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1、第4章 液压执行元件,材料科学与工程学院陈柏金13007159130 ,液压传动,2,本章提要,本章主要内容为 ：,液压马达的工作原理与性能参数 液压缸的类型、特点及典型结构,要求掌握几种液压马达的工作原理（马达怎样产生转速、转矩）、结构特点及主要性能； 要求掌握液压缸设计中应考虑的主要问题，包括结构类型的选择和参数计算等，为液压缸设计打下基础。,3,4.1 液压马达,马达的符号,4,液压泵和液压马达都是液压传动系统中的能量转换元件。,液压泵由原动机驱动，把输入的机械能转换成为油液的压力能，再以压力、流量的形式输入到系统中去，它是液压系统的动力源。,液压马达则将输入的压力能转换成机械能，以扭矩
2、和转速的形式输送到执行机构做功，是液压传动系统的执行元件。,机械输出,5,但是，由于液压马达和液压泵的工作条件不同，对它们的性能要求也不一样，所以同类别的液压马达和液压泵之间，仍存在许多差别。,从能量转换的观点来看，液压泵与液压马达是可逆工作的液压元件，向任何一种液压泵输入工作液体，都可使其变成液压马达工况；反之，当液压马达的主轴由外力矩驱动旋转时，也可变为液压泵工况。因为它们具有同样的基本结构要素密闭而又可以周期变化的容积和相应的配油机构。,6,首先液压马达应能够正、反转，因而要求共内部结构对称；液压马达的转速范围需要足够大，特别对它的最低稳定转速有一定的要求。,其次液压马达由于在输入压力油
3、条件下工作，因而不必具备自吸能力，但需要一定的初始密封性，才能提供必要的起动转矩。由于存在着这些差别，使得液压马达和液压泵在结构上比较相似，但不能可逆工作。,7,液压马达和液压泵在结构上基本相同，也是靠密封容积的变化进行工作的。常见的液马达也有齿轮式、叶片式和柱塞式等几种主要形式；从转速转矩范围分,可有高速马达和低速大扭矩马达之分。马达和泵在工作原理上是互逆的，当向泵输入压力油时，其轴输出转速和转矩就成为马达。,由于二者的任务和要求有所不同，故在实际结构上只有少数泵能做马达使用。,8,液压马达的主要性能参数,马达轴每转一周，由其密封容腔有效体积变化而排出的液体体积称为马达的排量。,9,容积效率
4、和转速,10,输出转矩,因马达实际存在机械摩擦，故实际输出转矩应考虑机械效率。,11,功率和总效率,由上式可见，液压马达的总效率亦同于液压泵的总效率，等于机械效率与容积效率的乘积。,12,4.1.1 高速液压马达,一般来说，额定转速高于500r/min的马达属于高速马达，额定转速低于500r/min的马达属于低速马达。,高速液压马达基本型式：齿轮式、叶片式和轴向柱塞式等。,它们的主要特点是转速高，转动惯量小，便于启动、制动、调速和换向。通常高速马达的输出转矩不大，最低稳定转速较高，只能满足高速小扭矩工况。,一、叶片式液压马达 当压力油进入两个高压窗口时，叶片1、2、3，5、6、7都会有压力油的
5、作用，产生顺时针旋转的力矩更大，故马达沿顺时针方向旋转；反之，若马达的进、出油口对换，则反向旋转。,14,二、柱塞式液压马达,斜盘1和配油盘4固定不动，柱塞3可在缸体2的孔内移动，斜盘中心线与缸体中心线相交一个倾角。高压油经配油盘的窗口进入缸体的柱塞孔时，处在高压腔中的柱塞被顶出，压在斜盘上，斜盘对柱塞的反作用力F可分解为两个分力，轴向分力Fx和作用在柱塞上的液压力平衡，垂直分力Fy使缸体产生转矩，带动马达轴5转动。设第i个柱塞和缸体的垂直中心线夹角为，则在柱塞上产生的转短为：,15,单个柱塞转矩,液压马达总转矩,随着角的变化，每个柱塞产生的转矩也发生变化，故液压马达产生的总转矩也是脉动的，它
6、的脉动情况和讨论泵流量脉动时的情况相似。,16,4.1.2 低速大扭矩液压马达,低速大扭矩液压马达是相对于高速马达而言的，通常这类马达在结构形式上多为径向柱塞式,其特点是：最低转速低，大约在510转/分；输出扭矩大，可达几万牛顿米；径向尺寸大，转动惯量大。,它可以直接与工作机构直接联接，不需要减速装置，使传动结构大为简化。低速大扭矩液压马达广泛用于起重、运输、建筑、矿山和船舶等机械上。,低速大扭矩液压马达的基本形式有三种：它们分别是曲柄连杆马达、静力平衡马达和多作用内曲线马达。,17,一、 单作用连杆型径向柱塞式液压马达,低速大扭矩液压马达。结构简单、制造容易、价格低；体积大、重量大、扭矩脉动
7、大。,18,马达由壳体、曲柄连杆活塞组件、偏心轴及配油轴组成。壳体1内沿圆周呈放射状均匀布置了五只缸体，形成星形壳体；缸体内装有活塞2，活塞2与连杆3通过球绞连接，连杆大端做成鞍型圆柱瓦面紧贴在曲轴4的偏心圆上，液压马达的配流轴5与曲轴通过十字键连结在一起，随曲轴一起转动，马达的压力油经过配流轴通道，由配流轴分配到对应的活塞油缸。,19,腔通压力油，活塞受到压力油的作用。腔与排油窗口接通。受油压作用的柱塞通过连杆对偏心圆中心作用一个力N，推动曲轴绕旋转中心转动，对外输出转速和扭矩；随着驱动轴、配流轴转动，配流状态交替变化。在曲轴旋转过程中，位于高压侧的油缸容积逐渐增大，而位于低压侧的油缸的容积
8、逐渐缩小，因此，高压油不断进入液压马达，从低压腔不断排出。,20,21,二、 多作用内曲线马达,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。,22,23,每个柱塞在液压马达每转中往复的次数等于定子曲面数X ，称 X 为该液压马达的作用次数。Z 个柱塞缸孔，每个缸孔的底部都有一配流窗口，并与它的中心配流轴4相配合的配流孔相通。,配流轴4中间有进油和回油的孔道，它的配流窗口的位置与导轨曲面的进油工作段和回油工作段的位置
9、相对应，所以在配流轴圆周上有2X个均布配流窗口。,24,4.1.2 液压马达的工作特点,马达应能正、反运转，因此，就要求液压马达在设计时具有结构上的对称性。当液压马达的惯性负载大、转速高，并要求急速制动或反转时，会产生较高的液压冲击，应在系统中设置必要的安全阀或缓冲阀。由于内部泄漏不可避免，因此将马达的排油口关闭而进行制动时，仍会有缓惯的滑转，所以，需要长时间精确制动时，应另行设置防止滑转的制动器。,液压缸的输入量是液体的流量和压力，输出量是速度和力。液压缸和液压马达都是液压执行元件， 其职能是将液压能转换为机械能。,液压执行元件是将液压泵提供的液压能转变为机械能的能量转换装置。它包括液压缸和
10、液压马达。液压马达是指输出旋转运动的液压执行元件；液压缸是指输出直线运动(其中包括输出摆动运动)的液压执行元件。,4.2 液压缸,4.2.1 液压缸的类型及特点,液压缸的分类,按供油方向分：单作用缸和双作用缸。按结构形式分：活塞缸、柱塞缸、组合缸(伸缩套筒缸)、摆动液压缸。按活塞杆形式分：单活塞杆缸、双活塞杆缸。,活塞缸可分为双杆式和单杆式两种结构形式，其安装方式有缸筒固定和活塞杆固定两种形式,一、活塞式液压缸,双杆活塞缸,作用力,其中,速 度,移动范围大约是行程的三倍,移动范围大约是行程的两倍,活塞两侧都有活塞杆伸出，当两活塞杆直径相同，供油压力和流量不变时，活塞式液压缸在两个方向上的运动速
11、度和推力都相等。,单杆活塞缸,执行元件,无杆腔进油,有杆腔进油,若,作用力,速 度,作用力,速 度,若,二、柱塞式液压缸,柱塞缸是一种单作用液压缸。 柱塞与工作部件连接，缸筒固定在机体上。当压力油进入缸筒时，推动柱塞运动，但反向退回时必须靠其它外力或自重驱动。,作用力,速 度,三、摆动式液压缸,摆动液压缸,摆动液压缸能实现小于360角度的往复摆动运动，由于它可直接输出扭矩，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。,四、伸缩式液压缸,伸缩式单作用缸,伸缩式液压缸的特点是：活塞杆伸出的行程长，收缩后的结构尺寸小，适用于翻斗汽车，起重机的伸缩臂等。,伸缩式双作用缸,缸体两端有进、
12、出油口A和B。当A口进油，B口回油时，先推动一级活塞向右运动。一级活塞右行至终点时，二级活塞在压力油的作用下继续向右运动。,五、齿条活塞缸,齿条活塞缸由带有齿条活塞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；5 O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,六、增压油缸,4.2.2 液压缸的结构,双作用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；1
13、3 耳轴,双作用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,单活塞杆液压缸主要由缸底1、缸筒6、缸盖10、活塞4、活塞杆7和导向套8等组成。缸筒一端与缸底焊接，另一端与缸盖采用螺纹连接。活塞与活塞杆采用卡键连接。为了保证液压缸的可靠密封，在相应部位设置了密封圈3、5、9、11和防尘圈12。,缸筒 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
14、够的强度。,导向套 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。,缸筒，端盖和导向套的材料选择和技术要求可参考液压设计手冊。,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,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。,缓冲结构,排气装置,4.2.3 液压缸的设计与计算,液压缸的计算及验算方法 首先根据使用要求确定液压缸的类型，再按负载和运动要求确定液压缸的主要结构尺寸，必要时需进行强度验算，最后进行结构设计。 液压缸的主要尺寸包括液压缸的内径D、缸的长度L、活塞杆直径d。主要根据液压缸的负载、活塞运动速度和行程等因素来确定上述参数。,