第4章 液压执行元件.ppt

本章介绍、第4章液压执行元件、高速液压马达和低速大扭矩马达、液压缸的类型和特征、液压缸的设计计算、液压缸的典型结构、液压缸的密封。 内容要旨：教育基本要求：通过本章的学习，了解电机的工作原理(电机如何产生转速转矩)、结构特征、主要性能特征以及不同类型的电机之间性能差异和适用范围，为未来的正确选择奠定基础。 要求掌握液压缸设计中应考虑的主要问题，为液压缸设计奠定基础，如结构类型的选择和参数计算等。 要求学习本章的重点内容：章，掌握液压马达的工作原理、功能、性能参数、性能特点和应用范围。 本章难点：液压缸的设计计算。 重点和难点：液压马达、4.1、液压缸、4.2、本章内容目录：液压马达和液压泵在结构上大致相同，在密封容积的变化下工作。 常见的液压马达也有齿轮式、叶片式、柱塞式等多种主要形式，从转速转矩范围来看，有高速马达和低速大转矩马达。 马达和泵的工作原理相反，当压力油进入泵时，其轴输出转速和转矩成为马达。 由于两者的任务和要求不同，实际结构中只有少数泵能作为马达使用。 4.1液压马达、4.1.1液压马达的工作原理和分类、马达的符号、液压马达的功能符号、a-单向定量马达b-单向定量马达c-双向定量马达d-双向变量马达、液压输出、液压输入、机械输出、液压马达是实现连续旋转运动的驱动器，原理上向容积式泵输入压力油但实际上性能和结构对称性等要求不同，一般来说液压泵和液压马达不兼容。 4.1.2液压马达的主要性能参数是，马达轴每旋转一周，其密封容纳室的有效体积发生变化，排出的液体体积称为马达的排出量。 容积效率和转速，对于液压马达来说，输入液压马达的实际流量必然大于其理论流量，即，容积效率由于、马达容积损失、马达容积损失、马达机械损失、液压马达的摩擦损失的存在，其实际输出转矩小于理论转矩，其机械效率由于、马达的机械损失液压泵、马达的容积效率和机械效率总体上与油液泄漏和摩擦副的摩擦损失有关。 而且，由于输出扭矩在电动机上实际存在机械摩擦，所以必须考虑实际的输出扭矩或机械效率。 电力和总效率，由上式可知，液压马达的总效率也与液压泵的总效率相同，等于机械效率和容积效率的乘积。 4.1.3高速液压马达，一般额定转速为500r/min以上的马达为高速马达，额定转速低于500r/min的马达为低速马达。 高速液压马达的基本型号：齿轮式、叶片式、轴向活塞式等。 它们的主要特点是转速高，转动惯量小，易起动、制动、调速、方向转换。 通常，高速电机的输出转矩不大，最低稳定转速高，只能满足高速小转矩条件。 另外，齿轮式马达、柱塞式马达的动作原理是，当压力油输入液压马达时，压力室中的柱塞被推出，被斜盘推压，斜盘在柱塞上产生反作用力，该力可以分解为与轴向分力和轴向垂直的分力。 其中，垂直于轴向的分力使缸体产生转矩。 由柱塞式电动机的转矩计算、柱塞式电动机的转矩计算、柱塞式电动机的转矩计算可知，液压电动机的总输出转矩等于电动机压力室半圆内的各柱塞的瞬时转矩的总和。 柱塞的瞬时方位角周期性地变化，液压马达整体的输出转矩也周期性地变化，因此液压马达输出的转矩脉动，通常只计算马达的平均转矩。4.1.4低速大扭矩液压马达、低速大扭矩液压马达相对于高速马达，其特征在于，通常这种马达在结构上径向柱塞式多，最低转速低，约为510转/分。 输出转矩大，能够达到数万牛顿米的径向尺寸大，转动惯量大。 可与动作机构直接连接，无需减速装置，大幅简化传动结构。 低速大扭矩液压马达广泛应用于起重机、运输、建筑、矿山、船舶等机械。 低速大扭矩液压马达的基本型号有三种。 分别为曲柄连杆电机、静力平衡电机、多作用内曲线电机。 1、曲柄连杆低速大扭矩液压马达、曲柄连杆式低速大扭矩液压马达应用快，类型为JMZ型，其额定压力为16MPa，最高压力为21MPa，理论排量最大可达6.140L/min。 曲轴连杆低速大扭矩液压马达、马达由壳体、曲轴-连杆-活塞组件、偏心轴以及加油轴构成。 在缸体内内置有活塞2，活塞2和连杆3由球连结，连杆大端的鞍型圆筒瓦面与曲轴4的偏心圆密接， 液压马达的配流轴5和曲轴通过十字键连接，与曲轴一起旋转，马达的压力油通过配流轴通路，从配流轴分配到对应的活塞缸。 腔内有压力油流动，活塞受到压力油的作用。 打开密封室和排水窗口。 受到液压作用的柱塞通过连杆对偏心圆中心作用力n，使曲轴绕旋转中心旋转，将转速和转矩输出到外部的驱动轴、伴随配流轴的旋转的配流状态交替变化。 在曲轴旋转期间，位于高压侧的气缸的容积逐渐变大，位于低压侧的气缸的容积逐渐变小，因此高压油进入液压马达，继续从低压室排出。 2、静力平衡式低速大扭矩液压马达、静力平衡式低速大扭矩马达也称为无连杆马达，是从曲柄连杆式液压马达改进发展而来的，其主要特点是废除连杆，在主要摩擦副之间实现了液压静力平衡，改善了工作性能。 在国外，这种马达被称为罗斯顿马达，国内也有很多产品，被船舶机械、挖掘机和石油钻井机械使用。 液压马达的偏心轴类似曲轴的形状，既是输出轴，又是配流轴。 五星轮3嵌入偏心轴的凸轮，高压油通过配流轴中心孔与曲轴的偏心配流部分相通，通过五星轮的径向孔进入气缸的工作室。 3、多作用内曲线马达、液压马达由定子1、转子2、配流轴4和柱塞组3等主要部件构成，定子1的内壁有几个均匀形状的曲面。 可以按相同形状的曲面分为对称的两边，其中容许柱塞副方向伸长的边称为加油工作段，与其对称的边称为排油工作段。 内曲线马达、内曲线马达的原理图，各柱塞在液压马达旋转中往复的次数等于定子曲面的数量x，将x称为该液压马达的作用次数。 z个柱塞的气缸孔在各气缸孔的底部有配流窗，与其中心配流轴4一致的配流孔相通。 另外，在配流轴4的中间有供油和回油的孔，因为其配流窗的位置与导轨曲面的供油工作段和回油工作段的位置相对应，所以在配流轴圆周上有2个均等的配流窗。 液压马达的工作特点，马达可正转、反转，因此要求液压马达具有结构对称性。 液压马达的惯性负荷大，转速高，要求紧急制动和反转时，会产生高的液压冲击，请在系统中设置必要的安全阀和缓冲阀。 由于无法避免内部泄漏，因此关闭马达的排出口进行制动会产生缓慢的滑动，因此需要长时间精密制动时，请另行设置防止滑动的制动器。 一些型号的液压马达在返回口必须有足够的背压，以保证正常工作。选择液压马达时，请根据液压系统决定的压力、排出量、设备结构尺寸、使用要求、作业环境等，合理选择马达的具体类型和规格。 动作机构的速度高、负荷小时，希望选择齿轮马达或叶片马达的速度稳定性要求高时，选择双作用叶片马达的负荷大时，请选择轴向活塞马达。 工作机构速度低、负荷大，一是高速小扭矩电动机，有根据减速装置驱动工作机构的选择，一是选择低速大扭矩电动机，直接驱动工作机构，最终选择其方案，经过技术经济的比较确定。4.1.5各类马达的性能比较及其选择，表4-1常用液压马达的性能比较，液压缸(液压缸)主要用于实现机构的直线往复运动，摆动也可实现，结构简单，工作可靠，应用广泛。 液压缸的输入量是液体的流量和压力，输出量是速度和力。 液压缸和液压马达是液压执行元件，具有将液压能量转换为机械能量的功能。 4.2液压缸、4.2.1液压缸的分类和计算、液压缸的分类、供油方向：单作用缸和双作用缸。 不同结构型号：活塞气缸、活塞气缸、伸缩套筒气缸、摆动气缸。 不同活塞杆型号：单活塞杆气缸、双活塞杆气缸。 理想的液压缸，1 .活塞式液压缸，活塞式液压缸分为双活塞杆式和单活塞杆式两种结构形式，其安装有缸筒固定和活塞杆固定两种方式。 1 )双活塞杆气缸、双活塞杆气缸的活塞两端带有活塞杆，如下图所示，有气缸体固定和活塞杆固定2种安装形式。 双活塞杆气缸的双活塞杆缸径相等，因此输入流量和油液压力不变时，其往复运动速度和推力相等。 气缸的运动速度v和推力f分别为：式中：d-分别为活塞直径和活塞杆直径，q-输入流量、a-活塞的有效工作面积。 此液压缸常用于往复运动速度要求相同的情况。 2 )单活塞杆液压缸、单活塞杆液压缸的活塞仅在一端具有活塞杆，活塞的双向运动能够得到不同的速度和输出力，其概略图和回路连接方式如下图所示。 没有活塞杆室的供油表示、活塞的运动速度和推力分别为：活塞的运动速度和推力分别为：液压缸往复运动时的速度比：上式表示活塞杆的直径越小，速度比越接近1，两个方向上的速度差越小在两室的供油、差动连结中，当压力油同时流入单杆活塞缸的两室时，由于杆室的有效作用面积比有效杆室的有效作用面积大，因此活塞的向右方的作用力比向左方的作用力大，因此活塞向右方移动，活塞杆向外方突出，与此同时， 推出活塞杆室的油液流入无活塞杆室，活塞杆伸长加快，单活塞杆气缸的这种连接方式称为差动连接。 忽略两室供油、差动连结、两室连通油路的压力损失时，差动连结液压缸的推力为、等效，活塞的运动速度为、等效，差动连结时，液压缸的有效作用面积为活塞杆的横截面积，工作台运动速度比无杆室供油时大，输出力小。 差动连接是不增加液压泵容量和功率，实现快速运动的有效方法。 已知几种连接速度比较、差动液压缸的计算例，例1 :单杆液压缸的缸径D=100mm、杆径d=70mm、进入液压缸的流量q=25l/min、压力P1=2Mpa、P2=0。 液压缸的容积效率和机械效率分别为0.98、0.97，表示在图4-10(a )、(b )、(c )所示的3种情况下，试着求出液压缸能够推进的最大负荷和运动速度的运动方向。解：在图4-10(a )中，液压缸从活塞杆室进入压力油，回油室的压力为零，因此可推进的最大负荷为：液压缸向左移动，其运动速度为：在图4-10(b )中，液压缸从活塞杆室进入压力油，来自活塞杆室的回油的压力为零，可推进其运动速度为：在图4-10(c )中，液压缸进行差动连接，可推进的负荷力为：液压缸向左移动，其运动速度为：2 .柱塞式液压缸、柱塞式液压缸，活塞式液压缸的行程长时加工困难，制造成本增加。 有时，使用的液压缸不要求双向控制，柱塞式液压缸是满足该使用要求的廉价液压缸。 柱塞式液压缸的工作原理、柱塞式液压缸，如图所示，柱塞式液压缸由缸筒、柱塞、导向衬套、密封环、压盖等部件构成，柱塞与缸筒的内壁不接触，因此缸筒柱塞式液压缸是单动的，其回程必须靠自重和弹簧等其他外力完成。 为了获得双向运动，为了使两个柱塞的液压缸成对，减轻柱塞的重量，有时使用中空柱塞。 式中： d柱塞缸径、p1-吸入压力、p2-其他气缸的返回压力。 p1、p2、双向运动柱塞液压缸的工作原理，3 .摆动式液压缸、摆动液压缸、摆动液压缸能够实现360度以下角度的往复摆动运动，它能够直接输出转矩，因此也称为摆动液压马达，主要有单片式和单片式两种结构形式。单片式摆动气缸的动作原理、单片式摆动气缸的动作原理、图3.4摆动气缸、定子块固定在气缸块上，叶片和摆动轴固定，压力油相继通过两端口后，叶片使摆动轴往复摆动。 另外，考虑摆动气缸、机械效率，由于p1、p2、摆动气缸、q、能量保存的原理，单叶片气缸的摆动轴输出转矩为耦合式(3.10 )的输出角速度、q、单叶片倾斜气缸的偏航角一般不超过280 另外，输入压力和流量不变时，双叶片气缸的摆动轴输出转矩为相同参数的单叶片气缸的2倍，摆动角速度为单叶片气缸的一半。 q、摆动气缸紧凑，输出转矩大，但密封困难，一般仅用于中、低压系统往复摆动、旋转或间歇运动的场所。 4 .伸缩式液压缸、伸缩式单动缸、伸缩式液压缸的工作原理、伸缩式液压缸的特点是活塞杆伸长的行程长，收缩后的结构尺寸小，适用于翻斗车、起重机的伸缩臂等。 伸缩式双作用气缸、气缸体的两端有吸入口、排出口a和b。 油从a端口进入，油从b端口返回后，首先向右移动第一级活塞。 当第一级活塞从右向终点移动时，第二级活塞在压力油的作用下继续向右移动。 5 .齿条活塞缸、齿条活塞缸由带齿条杆的双作用活塞缸和齿条小齿轮机构构成，活塞的往复移动通过齿条、齿轮机构成为齿轮轴进行往复旋转。 图3.6齿条活塞液压缸的结构图1-紧固螺母2-调节螺钉3-端盖4-垫圈5-o形圈6-挡圈7-缸盖8-齿条活塞9-齿轮l0-传动轴11-缸体12-螺纹、齿条活塞液压缸的工作原理两个缸体分别有自己的加油口和油出口，缸体固定在同一活塞杆上。 两个缸的加油口相连，加油口也相连。 串联液压油缸的输出力是两个油缸的输出力的总和。 6 .串联液压缸、参数计算、7 .增压缸、增压缸是由活塞缸和活塞缸组成的复合缸，但不是能量转换装置，而只是增压装置。增压比为大活塞与小活塞的面积比K=D2/d2，增压能力在降低有效流量的基础上得到的增压气缸，在低压系统要求局部高压回路时使用。参数计算、增压缸的动作原理、4.2.2液压缸的结构、双作用单活塞杆液压缸的结构图l-底部2-卡键3、5、9、 图11-密封环4-活塞6-缸筒7-活塞杆8-导向罩10-罩12-防尘环13-耳