1、第4章 液压执行元件,章 节 目 录,4.1 液压马达 4.2 液压缸,4.1 液压马达,4.1.1 液压马达概述,从工作原理上讲，液压传动中的泵和马达都是靠工作腔密闭容积的容积变化而工作的。,1. 液压马达特性参数 （1）功率与总效率,马达输入功率PMi为 (4-1)马达输出功率PM0为(4-2)马达的总效率M等于马达的输出功率PM0与输入功率PMi之比，即(4-3),4.1 液压马达,（2）马达的转矩和机械效率（a）理论转距即(4-4)（b）启动转距(4-5),4.1 液压马达,（c）机械效率由 (4-6)得 (4-7),（3）流量与容积效率 (4-8),4.1 液压马达,(3-9)（4）
2、马达的排量与转速(3-10)（5）工作压力与额定压力,4.1 液压马达,液压马达的分类按照工作特性马达可分为两大类：额定转速在500（r/min）以上为高速液压马达；额定转速在500（r/min）以下为低速液压马达。高速液压马达有齿轮马达、叶片马达、轴向柱塞马达、螺杆马达等。低速液压马达有单作用连杆型径向柱塞马达和多作用内曲线径向柱塞马达等。按其排量能否改变可分为定量马达和变量马达。,3. 液压马达的图形符号,图4-1 液压马达的图形符号,4.1 液压马达,4.1.2 高速液压马达,1. 轴向柱塞马达,图4-2 轴向柱塞马达的工作原理,4.1 液压马达,4.1.2 高速液压马达,叶片液压马达常
3、用叶片液压马达为双作用式，现以双作用式来说明其工作原理。,图4-3 叶片液压马达的工作原理,叶片马达的结构特点,4.1 液压马达,4.1.2 高速液压马达,3. 齿轮液压马达,图4-4 外啮合齿轮液压马达工作原理,齿轮马达的结构特点,4.1 液压马达,4.1.3 低速液压马达,低速液压马达通常是径向柱塞式结构，为了获得低速和大转矩，采用高压和大排量，它的体积和转动惯量很大，不能用于反应灵敏和频繁换向的场合。低速液压马达按其每转作用次数，可分单作用式和多作用式。若马达每旋转一周，柱塞作一次往复运动，称为单作用式，若马达转一周，柱塞作多次往复运动，称为多作用式。,1. 单作用连杆型径向柱塞马达,图
4、4-5 曲柄连杆式径向液压马达的工作原理,4.1 液压马达,单作用连杆型径向柱塞马达的排量V为(4-11)式中 d 柱塞直径；e 曲轴偏心距；z 柱塞数。,结构特点,4.1 液压马达,2. 多作用内曲线径向柱塞马达,图4-6 多作用内曲线径向柱塞马达,4.1 液压马达,多作用内曲线径向柱塞马达的排量为(4-12)式中 d 柱塞直径；s 柱塞行程；x 作用次数；y 柱塞排数；z 每排柱塞数。结构特点,4.2 液压缸,4.2.1 液压缸的类型和速度推力特性,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。,活塞式液
5、压缸 (1）双杆活塞缸,a),图4-7 双杆活塞缸,b),4.2 液压缸,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： (4-13)(4-14)式中 A 液压缸的有效面积； m液压缸的机械效率；V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。,4.2 液压缸,（2）单杆活塞缸,a) b) c),图4-8 单杆活塞缸,如图4-8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
6、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。,4.2 液压缸,3. 柱塞液压缸,图4-9 柱塞液压缸,4.2 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： (4-23)(4-24),4.2 液压缸,3. 其它形式液压
7、缸,（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4-10和4-11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。,4.2 液压缸,图4-11 单作用伸缩液压缸,图4-10 双作用伸缩液压缸,4.2 液压缸,（2）齿条活塞液压缸,图4-12 齿条活塞液压缸,4.2
8、液压缸,（3）增压缸（增压器）,图4-13 增压缸,4.2.2 液压缸的典型结构和组成,1. 液压缸典型结构,图4-14 单活塞杆液压机构,4.2 液压缸,4.2 液压缸,4.2.2 液压缸的典型结构和组成,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4-15 缸筒与缸盖连接方式,4.2 液压缸,（2）活塞组件,图4-16 活塞与活塞杆的连接,4.2 液压缸,（3）缓冲装置,图4-17 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
9、孔式,4.2 液压缸,（4) 排气装置,图4-18 排气装置,4.2 液压缸,4.2.3 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
10、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,4.2 液压缸,2. 液压缸主要尺寸的确定 （1）缸筒内径D （2）活塞杆直径d （3）液压缸缸筒长度s （4）液压缸最小导向长度H,4.2 液压缸,3. 强度校核 （1）缸筒壁厚的校核对中低压系统，由于缸筒的壁厚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/10时，可按薄壁筒公式来校核(4-29)
11、当D/10时，应按厚壁筒公式进行校核(4-30),4.2 液压缸,（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：(4-31)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。,4.2 液压缸,4.2.4 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
12、缸如图4-20所示。,图4-20 摆动式液压缸,4.2 液压缸,图4-20a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4-20b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v 和m时。输出转矩TM和角速度分别为：(4-32)(4-33),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,4.2 液压缸,图4-19 液压缸最小导向长度,
