第3章液压执行元件

1、 3 3、1 1 液压马达液压马达 3 3、2 2液压缸的类型及特点液压缸的类型及特点3 3、3 3液压缸的设计计算液压缸的设计计算 3 3、4 4液压缸的结构设计液压缸的结构设计 液压泵和马达的区别液压泵和马达的区别液压马达：液压马达：将泵输入的液压能转换为机械能而将泵输入的液压能转换为机械能而对负载做功。对负载做功。 关关 系系： 功用上功用上 相反相反 结构上结构上 相似相似 原理上原理上 互逆互逆 低速液压马达低速液压马达轴向柱塞马达轴向柱塞马达径向柱塞马达径向柱塞马达齿轮马达齿轮马达定量马达定量马达轴向柱塞马达轴向柱塞马达变量马达变量马达马达马达一、马达的分类一、马达的分类l1、流量

2、、排量和转速设定马达的排量为V，转速为n，泄露量 q 则流量q为： q =nV+ q容积效率 mv=理论流量/实际流量l =nV/ q =nV/(nV+ q) 或 n=(q /V)mv 可见，q和是mv决定液压马达转速的主要参数l2、转矩l理论输出转矩： TT=pV/2 实际输出转矩： TM=TT-T l因机械效率： Mm=TM/TT=1-T/TT l故实际转矩： TM=TT.Mm=(pV/2).Mm l 可见液压马达的排量V是决定其输出扭矩l3、液压马达总功率：l M=2MMn/pQ=mvMml 可见，容积效率和机械效率是液压泵和马达的重要性能指标。因总功率为它们二者的乘积，故液压传动系统效

3、率低下。总功率过低将使能耗增加并因此引起系统发热，因此提高泵和马达的效率有其重要意义。l当压力油通入马达后，柱塞受油压作用压紧倾斜盘当压力油通入马达后，柱塞受油压作用压紧倾斜盘, , 斜盘则斜盘则对柱塞产生一反作用力，因倾角此力可分解为两个对柱塞产生一反作用力，因倾角此力可分解为两个l 轴向分力轴向分力 Fx =dFx =d2 2p/4p/4l分力分力 A A2 2 2) 2) 压力相同时，推力不等。流量相同时，速度压力相同时，推力不等。流量相同时，速度不等即不具有等推力等速度特性。不等即不具有等推力等速度特性。无杆腔进油无杆腔进油（动画）动画） v v1 1 = q/A= q/A1 1 =

4、4q/D = 4q/D2 2 F F1 1 = p= p1 1A A1 1 - p- p2 2A A2 2 =D=D2 2 p p1 1 - (D - (D2 2-d-d2 2)p)p2 2/4/4有杆腔进油：有杆腔进油： v v2 2 = q/A= q/A2 2 = 4q/(D = 4q/(D2 2-d-d2 2) ) F F2 2 = p= p1 1A A2 2- p- p2 2A A1 1= (D= (D2 2-d-d2 2) p) p1 1-D-D2 2 p p2 2/4/4 A A1 1 A A2 2 v v1 1 v F F2 2 故活塞杆伸出时，推力较大，速度较小活塞杆缩回时，故

5、活塞杆伸出时，推力较大，速度较小活塞杆缩回时，推力较小，速度较大推力较小，速度较大 因而：活塞杆伸出时，适用于重载慢速因而：活塞杆伸出时，适用于重载慢速 活塞杆缩回时，适用于轻载快速活塞杆缩回时，适用于轻载快速 往复速比：往复速比： v = vv = v2 2 / v / v1 1 = D= D2 2/ D/ D2 2-d-d2 2 d = D d = D（v-1v-1）/v /v 活塞杆直径越小，两个方向速度差值越小。如果活塞活塞杆直径越小，两个方向速度差值越小。如果活塞杆较粗，活塞两个方向运动的速度差值就越大。杆较粗，活塞两个方向运动的速度差值就越大。差动连接：差动连接：单杆活塞液压缸两腔

6、同时通入流体时，单杆活塞液压缸两腔同时通入流体时， 利用两端面积差进行工作的连接形式。利用两端面积差进行工作的连接形式。 v v3 3A A1 1 = q= q + v+ v3 3A A2 2 v v3 3 = q/A= q/A1 1-A-A2 2=4 q/d=4 q/d2 2 如果要求快速运动和快速退回速度相等即：如果要求快速运动和快速退回速度相等即： v v2 2 = v= v3 3 ，D = 2 d D = 2 d F F3 3 = p = p1 1（A A1 1-A-A2 2） = d= d2 2p p1 1/4/4 差动连接特点：在不增加流量的前提下，实现快速运差动连接特点：在不增加

7、流量的前提下，实现快速运动动单杆活塞液压缸应用单杆活塞液压缸应用单杆活塞液压缸不同连接，可实现如下工作循单杆活塞液压缸不同连接，可实现如下工作循 环：环： （差动连接）（差动连接） （无杆腔进油）（有杆腔进油）（无杆腔进油）（有杆腔进油） 快进快进 工进工进 快退快退 v v3 3、F F3 3 v v1 1、F F1 1 v v2 2、F F2 2 动画演示动画演示定义：定义：在缸体内做相对往复运动的组件是柱塞的液压在缸体内做相对往复运动的组件是柱塞的液压缸缸结构：结构：缸体、柱塞、导向套、钢丝卡圈等缸体、柱塞、导向套、钢丝卡圈等 柱塞式液压缸工作原理柱塞式液压缸工作原理只能单向运动，回程需

8、靠外力：自重只能单向运动，回程需靠外力：自重，弹簧力弹簧力需双向运动时，常成对使用。需双向运动时，常成对使用。 动画演示动画演示柱塞式液压缸速度、推力计算柱塞式液压缸速度、推力计算 v = q/A = 4q/dv = q/A = 4q/d2 2 F = pA = d F = pA = d2 2 p/4 p/4 柱塞式液压缸特点柱塞式液压缸特点 柱塞工作时总是受压，一般较粗柱塞工作时总是受压，一般较粗 水平放置易下垂，产生单边磨损水平放置易下垂，产生单边磨损 故常垂直放置，有时可做成空心故常垂直放置，有时可做成空心 又又 缸体内壁与柱塞不接触缸体内壁与柱塞不接触 可不加工或只粗加工，工艺性好可不

9、加工或只粗加工，工艺性好 故常用于长行程机床，如故常用于长行程机床，如 导轨磨床，大型拉床，龙门刨床导轨磨床，大型拉床，龙门刨床 摆动液压缸分类：摆动液压缸分类：单叶片式、双叶片单叶片式、双叶片组成：组成：缸体、定子块、叶片、传动轴等缸体、定子块、叶片、传动轴等摆动液压缸工作原理摆动液压缸工作原理当缸的一个油口进压力油，另一油口回油时，叶片在当缸的一个油口进压力油，另一油口回油时，叶片在压力油作用下往一个方向摆动，带动轴偏转一定角度压力油作用下往一个方向摆动，带动轴偏转一定角度小于小于3603600 0）当进回油口互换时，马达反转。）当进回油口互换时，马达反转。单叶片摆动液压缸参数计算单叶片摆

10、动液压缸参数计算 T = b/2T = b/2(D(D2 2-d-d2 2)(p)(p1 1-p-p2 2) ) = 2q/b(D = 2q/b(D2 2-d-d2 2) ) b:b:叶片宽度；叶片宽度；D D，d d为叶片底部的回转半径。摆动角度为叶片底部的回转半径。摆动角度大可达到大可达到300300双叶片摆动液压缸参数计算双叶片摆动液压缸参数计算 T T双双 = 2T= 2T单单 双双=1/2=1/2单单 摆动角度较小，可达到摆动角度较小，可达到150150。摆动液压缸特点摆动液压缸特点 结构紧凑，输出转矩大，但密封困难，一般只结构紧凑，输出转矩大，但密封困难，一般只用于中低压系统。用于

11、中低压系统。 增压缸（增压器）增压缸（增压器） 多级缸（伸缩缸）多级缸（伸缩缸） 齿条活塞缸（无杆液压缸）齿条活塞缸（无杆液压缸） 作用：作用：得到高于泵压的输出压力得到高于泵压的输出压力结构：结构：单作用、双作用单作用、双作用增压缸增压原理：增压缸增压原理： A A1 1 p p1 1=A=A2 2 p p2 2 p p1 1DD2 2/4=p/4=p2 2dd2 2/4 /4 p p2 2 = A= A1 1 / A / A2 2 p p1 1 = D= D2 2/d/d2 2 p p1 1 =K p =K p1 1 K K增压比增压比 增压缸特点：增压缸特点： 在不在不 p p p p

12、的前提下，靠的前提下，靠 A A来来 p p 单单 作用断续增压、双作用连续增压作用断续增压、双作用连续增压结构：结构：由两个或多个活塞缸或柱塞缸套装而成，有由两个或多个活塞缸或柱塞缸套装而成，有单作用和双作用之分。单作用和双作用之分。 动画演示动画演示工作原理：工作原理：活塞或柱塞伸出时，从大到小，活塞或柱塞伸出时，从大到小，速度逐渐增大，推力逐渐减小。速度逐渐增大，推力逐渐减小。活塞或柱塞缩回时，从小到大。活塞或柱塞缩回时，从小到大。应用：应用： 工作时可伸很长，不工作时缩短工作时可伸很长，不工作时缩短 占地面积小，且推力随行程增加而减小占地面积小，且推力随行程增加而减小 故起重机伸缩臂、

13、自动倾卸卡车、火箭发故起重机伸缩臂、自动倾卸卡车、火箭发 射台等皆用射台等皆用 动画演示动画演示 液压缸的设计和计算是在对整个液压系统进液压缸的设计和计算是在对整个液压系统进行工况分析，计算了最大负载力，先定了工作行工况分析，计算了最大负载力，先定了工作压力的基础上进行的，因此，首先要根据使用压力的基础上进行的，因此，首先要根据使用要求确定结构类型，在按照负载情况，运动要要求确定结构类型，在按照负载情况，运动要求决定液压缸的主要结构尺寸，最后进行结构求决定液压缸的主要结构尺寸，最后进行结构设计。设计。一、液压缸主要尺寸的确定一、液压缸主要尺寸的确定1 1、工作压力的选取、工作压力的选取 根据液

14、压缸的实际工况，计算出外负载大小，然后根据液压缸的实际工况，计算出外负载大小，然后参考下表选取适当的工作力参考下表选取适当的工作力液压缸工作压力的确定负载 缸工作压力 P1( b a r ）00 . 76 07 01 4 01 0 01 4 01 4 02 5 01 8 02 1 02 5 03 2 02、液压缸的缸筒内径D根据执行机构速度要求和选定液压泵流量来确定根据执行机构速度要求和选定液压泵流量来确定无杆腔进油时：无杆腔进油时： D=4qD=4qv v/v/v1 1 有杆腔进油时：有杆腔进油时： D=4qD=4qv v/v/v1 1+ d+ d2 2 计算所得液压缸的内径（即活塞直径）应

15、圆整为标准计算所得液压缸的内径（即活塞直径）应圆整为标准值值 3 3、活塞杆直径、活塞杆直径d d原则：活塞杆直径可根据工作压力或设备类型选取液原则：活塞杆直径可根据工作压力或设备类型选取液压缸的往复速度有一定要求时压缸的往复速度有一定要求时 d = Dd = Dv v-1/-1/v v 计算所得活塞杆直径计算所得活塞杆直径d d亦应圆整亦应圆整 为标准系列值。为标准系列值。3 3、液压缸缸筒壁厚、液压缸缸筒壁厚缸筒最薄处壁厚：缸筒最薄处壁厚：pyD/2() pyD/2() 缸筒壁厚；缸筒壁厚；D D缸筒内径；缸筒内径； pypy缸筒度验压力，缸筒度验压力，()()缸筒材料许用应力。缸筒材料许

16、用应力。()=b/n()=b/n。4、液压缸缸体长度、液压缸缸体长度L原则：由液压缸最大行程、活塞宽度、活塞杆导向套长原则：由液压缸最大行程、活塞宽度、活塞杆导向套长 度、活塞杆密封度、活塞杆密封 长度和特殊要求的其它长度确定长度和特殊要求的其它长度确定, , 为为减小加工度，一般液压缸缸体长度应大于内径的减小加工度，一般液压缸缸体长度应大于内径的20203030倍。倍。二、液压缸其它部位尺寸的确定二、液压缸其它部位尺寸的确定导向长度导向长度HL/20+D/2 HL/20+D/2 （L L为液压缸最大行程）为液压缸最大行程） 活塞宽度活塞宽度B =B =（0 0、6 61 1、0 0）D D； A =(0.6A =(0.610)D 10)D （D80mmD12m/min），）， 由于惯性力较大，活塞运动到终端时会撞由于惯性力较大，活塞运动到终端时会撞 击缸盖，产生冲击和噪声，严重影响加工击缸盖，产生冲击和噪声，