液壓傳動與控制

液壓傳動與控制第一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三液壓執(zhí)行元件是液壓系統(tǒng)中對外作功的元件，其功能是將液壓能轉(zhuǎn)換為機械能。執(zhí)行元件分類

旋轉(zhuǎn)運動型——液壓馬達

往復運動型飛機液壓執(zhí)行裝置直線運動型——作動筒（液壓缸）往復搖擺運動型——擺動缸第二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三飛機液壓執(zhí)行裝置液壓缸和液壓馬達第三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三圖4.1.1液壓作動筒的工作原理1—筒體；2—活塞；3—活塞桿；4—端蓋；5—密封；6—進出管道4.1.1液壓作動筒的基本原理和結(jié)構(gòu)4.1液壓作動筒（液壓缸）概述

基本原理第四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三結(jié)論：作動筒是利用液體壓力來克服負載的（包括摩擦力），利用液體流量維持運動速度。輸人作動筒的液體壓力和流量是作動筒的輸入?yún)?shù)，是液壓功率；作動筒的輸出力和速度（或位移）是其輸出參數(shù)，是機械功率。4.1.1液壓作動筒的基本原理和結(jié)構(gòu)第五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三

構(gòu)成缸體組件（筒體+端蓋）活塞組件（活塞+活塞桿）密封裝置緩沖裝置排氣裝置間隙密封活塞環(huán)密封密封圈密封4.1.1液壓作動筒的基本原理和結(jié)構(gòu)第六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三4.1.1液壓作動筒的基本原理和結(jié)構(gòu)間隙密封第七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三4.1.1液壓作動筒的基本原理和結(jié)構(gòu)活塞環(huán)密封第八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三4.1.1液壓作動筒的基本原理和結(jié)構(gòu)O型圈V型圈Y型圈第九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三4.1.2液壓作動筒的特性與分析輸出力定義：指液壓作動筒克服其內(nèi)部各種阻力以后所發(fā)出的機械 力的大小。（4-1）p1p2A1A2F理論輸出力為（4-2）式中，F(xiàn)為理論輸出力；p1為供油壓力；p2為回油壓力；A1為p1壓力作用的有效面積；A2為p2壓力作用的有效面積。第十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三4.1.2液壓作動筒的特性與分析由于活塞運動具有摩擦阻力，所以其實際輸出力的表達式應(yīng)為式中，F(xiàn)sb為實際輸出力；ηm為機械效率。結(jié)論：提高供油壓力或者是增大活塞有效面積，均可以使作動筒的輸出力增大。（4-3）第十一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三4.1.2液壓作動筒的特性與分析輸出速度定義：指活塞相對于筒體的運動速度。（4-4）Av式中，v為輸出速度；Q為進人作動筒的液體流量；A為活塞的有效面積。作動簡的輸出運動速度取決于輸入流量的大小，即第十二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三4.1.2液壓作動筒的特性與分析因為作動筒內(nèi)部存在泄漏，因此引人容積效率（4-5）Av式中，ηv為容積效率；Q1為作動筒內(nèi)部的油液泄漏量。實際作動筒的輸出速度為（4-6）第十三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三4.1.2液壓作動筒的特性與分析作動時間和輸出行程定義：作動筒完成作動所用的時間稱為作動時間，作動筒 完成該動作時活塞在筒內(nèi)掃過的距離稱為作動行程。（4-7）式中，l為作動筒的內(nèi)腔長度；l1為活塞厚度；△l為設(shè)計時為防止活塞和頂蓋碰撞而預留的行程余量。式中，L為輸出行程；t為作動時間。（4-9）（4-8）第十四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三4.1.2液壓作動筒的特性與分析作動時間（4-10）最小供油流量（4-11）第十五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三4.1.2液壓作動筒的特性與分析功率和效率作動筒的輸出功率表征的是作動筒對外做功的速度（4-12）式中，Psr為輸人功率；p1為輸人壓力；Q為輸人流量；ηm為機械效率；ηv為容積效率。式中，Psc為輸出功率；F為輸出力；v為輸出速度。（4-14）（4-13）作動筒的總效率為第十六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三按結(jié)構(gòu)形式活塞缸，分為單桿活塞缸、雙桿活塞缸柱塞缸擺動缸，分單葉片擺動缸、雙葉片擺動缸按作用方式單作用液壓缸，一個方向的運動依靠液壓作用力實現(xiàn)，另一個方向依靠彈簧力、重力等實現(xiàn)；雙作用液壓缸，兩個方向的運動都依靠液壓作用力來實現(xiàn)；復合式缸，活塞缸與活塞缸的組合、活塞缸與柱塞缸的組合、活塞缸與機械結(jié)構(gòu)的組合等。4.1.3液壓缸的基本類型和特點第十七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三4.1.3液壓缸的基本類型和特點1.活塞式液壓缸雙桿液壓缸（a）缸體固定，活塞桿移動圖4.1.2雙桿活塞缸（b）活塞桿固定，缸體移動第十八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三因雙桿液壓缸的兩端活塞桿直徑相等，所以當輸入流量和油液壓力不變時，其往返運動速度和推力相等。液壓缸活塞的實際推力

(4-15)4.1.3液壓缸的基本類型和特點p1p2AAF第十九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三

(4-16)式中：A—液壓缸的有效面積； ηm—液壓缸的機械效率；

ηV—液壓缸的容積效率； D—活塞直徑；

d—活塞桿直徑； q—輸入液壓缸的流量；

p1—進油腔壓力； p2—回油腔壓力。4.1.3液壓缸的基本類型和特點液壓缸活塞的運動速度第二十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三(a)液壓缸無桿腔進油圖4.1.3單桿活塞缸

單桿液壓缸當無桿腔進油且有桿腔回油時，活塞的推力F1和運動速度1分別為4.1.3液壓缸的基本類型和特點(4-17)(4-19)式中，A1、A2—無桿腔和有桿腔的有效面積；ηm、ηV—液壓缸的機械效率和容積效率。第二十一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三

(b)液壓缸有桿腔進油圖4.1.3單桿活塞缸4.1.3液壓缸的基本類型和特點當有桿腔進油且無桿腔回油時，活塞的推力F2和運動速度2分別為(4-18)(4-20)式中，A1、A2—無桿腔和有桿腔的有效面積；ηm、ηV—液壓缸的機械效率和容積效率。第二十二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三V1和V2之比稱為速度比

上式表明，當活塞桿直徑愈小時，速度比愈接近于1，在兩個方向上的速度差值就愈小。4.1.3液壓缸的基本類型和特點（4-21）第二十三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三當單桿活塞缸兩腔同時通入壓力油時，由于無桿腔受力面積大于有桿腔的受力面積，使得活塞向右的作用力大于向左的作用力，因此活塞桿作伸出運動，并將有桿腔的油液擠出，流進無桿腔，這樣加快了活塞桿的伸出速度，單桿活塞液壓缸的這種連接方式被稱為差動連接。

(c)差動液壓缸圖4.1.3單桿活塞缸4.1.3液壓缸的基本類型和特點第二十四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三差動連接在忽略兩腔連通回路壓力損失的情況下，p2p1，并考慮到機械效率m時，活塞的推力F3和運動速度

3分別為4.1.3液壓缸的基本類型和特點（4-22）整理后得（4-23）第二十五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三4.1.3液壓缸的基本類型和特點推力F運動速度v單桿活塞缸的推力和運動速度第二十六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三差動連接時液壓缸實際的有效作用面積是活塞桿的橫截面積。與非差動連接無桿腔進油工況相比，在輸入油液壓力和流量都不變的條件下，活塞桿伸出速度較大而推力較小。差動連接是在不增加液壓泵容量和功率的情況下，實現(xiàn)系統(tǒng)快速運動的有效方法。它的應(yīng)用常見于組合機床和各類專用機床中。4.1.3液壓缸的基本類型和特點在實際應(yīng)用中，液壓傳動系統(tǒng)常通過控制閥來改變單桿活塞缸的油路連接，使它有不同的工作方式，從而獲得快進（差動連接）工進（無桿腔進油）快退（有桿腔進油）的工作循環(huán)。第二十七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三4.1.3液壓缸的基本類型和特點如果液壓缸正向采用差動連接，反向為有桿腔進油，要求這兩個速度相等即3=2，則活塞直徑D和活塞桿直徑d的關(guān)系為第二十八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三2.柱塞式液壓缸圖4.1.4（a）單柱塞缸（b）雙柱塞缸4.1.3液壓缸的基本類型和特點第二十九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三當柱塞直徑為d，輸入液壓油流量為q，壓力為p時，柱塞上所產(chǎn)生的推力F和速度v分別為：4.1.3液壓缸的基本類型和特點（4-24）（4-25）第三十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三3.擺動液壓缸擺動缸也稱擺動液壓馬達，主要用來驅(qū)動作間歇回轉(zhuǎn)運動的工作機構(gòu)。主要有單葉片式和雙葉片式兩種結(jié)構(gòu)形式。（a）單葉片式（b）雙葉片式圖4.1.5擺動缸1－定子塊；2－缸體；3－擺動軸；4－葉片4.1.3液壓缸的基本類型和特點單葉片式擺動缸，它只有一個葉片，其擺動角度較大，可達300°。雙葉片式擺動缸，它有二個葉片，其擺動角一般小于150°。

第三十一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三單葉片式擺動缸輸出轉(zhuǎn)矩TM和角速度ω分別為：4.1.3液壓缸的基本類型和特點式中，p1、p2—進出口油液壓力；q—輸入流量；b—葉片寬度；R1、R2—葉片底部和頂部回轉(zhuǎn)半徑；ηv、ηm—容積和機械效率。（4-26）（4-27）當輸入壓力和流量不變時，雙葉片擺動缸輸出轉(zhuǎn)矩是單葉片擺動缸的2倍，而擺動角速度則是單葉片擺動缸的一半。第三十二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三例題例1如圖所示兩個結(jié)構(gòu)和尺寸均相同相互串聯(lián)的液壓缸，無桿腔面積A1=1×10-2m2，有桿腔面積A2=0.8×10-2m2時，輸人油壓力p1=0.9MPa，輸人流量q1=12L/min。不計損失和泄漏，試求:1）兩缸承受相同負載時（F1=F2），負載和速度各為多少?2）缸1不受負載時（F1=0），缸2能承受多少負載？速度？3）缸2不受負載時（F2=0），缸1能承受多少負載？速度？第三十三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三4.2飛機的液壓作動筒（液壓缸）4.2.1單作用式作動筒單作用式作動筒的活塞在液壓作用下只能向一個方向運動，然后由彈簧作用返回。單作用式作動筒常用作剎車作動筒。圖4.2.1單作用式作動簡第三十四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三4.2.2雙作用式作動筒雙作用式作動筒能利用油液推動部件做往復運動。雙向單桿式作動筒常用于在兩個方向上需要不同傳動力的地方。如在起落架收放系統(tǒng)，常采用此種形式的作動筒。

圖4.2.2雙向單桿作動簡第三十五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三4.2.2雙作用式作動筒雙向雙桿式作動筒在活塞兩邊裝有同樣粗細的活塞桿，使兩腔油液的有效工作面積相同。

當作動筒兩端的輸人壓力相同時，其雙向克服負載的能力相同。當活塞兩端輸人流量相同時，其活塞往返運動速度相同。所以，在操縱系統(tǒng)和前輪轉(zhuǎn)彎操縱中的液壓作動筒常采用雙向雙桿式作動筒，以保證作動筒活塞往返速度相同。圖4.2.3雙向雙桿作動簡第三十六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三4.2.3液壓缸典型結(jié)構(gòu)舉例圖4.2.4單桿活塞缸結(jié)構(gòu)1—頭側(cè)端蓋；2—活塞密封圈；3—活塞頭；4—活塞桿；5—缸體；6—拉桿；7—活塞桿密封圈；8—桿側(cè)端蓋；9—防塵圈；10—泄油口；11—導向套；12—固定密封圈；13—節(jié)流閥；14—單向閥第三十七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三4.3飛機液壓作動筒輔助元件4.3.1緩沖裝置

縫隙節(jié)流緩沖圖4.3.1帶縫隙節(jié)流凸臺的作動筒在作動筒主活塞前后各有一個直徑比主活塞略小的緩沖凸臺，當作動筒到達行程末端時，凸臺將一部分油液封死，被封閉的油液通過凸臺與缸壁間的環(huán)形間隙流出，產(chǎn)生液壓阻力，減緩作動筒的速度，起到緩沖的作用。第三十八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三節(jié)流閥緩沖4.3.1緩沖裝置圖4.3.2帶單向節(jié)流閥的作動筒節(jié)流閥緩沖裝置的基本工作原理：在作動筒行程末端安裝節(jié)流閥，限制回流流量，使之產(chǎn)生反壓力，從而減緩部件的運動速度。第三十九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三4.3.2排氣裝置排氣裝置（a）排氣閥（b）排氣塞液壓系統(tǒng)在安裝過程或長時間停放之后會有空氣滲入，由于氣體存在，使執(zhí)行元件產(chǎn)生爬行、噪聲和發(fā)熱等一系列不正?，F(xiàn)象。為消除空氣對系統(tǒng)的影響，必須排除積留在作動筒內(nèi)的空氣。第四十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三4.4液壓馬達液壓馬達和液壓泵在結(jié)構(gòu)上基本相同，并且也是靠密封容積的變化來工作的。液壓馬達輸入的是壓力和流量，輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。液壓馬達的分類：按結(jié)構(gòu)分：齒輪式、葉片式和柱塞式；按工作特性分：高速馬達和低速馬達；按馬達的排量是否可變分：定量馬達和變量馬達。第四十一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三4.4液壓馬達單向定量液壓馬達雙向定量液壓馬達單向變量液壓馬達雙向變量液壓馬達液壓馬達圖形符號第四十二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三液壓馬達的工作壓力和額定壓力液壓馬達的工作壓力pM：是指它的輸人油液的實際壓力，其大小取決于液壓馬達的負載。液壓馬達的額定壓力pMn：是指馬達在正常工作條件下，按試驗標準規(guī)定能連續(xù)運轉(zhuǎn)的最高壓力。馬達的壓差ΔpM：是指馬達進出口壓力的差值。4.4.1液壓馬達的主要性能參數(shù)第四十三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三液壓馬達的排量和理論流量液壓馬達的排量VM：是指在沒有泄漏的情況下，馬達軸旋轉(zhuǎn)一周所輸人的油液體積。理論流量qMt：是指在沒有泄漏的情況下，馬達達到轉(zhuǎn)速nM，所輸人油液的流量。4.4.1液壓馬達的主要性能參數(shù)（4-28）第四十四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三液壓馬達的功率和效率

功率

馬達輸入功率PMi為(4-32)

馬達輸出功率PM0為(4-33)4.4.1液壓馬達的主要性能參數(shù)第四十五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三效率

容積效率液壓馬達也有泄漏ΔqM存在，其實際輸入流量qM大于理論流量液壓馬達的理論流量與實際流量之比稱為液壓馬達的容積效率ηMV4.4.1液壓馬達的主要性能參數(shù)（4-29）第四十六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三

機械效率

液壓馬達轉(zhuǎn)矩損失△TM，其實際輸出轉(zhuǎn)矩因此液壓馬達的機械效率為總效率ηM是指液壓馬達的輸出功率與輸入功率之比，即4.4.1液壓馬達的主要性能參數(shù)（4-30）（4-31）第四十七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三液壓馬達的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速液壓馬達能產(chǎn)生的理論轉(zhuǎn)矩TMt為即液壓馬達輸出的實際轉(zhuǎn)矩TM為液壓馬達的實際輸入流量為qM時，其轉(zhuǎn)速nM為

4.4.1液壓馬達的主要性能參數(shù)（4-34）（4-35）（4-36）第四十八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三1.工作原理1—斜盤；2—缸體；3—活塞；4—配流盤；5—軸圖4.4.1斜盤式軸向柱塞馬達的工作原理4.4.2斜盤式軸向柱塞馬達δF第四十九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三斜盤對每個柱塞的反作用力F是垂直于斜盤端面的，該反作用力可分解為兩個分力：水平分力Fx，它和作用在柱塞上的液壓推力相平衡；另一個為垂直分力Fy。分別由下式求得4.4.2斜盤式軸向柱塞馬達式中，d為柱塞直徑；p為輸入馬達的油液壓力；δ為斜盤的傾斜角。δF第五十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期三2.轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速4.4.2斜盤式軸向柱塞馬達