液压与气压传动 课件 第4章 液压马达与液压缸

第4章

液压马达与液压缸液压与气压传动液压马达：回转运动，输出回转转矩和转速液压缸：直线运动，输出推力和直线运动速度液压缸液压马达目的任务

了解液压传动中各种执行元件的结构形式、工作原理掌握执行元件的特点和工作参数计算方法重点难点

液压马达的输出参数计算单杆活塞液压缸的结构、工作形式和工作参数计算

4.1液压马达

本节内容4.1.1液压马达概述4.1.2高速液压马达4.1.3低速液压马达4.1.4液压马达的应用实例

液压泵和液压马达都是液压传动系统中的能量转换元件

液压泵

机械能

压力能，是液压系统的动力源

液压马达

压力能

机械能，是液压系统的执行元件液压输出J液压马达液压泵机械输入液压输入机械输出4.1.1液压马达概述1.液压马达的特点及分类（1）液压马达的特点液压输出J液压马达液压泵机械输入液压输入机械输出液压马达与液压泵在工作原理上有可逆性，但因用途不同在结构上有些差别。1）液压马达工作中需要正反转，在结构上应具有对称性，并具有单独的泄油口。2）液压泵由原动机驱动，而液压马达由具有一定压力的液压油驱动，因此要求时刻保证进油腔和排油腔可靠隔离。3）液压马达不能仅靠切断进出油口实现制动，需依靠机械制动装置的辅助实现可靠制动。4）液压马达必须有较大的起动扭矩，要求保证初始密封性。如：叶片马达必须在叶片根部装上弹簧，以保证叶片始终贴紧定子内表面，以便马达能正常起动。5）液压泵在结构上需保证具有自吸能力，而液压马达没有这一要求。（2）液压马达的分类ns＞500r/min

ns<500r/min

2.液压马达的主要性能参数1）工作压力p

：液压马达输入油液的实际压力。大小取决于液压马达负载，液压马达进、出口压力的差值称为液压马达的压差Δp。2）额定压力ps：按试验标准，能使马达连续正常运转的最高压力。（2）流量与容积效率

1）实际流量qm

：

马达入口处流量为马达的实际流量。

2）理论流量

qmt

：

不计泄漏时，达到要求转速所需的进口流量。

qm＝qmt＋Δq

Δq为泄漏量

3）容积效率

ηmv＝qmt

/qm

＝1-Δq/qm（1）工作压力和额定压力（3）液压马达的排量与转速

1）排量V：为ηmv等于1时，输出轴旋转一周所需油液体积。

2）转速：液压马达的转速取决于供液的流量和液压马达本身的排量。爬行现象：当液压马达工作转速过低时，往往保持不了均匀的速度，进入时动时停的不稳定状态3）最低稳定转速：指液压马达在额定负载下，不出现爬行现象的最低转速。4）最高使用转速：

受马达使用寿命和机械效率的限制

由能量守恒定律知

实际输出转矩机械效率5）液压马达的功率、转矩与机械效率液压马达输入液压功率液压马达输出机械功率总效率3.液压马达图形符号

（a）单向定量马达（b）单向变量马达（c）双向定量马达（d）双向变量马达4.1.2高速液压马达

基本形式齿轮马达、叶片马达和柱塞马达等。特点结构和泵相同或相近，二者的零部件通用程度高。工作转速高，最高可达6000r/min转动惯量小，便于启动和制动，调节（调速和换向）灵敏度高。高速马达配置减速器，得到比低速大扭矩马达更好的低速稳定性，节省径向安装空间。1.叶片马达叶片马达的结构与工作原理初始状态：叶片伸出顶靠在定子内表面密闭容腔：叶片、转子、定子和两侧配流盘右端进油：顺时针旋转左端进油：逆时针旋转1-传动轴；2-燕式弹簧；3-配油盘；4-叶片；5-转子；6-后端盖；7-前端盖；8-轴承；9-密封；10-轴承

结构特点进出油口相等，有单独的泄油口；叶片径向放置，叶片底部设置有燕式弹簧；在高低压油腔通入叶片底部的通路上装有梭阀保证叶片根部始终通高压油。1.叶片

2.销子

3.燕式弹簧叶片梭阀定子燕式弹簧

应用转动惯量小，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、转速高、机械性能要求不严格的场合。2.轴向柱塞马达工作原理

结构特点轴向柱塞泵和轴向柱塞马达是互逆的。配流盘为对称结构。

应用

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，产生的转矩越大，转速越低。变排量3.齿轮马达结构特点1.进出油口相等，有单独的泄油口2.为减少起动摩擦力矩，采用滚动轴承3.为减少转矩脉动，齿数较泵的齿数多

齿数z》14。应用由于密封性能差，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。定排量p4.1.3低速液压马达特点：最低转速低，大约在5~10r/min输出扭矩大，可达几万牛顿米；径向尺寸大，转动惯量大。可以直接与工作机构直接联接，不需要减速装置，传动结构大为简化。低速大扭矩液压马达广泛用于起重、运输、建筑、矿山和船舶等机械上。低速液压马达的基本形式：径向柱塞式马达和摆线式马达等。1.摆线马达利用行星减速机构原理（即少齿差原理）的内啮合摆线齿轮液压马达配流轴式摆线马达结构组成1-配流轴2-辅助配流盘3-转定子副

摆线马达具有结构简单、体积小、质量轻、转矩大等优点。由于这种马达的单位质量功率比大、转速范围宽，使用可靠、低速稳定性较好、性价比高，在工程机械、农业机械等行业中有广泛的应用。2.多作用内曲线径向柱塞马达结构组成凸轮环（定子）横梁滚轮组缸体工作原理优点：输出转矩大，转速低，平稳性好。缺点：配油轴磨损后不能补偿，使效率下降。缸体压油口配油轴定子柱塞回油口上死点上死点下死点下死点abba4.1.4液压马达的应用实例1.盾构刀盘液压驱动系统驱动扭矩：5000kN·m~9000kN·m；转速：3~6r/min。实现刀盘正、反转要求，刀盘在规定的转速范围内可实现无级调速。因安装空间限制，不能直接采用低速大扭矩马达，故采用高速马达加减速器的方案，以实现减速增扭。系统采用多台大排量斜轴式轴向柱塞变量马达作为执行机构，经过减速机、大齿轮驱动刀盘旋转，满足刀盘低速和超大扭矩需求。目前采用的轴向柱塞马达最大排量达到500mL/r，额定压力35MPa。该马达可以无级设定最大、最小排量，X口外接控制油使马达在最大、最小排量之间切换。柱塞马达4.1.4液压马达的应用实例2.甘蔗收割机液压系统13个动作：甘蔗联合收割机液压系统要求实现行走、扶蔗、收割、压倒梳理、捡拾、剥叶、分叶、输出、切尾、切尾分叶、扶蔗升降、切尾升降和机架升降

。收割过程：装在收割机前端的扶蔗机构将倒伏的甘蔗扶起后，由切尾分叶装置将蔗梢引至切尾圆盘刀处，由高度可调的旋转圆盘切尾刀切去蔗梢，同时在与垄面平齐或垄面以下6~10厘米处，双圆盘式切蔗刀将蔗秆从根部切断，随后由甘蔗捡拾、剥叶和分叶通道输出到运输车内。采用液压马达形式：行走部分采用高速柱塞马达加减速器，扶蔗、梳理、捡拾、分叶机构因要求速度小于300r/min扭矩小于100N·m，因此采用了低速摆线马达。第4章

液压马达与液压缸液压与气压传动4.2液压缸本节重点内容1.液压缸的作用2.液压缸的基本组成3.液压缸的推力及速度计算4.液压缸的特点和应用

液压缸是将液压能转变为机械能的执行装置，将液压能转变为直线运动或摆动的机械能。液压缸输入为压力和流量，输出为力和速度按结构形式分为活塞式柱塞式回转式双作用式按作用方式分单作用式

4.2.1常用液压缸的类型和速度推力特性（1）双杆活塞液压缸基本组成：两侧都有活塞杆伸出缸筒固定活塞杆固定1.活塞缸

分为双杆活塞液压缸和单杆活塞液压缸两种工作原理运动部件移动范围是活塞有效行程的三倍运动部件移动范围是活塞有效行程的两倍缸筒固定活塞杆固定双活塞杆液压缸的速度、推力特性推力特性速度特性适用于要求往复运动速度和输出力相同的工况。应用

当两活塞杆直径相同、缸两腔的供油压力和流量都相等时，活塞(或缸体)两个方向的推力和运动速度也都相等。特点缸筒固定：活塞杆带动工作台移动活塞杆固定：缸筒与工作台相连（2）单杆活塞液压缸缸筒固定活塞杆固定活塞杆固定工作原理

缸筒固定：左腔连续输入压力油时，当油的压力足以克服活塞杆上的所有负载时，活塞杆以一定速度向右伸出，活塞杆对外界做功。反之亦然。活塞杆固定：左腔连续输入压力油时，则缸筒向左方向运动。反之亦然。缸筒固定活塞杆固定工作台移动范围是活塞有效行程的两倍。单杆活塞缸的三种工作形式无杆腔进油有杆腔进油

差动连接单活塞杆液压缸的速度、推力特性1）无杆腔进油速度推力

2）有杆腔进油速度推力由上式知：由于A1>A2，故F1>F2，V1<V2，即：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。两种工作方式比较速度推力特点和应用

供油压力和流量不变时，活塞在两个方向的运动速度和输出推力皆不相等。适用于伸出时承受工作载荷，缩回时为空载或轻载的场合。（3）差动连接

单活塞杆缸两腔同时通压力油差动连接的缸能双向运动？图示运动方向？向右运动差动连接时实际起有效作用的面积是活塞杆的横截面积。活塞推力运动速度由此可知，差动连接时的推力F3

比非差动连接时的推力F1

要小。前进（伸出）差动前进（伸出）后退（缩回）三种工作方式推力分析（不考虑损失）可见，差动连接时的速度v3

比非差动连接时的速度v1

要快。三种工作方式速度分析（不考虑损失）要使活塞往返运动速度相等，即V2=V3，则A1=2A2前进（伸出）后退（缩回）差动前进（伸出）差动缸差动连接特点在不增加油源流量的情况下，可以提高运行速度差动连接时，只能单方向运动退回时，必须解除差动连接2.柱塞缸柱塞缸的工作原理与特点图形符号向右运动双向运动1）是一种单作用式液压缸，柱塞回程靠其它外力或柱塞的自重；柱塞缸只能作单作用缸，要求往复运动时，需成对使用；2）柱塞只靠缸套支承而不与缸筒接触，这样缸筒内孔不需精加工，故适于做长行程液压缸；3）工作时柱塞总受压，因而它必须有足够的刚度；4）为减轻重量，减少弯曲变形，柱塞常做成空心。

柱塞缸的推力和速度计算（不考虑效率）推力速度1.增压液压缸

增压缸=活塞缸+柱塞缸增压缸不是将液压能转换成机械能，而是液压能的传递，使之增压，是一个增压器件，不是执行元件。4.2.2其他形式液压缸K：增压比K＝D2/d2增压原理增压能力是在降低有效流量的基础上得到的。输出压力输出流量局部区域获得高压特点增压缸作为油路中间环节，用在低压系统能满足有局部高压油路的场合。如粉末冶金行业，压力机，金刚石压机等。

应用由两个或多个活塞式缸套装而成，前一级活塞缸的活塞杆是后一级活塞缸的缸筒。分类：双作用伸缩缸:回程靠液压作用力单作用伸缩缸:回程靠外力2.伸缩液压缸图形符号单作用伸缩液压缸双作用伸缩液压缸特点1）伸缩缸中各级活塞依次伸出可获得很长的行程，当依次缩回时缸的轴向尺寸很小。2）当输入流量相同时，外伸速度逐次增大；3）当负载恒定时，液压缸的工作压力逐次增高。

应用常用于安装空间小而行程要求很长的场合，特别适用于工程机械及自动线步进式输送装置。3.齿条活塞液压缸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。图形符号4.摆动液压缸

工作原理图形符号

（a）单叶片式(b)双叶片式摆动液压缸的特点

当通入液压油，它的主轴能输出小于360°的摆动运动的缸。常用于辅助装置，如送料和转位装置、液压机械手及间歇进给机构。单叶片式摆动角度较大，可达300°双叶片式摆动角度一般小于150°。在相同条件下，双叶片式的输出转矩是单叶片摆动缸的两倍，输出角速度是单叶片缸的一半。4.2.3液压缸的典型结构和组成1.液压缸的典型结构活塞杆活塞缸体油口油口密封密封端盖双作用单活塞杆液压缸结构缸筒2.液压缸的组成(1)缸筒和缸盖(a)法兰连接式(b)半环连接式(c)螺纹连接式

(d)拉杆连接式(e)焊接连接式1-缸盖；2-缸筒；3-压板；4-半环；5-防松螺帽；6-拉杆缸筒和缸盖结构2.液压缸的组成(2)活塞与活塞杆可以把短行程的液压缸的活塞杆与活塞做成一体，这是最简单的形式。但当行程较长时，这种整体式活塞组件的加工较费事，所以常把活塞与活塞杆分开制造，然后再连接成一体。2.液压缸的组成(3)密封装置液压缸中需要密封的部位有活塞、活塞杆和端盖等处。(a)间隙密封(b)橡胶组合密封(c)O形圈密封(d)V形圈密封

普通型防尘圈1-内唇2-防尘唇3-防尘圈4-轴（活塞杆）1-格莱圈2-O型圈

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