第三章 液壓執(zhí)行元件(新)

1、第三章 液壓執(zhí)行元件 第一節(jié)第一節(jié) 液壓馬達(dá)液壓馬達(dá) 第二節(jié)第二節(jié) 液壓缸液壓缸 第一節(jié)第一節(jié) 液壓馬達(dá)液壓馬達(dá) 一、液壓馬達(dá)的特點及分類一、液壓馬達(dá)的特點及分類 特點：特點： 液壓馬達(dá)是將液體的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤厚R達(dá)是將液體的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)旋連續(xù)旋 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運動機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置。運動機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置。 理論理論 液壓馬達(dá)與液壓泵是可逆的，實際上由于液壓馬達(dá)與液壓泵是可逆的，實際上由于 機(jī)械方面的原因，常常不可逆。機(jī)械方面的原因，常常不可逆。 定義：定義：執(zhí)行元件是將系統(tǒng)提供的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)執(zhí)行元件是將系統(tǒng)提供的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī) 械能的能量轉(zhuǎn)換裝之。械能的能量轉(zhuǎn)換裝之。 分類：分類：液壓馬達(dá)

2、液壓馬達(dá) 壓力能壓力能連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動 液壓缸液壓缸 壓力能壓力能直線往復(fù)運動直線往復(fù)運動 分類：分類： 按結(jié)構(gòu)分類按結(jié)構(gòu)分類:齒輪式齒輪式、葉片式、葉片式、柱塞式柱塞式和和其它形式其它形式。 按額定轉(zhuǎn)速不同分：按額定轉(zhuǎn)速不同分：高速高速（n500r/min）和）和低速低速 （n500r/min, 主要有齒輪式、螺桿主要有齒輪式、螺桿 式葉片式和軸柱塞式，其特點是轉(zhuǎn)速式葉片式和軸柱塞式，其特點是轉(zhuǎn)速 較高、轉(zhuǎn)動慣量小、便于起動和制動，較高、轉(zhuǎn)動慣量小、便于起動和制動， 調(diào)節(jié)靈明度高，輸出轉(zhuǎn)矩不大。調(diào)節(jié)靈明度高，輸出轉(zhuǎn)矩不大。 低速液壓馬達(dá)低速液壓馬達(dá)：n500r/min，基本形式是徑向

3、柱塞，基本形式是徑向柱塞 式，也有軸向柱塞式、葉片式和齒輪式，也有軸向柱塞式、葉片式和齒輪 式。其特點是排量大、體積大、轉(zhuǎn)速式。其特點是排量大、體積大、轉(zhuǎn)速 低、輸出轉(zhuǎn)矩大。所以又稱為低速大低、輸出轉(zhuǎn)矩大。所以又稱為低速大 轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)。轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)。 二、液壓馬達(dá)的工作原理二、液壓馬達(dá)的工作原理 1、葉片式液壓馬達(dá)、葉片式液壓馬達(dá) 圖圖3-1所示是葉片式液壓馬達(dá)的工作原理和圖所示是葉片式液壓馬達(dá)的工作原理和圖 形符號。形符號。 分析：分析： 1) 密閉的容積空間。密閉的容積空間。 2) 壓力轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)矩。壓力轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)矩。 3) 配流裝置。配流裝置。 特點：特點： 優(yōu)點優(yōu)點是葉片式液壓是葉片式液

4、壓 馬達(dá)體積小，轉(zhuǎn)動慣量馬達(dá)體積小，轉(zhuǎn)動慣量 小，動作靈敏，適用于小，動作靈敏，適用于 換向頻率較高的場合。換向頻率較高的場合。 缺點缺點是泄漏量大，低速穩(wěn)定性差。是泄漏量大，低速穩(wěn)定性差。 常用于常用于高速小轉(zhuǎn)矩場合高速小轉(zhuǎn)矩場合。 2、徑向柱塞式液壓馬達(dá)、徑向柱塞式液壓馬達(dá) 圖圖3-2為徑向柱塞式液壓馬達(dá)工作原理圖。為徑向柱塞式液壓馬達(dá)工作原理圖。 分析：分析： 1) 密閉的容積空間密閉的容積空間柱柱 塞和缸體構(gòu)成塞和缸體構(gòu)成 2) 壓力轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)矩壓力轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)矩單單 個柱塞產(chǎn)生的切向分力個柱塞產(chǎn)生的切向分力 為為 ，每個，每個 柱塞切向分力合作產(chǎn)生柱塞切向分力合作產(chǎn)生 總扭矩，故輸出轉(zhuǎn)矩是

5、總扭矩，故輸出轉(zhuǎn)矩是 脈動的。脈動的。 3) 配流裝置配流裝置配油軸配油軸 tan 4 2 T dpF 壓油腔壓油腔 進(jìn)進(jìn) 油油 回油腔回油腔 出出 油油 三、液壓馬達(dá)的基本參數(shù)和基本性能三、液壓馬達(dá)的基本參數(shù)和基本性能 1、液壓馬達(dá)的、液壓馬達(dá)的排量和轉(zhuǎn)矩排量和轉(zhuǎn)矩 排量：排量：液壓馬達(dá)的排量定義與液壓泵相同，用液壓馬達(dá)的排量定義與液壓泵相同，用V 表示。表示。 理論轉(zhuǎn)矩：理論轉(zhuǎn)矩： （3-2） （因為（因為 ） 2 t pV T ttt 2 nTTpVnpq 2、液壓馬達(dá)的機(jī)械效率和起動機(jī)械效率、液壓馬達(dá)的機(jī)械效率和起動機(jī)械效率 實際轉(zhuǎn)矩：實際轉(zhuǎn)矩： （3-3） 其中其中： m pV T

6、2 tm TT 一般情況下，起動轉(zhuǎn)矩一般情況下，起動轉(zhuǎn)矩T0小于運轉(zhuǎn)中的轉(zhuǎn)矩，小于運轉(zhuǎn)中的轉(zhuǎn)矩， 所以引入一個所以引入一個起動機(jī)械效率起動機(jī)械效率m0， 即：即： （3-4） t 0 0 T T m 起動效率的高低直接影響到液壓馬達(dá)帶載起動起動效率的高低直接影響到液壓馬達(dá)帶載起動 時的起動性能。時的起動性能。 3、液壓馬達(dá)的、液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速和和低速穩(wěn)定性低速穩(wěn)定性 轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)速： （3-5） （馬達(dá)的容積效率為（馬達(dá)的容積效率為 ） V V q n q Vn q q V t 低速穩(wěn)定性低速穩(wěn)定性： 油液的可壓縮性是造成低速爬行的主要原因。油液的可壓縮性是造成低速爬行的主要原因。 其影響到低速

7、穩(wěn)定性。其解釋的物理模型如圖其影響到低速穩(wěn)定性。其解釋的物理模型如圖3-3 所示。所示。 低速大轉(zhuǎn)矩液壓低速大轉(zhuǎn)矩液壓 馬達(dá)是專為低速設(shè)馬達(dá)是專為低速設(shè) 計的，所以，其低計的，所以，其低 速穩(wěn)定性比較好。速穩(wěn)定性比較好。 4、調(diào)速范圍、調(diào)速范圍 液壓馬達(dá)的調(diào)速范圍是以其允許的最高轉(zhuǎn)速與液壓馬達(dá)的調(diào)速范圍是以其允許的最高轉(zhuǎn)速與 最低轉(zhuǎn)速之比表示，最低轉(zhuǎn)速之比表示， 即即 （3-6） minmax nni 第二節(jié)第二節(jié) 液壓缸液壓缸 液壓缸是將液體的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤焊资菍⒁后w的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)橥鶑?fù)直線運動往復(fù)直線運動 機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置。機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置。 一、液壓缸的分類一、液壓缸的分類 按其

8、結(jié)構(gòu)型不同分：按其結(jié)構(gòu)型不同分：活塞缸活塞缸、柱塞缸柱塞缸和和擺動缸擺動缸。 柱塞式液壓缸柱塞式液壓缸 單活塞桿式液壓缸單活塞桿式液壓缸雙活塞桿式液壓缸雙活塞桿式液壓缸 彈簧復(fù)位式液壓缸彈簧復(fù)位式液壓缸 動畫動畫 一、液壓缸的分類一、液壓缸的分類 按其結(jié)構(gòu)型不同分：按其結(jié)構(gòu)型不同分：活塞缸活塞缸、柱塞缸柱塞缸和和擺動缸擺動缸。 輸出運動的形式不同分：輸出運動的形式不同分： 活塞缸、柱塞缸是輸出活塞缸、柱塞缸是輸出往復(fù)直線運動往復(fù)直線運動(F，v)； 擺動缸是輸出擺動缸是輸出往復(fù)旋轉(zhuǎn)運動往復(fù)旋轉(zhuǎn)運動(T，)。 （一）活塞式液壓缸（一）活塞式液壓缸 分類：分類：雙桿式雙桿式和和單桿式單桿式兩種。兩

9、種。 單活塞桿式液壓缸單活塞桿式液壓缸 雙活塞桿式液壓缸雙活塞桿式液壓缸 1、雙桿式活塞缸、雙桿式活塞缸 圖圖3-4 分類：缸體固定分類：缸體固定和和活塞桿固定活塞桿固定兩種。兩種。 1）缸筒固定式雙出桿活塞缸）缸筒固定式雙出桿活塞缸 圖圖3-4 a） 特點：特點：進(jìn)、出油口布置在缸筒的兩端，且活塞桿進(jìn)、出油口布置在缸筒的兩端，且活塞桿 直徑通常做成相等，則兩個方向的直徑通常做成相等，則兩個方向的v、F均均 相等，工作臺移動范圍為缸活塞有效行程相等，工作臺移動范圍為缸活塞有效行程 的的3倍，占地面積大，宜用于小型設(shè)備。倍，占地面積大，宜用于小型設(shè)備。 安裝方式動畫演示安裝方式動畫演示 2）活塞

10、桿固定式雙桿活塞缸）活塞桿固定式雙桿活塞缸 圖圖3-4b) 特點：特點：進(jìn)出油口可布置在活塞桿兩端，由活塞桿進(jìn)出油口可布置在活塞桿兩端，由活塞桿 流入液壓缸，也可用軟管與缸筒聯(lián)接，工流入液壓缸，也可用軟管與缸筒聯(lián)接，工 作臺移動范圍是缸筒有效行程的作臺移動范圍是缸筒有效行程的2倍，常倍，常 用于大型設(shè)備中。用于大型設(shè)備中。 推力和速度的計算：推力和速度的計算： )( 4 )( 21 22 2121 ppdDppAFF )( 4 22 21 dD q A q vv 注：注： 準(zhǔn)確的說，以上兩式還分別應(yīng)該乘以機(jī)械效準(zhǔn)確的說，以上兩式還分別應(yīng)該乘以機(jī)械效 率率 和容積效率和容積效率 。 2) 雙出桿

11、活塞缸的活塞桿是受拉雙出桿活塞缸的活塞桿是受拉, 可做得較細(xì)?？勺龅幂^細(xì)。 3) 兩個方向的推力和速度都相等。兩個方向的推力和速度都相等。 m V 2、單桿式活塞缸、單桿式活塞缸 將書中的圖將書中的圖3-5和圖和圖3-6整理后得到下圖所示圖整理后得到下圖所示圖, 其是缸筒固定的形式。其是缸筒固定的形式。 推力和速度的計算推力和速度的計算 圖圖a) 無桿腔進(jìn)油無桿腔進(jìn)油 mm dpDppApApF )( 4 )( 2 2 2 2122111 2 1 4 D q v V 單桿缸動畫單桿缸動畫 單桿缸動畫單桿缸動畫2 圖圖b) 有桿腔進(jìn)油有桿腔進(jìn)油 )( 4 22 2 dD q v V 圖圖c) 差

12、動連接進(jìn)油差動連接進(jìn)油 mm pdAApF 1 2 2113 4 )( 2 21 3 4 )(d q AA q v VV mm dpDppApApF )( 4 )( 2 1 2 2112212 。說明圖。說明圖a）可作）可作“工進(jìn)工進(jìn)”，圖，圖b） 可作可作“快退快退”。 2121 FFvv， 討論：討論： 設(shè)設(shè)速度比速度比 ，則有，則有 ，或，或 。速度比按。速度比按JB1068-67選取，一般選取，一般 為為1.15、1.25、1.33、1.46、1.61、2。d 越大，越大， 相差越大。相差越大。 12 vv v 22 2 dD D v v v Dd 1 ，說明圖，說明圖c)可作可作“快

13、進(jìn)快進(jìn)”。3113 FFvv ， 若要若要 ，則有，則有 ，即，即 。 23 vv 222 ddDdD2 以上三種組合，通過油路的連接變換，可實現(xiàn)以上三種組合，通過油路的連接變換，可實現(xiàn) 典型動作循環(huán)典型動作循環(huán)“快進(jìn)快進(jìn)工進(jìn)工進(jìn)快退快退”。 由于由于 ，受到結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，受到結(jié)構(gòu)設(shè)計方面 的限制，這兩個比值均不可能大太的限制，這兩個比值均不可能大太大，若要大，若要 快速運動與工作進(jìn)給的速度有較大的差值時，快速運動與工作進(jìn)給的速度有較大的差值時， 必須采取其它措施，如雙泵供油回路。必須采取其它措施，如雙泵供油回路。 222 12 dDDvv （二）柱塞缸（二）柱塞缸 圖圖3-7 特點：特點：

14、1) 柱塞端面是工作面。柱塞端面是工作面。 2) 缸體內(nèi)壁與柱塞不接觸，故制造、加工方便。缸體內(nèi)壁與柱塞不接觸，故制造、加工方便。 3) 適合于工作行程較長的場合，或結(jié)構(gòu)尺寸較大適合于工作行程較長的場合，或結(jié)構(gòu)尺寸較大 的場合。的場合。 4) 只能單向運動，要靠外力返回，或成對布置。只能單向運動，要靠外力返回，或成對布置。 5) 柱塞受壓，要防止失穩(wěn)。柱塞受壓，要防止失穩(wěn)。 2 4 d q A q v VV v、F的計算：的計算： mm pdpAF 2 4 注：注：該兩公式同單出桿活塞缸差動連接的情況。該兩公式同單出桿活塞缸差動連接的情況。 （三）擺動液壓缸（三）擺動液壓缸 圖圖3-8 擺動液

15、壓缸擺動液壓缸：是將液體的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)槭菍⒁后w的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)橥鶑?fù)旋轉(zhuǎn)往復(fù)旋轉(zhuǎn) 運動（即擺動）運動（即擺動）機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換換 裝置。裝置。 分類分類：單葉片式單葉片式和和雙葉片式雙葉片式兩種。如圖兩種。如圖3-8。 雙葉片擺動缸動畫雙葉片擺動缸動畫單葉片擺動缸動畫單葉片擺動缸動畫 單葉片式：單葉片式： m ppRR b T)( 2 12 2 1 2 2 )( 2 2 2 1 2 2 RRb q n V 雙葉片式：雙葉片式： TT2 雙 2 1 雙 特點：特點：單葉片的擺角可以達(dá)到單葉片的擺角可以達(dá)到300，雙葉片的，雙葉片的 擺角和角速度只有單葉片的一半，轉(zhuǎn)矩為擺角和角速度只有單

16、葉片的一半，轉(zhuǎn)矩為 單葉片的兩倍。單葉片的兩倍。 下圖是擺動液壓馬達(dá)的結(jié)構(gòu)圖。下圖是擺動液壓馬達(dá)的結(jié)構(gòu)圖。 （四）其它液壓缸（四）其它液壓缸 1、增壓缸、增壓缸 增壓缸又稱增壓器，用于短時間局部需要高壓增壓缸又稱增壓器，用于短時間局部需要高壓 的場合中。如圖的場合中。如圖3-9所示。所示。 壓力計算：壓力計算： 11 2 2 pKpdDp 式中，式中， ，稱為增壓比，稱為增壓比， 22 dDK 說明說明:1) 增壓缸的壓力增大的同時增壓缸的壓力增大的同時, 行程縮短了。行程縮短了。 2) 圖圖3-9b的形式可連續(xù)輸出增壓的壓力。的形式可連續(xù)輸出增壓的壓力。 2、伸縮缸、伸縮缸 圖圖3-10 伸

17、縮缸由兩個或多個活塞式液壓缸套裝而成，伸縮缸由兩個或多個活塞式液壓缸套裝而成， 前一級活塞缸的活塞是后一級活塞缸的缸筒前一級活塞缸的活塞是后一級活塞缸的缸筒，伸，伸 出時有較長的行程。圖出時有較長的行程。圖3-10分別是單作用與雙作分別是單作用與雙作 用式伸縮缸。用式伸縮缸。 伸縮缸伸縮缸工作時是按有效工作面積的大小依次工作時是按有效工作面積的大小依次 伸出，推力逐漸減小，速度逐漸增加。退回時伸出，推力逐漸減小，速度逐漸增加。退回時 剛好相反。剛好相反。 伸縮缸動畫伸縮缸動畫2伸縮缸動畫伸縮缸動畫1 3、齒輪缸、齒輪缸 圖圖3-11 齒輪缸是由兩個活塞缸和一套齒輪齒條傳動裝齒輪缸是由兩個活塞缸

18、和一套齒輪齒條傳動裝 置組成。其輸出運動的形式與擺動液壓缸相似。置組成。其輸出運動的形式與擺動液壓缸相似。 二、液壓缸的典型結(jié)構(gòu)和組成二、液壓缸的典型結(jié)構(gòu)和組成K （一）液壓缸的典型結(jié)構(gòu)舉例（一）液壓缸的典型結(jié)構(gòu)舉例 圖圖3-12 缸動畫缸動畫 （二）液壓缸的組成（二）液壓缸的組成 液壓缸一般由液壓缸一般由五部分組成五部分組成：缸筒和缸蓋缸筒和缸蓋、活塞活塞 和活塞桿和活塞桿、密封裝置密封裝置、緩沖裝置緩沖裝置和和排氣裝置排氣裝置。 1、缸筒和缸蓋、缸筒和缸蓋 連接方式如圖連接方式如圖3-13所示。所示。 2、活塞和活塞桿活塞和活塞桿 圖圖3-14 材料：材料：活塞可采用耐磨鑄鐵、灰鑄鐵和碳鋼

19、等?；钊刹捎媚湍ヨT鐵、灰鑄鐵和碳鋼等。 活塞桿可采用碳鋼和無縫鋼管。活塞桿可采用碳鋼和無縫鋼管。 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)： 1) 錐銷連接錐銷連接 結(jié)構(gòu)簡單、可靠結(jié)構(gòu)簡單、可靠, 錐銷小端常做成開口銷的形式錐銷小端常做成開口銷的形式 2) 螺紋連接螺紋連接 結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，但需注意螺紋的防松。結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，但需注意螺紋的防松。 3) 半環(huán)連接半環(huán)連接 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，裝卸不便，工作可靠。結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，裝卸不便，工作可靠。 4) 整體結(jié)構(gòu)式整體結(jié)構(gòu)式 只適用于尺寸較小的場合。只適用于尺寸較小的場合。 3、密封裝置密封裝置 這里主要討論動密封。其密封的形式主要有這里主要討論動密封。其密封的形式主要有 1

20、）間隙密封間隙密封 右圖所示右圖所示 活塞上開環(huán)形槽可提高密封性能。活塞上開環(huán)形槽可提高密封性能。 其結(jié)構(gòu)簡單，可耐高溫，但泄漏大，其結(jié)構(gòu)簡單，可耐高溫，但泄漏大， 加工要求高，磨損后無補(bǔ)償能力。加工要求高，磨損后無補(bǔ)償能力。 2）摩擦環(huán)密封摩擦環(huán)密封 右圖所示右圖所示 密封效果較好，密封效果較好，摩擦環(huán)的材料多采摩擦環(huán)的材料多采 用尼龍或其它高分子材料用尼龍或其它高分子材料，摩擦系數(shù)，摩擦系數(shù) 小，磨損后有自動補(bǔ)償能力，加工要小，磨損后有自動補(bǔ)償能力，加工要 求高，裝拆不便。求高，裝拆不便。 3）密封圈密封）密封圈密封 右圖所示右圖所示 結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，磨損后有自動補(bǔ)償能力，應(yīng)用結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，磨損后有自動