液压与气动技术 课件 模块3 液压缸和液压马达

课题4齿轮泵模块二液压泵一、齿轮泵的工作原理1、组成:

前、后泵盖，泵体，一对齿数、模数、齿形完全相同的渐开线外啮合。2、工作原理：

（1）密封容积形成—齿轮、泵体内表面、前后泵盖围成。

（2）齿轮退出啮合，容积↑，吸油；齿轮进入啮合，容积↓压油；

（3）吸压油口隔开—两齿轮啮合线及泵盖。

课题4齿轮泵外啮合齿轮泵具有结构简单、紧凑，容易制造，成本低，对油液污染不敏感，工作可靠，维护方便，寿命长等优点，故广泛应用于各种低压系统中。

实际输出流量为

齿轮泵理论流量为二、齿轮泵的排量及流量计算假设：齿槽容积=轮齿体积

则排量=齿槽容积+轮齿体积即相当于有效齿高和齿宽所构成的平面所扫过的环形体积，则实际上齿轮泵的瞬时流量是脉动的，齿数越小，齿槽越深，流量脉动越大。流量脉动会引起压力波动，造成液压系统的振动和噪声。三、齿轮泵的结构（一）CB一B型齿轮泵的结构

CB-B型齿轮泵为无侧板型，它是三片式结构中低压齿轮泵，结构简单，不能承受较高的压力。其额定压力为2.5MPa，额定转速为1450r/min。

外啮合齿轮泵结构

1、困油现象（1）困油产生原因

（2）困油引起的结果，使泵产生强烈的振动和噪声（3）困油消除方法原则：

密封容积减小，使之通压油口

密封容积增大，使之通吸油口

密封容积最小，隔开吸压油方法：

在泵盖（或轴承座）上开卸荷槽以消除困油，CB-B形泵将卸荷槽整个向吸油腔侧平移一段距离，效果更好。（二）外啮合齿轮泵在结构上存在的几个问题：2、径向不平衡力

液压力液体分布规律：沿圆周从高压腔到低压腔，压力沿齿轮外圆逐齿降低。p↑，径向不平衡力增大齿轮和轴承受到很大的冲击载荷，产生振动和噪声。改善措施：

1）缩小压油口，以减小压力油作用面积；

2）大泵体内表面和齿顶间隙；

3）开压力平衡槽，会使容积效率减小。3、泄漏

外啮合齿轮泵高压腔（压油腔）的压力油向低压腔吸油腔）泄漏有三条路径。

齿侧泄漏—约占齿轮泵总泄漏量的5%

径向泄漏—约占齿轮泵总泄漏量的20%-25%端面泄漏—约占齿轮泵总泄漏量的75%-80%

总之：泵压力愈高，泄漏愈大

四、提高外啮合齿轮泵压力的措施1、提高外啮合齿轮泵的工作压力措施齿轮端面间隙自动补偿的办法

2、轮端面间隙自动补偿原理是利用特制的通道把泵内压油腔的压力油引到浮动轴套外侧，作用在一定形状和大小的面积（用密封圈分隔构成）上，产生液压作用力，使轴套压向齿轮端面，这个液压力的大小必须保证浮动轴套始终紧贴齿轮端面，减小端面轴向间隙泄漏，达到提高工作压力的目的。课后小结1、齿轮泵的工作原理2、齿轮泵的排量及流量计算3、齿轮泵的结构模块三

液压缸和液压马达课题8液压缸类型及特点模块三

液压缸和液压马达下图所示的专用铣床的工作台采用单杆液压缸驱动，根据工况分析，计算得液压缸在工进阶段的总工作负载为4388N（即最大负载），如图所示，现要求活塞快进和快退速度相等，我们该如何进行液压缸的设计计算和结构设计？

专用铣床液压缸受力简图

【任务提出】模块三

液压缸和液压马达液压缸是液压系统中的执行元件，是把液体的压力能转换成机械能的能量转换装置，用来驱动工作机构实现直线往复运动或往复摆动。液压缸结构简单，工作可靠，作直线往复运动时，省去减速机构，且没有传动间隙，传动平稳、反映快，因此在液压系统中被广泛应用。本任务中，铣床的工作台采用单杆液压缸驱动，我们根据液压缸所受的最大工作负载（或根据设备的类型），选定液压缸的工作压力，并计算确定液压缸的内径、活塞杆直径等主要结构尺寸。本模块的任务是通过液压缸类型及特点、液压缸的结构设计、液压缸的设计计算等相关知识的学习，掌握液压缸的设计计算方法。【任务分析】1、按结构形式：

活塞式2、按作用方式：单作用式液压缸功用：将液压泵供给的液压能转换为机械能而对负载作功，实现直线往复运动或旋转运动。液压缸的类型及特点分类：柱塞式

组合式双作用式液压缸课题8液压缸类型及特点模块三一、活塞式液压缸定义：缸体内作相对往复运动的组件为活塞的液压缸。分类按伸出活塞杆不同：双杆，单杆，无杆

按固定方式不同：缸体固定，活塞杆固定

1、双杆活塞液压缸（1）特点1）两腔面积相等；

2）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。（2）推力、速度计算

课题8液压缸类型及特点模块三v=q/A=4qV/π(D2-d2)F=(p1-p2)A=π(D2-d2)(p1-p2)/4双杆活塞液压缸（3）固定方式1）实心双杆活塞式:缸体固定式

进油腔回油腔运动方向

左右活塞右移

右左活塞左移2)空心双杆活塞式:杆固定式进油腔

回油腔

运动方向

左右

缸体左移

右左

缸体右移

进油腔位置与活塞运动方向相同。

进油腔位置与活塞运动方向相反。

占地范围应用场合三倍于L，占地面积大。中小型设备占地范围应用场合两倍于L，占地面积小，大中型设备课题8液压缸类型及特点模块三2、单杆活塞液压缸（1）特点：

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。

单活塞式液压缸计算简图

课题8液压缸类型及特点模块三（2）速度、推力计算1）无杆腔进油时

v1=q/A1=4q/πD2，

F1=p1A1-p2A2=π[D2p1-(D2-d2)p2/42）有杆腔进油时

v2=q/A2=4q/π(D2-d2)，

F2=p1A2-p2A1=π[(D2-d2)p1-D2p2]/4

∵A1>A2∴v1<v2F1>F2

因而：活塞杆伸出时，适用于重载慢速，活塞杆缩回时，适用于轻载快速。

课题8液压缸类型及特点模块三特点：在不增加流量的前提下，实现快速运动应用单杆活塞液压缸不同连接，可实现如下工作循环：

差动连接无杆腔进油有杆腔进油快进→工进→快退

v3、F3v1、F1v2、F2

3）差动连接式液压缸课题8液压缸类型及特点模块三差动连接式液压缸

∵

v3A1=q+v3A2，

∴v3=q/（A1-A2）=4q/πd2故要使

v2=v3

，D=√2d，

F3=p1（A1-A2）=πd2p1/41、定义在缸体内做相对往复运动的组件是柱塞的液压缸。

2、柱塞式液压缸结构

缸体、柱塞、导向套、钢丝卡圈等

3、柱塞式液压缸工作原理：

只能单向运动，回程需靠外力、弹簧力，需双向运动时，常成对使用。

二、柱塞式液压缸柱塞式液压缸结构示意图课题8液压缸类型及特点模块三4、柱塞式液压缸速度、推力计算

v=q/A=4q/πd2F=pA=πd2p/4

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，工艺性好，故常用于长行程机床，如龙门刨床、导轨磨床、大型拉床。

课题8液压缸类型及特点模块三分类：

单叶片式、双叶片组成：缸体、定子块、叶片、传动轴等

工作原理：

当缸的一个油口进压力油，另一油口回油时，叶片在压力油作用下往一个方向摆动，带动轴偏转一定角度小于3600；当进回油口互换时，马达反转。三、摆动液压马达（摆动液压缸）课题8液压缸类型及特点模块三摆动液压缸参数计算：

T=zb/8·(D2-d2)(p1-p2)ηm

ω=8qηcv/zb(D2-d2)

双叶片摆动式液压马达：

T双

=2T单

ω双=1/2·ω单

摆动液压缸特点：

结构紧凑，输出转矩大，但密封困难，一般只用于中低压系统。课题8液压缸类型及特点模块三四、其它液压缸1、增压缸（增压器）（1）作用：得到高于泵压的输出压力

（2）结构：单作用、双作用（3）增压缸增压原理

A1p1=A2p2

p1πD2/4=p2πd2/4p2=A1/A2p1=Kp1

K=KD2/d2—增压比（4）增压缸特点

在

p1不变的前提下，靠A来增大p2，单作用断续增压、双作用连续增压。课题8液压缸类型及特点模块三增压缸（1）结构:

由两个或多个活塞缸或柱塞缸套装而成，有单作用和双作用之分。

（2）工作原理:

活塞或柱塞伸出时，从大到小，速度逐渐增大，推力逐渐减小。活塞或柱塞缩回时，从小到大。（3）特点应用：

∵工作时可伸很长，不工作时缩短

∴占地面积小，且推力随行程增加而减小故起重机伸缩臂、自动倾卸卡车、火箭发射台等皆用。

2、多级缸（伸缩缸）课题8液压缸类型及特点模块三（1）结构：

缸体、活塞、齿条、齿轮、端盖等（2）工作原理

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。

（3）应用

常用于需要回转运动的场合，如：自动线、磨床。

3、齿条活塞缸（无杆液压缸）课题8液压缸类型及特点模块三齿条活塞缸课后小结1、活塞式液压缸2、柱塞式液压缸3、摆动液压马达4、其他液压缸课题8液压缸类型及特点模块三课题9液压缸的设计计算模块三

液压缸和液压马达1、液压缸工作压力的确定课题9液压缸的设计计算

模块三负载

<50005000~1000010000~2000020000~3000030000~50000>50000缸的工作压力

<0.8~11.5~22.5~33~44~5>=5~7（2）按液压设备类型确定设备类型磨床组合机床车床铣床镗床拉床龙门刨床农业机械小型工程机械液压机重型机械起重运输机械工作压力

0.8~23~52~48~102~810~1620~322、液压缸内径和活塞杆直径的确定液压缸的内径根据液压缸的总负载力和工作压力来计算

一、液压缸主要尺寸的计算（1）按负载大小确定活塞杆的直径可根据液压缸的压力选取，见下表。课题9液压缸的设计计算

模块三活塞杆受力情况工作压力

活塞杆直径

受拉—受压及拉受压及拉受压及拉然后代回上式计算液压缸的直径。

当液压缸的往复速度比有一定要求时，还可以按下式计算活塞杆的直径。

有杆腔进油时：无杆腔进油时：若初步选取回油压力p=0,

课题9液压缸的设计计算

模块三液压缸往复速度比推荐值见表

工作压力

>20

往复速度比

,2

计算出的液压缸内径和活塞杆直径应该圆整，然后按书中表3-5和表3-6取标准值，再按标准的和计算缸的有效面积，作为以后运算的依据。

液压缸长度由最大工作行程决定，一般最好不超过其内径的20倍。液压缸长度=活塞宽度+活塞行程+导向套长度+活塞杆密封长度+其它长度。液压缸结构尺寸图3、液压缸长度及其他尺寸的确定最小导向长度为

导向套长度

活塞宽度

导向隔套宽度活塞杆密封长度，由密封方式定。其它长度是指一些装置所需长度，如缸两端缓冲所需长度等。

课题9液压缸的设计计算

模块三（1）薄壁圆筒（）（2）厚壁圆筒（）

2、活塞杆强度和压杆稳定性校核（1）活塞杆强度校核

（2）稳定性校核当活塞杆计算长度时，受到轴向压缩负载超过某一临界值时，会失去稳定性，所以要按材料力学有关公式进行稳定性校核。

3、螺纹联接强度校核计算时取螺栓所受外力的1.3倍，按材料力学有关公式进行校核。

课题9液压缸的设计计算

模块三二、液压缸强度和刚度校核

1、缸体的壁厚校核

课后小结课题9液压缸的设计计算

模块三1、液压缸主要尺寸的计算（1）液压缸工作压力的确定（2）液压缸内径和活塞杆直径的确定（3）液压缸长度及其他尺寸的确定2、液压缸强度和刚度校核课题10液压缸的结构设计模块三

液压缸和液压马达1、典型结构：缸体组件、活塞组件、密封件、连接件、缓冲装置、排气装置等。

2、设计依据：

缸工作压力、运动速度、工作条件、加工工艺及拆装检修等。

课题10液压缸的结构设计模块三一、液压缸的典型结构举例双作用单出杆液压缸结构图

（1）法兰连接：高压，需焊接法兰盘，较杂。

（2）半环连接：内半环，结构简单、紧凑、装卸方便（但因缸体上开了环行槽，强度削弱）；外半环。（3）螺纹连接：内螺纹，重量轻，外径小，但端部复杂；外螺纹，装卸不便，需专用工具。

（4）焊接连接（5）拉杆连接：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，只适于低压。

课题10液压缸的结构设计模块三缸体与端盖的连接结构二、缸体与端盖的连接形式三、活塞和活塞杆结构

（1）整体式：常用于小直径液压缸，结构简单，轴向尺寸紧凑，但损坏后需整体更换。

（2）焊接式：同上

。（3）锥销式：常用于双杆缸，加工容易，装配简单，但承载能力小，且需防止脱落。

（4）螺纹式：常用于单杆缸，结构简单，装拆方便，但需防止螺母松动。

（5）半环式：常用于高压大负载或振动比较大的场合，强度高，但结构复杂，装拆方便。

课题10液压缸的结构设计模块三活塞和活塞杆连接结构图四、活塞杆头部的连接活塞杆：是连接活塞和工作部件的传力零件，必须具有足够的强度和刚度，一般用钢料制成,且需镀铬。缓冲装置:

必要性：常在大型、高速、或高精度液压缸中设置缓冲装置或在系统中设置缓冲回路。

缓冲原理：利用节流方法在液压缸的回油腔产生阻力，减小速度，避免撞击。

课题10液压缸的结构设计模块三活塞杆头部结构a、圆柱形环隙式缓冲装置b、圆锥形环隙式缓冲装置

c、可变节流槽式缓冲装置

d、可调节流孔式缓冲装置

课题10液压缸的结构设计模块三节流缓冲装置示意图五、缓冲装置类型六、排气装置

（1）排气的必要性

（2）排气方法：a、排气孔：油口设置在液压缸最高处

b、排气塞：象螺钉（如暖气包上的放气阀）

c、排气阀：使液压缸两腔经该阀与油箱相通启动时，拧开排气阀使液压缸空载往复运动几次即可。课题10液压缸的结构设计模块三排气装置结构图课后小结课题10液压缸的结构设计模块三1、液压缸的典型结构2、缸体与端盖的连接结构3、活塞和活塞杆连接结构4、活塞杆头部结构5、缓冲装置、排气装置课题11液压马达模块三

液压缸和液压马达功用：液压马达：将泵输入的液压能转换为机械能而对负载做功。液压泵：将电动机或其它原动机输入的机械能转换为液体的压力能，向系统供油。液压泵与液压马达关系：

功用上—相反；结构上—相似；

原理上—互逆。

分类：1、按输出（输入）流量是否可调节：定量马达、变量马达2、按结构形式：齿轮式、叶片式、柱塞式。3、按输油方向能否改变：单向、双向。4、按使用压力：低压、中压、高压。

课题11液压马达模块三一、液压马达的主要性能参数1、转速和容积效率实际供给马达的流量应为容积效率为液压马达的转速为2、转矩和机械效率液压马达的输出转矩机