液压传动课件

第1章緒論機械傳動機械傳動mechanicaldrive

利用機械作用力傳遞動力和運動的傳動。主要形式：

①靠機件間的摩擦力傳遞動力和運動的摩擦傳動如：帶傳動、繩傳動和摩擦輪傳動等。易實現無級變速、適應軸間距較大的傳動場合。超載打滑有緩衝和保護作用，但一般不能用於大功率的場合，也不能保證準確的傳動比。

②靠主動件與從動件嚙合或借助中間件嚙合傳遞動力或運動的嚙合傳動如：齒輪傳動、鏈傳動、螺旋傳動和諧波傳動等。能用於大功率的場合，傳動比準確，但一般要求較高的製造精度和安裝精度。

典型產品：減速機、制動器、離合器、連軸器、無級變速機、絲杠、滑軌牛頭刨床

1.1液壓傳動發展概況電氣傳動電氣傳動electricdrive利用電或磁作用力傳遞運動與動力的傳動。電或磁作用力：電場作用力、磁場作用力、電磁場作用力

典型產品：電動機、電磁鐵、磁懸浮列車1.1液壓傳動發展概況流體傳動颱風山洪

風力發電

水車利用流體動能液力傳動1.1液壓傳動發展概況流體傳動帕斯卡定律：

盛放在密閉容器內的靜止液體上的任一點的壓力變化，將以等值傳遞到液體中的各點。利用流體壓力液壓傳動氣壓傳動1.1液壓傳動發展概況1650年，帕斯卡提出靜壓傳遞原理1795年，英國出現世界上第一臺水壓機(迄今200多年)1930年，德國人托馬發明斜軸泵20世紀40年代，第二次世界大戰前後，得到飛速發展20世紀50年代，在國內得到長足發展（榆次、廣研所、濟南鑄鍛所等單位）20世紀50年代，蘇聯專家為我國液壓行業培養第一批液壓專業研究生北航、浙大、蘭州理工、華中科技大、河南科技大學、吉林工大等校設立液壓專業20世紀80年代，我國各液壓廠家引進德國、日本、美國技術1.1液壓傳動發展概況傳統的液壓傳動（30年代）電液伺服技术（40年代）電液比例技术（80年代）液壓传动技术的新发展：液粘軟啟動技術、電液數字技術…1.1液壓傳動發展概況1.2.1液壓傳動的工作原理

帕斯卡定律：在密閉容器內，施加於靜止液體上的壓力將以等值同時穿液體中各點。圖1-1液壓千斤頂工作原理圖動畫演示

（1-2）1.力的傳遞

據上式，系統壓力與外負載密切相關。由此得出液壓傳動工作原理的第一個重要特徵：

液壓與氣壓傳動中工作壓力取決於外負載。（1-1）液壓缸中所產生的液體壓力P2：作用在液壓泵活塞上的作用力F1

由此得出液壓傳動工作原理的第二個重要特徵：活塞的運動速度只取決於輸入流量的大小，而與外負載無關。從上面的討論還可以看出，壓力和流量是液壓傳動中兩個最基本的參數。2.運動的傳遞液壓泵排出的液體體積等於進入液壓缸的液體體積，則有：（1-3）上式兩邊同除以運動時間t得：q1=v1A1=v2A2=q2

（1-4）1.2.2液壓傳動系統的組成圖1-2典型液壓系統原理圖1-液壓泵

2-流量控制閥3-換向閥4-液壓缸5-工作臺6-溢流閥7-篩檢程式8-油箱動畫演示ab2.從上面的例子可以看出，液壓傳動系統主要由以下五個部分組成：（1）功率輸入裝置（能源裝置）：把機械能→流體壓力能。如液壓泵。（2）功率輸出裝置（執行元件）：把流體的壓力能→機械能。如液壓缸、液壓馬達。（3）控制元件：對系統中流體壓力、流量和流動方向進行控制或調節的裝置，如溢流閥等。（4）輔助元件：保證系統正常工作所需的上述三種以外的裝置。如油箱、篩檢程式等。（5）工作介質：液壓油等。為了簡化液壓系統的表示方法，通常採用圖形符號來繪製系統原理圖。圖1-2（b）就是按GB/T786-2001繪製的圖1-2(a)所示液壓系統原理圖。所謂液壓傳動的“控制方式”有兩種不同的含義：一種是指對傳動部分的操縱調節方式；另一種是指控制部分本身的結構組成形式。液壓系統中控制部分的結構組成形式有開環式和閉環式兩種，它們的概念和定義與“控制理論”中的描述完全相同。1.3液壓傳動控制方式（教材）圖1-1所示的液壓系統就是開環式的（它的框圖見圖1-3）圖1-4所示為一個簡單的液壓伺服系統的工作原理圖，它是手動控制式閉環液壓系統的例子。1.4液壓傳動的特點1.液壓傳動的優點、缺點2.氣壓傳動的優點、缺點優點：1）在同等體積下，液壓裝置比電氣裝置產生更高的動力。在同等功率下，液壓裝置體積小，重量輕，功率密度大，結構緊湊。2）工作比較平穩。3）能在大範圍內實現無級調速4）易於自動化5）易於實現超載保護6）液壓系統的設計、製造和使用比較方便。7）用液壓傳動實現直線運動遠比用機械傳動簡單。缺點：1）較多的能量損失。2）工作性能易受溫度變化的影響。3）液壓元件的製造精度要求較高，因而價格較貴4）液壓傳動出現故障時不易找原因。優點：1）空氣獲得與排放方便2）便於集中供應和遠距離輸送。3）對元件的材料與製造精度要求較低4）氣動系統維護簡單，管道不易堵塞。5）使用安全,並且便於實現超載保護。缺點：1）平穩性不如液壓傳動2）總推力較小3）傳動效率低

主要經歷如下階段：

17、18世紀—液壓基礎理論的建立（流體運動原理、物體在流動的液體中的粘性和阻力問題、流體能量傳遞原理、靜壓傳遞原理）

18世紀末—世界上第一臺水壓機由英國製造

19世紀至今—流體運動方程進一步發展，液壓與氣壓傳動在工程上得到了廣泛的應用應用舉例：1.5液壓傳動在機械工業中的應用

表1-1液壓與氣壓傳動在各類機械行業中的應用舉例

行業名稱應用舉例工程機械挖掘機、裝載機、推土機、鏟運機等礦山機械鑿岩機、開掘機、提升機、液壓支架等建築機械打樁機、液壓千斤頂、平地機、建設機器人等冶金機械軋鋼機、壓力機等。機械製造機床、數控加工中心、氣動扳手、壓力機、模鍛機、空氣錘等。輕工機械打包機、注塑機、橡膠硫化機、食品包裝機、真空鍍膜機等汽車工業高空作業車、自卸式汽車、汽車起重機、轉向器等。水利工程船閘水閘啟閉機、船舵液壓操縱等。發電廠渦輪機調速裝置、核發電廠等等船舶甲板起重機械、船頭門、艙壁閥、船尾推進器等特殊技術巨型天線控制裝置、大型遊戲機、升降旋轉舞臺等軍事工業火炮操縱裝置、船舶減搖裝置、飛機起落架、方向舵控制裝置等。農林機械化肥包裝機、聯合收割機、拖拉機、農機懸掛系統等。壓力機動畫折彎機動畫工程機器人1.5液壓傳動在機械工業中的應用壓磚機械制鞋設備

火車鐵軌機器起重機2.1液壓液的特性和選擇2.2液壓液的污染及其控制章節目錄

2.1.1液壓液的分類2.1.2主要性質2.1.3對液壓油的要求2.1.4液壓液的選擇和選用2.1液壓液的特性和選擇類型名稱ISO代號特性和用途礦油型普通液壓油L-HL精製礦油加添加劑，提高抗氧化和防銹性能，適用於室內一般設備的中低壓系統抗磨液壓油L-HML-HL油加添加劑，改善抗磨性能，適用於工程機械、車輛液壓系統低溫液壓油L-HVL-HM油加添加劑，改善粘溫特性，可用於環境溫度-20~-40℃的高壓系統高粘度指數液壓油L-HRL-HL油加添加劑，改善粘溫特性，VI值達175以上，適用於對粘溫特性有特殊要求的低壓系統，如數控機床系統液壓導軌油L-HGL-HM油加添加劑，改善粘滑性能，適用於機床中液壓和導軌潤滑合用的系統全損耗系統用油L-HH淺度精製礦油，抗氧化性、抗泡沫性較差，主要用於機械潤滑，可作液壓代用油，用於要求不高的低壓系統汽輪機油L-TSA深度精製礦油加添加劑，改善抗氧化、抗泡沫等性能，為汽輪機專用油，可作液壓代用油，用於一般液壓系統一、液壓液的分類液壓系統中使用的液壓液按國際標準ISO6743-4∶1999的分類（我國國家標準GB/T7631.2—2003與此等效）類型名稱ISO代號特性和用途乳化型水包油乳化液L-HFA又稱高水基液，特點是難燃、黏溫特性好，有一定的防銹能力，潤滑性差，易洩漏。適用於有抗燃要求，油液用量大且洩漏嚴重的系統油包水乳化液L-HFB既具有礦油型液壓油的抗磨、防銹性能，又具有抗燃性，適用於有抗燃要求的中壓系統合成型

水-乙二醇液L-HFC難燃，黏溫特性和抗蝕性好，能在-30℃～60℃溫度下使用，適用於有抗燃要求的中低壓系統磷酸酯液L-HFDR難燃，潤滑抗磨性能和抗氧化性能良好，能在-54℃～135℃溫度範圍內使用，缺點是有毒。適用於有抗燃要求的高壓精密液壓系統1、密度密度是指單位體積的液體所具有的品質，其運算式為：

液體的密度會隨著溫度的增加而略有減小，隨著壓力的增加略有增大，從工程使用角度看，可以認為液壓工作液體不受溫度和壓力變化的影響，在工程計算中可以忽略不計。。液體的重度和密度的關係為：二、液壓油的物理性質1）壓縮性

2、液體的可壓縮性及膨脹性在溫度不變的條件下，液體在壓力(壓強)改變時其體積要發生變化，這種性質稱為液體的可壓縮性。壓縮係數：體積模量：2）膨脹性

在壓強不變的條件下，液體在溫度改變時其體積要發生變化，這種性質稱為液體的膨脹性。膨脹係數：23、液體粘性1）牛頓內摩擦定律液體在外力作用下流動時，由於液體分子間的內聚力會阻礙液體分子的相對運動，這時會產生一定的內摩擦力，液體的這種特性稱之為粘性。內摩擦力：內摩擦應力：22）粘度的表示方法

運動粘度：在實際應用中，常常運用動力粘度與密度的比值，即用運動粘度來表示液體粘度的大小。

動力粘度

：動力粘度也稱絕對粘度，它代表著液體本身的一種物理性質—粘性。其單位為或

運動粘度單位：

1m2/s

=104St=106

cSt(=106

mm2/s)

斯(cm2/s)厘斯(mm2/s)

機械油的牌號：表示這種油在40℃時以mm2/s為單位的運動粘度的平均值。2相對粘度：雷氏粘度：”R（英國）賽氏粘度：SSU(美國)

恩氏粘度：（中國、德國和俄羅斯）恩氏粘度和運動粘度之間的換算關係是23）粘性與壓力、溫度的關係

粘性與壓力的關係：一般而言，油液所受壓力增大時，液體其粘性變大（粘壓特性）。在壓力不高且變化不大時，壓力對粘性的影響可以忽略不計20MPa以下。粘性與溫度的關係

：油液粘度對溫度十分敏感，當油液溫度升高時，粘度將顯著下降。油液的粘度隨溫度變化的性質稱為油液的粘溫特性。液壓油的粘度和溫度之間的關係可表示為：2液壓油的粘溫特性一般用粘溫特性曲線表示

部分液壓油的粘溫特性曲線圖1-石油型普通液壓油2-石油型高粘度指數液壓油3-水飽和油乳化液

4-水-乙二醇液5-磷酸脂液三、對液壓液的要求液壓系統使用的液壓液應具備如下性能合適的粘度。潤滑性能好。質地純淨，雜質少。對金屬和密封件有良好的相容性。對熱、氧化、水解和剪切都有良好的穩定性。抗泡沫性好，抗乳化性好，腐蝕性小，防銹性好。體積膨脹係數小，比熱容大。流動點和凝固點低，閃點（明火能使油面上油蒸氣閃燃，但油本身不燃燒時的溫度）和燃點高。對人體無害，成本低。四、液壓液的選擇和使用（一）液壓液的選擇液壓液的選擇通常要經歷下述四個基本步驟：

列出液壓系統對液壓液以下性能變化範圍的要求：粘度、密度、體積模量、飽和蒸氣壓、空氣溶解度、溫度界限、壓力界限、阻燃性、潤滑性、相容性、污染性等。查閱產品說明書，選出符合或基本符合上述各項要求的液壓液品種。進行綜合權衡，調整各方面的要求和參數。與供貨廠商聯繫，最終決定所採用的合適液壓液。（二）液壓液的使用在使用液壓液時，應注意如下幾點：

對長期使用的液壓液，氧化、熱穩定性是決定溫度界限的因素，因此，應使液壓液長期處在低於它開始氧化的溫度下工作。在貯存、搬運及加注過程中，應防止液壓液被污染。對液壓液定期抽樣檢驗，並建立定期更換制度。油箱的貯液量應充分，以利於系統的散熱。保持系統的密封，一旦有洩漏，就應立即排除。2.2液壓液的污染及其控制2.2.1污染的種類及危害2.2.2污染的原因2.2.3污染的等級一、污染物的種類及危害汙染原因殘留污染物

：液壓系統內的雜質（金屬切屑、磨料、焊渣等）

侵入物污染

：周圍環境中的灰塵通過外露的運動部件或者注油孔等部位進入到系統造成污染。生成污染物：液壓系統本身不斷的產生污垢（金屬微粒、磨損顆粒等）以及液壓油物理化學性能變化時產生的污染物造成液壓油污染。液壓液被污染後，將對系統及元件產生下述不良後果：固體顆粒加速元件磨損，堵塞元件中的小孔、縫隙及篩檢程式，使泵、閥性能下降，產生雜訊。水的侵入會加速油液的氧化，並和添加劑起作用產生粘性膠質，使濾心堵塞。空氣的混入會降低液壓液的體積模量，引起氣蝕，降低潤滑性。溶劑、表面活性化合物化學物質會使金屬腐蝕。微生物的生成使液壓液變質，降低潤滑性能，加速元件腐蝕。品質測定法把100mL的油液樣品進行真空過濾並烘乾後，在精密天平上稱出顆粒的品質，然後依標準定出污染等級。顆粒計數法顆粒計數法是測定液壓油液樣品單位體積中不同尺寸範圍內顆粒污染物的顆粒數，藉以查明其區間顆粒濃度（指單位體積油液中含有某給定尺寸範圍的顆粒數）或累計顆粒濃度（指單位體積油液中含有大於某給定尺寸的顆粒數）。二、污染的測定液壓液的污染等級是按單位體積液壓液中固體顆粒污染物的含量，即液壓液中所含固體顆粒的濃度來劃分的。為了定量地描述和評定液壓液的污染程度，以便對它實施控制，我國制定了國家標準GB/T14039—2002《液壓傳動油液固體顆粒污染等級代號》（ISO4406：1999，MOD。三、污染的等級

液壓泵:

將電動機或其他原動機輸入的機械能轉換為液體的壓力能,向系統供油。液壓馬達：將泵輸入的液壓能轉換為機械能而對負載做功。4.1概述兩者間的關係：功用上—

相反結構上—

相似原理上—

互逆M2n2p1Q1p2Q2M1n1D一、液壓泵分類按輸油方向能否改變：單向、雙向按使用壓力：低壓、中壓、中高壓、高壓泵職能符號：馬達職能符號：單向定量馬達單向變數馬達雙向定量馬達雙向變數馬達單向定量泵單向變數泵雙向定量泵雙向變數泵1、形成密封容積2、密封容積變化3、吸壓油腔隔開（配流裝置）二、液壓泵基本工作條件（必要條件）吸油：密封容積增大，產生真空壓油：密封容積減小，油液被迫壓出單柱塞式液壓泵工作原理1—凸輪2—柱塞3—彈簧4—密封工作腔5—吸油閥

6—壓油閥動畫演示

液壓泵(馬達)的基本性能參數主要有壓力、排量、流量、功率和效率。工作壓力：液壓泵和液壓馬達的工作壓力是指泵(馬達)實際工作時的壓力。對泵來說，工作壓力是指它的輸出油液壓力；對馬達來說，則是指它的輸入壓力。在實際工作中，泵的壓力是由負載大小而決定的。額定壓力：液壓泵(液壓馬達)的額定壓力是指泵(馬達)在正常工作條件下，按試驗標準規定連續運轉的最高壓力。超過此值就是超載。三、液壓泵和液壓馬達的的主要工作參數幾何排量V：泵(馬達)每轉一圈，由其幾何尺寸計算而得到的排出(或吸入)液體的體積(即在無洩漏的情況下，其每轉一圈所能輸出的液體體積)，簡稱排量(m3／r)。理論流量qt：在不考慮洩漏情況下，泵(馬達)在單位時間內排出(輸入)的液體體積，稱泵(馬達)的理論流量。qt=V*n

(m3/s)實際流量q：泵工作時實際排出的流量。它等於泵的理論流量qt減去洩漏流量，即q=qt－ql。ql為容積流失，它與工作油液的粘度、泵的密封性及工作壓力p等因素有關。對於馬達，實際流量與理論流量的關係為： q=qt+ql額定流量qn：指在正常工作條件下，按試驗標準規定必須保證的流量。亦即在額定轉速和額定壓力下泵輸出(或輸入到馬達中去)的實際流量。功率液壓泵由原動機(電機等)驅動，輸入量是轉矩和轉速(角速度)，輸出量是液體的壓力和流量；液壓馬達則剛好相反，輸入量是液體的壓力和流量，輸出量是轉矩和轉速(角速度)。如果不考慮液壓泵(液壓馬達)在能量轉換過程中的損失，則輸出功率等於輸入功率，也就是它們的理論功率是：

Pt=p·qt（泵）=Tt

·

ω（馬達）其中，理論輸入(輸出)轉矩為:Tt=p·V/(2π)

工作壓力為p

=(2π)·Tt/V理論流量為qt

＝V×n

式中Nt—液壓泵、馬達的理論功率(W)；

Tt—液壓泵、馬達的理論轉矩(N·m)；

液壓泵和液壓馬達在能量轉換過程中是有損失的，因此，輸出功率小於輸入功率，兩者之間的差值即為功率損失，功率損失可以分為容積損失和機械損失兩部分。

容積損失是因洩漏、氣穴和油液在高壓下壓縮等造成的流量損失。對液壓泵來說，輸出壓力增大時，泵實際輸出的流量減小，泵的流量損失可用容積效率來表示：效率容積效率

對液壓馬達來說，輸入液壓馬達的實際流量必然大於它的理論流量，其容積效率可表示為：式中ηv——液壓泵、馬達的容積效率；

Δq——液壓泵、馬達的洩漏流量(m3／s)；

q——液壓泵、馬達的實際流量(m3／s)。對於液壓馬達來說，由於摩擦損失，使液壓馬達實際輸出轉矩小於其理論轉矩；它的機械效率為：機械損失是指因摩擦而造成的轉矩損失。對液壓泵來說，泵的驅動轉矩總是大於其理論上需要的驅動轉矩，機械損失用機械效率來表徵：式中ηm——液壓泵、馬達的機械效率；

ΔT——液壓泵、馬達的損失轉矩(N·m)；

T——液壓泵、馬達的實際轉矩(N·m)。機械效率

液壓泵的總效率是其輸出功率和輸入功率之比：式中η——液壓泵、馬達的總效率。液壓馬達的總效率同樣也是其輸出功率和輸入功率之比。這就是說，液壓泵或液壓馬達的總效率都等於各自容積效率與機械效率的乘積。總效率

液壓泵的性能常用圖4-1所示的性能曲線表示，曲線的橫坐標為液壓泵的工作壓力p,縱坐標為液壓泵的容積效率ηv(或實際流量ｑ)，總效率η和輸入功率Ｐr。它是液壓泵在特定的介質、轉速和油溫下通過試驗做出的。圖4-1液壓泵的性能曲線四、液壓泵的特性曲線

對某些工作轉速在一定範圍的液壓泵或排量可變的液壓泵，為了揭示液壓泵整個工作範圍的全性能特性，一般用圖4-2所示的通用特性曲線表示。曲線的橫坐標為泵的工作壓力P,縱坐標為泵的流量q、轉速n或排量V，圖中繪製有泵的等效率曲線ηv，等功率曲線Ｐri。圖4-2液壓泵的通用性能曲線4.2齒輪泵

齒輪泵是一種常用的液壓泵，主要特點是結構簡單，製造方便，價格低廉，體積小，重量輕，自吸性能好，對油液污染不敏感，工作可靠；其主要缺點是流量和壓力脈動大，雜訊大，排量不可調。齒輪泵被廣泛地應用於採礦設備，冶金設備，建築機械，工程機械，農林機械等各個行業。齒輪泵按照其嚙合形式的不同，有外嚙合和內嚙合兩種，其中外嚙合齒輪泵應用較廣，而內嚙合齒輪泵則多為輔助泵。外嚙合齒輪泵的工作原理主動齒輪被動齒輪泵體吸油腔壓油腔

由一對完全相同的圓柱齒輪及泵體、前後泵蓋、傳動軸、密封件等組成。其組成及工作原理見三維動畫。工作原理：密封容積形成—齒輪、泵體內表面、前後泵蓋圍成,齒輪退出嚙合,容積↑吸油。密封容積變化<齒輪進入嚙合,容積↓壓油吸壓油口隔開—兩齒輪嚙合線及泵蓋。齒輪泵沒有單獨的配流裝置，齒輪的嚙合線起配流作用。齒輪泵動畫困油現象及其消除措施產生原因：∵

為保證齒輪連續平穩運轉，又能夠使吸壓油口隔開，齒輪嚙合時的重合度必須大於1。∴有時會出現兩對輪齒同時嚙合的情況，故在齒向嚙合線間形成一個封閉容積。在工作過程中，就有一部分油液困在兩對輪齒嚙合時所形成的封閉油腔之內，如圖所示，這個密封容積的大小隨齒輪轉動而變化。從圖a)到圖b)，密封容積逐漸減小；從圖b)到圖c)，密封容積逐漸增大；如此產生了密封容積週期性的增大減小。受困油液受到擠壓而產生瞬間高壓，密封空腔的受困油液若無油道與排油口相通，油液將從縫隙中被擠出，導致油液發熱，軸承等零件也受到附加衝擊載荷的作用；若密封容積增大時，無油液補充，又會造成局部真空，使溶於油液中的氣體分離出來，產生氣穴，這就是齒輪泵的困油現象。

困油現象使齒輪泵產生強烈的雜訊，並引起振動和汽蝕，同時降低泵的容積效率，影響工作的平穩性和使用壽命。消除困油現象的方法：

通常是在兩端蓋板上開卸荷槽，當封閉容積減小時，通過卸荷槽與壓油腔相通。而封閉容積增大時，通過卸荷槽與吸油腔相通，兩卸荷槽的間距必須確保在任何時候都不使吸、排油相通。產生徑向力的原因:（a）吸油腔側壓力低於壓油腔側壓力；（b）齒輪的嚙合力。

在齒輪泵中，油液作用在齒輪外緣的壓力是不均勻的，從低壓腔到高壓腔，壓力沿齒輪旋轉的方向逐齒遞增，因此，齒輪和軸受到徑向不平衡力的作用，工作壓力越高，徑向不平衡力越大，徑向不平衡力很大時，能使泵軸彎曲，導致齒頂壓向定子的低壓端，使定子偏磨，同時也加速軸承的磨損，降低軸承使用壽命。徑向不平衡力減小徑向力偏載的措施：a）減小壓油口直徑；使壓油腔的壓力僅作用在一個齒到兩個齒的範圍內;b）增大掃膛處徑向間隙；使齒頂不與定子內表面產生金屬接觸，並在支撐上多採用滾針軸承或滑動軸承;c）採用滾針軸承或滑動軸承；d）開減載槽，即將齒槽中的高壓區引向低壓吸油口，齒槽的低壓區引向高壓的排油口；e）過渡區連通。徑向不平衡力壓力平衡槽泄漏齒側洩漏—

約占齒輪泵總洩漏量的5%徑向洩漏—約占齒輪泵總洩漏量的20%~25%端面洩漏*—約占齒輪泵總洩漏量的75%~80%

泵壓力愈高，洩漏愈大。外嚙合齒輪泵高壓腔的壓力油可通過齒輪兩側面和兩端蓋間軸向間隙、泵體內孔和齒頂圓間的徑向間隙及齒輪嚙合線處的間隙洩漏到低壓腔中去。問題：齒輪泵存在間隙，p↑△q↑ηv↓

徑向不平衡力也∝pp↑徑向力↑提高齒輪泵壓力的方法：浮動軸套補償原理：將壓力油引入軸套背面，使之緊貼齒輪端面，補償磨損，減小間隙。彈性側板式補償原理：將泵出口壓力油引至側板背面，靠側板自身的變形來補償端面間隙。提高外嚙合齒輪泵壓力措施4.3葉片泵

葉片泵是一種小功率泵，排油均勻，工作平穩，雜訊小，它是一種單向運轉、單向排油的油泵。葉片泵分為單作用葉片泵和雙作用葉片泵。當轉子轉一圈時，油泵每一工作容積吸、排油各一次，稱為單作用葉片泵。當轉子轉一圈，油泵每一工作容積吸、排油各兩次，稱為雙作用葉片泵。

一般，單作用葉片泵往往是做成變數泵結構。雙作用葉片泵則只能做成定量泵結構。單作用葉片泵

單作用葉片泵主要由配油盤1、軸2、轉子3、定子4、葉片5、殼體6等零件組成，如圖所示。葉片泵的定子具有圓柱形的內表面，轉子上有均布槽，矩形葉片安放在轉子槽內，並可在槽內滑動。轉子中心與定子中心不重合，有一個偏心距e。結構工藝簡單，可以實現各種形式的變數。作用在轉子上的液壓力不平衡，增大軸承磨損，縮短泵的壽命。若在結構上把轉子和定子的偏心距e做成可變的，就成為變數葉片泵。單作用葉片泵的工作原理v密形成：定子、轉子、葉片、配流盤圍成

右半周，葉片伸出，v密↑，吸油

左半周，葉片縮回，v密↓，壓油吸壓油腔隔開：配油盤上封油區和葉片v密變化，轉子逆轉單作用葉片泵的流量

理論流量：qt=vn=2πBeDn

實際流量：

q

=qtηv=2πBeDnηv

結論：1)qt=f(幾何參數、n、e)

2)∵n=ce變化q≠C∴變數泵e=0q=0

大小變化，流量大小變化方向變化，輸油方向變化

故單作用葉片泵可做雙向變數泵

e單作用葉片泵性能特點單作用葉片泵的轉子上受有單方向的液壓不平衡作用力，軸承負載較大。通過變數機構改變定子和轉子間的偏心距e，就可改變泵的排量使其成為一種變數泵。為了使葉片在離心力作用下可靠地壓緊在定子內圓表面上可採用特殊溝槽使壓油一側的葉片底部和壓油腔相通，吸油腔一側的葉片底部和吸油腔相通。單作用葉片泵定子、轉子偏心安裝，其容積變化不均勻，故其流量是有脈動的。但是泵內葉片數越多，流量脈動率越小。此外，奇數葉片泵的脈動率比偶數葉片泵的脈動率小，一般取13～15片葉片。雙作用葉片泵

下圖為雙作用葉片泵的工作原理圖，它的作用原理和單作用葉片泵相似，不同之處只在於定子內表面是由兩段長半徑圓弧、兩段短半徑圓弧和四段過渡曲線組成，且定子和轉子是同心的，當轉子逆時針方向旋轉時，密封工作腔的容積在左上角和右下角處逐漸減小，為壓油區；在左下角和右上角處逐漸增大，為吸油區。

吸油區和壓油區之間有一段封油區將吸、壓油區隔開。這種泵的轉子每轉一周，每個密封工作腔完成吸油和壓油動作各兩次，所以稱為雙作用葉片泵。由於雙作用葉片泵有兩個吸油區和兩個排油區，並且各自的中心夾角是對稱的，所以作用在轉子上的油壓作用力互相平衡。因此，這種油泵也稱為平衡式葉片泵。雙作用葉片泵工作原理V密形成：定子、轉子和相鄰兩葉片、配流盤圍成

右上、左下，葉片伸出，V密↑吸油

左上、右下，葉片縮回，V密↓壓油

吸壓油口隔開：配油盤上封油區及葉片

V密變化：轉子逆轉提高雙作用葉片泵壓力的措施

由於一般雙作用葉片泵的葉片底部通壓力油,就使得處於吸油區的葉片頂部和底部的液壓作用力不平衡,葉片頂部以很大的壓緊力抵在定子吸油區的內表面上,使磨損加劇,影響葉片泵的使用壽命,尤其是工作壓力較高時,磨損更嚴重,因此吸油區葉片兩端壓力不平衡,限制了雙作用葉片泵工作壓力的提高。(1)減小作用在葉片底部的油液壓力將泵的壓油腔的油通過阻尼槽或內裝式小減壓閥通到吸油區的葉片底部,使葉片經過吸油腔時,葉片壓向定子內表面的作用力不致過大。(3)使葉片頂端和底部的液壓作用力平衡雙葉片、葉片加彈簧結構(2)減小葉片底部承受壓力油作用的面積葉片底部受壓面積為葉片的寬度和葉片厚度的乘積,因此減小葉片的實際受力寬度和厚度,就可減小葉片受壓面積。子母葉片、階梯葉片限壓式變數葉片泵

單作用葉片泵的結構類型有很多，按改變偏心方向的不同而分為單向變數泵和雙向變數泵兩種，雙向變數泵能在工作中變換進、出油口，使液壓執行元件的運動反向；按改變偏心方式的不同分為手調式和自動調節式變數泵，自動調節式變數泵又有限壓式變數泵、穩流式變數泵等多種形式。限壓式變數泵又可分為外回饋式和內回饋式。外回饋限壓式變數葉片泵→Fs←PAX

限壓式變數葉片泵是單作用葉片泵,根據前面介紹的單作用葉片泵的工作原理,改變定子和轉子間的偏心距e,就能改變泵的輸出流量,限壓式變數葉片泵能借助輸出壓力的大小自動改變偏心距e的大小來改變輸出流量。當壓力低於某一可調節的限定壓力時,泵的輸出流量最大;壓力高於限定壓力時,隨著壓力增加,泵的輸出流量線性地減少。→Fs←PAX外回饋限壓式變數葉片泵的靜態特性曲線AB段：Fs>pAxp增大，q不變（洩漏）BC段：Fs<pAxp增大，q迅速減小p增大到一定值時，q＝0注意各量對特性的影響：調節定子右邊的螺釘，改變emax

，AB線上下平移調節壓力調節螺釘的預壓縮量x0

，BC線左右平移更換彈簧BC線斜率變化限壓式變數葉片泵的應用執行機構需要有快、慢速運動的場合，如：組合機床進給系統實現快進、工進、快退等快進或快退：用AB段

工進：BC段定位夾緊：用AB段夾緊結束保壓：用C點

或定位夾緊系統

柱塞泵是依靠柱塞在缸體孔內作往復運動時產生的容積變化進行吸油和壓油的。由於柱塞和缸體內空都是圓柱表面，容易得到高精度的配合，密封性能好，在高壓下工作仍能保持較高的容積效率和總效率。

柱塞泵形式眾多，性能各異，應用非常廣泛。根據柱塞的佈置和運動方向與傳動軸相對位置的不同，柱塞泵可分為軸向柱塞泵和徑向柱塞泵兩類。4.4柱塞泵軸向泵徑向泵*缸體轉動*斜盤、配油盤不動軸向柱塞泵直軸式軸向柱塞泵軸向柱塞泵工作原理密封容積變化密封容積形成—柱塞和缸體配合而成

在其自下而上回轉的半周內的柱塞，在機械裝置的作用下逐漸向外伸出，使缸體孔內密封工作腔容積不斷增大，產生真空，將油液從配油盤配油窗口a吸入;在自上而下的半周內的柱塞被斜盤推著逐漸向裏縮入，使密封工作腔容積不斷減小，將油液經配油盤配油窗口b壓出。吸壓油口隔開——配油盤上的封油區及缸體底部的通油孔。

缸體逆轉軸向柱塞泵工作原理大小變化，流量大小變化方向變化，輸油方向變化δ斜盤式軸向柱塞泵變數原理斜盤與缸體中心線的夾角δ

=0，q=0∴斜盤式軸向柱塞泵可作雙向變數泵！斜軸式軸向柱塞泵SCY14-1型軸向柱塞泵（p=32MPa）斜盤配油盤變數機構壓盤缸體滑靴配油盤傳動軸手動變數機構工作原理

其由手輪1帶動螺杆2旋轉，使變數活塞4上下移動並通過銷軸5使斜盤6繞其回轉中心O擺動，從而改變傾角δ的大小，達到調節流量的目的。這種變數機構結構簡單，但操縱費力，僅適用於中小功率的液壓泵。手動變數機構原理圖1—手輪2—螺杆3—螺母4—變數活塞5—銷軸6—斜盤變數機構徑向柱塞泵結構特點：定子不動缸體（轉子）轉動偏心距e

配油軸（不動）襯套（與缸體緊配合）調節e的大小——變數泵改變e的方向——雙向泵徑向柱塞變數泵一般都是將定子沿水準方向移動來調節偏心距e。徑向柱塞泵工作原理一、液壓馬達的分類和特點

。按結構形式：齒輪馬達、葉片馬達和柱塞馬達等;按排量是否可調：變數馬達和定量馬達;按額定轉速不同：高速液壓馬達和低速液壓馬達兩大類。一般認為，額定轉速超過500r/min稱為高速液壓馬達，額定轉速低於500r/min稱為低速液壓馬達;按作用次數不同：分為單作用和多作用兩種液壓馬達。1.分類4.5液壓馬達

二、齒輪馬達工作原理齒輪1順時針轉動，齒輪2逆時針轉動，高壓側輪齒逐漸脫離嚙合，密封容積變大，高壓油液不斷進入；低壓側輪齒逐漸進入嚙合，密封容積變小，低壓油液不斷排出，齒輪馬達做連續回轉運動。

應用用於高速、小扭矩的場合。三、葉片馬達工作原理

葉片馬達分單作用和雙作用兩種形式。右圖為雙作用葉片馬達。

應用用於高速、小扭矩和動作靈敏的場合。四、柱塞馬達工作原理

應用用於高速、小扭矩的場合，需和加速器配合使用。軸向柱塞式液壓馬達的種類也與軸向柱塞泵相同，分為斜盤式和斜軸式兩類。液壓馬達的實際輸出力矩為1.軸向柱塞式液壓馬達圖4-22所示為多作用內曲線徑向柱塞液壓馬達的結構原理圖。2.徑向柱塞式液壓馬達2五、液壓馬達特點（與液壓泵相比）轉速要求不同：液壓馬達為液壓系統中的執行元件，需要它能在足夠大的範圍內進行轉速調節，並對低速穩定性有一定的要求。轉向要求不同：液壓馬達必須能實現正反雙向運轉，內部結構必須對稱。進出口尺寸不同：液壓馬達的進出口尺寸相同，而對於液壓泵，通常進油口尺寸大於出油口尺寸。自吸性能要求不同：液壓馬達輸入的是高壓液體，不必具備自吸能力。功能作用不同：液壓馬達是將液壓能轉換成機械能的轉換元件，它是液壓系統中的一種執行元件。液壓泵是將機械能轉換為液壓能的轉換元件，它是向液壓系統提供具有一定壓力和流量工作液體的動力油源。六、液壓馬達的主要性能參數

1.工作壓力、額定壓力：排量VM:不考慮洩漏的情況下，軸轉一周所需要的供油體積，單位(m3/r)或(L/r)

理論流量qt:指單位時間內形成指定轉速，由液壓馬達的密封容積變化計算所需要液體的體積，即

工作壓力p：指液壓馬達工作時輸入油液的實際壓力。

額定壓力pn：指馬達在正常工作條件下，按試驗標準規定能連續運轉的最高壓力。2.排量、流量和容積效率:實際流量qM：液壓馬達工作時不可避免的會有油液的洩漏，理論流量加上洩漏流量稱為馬達的實際流量。容積效率ηV：液壓馬達工作時不可避免的會有油液的洩漏，理論流量與實際流量之比稱為容積效率。4.理論轉矩、實際轉矩和機械效率

理論轉矩Tt

：是指在沒有能量損失的情況下馬達輸出的轉矩。實際轉矩TM

：是指液壓馬達輸出軸上實際輸出轉矩的大小。機械效率：實際轉矩與理論轉矩的比值。輸入功率Pi：是指液壓馬達入口處輸入的液壓功率，它等於馬達的工作壓差與輸入流量的乘積

。輸出功率Po：是指液壓馬達輸出軸上輸出的機械功率。5.輸入功率、輸出功率和總效率

總效率：是指液壓馬達輸出功率與輸入功率的比值。4.6擺動液壓馬達

單葉片式雙葉片式擺動液壓馬達是一種實現往復擺動的液壓執行元件。它有單葉片式和雙葉片式兩種結構。單葉片式擺動液壓馬達，壓力油從進油口進入缸筒，推動葉片和軸一起作逆時針方向轉動，回油從缸筒的回油口排出。其擺動角度小於300°，分隔片用以隔開高低壓腔。當進回油口互換時，馬達反轉。

雙葉片式擺動液壓馬達。它有兩個進、出油口，其擺動角度小於150°。在相同的條件下，其輸出轉矩是單葉片式的兩倍T雙

=2T單，角速度是單葉片式的一半ω雙=1/2·ω單

。圖4-24所示為液壓泵的吸入管路，可以用來計算液壓泵不產生氣穴的條件。按伯努利方程，泵入口處的能量為（取動能修正係數α=1）4.7液壓泵中的氣穴現象

一、產生雜訊的原因泵的流量脈動引起壓力脈動，這是造成泵振動和雜訊的動力源。液壓泵在其工作過程中，當吸油容積突然和壓油腔接通，或壓油容積突然和吸油腔接通時，會產生流量和壓力的突變而產生雜訊。氣穴現象。泵內流道具有突然擴大或收縮、急拐彎、通道面積過小等而導致油液湍流、旋渦而產生雜訊。泵轉動部分不平衡、軸承振動等引起的雜訊。管道、支架等機械連接部分因諧振而產生的雜訊。4.8液壓泵的雜訊

二、降低雜訊的措施吸收泵的流量和壓力脈動，在泵的出口處安裝蓄能器或消聲器。消除泵內液壓急劇變化，如在配油盤吸、壓油窗口開三角形阻尼槽。

裝在油箱上的電動機和泵使用橡膠墊減振，安裝時電動機軸和泵軸的同軸度要好，要採用彈性聯軸器；或採用泵電動機組件。

壓油管的某一段採用橡膠軟管，對泵和管路的連接進行隔振。防止氣穴現象和油中摻混空氣現象。一般在負載小、功率小的機械設備中，可用齒輪泵和雙作用葉片泵；精度較高的機械設備（例如磨床）可用螺杆泵和雙作用葉片泵；負載較大並有快速和慢速行程的機械設備（例如組合機床）可用限壓式變數葉片泵；負載大、功率大的機械設備可使用柱塞泵；機械設備的輔助裝置，如送料、夾緊等要求不太高的地方，可使用價廉的齒輪泵。4.9液壓泵的選用

歡迎提出寶貴意見和建議!本章結束！3.負載敏感變數徑向柱塞泵圖3-6負載敏感變量徑向柱塞泵原理圖3.2.2斜盤式軸嚮往塞泵1.工作原理圖3-7斜盤式軸向柱塞泵

當傳動軸以3-7圖示方向帶動缸體轉動時。若柱塞直徑為d,缸體柱塞孔分佈圓直徑為Ｄ，柱塞數為z，斜盤傾角為β，則斜盤式軸向柱塞泵的排量

(3-2)

圖3-7為手動變數泵,若軸銷距斜盤回轉中心的力臂為L,則可得tgβmax=smax/L又由於軸銷隨同變數活塞一起位移，因此軸銷的位移即變數活塞的位移s，於是有tgβ=s/L,代入公式(3-2)，則有

(3-3)

泵的排量與變數活塞的位移成正比：為限制柱塞所受的液壓側向力不致過大，斜盤的最大傾角αmax一般小於18°～20°。2.結構特點（1)

在構成吸壓油腔密閉容積的三對運動摩擦副中，柱塞與缸體柱塞孔之間的圓柱環形間隙加工精度易於保證；缸體與配流盤、滑履與斜盤之間的平面縫隙採用靜壓平衡，間隙磨損後可以補償，因此軸向柱塞泵的容積效率較高，額定壓力可達32MPa。（2)

為防止柱塞底部的密閉容積在吸、壓油腔轉換時因壓力突變而引起的壓力衝擊，一般在配流盤吸、壓油窗口的前端開設減振槽(孔)，或將配流盤順缸體旋轉方向偏轉一定角度放置。（3)

泵內壓油腔的高壓油經三對運動摩擦副的間隙洩漏到缸體與泵體之間的空間後，再經泵體上方的洩漏油口直接引回油箱，這不僅可保證泵體內的油液為零壓，而且可隨時將熱油帶走，保證泵體內的油液不致過熱。（4)斜盤式軸向柱塞泵以及前面介紹的徑向往塞泵和後面介紹的斜軸式軸向柱塞泵的暫態理論流量隨缸體的轉動而週期性變化，其變化頻率與泵的轉速和柱塞數有關，由理論推導柱塞數為奇數時的脈動小於偶數，因此柱塞泵的柱塞取為奇數，一般為5、7或9。3.2.3斜軸式無鉸軸向柱塞泵1.工作原理圖3-8斜軸式軸向柱塞泵向柱塞泵2.恒功率變數軸嚮往塞泵圖3-9恒功率變數機構原理圖

葉片泵分為單作用葉片泵和雙作用葉片泵兩種，前者用作變數泵，後者為定量泵。1.工作原理圖3-10雙作用葉片泵結構3.3.1雙作用葉片泵雙作用葉片泵因轉子旋轉一周，葉片在轉子葉片槽內滑動兩次，完成兩次吸油和兩次壓油而得名。圖3-11泵的工作原理圖a)b)2.結構特點（1）配流盤的兩個吸油窗口和兩個壓油窗口對稱佈置，因此作用在轉子和定子上的液壓徑向力平衡，軸承承受的徑向力小，壽命長。（2）為保證葉片在轉子葉片槽內自由滑動並始終緊貼定子內環，雙作用葉片泵一般採用葉片槽根部全部通壓油腔的辦法。（3）由於雙作用葉片泵的吸、壓油經常是在定子的大半徑圓弧和小半徑圓弧段進行的，每個圓弧段半徑不變，因此轉子每轉一圈的排量是個定值。與其他泵相比，雙作用葉片泵運行更平穩，產生的雜訊較小。（4）為了提高雙作用葉片泵的工作壓力，除了對有關零件選用合適的材料和熱處理外，結構上採取必要的措施解決葉片卸荷問題，使葉片壓向定子的作用力減小。通常有雙葉片式，彈簧葉片式和母子葉片式等。

3.3.2單作用葉片泵

單作用葉片泵轉子每轉一周，吸、壓油各一次，故稱為單作用。1.工作原理圖3-12單作用葉片泵工作原理圖2.限壓式變數葉片泵的變數原理

圖3-13YBX型外回饋限壓式變數泵的結構

圖3-14限壓式變數泵原理3.4齒輪泵3.4.1外嚙合齒輪泵

齒輪泵是利用齒輪嚙合原理工作的，根據嚙合形式不同分為外嚙合齒輪泵和內嚙合齒輪泵兩種。因螺杆的螺旋面可視為齒輪曲線作螺旋運動所形成的表面，螺杆的嚙合相當於無數個無限薄的齒輪曲線的嚙合，因此將螺杆泵放在齒輪泵一起介紹。1.工作原理圖3-15齒輪泵結構圖圖3-16齒輪泵工作原理圖

若暫態最大流量為qmax，最小流量為qmin，平均流量為qp，則表示泵的暫態理論流量脈動係數

(3-6)

值隨齒數增多而減小。

齒輪泵的排量可根據輪齒齒穀的面積A=πm2得到

(3-7)

式中：z——齒數；

m——齒輪模數；

B----齒寬。結構特點(1)降低齒輪泵的雜訊(2)洩漏(3)間隙補償措施

(4)液壓徑向不平衡力:在齒輪泵中，由於在壓油腔和吸油腔之間存在著壓差，液體壓力的合力作用在齒輪和軸上，是一種徑向不平衡力，如圖3-18a所示。

圖3-18徑向壓力分佈及合力徑向不平衡力的大小為

(3-8)式中K——係數。對主動齒輪，K=0.75；對從動齒輪，k=0.85；

Δp----壓油腔的壓力；

B——齒輪寬度；

De——齒頂圓直徑。由此可見，當泵的尺寸確定以後，油液壓力越高徑向不平衡力就越大。其結果是加速軸承的磨損，增大內部洩漏，甚至造成齒頂與殼體內表面的摩擦。減小徑向不平衡力的方法有：1）開壓力平衡槽2）縮小壓油腔(5)因油現象與卸荷措施

1)因油現象圖3-19

齒輪泵的困油現象3.應用

外嚙合齒輪泵在採取了一系列的高壓化措施後，額定壓力可達32MPa。由於它具有轉速高、自吸能力好、抗污染能力強等一系列優點，因此得到了廣泛地應用。2)卸荷措施困油現象使齒輪泵產生強烈的雜訊和氣蝕，影響、縮短其工作的平穩性和壽命。消除困油的方法，通常是在兩端蓋板上開卸荷槽。3.4.2內嚙合齒輪泵圖3-20內嚙合齒輪泵工作原理3.4.3

螺杆泵螺杆泵實質上是一種外嚙合擺線齒輪泵，圖3-21所示為一種三螺杆泵的結構圖。圖3-21

螺杆泵3.4齒輪泵下麵舉兩個例子例1. 一變數泵的轉子外經為d=83(mm)，定子內徑為D=89(mm)，葉片寬度為B=30(mm)。求：（1）排量qp=16（cm3/轉）時，其偏心量是多少？

（2）此泵最大可能的排量是多少？

例2.有一軸向柱塞液壓馬達，其平均輸出轉矩Tm=25(N/m2),工作壓力Pm=50×105(Pa),最小轉速nmin=2(轉/分)，最大轉速nmax=300(轉/分)，其機械效率ηm=0.9，求所需的最大流量和最小流量各為多少？

歡迎提出寶貴意見和建議!本章結束！圖3-1視頻演示（標準）：容積式（單柱塞泵）的工作原理圖圖3-6視頻演示（標準）：負載敏感變數徑向柱塞泵原理圖圖3-9視頻演示（標準）：恒功率變數機構原理圖

圖3-11視頻演示（標準）

雙作用葉片泵的工作原理圖

圖3-12視頻演示（標準）

單作用叶片泵的工作原理图圖3-16視頻演示（標準）：齒輪泵工作原理圖圖3-22視頻演示（標準）：內嚙合齒輪泵工作原理圖3-20視頻演示（慢速）內嚙合齒輪泵工作原理5.1液壓缸的類型和特點5.1.1活塞式液壓缸

液壓缸的種類繁多，通常根據其結構特點分為活塞式、柱塞式和擺動式三大類；按其作用來分，有單作用式和雙作用式。下麵介紹幾種常用的液壓缸。(1）雙杆活塞缸a)圖5-7雙杆活塞缸b)

因雙活塞杆液壓缸的兩端活塞杆直徑相等，所以當輸入流量和油液壓力不變時，其往返運動速度和推力相等。則缸的推力F和運動速度分別為：

式中A——液壓缸的有效面積；ηm——液壓缸的機械效率；

ηV——液壓缸的容積效率；D——活塞直徑；

d——活塞杆直徑；q——輸入液壓缸的流量；

p1——進油腔壓力；p2——回油腔壓力。（2）單杆活塞缸a)b)c)圖5-8單杆活塞缸

如圖5-8所示，活塞只有一端帶活塞杆，單杆活塞缸也有缸筒固定和活塞杆固定的兩種安裝形式。兩種安裝方式的工作臺運轉範圍均為活塞有效行程l的2倍。單杆活塞缸因左、右兩腔有效面積A1和A2不等，因此當進油腔和回油腔壓力分別為P1和P2，輸入左、右兩腔的流量均為q時，液壓缸左、右兩個方向的推力和速度不相同。圖5-9柱塞液壓缸5.1.2柱塞液壓缸

前面所討論的活塞式液壓缸的應用非常廣泛,但這種液壓缸由於缸孔加工精度要求很高，當行程較長時，加工難度大,使得製造成本增加。在生產實際中,某些場合所用的液壓缸並不要求雙向控制,柱塞式液壓缸正是滿足了這種使用要求的一種價格低廉的液壓缸。當柱塞直徑為d，輸入液壓油流量為q時，柱塞上所產生的推力F和速度v分別為：

（1）伸縮液壓缸伸縮式液壓缸又稱多套缸，它是由兩級或多級活塞式液壓缸套裝而成的，前一級活塞缸的活塞是後一級活塞的缸筒。當通入壓力油時，活塞有效面積最大的缸筒以最低油壓力開始伸出，當行至終點時，活塞有效面積次之的缸筒在壓力油的作用下開始伸出。各級伸出速度取決於外伸缸筒的有效面積，外伸缸筒有效面積越小，伸出速度加快。伸縮式液壓缸可以獲得很長的行程，縮回時軸向尺寸又很小。下圖5-10和5-11分別為雙作用伸縮液壓缸和單作用伸縮液壓缸工作原理圖。

5.1.3其他形式液壓缸圖5-11單作用伸縮液壓缸圖5-10雙作用伸縮液壓缸（2）齒條活塞液壓缸

圖5-12齒條活塞液壓缸（3）增壓缸（增壓器）

圖5-13增壓缸5.2.1液壓缸的典型結構5.2液壓缸的典型結構和組成5.2.2液壓缸的組成

液壓缸按結構組成分為缸體組件、活塞組件、密封裝置、緩衝裝置和排氣裝置等。除密封裝置將在第六章單獨敘述外，下麵介紹其他部分。（1）缸體組件圖5-15缸筒與缸蓋連接方式（2）活塞組件圖5-16活塞與活塞杆的連接（3）緩衝裝置圖5-17液壓缸的緩衝裝置a)圓柱形環隙式b)圓錐形環隙式c)可變節流槽式d)可調節流孔式

（4)排氣裝置圖5-18排氣裝置5.3液壓缸設計和計算5.3.1液壓缸主要尺寸的確定

液壓缸的結構尺寸與主機的工作機構有直接關係。在對主機液壓系統進行工況分析、編制負載圖、確定各工況壓力之後（詳見第九章），根據工作機構負載、運動速度、工作行程等確定液壓缸的尺寸和結構，對主要零件進行驗算，最後進行液壓缸的結構設計，具體設計時還需參考有關設計手冊。1.液壓缸設計中應注意的問題（1）在保證所獲得速度和推力的前提下，應盡可能使液壓缸各部分結構按有關標準來設計，盡量做到液壓缸結構緊湊、加工、裝配和維修方便。（2）儘量使活塞杆在承受最大負載時處於受拉狀態，若受壓應具有良好的縱向穩定狀態。長行程的活塞杆伸出時，還應加輔助支承，避免活塞杆下垂。（3）液壓缸熱脹冷縮時應不受阻礙，所以液壓缸在安裝、固定時，液壓缸只能一端定位。（4）根據液壓缸具體工作條件，考慮是否有緩衝、排氣和防塵等裝置

。缸筒內徑D已知液壓缸的理論作用力F1、F2和供油壓力P1對於單杆活塞缸，當無杆腔進油時，不考慮機械效率，缸筒內徑D

：液壓缸設計時，常選回油壓力P2=02.液壓缸主要尺寸的確定。當有杆腔進油時，不考慮機械效率，缸筒內徑D的計算公式為同樣，回油壓力P2=0液壓缸的理論作用力計算公式為。已知執行機構的速度V1，V2，和液壓泵的流量q

對於單杆活塞缸，當無杆腔進油時，不考慮機械效率，缸筒內徑D的計算公式為當有杆腔進油時，不考慮機械效率，缸筒內徑D的計算公式為

最後將以上各式計算求得的值，選擇其中最大者，圓整到標準值即可。。活塞杆直徑d對於雙作用單杆活塞缸，有速比要求時，其活塞杆的直徑可根據往復運動的速比φ來計算，計算公式為

由於速比過大時會使無杆腔產生過大的回油壓力，過小時則活塞杆太細，穩定性差。。缸筒長度L液壓缸的缸筒長度是由各工作部件的行程長度及其結構上的要求共同確定的，包括活塞最大工作行程、活塞寬度（含密封件長度）、最小導向長度及特殊要求的其他長度等。3.強度校核（1）缸筒壁厚δ的校核

對中低壓系統，由於缸筒的壁厚δ往往根據結構工藝的要求來確定，它的強度足夠，通常可以不必校核。但在高壓系統並且缸筒內徑D較大時，則必須對壁厚進行校核。當D/δ≥10時，可按薄壁筒公式來校核

當D/δ＜10時，應按厚壁筒公式進行校核

（2）活塞杆的直徑d的校核活塞杆主要承受拉、壓作用力，其校核公式為：

當活塞杆計算長度≥10d時，受到軸向壓縮負載超過某一臨界值時，會失去穩定性，所以要按材料力學有關公式進行穩定性驗算。（3）液壓缸連接螺栓的直徑校核當缸筒與缸蓋用螺栓連接時，螺栓在工作中既承受拉應力又承受扭應力。計算時取螺栓所受外力的1.3倍，按材料力學有關公式進行校核。。5.4液壓缸設計中應注意的問題

儘量使活塞杆在受拉狀態下承受最大負載，或者在受壓狀態下工作。應保證它具有較好的穩定性。液壓缸並非都要設置緩衝和排氣裝置，應根據具體情況而定。具體結構設計要按照最佳的結構形式進行，儘量採用標準件。確定液壓缸安裝固定形式時，必須考慮缸筒和活塞杆受熱變形問題。定位銷只能打在液壓缸一端的兩側；雙杆活塞缸的活塞杆與運動部件不能採用剛性連接。在保證實現設計要求的前提下，應使液壓缸外形尺寸盡可能小，結構盡可能簡單，以便於加工、裝配和維修。5.5擺動式液壓缸

擺動液壓缸能實現小於360°角度的往復擺動運動，由於它可直接輸出轉矩，故又稱為擺動液壓馬達，主要有單葉片式和雙葉片式兩種結構形式。擺動式液壓缸如圖5-20所示。圖5-20擺動式液壓缸

圖5-20a為單葉片式擺動缸，它只有一個葉片，其擺動角度較大，可達300°。圖5-20b為雙葉片式擺動缸，它有二個葉片，其擺動角一般小於150°。當單葉片式擺動液壓缸進出口油口壓力為p1和p2，流入流量為q，葉片寬度為b，葉片底部和頂部回轉半徑為R1和R2，擺動缸的容積和機械效率分別為ηv

和ηm時。輸出轉矩TM和角速度ω分別為：

歡迎提出寶貴意見和建議!本章結束！圖4-4視頻演示（標準）

外嚙合齒輪液壓馬達工作原理圖4-3視頻演示（標準）葉片液壓馬達的工作原理圖4-7a視頻演示（標準）：雙杆活塞缸圖4-7b視頻演示（標準）：雙杆活塞缸圖4-8a視頻演示（標準）：單杆活塞缸圖4-8b視頻演示（標準）：單杆活塞缸圖4-8c視頻演示（標準）：單杆活塞缸圖4-9a視頻演示（標準）：柱塞液壓缸圖4-9b視頻演示（標準）：柱塞液壓缸圖4-10視頻演示（標準）：雙作用伸縮液壓缸圖4-11視頻演示（標準）：單作用伸縮液壓缸圖4-12視頻演示（標準）：齒條活塞液壓缸圖4-13視頻演示（標準）：增壓缸6.1液壓閥概述6.1.1液壓閥的作用

液壓控制閥的種類繁多，但他們在液壓系統的作用主要有三個方面：控制液壓油的壓力(壓力控制閥)、流量（流量控制閥）和流動方向（方向控制閥），保證執行元件按照負載的需求進行工作。

儘管液壓閥的種類繁多，且各種閥的功能和結構形式也有較大的差異，但都具有基本共同點：1.在結構上，所有液壓閥均由閥體、閥芯（錐閥，滑閥或球閥）和驅動閥芯動作的元、部件組成。其中閥芯的結構如圖所示。2.在工作原理上，所有液壓閥的開口大小、進出口間的壓差以及通過閥的流量之間的關係都符合孔口流量公式，只是各種閥控制的參數各不相同而已。表6-1液壓控制閥的分類液壓閥可按不同的特徵進行分類，如表6-1所示。

6.1.2液壓閥的分類6.1.3對液壓閥的基本要求動作靈敏、使用可靠、工作時衝擊和振動要小。閥口全開時，液流壓力損失小；閥口關閉時，密封性能好。所控制的參量（壓力或流量）穩定，受外干擾時變化量要小。結構緊湊，安裝、調試、維護方便，通用性好。

穩態液動力是閥心移動完畢，開口固定之後，液流流過閥口時因動量變化而作用在閥心上的力。圖6-1所示為油液流過閥口的兩種情況。（一）穩態液動力6.2液壓閥的共性問題6.2.1液動力瞬態液動力是滑閥在移動過程中（即開口大小發生變化時）閥腔中液流因加速或減速而作用在閥心上的力。圖6-3所示為閥心移動時出現瞬態液動力的情況。（二）瞬態液動力引起液壓卡緊的主要原因來自滑閥副幾何形狀誤差和同心度變化所引起的徑向不平衡液壓力，即液壓卡緊力。6.2.2卡緊力滑閥用於壓力閥或方向閥時，壓力油通過徑向縫隙洩漏量的大小，是閥的性能指標之一。滑閥用於伺服閥時，實際的和理論的滑閥零開口特性之間的差別，也取決於洩漏特性。6.2.3閥的洩露6.3方向控制閥方向控制閥主要有單向閥和換向閥兩類。6.3.1單向閥常用的單向閥有：普通單向閥和液控單向閥兩種。1.普通單向閥（單向閥）

普通單向閥的作用是只允許液流沿一個方向通過，不能反向流動。普通單向閥如圖6-5所示。

圖6-5普通單向閥2.液控單向閥液控單向閥除進出油口、外，還有一個控制油口普通單向閥（正向）

內泄式液控單向閥（控制油口不通壓力油時）外泄式液控單向閥

需要指出的是，控制壓力油油口不工作時，應使其通回油箱，否則控制活塞難以複位，單向閥反向不能截止液流。6.3.2換向閥1）功能：

換向閥是利用閥芯在閥體中作相對運動，使油路接通、切斷或改變流動方向，從而使執行元件啟動、停止或變換運動方向。2）分類：

（1）按結構類型可分為滑閥式、轉閥式和球閥式。（2）按閥體連通的主油路數可分為二通、三通、四通等。（3）按閥芯在閥體內的工作位置可分為二位、三位，四位等。

（4）按操作閥芯運動的方式可分為手動、機動、電磁動、液動和電液動等。

3．滑閥或換向閥的結構

不同的通數和位數構成了不同類型的換向閥，所謂二位閥、三位閥是指換向閥的閥芯有兩個或三個不同的工作位置；二通閥、三通閥、四通閥是指其閥體上有兩個、三個、四個各不相通且與系統中不同油管連接的油路介面。換向閥的功能主要就是由其控制的通路數和工作位置所決定。

換向閥都有兩個或兩個以上的工作位置，其中一個是常位，即閥芯未受外部操縱時所處的位置，繪製液壓系統圖時，油路一般應連接在常位上。4．滑閥式換向閥的操縱方式

滑閥式換向閥的操縱方式包括：手動(機動)、電磁動、液動和電液聯合驅動等，見圖6-4、6-5、6-6。圖6-4三位四通手動換向閥

圖6-5二位三通電磁換向閥（電磁鐵得電時）

圖6-6三位四通電液換向閥(電磁鐵不得電時）(電磁鐵得電時）Graphicssymbol（圖形符號）Simplifiedgraphics（簡化圖形）5.滑閥的中位機能

三位閥有三個工作位置，根據需要，執行元件可在左位或右位工作。三位換向閥的閥芯在中間位置時，各通口間有不同的連通方式，可滿足不同的使用要求，這種連通方式稱為換向閥的中位機能。不同的中位機能是在閥體的尺寸不變的情況下，通過改變閥芯的形狀和尺寸得到的。常見的中位機能、符號及其特點如表6-3所列。

表6-3三位四通滑閥的中位機能

表6-3三位四通滑閥的中位機能(續）

6.4壓力控制閥6.4.1溢流閥

普通的壓力控制閥包括溢流閥、減壓閥、順序閥和壓力繼電器，它們用來控制液壓系統中的油液壓力或通過壓力信號實現控制。

溢流閥按結構型式分：（1）直動型；（2）先導型。它旁接在液壓泵的出口保證系統壓力恒定或限制其最高壓力，有時也旁接在執行元件的進口，對執行元件起安全保護作用。

1.結構及工作原理（1）直動型

圖6-7直動型溢流閥

直動型溢流閥的結構及其圖形符號如圖6-7所示。壓力油從進口P進入閥後，經孔和阻尼孔後作用在閥芯4的底面上。若彈簧剛度為K，預壓縮量為，閥芯直徑為D，閥口剛開啟時的進口壓力為，通過額定流量時的進口壓力為，作用在閥芯上的穩態液動力為，則得：（a）閥口剛開啟時的閥芯受力平衡關係式（b）閥口開啟溢流時閥芯受力平衡關係式（6-1）（6-2）注意兩點：（a）調節彈簧的預壓縮量x0，可以改變閥口的開啟壓力pk，進而調節控制閥的進口壓力p，此處彈簧稱之為調壓彈簧。（c）閥口開啟溢流的壓力流量方程（6-3）聯立求解式（6-1）和（6-2）可求得不同流量下的進口壓力。（b）直動型溢流閥因液壓力直接與彈簧力相平衡而工作的，若壓力較高、流量較大，則要求調壓彈簧具有很大的彈簧力，這不僅使調節性能變差，而且結構上也難以實現。所以滑閥式直動型溢流閥一般只用於低壓小流量處。

(2)先導型

若系統壓力和流量較大時，通常使用先導型溢流閥。其常見的結構如圖6-8所示，它們由先導閥和主閥兩部分組成。這種閥的工作原理是利用主閥上下兩端油液壓力差來使主閥閥芯移動的。

圖6-