液压与气动技术-液压执行元件课件.ppt

1、第4章 液压执行元件 液压马达和液压缸总称液压执行元件，其功用是将液压泵供给的液压能转变为机械能输出，驱动工作机构做功。二者的不同在于：液压马达是实现旋转运动，输出机械能的形式是扭矩和转速；液压缸是实现往复直线运动（或往复摆动）,输出机械能的形式是力和速度（或扭矩和角速度）。液压马达又称油马达，液压缸又称油缸。4.1 液压马达 4.1.1 液压马达概述（1）液压马达的基本工作原理 液压马达和液压泵一样，都是依靠密封工作容积的变化实现能量的转换，都属容积式，同样具有配流机构。（2）液压马达的基本性能参数 液压马达的性能参数有压力、输入流量、排量、扭矩、功率和效率等，而基本参数是排量、扭矩和转速。

2、1）压力 2）排量 3）转速 液压马达的理论输出转速nml为：考虑到泄漏损失，液压马达的实际输出转速要比理论转速小，即 4）扭矩（4.1）（4.2）液压马达每转输入的液压功率为pVm，若不考虑功率损失,则每转输出的机械功率为2Tml，由能量守恒定律得:pVm=2Tml，由此可得，马达的理论输出扭矩Tml为：考虑到摩擦损失，实际输出的扭矩要比理论输出扭矩小，即（4.3）（4.4）5）功率 实际输入的液压功率为：实际输出的机械功率为：6）效率m 液压马达的总效率为输出功率与输入功率之比：（4.5）（4.6）（4.7）4.1.2 高速小扭矩液压马达（1）齿轮式液压马达 齿轮马达的基本结构与齿轮泵相同

3、。（2）叶片式液压马达 叶片马达和叶片泵一样分为单作用和双作用两种类型，其结构与相对应的泵基本相同。图4.1 齿轮马达 工作原理图4.2 叶片马达的工作原理图4.2 叶片马达的工作原理（3）轴向柱塞式液压马达 轴向柱塞马达是一类相当重要的高速马达，同泵一样适合在高压系统中使用，它也分为斜盘式和斜轴式两种。1）斜盘式轴向柱塞马达 2）斜轴式轴向柱塞马达图4.3 轴向柱塞马达工作原理1柱塞；2连杆；3输出轴图4.3 轴向柱塞马达工作原理1柱塞；2连杆；3输出轴 斜轴式轴向柱塞马达如图4.3（b）所示。柱塞位于马达进液区的柱塞孔内，液压力推动柱塞和连杆，其作用力F沿连杆方向传至马达输出轴的传动盘上。

4、4.1.3 低速大扭矩马达（1）行星转子式摆线马达 这是一种以体积小、扭矩大为特点的新型马达，近几年来得到较大的发展和推广应用。1）工作原理图4.4 行星转子式摆线马达的工作原理1定子；2转子；3壳体；4输出轴（配流轴）图4.4 行星转子式摆线马达的工作原理1定子；2转子；3壳体；4输出轴（配流轴）图4.5 摆线马达扭矩产生的原理图4.6 BM型摆线马达1后壳体；2补偿盘；3配流盘；4辅助配流板；5短花键轴；6定子；7滚柱；8转子；9长花键轴；10输出轴；11弹簧 2）典型结构BM型摆线马达 该型马达有如下结构特点：定子采用装配式结构 采用端面配流及自动补偿间隙措施 转子利用两端均为渐开线鼓形

5、花键的长轴与输出轴连接（2）径向柱塞式液压马达图4.7 装配式定子图4.8 辅助配流板和补偿盘结构图图4.9 配流盘结构图 1）曲轴连杆式径向柱塞液压马达 2）内曲线径向柱塞液压马达 工作原理 内曲线马达结构分析 A.配流装置 B.传力机构 a.横梁传力机构图4.10 曲轴连杆式径向柱塞液压马达工作原理1缸体（壳体）；2柱塞；3连杆；4偏心曲轴；5配流轴；6配流套图4.11 内曲线马达工作原理1柱塞；2滚轮；3定子；4转子（缸体）；5配流轴图4.12 配流轴图4.13 传力机构1柱塞；2定子；3转子；4滚轮5横轴；6连杆；7耐磨板；8横梁 b.滚轮传力机构 C.定子曲线 a.等加速率曲线 b.

6、余弦曲线 内曲线马达的背压与敲缸 背压是指马达的回液压力。4.1.4 液压马达的选用 选择液压马达时，应根据液压系统所确定的压力、排量、设备结构尺寸、使用要求、工作环境等合理地选定马达的具体类型和规格。4.2 液压缸 4.2.1 液压缸的类型及工作原理 按运动方式的不同分为：往复直线运动液压缸（又称推力缸）和往复摆动液压缸。按液压力的作用方式可分为：单作用液压缸和双作用液压缸。对于单作用液压缸，液压力只能使液压缸单向运动，返回靠外力（自重或弹簧力等）；对于双作用液压缸，液压缸正反两个方向的运动均靠液压力。按结构特点可分为：活塞式、柱塞式、组合式。活塞式和柱塞式是液压缸的基本结构形式，而组合式则

7、是它们的组合，以适应不同工作条件的要求。组合式种类较多，如伸缩缸、增压缸、串联缸等。（1）活塞式液压缸 1）单活塞杆液压缸（a）单作用 （b）双作用图4.14 单活塞杆液压缸工作原理 活塞杆外伸时，输出的推力F1和速度v1为：活塞杆缩回时，输出的拉力F2和速度v2为：（4.8）（4.9）（4.10）（4.11）表示单杆双作用活塞式液压缸尺寸特点的一个重要参数是速比 ：差动连接时活塞杆外伸的推力F3等于液压缸两腔有效作用面积上液压作用力之差，即（4.12）（4.13）图4.15 差动连接的双作用液压缸 无杆腔输入流量等于泵的流量q与有杆腔排出流量q1之和，因为 则差动连接活塞杆外伸速度v3为：（

8、4.14）2）双活塞杆液压缸 这种液压缸为双作用两端出杆结构图4.16 双活塞杆液压缸图4.17 柱塞式液压缸（2）柱塞式液压缸（3）组合式液压缸 1）伸缩式液压缸图4.18 伸缩式液压缸1二级活塞；2、4缸筒；3二级缸套（一级活塞杆）；5一级活塞；6一级缸套；7缸盖 2）增压液压缸 对于单作用增压缸，根据大活塞和小柱塞受力平衡关系 根据大活塞和小柱塞运动速度相等的关系（4.15）图4.19 增压缸工作原理（4）摆动液压缸 摆动液压缸又称摆动马达。实现往复回转运动，回转角度小于360，主要由缸筒、缸盖、隔板、转子、叶片、输出轴等零件组成。（4.16）图4.20 摆动液压缸1缸体；2叶片；3转子

9、；4隔板 4.2.2 液压缸的结构（1）液压缸的典型结构（2）液压缸主要结构 1）缸筒与缸底、缸盖的连接 2）活塞与活塞杆图4.21 双作用单活塞杆液压缸1缸底；2卡环；3、6、11、12密封圈；4活塞；5支承环；7缸筒；8活塞杆；9导向套；10缸盖；13防尘圈；14连接头图4.22 缸筒与缸底的连接图4.22 缸筒与缸底的连接图4.23 活塞与活塞杆的连接1活塞杆；2活塞；3密封圈；4卡环；5套环；6弹簧挡圈；7螺母 3）密封装置 常用的橡胶密封圈有以下几种：O形密封圈 Y形密封圈 V形密封圈 鼓形和蕾形密封圈图4.24 活塞杆头部结构形式图4.24 活塞杆头部结构形式图4.27 Y形密封圈

10、的密封原理图4.28 高低唇Y形密封圈图4.29 V形密封圈1支撑环；2V形圈；3压环；4缸体；5压盖；6柱塞图4.30 鼓形密封圈1橡胶；2夹布橡胶图4.31 蕾形密封圈1橡胶；2夹布橡胶 4）缓冲装置图4.32 缓冲装置 5）排气装置图4.33 排气装置（3）液压缸的安装 机械设备上的液压缸有多种安装方式。当要求液压缸固定时，可采用底座或法兰来安装定位；当液压缸两端都有底座，且缸体较长时，应使一端固定，另一端浮动，以适应热变形的影响。如果液压缸需要摆动，则可采用铰轴、耳环或球头等连接方式。4.2.3 液压缸的设计计算（1）液压缸主要结构尺寸的确定 1）缸筒内径和活塞杆直径的确定 活塞杆直径

11、d 的确定，对于往复运动，有速比要求的按速比确定；若无速比要求，则按活塞杆受力状况确定：当活塞杆受拉时 当活塞杆受压时 2）最小导向长度的确定 最小导向长度H的计算公式为：3）缸筒长度和活塞杆长度的确定（2）强度和稳定性的校核计算 1）缸筒壁厚和外径计算 缸筒相当于一个两端封闭的圆筒形受压容器，其应力状态与缸筒内径D 和壁厚的比值有关。（4.17）图4.34 液压缸的导向长度 当D/10时，按薄壁圆筒的计算公式校核，即 当D/10时，按厚壁圆筒的计算公式校核，即（4.18）（4.19）壁厚确定后，即可求得缸筒外径D1，并圆整为标准值：2）活塞杆强度与稳定性计算 一般按受力状况所确定的活塞杆直径

12、d，其强度可以满足要求，若有必要时，可按下式进行强度校核。（4.20）（4.21）（3）液压缸连接件强度计算 液压缸连接件包括焊接、连接螺栓、连接螺纹、法兰盘、卡环、钢丝卡圈等，其强度计算纯属一般机械零件问题，可参阅机械零件设计手册。小 结 液压马达和液压缸均属于液压执行元件，其作用是将液压泵供给的液压能转变为机械能，驱动工作机构做功。液压马达实现旋转运动，输出参数是扭矩和转速，其他参数：压力、排量、流量、容积效率、机械效率等与液压泵的同名参数的定义基本相同，但应注意：液压马达输入的是液压能，所以某些参数的计算与泵有所不同。具有周期性变化的密封工作容积和配流装置同样是液压马达工作的必要条件，应

13、着重掌握不同类型马达的扭矩产生原理。齿轮式、叶片式、轴向柱塞式液压马达的结构、性能与同类型的液压泵基本类似；行星转子式摆线马达、径向柱塞式马达的排量大，属于低速大扭矩马达。当工作机构 速度高、负载小，宜用齿轮式、叶片式马达；若负载较大时，则用轴向柱塞马达。当工作机构速度低、负载大时，可以选用高速小扭矩马达，配合机械减速装置驱动工作机构，也可以选用低速大扭矩马达直接驱动工作机构，这要经过技术经济比较才能确定。液压缸实现往复直线运动或回转摆动。基本类型有：活塞式、柱塞式、摆动式。本章着重介绍了应用最为广泛的活塞式液压缸，其基本性能参数是推（拉）力和速度。应掌握这类液压缸的结构、工作原理、安装使用以及设计计算等内容。