流体传动与控制基础（第3版）课件：液压执行元件

流体传动及控制基础（

液压执行元件1）

液压执行元件

液压执行元件4.1液压缸4.2液压马达3一般液压传动系统液压马达油箱液压缸液压泵液压阀44.1

液压缸n

液压执行元件的作用及分类液压泵是将机械能转换为液压能的能量转换元件，而液压执行元件则是把液压能转变为机械能的能量转换装置。按运动形式不同，液压执行元件可分为两大类：n

直线往复运动的液压缸n

旋转运动的液压马达液压缸和液压马达直线往复运动旋转运动液压缸液压马达6液压缸n

液压缸是将液压能转变为直线往复运动的机械能的装置。与其他传动方式相比，液压缸可以很容易地实现直线往复运动和输出很大的力，在工业生产各领域应用广泛。液压缸的应用液压缸往复运动9液压缸的分类n

液压缸的种类繁多，按其作用方式，可分为n

单作用液压缸n

双作用液压缸4.1.1

单作用液压缸n

单作用液压缸只有一个工作腔，其外伸运动是靠液压力的作用，而回程运动靠重力、外力或弹簧力等实现。无人驾驶电动矿车，载重：240吨114.1.1

单作用液压缸工作原理n

结构型式柱塞式活塞式伸缩式单作用液压缸n

柱塞式重物重物柱塞式排油进油图形符号13伸出运动缩回运动单作用液压缸n

伸缩式图形符号伸缩式缩回运动伸出运动单作用液压缸n

活塞式油口B油口A图形符号伸出运动缩回运动活塞式弹簧复位单作用液压缸进、排油口16几种单作用液压缸的图形符号(a)

柱塞式液压缸(b)

活塞式液压缸(c)

弹簧复位活塞式液压缸(d)

伸缩式液压缸174.1.2

双作用液压缸n

双作用液压缸的伸出、缩回都是利用液压油的操作来实现。按活塞杆形式的不同，可分为n

单活塞杆式n

双活塞杆式n

伸缩式18单活塞杆双作用液压缸单活塞杆双作用液压缸工作原理有效面积有效面积进油回油回油进油20液压缸的运动速度n

根据流量连续性定理，进入液压缸的液流流量等于液流截面面积和流速的乘积。液流截面即液压缸工作腔有效面积，液流的平均流速即活塞运动速度。液压缸工作腔有效面积如何计算？液压缸运动速度与流量、面积的关系液压缸如何调节速度？速度与活塞面积关系n

输入流量相等进油回油回油进油10L/min10L/min活塞面积大、速度慢活塞面积小、速度块液压缸的工作压力取决于负载力n

若不计液压缸回油腔的背压(回油背压可视为零)，则工作腔的油液压力为24液压缸工作压力与负载、有效面积的关系1.液压缸工作压力由液压泵决定，对吗？2.液压缸空载运动液压缸压力多少？液压缸运动速度和工作压力n

有杆腔的有效面积等于活塞面积减去活塞杆的截面积；n

无杆腔有效面积大于有杆腔的有效面积；n

外负载相同、输入液压缸流量一定时，活塞外伸速度慢、油液压力低，而活塞内缩速度快、油液压力高；即液压缸伸出和缩回运动速度和油液压力不等。单活塞杆双作用液压缸结构剖视图导向环后端盖活塞密封圈端盖密封前端盖端盖密封密封圈活塞杆导向环无杆腔

活塞缸体有杆腔活塞杆密封密封圈

防尘圈单活塞杆双作用液压缸结构剖视图液压缸计算举例n

单出杆双作用液压缸，活塞直径D=90mm，活塞杆径d=60mm，输入液压缸流量q

=25L/min，进油腔压力

4MPa，回油腔压力0.5MPa。不计泄漏，求：液压缸运动1)伸出运动速度、驱动负载力？2)缩回运动速度、驱动负载力？驱动负载力一定能驱动这么大的实际负载力吗？29双活塞杆双作用液压缸前端安装两端安装两端安装底座安装30双活塞杆液压缸结构油口Bn

结构原理油口A活塞杆缸体活塞31双活塞杆液压缸的工作原理油口B油口A图形符号有效面积32双活塞杆液压缸的作用力和运动速度n

由于活塞两端的活塞杆直径相等，因此，活塞左、右两腔的有效面积相等。当外负载相同时，分别向左、右两腔输入相同流量的液流，液压缸左、右两个方向的输出作用力和运动速度相等。33伸缩液压缸n

缸筒逐级外伸，即直径最大缸筒以最低油压开始伸出，当行至终点后，直径次之缸筒伸出。随外伸缸筒直径减小，工作压力升高，伸出速度加快。而缸筒缩回时，从直径最小缸筒开始缩回，直径最大缸筒最后缩回。伸缩液压缸n

结构和原理缸体第一级活塞第二级活塞第一级第二级AB伸缩式液压缸有什么特点？伸缩液压缸的应用伸缩缸n

油液压力作用伸出n

靠翻斗箱自重缩回n

外伸行程长n

内缩回结构紧凑36伸缩液压缸应用伸缩缸伸缩液压缸的特点n

单作用伸缩缸，只有一个油口，液压缸靠油压力伸出，靠负荷和自重缩回，在自卸卡车中应用较广

。n

双作用伸缩缸多应用于没有负载和自重推力的水平动作场合。n

伸缩液压缸结构紧凑，行程长，应用于安装空间位置受限制，行程较长的场合，如工程机械、起重车辆等设备。双作用液压缸图形符号(a)

单活塞杆液压缸(b)

双活塞杆液压缸(d)

单侧不可调缓冲液压缸(c)

伸缩式液压缸39双作用液压缸图形符号(e)

双侧不可调缓冲液压缸(f)

双侧可调缓冲液压缸04.1.3

液压缸的密封装置n

液压缸的密封装置n静密封：活塞内孔与活塞杆、导向套与端盖、端盖与缸体等。n动密封：活塞与缸体、活塞杆与导向套等。41123456

784.1.3

液压缸的密封装置n

液压缸的防尘圈防尘圈应用于液压缸活塞端盖上，主要作用是去除活塞缸体外部表面附着的尘土，防止沙粒、水以及污染物进入密封的缸体。防尘圈4.1.4

液压缸的缓冲装置n

当液压缸带动质量较大的工作部件作往复运动时，惯性大，为避免在行程终点发生活塞与端盖撞击，引起振动，损坏液压缸和机器，通常在液压缸两端设置缓冲装置。缓冲柱塞进入端盖前n

回油腔自由排油n

回油背压小44缓冲柱塞进入端盖n

油缸回油腔减小n

背压增大n

活塞开始减速n

缓冲能力增强454.1.5

液压缸的安装方式液压缸前端法兰安装油口油口前端法兰47液压缸后法兰安装后端法兰油口油口48液压缸圆法兰安装前端油口后端油口前端园法兰49液压缸中间铰轴安装油口油口中间铰轴50液压缸后端耳轴安装油口油口耳轴51液压缸底座安装底座524.1.6

液压缸的选型和使用n

液压缸的选型n

根据机械动作要求、安装空间，选择液压缸类型和尺寸；n

根据最大外部负载选择液压缸的工作压力、活塞直径；n

根据机械的要求，选取液压缸的行程；n

根据速度或时间要求，选取液压缸的流量；n

根据速度比或外部最大负载，选取活塞杆直径；n

了解产品的价格和配件情况。同样负载，工作压力高，液压缸结构尺寸就小，所需流量也小；反之，情况相反。液压缸工作压力提高，密封会困难，53制造成本也提高。4.1.6

液压缸的选型和使用n

液压缸的使用n

为了减轻爬行现象：一是通过排气装置排气，二是液压缸往复运动排除缸内空气。n

金属面之间的润滑油膜被破坏或接触应力过高，在相对滑动时产生摩擦声。n

液压缸受侧向力，密封性能损坏、缸体内拉伤而使液压缸产生内泄和外泄。【案例】液压缸应用n

三峡双线五级船闸机械采用液压传动启闭。24扇人字闸门，三分之二门高36.75米，宽20.2米，厚3米，重850吨，面积近两个篮球场，外形与重量均为世界之最。启门力2100kN，闭门力2700kN。液压缸：工作力大，直线运动方便，启闭船闸结构简单。Theend56流体传动及控制基础（

液压执行元件2）4.2

液压马达2液压马达的作用n

液压马达是作旋转运动的执行元件。液压马达把液压能转变为马达轴上的转矩和转速运动输出，即把液流的压力能转变为马达轴上的转矩输出，把输入液压马达的液流流量转变为马达轴的转速运动。液压马达4.2.1

液压马达的分类n

按角速度分类，液压马达有高速和低速两类。n

额定转速高于500r/min属于高速液压马达，主要有齿轮马达、叶片马达和轴向柱塞马达。n

额定转速低于500r/min属于低速液压马达。其基本形式是径向柱塞式，主要有曲轴连杆马达、内曲线马达和静力平衡马达。液压马达按排量是否可变分类n

按排量是否可变，可分为：n

定量马达n

变量马达54.2.2

液压马达的基本参数n

液压马达每转一周所需输入液体的理论体积，称为排量。n

不计马达泄漏，当给定马达排量和输入马达的流量时，则马达角速度为6马达转速、排量和流量的关系n

马达的角速度与输入流量成正比，与排量成反比。n

当输入流量一定时，排量增大，则转速降低；排量减小，则转速增加。n

通过改变马达排量可调节转速。反之，当马达排量不变时，调节输入马达的流量，可调节马达的转速。7液压马达理论输出转矩n

不计摩擦转矩损失，则液压马达在额定压力和理论排量下输出的转矩为马达进、出口压力差马达的理论排量；。84.2.3

高速液压马达n

齿轮马达n

叶片马达齿轮马达叶片马达n

轴向柱塞马达柱塞马达9齿轮马达n

齿轮马达与齿轮泵结构上相似，分为n

外啮合齿轮马达n

内啮合齿轮马达10外啮合齿轮马达工作原理排油进油齿轮马达的特点n

结构简单，抗污染能力强，价格低；但是，内部零件磨损后，其轴向间隙增大，容积效率低，低速稳定性较差。因此，一般作为高速小转矩定量马达应用于中、低压的液压系统中。后盖轴承轴承驱动轴油孔叶片马达基本工作原理工作腔压力油输出轴转子13双作用叶片马达14双作用叶片马达工作原理15叶片的弹簧预压力叶片伸出销弹簧夹叶片缩回叶片底受弹簧力16叶片马达剖视图弹簧夹轴承压力板密封圈轴承叶片转子端盖轴定子环壳体17叶片马达的特点n

叶片马达体积小、转动惯量小，可高频换向；但其内泄漏大，低速稳定性差。一般适用于高转速、小转矩以及要求高频换向的工作场合。叶片进出油口尺寸对称转子18轴向柱塞液压马达分类n

轴向柱塞液压马达可分为n

斜盘式n

斜轴式斜盘式轴向柱塞马达结构柱塞

缸体20斜盘式轴向柱塞马达的工作原理排油进油21斜盘式轴向柱塞马达的排量n

斜盘式马达有定量型和变量型。变量马达的排量与斜盘倾角有关，改变斜盘倾角，柱塞行程改变，排量随之改变。斜盘倾角越大，马达排量和对外输出转矩越大，而转速则降低。通常，斜盘有最小倾角，以保持力矩和转速在工作范围内。斜盘式轴向柱塞马达的变量原理柱塞行程3

2

1进油4排油5

623几种斜盘式轴向柱塞马达24斜轴式柱塞马达工作原理排油进油25斜轴式柱塞马达变量原理柱塞行程排油进油斜轴式柱塞马达剖视图壳体泄漏油柱塞伸出柱塞缩回27两种斜轴式柱塞马达28轴向柱塞马达的特点n

容积效率高，额定工作压力高，其功率质量之比大。n

可方便地改变马达排量，实现马达转速的无级调速。其综合性能指标优于叶片马达和齿轮马达。n

轴向柱塞马达低速稳定性差，一般只作高速小转矩马达使用。231轴向柱塞马达和减速器的传动装置减速机液压马达液压马达减速机轴向柱塞马达驱动汽车起重机回转机构液压马达+减速机卷扬驱动装置n

高速液压马达

+减速机减速机行星减速机液压马达卷筒轴向柱塞马达驱动水泥搅拌机液压马达+减速机33高速液压马达和液压泵的区别n

轴向柱塞马达、叶片马达、齿轮马达和同类型泵结构上相似，原理上讲，这类泵可做马达使用，马达也可做泵使用。n

作为能量转换元件，二者功能正相反，结构上有些差别。如马达正、反转特性一致，进、排油口大小一样；而泵要求良好的吸油性能，吸油口比排油口大。因此，泵和马达不能通用。液压马达液压泵4.2.4

低速大转矩液压马达n

低速大转矩液压马达n

曲轴连杆式n

静力平衡式n

内曲线液压马达35曲轴连杆液压马达工作原理油液作用切向力曲法向力偏心距1234曲轴连杆式液压马达结构进油排油静力平衡马达工作原理n

排量单排和双排柱塞液压马达39双排柱塞静力平衡式液压马达低速大转矩液压马达特点n

轴每转一周，每个柱塞缸进、排油各一次，是单作用低速大转矩液压马达，结构简单、价格相对其他低速马达低；但转速、转矩脉动大，低速稳定性差。n

排量大、输出转矩大，低速运转平稳，并可直接与工作机构连接，传动装置紧凑。广泛应用于起重运输、工程机械、船舶和冶金矿山等工业领域。41低速大转矩液压马达驱动绞盘液压马达低速大转矩液压马达驱动行走机械液压马达

+减速机液压马达低速大转矩液压马达在注塑机中应用液压马达4.2.5

液压马达的功率和效率n

液压马达的功率和效率n

液压马达的输入功率n

液压马达的输出功率n

液压马达的容积效率n

液压马达的机械效率n

液压马达的总效率45液压马达的输入功率n

液压马达输入液体的压力能，其输入功率(W)为进出压力差；。实际输入流量液压马达的输出功率n

液压马达输出的是转矩和转速，其输出功率(W)为实际输出转矩；输出角速度。液压马达的泄漏和摩擦损失柱塞与缸体之间