尘圈；10—泄油口；11—导向套；12—固定密封圈；13—节流阀；14—单向阀第三十七页，共五十五页，编辑于2023年，星期三4.3飞机液压作动筒辅助元件4.3.1缓冲装置

缝隙节流缓冲图4.3.1带缝隙节流凸台的作动筒在作动筒主活塞前后各有一个直径比主活塞略小的缓冲凸台，当作动筒到达行程末端时，凸台将一部分油液封死，被封闭的油液通过凸台与缸壁间的环形间隙流出，产生液压阻力，减缓作动筒的速度，起到缓冲的作用。第三十八页，共五十五页，编辑于2023年，星期三节流阀缓冲4.3.1缓冲装置图4.3.2带单向节流阀的作动筒节流阀缓冲装置的基本工作原理：在作动筒行程末端安装节流阀，限制回流流量，使之产生反压力，从而减缓部件的运动速度。第三十九页，共五十五页，编辑于2023年，星期三4.3.2排气装置排气装置（a）排气阀（b）排气塞液压系统在安装过程或长时间停放之后会有空气渗入，由于气体存在，使执行元件产生爬行、噪声和发热等一系列不正常现象。为消除空气对系统的影响，必须排除积留在作动筒内的空气。第四十页，共五十五页，编辑于2023年，星期三4.4液压马达液压马达和液压泵在结构上基本相同，并且也是靠密封容积的变化来工作的。液压马达输入的是压力和流量，输出转矩和转速。液压马达的分类：按结构分：齿轮式、叶片式和柱塞式；按工作特性分：高速马达和低速马达；按马达的排量是否可变分：定量马达和变量马达。第四十一页，共五十五页，编辑于2023年，星期三4.4液压马达单向定量液压马达双向定量液压马达单向变量液压马达双向变量液压马达液压马达图形符号第四十二页，共五十五页，编辑于2023年，星期三液压马达的工作压力和额定压力液压马达的工作压力pM：是指它的输人油液的实际压力，其大小取决于液压马达的负载。液压马达的额定压力pMn：是指马达在正常工作条件下，按试验标准规定能连续运转的最高压力。马达的压差ΔpM：是指马达进出口压力的差值。4.4.1液压马达的主要性能参数第四十三页，共五十五页，编辑于2023年，星期三液压马达的排量和理论流量液压马达的排量VM：是指在没有泄漏的情况下，马达轴旋转一周所输人的油液体积。理论流量qMt：是指在没有泄漏的情况下，马达达到转速nM，所输人油液的流量。4.4.1液压马达的主要性能参数（4-28）第四十四页，共五十五页，编辑于2023年，星期三液压马达的功率和效率

功率

马达输入功率PMi为(4-32)

马达输出功率PM0为(4-33)4.4.1液压马达的主要性能参数第四十五页，共五十五页，编辑于2023年，星期三效率

容积效率液压马达也有泄漏ΔqM存在，其实际输入流量qM大于理论流量液压马达的理论流量与实际流量之比称为液压马达的容积效率ηMV4.4.1液压马达的主要性能参数（4-29）第四十六页，共五十五页，编辑于2023年，星期三

机械效率

液压马达转矩损失△TM，其实际输出转矩因此液压马达的机械效率为总效率ηM是指液压马达的输出功率与输入功率之比，即4.4.1液压马达的主要性能参数（4-30）（4-31）第四十七页，共五十五页，编辑于2023年，星期三液压马达的转矩和转速液压马达能产生的理论转矩TMt为即液压马达输出的实际转矩TM为液压马达的实际输入流量为qM时，其转速nM为

4.4.1液压马达的主要性能参数（4-34）（4-35）（4-36）第四十八页，共五十五页，编辑于2023年，星期三1.工作原理1—斜盘；2—缸体；3—活塞；4—配流盘；5—轴图4.4.1斜盘式轴向柱塞马达的工作原理4.4.2斜盘式轴向柱塞马达δF第四十九页，共五十五页，编辑于2023年，星期三斜盘对每个柱塞的反作用力F是垂直于斜盘端面的，该反作用力可分解为两个分力：水平分力Fx，它和作用在柱塞上的液压推力相平衡；另一个为垂直分力Fy。分别由下式求得4.4.2斜盘式轴向柱塞马达式中，d为柱塞直径；p为输入马达的油液压力；δ为斜盘的倾斜角。δF第五十页，共五十五页，编辑于2023年，星期三2.转矩和转速4.4.2斜盘式轴向柱塞马达