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液压与气压传动 第三章 液压马达与液压缸 编写：石延平 Chapter 3 Hydraulic Motor & Hydraulic Cylinder Hydraulic and Pneumatic Transmission 1 主要内容 l液压马达 l液压缸 2 本章学习要点 l重点内容：各种液压马达的工作原理和特点；液压马达的性 能参数的计算；活塞式液压缸的工作特点及其速度、推力计算； 差动式液压缸的工作特点及其速度、推力计算。 l难点内容：液压马达性能参数的计算；差动式液压缸的工作 特点及其速度、推力计算。 3 31 液压马达 l液压马达概述 l高速液压马达 l低速液压马达 4 液压马达概述 液压马达是将液体压力能转换为机械能 的装置,输出转矩和转速，是液压系统的 执行元件。 马达与泵在原理上有可逆性，但因用途 不同结构上有些差别：马达要求正反转 ，其结构具有对称性；而泵为了保证其 自吸性能，结构上采取了某些措施。 5 液压马达图形符号 6 液压马达的特性参数 工作压力与额定压力 工作压力 p 大小取决于马达负载，马达进出 口压力的差值称为马达的压差p。 额定压力 ps 能使马达连续正常运转的最高 压力。 流量与容积效率 输入马达的实际流量 qMqMtq 其中 qMt为理论流量，马达在没有泄漏时， 达到要求转速所需进口流量。 容积效率Mv qMt / qM 1 q / qM 7 排量与转速 排量V为MV等于1 时输出轴旋转一周所需 油液体积。 转速 n qMt/ V qMMV / V 转矩与机械效率 实际输出转矩 TTt-T 理论输出转矩 Ttp VMm/ 2 机械效率MmTM/TMt 功率与总效率 M PMo/ PmiT 2n/ p qM MvM 式中 PMo为马达输出功率，Pmi为马达输入功率。 8 齿轮马达 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。 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。 9 齿轮马达工作原理 10 11 叶片马达 工作原理 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。 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。 12 13 轴向柱塞马达 工作原理 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。 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。 14 低速大扭矩马达 单作用连杆型径向柱塞马达 15 16 17 结构原理 呈五星状（或七星状）的壳体内均匀分布着柱塞缸。 柱塞与连杆铰接，连杆的另一端与曲轴偏心轮外圆接触 。高压油进入部分柱塞缸头部，高压油作用在柱塞上的 作用力对曲轴旋转中心形成转矩。另外部分柱塞缸与回 油口相通。 曲轴为输出轴。 配流轴随曲轴同步旋转，各柱塞缸依次与高压进油和低 压回油相通（配流套不转），保证曲轴连续旋转。 排量公式 v =d 2e z / 2 d 为柱塞直径；e 为曲轴偏心距；z 为柱塞数。 应用 结构简单，工作可靠，可以是壳体固定曲轴旋转，也可 以是曲轴固定壳体旋转（可驱动车轮或卷筒），但体积 重量较大，转矩脉动，低速稳定性较差。采用静压支承 或静压平衡后最低转速可达3 r/min。 18 低速大扭矩马达 多作用内曲线径向柱塞马达 结构组成（动画） 19 多作用内曲线马达 缸体 压油口 配油轴 定子 柱塞 回油口 液压马达由定子1、转子2、配流轴4与柱塞组3等主要部 件组成，定子1的内壁有若干段均布的、形状完全相同的曲 面组成。 每一相同形 状的曲面又可分 为对称的两边， 其中允许柱塞副 向外伸的一边称 为进油工作段， 与它对称的另一 边称为排油工作 段。 20 21 排量公式 V =（d 2/4）sxyz s 为柱塞行程； x 为作用次数； y 为柱塞排数； z 为每排柱塞数 。 应用 转矩脉动小，径向力平衡，启 动转矩大，能在低速下稳定运转，普 遍用于工程、建筑、起重运输、煤矿 、船舶、农业等机械中。 22 32 液压缸 l液压缸的类型和速度推力特性 l液压缸的典型结构和组成 l液压缸主要尺寸的确定 l摆动式液压缸 23 双杆活塞缸 24 双杆活塞液压缸 双活塞杆液压缸的活塞两端都带有活塞杆，分为缸体 固定和活塞杆固定两种安装形式。 (a)缸筒固定式 (b)活塞杆固定式 25 26 27 单杆活塞缸 单杆液压缸 无杆腔 进油腔 回油腔 有杆腔 28 29 30 两腔进油,差动联接 差动联接 q 当单杆活塞缸两腔同时通入压力油时，由于无杆腔有效作用面 积大于有杆腔的有效作用面积，使得活塞向右的作用力大于向左的 作用力，因此，活塞向右运动，活塞杆向外伸出；与此同时，又将 有杆腔的油液挤出，使其流进无杆腔，从而加快了活塞杆的伸出速 度，单活塞杆液压缸的这种连接方式被称为差动连接。 q 31 32 三种缸的速度比较 33 柱塞式液压缸 当活塞式液压缸行程较长时，加工难度大,使得制造成本 增加。 某些场合所用的液压缸并不要求双向控制,柱塞式液压缸 正是满足了这种使用要求的一种价格低廉的液压缸。 34 柱塞式液压缸 如图所示，柱塞缸由缸筒、柱塞、导套、密 封圈和压盖等零件组成，柱塞和缸筒内壁不接触 ，因此缸筒内孔不需精加工，工艺性好，成本低 。 35 柱塞缸的结构 36 双柱塞缸的工作原理 37 缸体 伸缩式液压缸伸缩式液压缸 伸出 缩回 套筒活塞 活塞 伸缩式单作用缸 38 单作用伸缩缸 39 双作用伸缩缸 40 伸缩缸 41 齿条活塞缸 齿条活塞缸由带有齿条杆的双作用活塞缸和齿轮齿条机构 组成，活塞往复移动经齿条、齿轮机构变成齿轮轴往复转动。 齿条活塞液压缸的结构图 1 紧固螺帽；2 调节螺钉；3 端盖；4 垫圈；5 O形密封圈； 6 挡圈；7 缸套；8 齿条活塞；9 齿轮；l0 传动轴；11 缸体； 12 螺钉 q 42 43 44 增压缸 45 增速缸 46 液压缸的结构 单活塞杆液压缸结构图 l 缸底；2 卡键；3、5、9、11 密封圈；4 活塞；6 缸筒； 7 活塞杆；8 导向套；10 缸盖；12 防尘圈；13 耳轴 47 缸筒 是液压缸的主体，其内孔一般采用镗削、绞孔 、滚压或珩磨等精密加工工艺制造，要求表面粗造度在 0.1m0.4m。 端盖 装在缸筒两端，与缸筒形成封闭油腔，同样承 受很大的液压力，因此，端盖及其连接件都应有足够的强 度。 导向套 对活塞杆或柱塞起导向和支承作用，有些液 压缸不设导向套，直接用端盖孔导向。 缸筒，端盖和导向套的材料选择和技术要求可参缸筒，端盖和导向套的材料选择和技术要求可参 考液压设计手冊。考液压设计手冊。 缸体组件 48 缸筒与端盖的连接 49 活塞组件 活塞组件由活塞、密封件、活塞杆和连接件等组成 。活塞与活塞杆的连接形式 如图所示，活塞与活塞杆的连接最常用的有螺纹连接 和半环连接形式，除此之外还有整体式结构、焊接式结构 、锥销式结构等。 1一活塞杆；2一活塞；3一密封圈； 4一弹簧圈；5一螺母 1一卡键；2一套环；3一弹簧卡圈 50 51 缓冲装置 为了防止这种危害，保证安全，应采取缓冲 措施，对液压缸运动速度进行控制。 当液压缸带动质量较大的部件作快速往复运 动时，由于运动部件具有很大的动能，因此当活 塞运动到液压缸终端时，会与端盖碰撞，而产生 冲击和噪声。这种机械冲击不仅引起液压缸的有 关部分的损坏，而且会引起其它相关机械的损伤 。 52 缓冲装置 液压缸缓冲装置 53 54 55 排气装置 液压传动系统往往会混入空气，使系统工作不稳定， 产生振动、爬行或前冲等现象，严重时会使系统不能正常 工作。 因此，设计液压缸时，必须考虑空气的排除。 对于速度稳定性要求较高的液压缸和大型液压缸，常 在液压缸的最高处设置专门的排气装置，如排气塞、排气 阀等。当松开排气塞或阀的锁紧螺钉后，低压往复运动几 次，带有气泡的油液就会排出，空气排完后拧紧螺钉，液 压缸便可正常。 56 57 58 59 液压缸主要尺寸的确定 液压缸内径D和活塞杆直径d可根据最大总负载和选取的 工作压力来定，对单杆缸而言，有： 有杆腔进油时 ： 无杆腔进油时 60 活塞杆直径 d 1）按v 确定 2）按工作压力确定 按国标圆整为标准尺寸。 61 时，为薄壁筒（无缝钢管） 式中：py 实验压力 缸筒壁厚 n 安全系数 n = 5 pn 缸的额定压力 许用应力，b 抗拉强度 液压缸的校核 1.缸筒壁厚的验算（通常对中低压系统，无须进行缸筒校核） 62 注意：圆整为标准壁厚 1）铸造：满足最小尺寸 2）无缝钢管：查手册 (无缝钢管外径不需加工） 时，为厚壁筒（铸造） 缸筒外径： 63 单叶片摆动缸