液压传动讲义.ppt

1、液 压 传 动,机械工程学院 (机械类用),2011/2012 第二学期,液压传动教学大纲,课程的性质： 该课程是机械工程及自动化专业的必修的专业基础课。 课程的要求： 1. 要求掌握各种液压元件的结构原理和特点。 2. 要求掌握各种液压基本回路的功用和组成。 3. 要求掌握分析系统工作原理的方法。 学时安排： 总学时数40，课内讲授36学时， 实验4学时； 考试: 12周左右,学时分配,绪论、液压油液2 学时 液压泵6 学时 液压马达与液压缸4 学时 液压控制阀10 学时 液压辅件2 学时 液压基本回路8 学时 典型液压系统4 学时 实验（/） 4 学时,绪 论,概述 液压油液 几个重要的流

2、体力学概念应用,液压传动的工作原理和特征,力的传递遵循帕斯卡原理 p2=F2/A2 F1=p1A1=p2A1=pA 液压传动系统的工作压力取决于外负载。 运动的传递遵照容积变化相等的原则 s1A1=s2A2 q1=v1A1=v2A2=q2 执行元件的运动速度取决于流量。 压力和流量是液压传动中的两个最基本的参数。,液压传动是以液体（液压油液）为工作介质进行能量传递和控制的一种传动形式。 以液压千斤顶为例来简述液压传动的工作原理(注塑、磨床)。,在机床工作台液压系统中，电机带动液压泵旋转，为系统提供压力油，液压缸驱动工作台作往复运动，换向阀使工作台换向，节流阀与溢流阀共同作用，调节工作台的运动速

3、度，再加上油箱、管道、过滤器等保证了系统正常工作。,典型液压系统原理图,液压传动系统的组成,能源装置将机械能转换为流体压力能的装置。这里指各种液压泵。 执行元件将流体的压力能转换为机械能的元件。各种液压油缸及液压马达。 控制元件控制系统压力、流量、方 向的元件以及进行信号转换、逻辑运算和放大等功能的信号控制元件。如溢流阀、节流阀、方向阀等。 辅助元件保证系统正常工作除上述三种元件外的装置。如油箱、过滤器、蓄能器、管件等。,液压传动的优缺点,布置方便灵活。 无级调速，调速范围可达2000：1。 传动平稳，易于实现快速启动、制动和频繁换。 操作控制方便，易于实现自动控制、中远距离控制和过载保护。

4、标准化、系列化、通用化程度高，有利于缩短设计周期、制造周期和降低成本。 传动效率不高；维护要求较高。,液压传动的应用和发展概况,液压技术应用在机床、工程机械、冶金机械、塑料机械、农林机械、汽车、船舶、航天航空等国民经济各行各业，是自动化技术不可缺少的手段。 元件小型化、系统集成化、机电液一体化是液压技术的必然发展趋势；元件与系统的CAD/CAT 与计算机实时控制是当前的发展方向。,液压油液的性质,密度 一般认为液压油的密度为900kg/m3 可压缩性 对于一般液压系统，可认为油液是不可压缩的 。 粘性 液体流动时分子之间产生的一种内摩擦力 ，用动力粘度，运 动粘度，相对粘度来度量。,动力粘度表

5、征液体粘性的内摩擦系数 =( F/A )/( du/dy ) 运动粘度=/,没有明确的物理意义,但是工程实际中常用的物理量。 相对粘度又称条件粘度，我国采用恩氏粘度（E）。 粘度随着温度升高而显著下降（粘温特性）。 粘度随压力升高而变大（粘压特性）。,对液压油液的要求和分类,对液压油液的要求 粘温特性好； 有良好的润滑性； 成分要纯净； 有良好的化学稳定性； 抗泡沫性和抗乳化性好； 材料相容性好； 无毒，价格便宜,液压油液分类 矿物性液压油：按照ISO规定，采用40时油液的运动粘度（mm2/s)作为油液粘度牌号，共分为10、15、22、32、46、68、100、150等8个等级。 难燃液压液：

6、 乳化液、高水基液压液、 海水或淡水,液压油液的选用,选用液压油液首先考虑的是粘度。 选择时要注意： 液压系统的工作压力 压力高，要选择粘度较大的液压油液。 环境温度 温度高，选用粘度较大的液压油液。 运动速度 速度高，选用粘度较低的液压油液。 液压泵的类型 各类泵适用的粘度范围见书中表14。,几个重要的流体力学概念应用,液压卡紧现象 液压冲击 气穴现象,液压卡紧现象(动图),当柱塞或柱塞 孔，阀芯或阀体孔 带有一定锥度时， 两相对运动零件之 间的间隙为圆锥环 形间隙，间隙大小 沿轴线方向变化。阀芯大端为高压，液流由大端流 小端，称为倒锥，阀芯小端为高压，液流由小端流 向大端，称为顺锥。,顺锥

7、,倒锥,阀芯存在锥度不仅影响流经间隙的流量，而且影响缝隙中的压力分布。 如果阀芯在阀体孔内出现偏心，作用在阀芯一侧的压力将大于另一侧的压力，使阀芯受到一个液压侧向力的作用。,阀芯存在锥度不仅影响流经间隙的流量，而且影响缝隙中的压力分布。 如果阀芯在阀体孔内出现偏心，作用在阀芯一侧的压力将大于另一侧的压力，使阀芯受到一个液压侧向力的作用。,液压卡紧现象 倒锥的液压侧向力使偏心距加大，当液压侧向力足够大时，阀芯将紧贴孔的壁面，产生所谓液压卡紧现象；而顺锥的液压侧向力则力图使偏心距减小，不会出现液压卡紧现象。 为减少液压侧向力，一般在阀芯或柱塞的圆柱面开径向均压槽，使槽内液体压力在圆周方向处处相等，

8、槽深和宽为0.31.0mm。,液 压 冲 击,液压冲击因某些原因液体压力在一瞬间会突然升高，产生很高的压力峰值 ，这种现象称为液压冲击。瞬间压力冲击不仅引起振动和噪声，而且会损坏密封装置、管道、元件，造成设备事故。 液压冲击的类型 管道阀门突然关闭时的液压冲击 运动部件制动时产生的液压冲击,减少液压冲击的措施：,延长阀门关闭和运动部件制动换向的时间。 限制管道流速及运动部件的速度。 适当增大管径，以减小冲击波的传播速度。 尽量缩短管道长度，减小压力波的传播时间。 用橡胶软管或设置蓄能器吸收冲击的能量。,气 穴 现 象,气穴现象液压系统中，某点压力低于液压油液所在温度下的空气分离压时，原先溶于液

9、体中的空气会分离出来，使液体产生大量的气泡，这种现象称为气穴现象。当压力进一步减小至低于液体的饱和蒸汽压时，液体将迅速汽化，产生大量蒸汽气泡使气穴现象更加严重。气穴现象多发生在阀口和泵的吸油口。 气穴现象的危害 大量气泡使液流的流动特性变坏，造成流量和压力不稳定；气泡进入高压区，高压会使气泡迅速崩溃，使局部产生非常高的温度和冲击压力，引起振动和噪声；当附着在金属表面的气泡破灭时，局部产生的高温和高压会使金属表面疲劳，时间一长会造成金属表面的侵蚀、剥落，甚至出现海绵状的小洞穴，这种气蚀作用会缩短元件的使用寿命，严重时会造成故障。,减少气穴现象的措施 1、 减小阀孔前后的压力降，一般使压力比 p1

10、/p23.5。 2、尽量降低泵的吸油高度，减少吸油管道阻力。 3、各元件联接处要密封可靠，防止空气进入。 4、增强容易产生气蚀的元件的机械强度。,液 压 泵,动力元件,液压泵是液压系统的动力元件，将原动机输入的机械能转换为压力能输出，为执行元件提供压力油。 液压泵的性能好坏直接影响到液压系统的工作性能和可靠性。 液压泵的基本工作原理 液压泵的主要性能参数 液压泵的分类和选用 液压泵的图形符号,液压泵基本工作原理,以单柱塞泵为例 组成：偏心轮、柱塞、弹簧、缸体、两个单向阀。柱塞与缸体孔之间形成密闭容积。柱塞直径为d，偏心轮偏心距为e。 偏心轮旋转一转，柱塞上下往复运动一次，向下运动吸油，向上运动

11、排油。 泵每转一转排出的油液体积称为排量，排量只与泵的结构参数有关。 V=Sd 2/4=ed 2/2,液压泵正常工作的三个必备条件,必须具有一个由运动件和非运动件所构成的密闭容积； 密闭容积的大小随运动件的运动作周期性的变化，容积由小变大吸油，由大变小压油； 密闭容积增大到极限时，先要与吸油腔隔开，然后才转为排油；密闭容积减小到极限时，先要与排油腔隔开，然后才转为吸油。单柱塞泵是通过两个单向阀来实现这一要求的。,液压泵的主要性能参数,液压泵的压力 工作压力 p ：泵工作时的出口压力，大小取决于负载。 额定压力 ps ： 正常工作条件下按实验标准连续运转的最高压力。 吸入压力：泵的进口处的压力。

12、 液压泵的排量、流量和容积效率 排量V：液压泵每转一转理论上应排除的油液体积，又称为理论排量或几何排量。常用单位为cm3/r。排量的大小仅与泵的几何尺寸有关。,平均理论流量 q t：泵在单位时间内理论上排出的油液体积。 q t= n v (m3/s 或 L/min) 实际流量 q ： 泵在单位时间内实际排出的油液体积。在泵的出口压力 0 时，因存在泄漏流量q，因此q = q t- q 。 瞬时理论流量 qsh ： 任一瞬时理论输出的流量，一般泵的瞬时理论流量是脉动的，即qshq t。 额定流量 q s ： 泵在额定压力，额定转速下允许连续运转的流量。 容积效率v：v= q /q t =（q t

13、 - q）/ q t =1-q /qt=1-kp /(nV ) 式中 k 为泄漏系数。,泵的功率和效率 输入功率 P r： 驱动泵轴的机械功率为泵的输入功率，P r= T 输出功率 P：泵输出液压功率， P = p q 总效率p ：p = P / P r= p q / T=vm 式中m为机械效率。 泵的转速： 额定转速 n s： 额定压力下能连续长时间正常运转的最高转速。 最高转速 n max： 额定压力下允许短时间运行的最高转速。 最低转速n min：正常运转允许的最低转速。 转速范围：最低转速和最高转速之间的转速。,液压泵的分类和选用,按运动部件的形状和运动方式分为齿轮泵，叶片泵，柱塞泵，

14、螺杆泵。 齿轮泵又分外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵 叶片泵又分双作用叶片泵，单作用叶片泵和凸轮转子泵 柱塞泵又分径向柱塞泵和轴向柱塞泵 按排量能否变量分定量泵和变量泵。 单作用叶片泵，径向柱塞泵和轴向柱塞泵可以作变量泵 选用原则： 是否要求变量 要求变量选用变量泵。 工作压力 柱塞泵的额定压力最高。 工作环境 齿轮泵的抗污能力最好。 噪声指标 双作用叶片泵和螺杆泵属低噪声泵。 效率 轴向柱塞泵的总效率最高。,选择液压泵的原则,是否要求变量 径向柱塞泵、轴向柱塞泵、单作用叶片泵是变量泵。 工作压力 柱塞泵压力31.5MPa；叶片泵压力6.3MPa，高压化以后可达16MPa；齿轮泵压力2.5MPa，高

15、压化以后可达21MPa。 工作环境 齿轮泵的抗污染能力最好。 噪声指标 低噪声泵有内啮合齿轮泵、双作用叶片泵和螺杆泵，双作用叶片泵和螺杆泵的瞬时流量均匀。 效率 轴向柱塞泵的总效率最高；同一结构的泵，排量大的泵总效率高；同一排量的泵在额定工况下总效率最高。,液压泵的图形符号,齿 轮 泵,【液压泵之一】,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。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。,外啮合齿轮泵,结构组成 一对几何参数完全相同的齿轮，齿宽为B，齿数为z 泵体 前后盖

16、板 长短轴 工作原理 （动画） 两啮合的轮齿将泵体、前后盖板和齿轮包围的密闭容积分成两部分，轮齿进入啮合的一侧密闭容积减小，经压油口排油，退出啮合的一侧密闭容积增大，经吸油口吸油。,外啮合齿轮泵的排量公式,V = 2z m 2 B z 齿数，m 齿轮模数，B 齿宽 齿轮节圆直径一定时，为增大泵的排量，应增大模数，减小齿数。 齿轮泵的齿轮多为修正齿轮。,齿轮泵的瞬时理论流量是脉动的，这是齿轮泵产生噪声的主要根源。为减少脉动，可同轴安装两套齿轮，每套齿轮之间错开半个齿距，组成共压油口和吸油口的两个分离的齿轮泵。,外啮合齿轮泵的结构特点,泄漏与间隙补偿措施 齿轮泵存在端面泄漏、径向泄漏和轮齿啮合处泄

17、漏。 端面泄漏占8085。 端面间隙补偿采用静压平衡措施：在齿轮和盖板之间增加一个补偿零件，如浮动轴套或浮动侧板，在浮动零件的背面引入压力油，让作用在背面的液压力稍大于正面的液压力，其差值由一层很薄的油膜承受。,液压径向力及平衡措施,齿谷内的油液由吸油区的低压逐步增压到压油区的高压。作用在齿轮轴上液压径向力和轮齿啮合力的合力 F = K p B De K为系数，对主动齿轮K=0.75；对从动齿轮K=0.85。,液压径向力的平衡措施之一：通过在盖 板上开设平衡槽，使它们分别与低、高压腔相通，产生一个与液压径向力平衡的作用。 平衡径向力的措施都是以增加径向泄漏为代价。,困油现象与卸荷措施,困油现象

18、产生的原因 齿轮重迭系数1，在两对轮齿同时啮合时，它们之间将形成一个与吸、压油腔均不相通的闭死容积，此闭死容积随齿轮转动其大小发生变化，先由大变小，后由小变大。 困油现象描述,困油现象的危害 闭死容积由大变小时油液受挤压， 导致压力冲击和油液发热，闭死容积由小变大时，会引起汽蚀和噪声。 卸荷措施 在前后盖板或浮动轴套上开卸荷槽 开设卸荷槽的原则 两槽间距a为最小闭死容积，而使闭死容积由大变小时与压油腔相通，闭死容积由小变大时与吸油腔相通。,内啮合齿轮泵,工作原理 一对相互啮合的小齿轮和内齿轮与侧板所围成的密闭容积被齿啮合线分割成两部分，当传动轴带动小齿轮旋转时，轮齿脱开啮合的一侧密闭容积增大，

19、为吸油腔；轮齿进入啮合的一侧密闭容积减小，为压油腔。 特点 无困油现象 流量脉动小，噪声低,采取间隙补偿措施后，泵的额定压力可达30 MPa。,螺杆泵,工作原理 相互啮合的螺杆与壳体之间形成多个密闭容积，每个密闭容积为一级。当传动轴带动主螺杆顺时针旋转时，左端密闭容积逐渐形成，容积增大为吸油腔；右端密闭容积逐渐消失，容积减小为压油腔。 特点 流量均匀，噪声低；自吸性能好。,叶 片 泵,【液压泵之二】,叶片泵分为两类：双作用叶片泵和单作用叶片泵。双作用叶片泵只能作定量泵用，单作用叶片泵可作变量泵用。 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，完成两次吸油和压油而得名。 单作用叶片

20、泵 转子每转一周，吸、压油各一次，故称为单作用。,双作用叶片泵(动画),结构组成 定子 其内环由两段大半径R 圆弧、两段小半径 r 圆弧和四段过渡曲线组成 转子 铣有Z个叶片槽，且与定子同心，宽度为B 叶片 在叶片槽内能自由滑动 左、右配流盘 开有对称布置的吸、压油窗口 传动轴,双作用叶片泵工作原理,工作原理 由定子内环、转子外圆和左右配流盘组成的密闭工作容积被叶片分割为四部分，传动轴带动转子旋转，叶片在离心力作用下紧贴定子内表面，因定子内环由两段大半径圆弧、两段小半径圆弧和四段过渡曲线组成，故有两部分密闭容积将减小，受挤压的油液经配流窗口排出，两部分密闭容积将增大形成真空，经配流窗口从油箱吸

21、油。,排量公式 V = 2B（R 2 r 2）- 2 z BS（R - r）/ cos 式中：为叶片倾角,双作用叶片泵的结构特点,径向力平衡。 为保证叶片自由滑动且始终紧贴定子内表面，叶片槽根部全部通压力油。 合理设计过渡曲线形状和叶片数（z8），可使理论流量均匀，噪声低。 定子曲线圆弧段圆心角配流窗口的间距角 叶片间夹角（= 2/ z ）。 为减少两叶片间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，在配流盘的配流窗口前端开有减振槽。,高压叶片泵,叶片槽根部全部通压力油会带来以下副作用： 1）定子的吸油腔部被叶片刮研，造成磨损；2）减少了泵的理论排量；3）可能引起瞬时理论流量脉动。

22、这样，影响了泵的寿命和额定压力的提高。,提高双作用叶片泵额定压力的措施： 采用浮动配流盘实现端面间隙补偿 减小通往吸油区叶片根部的 油液压力（p） 减小吸油区叶片根部的有效 作用面积 阶梯式叶片（s ） 子母叶片（b ） 柱销式叶片 （b ）,单作用叶片泵(动画),工作原理 定子 内环为圆 转子 与定子存在偏心e，铣有z 个叶片槽 叶片 在转子叶片槽内自由滑动，宽度为B 左、右配流盘 铣有吸、压油窗口 传动轴,排量公式 V= 4BzRe sin(/z ),单作用叶片泵的特点,可以通过改变定子的偏心距 e 来调节泵的排量和流量。 叶片槽根部分别通油，叶片厚度对排量无影响。 因叶片矢径是转角的函数

23、，瞬时理论流量是脉动的。叶片数取为奇数，以减小流量的脉动。,限压式变量叶片泵,变量原理 定子右边控制活塞作用着泵的出口压力油，左边作用着调压弹簧力，当FFt，定子将向偏心减小的方向移动，泵的输出流量减小。,限压式变量叶片泵特性曲线,调节压力调节螺钉的预压縮量，即改变特性曲线中拐点B 的压力大小 pB，曲线 BC 沿水平方向平移。 调节定子右边的最大流量调节螺钉，可以改变定子的最大偏心距emax，即改变泵的最大流量，曲线 AB上下移动。,更换不同刚度的弹簧，即可改变BC 的斜率，泵的最高压力pc也就不同。,限压式变量叶片泵的压力流量特性曲线如图ABC,动图,柱 塞 泵,【液压泵之三】,柱塞沿径向

24、放置的泵称为径向柱塞泵，柱塞轴向布置的泵称为轴向柱塞泵。为了连续吸油和压油，柱塞数必须大于等于3。 径向柱塞泵 配流轴式径向柱塞泵 阀配流径向柱塞泵 轴向柱塞泵 斜盘式轴向柱塞泵 斜轴式无铰轴向柱塞泵,配流轴式径向柱塞泵,配流轴式径向柱塞泵工作原理,工作原理 缸体 均布有七个柱塞孔，柱塞底部空间为密闭工作腔。 柱塞 其头部滑履与定子内圆接触。 定子 与缸体存在偏心。 配流轴 传动轴,排量公式 V =（d 2 / 2 ）e z e 定子与缸体之间的偏心距 Z 柱塞数,配流轴式径向柱塞泵结构特点,配流轴配流，因配流轴上与吸、压油窗口对应的方向开有平衡油槽，使液压径向力得到平衡，容积效率较高。 柱塞

25、头部装有滑履，滑履与定子内圆为面接触，接触面比压很小。 可以实现多泵同轴串联，液压装置结构紧凑。 改变定子相对缸体的偏心距可以改变排量，且变量方式多样。,缸体,柱塞滑履组,配流盘,斜盘式轴向柱塞泵工作原理,工作原理(动画) 缸体 均布Z 个柱塞孔，分布圆直径为D 柱塞滑履组 柱塞直径为d 斜盘 相对传动轴倾角为 配流盘 传动轴,排量公式 V =（d 2 / 4 ）D z tg （改变斜盘倾角可以改变泵的排量）,斜盘式轴向柱塞泵的结构特点,1）三对磨擦副： 柱塞与缸体孔，缸体与配流盘，滑履与斜盘。容积效率较高，额定压力可达31.5MPa。 2）泵体上有泄漏油口。 3）传动轴是悬臂梁，缸体外有大轴

26、承支承。 4）为减小瞬时理论流量的脉动性，取柱塞数为奇数：5，7，9。 5）为防止密闭容积在吸、压油转换时因压力突变引起的压力冲击，在配流盘的配流窗口前端开有减振槽或减振孔。,斜轴式无铰轴向柱塞泵,工作原理 与斜盘式轴向柱塞泵类似，只是缸体轴线与传动轴不在一条直线上，它们之间存在一个摆角，柱塞与传动轴之间通过连杆连接。传动轴旋转通过连杆拨动缸体旋转，强制带动柱塞在缸体孔内作往复运动。 特点： 柱塞受力状态较斜盘式好，不仅可增大摆角来增大流量，且耐冲击、寿命长。,液 压 马 达,执行元件,液压马达概述,液压马达是将液体压力能转换为机械能的装置,输出转矩和转速，是液压系统的执行元件。 马达与泵在原

27、理上有可逆性，但因用途不同结构上有些差别：马达要求正反转，其结构具有对称性；而泵为了保证其自吸性能，结构上采取了某些措施。 马达的分类： ns500r/min 为高速液压马达：齿轮马达，叶片马达，轴向柱塞马达 ns 500r/min 为低速液压马达：径向柱塞马达（单作用连杆型径向柱塞马达，多作用内曲线径向柱塞马达）,液压马达图形符号,液压马达的特性参数,工作压力与额定压力 工作压力 p 大小取决于马达负载，马达进出口压力的差值称为马达的压差p。 额定压力 ps 能使马达连续正常运转的最高压力。 流量与容积效率 输入马达的实际流量 qMqMtq 其中 qMt为理论流量，马达在没有泄漏时， 达到要

28、求转速所需进口流量。 容积效率Mv qMt / qM 1 q / qM,排量与转速 排量V为MV等于1 时输出轴旋转一周所需油液体积。 转速 n qMt/ V qMMV / V 转矩与机械效率 实际输出转矩 TTt-T 理论输出转矩 Ttp VMm/ 2 机械效率MmTM/TMt 功率与总效率 M PMo/ PmiT 2n/ p qM MvM 式中 PMo为马达输出功率，Pmi为马达输入功率。,齿轮马达,工作原理,结构特点 进出油口相等，有单独的泄油口； 为减少摩擦力矩，采用滚动轴承； 为减少转矩脉动，齿数较泵的齿数多。,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

29、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。,叶片马达,工作原理,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。,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。,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 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，产生的转矩越大，转速越低。,低速大扭矩马达单作用连杆

30、型径向柱塞马达,结构组成,结构原理 呈五星状（或七星状）的壳体内均匀分布着柱塞缸。 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。 曲轴为输出轴。 配流轴随曲轴同步旋转，各柱塞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。 排量公式 v =d 2e z / 2 d 为柱塞直径；e 为曲轴偏心距；z 为柱塞数。 应用 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

31、最低转速可达3 r/min。,低速大扭矩马达多作用内曲线径向柱塞马达,结构组成,壳体内环由x 个导轨曲面组成，每个曲面分为a、b两个区段； 缸体径向均布有z 个柱塞孔，柱塞球面头部顶在滚轮组横梁上，使之在缸体径向槽内滑动 ；,柱塞、滚轮组组成柱塞组件， a段导轨对柱塞组件的法向反力的切向分力对缸体产生转矩； 配流轴圆周均布2x 个配流窗口，其中x 个窗口对应于a段，通高压油，x 个窗口对应于b段，通回油（xz )； 输出轴 ，缸体与输出轴连成一体。,结构原理,排量公式 v =（d 2/4）sxyz s :柱塞行程； x :作用次数； y :柱塞排数； z :每排柱塞数 。 应用 转矩脉动小，径

32、向力平衡，启动转矩大，能在低速下稳定运转，普遍用于工程、建筑、起重运输、煤矿、船舶、农业等机械中。,液 压 缸,执行元件之二,液压缸与马达一样，也是将液压能转变为机械能的装置，它将液压能转变为直线运动或摆动的机械能。,液压缸的分类 按结构形式分： 活塞缸 又分单杆活塞缸、双杆活塞缸 柱塞缸 摆动缸 又分单叶片摆动缸、双叶片摆动缸 按作用方式分： 单作用液压缸 一个方向的运动依靠液压作用力实现，另一个方向依靠弹簧力、重力等实现； 双作用液压缸 两个方向的运动都依靠液压作用力来实现； 复合式缸 活塞缸与活塞缸的组合、活塞缸与柱塞缸的组合、活塞缸与机械结构的组合等。,双杆活塞缸,双杆活塞缸活塞两侧都

33、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。,双杆活塞缸的速度推力特性 v q / A 4 qv /（D 2 d 2） 缸在左右两个方向上输出的速度相等，v为缸的容积效率。 F A（p1 p2）m（D 2d 2）（p1 p2）m /4 缸在左右两个方向上输出的推力相等，m为缸的机械效率。,当缸筒固定时，运动部件移动范围是活塞有效行程的三倍；当活塞杆固定时，运动部件移动范围是活塞有效行程的两倍 。,单杆活塞缸,单杆活塞缸速度推力特性 向右运动速度 v1 qv /A1 4 qv /D 2 向右运动推力 F1 （A1p1 A2p2）m 向左运动速度 v2 qv /A2 4 qv

34、 /（D 2 d 2） 向左运动推力 F2 （A2 p1 A1p2）m 往返速比 v v2 / v11/1（d /D）2 (式中v为缸的容积效率，m为缸的机械效率),单杆活塞缸只有一端带活塞杆，它也有缸筒固定和活塞杆固定两种安装方式，两种方式的运动部件移动范围均为活塞有效行程的两倍。,单杆活塞缸差动连接的速度推力特性,运动速度 v3（q q）/ A1（q A2v3）/ A1 整理得：v3 q /（A1A2）4 q /d 2 如果要求 差动缸向右运动速度v3非差动连接向左运动速度 v2 则 D =2 1/2 d 活塞推力 F3 p1（A1A2）m,单活塞杆缸两腔同时通压力油，称为差动连接。差动连

35、接的缸只能一个方向运动。图示为向右运动。,柱 塞 缸,柱塞缸只能作单作用缸，要求往复运动时，需成对使用。 柱塞缸能承受一定的径向力。 柱塞缸的速度推力特性 柱塞运动速度 v qv /A 4 qv /d 2 柱塞推力 F pAmp（d 2 / 4 ）m,柱塞缸的特点 柱塞与缸筒无配合关系，缸筒内孔不需精加工，只是柱塞与缸盖上的导向套有配合关系。 为减轻重量，减少弯曲变形，柱塞常做成空心。,伸 缩 液 压 缸,当通入压力油时，活塞由大到小依次伸出；缩回时，活塞则由小到大依次收回。各级压力和速度可按活塞缸的有关公式计算。 特别适用于工程机械及自动线步进式输送装置。,它由两个或多个活塞式缸套装而成，前

36、一级活塞缸的活塞杆是后一级活塞缸的缸筒。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。 除双作用伸缩液压缸外，还有单作用伸缩液压缸，它与双作用不同点是回程靠外力，而双作用靠液压作用力。,齿条活塞缸,齿条活塞缸的速度推力特性 输出转矩 TMp（/ 8）D 2 D im 输出角速度 8 qv / D 2 D i (式中 p 为缸左右两腔压力差，D 为活塞直径，D i为齿轮分度圆直径。),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。,增 压 缸(动图),增压比为大活塞与小柱塞的面积比

37、KD 2/d 2 小柱塞缸输出的压力 pb paKm 增压能力是在降低有效流量的基础上得到的。 增压缸作为中间环节，用在低压系统要求有 局部高压油路的场合。,增压缸是活塞缸与柱塞缸组成的复合缸，但不是能量转换装置，只是一个增压器件。,增 速 缸(动图),增速缸用于快速运动回路，在不增加泵的流量的前提下，使执行元件获得尽可能大的工作速度。,增速缸也是活塞缸与柱塞缸组成的复合缸，活塞缸的活塞内腔是柱塞缸的缸筒，柱塞固定在活塞缸的缸筒上。当液压油进入柱塞缸时，活塞将快速运动（活塞缸大腔必须补油）；当液压油同时进入柱塞缸和活塞缸时，活塞慢速运动。,摆动式液压缸,单叶片式 摆动角度较大，可达300 输出

38、转矩 T（R22R12）pmb / 2 输出角速度 2qv / b（R22 R12）,双叶片式 摆动角度一般小于150。但在相同条件下，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。,当通入液压油，它的主轴能输出小于360的摆动运动的缸称为摆动式液压缸。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。 摆动缸动画,液压缸的典型结构,液压缸安装连接形式：脚架式，耳环式，铰轴式,缸体组件 包括缸筒、缸盖、缸底等零件。 活塞组件 包括活塞与活塞杆等零件。 密封装置 有活塞与缸筒、活塞杆与缸盖的密封。 缓冲装置 排气装置,液 压 阀,控制元件,液压阀的基本结构与原理,液压控制阀

39、在液压系统中被用来控制液流的压力、流量和方向，保证执行元件按照要求进行工作。属控制元件。 液压阀基本结构： 包括阀芯、阀体和驱动阀芯在阀体内作相对运动的装置。驱动装置可以是手调机构，也可以是弹簧或电磁铁，有时还作用有液压力。 液压阀基本工作原理： 利用阀芯在阀体内作相对运动来控制阀口的通断及阀口的大小，实现压力、流量和方向的控制。流经阀口的流量q与阀口前后压力差p和阀口面积 A 有关，始终满足压力流量方程；作用在阀芯上的力是否平衡则需要具体分析。,液压阀的分类,根据结构形式分类 滑阀 滑阀为间隙密封，阀芯与阀口存在一定的密封长度，因此滑阀运动存在一个死区。阀口的压力流量方程 q CdD x (

40、2p/）1/2 锥阀 锥阀阀芯半锥角一般为12 20 ，阀口关闭时为线密封，密封性能好且动作灵敏。阀口的压力流量方程 q Cdd x sin(2p/）1/2 球阀 性能与锥阀相同，阀口的压力流量方程 q Cdd h 0 （x/R） (2p/）1/2,根据用途不同分类,压力控制阀 用来控制和调节液压系统液流压力的阀类，如溢流阀、减压阀、顺序阀等。 流量控制阀 用来控制和调节液压系统液流流量的阀类，如节流阀、调速阀、分流集流阀、比例流量阀等。 方向控制阀 用来控制和改变液压系统液流方向的阀类，如单向阀、液控单向阀、换向阀等。,根据控制方式不同分类,定值或开关控制阀 被控制量为定值的阀类，包括普通控

41、制阀、插装阀、叠加阀。 比例控制阀 被控制量与输入信号成比例连续变化的阀类，包括普通比例阀和带内反馈的电液比例阀。 伺服控制阀 被控制量与（输出与输入之间的）偏差信号成比例连续变化的阀类，包括机液伺服阀和电液伺服阀。 数字控制阀 用数字信息直接控制阀口的启闭，来控制液流的压力、流量、方向的阀类，可直接与计算机接口，不需要D/A转换器。,根据安装连接形式不同分类,管式连接 阀体进出口由螺纹或法兰与油管连接。安装方便。,叠加式 是板式连接阀的一种发展形式。,板式连接 阀体进出口通过连接板与油管连接。便于集成。,插装式 将阀芯、阀套组成的组件插入专门设计的阀块内实现不同功能。结构紧凑。,液压阀的性能

42、参数,公称通径 代表阀的通流能力的大小，对应于阀的额定流量。与阀的进出油口连接的油管应与阀的通径相一致。阀工作时的实际流量应小于或等于它的额定流量，最大不得大于额定流量的1.1倍。 额定压力 阀长期工作所允许的最高压力。对压力控制阀，实际最高压力有时还与阀的调压范围有关；对换向阀，实际最高压力还可能受它的功率极限的限制。,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，液流压力损失要小；阀口关闭时，密封性能要好。 所控制的参数（压力或流量）要稳定，受外干扰时变化量要小。 结构紧凑，安装、调试、维护方便，通用性要好。,方向控制阀,（控制元件）,方向控制阀用在液压系统中

43、控制液流的方向。它包括单向阀和换向阀。 单向阀有普通单向阀和液控单向阀。 换向阀按操作阀芯运动的方式可分为手动、机动、电磁动、液动、电液动等。,普通单向阀(动画),普通单向阀是只允许液流一个方向流动，反向则被截止的方向阀。要求正向液流通过时压力损失小，反向截止时密封性能好。 图形符号,工作原理 左端进油，压力油作用在阀芯左端，克服右端弹簧力使阀芯右移，阀口开启，油液从右端流出；若右端进油，压力油与弹簧同向作用，将阀芯紧压在阀座孔上，阀口关闭，油液被截止不能通过。 正向开启压力只需（0.030.05 ）MPa，反向截止时为线密封，且密封力随压力增高而增大，密封性能良好。开启后进出口压力差（压力损

44、失）为（0.20.3 ）MPa。,普通单向阀的应用,常被安装在泵的出口，一方面防止压力冲击影响泵的正常工作，另一方面防止泵不工作时系统油液倒流经泵回油箱。 被用来分隔油路以防止高低压干扰。 与其他的阀组成单向节流阀、单向减压阀、单向顺序阀等，使油液一个方向流经单向阀，另一个方向流经节流阀等。 安装在执行元件的回油路上，使回油具有一定背压。作背压阀的单向阀应更换刚度较大的弹簧，其正向开启压力为（ 0.30.5）MPa。,液控单向阀,工作原理 当控制油口不通压力油时，油液只能从p1p2；当控制油口通压力油时，正、反向的油液均可自由通过。 根据控制活塞上腔的泄油方式不同分为内泄式和外泄式。,复式结构

45、液控单向阀，单向阀芯内装有卸载小阀芯。控制活塞上行时先顶开小阀芯使主油路卸压，再顶开单向阀阀芯，其控制压力仅为工作压力的 4.5，没有卸载小阀芯的液控单向阀的控制压力为工作压力的40 50 。,液控单向阀的应用,用于保压回路,用于锁紧回路,需要指出，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。,换向阀,换向阀是利用阀芯在阀体孔内作相对运动，使油路接通或切断而改变油流方向的阀。 换向阀的分类 按结构形式可分：滑阀式、转阀式、球阀式。 按阀体连通的主油路数可分：两通、三通、四通等。 按阀芯在阀体内的工作位置可分：两位、三位、四位等。 按操作阀芯运动的方式可

46、分：手动、机动、电磁动、液动、电液动等。 按阀芯定位方式分：钢球定位式、弹簧复位式。 下面以滑阀式换向阀为例讲解其工作原理。,滑阀式换向阀的结构,阀芯台肩和阀体沉割槽可以是两台肩三沉割槽，也可以是三台肩五沉割槽。当阀芯运动时，通过阀芯台肩开启或封闭阀体沉割槽，接通或关闭与沉割槽相通的油口。,阀芯与阀体孔配合处为台肩，阀体孔内沟通油液的环形槽为沉割槽。阀体在沉割槽处有对外连接油口。,位、通及图形符号,手动（机动）换向阀动画,阀芯运动是藉助于机械外力实现的。其中，手动换向阀又分为手动和脚踏两种；机动换向阀则通过安装在运动部件上的撞块或凸轮推动阀芯。特点是工作可靠。 根据阀芯的定位方式分为 弹簧钢球

47、定位式 弹簧自动复位式,电磁换向阀(动画),阀芯运动是藉助于电磁力和弹簧力的共同作用。电磁铁不得电，阀芯在右端弹簧的作用下，处于左极端位置（右位），油口p与A通，B不通；电磁铁得电产生一个电磁吸力，通过推杆推动阀芯右移，则阀左位工作，油口p与B通，A不通。 电磁铁可以是直流、交流或交本整流的。 两位电磁阀有弹簧复位式（一个电磁铁）和钢球定位式（两个电磁铁)。,如果将两端电磁铁与弹簧对中机构组合，又可组成三位的电磁换向阀，电磁铁得电分别为左右位，不得电为中位（常位）。 电磁吸力有限，电磁换向阀最大通流量小于100 L/min。对液动力较大的大流量阀则应选用液动换向阀或电液换向阀。,电液换向阀动画

48、,电液换向阀是由电磁换向阀与液动换向阀组合而成，液动换向阀实现主油路的换向，称为主阀；电磁换向阀改变液动阀控制油路的方向，称为先导阀。,电液换向阀工作原理要点,为保证液动阀回复中位，电磁阀的中位必须是A、B、T油口互通。 控制油可以取自主油路的p口（内控），也可以另设独立油源（外控）。采用内控时，主油路必须保证最低控制压力（0.30.5MPa)；采用外控时，独立油源的流量不得小于主阀最大通流量的15 ，以保证换向时间要求。,电磁阀的回油可以单独引出（外排），也可以在阀体内与主阀回油口沟通，一起排回油箱（内排）。 液动阀两端控制油路上的节流阀可以调节主阀的换向速度。,滑阀的中位机能,三位的滑阀在

49、中位时各油口的连通方式体现了换向阀的控制机能，称之为滑阀的中位机能。,不同滑阀机能的滑阀，阀体是通用的，仅阀芯台肩的尺寸和形状不同。 滑阀机能的应用： 使泵卸载的有H、K、M型；使执行元件停止的有O、M型；使执行元件浮动的有H、Y型；使液压缸实现差动的有P型。,换向阀的性能,换向可靠性：换向信号发出后阀芯能灵敏地移到工作位置； 换向信号撤除后阀芯能自动复位。同一通径的电磁阀，机能不同，可靠换向的压力流量范围不同，一般用工作极限曲线表示。 压力损失：包括阀口压力损失和流道压力损失。换向阀的压力损失除与通流量有关，还与阀的机能、阀口流动方向有关，一般不超过1MPa。 内泄漏量：滑阀式换向阀为环形间

50、隙密封，工作压力越高， 内泄漏越大。泄漏不仅带来功率损失，而且引起油液发热。因此阀芯与阀体要同心，并要有足够的封油长度。 换向平稳性：就是要求换向时压力 冲击要小。手动换向阀和电液换向阀可以控制换向时间来减小换向冲击。 换向时间和换向频率：交流电磁铁的换向时间约为0.030.15s，直流电磁铁的换向时间约为0.10.3s；换行频率为60240次/min。,电磁球阀简介,特点 对油液污染不敏感，换向性能好；密封性能好，最高压力可达63MPa；电磁吸力经杠杆放大后传给阀芯，推力大；使用介质的粘度范围大，可直接用于高水基、乳化液；加工装配工艺难度较大，成本较高。 主要用在超高压小流量液压系统或作插装

51、阀的先导阀。,结构 主要由左、右阀座、球阀、操作杆、杠杆、弹簧等组成。p 口压力油除通过右阀座孔作用在球阀的右边外，还经过阀体上的通道 b 进入操纵杆的空腔并作用在球阀的左边，球阀所受轴向液压力平衡。,压力控制阀,【控制元件之二】,压力控制阀是用来控制液压系统中油液压力或通过压力信号实现控制的阀类。它包括溢流阀、减压阀、顺序阀、压力继电器。 压力控制阀的基本工作原理 通过液压作用力与弹簧力进行比较来实现对油液压力的控制。 调节弹簧的预压缩量即调节了阀芯的动作压力，该弹簧是压力控制阀的重要调节零件，称为调压弹簧。 要掌握各种压力阀的结构原理及其应用。,溢流阀,按结构形式分 直动型溢流阀 先导型溢

52、流阀,直动型溢流阀(动画),结构原理 直动型溢流阀由阀芯、阀体、弹簧、上盖、调节杆、调节螺母等零件组成。阀体上进油口旁接在泵的出口，出口接油箱。原始状态，阀芯在弹簧力的作用下处于最下端位置，进出油口隔断。进口油液经阀芯径向孔、轴向孔作用在阀芯底端面，当液压力等于或大于弹簧力时，阀芯上移，阀口开启，进口压力油经阀口溢回油箱。此时阀芯受力平衡，阀口溢流满足压力流量方程。,阀口刚开启时阀芯受力平衡方程 pkD 2/4 = K（xo+ L） 阀口开启后阀芯受力平衡方程 pD 2/4 = K（xo+ L+ x）+Fs 阀口开启后溢流的压力流量方程 q =CD x（2p/）1/2,直动型溢流阀工作原理要点

53、,对应调压弹簧一定的预压缩量 xo，阀的进口压力 p 基本为一定值。 由于阀开口大小 x 和 稳态液动力Fs的影响，阀的进口压力随流经阀口流量的增大而增大。当流量为额定流量时的阀的进口压力 ps 最大，ps称为阀的调定压力。 弹簧腔的泄漏油经阀内泄油通道至阀的出口引回油箱，若阀的出口压力不为零，则背压将作用在阀芯上端，使阀的进口压力增大。 对于高压大流量的压力阀，要求调压弹簧具有很大的弹簧力，这样不仅使阀的调节性能变差，结构上也难以实现。,先导型溢流阀,结构组成 它由先导阀和主阀组成。先导阀实际上是一个小流量直动型溢流阀，其阀芯为锥阀。主阀芯上有一阻尼孔，且上腔作用面积略大于下腔作用面积，其弹

54、簧只在阀口关闭时起复位作用。 图形符号,动作原理动画,先导型溢流阀工作原理要点,先导阀和主阀阀芯分别处于受力平衡，其阀口都满足压力流量方程。阀的进口压力由两次比较得到，压力值主要由先导阀调压弹簧的预压缩量确定，主阀弹簧起复位作用。 通过先导阀的流量很小，是主阀额定流量的1，因此其尺寸很小，即使是高压阀，其弹簧刚度也不大。这样一来阀的调节性能有很大改善。 主阀芯开启是利用液流流经阻力孔形成的压力差。阻力孔一般为细长孔，孔径很小=0.81.2mm，孔长l = 812mm，因此工作时易堵塞，一旦堵塞则导致主阀口常开无法调压。 先导阀前腔有一控制口，用于卸荷和遥控。,先导型溢流阀遥控口接法,远程调压阀

55、实际上是一个独立的压力先导阀，旁接在先导型溢流阀遥控口起远程调压作用，其调定压力必须低于先导阀的调定压力。无论哪个起作用，泵的溢流量始终经主阀阀口回油箱。,先导阀前腔有一遥控口，在该控制口接远程调压阀可实现远控，接电磁阀通回油箱可实现卸载。,溢流阀的功用,溢流阀旁接在泵的出口，用来保证系统压力恒定，称为定压阀。,溢流阀旁接在泵的出口，用来限制系统压力的最大值，对系统起保护作用，称为安全阀。,电磁溢流阀还可以在执行机构不工作时使泵卸载。,溢流阀的性能,调压范围 ： 在规定的范围内调节时，阀的输出压力能平稳的升降，无突跳或迟滞现象。为改善高压溢流阀的调节性能，往往通过更换四根刚度不同的弹簧0.68

56、、416、820、1632MPa实现四级调压。 压力流量特性： 溢流阀的进口压力随流量变化而波动的性能；又称为启闭特性。 （ps-pk）、（ps-pb）称为调压偏差，调压偏差小好 nk=pk/ps 称为开启压力比， nb=pb/ps 称为闭合压力比，nk 、 nb大好。 压力损失和卸载压力： 当调压弹簧预压缩量等于零或主阀上腔经遥控口直接接回油箱时，流经阀的流量为额定值时，溢流阀的进口压力。 压力损失略高于卸载压力。,由图可知: 直动型溢流阀的反应较先导型快;先导型的启闭特性比直动型好,换言之,其调压偏差小,(开启压力比和闭合压力比大)。,减压阀动画,减压阀是利用液流流过缝隙产生压力损失，使其

57、出口压力低于进口压力的压力控制阀。 按调节要求不同，有定值减压阀，定差减压阀，定比减压阀。其中定值减压阀应用最广，又简称减压阀。,定值减压阀的结构原理,减压阀由压力先导阀和主阀组成。出口压力油引至主阀芯上腔和先导阀前腔，当出口压力大于减压阀的调定压力时，先导阀开启，主阀芯上移，减压缝隙关小，减压阀才起减压作用且保证出口压力为定值。 图形符号,减压阀的特点与功用动画,与先导型溢流阀比较： 减压阀是出口压力控制，保证出口压力为定值；溢流阀是进口压力控制，保证进口压力为定值。 减压阀阀口常开；溢流阀阀口常闭。 减压阀有单独的泄油口；溢流阀弹簧腔的泄漏油经阀体內流道內泄至出口。 减压阀与溢流阀一样有遥

58、控口。,功用: 减压阀用在液压系统中获得压力低于系统压力的二次油路上，如夹紧回路、润滑回路和控制回路。必须说明，减压阀出口压力还与出口负载有关，若负载压力低于调定压力时，出口压力由负载决定，此时减压阀不起减压作用。,顺序阀,顺序阀是一种利用压力控制阀口通断的压力阀。 按控制油来源不同分内控和外控，按弹簧腔泄漏油引出方式不同分内泄和外泄。,内控内泄,内控外泄,外控内泄,外控外泄,顺序阀的工作原理及结构（通用）,p1,p2,pc,工作原理： 与溢流阀类似。利用液压控制压力pc实现多工作执行元件的顺序动作。 功用： 外控外泄式：用于实现执行元件的顺序动作。 外控内泄式：用作卸载阀。 内控内泄式：用作平衡阀或背压阀。 内控外泄式：相当于内控二位二通阀,上盖,下盖,相当于外控二位二通阀,顺序阀的几个特点：,内控外泄型 （出口为压力油） 若pLp阀设定时，则p1=p2，负载不动作; 若pLp阀设定时，则p1p阀设定，阀开口一定，满足压力流量方程。 内控内泄型 符号与动作原理同溢流阀。但功用不同！它通常串接在回