第4章 液压执行元件a1

1、第三章第三章第第4章章 液压执行元件液压执行元件n3.1 3.1 液压缸液压缸 n3.2 3.2 液压马达液压马达 第三章第三章第一节第一节 直线往复运动执行元件直线往复运动执行元件一一：柱塞式液压缸柱塞式液压缸活塞式液压缸活塞式液压缸弹簧复位活塞式液压缸弹簧复位活塞式液压缸伸缩式液压缸伸缩式液压缸柱塞式液压缸柱塞式液压缸在缸体内做相对往复运动的组件是柱塞的液压缸在缸体内做相对往复运动的组件是柱塞的液压缸 柱塞式液压缸结构柱塞式液压缸结构缸体、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 自重自重只能单向运动，回程需靠外力只能单向运动，回程需靠

2、外力 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。 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/d2 F = pA = d2 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 故故 常垂直放置，有时可做成空心常垂直放置，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，工艺性好可不加工或只粗加工，工艺性好 龙门刨龙门刨床床 故故 常用于长行程机床，如常用于长行程机床，如 导轨磨床导轨磨床 大型拉大型

3、拉床床：21112144DQvvDQ222122221214)(4)(44pdppDpdDpDF无杆腔进油时无杆腔进油时)(4)(422222222dDQvvdDQ122122212224)(44)(4pdppDpDpdDF有杆腔进油时有杆腔进油时222222121211DdDdDvvvvQQQ之比为和时，当单活塞杆液压缸比较单活塞杆液压缸比较n A1 A2 n v1 F2 n 故故 活塞杆伸出时，推力较大，速度较小活塞杆伸出时，推力较大，速度较小 n 活塞杆缩回时，推力较小，速度较大活塞杆缩回时，推力较小，速度较大 n 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 n

4、 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 单活塞杆液压缸结论单活塞杆液压缸结论n活塞杆直径越小，两个方向速度差值越小。活塞杆直径越小，两个方向速度差值越小。n固定方式和工作过程皆与双杆活塞液压缸相同。固定方式和工作过程皆与双杆活塞液压缸相同。n运动行程皆为两倍的活塞或缸体的有效行程。运动行程皆为两倍的活塞或缸体的有效行程。差动连接n单杆活塞液压缸两腔同时通入流体时，单杆活塞液压缸两腔同时通入流体时，n利用两端面积差进行工作利用两端面积差进行工作差动回路则如要求232323222344)(44vvdQvDvdDQDQQv2Dd 差动连接特点差动连接特点在不增加流量的前提下，实现

5、快速运动在不增加流量的前提下，实现快速运动 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 v3、F3 v1、F1 v2、F2 缸体与端盖的连接缸体与端盖的连接 工作压力、缸体材料、工作压力、缸体材料、 工作条件不同工作条件不同 连接形式很多样连接形式很多样 低压时可采用铸铁缸体，低压时可采用铸铁缸体，外形尺寸大外形尺寸大 1。缸筒和缸盖法兰连接半环连接外螺纹连接内螺纹连接拉杆式连接焊接式连接缸体与端盖

6、的连接缸体与端盖的连接 法兰连接法兰连接 半环连接半环连接 螺纹连接螺纹连接 拉杆连接拉杆连接 焊接连接焊接连接 缸体与端盖的连接形式缸体与端盖的连接形式法兰连接：法兰连接：高压，需焊接法兰盘，外形尺寸和质量大。高压，需焊接法兰盘，外形尺寸和质量大。 内半环内半环 结构简单、紧凑、装卸结构简单、紧凑、装卸半环连接半环连接 方便方便（但因缸体上开了环行槽，强度削弱）（但因缸体上开了环行槽，强度削弱） 外半环外半环 内螺纹内螺纹 螺纹连接螺纹连接 重量轻，外径小，但端部复杂，重量轻，外径小，但端部复杂， 外螺纹外螺纹 装卸不便，需专用工具装卸不便，需专用工具 焊接连接焊接连接 结构简单，尺寸小，缸

7、底处内径结构简单，尺寸小，缸底处内径不易加工，可能引起变形不易加工，可能引起变形拉杆连接拉杆连接通用性好，缸体加工方便，装拆方通用性好，缸体加工方便，装拆方便，但端盖体积大，重量也大，拉便，但端盖体积大，重量也大，拉杆受力后会拉伸变形，影响端部密杆受力后会拉伸变形，影响端部密封效果，只适于低压封效果，只适于低压. 活塞和活塞杆的连接活塞和活塞杆的连接 工作压力、安装方式、工作压力、安装方式、 工作条件的不同。工作条件的不同。 活塞组件有多种结构形式。活塞组件有多种结构形式。 整体式：常用于小直径液压缸，整体式：常用于小直径液压缸， 结构简单，轴向尺寸紧凑，结构简单，轴向尺寸紧凑， 但损坏后需整

8、体更换但损坏后需整体更换 活塞和活塞杆的连接活塞和活塞杆的连接焊接式：同上焊接式：同上 锥销式：常用于双杆缸，加工容易，装配锥销式：常用于双杆缸，加工容易，装配 简单，但承简单，但承 载能力小，且需防止载能力小，且需防止 脱落脱落 螺纹式：常用于单杆缸，结构简单，装拆螺纹式：常用于单杆缸，结构简单，装拆 方便，但需方便，但需 防止螺母松动。防止螺母松动。 半环式：常用于高压大负载或振动比较大半环式：常用于高压大负载或振动比较大 的场合，强的场合，强 度高，但结构复杂，度高，但结构复杂， 装拆方便。装拆方便。 活塞和活塞杆活塞和活塞杆活塞杆头部结构活塞杆头部结构活塞杆：是连接活塞和工作部件的传活

9、塞杆：是连接活塞和工作部件的传 力零件，必须具有足力零件，必须具有足 够的强够的强 度和刚度，一般用钢料制成度和刚度，一般用钢料制成, 且需镀铬。且需镀铬。缓冲原理缓冲原理利用节流方法在液压缸的回油腔产利用节流方法在液压缸的回油腔产生阻力，减小速度，避免撞击。生阻力，减小速度，避免撞击。 缓冲特性缓冲特性反抛物线式阶梯圆柱式节流口变化式单圆柱式环形缝隙式圆锥台式液压缸的排气装置液压缸的排气装置 必要性必要性排气方法排气方法排气的必要性排气的必要性 系统在安装或停止工作后常会渗入空气系统在安装或停止工作后常会渗入空气 使液压缸产生爬行、振动和前冲，换向精度降低等。使液压缸产生爬行、振动和前冲，换

10、向精度降低等。 故故 必须设置排气装置必须设置排气装置。 排气方法排气方法1 排气孔排气孔 油口设置在液压缸最高处油口设置在液压缸最高处 2 排气塞排气塞 象螺钉象螺钉（如暖气包上的放气阀）（如暖气包上的放气阀） 3 排气阀排气阀 使液压缸两腔经该阀与油使液压缸两腔经该阀与油 箱相通启动时，拧开排气箱相通启动时，拧开排气 阀使液压缸空载往复运动阀使液压缸空载往复运动 几次即可几次即可 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。式不同又分为活塞杆固定式和缸筒固定式两种。 当缸筒固定当缸筒固定时，运

11、动部件时，运动部件移动范围是活移动范围是活塞有效行程的塞有效行程的三倍；当活塞三倍；当活塞杆固定时，运杆固定时，运动部件移动范动部件移动范围是活塞有效围是活塞有效行程的两倍行程的两倍液压缸的安装液压缸的安装其它形式的常用缸其它形式的常用缸 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） 增压缸（增压器）增压缸（增压器） 作用作用 结构结构 增压原理增压原理增压缸作用增压缸作用得到高于泵压的输出压力得到高于泵压的输出压力 增压缸结构增压缸结构单作用、双作用单作用、双作用 增压缸增压原理增压缸增压原理 A1 p1=A2 p2 p

12、1D2/4=p2d2/4 p2 = A1 / A2 p1 = p1D2/d2 =K p1 式中：K增压比 增压缸特点增压缸特点 在不在不 p p 的前提下，靠的前提下，靠 A来来 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 多级缸（伸缩缸）多级缸（伸缩缸） 结构结构工作原理工作原理特点应用特点应用多级缸结构由两个或多个活塞缸或柱塞缸套装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。而成，有单作用和双作用之分。 多级缸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

13、大。活塞或柱塞缩回时，从小到大。多级缸（伸缩缸）特点应用 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 故故 起重机伸缩臂、自动倾卸卡车、火起重机伸缩臂、自动倾卸卡车、火箭发射台等皆用箭发射台等皆用 齿条活塞缸（无杆液压缸）齿条活塞缸（无杆液压缸） 结结 构构 工作原理工作原理 应应 用用无杆液压缸结构无杆液压缸结构 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。组成：缸体、活塞、齿条、齿轮、端盖等。无杆液压缸工作原理

14、无杆液压缸工作原理左腔进油，右腔回油时，齿条右移，左腔进油，右腔回油时，齿条右移，齿轮带动工作台逆转。齿轮带动工作台逆转。右腔进油，左腔回油时，齿条左移，右腔进油，左腔回油时，齿条左移，齿齿 轮带动工作台顺转轮带动工作台顺转 。无杆液压缸应用无杆液压缸应用 常用于需要回转运动的场合，常用于需要回转运动的场合， 如：自动线、磨床如：自动线、磨床 第二节n液压马达的主要性能参数液压马达的主要性能参数工作压力工作压力-是指马达实际工作时的压力是指马达实际工作时的压力额定压力额定压力-是指马达在正常工作条件下，是指马达在正常工作条件下，按试验标准规定能连续运转的最高压力。按试验标准规定能连续运转的最高

15、压力。排量排量-是指在没有泄漏的情况下，马达轴是指在没有泄漏的情况下，马达轴转一周所输入的油液体积转一周所输入的油液体积V V理论流量理论流量q qt t-是指在没有泄漏的情况下，是指在没有泄漏的情况下，达到要求转速所需要输入油液的流量。达到要求转速所需要输入油液的流量。效率和功率容积效率-由于有泄漏损失，为了达到液压马达要求的转速时，实际输入的流量q必须大于理论流量qt，容积效率为qqtMV机械效率-由于有摩擦损失，液压马达的实际输出转矩T一定小于理论转矩Tt。 因此机械效率为tMmTT马达的总效率为MmMVM马达的角速度和转速，马达进、出口的压力差马达输出功率马达输入功率npnTTPpqP

16、oi2转矩和转速VqnqpVTpVTTMVMmtt马达的转速为时，量为液压马达的实际输入流矩为液压马达输出的实际转为转矩液压马达能产生的理论2121注：此处排量V的单位为m3/rPout=Tt, 则则 Tt=Pout/ Pout=p q, 而而q= V代入，得代入，得Tt= p V/ = p V：齿轮马达n工作原理工作原理 结构特点结构特点 进出油口相等，有进出油口相等，有单独的泄油口；单独的泄油口； 为减少摩擦力矩，为减少摩擦力矩，采用滚动轴承；采用滚动轴承； 为减少转矩脉动，为减少转矩脉动，齿数较泵的齿数多。齿数较泵的齿数多。 应用应用 由于密封性能差，容积效率较低，不能产生较由于密封性能

17、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。匀性要求不高的设备。叶片马达叶片马达n工作原理工作原理 结构特点结构特点 进出油口相等，有单进出油口相等，有单独的泄油口；独的泄油口； 叶片径向放置，叶片叶片径向放置，叶片底部设置有弹簧；底部设置有弹簧； 在高低压油腔通入叶在高低压油腔通入叶片底部的通路上装有梭片底部的通路上装有梭阀。阀。 应用应用 转动惯量小，反应灵敏，能适应较高频率的换转动惯量小

18、，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。高、机械性能要求不严格的场合。：轴向柱塞马达n工作原理工作原理 结构特点结构特点 轴向柱塞泵和轴向柱塞马达是互逆的。轴向柱塞泵和轴向柱塞马达是互逆的。 配流盘为对称结构。配流盘为对称结构。 应用应用 作变量马达。改变斜盘倾角，不仅影响马达的作变量马达。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，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。转矩越大，转速越低。两种斜轴式柱塞马达两种斜

19、轴式柱塞马达船用轴向柱塞液压马达曲轴连杆式径向柱塞马达 结构组成结构组成n结构原理结构原理n呈五星状（或七星状）的壳体内均匀分布着柱塞缸。呈五星状（或七星状）的壳体内均匀分布着柱塞缸。n柱塞与连杆铰接，连杆的另一端与曲轴偏心轮外圆接柱塞与连杆铰接，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。缸与回油口相通。n曲轴为输出轴。曲轴为输出轴。n配流轴随曲轴同步旋转，各柱塞缸依次与高压进油和配流轴随曲轴同步旋转，各柱塞

20、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。低压回油相通（配流套不转），保证曲轴连续旋转。n排量公式排量公式 v =d 2e z / 2nd 为柱塞直径；为柱塞直径；e 为曲轴偏心距；为曲轴偏心距；z 为柱塞数。为柱塞数。n应用应用n结构简单，工作可靠，可以是壳体固定曲轴旋转，也结构简单，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压支承或静压平衡后最低转速可达3 r/min。多作用内曲线径向柱塞马达多作用内曲线径向柱塞马达n结构组成结构组成n结构原理结构原理 n壳体内环由壳体内环由x 个导轨曲面组个导轨曲面组成，每个曲面分为成，每个曲面分为a、b两个两个区段；区段；n缸体径向均布有缸体径向均布有z 个柱塞孔，个柱塞孔，柱塞球面头部顶在滚轮组横柱塞球面头部顶在滚轮组横梁上