第一章_液压执行元件

1、第三章 液压执行元件 第一节第一节 液压马达液压马达 第二节第二节 液压缸液压缸 第一节第一节 液压马达液压马达 一、液压马达的特点及分类一、液压马达的特点及分类 特点：特点： 液压马达是将液体的压力能转变为液压马达是将液体的压力能转变为连续旋连续旋 转转运动机械能的能量转换装置。运动机械能的能量转换装置。 理论理论 液压马达与液压泵是可逆的，实际上由于液压马达与液压泵是可逆的，实际上由于 机械方面的原因，常常不可逆。机械方面的原因，常常不可逆。 定义：定义：执行元件是将系统提供的压力能转变为机执行元件是将系统提供的压力能转变为机 械能的能量转换装之。械能的能量转换装之。 分类：分类：液压马达

2、液压马达 压力能压力能连续旋转运动连续旋转运动 液压缸液压缸 压力能压力能直线往复运动直线往复运动 分类：分类： 按结构分类按结构分类:齿轮式齿轮式、叶片式、叶片式、柱塞式柱塞式和和其它形式其它形式。 按额定转速不同分：按额定转速不同分：高速高速（n500r/min）和）和低速低速 （n500r/min, 主要有齿轮式、螺杆主要有齿轮式、螺杆 式叶片式和轴柱塞式，其特点是转速式叶片式和轴柱塞式，其特点是转速 较高、转动惯量小、便于起动和制动，较高、转动惯量小、便于起动和制动， 调节灵明度高，输出转矩不大。调节灵明度高，输出转矩不大。 低速液压马达低速液压马达：n500r/min，基本形式是径向

3、柱塞，基本形式是径向柱塞 式，也有轴向柱塞式、叶片式和齿轮式，也有轴向柱塞式、叶片式和齿轮 式。其特点是排量大、体积大、转速式。其特点是排量大、体积大、转速 低、输出转矩大。所以又称为低速大低、输出转矩大。所以又称为低速大 转矩液压马达。转矩液压马达。 二、液压马达的工作原理二、液压马达的工作原理 1、叶片式液压马达、叶片式液压马达 图图3-1所示是叶片式液压马达的工作原理和图所示是叶片式液压马达的工作原理和图 形符号。形符号。 分析：分析： 1) 密闭的容积空间。密闭的容积空间。 2) 压力转变为转矩。压力转变为转矩。 3) 配流装置。配流装置。 特点：特点： 优点优点是叶片式液压是叶片式液

4、压 马达体积小，转动惯量马达体积小，转动惯量 小，动作灵敏，适用于小，动作灵敏，适用于 换向频率较高的场合。换向频率较高的场合。 缺点缺点是泄漏量大，低速稳定性差。是泄漏量大，低速稳定性差。 常用于常用于高速小转矩场合高速小转矩场合。 2、径向柱塞式液压马达、径向柱塞式液压马达 图图3-2为径向柱塞式液压马达工作原理图。为径向柱塞式液压马达工作原理图。 分析：分析： 1) 密闭的容积空间密闭的容积空间柱柱 塞和缸体构成塞和缸体构成 2) 压力转变为转矩压力转变为转矩单单 个柱塞产生的切向分力个柱塞产生的切向分力 为为 ，每个，每个 柱塞切向分力合作产生柱塞切向分力合作产生 总扭矩，故输出转矩是

5、总扭矩，故输出转矩是 脉动的。脉动的。 3) 配流装置配流装置配油轴配油轴 tan 4 2 T dpF 压油腔压油腔 进进 油油 回油腔回油腔 出出 油油 三、液压马达的基本参数和基本性能三、液压马达的基本参数和基本性能muju 1、液压马达的、液压马达的排量和转矩排量和转矩 排量：排量：液压马达的排量定义与液压泵相同，用液压马达的排量定义与液压泵相同，用V 表示。表示。 理论转矩：理论转矩： （3-2） （因为（因为 ） 2 t pV T ttt 2 nTTpVnpq 2、液压马达的机械效率和起动机械效率、液压马达的机械效率和起动机械效率 实际转矩：实际转矩： （3-3） 其中其中 m pV

6、 T 2 tm TT 一般情况下，起动转矩一般情况下，起动转矩T0小于运转中的转矩，小于运转中的转矩， 所以引入一个所以引入一个起动机械效率起动机械效率m0， 即：即： （3-4） t 0 0 T T m 起动效率的高低直接影响到液压马达带载起动起动效率的高低直接影响到液压马达带载起动 时的起动性能。时的起动性能。 3、液压马达的、液压马达的转速转速和和低速稳定性低速稳定性 转速：转速： （3-5） （马达的容积效率为（马达的容积效率为 ） V V q n q Vn q q V t 低速稳定性低速稳定性： 油液的可压缩性是造成低速爬行的主要原因。油液的可压缩性是造成低速爬行的主要原因。 其影响

7、到低速稳定性。其解释的物理模型如图其影响到低速稳定性。其解释的物理模型如图3-3 所示。所示。 低速大转矩液压低速大转矩液压 马达马达是专为低速设是专为低速设 计的，所以，其低计的，所以，其低 速稳定性比较好。速稳定性比较好。 4、调速范围、调速范围 液压马达的调速范围是以其允许的最高转速与液压马达的调速范围是以其允许的最高转速与 最低转速之比表示，最低转速之比表示， 即即 （3-6） minmax nni 第二节第二节 液压缸液压缸 液压缸是将液体的压力能转变为液压缸是将液体的压力能转变为往复直线运动往复直线运动 机械能的能量转换装置。机械能的能量转换装置。 一、液压缸的分类一、液压缸的分类

8、 按其结构型不同分：按其结构型不同分：活塞缸活塞缸、柱塞缸柱塞缸和和摆动缸摆动缸。 柱塞式液压缸柱塞式液压缸 单活塞杆式液压缸单活塞杆式液压缸双活塞杆式液压缸双活塞杆式液压缸 弹簧复位式液压缸弹簧复位式液压缸 动画动画 一、液压缸的分类一、液压缸的分类 按其结构型不同分：按其结构型不同分：活塞缸活塞缸、柱塞缸柱塞缸和和摆动缸摆动缸。 输出运动的形式不同分：输出运动的形式不同分： 活塞缸、柱塞缸是输出活塞缸、柱塞缸是输出往复直线运动往复直线运动(F，v)； 摆动缸是输出摆动缸是输出往复旋转运动往复旋转运动(T，)。 （一）活塞式液压缸（一）活塞式液压缸 分类：分类：双杆式双杆式和和单杆式单杆式两

9、种。两种。 单活塞杆式液压缸单活塞杆式液压缸 双活塞杆式液压缸双活塞杆式液压缸 1、双杆式活塞缸、双杆式活塞缸 图图3-4 分类：缸体固定分类：缸体固定和和活塞杆固定活塞杆固定两种。两种。 1）缸筒固定式双出杆活塞缸）缸筒固定式双出杆活塞缸 图图3-4 a） 特点：特点：进、出油口布置在缸筒的两端，且活塞杆进、出油口布置在缸筒的两端，且活塞杆 直径通常做成相等，则两个方向的直径通常做成相等，则两个方向的v、F均均 相等，工作台移动范围为缸活塞有效行程相等，工作台移动范围为缸活塞有效行程 的的3倍，占地面积大，宜用于小型设备。倍，占地面积大，宜用于小型设备。 安装方式动画演示安装方式动画演示 2

10、）活塞杆固定式双杆活塞缸）活塞杆固定式双杆活塞缸 图图3-4b) 特点：特点：进出油口可布置在活塞杆两端，由活塞杆进出油口可布置在活塞杆两端，由活塞杆 流入液压缸，也可用软管与缸筒联接，工流入液压缸，也可用软管与缸筒联接，工 作台移动范围是缸筒有效行程的作台移动范围是缸筒有效行程的2倍，常倍，常 用于大型设备中。用于大型设备中。 推力和速度的计算：推力和速度的计算： )( 4 )( 21 22 2121 ppdDppAFF )( 4 22 21 dD q A q vv 注：注： 1) 准确的说，以上两式还分别应该乘以机械效准确的说，以上两式还分别应该乘以机械效 率率 和容积效率和容积效率 。

11、2) 双出杆活塞缸的活塞杆是受拉双出杆活塞缸的活塞杆是受拉, 可做得较细。可做得较细。 3) 两个方向的推力和速度都相等。两个方向的推力和速度都相等。 m V 2、单杆式活塞缸、单杆式活塞缸 将书中的图将书中的图3-5和图和图3-6整理后得到下图所示图整理后得到下图所示图, 其是缸筒固定的形式。其是缸筒固定的形式。 推力和速度的计算推力和速度的计算 图图a) 无杆腔进油无杆腔进油 mm dpDppApApF )( 4 )( 2 2 2 2122111 2 1 4 D q v V 单杆缸动画单杆缸动画 单杆缸动画单杆缸动画2 图图b) 有杆腔进油有杆腔进油 mm dpDppApApF )( 4

12、)( 2 2 2 2112212 )( 4 22 2 dD q v V 图图c) 差动连接进油差动连接进油 mm pdAApF 1 2 2113 4 )( 2 21 3 4 )(d q AA q v VV 。说明图。说明图a）可作）可作“工进工进”，图，图b） 可作可作“快退快退”。 2121 FFvv， 讨论：讨论： 设设速度比速度比 ，则有，则有 ，或，或 。速度比按。速度比按JB1068-67选取，一般选取，一般 为为1.15、1.25、1.33、1.46、1.61、2。d 越大，越大， 相差越大。相差越大。 12 vv v 22 2 dD D v v v Dd 1 ，说明图，说明图c)

13、可作可作“快进快进”。3113 FFvv ， 若要若要 ，则有，则有 ，即，即 。 23 vv 222 ddDdD2 以上三种组合，通过油路的连接变换，可实现以上三种组合，通过油路的连接变换，可实现 典型动作循环典型动作循环“快进快进工进工进快退快退”。 由于由于 ，受到结构设计方面，受到结构设计方面 的限制，这两个比值均不可能大太的限制，这两个比值均不可能大太大，若要大，若要 快速运动与工作进給的速度有较大的差值时，快速运动与工作进給的速度有较大的差值时， 必须采取其它措施，如双泵供油回路。必须采取其它措施，如双泵供油回路。 222 12 dDDvv （二）柱塞缸（二）柱塞缸 图图3-7 特

14、点：特点： 1) 柱塞端面是工作面。柱塞端面是工作面。 2) 缸体内壁与柱塞不接触，故制造、加工方便。缸体内壁与柱塞不接触，故制造、加工方便。 3) 适合于工作行程较长的场合，或结构尺寸较大适合于工作行程较长的场合，或结构尺寸较大 的场合。的场合。 4) 只能单向运动，要靠外力返回，或成对布置。只能单向运动，要靠外力返回，或成对布置。 5) 柱塞受压，要防止失稳。柱塞受压，要防止失稳。 2 4 d q A q v VV v、F的计算：的计算： mm pdpAF 2 4 注：注：该两公式同单出杆活塞缸差动连接的情况。该两公式同单出杆活塞缸差动连接的情况。 （三）摆动液压缸（三）摆动液压缸 图图3

15、-8 摆动液压缸摆动液压缸：是将液体的压力能转变为是将液体的压力能转变为往复旋转往复旋转 运动（即摆动）运动（即摆动）机械能的能量转机械能的能量转换换 装置。装置。 分类分类：单叶片式单叶片式和和双叶片式双叶片式两种。如图两种。如图3-8。 双叶片摆动缸动画双叶片摆动缸动画单叶片摆动缸动画单叶片摆动缸动画 单叶片式：单叶片式： m ppRR b T)( 2 12 2 1 2 2 )( 2 2 2 1 2 2 RRb q n V 双叶片式：双叶片式： TT2 双 2 1 双 特点：特点：单叶片的摆角可以达到单叶片的摆角可以达到300，双叶片的，双叶片的 摆角和角速度只有单叶片的一半，转矩为摆角和

16、角速度只有单叶片的一半，转矩为 单叶片的两倍。单叶片的两倍。 下图是摆动液压马达的结构图。下图是摆动液压马达的结构图。 （四）其它液压缸（四）其它液压缸 1、增压缸、增压缸 增压缸又称增压器，用于短时间局部需要高压增压缸又称增压器，用于短时间局部需要高压 的场合中。如图的场合中。如图3-9所示。所示。 压力计算：压力计算： 11 2 2 pKpdDp 式中，式中， ，称为增压比，称为增压比， 22 dDK 说明说明:1) 增压缸的压力增大的同时增压缸的压力增大的同时, 行程缩短了。行程缩短了。 2) 图图3-9b的形式可连续输出增压的压力。的形式可连续输出增压的压力。 2、伸缩缸、伸缩缸 图图

17、3-10 伸缩缸由两个或多个活塞式液压缸套装而成，伸缩缸由两个或多个活塞式液压缸套装而成， 前一级活塞缸的活塞是后一级活塞缸的缸筒前一级活塞缸的活塞是后一级活塞缸的缸筒，伸，伸 出时有较长的行程。图出时有较长的行程。图3-10分别是单作用与双作分别是单作用与双作 用式伸缩缸。用式伸缩缸。 伸缩缸伸缩缸工作时是按有效工作面积的大小依次工作时是按有效工作面积的大小依次 伸出，推力逐渐减小，速度逐渐增加。退回时伸出，推力逐渐减小，速度逐渐增加。退回时 刚好相反。刚好相反。 伸缩缸动画伸缩缸动画2伸缩缸动画伸缩缸动画1 3、齿轮缸、齿轮缸 图图3-11 齿轮缸是由两个活塞缸和一套齿轮齿条传动装齿轮缸是

18、由两个活塞缸和一套齿轮齿条传动装 置组成。其输出运动的形式与摆动液压缸相似。置组成。其输出运动的形式与摆动液压缸相似。 二、液压缸的典型结构和组成二、液压缸的典型结构和组成 （一）液压缸的典型结构举例（一）液压缸的典型结构举例 图图3-12 缸动画缸动画 （二）液压缸的组成（二）液压缸的组成 液压缸一般由液压缸一般由五部分组成五部分组成：缸筒和缸盖缸筒和缸盖、活塞活塞 和活塞杆和活塞杆、密封装置密封装置、缓冲装置缓冲装置和和排气装置排气装置。 1、缸筒和缸盖、缸筒和缸盖 连接方式如图连接方式如图3-13所示。所示。 2、活塞和活塞杆活塞和活塞杆 图图3-14 材料：材料：活塞可采用耐磨铸铁、灰

19、铸铁和碳钢等。活塞可采用耐磨铸铁、灰铸铁和碳钢等。 活塞杆可采用碳钢和无缝钢管。活塞杆可采用碳钢和无缝钢管。 结构：结构： 1) 锥销连接锥销连接 结构简单、可靠结构简单、可靠, 锥销小端常做成开口销的形式锥销小端常做成开口销的形式 2) 螺纹连接螺纹连接 结构简单，装拆方便，但需注意螺纹的防松。结构简单，装拆方便，但需注意螺纹的防松。 3) 半环连接半环连接 结构较复杂，装卸不便，工作可靠。结构较复杂，装卸不便，工作可靠。 4) 整体结构式整体结构式 只适用于尺寸较小的场合。只适用于尺寸较小的场合。 3、密封装置密封装置 这里主要讨论动密封。其密封的形式主要有这里主要讨论动密封。其密封的形式

20、主要有 1）间隙密封间隙密封 右图所示右图所示 活塞上开环形槽可提高密封性能。活塞上开环形槽可提高密封性能。 其结构简单，可耐高温，但泄漏大，其结构简单，可耐高温，但泄漏大， 加工要求高，磨损后无补偿能力。加工要求高，磨损后无补偿能力。 2）摩擦环密封摩擦环密封 右图所示右图所示 密封效果较好，密封效果较好，摩擦环的材料多采摩擦环的材料多采 用尼龙或其它高分子材料用尼龙或其它高分子材料，摩擦系数，摩擦系数 小，磨损后有自动补偿能力，加工要小，磨损后有自动补偿能力，加工要 求高，装拆不便。求高，装拆不便。 3）密封圈密封）密封圈密封 右图所示右图所示 结构简单，制造方便，磨损后有自动补偿能力，应