第三章 液压马达与液压缸

第三章第三章 液压马达与液压缸液压马达与液压缸 教学内容 教学内容 本章介绍了液压马达和液压缸的基本结构 工作原理和分类 介绍了液压 缸的典型结构和组成 教学重点 教学重点 1 液压马达和液压缸的基本结构 2 液压马达和液压缸常见应用 教学难点 教学难点 1 液压马达和液压缸的基本结构 2 液压马达的性能参数 教学方法 教学方法 课堂教学为主 充分利用网络课程中的多媒体素材来表示抽象概念 教学要求 教学要求 掌握液压马达和液压缸的基本结构 工作原理和分类 了解液压缸的典型 结构和组成 一 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 1 马达的分类 ns 500r min 为高速液压马达 齿轮马达 叶片马达 轴向柱塞 马达 ns 500r min 为低速液压马达 径向柱塞马达 单作用连杆型径 向柱塞马达 多作用内曲线径向柱塞马达 2 液压马达图形符号 3 液压马达的特性参数 1 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 2 流量与容积效率 输入马达的实际流量 qM qMt q 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 3 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 qM MV V 4 转矩与机械效率 实际输出转矩 T Tt T 理论输出转矩 Tt p V Mm 2 机械效率 Mm TM TMt 5 功率与总效率 M PMo Pmi T 2 n p qM Mv M 式中 PMo为马达输出功率 Pmi为马达输入功率 二 齿轮马达 1 工作原理 2 结构特点 1 进出油口相等 有单独的泄油口 2 为减少摩擦力矩 采用滚动轴承 3 为减少转矩脉动 齿数较泵的齿数多 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 三 叶片马达 1 工作原理 2 结构特点 1 进出油口相等 有单独的泄油口 2 叶片径向放置 叶片底部设置有燕式弹簧 3 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 轴向柱塞马达 1 工作原理 2 结构特点 1 轴向柱塞泵和轴向柱塞马达是互逆的 2 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 五 低速大扭矩马达单作用连杆型径向柱塞马达 1 结构组成 2 结构原理 1 呈五星状 或七星状 的壳体内均匀分布着柱塞缸 2 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 3 曲轴为输出轴 4 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 3 排量公式 v d 2e z 2 4 d 为柱塞直径 e 为曲轴偏心距 z 为柱塞数 5 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 六 低速大扭矩马达多作用内曲线径向柱塞马达 1 结构原理 1 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 2 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 3 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 4 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 5 输出轴 缸体与输出轴连成一体 2 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 3 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 第二节 液压缸 液压缸与马达一样 也是将液压能转变为机械能的装置 它将液压能转变 为直线运动或摆动的机械能 液压缸的分类 1 按结构形式分 活塞缸 又分单杆活塞缸 双杆活塞缸 柱塞缸 摆动缸 又分单叶片摆动缸 双叶片摆动缸 2 按作用方式分 单作用液压缸 一个方向的运动依靠液压作用力实现 另一 个方向依靠弹簧力 重力等实现 双作用液压缸 两个方向的运动都依靠液压作用力来实现 复合式缸 活塞缸与活塞缸的组合 活塞缸与柱塞缸的组合 活塞缸与机械结构的组合等 一 双杆活塞缸 双杆活塞缸活塞两侧都有活塞杆伸出 根据安装方式不同又分为活塞杆固 定式和缸筒固定式两种 1 当缸筒固定时 运动部件移动范围是活塞有效行程的三倍 当活塞杆 固定时 运动部件移动范围是活塞有效行程的两倍 2 双杆活塞缸的速度推力特性 v q A 4 q v D 2 d 2 缸在左右两个方向上输出的速度相等 v为缸的容积效率 F A p1 p2 m D 2 d 2 p1 p2 m 4 缸在左右两个方向上输出的推力相等 m 为缸的机械效率 二 单杆活塞缸 单杆活塞缸只有一端带活塞杆 它也有缸筒固定和活塞杆固定两种安装方 式 两种方式的运动部件移动范围均为活塞有效行程的两倍 1 单杆活塞缸速度推力特性 1 向右运动速度 v1 q v A1 4 q v D 2 向右运动推力 F1 A1p1 A2p2 m 2 向左运动速度 v2 q v A2 4 q v D 2 d 2 向左运动推力 F2 A2 p1 A1p2 m 3 往返速比 v v2 v1 1 1 d D 2 式中 v为缸的容积效率 m为缸的机械效率 2 单杆活塞缸差动连接的速度推力特性 单活塞杆缸两腔同时通压力油 称为差动连接 差动连接的缸只能一个 方向运动 图示为向右运动 1 运动速度 v3 q q A1 q A2v3 A1 整理得 v3 q A1 A2 4 q d 2 如果要求 差动缸向右运动速度 v3 非差动连接向左运动速度 v2 则 D 2 1 2 d 2 活塞推力 F3 p1 A1 A2 m 三 柱塞缸 1 柱塞缸的特点 1 柱塞与缸筒无配合关系 缸筒内孔不需精加工 只是柱塞与缸盖上 的导向套有配合关系 2 为减轻重量 减少弯曲变形 柱塞常做成空心 3 柱塞缸只能作单作用缸 要求往复运动时 需成对使用 4 柱塞缸能承受一定的径向力 2 柱塞缸的速度推力特性 柱塞运动速度 v q v A 4 q v d 2 柱塞推力 F pA m p d 2 4 m 四 伸缩液压缸 它由两个或多个活塞式缸套装而成 前一级活塞缸的活塞杆是后一级活 塞缸的缸筒 各级活塞依次伸出可获得很长的行程 当依次缩回时缸的轴向 尺寸很小 除双作用伸缩液压缸外 还有单作用伸缩液压缸 它与双作用不同点是 回程靠外力 而双作用靠液压作用力 当通入压力油时 活塞由大到小依次伸出 缩回时 活塞则由小到大依 次收回 各级压力和速度可按活塞缸的有关公式计算 特别适用于工程机械及自动线步进式输送装置 五 齿条活塞缸 齿条活塞缸是活塞缸与齿轮齿条机构组成的复合式缸 它将活塞的直线 往复运动转变为齿轮的旋转运动 用在机床的进刀机构 回转工作台转位 液压机械手等 1 齿条活塞缸的速度推力特性 输出转矩 TM p 8 D 2 D i m 输出角速度 8 q v D 2 D i 式中 p 为缸左右两腔压力差 D 为活塞直径 D i 为齿轮分度圆直径 六 增压缸 增压缸是活塞缸与柱塞缸组成的复合缸 但它不是能量转换装置 只是一 个增压器件 增压比为大活塞与小柱塞的面积比 K D 2 d 2 小柱塞缸输出的压力 pb paK m 增压能力是在降低有效流量的基础上得到的 增压缸作为中间环节 用在低压系统要求有局部高压油路的场合 七 增速缸 增速缸也是活塞缸与柱塞缸组成的复合缸 活塞缸的活塞内腔是柱塞缸的 缸筒 柱塞固定在活塞缸的缸筒上 当液压油进入柱塞缸时 活塞将快速运动 活塞缸大腔必须补油 当液压油同时进入柱塞缸和活塞缸时 活塞慢速运动 增速缸用于快速运动回路 在不增加泵的流量的前提下 使执行元件获得 尽可能大的工作速度 八 摆动式液压缸 当通入液压油 它的主轴能输出小于 360 的摆动运动的缸称为摆动式液 压缸 常用于辅助装置 如送料和转位装置 液压机械手及间歇进给机构 双叶片式 摆动角度一般小于 150 但在相