x第三章液压执行元件

第三章

液压执行元件第一节

液压缸一、液压缸的类型与性能参数1.液压缸的类型

液压缸根据其结构特点可分为：活塞式液压缸、柱塞式液压缸、摆动式液压缸和特种结构液压缸等类型。

活塞式和柱塞式液压缸用以实现直线运动，输出推力和速度。

摆动缸用以实现往复摆动，输出转矩和角速度。叶片式摆动缸用以实现小于360º的摆动角度，而螺旋式摆动缸最大可实现大于360º的摆动角度。

液压缸还可根据其作用方式不同而分为：

单作用式液压缸和双作用式液压缸两种。

单作用式液压缸中液压力只能使活塞（或柱塞）单方向运动，而反方向运动必须靠外力（如弹簧力或自重等）实现。

双作用式液压缸中可由液压力实现两个方向的运动。2.液压缸的性能参数

液压缸的主要性能参数有：液压缸直径、活塞杆直径、.液压缸行程、液压缸压力、进出口直径及螺纹参数、是否有缓冲、液压缸的安装连接方式以及活塞杆连接形式等。以上各参数都有其相应的国家标准。

液压缸型号的含义

示例：单作用活塞式液压缸，额定压力为16MPa，缸径为50mm，行程500mm，进出油口螺纹连接，活塞杆端部耳环安装，行程端点阻尼，活塞杆直径25mm，结构代号为0，设计序号为1。

型号为：HG—E50×500L—E25ZC1二、活塞式液压缸

活塞式液压缸按活塞杆的个数多少，可分为双活塞杆式和单活塞杆式液压缸；按固定方式不同，可分为缸固定式和杆固定式液压缸；按油液的供给方式，可分为双作用式和单作用式液压缸。1．双活塞杆式液压缸

图3-2所示为双杆活塞式液压缸的工作原理图。其活塞两侧都有伸出杆，且两活塞杆直径相同，当缸两腔的供油压力和流量都相等时，活塞（或缸体）两方向的运动速度和推力也都相等。因此这种液压缸常用于要求有往复运动且速度和负载相同的场合，如平面磨床和外圆磨床的工作台的往复运动。

缸体固定式液压缸工作台的最大运动范围略大于活塞有效行程L的三倍，占地面积较大，常用于小型设备的液压系统。

活塞杆固定式液压缸工作台的最大运动范围略大于活塞有效行程L的两倍，常用于行程长的大、中型设备的液压系统。例1：一双出杆活塞缸，其液压缸内径为100mm，活塞杆直径为50mm，进入液压缸的流量为25mL/min。压力为2MPa，回油口接油箱。求液压缸能推动的最大负载和运动速度是多少？解：液压缸能推动的最大负载为：液压缸运动速度为：图3-3所示为一台平面磨床的实心活塞杆液压缸的结构图。这种形式的液压缸，其缸体固定在床身上，活塞杆和工作台靠支架9和螺母10连接在一起。当压力油通过油道a（或b）分别进入液压缸两腔时，就推动活塞带动工作台作往复直线运动。活塞上的孔c用于排气。图3-4为外圆磨床的空心双杆双作用液压缸的结构图。这种形式的液压缸，其活塞杆固定在床身上，缸体和工作台连接在一起。当压力油通过活塞杆2的中心孔和径向孔b（或a）分别进入液压缸两腔时，就推动缸体带动工作台作往复运动。缸体11所受到的作用力和运动速度的计算与实心双杆液压缸类同。2.单活塞杆式液压缸单活塞杆式液压缸分有单作用式和双单作用式两种。单作用式液压缸在工作行程时，依靠液压力推动活塞朝一个方向运动，回程时借弹簧力或重力（垂直安装时）等外力使活塞反向运动，这种液压缸的连接管路少，结构和液压系统都比较简单。双作用单活塞杆式液压缸，因其活塞的一侧有伸出杆，两腔的有效工作面积不相等，故在不同的油路连接方式下，产生与双活塞杆式液压缸不同的特点。图3-5所示为双作用单活塞杆式液压缸的工作原理图。单活塞杆液压缸可以是缸体固定，活塞运动；也可以是活塞杆固定，缸体运动，无论采用哪一种形式，液压缸运动所占空间长度都是行程的二倍。双作用单活塞杆式液压缸有以下特点：（1）往复运动速度和推力不相等当液压缸无杆腔进压力油，有杆腔回油时（P，qV一定、回油腔压力为零），如图3-6（a）所示。活塞向右运动时的推力F1和运动速度v1分别为：当液压缸无杆腔进压力油，无杆腔回油时（P，qV一定、回油腔压力为零），如图3-6（a）所示。活塞向右运动时的推力F2和运动速度v2分别为：这种液压缸的结构紧凑，占地面积较小，常用于大、中型机床的驱动装置。另外，这种液压缸的特点是当无杆腔进油时推力大而速度慢，而有杆腔进油时，推力小而速度快，符合大多数工程机械的作业要求，因此在各种液压工程机械设备上，应用十分广泛。例2：已知单活塞杆液压缸的内径为100mm，活塞杆直径为50mm，工作压力为2MPa，流量为=10L/min，回油背压力为0.5MPa。试求活塞杆往返运动时的推力和运动速度？解：活塞杆伸出时的推力和运动速度活塞杆缩回时的推力和运动速度（2）能实现差动快进如图3-6（c）所示，当液压缸的左右两腔同时通入压力油时，由于无杆腔的总作用力较大，活塞以一定速度向右运动。此时，有杆腔排出的油液与泵供给的油液汇合后进入液压缸的无杆腔。这种连接方式称为差动连接。差动连接时，其活塞推力F3和运动速度v3分别为：式中，A3为活塞两端有效面积之差，即活塞杆的截面积为：例3：已知单活塞杆液压缸的内径D=50mm，活塞杆直径d=35mm，泵供油流量为8L/min。试求：（1）液压缸差动连接时的运动速度；（2）若缸在差动阶段所能克服的外负载为FL=1000N，无杆腔内油液的压力该有多大（不计管路压力损失）？解：（1）液压缸差动连接时的运动速度为（2）若FL=1000N，无杆腔内油液的压力为图3-7为双作用单活塞杆式液压缸的实物和结构原理图。它主要由缸底、缸体、活塞、活塞杆、Ｏ形密封圈、Y形密封圈、防尘圈和导向套等零部件组成，在缸底和缸体上分别开设油口。活塞与缸体之间的密封采用Y形密封圈；活塞和活塞杆之间的密封采用Ｏ形密封圈；导向套起导向、支撑作用；活塞上套着聚四氟乙烯支承环，起支撑作用；缸盖上设有防尘圈，防止活塞杆伸出部分的尘土杂质进入液压缸内污染油液，降低液压缸的使用寿命；活塞杆左端设有缓冲装置，避免活塞与缸底、端盖之间发生碰撞，产生较大的噪音，损坏零部件。三、柱塞式液压缸活塞式液压缸应用较广泛，但缸体内孔加工精度要求高，当运动件行程较长，缸体加工困难时，宜采用柱塞式液压缸。如图3-8所示，在煤矿中应用最为广泛的如单体液压支柱就是柱塞式液压缸。柱塞式液压缸是一种单作用式液压缸，在工作行程时，依靠液压力推动柱塞朝一个方向运动，回程时借重力（垂直安装时）或其他外力使柱活塞反向运动缩回。柱塞缸的柱塞和缸体内壁不接触，缸体内孔只需粗加工甚至不加工，故工艺性好，更适宜于做长行程液压缸。图3-9（a）所示的是一种典型的柱塞式液压缸。它由缸筒1、柱塞2、导向套3、密封圈4和压盖5等组成。它的特点是柱塞较粗，受力条件好，而且柱塞在缸体内与缸壁不接触，两者无配合要求，因而只需对柱塞表面进行精加工即可，缸体内孔不必进行精加工，表面粗糙度要求低。故柱塞式液压缸的制造工艺性较好，更适宜于做长行程液压缸。为了得到双向运动，柱塞缸常常成对使用，如图3-9（b）所示。柱塞缸工作时，柱塞总是受压，因此它必须具有足够的刚度。为了减轻重量，防止柱塞下垂（水平放置时），降低密封装置的单面摩擦，柱塞通常做成空心的。柱塞上的有效作用力F为：柱塞的运动速度为：式中：

d为柱塞直径。其它符号意义同活塞式液压缸。四、伸缩式液压缸伸缩式液压缸简称伸缩缸，又称多级缸。它由二级或多级活塞缸套装而成，图3-10所示。它主要由小活塞1、套筒2、O形密封圈3、缸体4、大活塞5和缸盖6等组成。前一级缸的活塞就是后一级缸的缸体，这种伸缩式液压缸的各级活塞依次伸出，可获得很大的行程。活塞伸出的顺序是从大到小，相应的推力也是由大变小，而伸出速度则由慢变快。空载回缩的顺序一般是从小活塞到大活塞，收缩后液压缸总长度较短，占用空间较小，结构紧凑。

伸缩缸常用于工程机械和其它行走机械，如起重机伸缩臂液压缸、自卸汽车举升液压缸等，都是伸缩缸。五、增压缸在液压系统中，整个系统需要低压，而局部需要高压，为节省一个高压泵，则可使用增压缸。增压缸是将低压泵输入的低压油转变为高压油，供液压系统中的高压支路使用。增压缸可分有单作用式和双作用式增压缸。图3-11（a）是增压缸的外形图。图3-11（b）是单作用增压缸的结构与工作原理。图3-11（c）所示的是单作用增压缸的图形符号。单作用增压缸由直径不同的两个液压缸串联而成，大缸为原动缸，直径为D，小缸为输出缸，直径为d。设原动缸的输入压力为p1

，输出缸的输出压力为

p2，若不计摩擦力，根据受力平衡关系，可有如下等式：整理得由式（3-12）可知，若于D=2d，则

p2=4p1

，即输出压力为输入压力的4倍。增压缸主要用于机构传递力或夹紧力要求较大的场合。六、摆动式液压缸摆动式液压缸是由液力驱动输出转矩，并实现往复摆动的执行元件，简称摆动缸。摆动缸主要包括：叶片式、齿轮齿条式、螺旋式三种结构形式。1.叶片式摆动缸叶片式摆动缸有单叶片和双叶片两种结构形式。单叶片摆动缸摆动的角度一般不超过300º；双叶片摆缸的摆动角度一般不超过150º，其输出转矩是单叶片摆动缸的两倍，角速度是单叶片摆动缸的一半。图3-12（a）

所示为摆动缸的实物外观图。图3-12（b）

所示为单叶片摆动缸的工作原理。输出轴3上装有叶片5，叶片5和封油隔离块1将内部空间分成两腔。当摆缸的一个油口接通压力油，而另一油口接回油时，叶片在油液压力作用下产生转矩，带动输出轴3摆动一定的角度。这种摆动缸一般用于摆动角度小于300º的回转工作部件的驱动。图3-12（c）所示为双叶片摆动缸的工作原理。图3-12（d）为

摆动缸的图形符号。当单叶片摆动缸输入的液压油压力为p1，回油液压力为p2

，摆动轴输出的转矩T为：输出角速度为：图3-13为单叶片式摆动缸的结构原理，图3-14为为双叶片式摆动缸的结构原理。叶片式摆动缸的结构紧凑，转动惯量小、动作灵敏、转动均匀脉动小。输出转矩大，但密封性差，泄漏较大、不能在很低的转速下工作，当负载增加时转速将迅速降低。一般仅用于机床和夹具的夹紧装置、送料装置、转位装置、周期性进给机构等中低压液压系统或工程机械。

2.

齿轮齿条式摆动缸齿轮齿条式摆动缸是由带齿条杆的双活塞缸和齿轮、齿条等机构组成。如图3-15为所示，活塞的往复直线运动经齿条带动齿轮变成齿轮轴的往复摆动。图3-15（a）和图3-15（b）分别为单齿条摆动缸和双齿条摆动缸的外观图。双齿条摆动缸产生的转矩为单齿条摆动缸的二倍。图3-15（c）为齿轮齿条式摆动缸的图形符号。图3-15（d）为单齿条摆动缸的工作原理图，图3-15（e）为单齿条摆动缸的结构图。齿轮齿条式摆动缸的优点是适宜于传递大扭矩、安装简单、使用方便、价格便宜。

其缺点是外形尺寸大、占用空间较多。常用于组合机床上的回转工作台、分度机构上。

3.

螺旋式摆动缸螺旋式摆动液压缸是一种利用大螺旋升角的螺旋副实现旋转运动的特殊液压缸。这种液压缸体积小、重量轻、结构紧凑。与叶片式摆动缸相比，它输出转矩大，容积效率高。特别是它的摆动范围可以大于360°。因此，对于需要低速大角度的摆动机构来说特别适用。图3-16（a）所示为螺旋式摆动液压缸的实物图，图3-16（b）所示为螺旋齿环、带有内外螺旋齿的活塞套和输出轴三者的组合关系。图3-16（c）所示为其结构原理图。螺旋式摆动缸的结构独特，活塞套上的外螺旋齿与固定在缸体内的螺旋齿环的内螺旋齿啮合，同时活塞套上的内螺旋齿与输出轴（法兰）上的外螺旋齿啮合。当压力油进入缸体内时，活塞套因与螺旋齿环相啮合，既作直线移动，又作旋转运动，同时，输出轴又在与活塞套的啮合传动下输出旋转运动。螺旋式摆动缸的特点是大螺旋升角，由最紧凑的结构实现较高的扭矩输出、精确的摆动角度、高承载能力、抗冲击、零泄漏、运行极其平稳，可实现极低转速，但是加工难度大，成本较高。广泛应用于高空作业平台车工作框摆动；矿山设备钻臂的摆动定位；农业设备、公路设备的轮胎或履带转向；清扫车、叉车等执行机构的摆动；垃圾车垃圾桶的翻转等。特别适用于安装空间有限的结构应用，实现执行机构的摆动。七、液压缸的典型结构液压缸主要由缸体组件、活塞组件、密封件和连接件等基本部分组成。为了防止活塞快速时撞击缸盖，有的液压缸端部还设有缓冲装置，有时还需要设置排气装置。

1.缸体组件缸体组件由缸体、前、后端盖和导向套等组成。

缸体组件和密封件构成了液压缸的密封容积，并承受液压力，所以缸体组件要有足够的强度和刚度、较高的表面精度和可靠的密封性。（1）缸体组件的连接形式

缸体组件的连接形式及其优缺点，如表3-2所示。①拉杆式

其结构简单，工艺性好，通用性大，但端盖的体积和重量较大，拉杆受力后会拉伸变长，影响密封效果，适用于中低压液压缸。②焊接式

将端盖直接焊在缸筒上，强度高，制造简单，但容易引起焊接变形，焊接热影响区的材料性能有所降低，焊口距缸筒内壁工作表面不应小于20mm,焊接式缸维修时需破坏端盖才行。③内螺纹连接

在缸筒端部加工出内螺纹和退刀槽，虽然会削弱缸筒强度，而且螺纹与缸筒要求同心，但其结构紧凑，外形美观，不易损坏。连接螺纹设计在端盖上，也可以用螺纹压圈紧固。④外螺纹连接

这种方式装拆方便，但需要专用工具。它使缸筒端部结构复杂化，螺纹要与缸筒的内径同心。螺纹对缸筒壁厚尺寸要求不大，很适合于无缝钢管做缸筒的液压缸。密封槽一般都设置在缸筒端面或端盖上，以免削弱缸简强度，为了防.止螺纹因冲击震动而松动，往往增加锁紧螺母或紧定螺钉。⑤外卡键连接

这种连接的强度好，结构紧凑，重量轻，装拆容易，但缸筒端部要切出卡键槽，使强度有所降低。外卡键一般由两个半环卡键组成，固定卡键可以用卡键帽。⑥内卡键连接

这种连接方式的优缺点同外卡键差不多，但装拆不便。为了便于装拆，卡键一般由三瓣组成第三瓣的剖切口平面必须与轴线平行，否则是装不进去的。装配卡键时，端盖外端面不能高出卡键槽，装好卡键后，端盖才能装到位。卡键与卡键槽的配合精度要适当，间隙过大、缸简卡键槽处会因受到冲击而产生剪切破坏。⑦法兰连接缸

筒端部设计有法兰，用螺栓将其与端盖连接起来。法兰连接结构简单，加工和装拆都很方便，只是外形尺寸和重量都较大。法兰与缸筒有整体式的，多作成铸件或锻件缸简，加工余量较大，浪费材料;还有焊接法兰式，多为钢质缸筒，将无缝钢管制成的缸筒与法兰焊接在一起，其焊缝要进行强度计算。法兰连接是液压缸中使用最普遍的结构形式。⑧弹性挡圈式

弹性卡圈有弹性卡圈和钢丝弹性卡圈两种。由于它们都是标准件，因此使用方便，但装拆不方便，尤其是钢丝，必须专用工具。因缸壁厚度较薄，一般用于中低压缸简钢丝截面可以制成圆形、梯形或矩形。（2）缸体、端盖、和导向套缸体是液压缸的主体，其内孔一般采用镗削、磨削、珩磨、滚压等精密加工方法，表面粗糙度Ra值为0.1～0.04μm，保证活塞及密封件、支承件顺利滑动，减小摩擦。缸体组件要承受很大的液压力，所以也要有足够的强度、刚度。端盖装在缸体的两端，同样承受很大的液压力，要有足够的联接强度和可靠的密封性，应此，应选择工艺性良好的联接结构。导向套对活塞和柱塞起支承和导向作用，其材料耐磨，并有足够的长度。若不设导向套，则端盖孔起导向作用。

2．活塞组件活塞组件由活塞、活塞杆和连接件等组成。（1）活塞组件的连接形式活塞组件的连接及优缺点如表3-3所示。（2）活塞与活塞杆活塞受液压力的作用，在缸体内作往复直线运动，所以应具有一定的强度和耐磨性。它常用耐磨铸铁制造。活塞结构分为整体式和组合式。活塞杆是连接活塞和工作部件的传力零件，也要有足够的强度、刚度，通常为钢件。活塞杆在导向套内作往复直线运动，其外圆柱表面要耐磨和防锈，故其表面有时采用镀铬工艺。

3.

液压缸的缓冲装置当运动部件的质量较大，运动速度较高（如大于12m/min）时，由于惯性力较大，具有很大的动量，因而在活塞运动到缸体的终端时，会与端盖发生机械碰撞，产生很大的冲击和噪声，严重影响机械精度。为此，在大型、高速或高精度的液压设备中，必须设置缓冲装置。常见的缓冲装置主要有下述几种。

（1）环状间隙式缓冲装置图3-17(a)所示为一种环状间隙式缓冲装置。它由活塞上的圆柱形柱塞和液压缸端盖上的内孔组成。当缓冲柱塞进入缸盖上的内孔时，封闭在液压缸腔内的油液只能从环形间隙δ排出，产生缓冲压力，从而实现减速缓冲。在缓冲过程中，由于这种装置的节流面积不变，故缓冲开始时产生的缓冲制动力很大，但很快就降低了，其缓冲效果较差，然而这种装置结构简单。为了使缓冲作用均衡，可将圆柱形柱塞加工成

为5°左右的圆锥体，如图3-17(b)所示。这种缓冲装置过流缓冲压力均匀，其缓冲效果较好。（2）可变节流式缓冲装置图3-17(c)为磨床砂轮架快速进、退液压缸，活塞的两端开有轴向三角槽，前、后端盖上的钢球起单向阀作用。在活塞起动时，压力油顶开钢球进入液压缸，推动活塞运动。当活塞接近缸的端部时，回油路被活塞逐渐封闭，使缸内油液只能通过活塞上的轴向三角槽缓慢排出，从而使活塞受到制动作用而减速。这种缓冲装置节流口的过流断面随活塞的移动而逐渐减小，缓冲作用均匀，冲击压力小，制动位置精度高。（3）可调节流式缓冲装置图3-17(d)为可调节流缓冲液压缸，当活塞运动到缓冲柱塞插入a腔时，a腔的油液只能经节流阀排出，使回油阻力增大，活塞运动速度减慢，从而实现制动缓冲。调节缓冲节流阀的开口大小，便可改变缓冲的速度和效果。当活塞反向运动时，压力油经单向阀进入液压缸，使活塞迅速起动。上述各种缓冲装置只能在液压缸全行程终了时才能起缓冲作用。当执行元件在行程中间停止运动时，上述装置不起作用。这时，可在回油路上设置行程节流阀来实现缓冲。4.

液压缸的排气装置液压系统往往会混入空气，使系统工作不稳定，产生爬行和前冲等现象，严重时会使系统无法正常工作。因此，在设计液压缸时，必须考虑空气的排除。对于要求不高的液压缸，往往不设专门的排气装置，而是将油口布置在缸体两端的最高处，由流出的液压油将缸中的空气带走；对于速度稳定性要求较高的液压缸和大型液压缸，常在液压缸的最高处设置专门的排气装置，如排气阀、排气塞等。图3-18(a)为排气阀，图3-18(b)和图3-18(c)为两种不同的排气塞，当松开排气塞螺钉时，带有气泡的油液就会排出，空气排完后拧紧螺钉，液压缸便可正常工作。

八、液压缸的安装、调整和常见故障及排除方法1.液压缸的安装液压缸与机体的各种安装方式如表3-4所示。当缸筒与机体间没有相对运动时，可采用支座或法兰来安装定位；如果缸筒与机体间需要有相对转动时，则可采用轴销、耳环或球头等连接方式。液压缸在设备上安装时必须保证其轴线与负载作用轴线同轴，以免因存在侧向力而导致密封件、活塞和缸筒内孔过早磨损。对于较长液压缸，应该考虑热变形和受力变形对液压缸工作性能的影响。2.液压缸的组装与调整液压缸无论是制造组装还是修理后组装，都必须严格按技术要求进行操作和检测。液压缸装配前应认真清洗零件和去除毛刺；活塞与活塞杆组装好后，应检测两者的同轴度和活塞杆的直线度；缸盖装配应该调整活塞与缸筒内孔、缸盖导孔的同轴度，均匀紧固螺钉，以便活塞在全行程内移动轻重一致。安装O形密封圈时，要求有一定的预压缩量，如果压缩量过小，则密封性能差，反之，摩擦阻力增大，使密封圈在沟槽中产生扭曲，加快磨损，降低使用寿命；安装Y形密封圈时，要注意密封圈的安装方向，要使唇口对着油压作用方向，特别是轴用和孔用密封圈不能装错；安装V形密封圈时，也要注意唇口对着油压作用方向，调整时不能压得过紧，以不漏油为限度。对于压力较高的液压缸，其活塞沟槽内除密封圈外，还要装挡环或耐磨环。它们都由聚四氟乙烯材料制成，耐腐蚀，热膨胀系数较大，弹性较差，如果直接安装则活塞的各台阶、沟槽容易划伤其密封表面，影响密封效果。为保证挡环和耐磨环安装时不被损坏，在安装前先将其在100℃的油液中浸泡20min，使其逐渐变软，然后用专用工装将其装人活塞的沟槽中。在往活塞上安装密封件圈、挡环和耐磨环时，采用的专用工装如图3-19所示。它是由锥形定位套和扩张套组成的，锥形定位套由塑料或金属材料制成，前端加工成止口状，其内径与活塞外径相适应，后端为锥体状，对密封件和扩张套起引导作用；扩张套由聚甲醛塑料或弹性较好的65Mn钢经热处理制成，呈均匀对称的8瓣结构。安装时，把密封件和扩张套装在锥形定位套的锥面上，扩张套一边作轴线方向移动，一边均匀涨开，逐渐将密封件推入活塞沟槽内。每一种规格的密封件都应有一套对应的工装来保证其装配要求。安装完成后不允许密封圈有折皱、扭曲、划伤和装反的现象存在。液压缸安装或装配以后，在检查确认各部位无泄漏和无异常后，要对其进行调整。对于有排气装置的液压缸，先将缸内压力降到（0.5～1）MPa左右，然后使活塞往复运动，打开排气塞进行排气，看到油液排出立即关闭排气塞。对装有可调节缓冲装置的液压缸，在活塞往复运动时，先将节流阀调在流量较小的位置上，然后逐渐调节节流口大小，直到满足要求为止。3.液压缸的常见故障及排除方法液压缸常见的故障原因及排除方法如表3-5所示。【知识拓展】数字液压缸

数字液压缸是一种将步进或伺服点机、液压滑阀、闭环位置反馈设计组合在液压缸内部，接通液压油源，所有的功能直接通过数字缸控制器或计算机或可编程逻辑控制器（PLC）发出的数字脉冲信号来完成长度矢量控制的高新技术产品。

数字液压缸采用先进的数字技术，可适合多参数多系统协同工作，运动控制精度高，实现无损失远程控制执行；它性能优越，抗干扰能力强，电磁辐射小，冲击振动小，快速实现自动和手动转换控制；它设计简单、使用维护方便。数字液压缸在使用中，可以实现单缸多段调速、多点定位、两缸或两缸以上进行差补运动，完成曲线轨迹运动。它用步进电机作为信号输出，使液压缸活塞杆完全按照步进电机的运动而运动，既不失步，又有几百、几千吨的推力。它的控制系统简单。一台微机或可编程逻辑控制器（PLC）就可以完成单或多缸的多点、多速控制，也可完成多缸的同步、插补运动。它只需油泵、溢流阀（或数字压力阀）组成的液压源就可接管使用，无需任何方向阀、流量阀、调速阀、单向阀、同步阀等繁杂液压元件。也省略了这些阀件的安装集成块，也无需行程开关、继电器等电气元件。使液压系统高度简化，使成本降低、操作简单、实用可靠。第二节

液压马达液压马达是将液体的压力能转换成旋转运动机械能的转换元件，它能起到与电动机相类似的作用，因而在液压设备中被广泛应用。一、液压马达的类型与性能参数1.液压马达的类型液压马达的种类较多，常用的分类方法有：（1）按其排量V能否调节来分，可分为定量液压马达和变量液压马达。（2）按其液体的可输入方向来分，可分为单向液压马达和双向液压马达。（3）按其结构形式来分，可分为齿轮液压马达、叶片液压马达和柱塞液压马达。其中柱塞液压马达又分有径向式和轴向式柱塞液压马达。(4)按额定转速来分，可分为高速液压马达和低速液压马达两大类。额定转速高于500r/min的属于高速液压马达，反之，属于低速液压马达。液压马达的图形符号如图3-20所示。2.液压马达的特点

（1)液压马达的排油口压力稍大于大气压力，进、出油口直径相同。（2)液压马达往往需要正、反转，所以在内部结构上应具有对称性。（3)在确定液压马达的轴承形式时，应保证在很宽的速度范围内都能正常工作。（4)液压马达在启动时必须保证较好的密封性。（5)液压马达一般需要外泄油口。（6)为改善液压马达的起动和工作性能，要求扭矩脉动小，内部摩擦小。3.液压马达的性能参数

（1）

液压马达的压力

①工作压力pM

是指液压马达的实际工作压力，即输入油液的压力。在计算时应是马达入口压力与出口压力之差。

②公称（额定）压力pEM

是指液压马达在正常工作条件下，按试验标准规定连续运转中，允许达到的最高压力。当超过这个最高压力就是过载。（2）

液压马达的排量液压马达的排量VM

是指在无泄漏的情况下，液压马达轴转一转时所吞入的油液体积。（3）

液压马达的流量①理论流量qVtM

是指液压马达在在无泄漏的情况下，单位时间内所吞入的油液体积。它等于液压马达的排量与转速的乘积，即

②实际流量qVM

是指液压马达在工作时，单位时间内实际输入的油液的体积。由于存在油液的泄漏，液压马达的实际输入流量大于理论流量。③公称（额定）流量qEM

是指在公称转速和公称压力下输入到液压马达的流量。（4）液压马达的功率①输入功率PiM

液压马达的输入功率就是驱动液压马达运动的液压功率。它等于液压马达的工作压力乘以输入流量，即②输出功率PoM

液压马达的输入功率就是驱动液压马达运动的液压功率。它等于液压马达的工作压力乘以输入流量，即（5）液压马达的效率①容积效率

和转速n

由于存在泄漏，液压马达的理论流量qVtM总是小于液压马达的实际输入流量qVM。其容积效率

为理论流量qVtM与实际输入流量qVM的比值，即由式(4-14)可得液压马达的转速为②机械效率

和输出转矩TM

由于有各种摩擦损失，液压马达的实际输出转矩TM总是小于其理论转矩TtM。其机械效率为实际输出转矩TM与理论转矩TtM的比值，即由式(2-16)可得液压马达的输出转矩为③总效率

由于液压马达在能量转换时总有一部分能量作无用功而损耗掉（泄漏流量损失、机械摩擦损失），所以液压马达的输出功率POMPOM总是小于液压马达的输入功率PtM的。其总效率

为例4：某液压马达的排量为VM=100mL/r，输入压力为10MPa，背压力为1MPa，容积效率=0.96，机械效率=0.86，若输入流量为40L/min，求液压马达的输出转速、转矩、输入功率和输出功率。解：液压马达的输出转速为液压马达的输出转矩为液压马达的输入功率为液压马达的输出功率为二、液压马达的工作原理与结构

液压马达和液压泵的作用完全相反，在原理上二者是可以互逆的，在结构上虽然十分类似，但在具体结构上还是有所区别的。

1.齿轮式液压马达如图3-21所示为齿轮式液压马达的实物与结构工作原理图。图中A为两齿轮的啮合点，设轮齿的高为h，啮合点A到两个轮齿的距离分别为a和b，a和b均小于h。若输入油液的压力为p，齿宽为B，排油口为低压油液，进油口为高压油液。当压力油液作用在齿面上时，作用力phB使齿轮2逆时针转动，作用力pbB使齿轮2顺时针转动，其差值p（

h-b）B使齿轮2逆时针转动；同理，作用力p（

h-a）B使齿轮5顺时针转动，图中箭头表示作用力的大小与方向，凡齿面两侧受力平衡的轮齿均不用箭头表示，齿轮转动时，低压油液从齿轮外缘齿间带到排油腔排出，使齿轮轴输出转矩和转速。从齿轮式液压马达的工作原理上看，若将压力油液输入齿轮泵中，压力油作用使齿轮转动，齿轮带动齿轮轴旋转，齿轮轴输出转速和转矩，齿轮泵就变成齿轮马达。齿轮马达和齿轮泵一样，由于泄漏严重，容积效率过低，工作压力低。齿轮马达一般属于高速低转矩液压马达，由于啮合点随时变化，输出转速和转矩产生较大脉动。所以，齿轮式液压马达一般用于低精度、低负载的工程机械、农业机械以及对转矩均匀性要求不高的机械设备上。2.叶片式液压马达

如图3-22（a）所示为叶片式液压马达的实物图，图3-22（b）所示为其工作原理图。当压力油进入压油腔后，在叶片1、3上一面作用有压力油，另一面为低压回油。由于叶片3伸出的面积大于叶片1伸出的面积，所以液体作用于叶片3上的作用力大于作用于叶片1上的作用力，从而由于作用力不等而使叶片带动转子作逆时针方向旋转。由于液压马达一般都要求能正、反转，所以叶片式液压马达的叶片要径向设置。为了使叶片根部始终通有压力油，在回、压油腔通入叶片根部的通路上应设置单向阀。为了确保叶片式液压马达在压力油通入后能正常起动，必须使叶片顶部和定子内表面紧密接触，以保证良好的密封。因此，在叶片根部应设置预紧弹簧。叶片式液压马达体积小，转动惯量小，动作灵敏，适用于换向频率较高的场合。但其泄漏量较大，低速工作时不稳定。因此，叶片式液压马达一般用于转速高、转矩小和动作要求灵敏的场合。

3.柱塞式液压马达

柱塞式液压马达有轴向式和径向式两种，径向式由于结构尺寸较大，

（1）径向柱塞式液压马达

图3-24所示为多作用内曲线径向柱塞式液压马达。当压力油经固定的配流轴6的窗口进入缸体内柱塞的底部时，柱塞向外伸出，紧紧顶住定子的内壁，由于定子的内壁为曲面，所以在柱塞与定子接触处，定子对柱塞的反作用力为F。F力可分解为径向力Fr和切向力Ft

两个分力。其中Ft力对缸体产生一转矩，使缸体旋转。缸体再通过端面连接的传动轴向外输出转矩和转速。以上分析的是一个柱塞产生转矩的情况，由于在压油区作用有好几个柱塞，在这些柱塞上所产生的转矩都使缸体旋转，并输出转矩。径向柱塞液压马达多用于低速大转矩的情况下。（2）轴向柱塞液压马达图3-25所示为轴向柱塞式液压马达工作原理图。斜盘1和配油盘4固定不动，缸体3及其上的柱塞2可绕缸体的水平轴线旋转。当压力油经配油盘通入缸孔进入柱塞底部时，柱塞受油压作用而向外顶出，紧紧压在斜盘面上，这时斜盘对柱塞的反作用力为F。由于斜盘有一倾斜角

，所以F可分解为两个分力：一个是轴向分力Fx，平行于柱塞轴线，并与柱塞底部油压力平衡；另一个分力是Fy，垂直于柱塞轴线。分力Fy对缸体轴线产生力矩，带动缸体旋转。缸体再通过主轴（图中未标明）向外输出转矩和转速，成为液压马达。由图可见，处于压油区（半周）内每个柱塞上的Fy都对缸体产生一个瞬时转矩Ti，各柱塞瞬时转矩Ti的总和就是液压马达的输出转矩T。图3-26所示为ZM型轴向柱塞液压马达的结构图。斜盘2（由止推滚动轴承组成）和配油盘7是固定不动的。旋转缸体部分分成缸体6和鼓轮3，装在输出轴1上。鼓轮用键与输出轴相连，作为传递动力使用。液压力通过柱塞8，使推杆9作用在斜盘上。斜盘的反作用力则使推杆和鼓轮产生旋转运动，带动输出轴转动。鼓轮又利用拔销5带动缸体一起转动。这样，推杆和鼓轮承受的颠覆力矩不会传到配油盘表面上去，同样柱塞和缸体也只承受轴向力，于是减小了相对运动件之间的不均匀磨损，提高了配油盘表面和密封性能。缸体和输出轴之间接触长度很短，使缸体有一定的自位作用，能更好地保证配油盘表面和缸体端面的良好接触。同时，缸体在三个均布的预紧弹簧4和作用在缸孔底面的液压力作用下，压向配油盘表面，保证密封可靠，并使接触面磨损后能自动补偿。由于采取了这些措施，故容积效率较高，能在较低转速下工作。该液压马达没有自吸能力，不能当作液压泵使用。液压马达体积小、工作压力大、流量大、动作灵敏、泄漏量小，低速工作时稳定性好。因此，该液压马达一般用于低转速、高转矩和动作要求灵敏的场合。三、液压马达的选用

选用液压马达时，可按下列步骤进行：（1）首先应根据负载转矩和转速要求，确定液压马达所需的转矩和转速大小。（2）再根据负载和转矩要求，确定液压马达的工作压力和排量大小。（3）根据设备运动部件的运动要求，确定采用单向还是双向、定量还是变量液压马达。（4）最后确定合适的液压马达的类型和规格型号。表3-6列出了常用液压马达的性能参数，可供参考。【技能训练】

液压缸的拆装1.训练目的通过拆装训练，使学生对液压缸和液压马达有进一步的观察和认识，加深理解液压缸和液压马达的组成、工作原理和结构特性，熟练掌握液压缸和液压马达的拆装和调整技能，培养学生分析问题、解决问题和实际动手能力，为学生今后走向就业岗位奠定扎实的基础。2.训练设备与工具（1）实物：双作用单活塞杆液压缸。（2）工具：内六角扳手、耐油橡胶板、油盆、固定扳手、钳工常用工具。（3）辅料：铜棒、棉纱、煤油等3.拆卸步骤（1）将缸体夹紧在工作台上，利用专用扳手拧开缸盖，取出导向套拉出活塞组件。（2）将活塞杆包上铜皮并夹紧在工作台上，取下弹簧挡圈，卸下卡环帽，取出卡环，用木锤或铜棒轻击活塞右端，将活塞从活塞杆左端取出。（3）清洗、检查和修理。特别应注意密封圈有无损坏、活塞杆是否弯曲、缸内壁划伤等。将配合表面涂润滑油，然后按与拆卸相反的顺序进行组装。4.技能训练要求（1）观察所拆液压缸的类型与安装形式。（2）观察活塞与活塞杆的结构与连接形式。（3）了解缸筒与缸盖的连接形式。缓冲装置的类型，分析其工作原理及调节方法。（4）观察密封圈的更换液压马达的拆装。5.注意事项（1）拆卸时应防止损伤活塞杆顶端螺纹，油口螺纹和活塞杆表面、缸筒内壁等。（2）拆卸时应按顺序进行。先拆缸盖，后拆活塞和活塞杆。（3）拆卸时不允许进行锤击和硬撬，必要时使用专用工具。

（4）拆卸下的零件要集中放置，妥善保管，以防丢失。（5）组装前要认真清洗各零件。（6）要正确安装各处的密封装置。对O形圈不要边滚动边套装；对Y形和V形圈注意其安装方向；对YX形圈要分清是轴用还是孔用。（7）螺纹连接件拧紧时要用专用扳手，扭矩应符合标准要求。（8）活塞与活塞杆组装后，需设法测量其同轴度和在全长上的直线度是否超差。（9）组装完毕后，活塞组件移动时应无阻滞感好阻力大小不均匀等现象。（10）训练结束后，要做好拆装工具、训练设备、训练场地的清理工作。6.思考与分析（1）液压缸是由哪些部分组成的？（2）活塞与缸体、端盖与缸体、活塞杆与端盖间的密封形式有哪些？（3）液压缸中各类零件的材料及缸体的结构特点是什么？巩固与练习一、填空题1．液压系统的执行元件是

、

。2．液压缸按其作用方式不同可分为

、

液压缸。3．活塞式液压缸可分为

式和

式两种结构形式，其安装又有

固定和

固定两种方式。4.液压缸活塞有效作用面积大，推力大

，速度

。5．液压缸由

、

、

、

、

等基本部分组成。6．柱塞缸只能实现__________运动。反向运动要靠

，若要实现双向运动，则必须

。7．摆动式液压缸有

、

、

等几种类型。8．液压马达按其额定转速可分_______

___、______

__