流體傳動與控制基礎(chǔ)（第3版）課件：液壓執(zhí)行元件

流體傳動及控制基礎(chǔ)（

液壓執(zhí)行元件1）

液壓執(zhí)行元件

液壓執(zhí)行元件4.1液壓缸4.2液壓馬達(dá)3一般液壓傳動系統(tǒng)液壓馬達(dá)油箱液壓缸液壓泵液壓閥44.1

液壓缸n

液壓執(zhí)行元件的作用及分類液壓泵是將機械能轉(zhuǎn)換為液壓能的能量轉(zhuǎn)換元件，而液壓執(zhí)行元件則是把液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的能量轉(zhuǎn)換裝置。按運動形式不同，液壓執(zhí)行元件可分為兩大類：n

直線往復(fù)運動的液壓缸n

旋轉(zhuǎn)運動的液壓馬達(dá)液壓缸和液壓馬達(dá)直線往復(fù)運動旋轉(zhuǎn)運動液壓缸液壓馬達(dá)6液壓缸n

液壓缸是將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€往復(fù)運動的機械能的裝置。與其他傳動方式相比，液壓缸可以很容易地實現(xiàn)直線往復(fù)運動和輸出很大的力，在工業(yè)生產(chǎn)各領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。液壓缸的應(yīng)用液壓缸往復(fù)運動9液壓缸的分類n

液壓缸的種類繁多，按其作用方式，可分為n

單作用液壓缸n

雙作用液壓缸4.1.1

單作用液壓缸n

單作用液壓缸只有一個工作腔，其外伸運動是靠液壓力的作用，而回程運動靠重力、外力或彈簧力等實現(xiàn)。無人駕駛電動礦車，載重：240噸114.1.1

單作用液壓缸工作原理n

結(jié)構(gòu)型式柱塞式活塞式伸縮式單作用液壓缸n

柱塞式重物重物柱塞式排油進(jìn)油圖形符號13伸出運動縮回運動單作用液壓缸n

伸縮式圖形符號伸縮式縮回運動伸出運動單作用液壓缸n

活塞式油口B油口A圖形符號伸出運動縮回運動活塞式彈簧復(fù)位單作用液壓缸進(jìn)、排油口16幾種單作用液壓缸的圖形符號(a)

柱塞式液壓缸(b)

活塞式液壓缸(c)

彈簧復(fù)位活塞式液壓缸(d)

伸縮式液壓缸174.1.2

雙作用液壓缸n

雙作用液壓缸的伸出、縮回都是利用液壓油的操作來實現(xiàn)。按活塞桿形式的不同，可分為n

單活塞桿式n

雙活塞桿式n

伸縮式18單活塞桿雙作用液壓缸單活塞桿雙作用液壓缸工作原理有效面積有效面積進(jìn)油回油回油進(jìn)油20液壓缸的運動速度n

根據(jù)流量連續(xù)性定理，進(jìn)入液壓缸的液流流量等于液流截面面積和流速的乘積。液流截面即液壓缸工作腔有效面積，液流的平均流速即活塞運動速度。液壓缸工作腔有效面積如何計算？液壓缸運動速度與流量、面積的關(guān)系液壓缸如何調(diào)節(jié)速度？速度與活塞面積關(guān)系n

輸入流量相等進(jìn)油回油回油進(jìn)油10L/min10L/min活塞面積大、速度慢活塞面積小、速度塊液壓缸的工作壓力取決于負(fù)載力n

若不計液壓缸回油腔的背壓(回油背壓可視為零)，則工作腔的油液壓力為24液壓缸工作壓力與負(fù)載、有效面積的關(guān)系1.液壓缸工作壓力由液壓泵決定，對嗎？2.液壓缸空載運動液壓缸壓力多少？液壓缸運動速度和工作壓力n

有桿腔的有效面積等于活塞面積減去活塞桿的截面積；n

無桿腔有效面積大于有桿腔的有效面積；n

外負(fù)載相同、輸入液壓缸流量一定時，活塞外伸速度慢、油液壓力低，而活塞內(nèi)縮速度快、油液壓力高；即液壓缸伸出和縮回運動速度和油液壓力不等。單活塞桿雙作用液壓缸結(jié)構(gòu)剖視圖導(dǎo)向環(huán)后端蓋活塞密封圈端蓋密封前端蓋端蓋密封密封圈活塞桿導(dǎo)向環(huán)無桿腔

活塞缸體有桿腔活塞桿密封密封圈

防塵圈單活塞桿雙作用液壓缸結(jié)構(gòu)剖視圖液壓缸計算舉例n

單出桿雙作用液壓缸，活塞直徑D=90mm，活塞桿徑d=60mm，輸入液壓缸流量q

=25L/min，進(jìn)油腔壓力

4MPa，回油腔壓力0.5MPa。不計泄漏，求：液壓缸運動1)伸出運動速度、驅(qū)動負(fù)載力？2)縮回運動速度、驅(qū)動負(fù)載力？驅(qū)動負(fù)載力一定能驅(qū)動這么大的實際負(fù)載力嗎？29雙活塞桿雙作用液壓缸前端安裝兩端安裝兩端安裝底座安裝30雙活塞桿液壓缸結(jié)構(gòu)油口Bn

結(jié)構(gòu)原理油口A活塞桿缸體活塞31雙活塞桿液壓缸的工作原理油口B油口A圖形符號有效面積32雙活塞桿液壓缸的作用力和運動速度n

由于活塞兩端的活塞桿直徑相等，因此，活塞左、右兩腔的有效面積相等。當(dāng)外負(fù)載相同時，分別向左、右兩腔輸入相同流量的液流，液壓缸左、右兩個方向的輸出作用力和運動速度相等。33伸縮液壓缸n

缸筒逐級外伸，即直徑最大缸筒以最低油壓開始伸出，當(dāng)行至終點后，直徑次之缸筒伸出。隨外伸缸筒直徑減小，工作壓力升高，伸出速度加快。而缸筒縮回時，從直徑最小缸筒開始縮回，直徑最大缸筒最后縮回。伸縮液壓缸n

結(jié)構(gòu)和原理缸體第一級活塞第二級活塞第一級第二級AB伸縮式液壓缸有什么特點？伸縮液壓缸的應(yīng)用伸縮缸n

油液壓力作用伸出n

靠翻斗箱自重縮回n

外伸行程長n

內(nèi)縮回結(jié)構(gòu)緊湊36伸縮液壓缸應(yīng)用伸縮缸伸縮液壓缸的特點n

單作用伸縮缸，只有一個油口，液壓缸靠油壓力伸出，靠負(fù)荷和自重縮回，在自卸卡車中應(yīng)用較廣

。n

雙作用伸縮缸多應(yīng)用于沒有負(fù)載和自重推力的水平動作場合。n

伸縮液壓缸結(jié)構(gòu)緊湊，行程長，應(yīng)用于安裝空間位置受限制，行程較長的場合，如工程機械、起重車輛等設(shè)備。雙作用液壓缸圖形符號(a)

單活塞桿液壓缸(b)

雙活塞桿液壓缸(d)

單側(cè)不可調(diào)緩沖液壓缸(c)

伸縮式液壓缸39雙作用液壓缸圖形符號(e)

雙側(cè)不可調(diào)緩沖液壓缸(f)

雙側(cè)可調(diào)緩沖液壓缸04.1.3

液壓缸的密封裝置n

液壓缸的密封裝置n靜密封：活塞內(nèi)孔與活塞桿、導(dǎo)向套與端蓋、端蓋與缸體等。n動密封：活塞與缸體、活塞桿與導(dǎo)向套等。41123456

784.1.3

液壓缸的密封裝置n

液壓缸的防塵圈防塵圈應(yīng)用于液壓缸活塞端蓋上，主要作用是去除活塞缸體外部表面附著的塵土，防止沙粒、水以及污染物進(jìn)入密封的缸體。防塵圈4.1.4

液壓缸的緩沖裝置n

當(dāng)液壓缸帶動質(zhì)量較大的工作部件作往復(fù)運動時，慣性大，為避免在行程終點發(fā)生活塞與端蓋撞擊，引起振動，損壞液壓缸和機器，通常在液壓缸兩端設(shè)置緩沖裝置。緩沖柱塞進(jìn)入端蓋前n

回油腔自由排油n

回油背壓小44緩沖柱塞進(jìn)入端蓋n

油缸回油腔減小n

背壓增大n

活塞開始減速n

緩沖能力增強454.1.5

液壓缸的安裝方式液壓缸前端法蘭安裝油口油口前端法蘭47液壓缸后法蘭安裝后端法蘭油口油口48液壓缸圓法蘭安裝前端油口后端油口前端園法蘭49液壓缸中間鉸軸安裝油口油口中間鉸軸50液壓缸后端耳軸安裝油口油口耳軸51液壓缸底座安裝底座524.1.6

液壓缸的選型和使用n

液壓缸的選型n

根據(jù)機械動作要求、安裝空間，選擇液壓缸類型和尺寸；n

根據(jù)最大外部負(fù)載選擇液壓缸的工作壓力、活塞直徑；n

根據(jù)機械的要求，選取液壓缸的行程；n

根據(jù)速度或時間要求，選取液壓缸的流量；n

根據(jù)速度比或外部最大負(fù)載，選取活塞桿直徑；n

了解產(chǎn)品的價格和配件情況。同樣負(fù)載，工作壓力高，液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸就小，所需流量也??；反之，情況相反。液壓缸工作壓力提高，密封會困難，53制造成本也提高。4.1.6

液壓缸的選型和使用n

液壓缸的使用n

為了減輕爬行現(xiàn)象：一是通過排氣裝置排氣，二是液壓缸往復(fù)運動排除缸內(nèi)空氣。n

金屬面之間的潤滑油膜被破壞或接觸應(yīng)力過高，在相對滑動時產(chǎn)生摩擦聲。n

液壓缸受側(cè)向力，密封性能損壞、缸體內(nèi)拉傷而使液壓缸產(chǎn)生內(nèi)泄和外泄。【案例】液壓缸應(yīng)用n

三峽雙線五級船閘機械采用液壓傳動啟閉。24扇人字閘門，三分之二門高36.75米，寬20.2米，厚3米，重850噸，面積近兩個籃球場，外形與重量均為世界之最。啟門力2100kN，閉門力2700kN。液壓缸：工作力大，直線運動方便，啟閉船閘結(jié)構(gòu)簡單。Theend56流體傳動及控制基礎(chǔ)（

液壓執(zhí)行元件2）4.2

液壓馬達(dá)2液壓馬達(dá)的作用n

液壓馬達(dá)是作旋轉(zhuǎn)運動的執(zhí)行元件。液壓馬達(dá)把液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)轳R達(dá)軸上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速運動輸出，即把液流的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)轳R達(dá)軸上的轉(zhuǎn)矩輸出，把輸入液壓馬達(dá)的液流流量轉(zhuǎn)變?yōu)轳R達(dá)軸的轉(zhuǎn)速運動。液壓馬達(dá)4.2.1

液壓馬達(dá)的分類n

按角速度分類，液壓馬達(dá)有高速和低速兩類。n

額定轉(zhuǎn)速高于500r/min屬于高速液壓馬達(dá)，主要有齒輪馬達(dá)、葉片馬達(dá)和軸向柱塞馬達(dá)。n

額定轉(zhuǎn)速低于500r/min屬于低速液壓馬達(dá)。其基本形式是徑向柱塞式，主要有曲軸連桿馬達(dá)、內(nèi)曲線馬達(dá)和靜力平衡馬達(dá)。液壓馬達(dá)按排量是否可變分類n

按排量是否可變，可分為：n

定量馬達(dá)n

變量馬達(dá)54.2.2

液壓馬達(dá)的基本參數(shù)n

液壓馬達(dá)每轉(zhuǎn)一周所需輸入液體的理論體積，稱為排量。n

不計馬達(dá)泄漏，當(dāng)給定馬達(dá)排量和輸入馬達(dá)的流量時，則馬達(dá)角速度為6馬達(dá)轉(zhuǎn)速、排量和流量的關(guān)系n

馬達(dá)的角速度與輸入流量成正比，與排量成反比。n

當(dāng)輸入流量一定時，排量增大，則轉(zhuǎn)速降低；排量減小，則轉(zhuǎn)速增加。n

通過改變馬達(dá)排量可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。反之，當(dāng)馬達(dá)排量不變時，調(diào)節(jié)輸入馬達(dá)的流量，可調(diào)節(jié)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速。7液壓馬達(dá)理論輸出轉(zhuǎn)矩n

不計摩擦轉(zhuǎn)矩?fù)p失，則液壓馬達(dá)在額定壓力和理論排量下輸出的轉(zhuǎn)矩為馬達(dá)進(jìn)、出口壓力差馬達(dá)的理論排量；。84.2.3

高速液壓馬達(dá)n

齒輪馬達(dá)n

葉片馬達(dá)齒輪馬達(dá)葉片馬達(dá)n

軸向柱塞馬達(dá)柱塞馬達(dá)9齒輪馬達(dá)n

齒輪馬達(dá)與齒輪泵結(jié)構(gòu)上相似，分為n

外嚙合齒輪馬達(dá)n

內(nèi)嚙合齒輪馬達(dá)10外嚙合齒輪馬達(dá)工作原理排油進(jìn)油齒輪馬達(dá)的特點n

結(jié)構(gòu)簡單，抗污染能力強，價格低；但是，內(nèi)部零件磨損后，其軸向間隙增大，容積效率低，低速穩(wěn)定性較差。因此，一般作為高速小轉(zhuǎn)矩定量馬達(dá)應(yīng)用于中、低壓的液壓系統(tǒng)中。后蓋軸承軸承驅(qū)動軸油孔葉片馬達(dá)基本工作原理工作腔壓力油輸出軸轉(zhuǎn)子13雙作用葉片馬達(dá)14雙作用葉片馬達(dá)工作原理15葉片的彈簧預(yù)壓力葉片伸出銷彈簧夾葉片縮回葉片底受彈簧力16葉片馬達(dá)剖視圖彈簧夾軸承壓力板密封圈軸承葉片轉(zhuǎn)子端蓋軸定子環(huán)殼體17葉片馬達(dá)的特點n

葉片馬達(dá)體積小、轉(zhuǎn)動慣量小，可高頻換向；但其內(nèi)泄漏大，低速穩(wěn)定性差。一般適用于高轉(zhuǎn)速、小轉(zhuǎn)矩以及要求高頻換向的工作場合。葉片進(jìn)出油口尺寸對稱轉(zhuǎn)子18軸向柱塞液壓馬達(dá)分類n

軸向柱塞液壓馬達(dá)可分為n

斜盤式n

斜軸式斜盤式軸向柱塞馬達(dá)結(jié)構(gòu)柱塞

缸體20斜盤式軸向柱塞馬達(dá)的工作原理排油進(jìn)油21斜盤式軸向柱塞馬達(dá)的排量n

斜盤式馬達(dá)有定量型和變量型。變量馬達(dá)的排量與斜盤傾角有關(guān)，改變斜盤傾角，柱塞行程改變，排量隨之改變。斜盤傾角越大，馬達(dá)排量和對外輸出轉(zhuǎn)矩越大，而轉(zhuǎn)速則降低。通常，斜盤有最小傾角，以保持力矩和轉(zhuǎn)速在工作范圍內(nèi)。斜盤式軸向柱塞馬達(dá)的變量原理柱塞行程3

2

1進(jìn)油4排油5

623幾種斜盤式軸向柱塞馬達(dá)24斜軸式柱塞馬達(dá)工作原理排油進(jìn)油25斜軸式柱塞馬達(dá)變量原理柱塞行程排油進(jìn)油斜軸式柱塞馬達(dá)剖視圖殼體泄漏油柱塞伸出柱塞縮回27兩種斜軸式柱塞馬達(dá)28軸向柱塞馬達(dá)的特點n

容積效率高，額定工作壓力高，其功率質(zhì)量之比大。n

可方便地改變馬達(dá)排量，實現(xiàn)馬達(dá)轉(zhuǎn)速的無級調(diào)速。其綜合性能指標(biāo)優(yōu)于葉片馬達(dá)和齒輪馬達(dá)。n

軸向柱塞馬達(dá)低速穩(wěn)定性差，一般只作高速小轉(zhuǎn)矩馬達(dá)使用。231軸向柱塞馬達(dá)和減速器的傳動裝置減速機液壓馬達(dá)液壓馬達(dá)減速機軸向柱塞馬達(dá)驅(qū)動汽車起重機回轉(zhuǎn)機構(gòu)液壓馬達(dá)+減速機卷揚驅(qū)動裝置n

高速液壓馬達(dá)

+減速機減速機行星減速機液壓馬達(dá)卷筒軸向柱塞馬達(dá)驅(qū)動水泥攪拌機液壓馬達(dá)+減速機33高速液壓馬達(dá)和液壓泵的區(qū)別n

軸向柱塞馬達(dá)、葉片馬達(dá)、齒輪馬達(dá)和同類型泵結(jié)構(gòu)上相似，原理上講，這類泵可做馬達(dá)使用，馬達(dá)也可做泵使用。n

作為能量轉(zhuǎn)換元件，二者功能正相反，結(jié)構(gòu)上有些差別。如馬達(dá)正、反轉(zhuǎn)特性一致，進(jìn)、排油口大小一樣；而泵要求良好的吸油性能，吸油口比排油口大。因此，泵和馬達(dá)不能通用。液壓馬達(dá)液壓泵4.2.4

低速大轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)n

低速大轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)n

曲軸連桿式n

靜力平衡式n

內(nèi)曲線液壓馬達(dá)35曲軸連桿液壓馬達(dá)工作原理油液作用切向力曲法向力偏心距1234曲軸連桿式液壓馬達(dá)結(jié)構(gòu)進(jìn)油排油靜力平衡馬達(dá)工作原理n

排量單排和雙排柱塞液壓馬達(dá)39雙排柱塞靜力平衡式液壓馬達(dá)低速大轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)特點n

軸每轉(zhuǎn)一周，每個柱塞缸進(jìn)、排油各一次，是單作用低速大轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)，結(jié)構(gòu)簡單、價格相對其他低速馬達(dá)低；但轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩脈動大，低速穩(wěn)定性差。n

排量大、輸出轉(zhuǎn)矩大，低速運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，并可直接與工作機構(gòu)連接，傳動裝置緊湊。廣泛應(yīng)用于起重運輸、工程機械、船舶和冶金礦山等工業(yè)領(lǐng)域。41低速大轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)驅(qū)動絞盤液壓馬達(dá)低速大轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)驅(qū)動行走機械液壓馬達(dá)

+減速機液壓馬達(dá)低速大轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)在注塑機中應(yīng)用液壓馬達(dá)4.2.5

液壓馬達(dá)的功率和效率n

液壓馬達(dá)的功率和效率n

液壓馬達(dá)的輸入功率n

液壓馬達(dá)的輸出功率n

液壓馬達(dá)的容積效率n

液壓馬達(dá)的機械效率n

液壓馬達(dá)的總效率45液壓馬達(dá)的輸入功率n

液壓馬達(dá)輸入液體的壓力能，其輸入功率(W)為進(jìn)出壓力差；。實際輸入流量液壓馬達(dá)的輸出功率n

液壓馬達(dá)輸出的是轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，其輸出功率(W)為實際輸出轉(zhuǎn)矩；輸出角速度。液壓馬達(dá)的泄漏和摩擦損失柱塞與缸體之間