第四章—液压执行元件20121008资料.ppt

第四章-液压执行元件,液压马达液压缸,液压马达是使负载作连续旋转的执行元件，其内部构造与液压泵类似，差别仅在于液压泵的旋转是由电机所带动，输出的是液压油；液压马达则是输入液压油，输出的是转矩和转速。因此，液压马达和液压泵在细部结构上存在一定的差别。,4.1液压马达,1、概述,2020/5/9,3,4.1液压马达,2、液压马达图形符号,图4-2液压马达的图形符号a）单向定量液压马达b）单向变量液压马达c）双向定量液压马达d）双向变量液压马达,液压马达按其在单位时间内输入油液体积可否调节而分为定量马达和变量马达，图形符号表示为：,2020/5/9,4,A,B,P,T,溢流阀,液压泵,4.1液压马达,3、液压马达回路,如图4-1所示：当换向阀右位工作时P口与B口接通，T口与A口接通时；当换向阀左位工作时P口与A口接通，T口与B口接通时；,图4-1液压马达回路,2020/5/9,5,4、液压马达与液压泵的区别,从原理上讲，液压泵与液压马达可以互换，但结构有差异1）泵的进油口比出油口大，马达的进、出油口相同；2）结构上要求泵有自吸能力；3）马达要正反转，结构具有对称性；泵单方向转，不要求对称；4）要求马达的结构及润滑，能保证在宽速度范围内正常工作；5）液压马达应有较大的起动扭矩和较小的脉动。,4.1液压马达,液压马达的特性参数,工作压力与额定压力工作压力p：马达入口油液的实际压力，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正常工作条件下，按实验标准规定，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MvqMt/qM1q/qM,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nqMt/VqMMV/V转矩与机械效率实际输出转矩TMTMt-TMf理论输出转矩TMtpV/2机械效率MmTM/TMt功率与总效率MPMo/PmiTM2n/pqMMvM式中PMo为马达输出功率，Pmi为马达输入功率。,液压马达的特性参数,马达的分类：ns500r/min为高速液压马达：齿轮马达，叶片马达，轴向柱塞马达ns500r/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）,4.1液压马达,5、液压马达分类,齿轮马达,工作原理,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。,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。,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。,低速大扭矩马达单作用连杆型径向柱塞马达,结构组成,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=d2ez/2d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3r/min。,低速大扭矩马达多作用内曲线径向柱塞马达,结构组成,结构原理壳体内环由x个导轨曲面组成，每个曲面分为a、b两个区段；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；,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；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（xz)；输出轴，缸体与输出轴连成一体。,排量公式v=（d2/4）sxyzs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。,马达的性能比较和选用,1.工作机构速度高，负载小，宜选用齿轮马达或叶片马达；2.速度平稳性要求高时，宜选用双作用叶片马达；3.负载大时，宜选用轴向柱塞马达；4.若工作机构速度低、负载大，则有两种方案：高速小扭矩马达+减速装置低速大扭矩马达5.综合考虑经济效益。,图4-1单作用液压缸,图4-2双作用液压缸,液压缸是执行元件，将液体的压力能转换成工作机构的机械能，用来实现直线往复运动或小于360的摆动。液压缸结构简单、配制灵活、设计、制造比较容易、使用维护方便，应用广泛。,4.2液体缸,液压缸是使负载作直线运动的执行元件。,液压缸视频链接,1、液压缸分类及计算分为单作用式、双作用式和组合式液压缸。,图4-3液压缸分类（1-单腔进油）,价格！可靠性！制造！,单作用液压缸,20,单活塞杆式液压缸,双活塞杆式液压缸,伸缩式液压缸,图4-4液压缸分类（2-双腔进油）,双作用液压缸,21,图4-5液压缸分类（3）,组合液压缸,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。,1、液压缸的计算,双杆活塞缸的速度推力特性油缸在左右两个方向上输出的速度相等。油缸在左右两个方向上输出的推力相等。,P1进油压力、P2回油腔背压力、m液压缸机械效率、A活塞有效作用面积、D活塞直径、d活塞杆直径、V液压缸容积效率。油缸在左右两个方向上输出的推力相等，m为缸的机械效率。,双作用单杆活塞缸一端带活塞杆，有缸筒固定和活塞杆固定两种安装方式。双向运动速度不同，推力也不同。,单杆活塞缸速度推力特点,无杆腔进油,有杆腔进油,单杆活塞缸差动连接的速度推力特性,差动连接：单活塞杆缸两腔同时通压力油，p1=p2。差动连接的液压缸只能向一个方向运动。,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，则伸出速度较快，而推力较小，用于机构快进，不增加泵的容量和功率。,柱塞缸的特点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。为减轻重量，减少弯曲变形，柱塞常做成空心。柱塞缸只能作单作用缸，需借重力缩回。柱塞缸的速度推力特性,柱塞式液压缸,伸缩液压缸,结构：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。特别适用于工程机械及自动线步进式输送装置。,伸缩液压缸,伸缩液压缸的速度推力特性,1.伸出时，依次从大到小、从外到内伸出。,2.缩回时，依次从小到大、从内到外缩回。双作用伸缩液压缸特别适用于工程机械及自动线步进式输送装置。单作用伸缩液压缸与双作用伸缩液压缸不同点是回程靠外力，而双作用靠液压作用力。此外，还有齿条活塞缸、增速缸、增压缸、摆动式液压缸等。,3.其它液压缸,(1)增压缸,它利用活塞缸和柱塞有效面积的不同使液压系统的局部区域获得高压。,输出的液体压力,d,D,p2,p1,增压缸的符号,(2)增力缸,当液压缸直径受到安装位置限制，而液压缸的长度没有限制时，为增大液压缸的推力，则可采用增力液压缸。,增力缸由两个单杆活塞缸串联而成，两个活塞杆连成一体，一起动作。当液压油同时输入两个液压缸的左腔时，串联活塞杆右移，两缸的右腔同时排出油液，输出推力等于两液压缸推力之和。,输出速度为,d,D,q,p,(3)齿轮缸,由两个柱塞缸和一套齿轮齿条传动装置组成。柱塞的移动经齿轮齿条传动装置变成齿轮的转动，用于实现工作部件的往复摆动或间歇进给运动。,齿条活塞缸的速度推力特性输出转矩TMp（/8）D2Dim输出角速度8qv/D2Di式中p为缸左右两腔压力差，D为活塞直径，Di为齿轮分度圆直径。,摆动液压缸是实现往复摆动的执行元件。,单叶片摆动液压缸,R2,R1,叶片,分隔片,缸筒,双叶片摆动液压缸,（1）单叶片摆动液压缸,（4）摆动液压缸,单叶片摆动液压缸的摆动角度可达3000。,p2,p1,摆动缸的输入流量,摆动缸的叶片厚度,摆动缸的机械效率,摆动缸的容积效率,叶片顶部的回转半径,叶片底部的回转半径,（2）双叶片摆动液压缸,p2,p1,双叶片摆动液压缸的摆动角度可达1500。,摆动液压缸是输出轴能够直接输出转矩、往复回转角度小于3600的回转液压缸，常用于夹具夹紧装置、送料装置、转位装置以及需要周期性进给的系统中。,（3）摆动液压缸的符号,39,2、液压缸的参数计算,图47所示，液压缸缸体固定，液压油从A口进入作用在活塞上，产生一推力F，通过活塞杆以克服负荷W，活塞以速度向前推进，同时将活塞杆侧内的油液通过B口流回油箱。相反，如高压油从B口进入，则活塞后退。,图4-7液压缸的工作原理,40,2、液压缸的参数计算,1）速度和流量若忽略泄漏，则速度和流量的关系如下：Q=A（41）=Q/A（42）式中：Q液压缸的输入流量（m3/s或L/min,L=110-3m3）A液压缸活塞上有效工作面积活塞移动速度通常活塞上工作有效面积是固定的，由式（42）可知，活塞的速度取决于输入液压缸的流量，又由理论上可知，速度和负载无关。,41,2、液压缸的参数计算,2）推力和压力推力F是压力为p的液压油作用在工作有效面积为A的活塞上，以平衡负载W，若液压缸回油接油箱，则P0=0，故：F=W=p.A(N)(43)式中：p液压缸的工作压力（MPa）A液压缸活塞上有效工作面积（mm2）,推力F可看成是液压缸的理论推力，因为活塞的有效面积固定，故压力取决于总负载。,图4-8单杆活塞缸,a),b),42,2、液压缸的参数计算,(44),(45),(46),(47),【例-1】,单出杆活塞式液压缸，活塞直径D=8cm，活塞杆直径d=5cm，进入液压缸的流量q=30L/min，问往复速度各是多少？,继续,【例-2】,液压缸活塞面积A1=A2=A3=50cm2，负载F1=3kN，F2=4kN，F3=5kN，泵的流量q=25L/min，求三个液压缸的活塞是如何运动的？液压泵的工作压力有何变化？液压缸中活塞的运动速度是多少？,1、有一差动液压缸，无杆腔面积A1=50cm2，有杆腔面积A2=25cm2，负载F=12.6103N，机械效率m=0.92，容积效率V=0.95，试求：(1)供油压力大小；(2)当活塞以0.9m/min的速度运动时所需供油量；(3)液压缸的输入功率。,2、已知单活塞杆液压缸，前进时油路为差动连接，活塞直径D=100mm，活塞杆直径d=60mm，忽略液压缸的泄漏和摩擦，现以q=110L/min液压泵驱动之。试求活塞往返运动的速度比。如液压泵的工作压力p=6MPa，试求此时活塞杆往返的负载能力。,作业:,46,3、液压缸结构,图46为液压缸结构图，选用液压缸时，首先考虑活塞杆长度（由行程决定），再根据回路的最高压力选出适合的液压缸。,图4-6液压缸结构,47,3、液压缸结构,48,3、液压缸结构,1）缸筒：主要是由钢材制成，缸筒内要经过精细加工，表面粗糙度Ra10,要进行稳定性校核。(A-活塞杆计算长度)当=L/r1(见表4-5)，由欧拉公式计算，见下页。当12时，属于中柔度杆，按雅辛斯基公式验算：当A/d10,活塞杆强度验算，考虑纯压缩或纯拉伸情况：,66,3、液压缸的参数计算（其它）,2.液压缸活塞杆稳定性验算,67,3、液压缸的参数计算（其它）,其中,液压缸缸盖固定螺栓在工作过程中，