液壓執(zhí)行元件

1/1液壓執(zhí)行元件第三章液壓執(zhí)行元件

液壓執(zhí)行元件是將液壓泵提供的液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，它包括液壓缸和液壓馬達。液壓馬達習慣上是指輸出旋轉(zhuǎn)運動的液壓執(zhí)行元件，而把輸出直線運動(其中包括輸出擺動運動)的液壓執(zhí)行元件稱為液壓缸。

第一節(jié)液壓馬達

一、液壓馬達的特點及分類

從能量轉(zhuǎn)換的觀點來看，液壓泵與液壓馬達是可逆工作的液壓元件，向任何一種液壓泵輸入工作液體，都可使其變成液壓馬達工況；反之，當液壓馬達的主軸由外力矩驅(qū)動旋轉(zhuǎn)時，也可變?yōu)橐簤罕霉r。因為它們具有同樣的基本結(jié)構(gòu)要素--密閉而又可以周期變化的容積和相應的配油機構(gòu)。

但是，由于液壓馬達和液壓泵的工作條件不同，對它們的性能要求也不一樣，所以同類型的液壓馬達和液壓泵之間，仍存在許多差別。首先液壓馬達應能夠正、反轉(zhuǎn)，因而要求其內(nèi)部結(jié)構(gòu)對稱；液壓馬達的轉(zhuǎn)速范圍需要足夠大，特別對它的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速有一定的要求。因此，它通常都采用滾動軸承或靜壓滑動軸承；其次液壓馬達由于在輸入壓力油條件下工作，因而不必具備自吸能力，但需要一定的初始密封性，才能提供必要的起動轉(zhuǎn)矩。由于存在著這些差別，使得液壓馬達和液壓泵在結(jié)構(gòu)上比較相似，但不能可逆工作。

液壓馬達按其結(jié)梅類型來分可以分為齒輪式、葉片式、柱塞式和其它型式。按液壓馬達的額定轉(zhuǎn)速分為高速和低速兩大類。額定轉(zhuǎn)速高于500r／min的屬

于高速液壓馬達，額定轉(zhuǎn)速低于500r／min的屬于低速液壓馬達。高速液壓馬達的基本型式有齒輪式、螺桿式、葉片式和軸向柱塞式等。它們的主要特點是轉(zhuǎn)速較高、轉(zhuǎn)動慣量小，便于啟動和制動，調(diào)節(jié)(調(diào)速及換向)靈敏度高。通常高速液壓馬達輸出轉(zhuǎn)矩不大(僅幾十N·m到幾百N·m)所以又稱為高速小轉(zhuǎn)矩液壓馬達。低速液壓馬達的基本型式是徑向柱塞式，此外在軸向柱塞式、葉片式和齒輪式中也有低速的結(jié)構(gòu)型式，低速液壓馬達的主要特點是排量大、體積大轉(zhuǎn)速低(有時可達每分鐘幾轉(zhuǎn)甚至零點幾轉(zhuǎn))，因此可直接與工作機構(gòu)連接，不需要減速裝置，使傳動機構(gòu)大為簡化，通常低速液壓馬達輸出轉(zhuǎn)矩較大(可達幾千N·m到幾萬N·m)，所以又稱為低速大轉(zhuǎn)矩液壓馬達。

二、液壓馬達的工作原理

1.葉片式液壓馬達

由于壓力油作用，受力不平衡使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。葉片式液壓馬達的輸出轉(zhuǎn)矩與液壓馬達的排量和液壓馬達進出油口之間的壓力差有關(guān)，其轉(zhuǎn)速由輸入液壓馬達的流量大小來決定。

由于液壓馬達一般都要求能正反轉(zhuǎn)，所以葉片式液壓馬達的葉片要徑向放置。為了使葉片根部始終通有壓力油，在回、壓油腔通人葉片根部的通路上應設(shè)置單向閥，為了確保葉片式液壓馬達在壓力油通人后能正常啟動，必須使葉片頂部和定子內(nèi)表面緊密接觸，以保證良好的密封，因此在葉片根部應設(shè)置預緊彈簧。

口進入缸體２的柱塞孔時，柱塞３在壓力油作用下外伸，緊貼斜盤１斜盤1對柱塞３產(chǎn)生一個法向反力ｐ，此力可分解為軸向分力及和垂直分力凡。凡與柱塞上液壓力相平衡，而凡則使柱塞對缸體中心產(chǎn)生一個轉(zhuǎn)矩，帶動馬達軸逆時針方向旋轉(zhuǎn)。軸向柱塞馬達產(chǎn)生的瞬時總轉(zhuǎn)矩是脈動的。若改變馬達壓力油輸入方向，則馬達軸５按順時針方向旋轉(zhuǎn)。斜盤傾角ａ的改變、即排量的變化，不僅影響馬達的轉(zhuǎn)矩，而且影響它的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。斜盤傾角越大，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩越大，轉(zhuǎn)速越低。

4．齒輪液壓馬達

齒輪馬達在結(jié)構(gòu)上為了適應正反轉(zhuǎn)要求，進出油口相等、具有對稱性、有單獨外泄油口將軸承部分的泄漏油引出殼體外；為了減少啟動摩擦力矩，采用滾動軸承；為了減少轉(zhuǎn)矩脈動１齒輪液壓馬達的齒數(shù)比泵的齒數(shù)要多。

齒輪液壓馬達由干密封性差，容租效率較低，輸入油壓力不能過高，不能產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)矩。

并且瞬間轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩隨著嚙合點的位置變化而變化，因此齒輪液壓馬達僅適合于高速小轉(zhuǎn)矩的場合。一般用干工程機械、農(nóng)業(yè)機械以及對轉(zhuǎn)矩均勻性要求不高的機械設(shè)備上。

三、液壓馬達的基本參數(shù)和基本性能

1．液壓馬達的排量、排量和轉(zhuǎn)矩的關(guān)系

達開始運動，隨著潤滑油膜的建立，摩擦阻力立即下降，并隨滑動速度增大和油膜變厚而減少。

液壓馬達啟動性能的指標用啟動機械效率0mη表示，其表達式為

式中0T為液壓馬達的啟動轉(zhuǎn)矩。

不同類型的液壓馬達，內(nèi)部受力部件的力平衡情況不同，摩擦力的大小不同，所以0mη也不盡相同。同一類型的液壓馬達，摩擦副的力平衡設(shè)計不同，其0mη也有高低之分。例如有的齒輪式液壓馬達0mη只有0．6左右，而高性能的低速大轉(zhuǎn)矩液壓馬達卻可達到90.00=mη左右，相差頗大。所以，如果液壓馬達帶載啟動，必須注意到所選擇的液壓馬達的啟動性能。

3．液壓馬達的轉(zhuǎn)速和低速穩(wěn)定性

液壓馬達的轉(zhuǎn)速取決于供液的流量ｑ和液壓馬達本身的排量Ｖ。由于液壓馬達內(nèi)部有泄漏，并不是所有進入馬達的液體都推動液壓馬達做功，一小部分液體因泄漏損失掉了，所以馬達的實際轉(zhuǎn)速要比理想情況低一些。

式中Vη為液壓馬達的容積效率。

在工程實際中，液壓馬達的轉(zhuǎn)速和液壓泵的轉(zhuǎn)速一樣，其計量單位多用r／min(轉(zhuǎn)／分)表示。

當液壓馬達工作轉(zhuǎn)速過低時，往往保持不了均勻的速度，進入時動時停的不穩(wěn)定狀態(tài)，這就是所謂爬行現(xiàn)象。若要求高速液壓馬達不超過10r／min低速大

轉(zhuǎn)矩液壓馬達不超過3r／min的速度工作，并不是所有的液壓馬達都能滿足要求的。

一般地說，低速大-轉(zhuǎn)矩液壓馬達的低速穩(wěn)定性要比高速馬達為好。低速大轉(zhuǎn)矩馬達的排量大，因而尺寸大，即便是在低轉(zhuǎn)速下工作摩擦副的滑動速度也不致過低，加之馬達排量大，泄漏的影響相對變小，馬達本身的轉(zhuǎn)動慣量大，所以容易得到較好的低速穩(wěn)定性。

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4．調(diào)速范圍

當負載從低速到高速在很寬的范圍內(nèi)工作時，也要求液壓馬達能在較大的調(diào)速范圍下工作，否則就需要有能換檔的變速機構(gòu)，使傳動機構(gòu)復雜化。液壓馬達的調(diào)速范圍以允許的最大轉(zhuǎn)速和最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速之比表示，即

顯然，調(diào)速范圍寬的液壓馬達應當既有好的高速性能又有好的低速穩(wěn)定性。

第二節(jié)液壓缸

液壓缸是將液壓泵輸出的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能的執(zhí)行元件，它主要是用來輸出直線運動（也包括擺動運動）。

一、液壓缸的分類

液壓缸按其結(jié)構(gòu)形式，可以分為活塞缸、柱塞缸和擺動缸三類?；钊缀椭讓崿F(xiàn)往復運動，輸出推力和速度，擺動缸則能實現(xiàn)小于360度的往復擺動，

輸出轉(zhuǎn)矩和角速度。液壓缸除單個使用外，還可以幾個組合起來或和其它機構(gòu)組合起來，以完成特殊的功用。

（一）活塞式液壓缸

活塞式液壓缸分為雙桿式和單桿式兩種。

1.雙桿式活塞缸

雙桿式活塞缸的活塞兩端都有一根直徑相等的活塞桿伸出，它根據(jù)安裝方式不同又可以分為缸筒固定式和活塞桿固定式兩種。如圖3-4a所示的為缸筒固定式的雙桿活塞缸。

它的進、出油口布置在缸筒兩端，活塞通過活塞桿帶動工作臺移動，當活塞的有效行程為ｌ時，整個工作臺的運動范圍為3ｌ，所以機床占地面積大，一般適用于小型機床。當工作臺行程要求較長時，可采用圖3-4b所示的活塞桿固定的形式，這時，缸體與工作臺相連，活塞桿通過支架固定的機床上，動力由缸體傳出。這種安裝形式中，工作臺的移動范圍只等于液壓缸有效行程ｌ的兩倍(2ｌ)，因此占地面積小。進出油口可以設(shè)置在固定不動的空心的-活塞桿的兩端，使油液從活塞桿中進出，也可設(shè)置在缸體的兩端，但必須使用軟管連接。

由于雙桿活塞缸兩端的活塞桿直徑通常是相等的，因此它左、右兩腔的有效面積也相等。當分別向左、右腔輸入相同壓力和相同流量的油液時，液壓缸左、右兩個方向的推力和速度相等，當活塞的直徑為Ｄ，活塞桿的直徑為ｄ，液壓缸

進、出油腔的壓力為ｐ1和ｐ2，輸入流量為ｑ時，雙桿活塞缸的推力Ｆ和速度ｖ為

式中Ａ為活塞的有效工作面積。

雙桿活塞缸在工作時，設(shè)計成一個活塞桿是受拉的，而另一個活塞桿不受力，因此這種液壓缸的活塞桿可以做得細些。

2.單桿式活塞缸

如圖3-5所示，活塞只有一端帶活塞桿，單桿液壓缸也有缸體固定和活塞桿固定兩種形式，但它們的工作臺移動范圍都是活塞有效行程的兩倍。

單桿活塞缸由于活塞兩端有效面積不等。如果以相同流量的壓力油分別進入液壓缸的左、右腔，活塞移動的速度與進油腔的有效面積成反比，即油液進入無桿腔時有效面積大，速度慢，進入有桿腔時有效面積小，速度快；而活塞上產(chǎn)生的推力則與進油腔的有效面積成正比。如圖