第四章 液壓執(zhí)行元件

第三章液壓執(zhí)行元件

本章主要介紹液壓系統(tǒng)中做旋轉運動或做直線往復運動的執(zhí)行元件——液壓馬達和液壓缸。本章是以后學習和分析液壓基本回路和系統(tǒng)的重要基礎。

重點：1.液壓馬達的選用。2.單活塞桿液壓缸的工作原理和結構；3.液壓缸基本參數(shù)的確定。難點：單活塞桿液壓缸的差動連接。本章計劃學時：4學時

液壓馬達和液壓缸是將液壓系統(tǒng)中的壓力能轉換成機械能的能量轉換裝置，都是執(zhí)行元件。液壓馬達驅動機構實現(xiàn)連續(xù)的回轉運動，使系統(tǒng)輸出一定的轉矩和轉速；液壓缸實現(xiàn)直線往復運動，輸出推力和速度。第一節(jié)液壓馬達

液壓馬達和液壓泵在結構上基本相同，并且也是靠密封容積的變化來工作的。馬達和泵在工作原理上是互逆的，當向泵輸入壓力油時，其軸輸出轉速和轉矩則成為馬達。但由于二者的功能和要求有所不同，而實際結構細節(jié)也有所差異，故有少數(shù)泵能直接做馬達使用。液壓泵與液壓馬達關系

功用上—相反結構上—相似

原理上—互逆

液壓馬達的分類

ns＞500r/min為高速液壓馬達：齒輪馬達，葉片馬達，軸向柱塞馬達。

ns＜500r/min為低速液壓馬達：徑向柱塞馬達（單作用連桿型徑向柱塞馬達，多作用內曲線徑向柱塞馬達）。齒輪馬達葉片馬達柱塞馬達按結構分為按轉速分為定量馬達變量馬達排量是否可調另外，有些液壓馬達只能作小于某一角度的擺動運動，稱為擺動式液壓馬達或擺動缸。工作原理：由于兩個齒輪的受壓面積存在差值，因而產生轉矩，推動齒輪轉動。T=Fr=pArF1=pb(h–x)F2=pb(h–y)二、典型液壓馬達的結構和工作原理

1．齒輪液壓馬達結構特點進出油口相等，有單獨的泄油口；為減少摩擦力矩，采用滾動軸承；為減少轉矩脈動，齒數(shù)較泵的齒數(shù)多。應用由于密封性能差，容積效率較低，不能產生較大的轉矩，且瞬時轉速和轉矩隨嚙合點而變化，因此僅用于高速小轉矩的場合，如工程機械、農業(yè)機械及對轉矩均勻性要求不高的設備。二、典型液壓馬達的結構和工作原理

1．齒輪液壓馬達1）工作原理F=pA=p(R-r0)b-p(r-r0

)b=p(R-r)brr0R葉片馬達葉片馬達結構特點進出油口相等，有單獨的泄油口；葉片徑向放置（正反轉）

，葉片底部設置有彈簧；應用

轉動慣量小，反應靈敏，能適應較高頻率的換向。但泄漏大，低速時不夠穩(wěn)定。適用于轉矩小、轉速高、力學性能要求不嚴格的場合。軸向柱塞馬達工作原理結構特點軸向柱塞泵和軸向柱塞馬達是互逆的配流盤為對稱結構改變供油方向——馬達反轉。雙向馬達改變斜盤傾角——排量變，轉速變。變量馬達輸入的高壓油通過柱塞作用在斜盤上。斜盤給柱塞的反作用力的徑向分力，使缸體產生轉矩。通過輸出軸帶動負載做功。擺動式液壓馬達當通入液壓油，它的主軸能輸出小于360°的擺動運動的缸稱為擺動式液壓馬達。雙葉片式擺動角度一般小于150°。單葉片式擺動角度較大，可達300°三、液壓馬達的主要參數(shù)工作壓力與額定壓力工作壓力p大小取決于馬達負載，馬達進出口壓力的差值稱為馬達的壓差Δp；額定壓力ps能使馬達連續(xù)正常運轉的最高壓力。排量、流量與容積效率

-排量：習慣上將馬達的軸每轉一周。按幾何尺寸計算的所進入的液體體積。-輸入馬達的實際流量qM＝qMt＋Δq式中qMt為理論流量，馬達在沒有泄漏時，達到轉速所需進口流量。-容積效率ηMv＝qMt

/qM＝1－Δq/qM排量與轉速

排量V為ηMV等于1時輸出軸旋轉一周所需油液體積。轉速n＝qMt/V＝qMηMV/V轉矩與機械效率

實際輸出轉矩T＝Tt–ΔT

理論輸出轉矩Tt＝ΔpVηMm/2π機械效率ηMm＝TM/TMt功率與總效率ηM＝PMo/Pmi＝T2πn/Δp

qM＝ηMvηM式中PMo為馬達輸出功率，Pmi為馬達輸入功率。

液壓馬達的啟動機械效率ηmm0=最低穩(wěn)定轉速:液壓馬達在額定負載下，不出現(xiàn)爬行現(xiàn)象的最低轉速。最高使用轉速：調速范圍：第二節(jié)液壓缸

液壓缸的類型液壓缸典型結構和組成液壓缸的設計和計算液壓缸液壓缸三梁四柱式壓力機液壓缸塑料注射成型機液壓缸作用：壓力能——機械能用于實現(xiàn)直線往復運動活塞缸單桿雙桿柱塞缸伸縮缸液壓缸的類型分類單作用雙作用按作用方式按結構一、活塞式液壓缸（一）、單桿活塞缸1.結構：缸體、活塞、活塞桿、密封、缸蓋等2.工作原理：工作原理：因兩側有效作用面積或油液壓力不等，活塞在液壓力的作用下，作直線往復運動。無桿腔進油腔回油腔有桿腔職能符號：單桿單作用活塞缸單桿雙作用活塞缸雙向液壓驅動單向液壓驅動，回程靠外力。3.基本參數(shù)1）推力式中：p1——進油壓力p2——回油壓力2）速度特點：同樣q

，v1<v2；

p

一樣，F(xiàn)1>F2。4.應用：往返運動速度及推力不同的場合。例：液壓刨床差動缸推力：速度：特點：v3>v1；F3<F1。結論：差動連接后，速度大，推力小。正是利用這一點，可使在不加大油源流量的情況下，獲得較快的運動速度。代入上式：q1q2pq活塞只有一個，設此時的速度為v3差動缸如令：則有：結論：當時，快進、快退速度相等?；騿位钊麠U液壓缸可以是缸筒固定，活塞運動；也可以是活塞桿固定缸筒運動。無論采用其中哪一種形式，液壓缸運動所占空間長度都是兩倍行程。（見下圖）1.結構特點：兩側有效工作面積一樣。(二)、雙桿活塞缸2.基本參數(shù)：雙桿活塞缸

雙桿活塞缸活塞兩側都有活塞桿伸出;

根據(jù)安裝方式不同又分為活塞桿固定式缸筒固定式l——活塞有效工作行程。缸固定L=3l桿固定

L=2l3）應用：職能符號：兩個方向力和速度一樣的場合。柱塞與缸筒無配合關系，缸筒內孔不需精加工，只是柱塞與缸蓋上的導向套有配合關系。特別適合行程較長的場合。柱塞缸只能作單作用缸，要求往復運動時，需成對使用。三、柱塞式液壓缸（一）單柱塞缸●單向液壓驅動，回程靠外力。（二）雙柱塞缸●雙向液壓驅動（三）參數(shù)計算推力：速度：應用：行程較長的場合。職能符號：●柱塞粗、受力好?！窈喕庸すに嚕ǜ左w內孔和柱塞沒有配合，不需精加工；柱塞外圓面比內孔加工容易。）（１）它是一種單作用式液壓缸，靠液壓力只能實現(xiàn)一個方向的運動，柱塞回程要靠其它外力或柱塞的自重；（２）柱塞只靠缸套支承而不與缸套接觸，這樣缸套極易加工，故適于做長行程液壓缸；（３）工作時柱塞總受壓，因而它必須有足夠的剛度；（４）柱塞重量往往較大，水平放置時容易因自重而下垂，造成密封件和導向單邊磨損，故其垂直使用更有利。柱塞式液壓缸特點：四、其他形式的液壓缸增壓比為大活塞與小柱塞的面積比K＝D2/d2

增壓能力是在降低有效流量的基礎上得到的。

增壓缸（增壓器）伸縮式液壓缸它由兩個或多個活塞式缸套裝而成，前一級活塞缸的活塞桿是后一級活塞缸的缸筒

，如圖所示。伸縮式液壓缸中活塞伸出的順序式從大到小，而空載縮回的順序則一般是從小到大。伸縮缸可實現(xiàn)較長的行程，而縮回時長度較短，結構較為緊湊。此種液壓缸常用于工程機械和農業(yè)機械上。無活塞桿油壓缸液壓缸典型結構和組成（一）液壓缸典型結構典型液壓缸的結構（二）液壓缸的組成缸體組件：缸體、前后端蓋活塞組件：活塞、活塞桿密封裝置：密封環(huán)，密封圈等緩沖裝置排氣裝置缸體和缸蓋活塞和活塞桿密封裝置液壓缸中的密封主要指活塞和缸體之間，活塞桿和端蓋之間的密封，用于防止內、外泄漏。密封裝置的要求：(1)在一定工作壓力下，具有良好的密封性能。(2)相對運動表面之間的摩擦力要小，且穩(wěn)定。(3)要耐磨，工作壽命長，或磨損后能自動補償。(4)使用維護簡單，制造容易，成本低。密封形式：間隙密封；活塞環(huán)密封；密封圈密封。1、間隙密封：三角形環(huán)形槽（平衡槽）2、活塞環(huán)密封（開口金屬環(huán)）：適用于高壓、高速或密封性能要求較高的場合3、密封圈密封：1）優(yōu)點：(1)結構簡單，制造方便，成本低；

(2)能自動補償磨損；

(3)密封性能可隨壓力加大而提高，密封可靠；

(4)被密封的部位，表面不直接接觸，所以加工精度可以放低

(5)既可用于固定件，也可用于運動件。3、密封圈密封：2）材料要求：密封圈的材料應具有較好的彈性，適當?shù)臋C械強度，耐熱耐磨性能好，摩擦系數(shù)小，與金屬接觸不互相粘著和腐蝕，與液壓油有很好的“相容性”。材料：耐油橡膠；尼龍聚氨脂3、密封圈密封：3）密封圈形狀：“O”形；“Y”形；“V”形。緩沖裝置1、型式：1）間隙緩沖裝置；2）可調節(jié)流緩沖裝置；3）可變節(jié)流緩沖裝置。2、緩沖原理：當活塞接近端蓋時，增大液壓缸回油阻力，使緩沖油腔內產生足夠的緩沖壓力，使活塞減速，從而防止活塞撞擊端蓋。為了排除聚集在液壓缸內的空氣，可在缸的兩端最高部位各裝一只排氣塞。排氣裝置液壓缸的設計和計算是在對整個液壓系統(tǒng)進行工況分析，計算了最大負載力，先定了工作壓力的基礎上進行的（后續(xù)章節(jié)講授）。因此，首先要根據(jù)使用要求確定結構類型，再按照負載情況，運動要求決定液壓缸的主要結構尺寸，最后進行結構設計或型號選擇。液壓缸的設計計算1、確定液壓缸的類型和各部分的結構形式3、液壓缸的結構強度、剛度計算和校核2、確定液壓缸的工作參數(shù)和主要尺寸（D\d\L)4、液壓缸的結構設計設計步驟：直線運動擺動運動活塞缸單桿雙桿雙作用差動柱塞缸單作用伸縮缸擺動缸（擺動馬達）齒輪缸液壓缸類型

1、工作壓力的確定

根據(jù)液壓缸的實際工況，計算出外負載大小，然后參考下表選取適當?shù)墓ぷ鲏毫Α?/p>

一、液壓缸主要尺寸的確定液壓缸要承受的負載包括有效工作負載和克服摩擦阻力、慣性力和回油腔背壓力等。液壓缸的工作壓力按負載決定，對于不同用途的液壓設備，由于工作條件不同，采用的壓力范圍也不相同。設計時．液壓缸的壓力可按負載大小由表確定2、活塞桿直徑d與缸筒內徑D的計算

受拉時：d=(0.3-0.5)D受壓時：d=(0.5-0.55)D(p1<5mpa)d=(0.6-0.7)D(5mpa<p1<7mpa)d=0.7D(p1>7mpa)當確定了液壓缸的工作壓力p和總負載力F后，按缸的類型計算出缸筒內徑D，再根據(jù)液壓缸往復運動速度或速比,冉計算活塞桿直徑d，也可按活塞桿的受力情況確定活塞桿的直徑3、液壓缸缸筒壁厚和外徑的計算在—般中低壓液壓系統(tǒng)中。液壓缸缸筒壁厚往往由結構工藝上的要求確定．強度問題是次要的，一般不需計算。但在高壓系統(tǒng)中當缸徑和壁厚之比大于等于10時．可按薄壁圓筒計算公式進行校核，當小于10時，按厚壁圓筒校核。