第3章液压执行元件课件

路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索15 七月 2024第第3章液压执行元件章液压执行元件路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索第一节第一节 液压马达液压马达液压能液压能机械能机械能液压马达液压马达p,Qn,Mn一、液压马达的分类及特点一、液压马达的分类及特点 液压马达的工作原理正好与液压泵的工作原理相液压马达的工作原理正好与液压泵的工作原理相反。反。液压泵和液压马达具有可逆性。液压泵和液压马达具有可逆性。从原理上讲，任何从原理上讲，任何一台液压泵都可以作为液压马达使用。但实际上马达与一台液压泵都可以作为液压马达使用。但实际上马达与泵的结构稍微有些差别。泵的结构稍微有些差别。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索液压马达的分类1、液压马达的分类、液压马达的分类nns500r/min 为高速液压马达：齿轮马达，为高速液压马达：齿轮马达，叶片马达，轴向柱塞马达叶片马达，轴向柱塞马达nns 500r/min 为低速液压马达：径向柱塞为低速液压马达：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）曲线径向柱塞马达）路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索2、液压马达与液压泵结构特点、液压马达与液压泵结构特点：（1）液压泵吸油口尺寸大于出油口，液压马达则相同。）液压泵吸油口尺寸大于出油口，液压马达则相同。（2）液压泵在结构上保证具有自吸能力，液压马达）液压泵在结构上保证具有自吸能力，液压马达没有这一要求。没有这一要求。（3）液压马达需要正、反转，内部结构上具有对称）液压马达需要正、反转，内部结构上具有对称性，液压泵一般是单方向旋转，内部结构不对称。性，液压泵一般是单方向旋转，内部结构不对称。（4）液压马达的轴承结构形式及其润滑方式需保证）液压马达的轴承结构形式及其润滑方式需保证在较大范围内都能正常工作，液压泵没有这一要求。在较大范围内都能正常工作，液压泵没有这一要求。（5）液压马达应有较大的起动扭矩。）液压马达应有较大的起动扭矩。液压马达结构特点路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索二、液压马达的特性参数二、液压马达的特性参数路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索n n 起动性能起动性能n 马达的起动性能主要用起动扭矩马达的起动性能主要用起动扭矩T0和起动机械效率和起动机械效率来描述。来描述。起动机械效率低，起动扭矩就小，马达的起动性能就差。起动机械效率低，起动扭矩就小，马达的起动性能就差。n n 制动性能制动性能n 马达的制动性能与容积效率有直接关系马达的制动性能与容积效率有直接关系。若容积效率低，泄。若容积效率低，泄漏大，马达的制动性能就差。漏大，马达的制动性能就差。n n 最低稳定转速最低稳定转速n最低稳定转速是指液压马达在额定负载下，不出现爬行现象的最低稳定转速是指液压马达在额定负载下，不出现爬行现象的最低转速最低转速。实际应用中，一般最低稳定转速越小越好，这样可扩。实际应用中，一般最低稳定转速越小越好，这样可扩大马达的调速范围。大马达的调速范围。n n 调速范围调速范围i=nmax/nmin路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索液压马达的符号单向定量单向定量液压马达液压马达单向变量单向变量液压马达液压马达双向定量双向定量液压马达液压马达双向变量双向变量液压马达液压马达 2、液压马达的符号、液压马达的符号路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索三、各类液压马达三、各类液压马达1）叶片式液压马达的工作原理）叶片式液压马达的工作原理叶片马达分为单作用叶片马达分为单作用和双作用式两大类。和双作用式两大类。前者可以调节转子的前者可以调节转子的偏心来改变排量而制偏心来改变排量而制成变量马达，后者只成变量马达，后者只能是定量的。能是定量的。一般所用的叶片马达一般所用的叶片马达都是双作用式的叶片都是双作用式的叶片马达。马达。工作原理工作原理：通入压力油产生扭矩使转子（带动负载）转动的。：通入压力油产生扭矩使转子（带动负载）转动的。高压高压窗口窗口高压高压窗口窗口路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索叶片马达的结构特点叶片马达结构特点：叶片马达结构特点：（1 1）采用弹簧预紧叶片，将叶片贴紧在定子内表面，防）采用弹簧预紧叶片，将叶片贴紧在定子内表面，防止起动时高、低压腔互相串通，保证马达有足够的起动扭止起动时高、低压腔互相串通，保证马达有足够的起动扭矩输出；矩输出；（2 2）设置压力油道转换装置（梭阀），保证马达正、反）设置压力油道转换装置（梭阀），保证马达正、反转变换进、出油口时，叶片底部总是通高压油，以保证叶转变换进、出油口时，叶片底部总是通高压油，以保证叶片与定子紧密接触；片与定子紧密接触；（3 3）叶片沿转子体径向布置，进、出油口大小相同，叶）叶片沿转子体径向布置，进、出油口大小相同，叶片顶部呈对称圆弧形，以适应正、反转要求。片顶部呈对称圆弧形，以适应正、反转要求。应用应用 转动惯量小，反应灵敏，能适应较高频率的换向。但泄转动惯量小，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。不严格的场合。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索轴向柱塞马达3）轴向柱塞马达）轴向柱塞马达 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，不仅影响马达的转矩，而作变量马达。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。越低。工作原理工作原理路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索单作用连杆型径向柱塞式液压马达低速大扭矩马达低速大扭矩马达单作用连杆型径向柱塞马达单作用连杆型径向柱塞马达 结构组成结构组成呈五星状（或七星状）的壳体内呈五星状（或七星状）的壳体内均匀分布着柱塞缸。均匀分布着柱塞缸。柱塞与连杆铰接，连杆的另一端柱塞与连杆铰接，连杆的另一端与曲轴偏心轮外圆接触。曲轴为输与曲轴偏心轮外圆接触。曲轴为输出轴。出轴。曲轴的一端通过十字接头与配流曲轴的一端通过十字接头与配流轴相连。轴相连。配流轴上配流轴上“隔墙隔墙”两侧分别为进油两侧分别为进油腔和排油腔。腔和排油腔。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索工作原理工作原理 高压油进入马达的进高压油进入马达的进油腔后，经壳体上的油腔后，经壳体上的油道进入部分柱塞缸油道进入部分柱塞缸头部，高压油作用在头部，高压油作用在柱塞上的作用力通过柱塞上的作用力通过连杆传递到曲轴的偏连杆传递到曲轴的偏心轮上，对曲轴旋转心轮上，对曲轴旋转中心形成转矩。中心形成转矩。另外部分柱塞缸与另外部分柱塞缸与回油口相通。回油口相通。配流轴随曲轴同步配流轴随曲轴同步旋转，各柱塞缸依旋转，各柱塞缸依次与高压进油和低次与高压进油和低压回油相通（配流压回油相通（配流套不转），保证曲套不转），保证曲轴连续旋转。轴连续旋转。单作用连杆型径向柱塞马达工作原理排量公式排量公式 v=d 2e z/2d 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。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索单作用连杆型径向柱塞马达应用单作用连杆型径向柱塞马达工作原理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，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），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最低转速可达用静压支承或静压平衡后最低转速可达3 r/min。目前，这种马达的额定工作压力为目前，这种马达的额定工作压力为21MPa，最高工，最高工作压力达作压力达31.5MPa。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索液压缸分类第二节第二节 液压缸液压缸一、液压缸的分类一、液压缸的分类 液压缸与马达一样，也是将液压能转变为机械能的装置，它液压缸与马达一样，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。将液压能转变为直线运动或摆动的机械能。1、按液压缸的运动方式分、按液压缸的运动方式分单作用液压缸单作用液压缸双作用液压缸双作用液压缸组合液压缸组合液压缸单杆活塞液压缸单杆活塞液压缸双杆活塞液压缸双杆活塞液压缸推力液压缸推力液压缸摆动液压缸摆动液压缸动力液压缸动力液压缸单叶片摆动液压缸单叶片摆动液压缸双叶片摆动液压缸双叶片摆动液压缸 2、按液压缸结构形式分、按液压缸结构形式分活塞式液压缸活塞式液压缸柱塞式液压缸柱塞式液压缸叶片式液压缸叶片式液压缸动力液压动力液压缸缸单活塞杆式单活塞杆式双活塞杆式双活塞杆式路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索双杆活塞液压缸二、常用液压缸的结构、工作原理及其特性二、常用液压缸的结构、工作原理及其特性 1 1、双杆式活塞液压缸、双杆式活塞液压缸 双杆活塞液压缸的两双杆活塞液压缸的两端都有活塞杆伸出。两活端都有活塞杆伸出。两活塞杆直径通常相等，活塞塞杆直径通常相等，活塞两端有效面积相同。两端有效面积相同。根据根据安装方式不同又分为活塞杆固安装方式不同又分为活塞杆固定式和缸筒固定式两种。定式和缸筒固定式两种。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索如果供油压力和流量不变，活塞往复运动时两个方如果供油压力和流量不变，活塞往复运动时两个方向的作用力和速度均相等。适用于往返速度相等且推向的作用力和速度均相等。适用于往返速度相等且推力不大的场合，如用来驱动外圆磨床的工作台。力不大的场合，如用来驱动外圆磨床的工作台。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塞杆固定时，运动部件移动范围是活塞有效行程的两倍 。双杆活塞缸的速度推力特性双杆活塞缸的速度推力特性路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索单杆活塞液压缸 2 2、单杆活塞液压缸、单杆活塞液压缸单杆活塞缸只有一端带活塞杆，它也有缸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方式的运动部件移动范围均为活塞有效行程的两倍。程的两倍。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索n单杆活塞缸速度推力特性单杆活塞缸速度推力特性单杆活塞液压缸往单杆活塞液压缸往复运动的速度不等。复运动的速度不等。n往返速比往返速比 v v2/v11/1（d/D）2 路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索差动液压缸 3 3、液压缸的差动连接（差动液压缸）、液压缸的差动连接（差动液压缸）当压力油同时供给单杆活塞液压缸当压力油同时供给单杆活塞液压缸的的两腔时，由于无杆腔两腔时，由于无杆腔的总作用力较大，活塞以一定速度向有杆腔方向运动。这种工况的总作用力较大，活塞以一定速度向有杆腔方向运动。这种工况称为称为差动连接差动连接。差动连接的液压缸常被称为。差动连接的液压缸常被称为“差动液压缸差动液压缸”。p1p2Fq式中式中D和和d分别为活和活塞杆直径。分别为活和活塞杆直径。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索DvQdQ1Q2 活塞的运动速度活塞的运动速度 v 为为即：即：活塞推力活塞推力 F F3 3 p p1 1（A A1 1A A2 2）=p p1d2/4路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索没有差动连接之前的运动速度没有差动连接之前的运动速度如果要求快速运动和快速退回速度相等，则如果要求快速运动和快速退回速度相等，则D=2D=21/21/2d d已知单杆活塞液压缸的活塞直径已知单杆活塞液压缸的活塞直径D D为活塞杆直径为活塞杆直径d d的两倍，差动连接时前进速度等于非差动连接时的两倍，差动连接时前进速度等于非差动连接时前进速度的（前进速度的（）；差动连接的快进速度等于快退）；差动连接的快进速度等于快退速度的（速度的（）。）。已知单活塞杆液压缸两腔有效面积已知单活塞杆液压缸两腔有效面积A A1 1=2A=2A2 2，液压，液压泵供油流量为泵供油流量为q q，如果将液压缸差动连接活塞实现，如果将液压缸差动连接活塞实现差动快进，那么流入大腔的流量是（差动快进，那么流入大腔的流量是（），如果不），如果不差动连接，则小腔的排油流量是（差动连接，则小腔的排油流量是（）。）。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索柱塞液压缸 4 4、柱塞液压缸、柱塞液压缸 柱塞式液压缸具有以下特点：柱塞式液压缸具有以下特点：（1 1）柱塞式液压缸是单作用液压缸，）柱塞式液压缸是单作用液压缸，即靠液压力只能实现一个方向的运动，回即靠液压力只能实现一个方向的运动，回程要靠自重（当液压缸垂直放置时）或其程要靠自重（当液压缸垂直放置时）或其它外力；它外力；（2 2）柱塞和缸筒内壁不接触，缸筒）柱塞和缸筒内壁不接触，缸筒内孔只需粗加工，甚至不加工，故工艺性内孔只需粗加工，甚至不加工，故工艺性好，更适用于长行程；好，更适用于长行程；（3 3）工作时柱塞总是受压，因此它）工作时柱塞总是受压，因此它必须具有足够的刚度；必须具有足够的刚度；路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索柱塞液压缸qpvd （4 4）柱塞重量往往比较大，水）柱塞重量往往比较大，水平放置时因自重易造成密封件和导平放置时因自重易造成密封件和导向件单边磨损，故柱塞液压缸垂直向件单边磨损，故柱塞液压缸垂直使用更为有利。水平使用时一般成使用更为有利。水平使用时一般成对使用。对使用。柱塞可产生的总推力柱塞可产生的总推力P 为为 柱塞运动速度柱塞运动速度v 为为柱塞式液压缸常用于长柱塞式液压缸常用于长行程机床，如龙门刨、导行程机床，如龙门刨、导轨磨、大型拉床等。轨磨、大型拉床等。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索摆动液压缸摆动式液压缸摆动式液压缸 当通入液压油，它的主当通入液压油，它的主轴能输出小于轴能输出小于360360的摆动的摆动运动的缸称为摆动式液压运动的缸称为摆动式液压缸。常用于辅助装置，如缸。常用于辅助装置，如送料和转位装置、液压机送料和转位装置、液压机械手及间歇进给机构。械手及间歇进给机构。双叶片式双叶片式 摆动角度一摆动角度一般小于般小于150150。但在相同。但在相同条件下，输出转矩是单叶条件下，输出转矩是单叶片摆动缸的两倍，输出角片摆动缸的两倍，输出角速度是单叶片缸的一半。速度是单叶片缸的一半。单叶片式单叶片式 摆动角度较摆动角度较大，可达大，可达300300输出转矩输出转矩 T T（R R2 22 2R R1 12 2）ppm mb/2 b/2 输出角速度输出角速度2q2qv v/b/b（R R2 22 2 R R1 12 2）路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索增压缸增压缸增压液压缸又称增压器，在某些短时或局部增压液压缸又称增压器，在某些短时或局部需要高压液体的液压系统中，常用增压缸与低需要高压液体的液压系统中，常用增压缸与低压大流量泵配合作用。压大流量泵配合作用。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索伸缩式液压缸伸缩式液压缸 它由两个或多个活它由两个或多个活塞式缸套装而成，前塞式缸套装而成，前一级活塞缸的活塞杆一级活塞缸的活塞杆是后一级活塞缸的缸是后一级活塞缸的缸筒。各级活塞依次伸筒。各级活塞依次伸出可获得很长的行程，出可获得很长的行程，当依次缩回时缸的轴当依次缩回时缸的轴向尺寸很小。向尺寸很小。除除双作用伸缩液压双作用伸缩液压缸缸外，还有外，还有单作用伸单作用伸缩液压缸缩液压缸，它与双作，它与双作用不同点是回程靠外用不同点是回程靠外力，而双作用靠液压力，而双作用靠液压作用力。作用力。当通入压力油时，活塞由大到小依当通入压力油时，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依次收回。各级压力和速度可按活塞缸的有关公式计算。塞缸的有关公式计算。特别适用于工程机械及自动线步进特别适用于工程机械及自动线步进式输送装置。式输送装置。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索齿条液压缸齿条液压缸 齿条活塞缸是活塞缸与齿条活塞缸是活塞缸与齿轮齿条机构组成的复合齿轮齿条机构组成的复合式缸。它将活塞的直线往式缸。它将活塞的直线往复运动转变为齿轮的旋转复运动转变为齿轮的旋转运动，用在机床的进刀机运动，用在机床的进刀机构、回转工作台转位、液构、回转工作台转位、液压机械手等。压机械手等。齿条活塞缸的速度推力特性齿条活塞缸的速度推力特性输出转矩输出转矩 T TM Mpp（/8 8）D D 2 2 D D i im m输出角速度输出角速度 8 q8 qv v/D D 2 2 D D I I式中式中 p p 为缸左右两腔压力差，为缸左右两腔压力差，D D 为活塞直径，为活塞直径，D D i i为齿为齿轮分度圆直径。轮分度圆直径。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索液压缸的典型结构液压缸的典型结构缸体组件缸体组件 包括缸包括缸筒、缸盖、缸底等筒、缸盖、缸底等零件。零件。活塞组件活塞组件 包括活包括活塞与活塞杆等零件。塞与活塞杆等零件。密封装置密封装置 有活塞有活塞与缸筒、活塞杆与与缸筒、活塞杆与缸盖的密封。缸盖的密封。缓冲装置缓冲装置 排气装置排气装置液压缸安装连接形式：脚架式，耳液压缸安装连接形式：脚架式，耳环式，铰轴式环式，铰轴式路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索1、缸筒与缸盖、缸筒与缸盖2、活塞与活塞、活塞与活塞杆杆路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索液压缸的缓冲装置3、液压缸的缓冲装置、液压缸的缓冲装置 当液压缸所驱动的质量较大、工作部件运动速当液压缸所驱动的质量较大、工作部件运动速度较快时，为避免因动量大在行程终点产生活塞度较快时，为避免因动量大在行程终点产生活塞与端盖（或缸底）的撞击，影响工作精度或损坏与端盖（或缸底）的撞击，影响工作精度或损坏液压缸，一般在液压缸的两端设置有缓冲装置。液压缸，一般在液压缸的两端设置有缓冲装置。缓冲装置的原理是：缓冲装置的原理是：在活塞运动接近终点位置在活塞运动接近终点位置时，增大液压缸的排油阻力，使活塞运动速度降时，增大液压缸的排油阻力，使活塞运动速度降低，此排油阻力又称为缓冲压力。低，此排油阻力又称为缓冲压力。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索根据缓冲原理的不同分为根据缓冲原理的不同分为节流缓冲和阀式卸压缓冲装置节流缓冲和阀式卸压缓冲装置。（a）（b）（c）AAAA路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索液压缸的排气装置4、液压缸的排气装置、液压缸的排气装置 在安装过程中或停止工作一段时间后，液压系统在安装过程中或停止工作一段时间后，液压系统中会有空气渗入。液压系统，特别是液压缸中存在有空中会有空气渗入。液压系统，特别是液压缸中存在有空气时，会使液压缸产生爬行或振动。为时，液压缸上常气时，会使液压缸产生爬行或振动。为时，液压缸上常设置有排气装置。排气孔应配置在缸盖上方的最高点，设置有排气装置。排气孔应配置在缸盖上方的最高点，以利于空气的排出。以利于空气的排出。（a）（b）