液压传动课件

第1章绪论机械传动机械传动mechanicaldrive

利用机械作用力传递动力和运动的传动。主要形式：

①靠机件间的摩擦力传递动力和运动的摩擦传动如：带传动、绳传动和摩擦轮传动等。易实现无级变速、适应轴间距较大的传动场合。过载打滑有缓冲和保护作用，但一般不能用于大功率的场合，也不能保证准确的传动比。

②靠主动件与从动件啮合或借助中间件啮合传递动力或运动的啮合传动如：齿轮传动、链传动、螺旋传动和谐波传动等。能用于大功率的场合，传动比准确，但一般要求较高的制造精度和安装精度。

典型产品：减速机、制动器、离合器、连轴器、无级变速机、丝杠、滑轨牛头刨床

1.1液压传动发展概况电气传动电气传动electricdrive利用电或磁作用力传递运动与动力的传动。电或磁作用力：电场作用力、磁场作用力、电磁场作用力

典型产品：电动机、电磁铁、磁悬浮列车1.1液压传动发展概况流体传动台风山洪

风力发电

水车利用流体动能液力传动1.1液压传动发展概况流体传动帕斯卡定律：

盛放在密闭容器内的静止液体上的任一点的压力变化，将以等值传递到液体中的各点。利用流体压力液压传动气压传动1.1液压传动发展概况1650年，帕斯卡提出静压传递原理1795年，英国出现世界上第一台水压机(迄今200多年)1930年，德国人托马发明斜轴泵20世纪40年代，第二次世界大战前后，得到飞速发展20世纪50年代，在国内得到长足发展（榆次、广研所、济南铸锻所等单位）20世纪50年代，苏联专家为我国液压行业培养第一批液压专业研究生北航、浙大、兰州理工、华中科技大、河南科技大学、吉林工大等校设立液压专业20世纪80年代，我国各液压厂家引进德国、日本、美国技术1.1液压传动发展概况传统的液压传动（30年代）电液伺服技术（40年代）电液比例技术（80年代）液压传动技术的新发展：液粘软启动技术、电液数字技术…1.1液压传动发展概况1.2.1液压传动的工作原理

帕斯卡定律：在密闭容器内，施加于静止液体上的压力将以等值同时穿液体中各点。图1-1液压千斤顶工作原理图动画演示

（1-2）1.力的传递

据上式，系统压力与外负载密切相关。由此得出液压传动工作原理的第一个重要特征：

液压与气压传动中工作压力取决于外负载。（1-1）液压缸中所产生的液体压力P2：作用在液压泵活塞上的作用力F1

由此得出液压传动工作原理的第二个重要特征：活塞的运动速度只取决于输入流量的大小，而与外负载无关。从上面的讨论还可以看出，压力和流量是液压传动中两个最基本的参数。2.运动的传递液压泵排出的液体体积等于进入液压缸的液体体积，则有：（1-3）上式两边同除以运动时间t得：q1=v1A1=v2A2=q2

（1-4）1.2.2液压传动系统的组成图1-2典型液压系统原理图1-液压泵

2-流量控制阀3-换向阀4-液压缸5-工作台6-溢流阀7-过滤器8-油箱动画演示ab2.从上面的例子可以看出，液压传动系统主要由以下五个部分组成：（1）功率输入装置（能源装置）：把机械能→流体压力能。如液压泵。（2）功率输出装置（执行元件）：把流体的压力能→机械能。如液压缸、液压马达。（3）控制元件：对系统中流体压力、流量和流动方向进行控制或调节的装置，如溢流阀等。（4）辅助元件：保证系统正常工作所需的上述三种以外的装置。如油箱、过滤器等。（5）工作介质：液压油等。为了简化液压系统的表示方法，通常采用图形符号来绘制系统原理图。图1-2（b）就是按GB/T786-2001绘制的图1-2(a)所示液压系统原理图。所谓液压传动的“控制方式”有两种不同的含义：一种是指对传动部分的操纵调节方式；另一种是指控制部分本身的结构组成形式。液压系统中控制部分的结构组成形式有开环式和闭环式两种，它们的概念和定义与“控制理论”中的描述完全相同。1.3液压传动控制方式（教材）图1-1所示的液压系统就是开环式的（它的框图见图1-3）图1-4所示为一个简单的液压伺服系统的工作原理图，它是手动控制式闭环液压系统的例子。1.4液压传动的特点1.液压传动的优点、缺点2.气压传动的优点、缺点优点：1）在同等体积下，液压装置比电气装置产生更高的动力。在同等功率下，液压装置体积小，重量轻，功率密度大，结构紧凑。2）工作比较平稳。3）能在大范围内实现无级调速4）易于自动化5）易于实现过载保护6）液压系统的设计、制造和使用比较方便。7）用液压传动实现直线运动远比用机械传动简单。缺点：1）较多的能量损失。2）工作性能易受温度变化的影响。3）液压元件的制造精度要求较高，因而价格较贵4）液压传动出现故障时不易找原因。优点：1）空气获得与排放方便2）便于集中供应和远距离输送。3）对元件的材料与制造精度要求较低4）气动系统维护简单，管道不易堵塞。5）使用安全,并且便于实现过载保护。缺点：1）平稳性不如液压传动2）总推力较小3）传动效率低

主要经历如下阶段：

17、18世纪—液压基础理论的建立（流体运动原理、物体在流动的液体中的粘性和阻力问题、流体能量传递原理、静压传递原理）

18世纪末—世界上第一台水压机由英国制造

19世纪至今—流体运动方程进一步发展，液压与气压传动在工程上得到了广泛的应用应用举例：1.5液压传动在机械工业中的应用

表1-1液压与气压传动在各类机械行业中的应用举例

行业名称应用举例工程机械挖掘机、装载机、推土机、铲运机等矿山机械凿岩机、开掘机、提升机、液压支架等建筑机械打桩机、液压千斤顶、平地机、建设机器人等冶金机械轧钢机、压力机等。机械制造机床、数控加工中心、气动扳手、压力机、模锻机、空气锤等。轻工机械打包机、注塑机、橡胶硫化机、食品包装机、真空镀膜机等汽车工业高空作业车、自卸式汽车、汽车起重机、转向器等。水利工程船闸水闸启闭机、船舵液压操纵等。发电厂涡轮机调速装置、核发电厂等等船舶甲板起重机械、船头门、舱壁阀、船尾推进器等特殊技术巨型天线控制装置、大型游戏机、升降旋转舞台等军事工业火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞机起落架、方向舵控制装置等。农林机械化肥包装机、联合收割机、拖拉机、农机悬挂系统等。压力机动画折弯机动画工程机器人1.5液压传动在机械工业中的应用压砖机械制鞋设备

火车铁轨机器起重机2.1液压液的特性和选择2.2液压液的污染及其控制章节目录

2.1.1液压液的分类2.1.2主要性质2.1.3对液压油的要求2.1.4液压液的选择和选用2.1液压液的特性和选择类型名称ISO代号特性和用途矿油型普通液压油L-HL精制矿油加添加剂，提高抗氧化和防锈性能，适用于室内一般设备的中低压系统抗磨液压油L-HML-HL油加添加剂，改善抗磨性能，适用于工程机械、车辆液压系统低温液压油L-HVL-HM油加添加剂，改善粘温特性，可用于环境温度-20~-40℃的高压系统高粘度指数液压油L-HRL-HL油加添加剂，改善粘温特性，VI值达175以上，适用于对粘温特性有特殊要求的低压系统，如数控机床系统液压导轨油L-HGL-HM油加添加剂，改善粘滑性能，适用于机床中液压和导轨润滑合用的系统全损耗系统用油L-HH浅度精制矿油，抗氧化性、抗泡沫性较差，主要用于机械润滑，可作液压代用油，用于要求不高的低压系统汽轮机油L-TSA深度精制矿油加添加剂，改善抗氧化、抗泡沫等性能，为汽轮机专用油，可作液压代用油，用于一般液压系统一、液压液的分类液压系统中使用的液压液按国际标准ISO6743-4∶1999的分类（我国国家标准GB/T7631.2—2003与此等效）类型名称ISO代号特性和用途乳化型水包油乳化液L-HFA又称高水基液，特点是难燃、黏温特性好，有一定的防锈能力，润滑性差，易泄漏。适用于有抗燃要求，油液用量大且泄漏严重的系统油包水乳化液L-HFB既具有矿油型液压油的抗磨、防锈性能，又具有抗燃性，适用于有抗燃要求的中压系统合成型

水-乙二醇液L-HFC难燃，黏温特性和抗蚀性好，能在-30℃～60℃温度下使用，适用于有抗燃要求的中低压系统磷酸酯液L-HFDR难燃，润滑抗磨性能和抗氧化性能良好，能在-54℃～135℃温度范围内使用，缺点是有毒。适用于有抗燃要求的高压精密液压系统1、密度密度是指单位体积的液体所具有的质量，其表达式为：

液体的密度会随着温度的增加而略有减小，随着压力的增加略有增大，从工程使用角度看，可以认为液压工作液体不受温度和压力变化的影响，在工程计算中可以忽略不计。。液体的重度和密度的关系为：二、液压油的物理性质1）压缩性

2、液体的可压缩性及膨胀性在温度不变的条件下，液体在压力(压强)改变时其体积要发生变化，这种性质称为液体的可压缩性。压缩系数：体积模量：2）膨胀性

在压强不变的条件下，液体在温度改变时其体积要发生变化，这种性质称为液体的膨胀性。膨胀系数：23、液体粘性1）牛顿内摩擦定律液体在外力作用下流动时，由于液体分子间的内聚力会阻碍液体分子的相对运动，这时会产生一定的内摩擦力，液体的这种特性称之为粘性。内摩擦力：内摩擦应力：22）粘度的表示方法

运动粘度：在实际应用中，常常运用动力粘度与密度的比值，即用运动粘度来表示液体粘度的大小。

动力粘度

：动力粘度也称绝对粘度，它代表着液体本身的一种物理性质—粘性。其单位为或

运动粘度单位：

1m2/s

=104St=106

cSt(=106

mm2/s)

斯(cm2/s)厘斯(mm2/s)

机械油的牌号：表示这种油在40℃时以mm2/s为单位的运动粘度的平均值。2相对粘度：雷氏粘度：”R（英国）赛氏粘度：SSU(美国)

恩氏粘度：（中国、德国和俄罗斯）恩氏粘度和运动粘度之间的换算关系是23）粘性与压力、温度的关系

粘性与压力的关系：一般而言，油液所受压力增大时，液体其粘性变大（粘压特性）。在压力不高且变化不大时，压力对粘性的影响可以忽略不计20MPa以下。粘性与温度的关系

：油液粘度对温度十分敏感，当油液温度升高时，粘度将显著下降。油液的粘度随温度变化的性质称为油液的粘温特性。液压油的粘度和温度之间的关系可表示为：2液压油的粘温特性一般用粘温特性曲线表示

部分液压油的粘温特性曲线图1-石油型普通液压油2-石油型高粘度指数液压油3-水饱和油乳化液

4-水-乙二醇液5-磷酸脂液三、对液压液的要求液压系统使用的液压液应具备如下性能合适的粘度。润滑性能好。质地纯净，杂质少。对金属和密封件有良好的相容性。对热、氧化、水解和剪切都有良好的稳定性。抗泡沫性好，抗乳化性好，腐蚀性小，防锈性好。体积膨胀系数小，比热容大。流动点和凝固点低，闪点（明火能使油面上油蒸气闪燃，但油本身不燃烧时的温度）和燃点高。对人体无害，成本低。四、液压液的选择和使用（一）液压液的选择液压液的选择通常要经历下述四个基本步骤：

列出液压系统对液压液以下性能变化范围的要求：粘度、密度、体积模量、饱和蒸气压、空气溶解度、温度界限、压力界限、阻燃性、润滑性、相容性、污染性等。查阅产品说明书，选出符合或基本符合上述各项要求的液压液品种。进行综合权衡，调整各方面的要求和参数。与供货厂商联系，最终决定所采用的合适液压液。（二）液压液的使用在使用液压液时，应注意如下几点：

对长期使用的液压液，氧化、热稳定性是决定温度界限的因素，因此，应使液压液长期处在低于它开始氧化的温度下工作。在贮存、搬运及加注过程中，应防止液压液被污染。对液压液定期抽样检验，并建立定期更换制度。油箱的贮液量应充分，以利于系统的散热。保持系统的密封，一旦有泄漏，就应立即排除。2.2液压液的污染及其控制2.2.1污染的种类及危害2.2.2污染的原因2.2.3污染的等级一、污染物的种类及危害污染原因残留污染物

：液压系统内的杂质（金属切屑、磨料、焊渣等）

侵入物污染

：周围环境中的灰尘通过外露的运动部件或者注油孔等部位进入到系统造成污染。生成污染物：液压系统本身不断的产生污垢（金属微粒、磨损颗粒等）以及液压油物理化学性能变化时产生的污染物造成液压油污染。液压液被污染后，将对系统及元件产生下述不良后果：固体颗粒加速元件磨损，堵塞元件中的小孔、缝隙及过滤器，使泵、阀性能下降，产生噪声。水的侵入会加速油液的氧化，并和添加剂起作用产生粘性胶质，使滤心堵塞。空气的混入会降低液压液的体积模量，引起气蚀，降低润滑性。溶剂、表面活性化合物化学物质会使金属腐蚀。微生物的生成使液压液变质，降低润滑性能，加速元件腐蚀。质量测定法把100mL的油液样品进行真空过滤并烘干后，在精密天平上称出颗粒的质量，然后依标准定出污染等级。颗粒计数法颗粒计数法是测定液压油液样品单位体积中不同尺寸范围内颗粒污染物的颗粒数，借以查明其区间颗粒浓度（指单位体积油液中含有某给定尺寸范围的颗粒数）或累计颗粒浓度（指单位体积油液中含有大于某给定尺寸的颗粒数）。二、污染的测定液压液的污染等级是按单位体积液压液中固体颗粒污染物的含量，即液压液中所含固体颗粒的浓度来划分的。为了定量地描述和评定液压液的污染程度，以便对它实施控制，我国制定了国家标准GB/T14039—2002《液压传动油液固体颗粒污染等级代号》（ISO4406：1999，MOD。三、污染的等级

液压泵:

将电动机或其它原动机输入的机械能转换为液体的压力能,向系统供油。液压马达：将泵输入的液压能转换为机械能而对负载做功。4.1概述两者间的关系：功用上—

相反结构上—

相似原理上—

互逆M2n2p1Q1p2Q2M1n1D一、液压泵分类按输油方向能否改变：单向、双向按使用压力：低压、中压、中高压、高压泵职能符号：马达职能符号：单向定量马达单向变量马达双向定量马达双向变量马达单向定量泵单向变量泵双向定量泵双向变量泵1、形成密封容积2、密封容积变化3、吸压油腔隔开（配流装置）二、液压泵基本工作条件（必要条件）吸油：密封容积增大，产生真空压油：密封容积减小，油液被迫压出单柱塞式液压泵工作原理1—凸轮2—柱塞3—弹簧4—密封工作腔5—吸油阀

6—压油阀动画演示

液压泵(马达)的基本性能参数主要有压力、排量、流量、功率和效率。工作压力：液压泵和液压马达的工作压力是指泵(马达)实际工作时的压力。对泵来说，工作压力是指它的输出油液压力；对马达来说，则是指它的输入压力。在实际工作中，泵的压力是由负载大小而决定的。额定压力：液压泵(液压马达)的额定压力是指泵(马达)在正常工作条件下，按试验标准规定连续运转的最高压力。超过此值就是过载。三、液压泵和液压马达的的主要工作参数几何排量V：泵(马达)每转一圈，由其几何尺寸计算而得到的排出(或吸入)液体的体积(即在无泄漏的情况下，其每转一圈所能输出的液体体积)，简称排量(m3／r)。理论流量qt：在不考虑泄漏情况下，泵(马达)在单位时间内排出(输入)的液体体积，称泵(马达)的理论流量。qt=V*n

(m3/s)实际流量q：泵工作时实际排出的流量。它等于泵的理论流量qt减去泄漏流量，即q=qt－ql。ql为容积流失，它与工作油液的粘度、泵的密封性及工作压力p等因素有关。对于马达，实际流量与理论流量的关系为： q=qt+ql额定流量qn：指在正常工作条件下，按试验标准规定必须保证的流量。亦即在额定转速和额定压力下泵输出(或输入到马达中去)的实际流量。功率液压泵由原动机(电机等)驱动，输入量是转矩和转速(角速度)，输出量是液体的压力和流量；液压马达则刚好相反，输入量是液体的压力和流量，输出量是转矩和转速(角速度)。如果不考虑液压泵(液压马达)在能量转换过程中的损失，则输出功率等于输入功率，也就是它们的理论功率是：

Pt=p·qt（泵）=Tt

·

ω（马达）其中，理论输入(输出)转矩为:Tt=p·V/(2π)

工作压力为p

=(2π)·Tt/V理论流量为qt

＝V×n

式中Nt—液压泵、马达的理论功率(W)；

Tt—液压泵、马达的理论转矩(N·m)；

液压泵和液压马达在能量转换过程中是有损失的，因此，输出功率小于输入功率，两者之间的差值即为功率损失，功率损失可以分为容积损失和机械损失两部分。

容积损失是因泄漏、气穴和油液在高压下压缩等造成的流量损失。对液压泵来说，输出压力增大时，泵实际输出的流量减小，泵的流量损失可用容积效率来表示：效率容积效率

对液压马达来说，输入液压马达的实际流量必然大于它的理论流量，其容积效率可表示为：式中ηv——液压泵、马达的容积效率；

Δq——液压泵、马达的泄漏流量(m3／s)；

q——液压泵、马达的实际流量(m3／s)。对于液压马达来说，由于摩擦损失，使液压马达实际输出转矩小于其理论转矩；它的机械效率为：机械损失是指因摩擦而造成的转矩损失。对液压泵来说，泵的驱动转矩总是大于其理论上需要的驱动转矩，机械损失用机械效率来表征：式中ηm——液压泵、马达的机械效率；

ΔT——液压泵、马达的损失转矩(N·m)；

T——液压泵、马达的实际转矩(N·m)。机械效率

液压泵的总效率是其输出功率和输入功率之比：式中η——液压泵、马达的总效率。液压马达的总效率同样也是其输出功率和输入功率之比。这就是说，液压泵或液压马达的总效率都等于各自容积效率与机械效率的乘积。总效率

液压泵的性能常用图4-1所示的性能曲线表示，曲线的横坐标为液压泵的工作压力p,纵坐标为液压泵的容积效率ηv(或实际流量ｑ)，总效率η和输入功率Ｐr。它是液压泵在特定的介质、转速和油温下通过试验做出的。图4-1液压泵的性能曲线四、液压泵的特性曲线

对某些工作转速在一定范围的液压泵或排量可变的液压泵，为了揭示液压泵整个工作范围的全性能特性，一般用图4-2所示的通用特性曲线表示。曲线的横坐标为泵的工作压力P,纵坐标为泵的流量q、转速n或排量V，图中绘制有泵的等效率曲线ηv，等功率曲线Ｐri。图4-2液压泵的通用性能曲线4.2齿轮泵

齿轮泵是一种常用的液压泵，主要特点是结构简单，制造方便，价格低廉，体积小，重量轻，自吸性能好，对油液污染不敏感，工作可靠；其主要缺点是流量和压力脉动大，噪声大，排量不可调。齿轮泵被广泛地应用于采矿设备，冶金设备，建筑机械，工程机械，农林机械等各个行业。齿轮泵按照其啮合形式的不同，有外啮合和内啮合两种，其中外啮合齿轮泵应用较广，而内啮合齿轮泵则多为辅助泵。外啮合齿轮泵的工作原理主动齿轮被动齿轮泵体吸油腔压油腔

由一对完全相同的圆柱齿轮及泵体、前后泵盖、传动轴、密封件等组成。其组成及工作原理见三维动画。工作原理：密封容积形成—齿轮、泵体内表面、前后泵盖围成,齿轮退出啮合,容积↑吸油。密封容积变化<齿轮进入啮合,容积↓压油吸压油口隔开—两齿轮啮合线及泵盖。齿轮泵没有单独的配流装置，齿轮的啮合线起配流作用。齿轮泵动画困油现象及其消除措施产生原因：∵

为保证齿轮连续平稳运转，又能够使吸压油口隔开，齿轮啮合时的重合度必须大于1。∴有时会出现两对轮齿同时啮合的情况，故在齿向啮合线间形成一个封闭容积。在工作过程中，就有一部分油液困在两对轮齿啮合时所形成的封闭油腔之内，如图所示，这个密封容积的大小随齿轮转动而变化。从图a)到图b)，密封容积逐渐减小；从图b)到图c)，密封容积逐渐增大；如此产生了密封容积周期性的增大减小。受困油液受到挤压而产生瞬间高压，密封空腔的受困油液若无油道与排油口相通，油液将从缝隙中被挤出，导致油液发热，轴承等零件也受到附加冲击载荷的作用；若密封容积增大时，无油液补充，又会造成局部真空，使溶于油液中的气体分离出来，产生气穴，这就是齿轮泵的困油现象。

困油现象使齿轮泵产生强烈的噪声，并引起振动和汽蚀，同时降低泵的容积效率，影响工作的平稳性和使用寿命。消除困油现象的方法：

通常是在两端盖板上开卸荷槽，当封闭容积减小时，通过卸荷槽与压油腔相通。而封闭容积增大时，通过卸荷槽与吸油腔相通，两卸荷槽的间距必须确保在任何时候都不使吸、排油相通。产生径向力的原因:（a）吸油腔侧压力低于压油腔侧压力；（b）齿轮的啮合力。

在齿轮泵中，油液作用在齿轮外缘的压力是不均匀的，从低压腔到高压腔，压力沿齿轮旋转的方向逐齿递增，因此，齿轮和轴受到径向不平衡力的作用，工作压力越高，径向不平衡力越大，径向不平衡力很大时，能使泵轴弯曲，导致齿顶压向定子的低压端，使定子偏磨，同时也加速轴承的磨损，降低轴承使用寿命。径向不平衡力减小径向力偏载的措施：a）减小压油口直径；使压油腔的压力仅作用在一个齿到两个齿的范围内;b）增大扫膛处径向间隙；使齿顶不与定子内表面产生金属接触，并在支撑上多采用滚针轴承或滑动轴承;c）采用滚针轴承或滑动轴承；d）开减载槽，即将齿槽中的高压区引向低压吸油口，齿槽的低压区引向高压的排油口；e）过渡区连通。径向不平衡力压力平衡槽泄漏齿侧泄漏—

约占齿轮泵总泄漏量的5%径向泄漏—约占齿轮泵总泄漏量的20%~25%端面泄漏*—约占齿轮泵总泄漏量的75%~80%

泵压力愈高，泄漏愈大。外啮合齿轮泵高压腔的压力油可通过齿轮两侧面和两端盖间轴向间隙、泵体内孔和齿顶圆间的径向间隙及齿轮啮合线处的间隙泄漏到低压腔中去。问题：齿轮泵存在间隙，p↑△q↑ηv↓

径向不平衡力也∝pp↑径向力↑提高齿轮泵压力的方法：浮动轴套补偿原理：将压力油引入轴套背面，使之紧贴齿轮端面，补偿磨损，减小间隙。弹性侧板式补偿原理：将泵出口压力油引至侧板背面，靠侧板自身的变形来补偿端面间隙。提高外啮合齿轮泵压力措施4.3叶片泵

叶片泵是一种小功率泵，排油均匀，工作平稳，噪声小，它是一种单向运转、单向排油的油泵。叶片泵分为单作用叶片泵和双作用叶片泵。当转子转一圈时，油泵每一工作容积吸、排油各一次，称为单作用叶片泵。当转子转一圈，油泵每一工作容积吸、排油各两次，称为双作用叶片泵。

一般，单作用叶片泵往往是做成变量泵结构。双作用叶片泵则只能做成定量泵结构。单作用叶片泵

单作用叶片泵主要由配油盘1、轴2、转子3、定子4、叶片5、壳体6等零件组成，如图所示。叶片泵的定子具有圆柱形的内表面，转子上有均布槽，矩形叶片安放在转子槽内，并可在槽内滑动。转子中心与定子中心不重合，有一个偏心距e。结构工艺简单，可以实现各种形式的变量。作用在转子上的液压力不平衡，增大轴承磨损，缩短泵的寿命。若在结构上把转子和定子的偏心距e做成可变的，就成为变量叶片泵。单作用叶片泵的工作原理v密形成：定子、转子、叶片、配流盘围成

右半周，叶片伸出，v密↑，吸油

左半周，叶片缩回，v密↓，压油吸压油腔隔开：配油盘上封油区和叶片v密变化，转子逆转单作用叶片泵的流量

理论流量：qt=vn=2πBeDn

实际流量：

q

=qtηv=2πBeDnηv

结论：1)qt=f(几何参数、n、e)

2)∵n=ce变化q≠C∴变量泵e=0q=0

大小变化，流量大小变化方向变化，输油方向变化

故单作用叶片泵可做双向变量泵

e单作用叶片泵性能特点单作用叶片泵的转子上受有单方向的液压不平衡作用力，轴承负载较大。通过变量机构改变定子和转子间的偏心距e，就可改变泵的排量使其成为一种变量泵。为了使叶片在离心力作用下可靠地压紧在定子内圆表面上可采用特殊沟槽使压油一侧的叶片底部和压油腔相通，吸油腔一侧的叶片底部和吸油腔相通。单作用叶片泵定子、转子偏心安装，其容积变化不均匀，故其流量是有脉动的。但是泵内叶片数越多，流量脉动率越小。此外，奇数叶片泵的脉动率比偶数叶片泵的脉动率小，一般取13～15片叶片。双作用叶片泵

下图为双作用叶片泵的工作原理图，它的作用原理和单作用叶片泵相似，不同之处只在于定子内表面是由两段长半径圆弧、两段短半径圆弧和四段过渡曲线组成，且定子和转子是同心的，当转子逆时针方向旋转时，密封工作腔的容积在左上角和右下角处逐渐减小，为压油区；在左下角和右上角处逐渐增大，为吸油区。

吸油区和压油区之间有一段封油区将吸、压油区隔开。这种泵的转子每转一周，每个密封工作腔完成吸油和压油动作各两次，所以称为双作用叶片泵。由于双作用叶片泵有两个吸油区和两个排油区，并且各自的中心夹角是对称的，所以作用在转子上的油压作用力互相平衡。因此，这种油泵也称为平衡式叶片泵。双作用叶片泵工作原理V密形成：定子、转子和相邻两叶片、配流盘围成

右上、左下，叶片伸出，V密↑吸油

左上、右下，叶片缩回，V密↓压油

吸压油口隔开：配油盘上封油区及叶片

V密变化：转子逆转提高双作用叶片泵压力的措施

由于一般双作用叶片泵的叶片底部通压力油,就使得处于吸油区的叶片顶部和底部的液压作用力不平衡,叶片顶部以很大的压紧力抵在定子吸油区的内表面上,使磨损加剧,影响叶片泵的使用寿命,尤其是工作压力较高时,磨损更严重,因此吸油区叶片两端压力不平衡,限制了双作用叶片泵工作压力的提高。(1)减小作用在叶片底部的油液压力将泵的压油腔的油通过阻尼槽或内装式小减压阀通到吸油区的叶片底部,使叶片经过吸油腔时,叶片压向定子内表面的作用力不致过大。(3)使叶片顶端和底部的液压作用力平衡双叶片、叶片加弹簧结构(2)减小叶片底部承受压力油作用的面积叶片底部受压面积为叶片的宽度和叶片厚度的乘积,因此减小叶片的实际受力宽度和厚度,就可减小叶片受压面积。子母叶片、阶梯叶片限压式变量叶片泵

单作用叶片泵的结构类型有很多，按改变偏心方向的不同而分为单向变量泵和双向变量泵两种，双向变量泵能在工作中变换进、出油口，使液压执行元件的运动反向；按改变偏心方式的不同分为手调式和自动调节式变量泵，自动调节式变量泵又有限压式变量泵、稳流式变量泵等多种形式。限压式变量泵又可分为外反馈式和内反馈式。外反馈限压式变量叶片泵→Fs←PAX

限压式变量叶片泵是单作用叶片泵,根据前面介绍的单作用叶片泵的工作原理,改变定子和转子间的偏心距e,就能改变泵的输出流量,限压式变量叶片泵能借助输出压力的大小自动改变偏心距e的大小来改变输出流量。当压力低于某一可调节的限定压力时,泵的输出流量最大;压力高于限定压力时,随着压力增加,泵的输出流量线性地减少。→Fs←PAX外反馈限压式变量叶片泵的静态特性曲线AB段：Fs>pAxp增大，q不变（泄漏）BC段：Fs<pAxp增大，q迅速减小p增大到一定值时，q＝0注意各量对特性的影响：调节定子右边的螺钉，改变emax

，AB线上下平移调节压力调节螺钉的预压缩量x0

，BC线左右平移更换弹簧BC线斜率变化限压式变量叶片泵的应用执行机构需要有快、慢速运动的场合，如：组合机床进给系统实现快进、工进、快退等快进或快退：用AB段

工进：BC段定位夹紧：用AB段夹紧结束保压：用C点

或定位夹紧系统

柱塞泵是依靠柱塞在缸体孔内作往复运动时产生的容积变化进行吸油和压油的。由于柱塞和缸体内空都是圆柱表面，容易得到高精度的配合，密封性能好，在高压下工作仍能保持较高的容积效率和总效率。

柱塞泵形式众多，性能各异，应用非常广泛。根据柱塞的布置和运动方向与传动轴相对位置的不同，柱塞泵可分为轴向柱塞泵和径向柱塞泵两类。4.4柱塞泵轴向泵径向泵*缸体转动*斜盘、配油盘不动轴向柱塞泵直轴式轴向柱塞泵轴向柱塞泵工作原理密封容积变化密封容积形成—柱塞和缸体配合而成

在其自下而上回转的半周内的柱塞，在机械装置的作用下逐渐向外伸出，使缸体孔内密封工作腔容积不断增大，产生真空，将油液从配油盘配油窗口a吸入;在自上而下的半周内的柱塞被斜盘推着逐渐向里缩入，使密封工作腔容积不断减小，将油液经配油盘配油窗口b压出。吸压油口隔开——配油盘上的封油区及缸体底部的通油孔。

缸体逆转轴向柱塞泵工作原理大小变化，流量大小变化方向变化，输油方向变化δ斜盘式轴向柱塞泵变量原理斜盘与缸体中心线的夹角δ

=0，q=0∴斜盘式轴向柱塞泵可作双向变量泵！斜轴式轴向柱塞泵SCY14-1型轴向柱塞泵（p=32MPa）斜盘配油盘变量机构压盘缸体滑靴配油盘传动轴手动变量机构工作原理

其由手轮1带动螺杆2旋转，使变量活塞4上下移动并通过销轴5使斜盘6绕其回转中心O摆动，从而改变倾角δ的大小，达到调节流量的目的。这种变量机构结构简单，但操纵费力，仅适用于中小功率的液压泵。手动变量机构原理图1—手轮2—螺杆3—螺母4—变量活塞5—销轴6—斜盘变量机构径向柱塞泵结构特点：定子不动缸体（转子）转动偏心距e

配油轴（不动）衬套（与缸体紧配合）调节e的大小——变量泵改变e的方向——双向泵径向柱塞变量泵一般都是将定子沿水平方向移动来调节偏心距e。径向柱塞泵工作原理一、液压马达的分类和特点

。按结构形式：齿轮马达、叶片马达和柱塞马达等;按排量是否可调：变量马达和定量马达;按额定转速不同：高速液压马达和低速液压马达两大类。一般认为，额定转速超过500r/min称为高速液压马达，额定转速低于500r/min称为低速液压马达;按作用次数不同：分为单作用和多作用两种液压马达。1.分类4.5液压马达

二、齿轮马达工作原理齿轮1顺时针转动，齿轮2逆时针转动，高压侧轮齿逐渐脱离啮合，密封容积变大，高压油液不断进入；低压侧轮齿逐渐进入啮合，密封容积变小，低压油液不断排出，齿轮马达做连续回转运动。

应用用于高速、小扭矩的场合。三、叶片马达工作原理

叶片马达分单作用和双作用两种形式。右图为双作用叶片马达。

应用用于高速、小扭矩和动作灵敏的场合。四、柱塞马达工作原理

应用用于高速、小扭矩的场合，需和加速器配合使用。轴向柱塞式液压马达的种类也与轴向柱塞泵相同，分为斜盘式和斜轴式两类。液压马达的实际输出力矩为1.轴向柱塞式液压马达图4-22所示为多作用内曲线径向柱塞液压马达的结构原理图。2.径向柱塞式液压马达2五、液压马达特点（与液压泵相比）转速要求不同：液压马达为液压系统中的执行元件，需要它能在足够大的范围内进行转速调节，并对低速稳定性有一定的要求。转向要求不同：液压马达必须能实现正反双向运转，内部结构必须对称。进出口尺寸不同：液压马达的进出口尺寸相同，而对于液压泵，通常进油口尺寸大于出油口尺寸。自吸性能要求不同：液压马达输入的是高压液体，不必具备自吸能力。功能作用不同：液压马达是将液压能转换成机械能的转换元件，它是液压系统中的一种执行元件。液压泵是将机械能转换为液压能的转换元件，它是向液压系统提供具有一定压力和流量工作液体的动力油源。六、液压马达的主要性能参数

1.工作压力、额定压力：排量VM:不考虑泄漏的情况下，轴转一周所需要的供油体积，单位(m3/r)或(L/r)

理论流量qt:指单位时间内形成指定转速，由液压马达的密封容积变化计算所需要液体的体积，即

工作压力p：指液压马达工作时输入油液的实际压力。

额定压力pn：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。2.排量、流量和容积效率:实际流量qM：液压马达工作时不可避免的会有油液的泄漏，理论流量加上泄漏流量称为马达的实际流量。容积效率ηV：液压马达工作时不可避免的会有油液的泄漏，理论流量与实际流量之比称为容积效率。4.理论转矩、实际转矩和机械效率

理论转矩Tt

：是指在没有能量损失的情况下马达输出的转矩。实际转矩TM

：是指液压马达输出轴上实际输出转矩的大小。机械效率：实际转矩与理论转矩的比值。输入功率Pi：是指液压马达入口处输入的液压功率，它等于马达的工作压差与输入流量的乘积

。输出功率Po：是指液压马达输出轴上输出的机械功率。5.输入功率、输出功率和总效率

总效率：是指液压马达输出功率与输入功率的比值。4.6摆动液压马达

单叶片式双叶片式摆动液压马达是一种实现往复摆动的液压执行元件。它有单叶片式和双叶片式两种结构。单叶片式摆动液压马达，压力油从进油口进入缸筒，推动叶片和轴一起作逆时针方向转动，回油从缸筒的回油口排出。其摆动角度小于300°，分隔片用以隔开高低压腔。当进回油口互换时，马达反转。

双叶片式摆动液压马达。它有两个进、出油口，其摆动角度小于150°。在相同的条件下，其输出转矩是单叶片式的两倍T双

=2T单，角速度是单叶片式的一半ω双=1/2·ω单

。图4-24所示为液压泵的吸入管路，可以用来计算液压泵不产生气穴的条件。按伯努利方程，泵入口处的能量为（取动能修正系数α=1）4.7液压泵中的气穴现象

一、产生噪声的原因泵的流量脉动引起压力脉动，这是造成泵振动和噪声的动力源。液压泵在其工作过程中，当吸油容积突然和压油腔接通，或压油容积突然和吸油腔接通时，会产生流量和压力的突变而产生噪声。气穴现象。泵内流道具有突然扩大或收缩、急拐弯、通道面积过小等而导致油液湍流、旋涡而产生噪声。泵转动部分不平衡、轴承振动等引起的噪声。管道、支架等机械连接部分因谐振而产生的噪声。4.8液压泵的噪声

二、降低噪声的措施吸收泵的流量和压力脉动，在泵的出口处安装蓄能器或消声器。消除泵内液压急剧变化，如在配油盘吸、压油窗口开三角形阻尼槽。

装在油箱上的电动机和泵使用橡胶垫减振，安装时电动机轴和泵轴的同轴度要好，要采用弹性联轴器；或采用泵电动机组件。

压油管的某一段采用橡胶软管，对泵和管路的连接进行隔振。防止气穴现象和油中掺混空气现象。一般在负载小、功率小的机械设备中，可用齿轮泵和双作用叶片泵；精度较高的机械设备（例如磨床）可用螺杆泵和双作用叶片泵；负载较大并有快速和慢速行程的机械设备（例如组合机床）可用限压式变量叶片泵；负载大、功率大的机械设备可使用柱塞泵；机械设备的辅助装置，如送料、夹紧等要求不太高的地方，可使用价廉的齿轮泵。4.9液压泵的选用

欢迎提出宝贵意见和建议!本章结束！3.负载敏感变量径向柱塞泵图3-6负载敏感变量径向柱塞泵原理图3.2.2斜盘式轴向往塞泵1.工作原理图3-7斜盘式轴向柱塞泵

当传动轴以3-7图示方向带动缸体转动时。若柱塞直径为d,缸体柱塞孔分布圆直径为Ｄ，柱塞数为z，斜盘倾角为β，则斜盘式轴向柱塞泵的排量

(3-2)

图3-7为手动变量泵,若轴销距斜盘回转中心的力臂为L,则可得tgβmax=smax/L又由于轴销随同变量活塞一起位移，因此轴销的位移即变量活塞的位移s，于是有tgβ=s/L,代入公式(3-2)，则有

(3-3)

泵的排量与变量活塞的位移成正比：为限制柱塞所受的液压侧向力不致过大，斜盘的最大倾角αmax一般小于18°～20°。2.结构特点（1)

在构成吸压油腔密闭容积的三对运动摩擦副中，柱塞与缸体柱塞孔之间的圆柱环形间隙加工精度易于保证；缸体与配流盘、滑履与斜盘之间的平面缝隙采用静压平衡，间隙磨损后可以补偿，因此轴向柱塞泵的容积效率较高，额定压力可达32MPa。（2)

为防止柱塞底部的密闭容积在吸、压油腔转换时因压力突变而引起的压力冲击，一般在配流盘吸、压油窗口的前端开设减振槽(孔)，或将配流盘顺缸体旋转方向偏转一定角度放置。（3)

泵内压油腔的高压油经三对运动摩擦副的间隙泄漏到缸体与泵体之间的空间后，再经泵体上方的泄漏油口直接引回油箱，这不仅可保证泵体内的油液为零压，而且可随时将热油带走，保证泵体内的油液不致过热。（4)斜盘式轴向柱塞泵以及前面介绍的径向往塞泵和后面介绍的斜轴式轴向柱塞泵的瞬时理论流量随缸体的转动而周期性变化，其变化频率与泵的转速和柱塞数有关，由理论推导柱塞数为奇数时的脉动小于偶数，因此柱塞泵的柱塞取为奇数，一般为5、7或9。3.2.3斜轴式无铰轴向柱塞泵1.工作原理图3-8斜轴式轴向柱塞泵向柱塞泵2.恒功率变量轴向往塞泵图3-9恒功率变量机构原理图

叶片泵分为单作用叶片泵和双作用叶片泵两种，前者用作变量泵，后者为定量泵。1.工作原理图3-10双作用叶片泵结构3.3.1双作用叶片泵双作用叶片泵因转子旋转一周，叶片在转子叶片槽内滑动两次，完成两次吸油和两次压油而得名。图3-11泵的工作原理图a)b)2.结构特点（1）配流盘的两个吸油窗口和两个压油窗口对称布置，因此作用在转子和定子上的液压径向力平衡，轴承承受的径向力小，寿命长。（2）为保证叶片在转子叶片槽内自由滑动并始终紧贴定子内环，双作用叶片泵一般采用叶片槽根部全部通压油腔的办法。（3）由于双作用叶片泵的吸、压油经常是在定子的大半径圆弧和小半径圆弧段进行的，每个圆弧段半径不变，因此转子每转一圈的排量是个定值。与其他泵相比，双作用叶片泵运行更平稳，产生的噪声较小。（4）为了提高双作用叶片泵的工作压力，除了对有关零件选用合适的材料和热处理外，结构上采取必要的措施解决叶片卸荷问题，使叶片压向定子的作用力减小。通常有双叶片式，弹簧叶片式和母子叶片式等。

3.3.2单作用叶片泵

单作用叶片泵转子每转一周，吸、压油各一次，故称为单作用。1.工作原理图3-12单作用叶片泵工作原理图2.限压式变量叶片泵的变量原理

图3-13YBX型外反馈限压式变量泵的结构

图3-14限压式变量泵原理3.4齿轮泵3.4.1外啮合齿轮泵

齿轮泵是利用齿轮啮合原理工作的，根据啮合形式不同分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵两种。因螺杆的螺旋面可视为齿轮曲线作螺旋运动所形成的表面，螺杆的啮合相当于无数个无限薄的齿轮曲线的啮合，因此将螺杆泵放在齿轮泵一起介绍。1.工作原理图3-15齿轮泵结构图图3-16齿轮泵工作原理图

若瞬时最大流量为qmax，最小流量为qmin，平均流量为qp，则表示泵的瞬时理论流量脉动系数

(3-6)

值随齿数增多而减小。

齿轮泵的排量可根据轮齿齿谷的面积A=πm2得到

(3-7)

式中：z——齿数；

m——齿轮模数；

B----齿宽。结构特点(1)降低齿轮泵的噪声(2)泄漏(3)间隙补偿措施

(4)液压径向不平衡力:在齿轮泵中，由于在压油腔和吸油腔之间存在着压差，液体压力的合力作用在齿轮和轴上，是一种径向不平衡力，如图3-18a所示。

图3-18径向压力分布及合力径向不平衡力的大小为

(3-8)式中K——系数。对主动齿轮，K=0.75；对从动齿轮，k=0.85；

Δp----压油腔的压力；

B——齿轮宽度；

De——齿顶圆直径。由此可见，当泵的尺寸确定以后，油液压力越高径向不平衡力就越大。其结果是加速轴承的磨损，增大内部泄漏，甚至造成齿顶与壳体内表面的摩擦。减小径向不平衡力的方法有：1）开压力平衡槽2）缩小压油腔(5)因油现象与卸荷措施

1)因油现象图3-19

齿轮泵的困油现象3.应用

外啮合齿轮泵在采取了一系列的高压化措施后，额定压力可达32MPa。由于它具有转速高、自吸能力好、抗污染能力强等一系列优点，因此得到了广泛地应用。2)卸荷措施困油现象使齿轮泵产生强烈的噪声和气蚀，影响、缩短其工作的平稳性和寿命。消除困油的方法，通常是在两端盖板上开卸荷槽。3.4.2内啮合齿轮泵图3-20内啮合齿轮泵工作原理3.4.3

螺杆泵螺杆泵实质上是一种外啮合摆线齿轮泵，图3-21所示为一种三螺杆泵的结构图。图3-21

螺杆泵3.4齿轮泵下面举两个例子例1. 一变量泵的转子外经为d=83(mm)，定子内径为D=89(mm)，叶片宽度为B=30(mm)。求：（1）排量qp=16（cm3/转）时，其偏心量是多少？

（2）此泵最大可能的排量是多少？

例2.有一轴向柱塞液压马达，其平均输出转矩Tm=25(N/m2),工作压力Pm=50×105(Pa),最小转速nmin=2(转/分)，最大转速nmax=300(转/分)，其机械效率ηm=0.9，求所需的最大流量和最小流量各为多少？

欢迎提出宝贵意见和建议!本章结束！图3-1视频演示（标准）：容积式（单柱塞泵）的工作原理图图3-6视频演示（标准）：负载敏感变量径向柱塞泵原理图图3-9视频演示（标准）：恒功率变量机构原理图

图3-11视频演示（标准）

双作用叶片泵的工作原理图

图3-12视频演示（标准）

单作用叶片泵的工作原理图图3-16视频演示（标准）：齿轮泵工作原理图图3-22视频演示（标准）：内啮合齿轮泵工作原理图3-20视频演示（慢速）内啮合齿轮泵工作原理5.1液压缸的类型和特点5.1.1活塞式液压缸

液压缸的种类繁多，通常根据其结构特点分为活塞式、柱塞式和摆动式三大类；按其作用来分，有单作用式和双作用式。下面介绍几种常用的液压缸。(1）双杆活塞缸a)图5-7双杆活塞缸b)

因双活塞杆液压缸的两端活塞杆直径相等，所以当输入流量和油液压力不变时，其往返运动速度和推力相等。则缸的推力F和运动速度分别为：

式中A——液压缸的有效面积；ηm——液压缸的机械效率；

ηV——液压缸的容积效率；D——活塞直径；

d——活塞杆直径；q——输入液压缸的流量；

p1——进油腔压力；p2——回油腔压力。（2）单杆活塞缸a)b)c)图5-8单杆活塞缸

如图5-8所示，活塞只有一端带活塞杆，单杆活塞缸也有缸筒固定和活塞杆固定的两种安装形式。两种安装方式的工作台运转范围均为活塞有效行程l的2倍。单杆活塞缸因左、右两腔有效面积A1和A2不等，因此当进油腔和回油腔压力分别为P1和P2，输入左、右两腔的流量均为q时，液压缸左、右两个方向的推力和速度不相同。图5-9柱塞液压缸5.1.2柱塞液压缸

前面所讨论的活塞式液压缸的应用非常广泛,但这种液压缸由于缸孔加工精度要求很高，当行程较长时，加工难度大,使得制造成本增加。在生产实际中,某些场合所用的液压缸并不要求双向控制,柱塞式液压缸正是满足了这种使用要求的一种价格低廉的液压缸。当柱塞直径为d，输入液压油流量为q时，柱塞上所产生的推力F和速度v分别为：

（1）伸缩液压缸伸缩式液压缸又称多套缸，它是由两级或多级活塞式液压缸套装而成的，前一级活塞缸的活塞是后一级活塞的缸筒。当通入压力油时，活塞有效面积最大的缸筒以最低油压力开始伸出，当行至终点时，活塞有效面积次之的缸筒在压力油的作用下开始伸出。各级伸出速度取决于外伸缸筒的有效面积，外伸缸筒有效面积越小，伸出速度加快。伸缩式液压缸可以获得很长的行程，缩回时轴向尺寸又很小。下图5-10和5-11分别为双作用伸缩液压缸和单作用伸缩液压缸工作原理图。

5.1.3其它形式液压缸图5-11单作用伸缩液压缸图5-10双作用伸缩液压缸（2）齿条活塞液压缸

图5-12齿条活塞液压缸（3）增压缸（增压器）

图5-13增压缸5.2.1液压缸的典型结构5.2液压缸的典型结构和组成5.2.2液压缸的组成

液压缸按结构组成分为缸体组件、活塞组件、密封装置、缓冲装置和排气装置等。除密封装置将在第六章单独叙述外，下面介绍其它部分。（1）缸体组件图5-15缸筒与缸盖连接方式（2）活塞组件图5-16活塞与活塞杆的连接（3）缓冲装置图5-17液压缸的缓冲装置a)圆柱形环隙式b)圆锥形环隙式c)可变节流槽式d)可调节流孔式

（4)排气装置图5-18排气装置5.3液压缸设计和计算5.3.1液压缸主要尺寸的确定

液压缸的结构尺寸与主机的工作机构有直接关系。在对主机液压系统进行工况分析、编制负载图、确定各工况压力之后（详见第九章），根据工作机构负载、运动速度、工作行程等确定液压缸的尺寸和结构，对主要零件进行验算，最后进行液压缸的结构设计，具体设计时还需参考有关设计手册。1.液压缸设计中应注意的问题（1）在保证所获得速度和推力的前提下，应尽可能使液压缸各部分结构按有关标准来设计，尽量做到液压缸结构紧凑、加工、装配和维修方便。（2）尽量使活塞杆在承受最大负载时处于受拉状态，若受压应具有良好的纵向稳定状态。长行程的活塞杆伸出时，还应加辅助支承，避免活塞杆下垂。（3）液压缸热胀冷缩时应不受阻碍，所以液压缸在安装、固定时，液压缸只能一端定位。（4）根据液压缸具体工作条件，考虑是否有缓冲、排气和防尘等装置

。缸筒内径D已知液压缸的理论作用力F1、F2和供油压力P1对于单杆活塞缸，当无杆腔进油时，不考虑机械效率，缸筒内径D

：液压缸设计时，常选回油压力P2=02.液压缸主要尺寸的确定。当有杆腔进油时，不考虑机械效率，缸筒内径D的计算公式为同样，回油压力P2=0液压缸的理论作用力计算公式为。已知执行机构的速度V1，V2，和液压泵的流量q

对于单杆活塞缸，当无杆腔进油时，不考虑机械效率，缸筒内径D的计算公式为当有杆腔进油时，不考虑机械效率，缸筒内径D的计算公式为

最后将以上各式计算求得的值，选择其中最大者，圆整到标准值即可。。活塞杆直径d对于双作用单杆活塞缸，有速比要求时，其活塞杆的直径可根据往复运动的速比φ来计算，计算公式为

由于速比过大时会使无杆腔产生过大的回油压力，过小时则活塞杆太细，稳定性差。。缸筒长度L液压缸的缸筒长度是由各工作部件的行程长度及其结构上的要求共同确定的，包括活塞最大工作行程、活塞宽度（含密封件长度）、最小导向长度及特殊要求的其他长度等。3.强度校核（1）缸筒壁厚δ的校核

对中低压系统，由于缸筒的壁厚δ往往根据结构工艺的要求来确定，它的强度足够，通常可以不必校核。但在高压系统并且缸筒内径D较大时，则必须对壁厚进行校核。当D/δ≥10时，可按薄壁筒公式来校核

当D/δ＜10时，应按厚壁筒公式进行校核

（2）活塞杆的直径d的校核活塞杆主要承受拉、压作用力，其校核公式为：

当活塞杆计算长度≥10d时，受到轴向压缩负载超过某一临界值时，会失去稳定性，所以要按材料力学有关公式进行稳定性验算。（3）液压缸连接螺栓的直径校核当缸筒与缸盖用螺栓连接时，螺栓在工作中既承受拉应力又承受扭应力。计算时取螺栓所受外力的1.3倍，按材料力学有关公式进行校核。。5.4液压缸设计中应注意的问题

尽量使活塞杆在受拉状态下承受最大负载，或者在受压状态下工作。应保证它具有较好的稳定性。液压缸并非都要设置缓冲和排气装置，应根据具体情况而定。具体结构设计要按照最佳的结构形式进行，尽量采用标准件。确定液压缸安装固定形式时，必须考虑缸筒和活塞杆受热变形问题。定位销只能打在液压缸一端的两侧；双杆活塞缸的活塞杆与运动部件不能采用刚性连接。在保证实现设计要求的前提下，应使液压缸外形尺寸尽可能小，结构尽可能简单，以便于加工、装配和维修。5.5摆动式液压缸

摆动液压缸能实现小于360°角度的往复摆动运动，由于它可直接输出转矩，故又称为摆动液压马达，主要有单叶片式和双叶片式两种结构形式。摆动式液压缸如图5-20所示。图5-20摆动式液压缸

图5-20a为单叶片式摆动缸，它只有一个叶片，其摆动角度较大，可达300°。图5-20b为双叶片式摆动缸，它有二个叶片，其摆动角一般小于150°。当单叶片式摆动液压缸进出口油口压力为p1和p2，流入流量为q，叶片宽度为b，叶片底部和顶部回转半径为R1和R2，摆动缸的容积和机械效率分别为ηv

和ηm时。输出转矩TM和角速度ω分别为：

欢迎提出宝贵意见和建议!本章结束！图4-4视频演示（标准）

外啮合齿轮液压马达工作原理图4-3视频演示（标准）叶片液压马达的工作原理图4-7a视频演示（标准）：双杆活塞缸图4-7b视频演示（标准）：双杆活塞缸图4-8a视频演示（标准）：单杆活塞缸图4-8b视频演示（标准）：单杆活塞缸图4-8c视频演示（标准）：单杆活塞缸图4-9a视频演示（标准）：柱塞液压缸图4-9b视频演示（标准）：柱塞液压缸图4-10视频演示（标准）：双作用伸缩液压缸图4-11视频演示（标准）：单作用伸缩液压缸图4-12视频演示（标准）：齿条活塞液压缸图4-13视频演示（标准）：增压缸6.1液压阀概述6.1.1液压阀的作用

液压控制阀的种类繁多，但他们在液压系统的作用主要有三个方面：控制液压油的压力(压力控制阀)、流量（流量控制阀）和流动方向（方向控制阀），保证执行元件按照负载的需求进行工作。

尽管液压阀的种类繁多，且各种阀的功能和结构形式也有较大的差异，但都具有基本共同点：1.在结构上，所有液压阀均由阀体、阀芯（锥阀，滑阀或球阀）和驱动阀芯动作的元、部件组成。其中阀芯的结构如图所示。2.在工作原理上，所有液压阀的开口大小、进出口间的压差以及通过阀的流量之间的关系都符合孔口流量公式，只是各种阀控制的参数各不相同而已。表6-1液压控制阀的分类液压阀可按不同的特征进行分类，如表6-1所示。

6.1.2液压阀的分类6.1.3对液压阀的基本要求动作灵敏、使用可靠、工作时冲击和振动要小。阀口全开时，液流压力损失小；阀口关闭时，密封性能好。所控制的参量（压力或流量）稳定，受外干扰时变化量要小。结构紧凑，安装、调试、维护方便，通用性好。

稳态液动力是阀心移动完毕，开口固定之后，液流流过阀口时因动量变化而作用在阀心上的力。图6-1所示为油液流过阀口的两种情况。（一）稳态液动力6.2液压阀的共性问题6.2.1液动力瞬态液动力是滑阀在移动过程中（即开口大小发生变化时）阀腔中液流因加速或减速而作用在阀心上的力。图6-3所示为阀心移动时出现瞬态液动力的情况。（二）瞬态液动力引起液压卡紧的主要原因来自滑阀副几何形状误差和同心度变化所引起的径向不平衡液压力，即液压卡紧力。6.2.2卡紧力滑阀用于压力阀或方向阀时，压力油通过径向缝隙泄漏量的大小，是阀的性能指标之一。滑阀用于伺服阀时，实际的和理论的滑阀零开口特性之间的差别，也取决于泄漏特性。6.2.3阀的泄露6.3方向控制阀方向控制阀主要有单向阀和换向阀两类。6.3.1单向阀常用的单向阀有：普通单向阀和液控单向阀两种。1.普通单向阀（单向阀）

普通单向阀的作用是只允许液流沿一个方向通过，不能反向流动。普通单向阀如图6-5所示。

图6-5普通单向阀2.液控单向阀液控单向阀除进出油口、外，还有一个控制油口普通单向阀（正向）

内泄式液控单向阀（控制油口不通压力油时）外泄式液控单向阀

需要指出的是，控制压力油油口不工作时，应使其通回油箱，否则控制活塞难以复位，单向阀反向不能截止液流。6.3.2换向阀1）功能：

换向阀是利用阀芯在阀体中作相对运动，使油路接通、切断或改变流动方向，从而使执行元件启动、停止或变换运动方向。2）分类：

（1）按结构类型可分为滑阀式、转阀式和球阀式。（2）按阀体连通的主油路数可分为二通、三通、四通等。（3）按阀芯在阀体内的工作位置可分为二位、三位，四位等。

（4）按操作阀芯运动的方式可分为手动、机动、电磁动、液动和电液动等。

3．滑阀或换向阀的结构

不同的通数和位数构成了不同类型的换向阀，所谓二位阀、三位阀是指换向阀的阀芯有两个或三个不同的工作位置；二通阀、三通阀、四通阀是指其阀体上有两个、三个、四个各不相通且与系统中不同油管连接的油路接口。换向阀的功能主要就是由其控制的通路数和工作位置所决定。

换向阀都有两个或两个以上的工作位置，其中一个是常位，即阀芯未受外部操纵时所处的位置，绘制液压系统图时，油路一般应连接在常位上。4．滑阀式换向阀的操纵方式

滑阀式换向阀的操纵方式包括：手动(机动)、电磁动、液动和电液联合驱动等，见图6-4、6-5、6-6。图6-4三位四通手动换向阀

图6-5二位三通电磁换向阀（电磁铁得电时）

图6-6三位四通电液换向阀(电磁铁不得电时）(电磁铁得电时）Graphicssymbol（图形符号）Simplifiedgraphics（简化图形）5.滑阀的中位机能

三位阀有三个工作位置，根据需要，执行元件可在左位或右位工作。三位换向阀的阀芯在中间位置时，各通口间有不同的连通方式，可满足不同的使用要求，这种连通方式称为换向阀的中位机能。不同的中位机能是在阀体的尺寸不变的情况下，通过改变阀芯的形状和尺寸得到的。常见的中位机能、符号及其特点如表6-3所列。

表6-3三位四通滑阀的中位机能

表6-3三位四通滑阀的中位机能(续）

6.4压力控制阀6.4.1溢流阀

普通的压力控制阀包括溢流阀、减压阀、顺序阀和压力继电器，它们用来控制液压系统中的油液压力或通过压力信号实现控制。

溢流阀按结构型式分：（1）直动型；（2）先导型。它旁接在液压泵的出口保证系统压力恒定或限制其最高压力，有时也旁接在执行元件的进口，对执行元件起安全保护作用。

1.结构及工作原理（1）直动型

图6-7直动型溢流阀

直动型溢流阀的结构及其图形符号如图6-7所示。压力油从进口P进入阀后，经孔和阻尼孔后作用在阀芯4的底面上。若弹簧刚度为K，预压缩量为，阀芯直径为D，阀口刚开启时的进口压力为，通过额定流量时的进口压力为，作用在阀芯上的稳态液动力为，则得：（a）阀口刚开启时的阀芯受力平衡关系式（b）阀口开启溢流时阀芯受力平衡关系式（6-1）（6-2）注意两点：（a）调节弹簧的预压缩量x0，可以改变阀口的开启压力pk，进而调节控制阀的进口压力p，此处弹簧称之为调压弹簧。（c）阀口开启溢流的压力流量方程（6-3）联立求解式（6-1）和（6-2）可求得不同流量下的进口压力。（b）直动型溢流阀因液压力直接与弹簧力相平衡而工作的，若压力较高、流量较大，则要求调压弹簧具有很大的弹簧力，这不仅使调节性能变差，而且结构上也难以实现。所以滑阀式直动型溢流阀一般只用于低压小流量处。

(2)先导型

若系统压力和流量较大时，通常使用先导型溢流阀。其常见的结构如图6-8所示，它们由先导阀和主阀两部分组成。这种阀的工作原理是利用主阀上下两端油液压力差来使主阀阀芯移动的。

图6-8