第三章液压马达与液压缸

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1、液压与气压传动液压与气压传动第三章液压马达与液压缸 主要内容主要内容液压马达液压缸2本章学习要点本章学习要点重重点点内内容容：各各种种液液压压马马达达的的工工作作原原理理和和特特点点；液液压压马马达达的的性性能能参参数数的的计计算算；活活塞塞式式液液压压缸缸的的工工作作特特点点及及其其速速度度、推推力力计计算算；差差动动式式液液压压缸缸的的工工作作特特点及其速度、推力计算。点及其速度、推力计算。难点内容：难点内容：液压马达性能参数的计算；差动式液压马达性能参数的计算；差动式液压缸的工作特点及其速度、推力计算。液压缸的工作特点及其速度、推力计算。3第一节第一节 液压马达液压马达液压马达概述液压马

2、达概述高速液压马达高速液压马达低速液压马达低速液压马达4液压马达概述液压马达概述液液压压马马达达是是将将液液体体压压力力能能转转换换为为机机械械能能的的装装置置,输输出出转转矩矩和和转转速速，是是液液压压系系统统的的执行元件。执行元件。马马达达与与泵泵在在原原理理上上有有可可逆逆性性，但但因因用用途途不不同同结结构构上上有有些些差差别别：马马达达要要求求正正反反转转，其其结结构构具具有有对对称称性性；而而泵泵为为了了保保证证其其自自吸性能，结构上采取了某些措施。吸性能，结构上采取了某些措施。5液压马达图形符号液压马达图形符号6液压马达的特性参数液压马达的特性参数工作压力与额定压力工作压力与额定

3、压力工作压力工作压力 p 大小取决于马达负载，马达进出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口压力的差值称为马达的压差p。额定压力额定压力 ps 能使马达连续正常运转的最高能使马达连续正常运转的最高压力。压力。流量与容积效率流量与容积效率 输入马达的实际流量输入马达的实际流量 qMqMtq 其中其中 qMt为理论流量，马达在没有泄漏时，为理论流量，马达在没有泄漏时，达到要求转速所需进口流量。达到要求转速所需进口流量。容积效率容积效率Mv qMt/qM 1 q/qM7排量与转速排量与转速 排量排量V为为MV等于等于1 时输出轴旋转一周所需时输出轴旋转一周所需油液体积。油液体积。转

4、速转速 n qMt/V qMMV/V转矩与机械效率转矩与机械效率 实际输出转矩实际输出转矩 TTt-T 理论输出转矩理论输出转矩 Ttp VMm/2机械效率机械效率MmTM/TMt功率与总效率功率与总效率M PMo/PmiT 2n/p qM MvM式中式中 PMo为马达输出功率，为马达输出功率，Pmi为马达输入功率。为马达输入功率。8齿轮马达齿轮马达 结构特点结构特点 进进出出油油口口相相等等，有有单单独的泄油口；独的泄油口；为为减减少少摩摩擦擦力力矩矩，采采用滚动轴承；用滚动轴承；为为减减少少转转矩矩脉脉动动，齿齿数较泵的齿数多。数较泵的齿数多。应应用用 由由于于密密封封性性能能差差，容容积

5、积效效率率较较低低，不不能能产产生生较较大大的的转转矩矩，且且瞬瞬时时转转速速和和转转矩矩随随啮啮合合点点而而变变化化，因因此此仅仅用用于于高高速速小小转转矩矩的的场场合合，如如工工程程机机械械、农农业业机机械械及及对对转转矩矩均均匀匀性性要要求求不不高高的的设备。设备。9齿轮马达工作原理齿轮马达工作原理1011叶片马达叶片马达工作原理工作原理 结构特点结构特点 进出油口相等，有单进出油口相等，有单独的泄油口；独的泄油口；叶片径向放置，叶片叶片径向放置，叶片底部设置有燕式弹簧；底部设置有燕式弹簧；在高低压油腔通入叶在高低压油腔通入叶片底部的通路上装有梭片底部的通路上装有梭阀。阀。应用应用 转动

6、惯量小，反应灵敏，能适应较高频率的换向。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。性能要求不严格的场合。1213轴向柱塞马达轴向柱塞马达工作原理工作原理 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。应应用用 作作变变量量马马达达。改改变变斜斜盘盘倾倾角角，不不仅仅影影响响马马达达的的转转矩矩，而而且且影影响响它它的的转转速速和和转转向向。斜斜盘盘倾倾角角越越大大，产产生生的的转转矩矩越越大大

7、，转速越低。转速越低。14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1516结构原理结构原理呈五星状（或七星状）的壳体内均匀分布着柱塞缸。呈五星状（或七星状）的壳体内均匀分布着柱塞缸。柱柱塞塞与与连连杆杆铰铰接接，连连杆杆的的另另一一端端与与曲曲轴轴偏偏心心轮轮外外圆圆接接触触。高高压压油油进进入入部部分分柱柱塞塞缸缸头头部部，高高压压油油作作用用在在柱柱塞塞上上的的作作用用力力对对曲曲轴轴旋旋转转中中心心形形成成转转矩矩。另另外外部部分分柱柱塞塞缸缸与与回回油油口相通。口相通。曲轴为输出轴。曲轴为输出轴。配配流流轴轴随随曲曲轴轴同同步步旋旋转转，各各柱柱塞塞

8、缸缸依依次次与与高高压压进进油油和和低低压回油相通（配流套不转），保证曲轴连续旋转。压回油相通（配流套不转），保证曲轴连续旋转。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。应用应用结结构构简简单单，工工作作可可靠靠，可可以以是是壳壳体体固固定定曲曲轴轴旋旋转转，也也可可以以是是曲曲轴轴固固定定壳壳体体旋旋转转（可可驱驱动动车车轮轮或或卷卷筒筒），但但体体积积重重量量较较大大，转转矩矩脉脉动动，低低速速稳稳定定性性较较差差。采采用用静静压压支支承承或静压平衡后最低转速可达或静压平衡后最低转速可达3 r/min。17低速

9、大扭矩马达低速大扭矩马达多作用内曲线径向柱塞马达多作用内曲线径向柱塞马达结构组成结构组成（动画）（动画）18多作用内曲线马达多作用内曲线马达缸体压油口配油轴定子柱塞回油口 液压马达由定子1、转子2、配流轴4与柱塞组3等主要部件组成，定子1的内壁有若干段均布的、形状完全相同的曲面组成。每一相同形状的曲面又可分为对称的两边，其中允许柱塞副向外伸的一边称为进油工作段，与它对称的另一边称为排油工作段。1920排量公式排量公式 V=（d 2/4）sxyzs 为柱为柱塞塞行程；行程；x 为作用次数；为作用次数；y 为柱塞排为柱塞排数；数；z 为每排柱塞数为每排柱塞数。应应用用 转转矩矩脉脉动动小小，径径向

10、向力力平平衡衡，启启动动转转矩矩大大，能能在在低低速速下下稳稳定定运运转转，普普遍遍用用于于工工程程、建建筑筑、起起重重运运输输、煤煤矿矿、船舶、农业等机械中。船舶、农业等机械中。21第二节第二节 液压缸液压缸液压缸的类型和速度推力特性液压缸的典型结构和组成液压缸主要尺寸的确定摆动式液压缸22双杆活塞缸双杆活塞缸23双杆活塞液压缸双杆活塞液压缸双活塞杆液压缸的活塞两端都带有活塞杆，分为缸体固定和活塞杆固定两种安装形式。(a)缸筒缸筒固定式固定式(b)活塞杆固定式活塞杆固定式242526单杆活塞缸单杆活塞缸单杆液压缸单杆液压缸无杆腔进油腔回油腔有杆腔272829两腔进油,差动联接差差动动联接联接

11、q当单杆活塞缸两腔同时通入压力油时，由于无杆腔有效作用面积大于有杆腔的有效作用面积，使得活塞向右的作用力大于向左的作用力，因此，活塞向右运动，活塞杆向外伸出；与此同时，又将有杆腔的油液挤出，使其流进无杆腔，从而加快了活塞杆的伸出速度，单活塞杆液压缸的这种连接方式被称为差动连接差动连接。q3031三种缸的速度比较三种缸的速度比较32柱塞式液压缸柱塞式液压缸当活塞式液压缸行程较长时，加工难度大,使得制造成本增加。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。33柱塞式液压缸如如图图所所示示，柱柱塞塞缸缸由由缸缸筒筒、柱柱塞塞、导导套套、密密封封圈圈

12、和和压压盖盖等等零零件件组组成成，柱柱塞塞和和缸缸筒筒内内壁壁不不接接触触，因此缸筒内孔不需精加工，工艺性好，成本低。因此缸筒内孔不需精加工，工艺性好，成本低。34柱塞缸的结构柱塞缸的结构35双柱塞缸的工作原理双柱塞缸的工作原理36缸体伸缩式液压缸伸缩式液压缸伸缩式液压缸伸缩式液压缸 伸出伸出缩回缩回套筒活塞活塞伸缩式单作用缸伸缩式单作用缸37单作用伸缩缸单作用伸缩缸38双作用伸缩缸双作用伸缩缸39伸缩缸伸缩缸40齿条活塞缸 齿条活塞缸由带有齿条杆的双作用活塞缸和齿轮齿条机构组成，活塞往复移动经齿条、齿轮机构变成齿轮轴往复转动。齿条活塞液压缸的结构图1紧固螺帽；2调节螺钉；3端盖；4垫圈；5O

13、形密封圈；6挡圈；7缸套；8齿条活塞；9齿轮；l0传动轴；11缸体；12螺钉q414243增压缸增压缸44增速缸增速缸45液压缸的结构单活塞杆液压缸结构图l缸底；2卡键；3、5、9、11密封圈；4活塞；6缸筒；7活塞杆；8导向套；10缸盖；12防尘圈；13耳轴46 缸缸筒筒 是液压缸的主体，其内孔一般采用镗削、绞孔、滚压或珩磨等精密加工工艺制造，要求表面粗造度在0.1m0.4m。端端盖盖 装在缸筒两端，与缸筒形成封闭油腔，同样承受很大的液压力，因此，端盖及其连接件都应有足够的强度。导导向向套套 对活塞杆或柱塞起导向和支承作用，有些液压缸不设导向套，直接用端盖孔导向。缸缸缸缸筒筒筒筒，端端端端盖

14、盖盖盖和和和和导导导导向向向向套套套套的的的的材材材材料料料料选选选选择择择择和和和和技技技技术术术术要要要要求求求求可可可可参参参参考液压设计手冊。考液压设计手冊。考液压设计手冊。考液压设计手冊。缸体组件缸体组件 47缸筒与端盖的连接 48活塞组件活塞组件 活塞组件由活塞、密封件、活塞杆和连接件等组成。活塞与活塞杆的连接形式 如图所示，活塞与活塞杆的连接最常用的有螺纹连接和半环连接形式，除此之外还有整体式结构、焊接式结构、锥销式结构等。1一活塞杆；2一活塞；3一密封圈；4一弹簧圈；5一螺母1一卡键；2一套环；3一弹簧卡圈4950缓冲装置 为为了了防防止止这这种种危危害害，保保证证安安全全，应

15、应采采取取缓缓冲冲措施，对液压缸运动速度进行控制。措施，对液压缸运动速度进行控制。当液压缸带动质量较大的部件作快速往复运动时，由于运动部件具有很大的动能，因此当活塞运动到液压缸终端时，会与端盖碰撞，而产生冲击和噪声。这种机械冲击不仅引起液压缸的有关部分的损坏，而且会引起其它相关机械的损伤。51缓冲装置缓冲装置 液压缸缓冲装置525354排气装置排气装置 液压传动系统往往会混入空气，使系统工作不稳定，液压传动系统往往会混入空气，使系统工作不稳定，产生振动、爬行或前冲等现象，严重时会使系统不能正常产生振动、爬行或前冲等现象，严重时会使系统不能正常工作。工作。因此，设计液压缸时，必须考虑空气的排除。

16、因此，设计液压缸时，必须考虑空气的排除。对于速度稳定性要求较高的液压缸和大型液压缸，常在液压缸的最高处设置专门的排气装置，如排气塞、排气阀等。当松开排气塞或阀的锁紧螺钉后，低压往复运动几次，带有气泡的油液就会排出，空气排完后拧紧螺钉，液压缸便可正常。55565758液压缸主要尺寸的确定 液液压压缸缸内内径径D和和活活塞塞杆杆直直径径d可根据最大总负载和选取的工作压力来定，对单杆缸而言，有：有杆腔进油时：有杆腔进油时：无杆腔进油时无杆腔进油时59活塞杆直径 d1）按v 确定2）按工作压力确定按国标圆整为标准尺寸。60时，为薄壁筒（无缝钢管）式中：py 实验压力 缸筒壁厚 n 安全系数 n=5 p

17、n 缸的额定压力 许用应力，b 抗拉强度液压缸的校核 1.缸筒壁厚的验算（通常对中低压系统，无须进行缸筒校核）61注意：圆整为标准壁厚 1）铸造：满足最小尺寸2）无缝钢管：查手册 (无缝钢管外径不需加工）时，为厚壁筒（铸造）缸筒外径：62 单叶片摆动缸单叶片摆动缸63 双叶片摆动缸双叶片摆动缸64液液压压泵泵和和液液压压马马达达都都是是能能量量转转换换装装置置，前前者者把把机机械械能能转转变变为为液液压压能能，而而后后者者则则把把液液压压能能转转变变为为机机械械能能。从从结结构构上看，二者基本相同，但从原理上讲，二者是可逆的。上看，二者基本相同，但从原理上讲，二者是可逆的。对马达来说，最重要的结构参数都是排量。对马达来说，最重要的结构参数都是排量。液液压压缸缸是是一一种种直直线线运运动动的的执执行行元元件件，在在液液压压系系统统中中应应用用最多。最多。液液压压缸缸的的分分活活塞塞式式、柱柱塞塞式式及及其其它它组组合合液液压压缸缸。其其中中前前两种应用最广。两种应用最广。差动连接的液压缸是获得快速运动的常用方法。差动连接的液压缸是获得快速运动的常用方法。本章小结本章小结65