第四章-液压执行元件课件

第四章液压执行元件液压执行元件是将液体的压力能转换成机械能的装置，可以实现直线往复运动和连续旋转运动，是液压系统不可或缺的能量转换元件。学习目的：熟悉液压执行元件如何进行能量转换分类：液压马达和液压缸（+摆动缸）本章主要介绍：液压马达、液压缸的分类、特点、主要性能参数、典型结构等7/22/20231第四章液压执行元件§4.1液压马达§4.1液压马达液压马达的图形符号7/22/20232第四章液压执行元件§4.1液压马达§4.1液压马达一、液压马达的分类及特点低速马达(n500r/min)：有径向柱塞式，如多作用内曲线式、单作用曲柄连杆式和静压平衡式等；主要特点是：排量大、体积大、转速低（几转每分甚至不到一转每分）、不需减速装置便可直接驱动转工作机构，输出扭矩大为几千~几万牛顿•米（N•m）。又称低速大扭矩液压马达。1.分类：高速和低速两大类高速马达(n>500r/min)：有齿轮式、螺杆式、叶片式和轴向柱塞式等；主要特点是：转速较高、转动惯量小、便于启动和制动、调速和换向的灵敏度高，扭矩为几十~几百牛顿•米（N•m）。又称高速小扭矩液压马达。7/22/20233第四章液压执行元件§4.1液压马达§4.1液压马达一、液压马达的分类及特点2.液压马达工作的必要条件与液压泵是基本一样的，即：a、必须有相互隔开且密封良好的进液腔（高压腔）和排液腔（低压腔）；b、但进液腔是逐渐增大的，而排液腔是逐渐减小的。c、靠进液腔高压产生的液压力推动转子旋转产生输出扭矩。外啮合齿轮马达7/22/20234第四章液压执行元件一、液压马达的分类及特点§4.1液压马达3.液压马达和液压泵在结构上的差异主要有：为改善吸入特性和防止气蚀，液压泵的入口比出口大；而液压马达则无此要求。为实现正反转需要，液压马达内部结构上设计具有对称性；而液压泵一般是单向旋转，无此要求。液压马达要求很宽的转速范围，其轴承的结构型式和润滑方式应适应此需要。若采用动压轴承，低速时就不易形成润滑液膜，所以液压马达应采用滚动轴承或静压轴承；液压泵的转速一般为定值，无此苛刻要求。液压马达的最低稳定转速要低。7/22/20235第四章液压执行元件一、液压马达的分类及特点§4.1液压马达3.液压马达和液压泵在结构上的差异主要有：液压马达要求有较大的起动扭矩。因而要求马达的扭矩脉动小，内摩擦小。液压泵结构上必须保证一定的自吸能力。因此，点接触的轴向柱塞式液压马达不能作液压泵用，因其柱塞底部没有回程弹簧。靠高速旋转的离心力作用而使叶片脱出与定子接触而封液密封的叶片泵，作马达时用开始无法封液，也就无法起动。叶片与转子径向成一定角度的叶片泵，作马达使用时，不能双向旋转。所以，结构类型相同的泵和马达不一定能够互逆使用。要具体分析而定。7/22/20236第四章液压执行元件二、液压马达的主要工作参数和使用性能§4.1液压马达压力p（Pa、MPa、bar）工作压力：马达输入介质的实际压力。由负载决定。液压马达背压：为保证马达正常工作所需的出口压力，其值与马达的结构有关。工作压差：马达进口压力与出口压力的差值。额定压力：按试验标准规定，能使马达连续正常运转的最高压力称为马达的额定压力。7/22/20237第四章液压执行元件二、液压马达的主要工作参数和使用性能§4.1液压马达排量V

（m3/r，mL/r）液压马达主轴每转一转所需输入的压力介质体积。3.转速n（r/min）理论转速nt：不考虑液压马达泄漏损失时的转速，实际转速n：7/22/20238第四章液压执行元件二、液压马达的主要工作参数和使用性能§4.1液压马达最低稳定转速液压马达在额定负载下，不出现爬行现象的最低转速。为获得较大的调速范围，一般希望马达的最低稳定转速越小越好。最低稳定转速与马达的结构形式有关：多作用内曲线马达：0.1~1r/min曲柄连杆式马达：2~3r/min轴向柱塞马达：一般30~50r/min，有的2~5r/min，个别0.5~1.5r/min高速叶片马达：50~100r/min低速大扭矩叶片马达：~5r/min齿轮马达：一般200~300r/min，个别50~150r/min7/22/20239第四章液压执行元件二、液压马达的主要工作参数和使用性能§4.1液压马达4.流量q（m3/s、L/min）实际流量q

：液压马达入口处的流量；理论流量q

t：马达没有泄漏时为达到要求转速所需的入口流量。5.

扭矩T（N•m）理论输出扭矩Tt：实际输出扭矩T：7/22/202310第四章液压执行元件二、液压马达的主要工作参数和使用性能§4.1液压马达功率P（W、kW）输入功率：理论输出功率

：实际输出功率：7.效率（%）容积效率v：马达的理论流量与实际流量之比，机械效率m：马达的实际扭矩与理论扭矩之比，总效率：马达的实际输出功率与实际输入功率之比7/22/202311第四章液压执行元件二、液压马达的主要工作参数和使用性能§4.1液压马达7/22/202312第四章液压执行元件二、液压马达的主要工作参数和使用性能§4.1液压马达7/22/202313第四章液压执行元件二、液压马达的主要工作参数和使用性能§4.1液压马达8.起动性能起动扭矩T0和起动机械效率m0，起动扭矩T0越大、起动机械效率m0越高则马达的起动性能越好。制动性能马达的容积效率高、泄漏损失小，马达的制动性能就好；但马达因实际泄漏的存在，无法保证绝对的制动性。实际运用时有时需要设置其它制动机构。7/22/202314第四章液压执行元件二、液压马达的主要工作参数和使用性能例：在图示液压泵-马达回路中，已知：液压马达输出转速n=120r/min，输出扭矩T=3000N•m，进口压力p1=24.2MPa，出口压力p2=0.8MPa，液压泵、马达的机械效率ηm均为0.98，容积效率ηv均为0.95，液压泵到马达间的压力损失为2.2MPa，液压泵到马达间管路的容积效率为0.99，求：①液压马达的排量VM；②液压泵的输出流量qp；③电机的输出功率P；④求本系统的效率。§4.1液压马达7/22/202315第四章液压执行元件三、齿轮马达3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。1工作原理2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。7/22/202316第四章液压执行元件四、叶片式液压马达§4.1液压马达工作原理:力矩的产生7/22/202317第四章液压执行元件2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。3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。四、叶片式液压马达7/22/202318第四章液压执行元件四、叶片式液压马达§4.1液压马达典型结构结构特点：燕式弹簧与起动性能正反转：叶片底部通高压液和特殊结构的单向阀结构（叶片、油口、定子曲线等）对称性，以适应正反转需要转速范围100~2000r/min；工作压力：6MPa输出力矩72N•m7/22/202319第四章液压执行元件五、轴向柱塞马达1工作原理2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。3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。7/22/202320第四章液压执行元件六、单作用连杆型径向柱塞式液压马达§4.1液压马达工作原理结构对称，轴或外壳均可旋转，以适应不同应用需要。此类马达额定压力21MPa、最高工作压力31.5MPa、最低稳定转速3r/min7/22/202321第四章液压执行元件六、单作用连杆型径向柱塞式液压马达§4.1液压马达典型结构性能特点：缸径约为100mm容积效率：95%总效率：90%起动机械效率：88~98%7/22/202322第四章液压执行元件七、多作用内曲线径向柱塞式液压马达§4.1液压马达结构及工作原理7/22/202323第四章液压执行元件七、多作用内曲线径向柱塞式液压马达1结构及工作原理

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；2结构特点：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。7/22/202324第四章液压执行元件七、多作用内曲线径向柱塞式液压马达§4.1液压马达结构及工作原理马达排量：7/22/202325第四章液压执行元件八、各种马达性能比较7/22/202326第四章液压执行元件八、各种马达性能比较7/22/202327第四章液压执行元件§4.2液压缸§4.2液压缸一、液压缸的分类7/22/202328第四章液压执行元件一、液压缸的分类§4.2液压缸7/22/202329第四章液压执行元件

液压缸的组成与安装方式液压缸安装连接形式：脚架式，耳环式，铰轴式

缸体组件：包括缸筒、缸盖、缸底等零件。

活塞组件：包括活塞与活塞杆等零件。

密封装置：有活塞与缸筒、活塞杆与缸盖的密封。

缓冲装置

排气装置7/22/202330第四章液压执行元件二、液压缸的典型结构§4.2液压缸双作用活塞式液压缸a.双活塞杆式液压缸：结构及工作原理活塞运动速度及输出力：7/22/202331第四章液压执行元件二、液压缸的典型结构a.双活塞杆式液压缸7/22/202332第四章液压执行元件二、液压缸的典型结构§4.2液压缸双作用活塞式液压缸b.单活塞杆式液压缸：结构及工作原理活塞运动速度及输出力：7/22/202333第四章液压执行元件二、液压缸的典型结构§4.2液压缸单作用活塞式液压缸结构及工作原理通常成对反向使用，以实现双向运动。7/22/202334第四章液压执行元件二、液压缸的典型结构§4.2液压缸伸缩式液压缸结构及工作原理：双作用和单作用一级先伸，二级先回。7/22/202335第四章液压执行元件二、液压缸的典型结构§4.2液压缸齿条液压缸结构及工作原理将直线运动转换成旋转运动。7/22/202336第四章液压执行元件二、液压缸的典型结构§4.2液压缸增压缸和增速缸a、增压缸b、增速缸7/22/202337第四章液压执行元件三、液压缸的缓冲装置§4.2液压缸惯性前冲而引起噪声振动。节流阀缓冲装置工作原理7/22/202338第四章液压执行元件三、液压缸的缓冲装置§4.2液压缸节流阀缓冲装置应用实例进油迅速，行程末端通过三角槽实现可变节流缓冲7/22/202339第四章液压执行元件三、液压缸的缓冲装置§4.2液压缸阀式卸压缓冲装置工作原理在两端时相互不通，在中间相通使高压腔卸压缓冲。7/22/202340第四章液压执行元件四、液压缸的排气装置§4.2液压缸工作原理混入气体会产生爬行、噪声和发热等现象。利用气体轻的特点，在最高处设置进出口排气装置。7/22/202341第四章液压执行元件§4.3摆动液压缸§4.3摆动液压缸摆动液压缸：实现小于360°角的往复摆动运动，并直接输出扭矩分类：单叶片式、双叶片式、三叶片式等三种图形符号：