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1、 液压执行元件是将液压泵提供的液压能转变为 机械能的能量转换装置,它包括液压缸液压缸和液压马达液压马达。 第三章第三章 液压执行元件液压执行元件 第一节 液压马达 n液压马达是将液体压力能转换为机械能的装置,输出转矩和 转速，是液压系统的执行元件。 n马达与泵在原理上有可逆性，但因用途不同结构上有些差 别：马达要求正反转，其结构具有对称性；而泵为了保证其自 吸性能，结构上采取了某些措施。 n马达的分类： nns500r/min 为高速液压马达：齿轮马达，叶片马达，轴 向柱塞马达 nns 500r/min 为低速液压马达：径向柱塞马达（单作用连 杆型径向柱塞马达，多作用内曲线径向柱塞马达） 液
2、压 马 达 图 形 符 号 第一节 液压马达 液压马达的特性参数 n工作压力与额定压力 n 工作压力 p 大小取决于马达负载，马达进 出口压力的差值称为马达的压差p。额定压力 ps 能使马达连续正常运转的最高压力。 n流量与容积效率 n输入马达的实际流量 qMqMtq 其中 qMt为理论流量，马达在没有泄漏时，达到要求转速所 需进口流量。 n容积效率Mv qMt / qM 1 q / qM n排量与转速 n排量V为MV等于1 时输出轴旋转一周所需油液体积 。 n转速 n转矩与机械效率 n实际输出转矩 TTt-T n理论输出转矩 Ttp V / 2 n机械效率MmTM/TMt n功率与总效率 n
3、M PMo/ PmiMvMm n式中 PMo为马达输出功率，Pmi为马达输入功率。 例、某液压马达排量为250 mL/r，入口压力为10MPa， 出口压力为0.5 MPa，容积效率和机械效率均为0.9， 若输入流量为100 L/min， 试求 (1) 液压马达的实际输出转矩； (2) 液压马达的实际输出转速。 (1)液压马达实际输出转矩 TM解 根据公式 (2) 液压马达实际输出转速 n 根据公式 答：(1) 液压马达的实际输出转矩为340N.m； (2) 液压马达的实际输出转速为360r/min。 1.齿轮马达 结构特点 进出油口相等，有单 独的泄油口； 为减少摩擦力矩，采 用滚动轴承； 为
4、减少转矩脉动，齿 数较泵的齿数多。 且瞬时转速和转矩随啮合点而变化，因此仅用于高速小 转矩的场合，及对转矩均匀性要求不高的设备。 应用 由于密封性能差，容积效率较低， 叶片马达 结构特点 进出油口相等， 有单独的泄油口； 叶片径向放置，叶 片底部设置有弹簧； 应用 转动惯量小，反应灵敏，能适应较高频 率的换向。但泄漏大，低速时不够稳定。适用于 转矩小、转速高、机械性能要求不严格的场合。 叶片式马达 轴向柱塞马达 结构特点 轴向柱塞泵和轴向柱塞马达是互逆的。 配流盘为对称结构。 应用 作变量马达。改变斜盘倾角，不仅影响 马达的转矩，而且影响它的转速和转向。斜盘倾 角越大，产生的转矩越大，转速越低
5、。 轴向柱塞马达 低速大扭矩马达 单作用连杆型径向柱塞马达 n呈五星状（或七星状）的壳体内均匀分布着柱塞缸。 n柱塞与连杆铰接，连杆的另一端与曲轴偏心轮外圆接触。 高压油进入部分柱塞缸头部，高压油作用在柱塞上的作用力对 曲轴旋转中心形成转矩。另外部分柱塞缸与回油口相通。曲轴 为输出轴。 n 配流轴随曲轴同步旋转，各柱塞缸依次与高压进油和低 压回油相通（配流套不转），保证曲轴连续旋转。 n排量公式 v =d 2e z / 2 n d 为柱塞直径；e 为曲轴偏心距；z 为柱塞数。 n 应用 结构简单，工作可靠，可以是壳体固定曲轴旋 转，也可以是曲轴固定壳体旋转（可驱动车轮或卷筒），但体 积重量较大
6、，转矩脉动，低速稳定性较差。 结构原理 低速大扭矩马达 多作用内曲线径向柱塞马达 径向柱塞马达 n结构原理 n壳体内环由x 个导轨曲面组成， 每个曲面分为a、b两个区段； n缸体径向均布有z 个柱塞孔，柱 塞球面头部顶在滚轮组横梁上，使之 在缸体径向槽内滑动 ；柱塞、滚轮 组组成柱塞组件， a段导轨对柱塞组 件的法向反力的切向分力对缸体产生 转矩；配流轴圆周均布2x 个配流窗 口，其中x 个窗口对应于a段，通高 压油， 液压缸（油缸）主 要用于实现机构的直 线往复运动，也可以 实现摆动，其结构简 单，工作可靠，应用 广泛。 液压缸的输入量是液体的流量和压力，输出量是速度和力。 液压缸和液压马达
7、都是液压执行元件， 其职能是将液压能转换 为机械能。 p1p2 F V d Q A 液压缸 压力p 流量Q 液压功率 作用力F 速度V 机械功率 第二节 液压缸 一 液压缸的类型及特点 液压缸的分类 按供油方向分：单作用缸和双作用缸。 按结构形式分：活塞缸、柱塞缸、伸缩套筒缸、摆动液压缸 。 按活塞杆形式分：单活塞杆缸、双活塞杆缸。 单杆液压缸双杆液压缸 柱塞式液压缸 1 活塞式液压缸 活塞式液压缸可分为双杆式和单杆式两种结构形式 ，其安装又有缸筒固定和活塞杆固定两种方式。 双杆活塞液压缸 双活塞杆液压缸的活塞两端都带有活塞杆，分为 缸体固定和活塞杆固定两种安装形式。 (a)缸筒固定式 (b)
8、活塞杆固定式 因为双活塞杆液压缸的两活塞杆直径相等，所 以当输入流量和油液压力不变时，其往返运动速度和推 力相等。则缸的运动速度V和推力F分别为： 式中 : 、分别为缸的进、回油压力； 分别为缸的容积效率和机械效率；、 、d 分别为活塞直径和活塞杆直径； q 输入流量； A活塞有效工作面积。 这种液压缸常用于要求往返运动速度相同的场合。 2单活塞杆液压缸 单活塞杆液压缸的活塞仅一端带有活塞杆，活 塞双向运动可以获得不同的速度和输出力，其简图及油 路连接方式。 (a)无杆腔进油 D d q (b)有杆腔进油 q 活塞的运动速度 和推力 分别为: (a)无杆腔进油 D d q 无杆腔进油 活塞的运
9、动速度 和推力 分别为: 有杆腔进油 (b)有杆腔进油 q 比较上述各式，可以看出： , ；液压缸 往复运动时的速度比为： （3.7） 上式表明：当活塞杆直径愈小时，速度比接近1 ，在两个方向上的速度差值就愈小。 (a)无杆腔进油 D d q (b)有杆腔进油 q 两腔进油, 差动联接 当单杆活塞缸两腔同时通入压力油时，由于无 杆腔有效作用面积大于有杆腔的有效作用面积，使得活 塞向右的作用力大于向左的作用力，因此，活塞向右运 动，活塞杆向外伸出；与此同时，又将有杆腔的油液挤 出，使其流进无杆腔，从而加快了活塞杆的伸出速度， 单活塞杆液压缸的这种连接方式被称为差动连接。 (c)差动联接 q (c
10、)差动联接 q （3.8） （3.9 ） 在忽略两腔连通油路压力损失的情况下，差动连接液 压缸的推力为： q 等效 活塞的运动速度为： (c)差动联接 q q 等效 差动连接时,液压缸的有效作用面积是活塞杆的横截 面积，工作台运动速度比无杆腔进油时的大，而输出力则 较小。 差动连接是在不增加液压泵容量和功率的条件下，实 现快速运动的有效办法。 二、柱塞式液压缸 图3.3柱塞式液压缸 当活塞式液压缸行程较长时，加工难度大,使得制造 成本增加。 某些场合所用的液压缸并不要求双向控制,柱塞式液 压缸正是满足了这种使用要求的一种价格低廉的液压缸。 图3.3柱塞式液压缸 如图3.3（a）所示，柱塞缸由缸
11、筒、柱塞、 导套、密封圈和压盖等零件组成，柱塞和缸筒内 壁不接触，因此缸筒内孔不需精加工，工艺性好 ，成本低。 柱塞式液压缸是 单作用的，它的回程 需要借助自重或弹簧 等其它外力来完成。 如果要获得双向运动 ，可将两柱塞液压缸 成对使用为减轻柱塞 的重量，有时制成空 心柱塞。 图3.3柱塞式液压缸 Q Q V d d 式中：d柱塞直径，p1进油压力，p2另一缸的回油压力。 p1 p2 3 摆动式液压缸 图3.4摆动液压缸 摆动液压缸能实现小于360角度的往复摆动运动，由 于它可直接输出扭矩，故又称为摆动液压马达，主要有单 叶片式和双叶片式两种结构形式。 图3.4摆动液压缸 单叶片摆动液压缸主要
12、由定子块1、缸体2、摆动 轴3、叶片4、左右支承盘和左右盖板等主要零件组成。定 子块固定在缸体上，叶片和摆动轴固连在一起，当两油口 相继通以压力油时，叶片即带动摆动轴作往复摆动。 图3-8摆动液压缸 当考虑到机械效率时，单叶片缸的摆动轴输出转矩为 p1 p2 D 缸体内孔直径；d 摆动轴直径；b 叶片宽度； 图3.4摆动液压缸 q 根据能量守恒原理,结合式(3.10)得输出角速度为 D 缸体内孔直径；d 摆动轴直径；b 叶片宽度； 单叶片摆动液压缸的摆角一般不超过280 ， 双叶片摆动液压缸的摆角一般不超过150 。 当输入压力和流量不变时，双叶片摆动液压缸摆 动轴输出转矩是相同参数单叶片摆动
13、缸的两倍，而摆动角 速度则是单叶片的一半。 摆动缸结构紧凑，输出转矩大，但密封困难，一般 只用于中、低压系统中往复摆动，转位或间歇运动的地方 。 缸体 4 伸缩式液压缸 伸出 缩回 套筒活塞 活塞 伸缩式单作用缸 伸出 缩回 伸缩式液压缸的特点是：活塞杆伸出的 行程长，收缩后的结构尺寸小，适用于翻斗汽车 ，起重机的伸缩臂等。 伸缩式双作用缸 伸出 B A 二级活塞 缸体两端有进、出油口A和B。当A口进油 ，B口回油时，先推动一级活塞向右运动。一级 活塞右行至终点时，二级活塞在压力油的作用 下继续向右运动。 伸出 B A 二级活塞 3.1.5 齿条活塞 缸 齿条活塞缸由带有齿条杆的双作用活塞缸和
14、齿轮齿条 机构组成，活塞往复移动经齿条、齿轮机构变成齿轮轴往复转 动。 图3.6齿条活塞液压缸的结构图 1 紧固螺帽；2 调节螺钉；3 端盖；4 垫圈；5 O形密封圈； 6 挡圈；7 缸套；8 齿条活塞；9 齿轮；l0 传动轴；11 缸 体；12 螺钉 q 液压缸的结构 图 3.9 双作用单活塞杆液压缸结构图 l 缸底；2 卡键；3、5、9、11 密封圈；4 活塞；6 缸筒； 7 活塞杆；8 导向套；10 缸盖；12 防尘圈；13 耳轴 图 3.9 双作用单活塞杆液压缸结构图 l 缸底；2 卡键；3、5、9、11 密封圈；4 活塞；6 缸筒； 7 活塞杆；8 导向套；10 缸盖；12 防尘圈；
15、13 耳轴 单活塞杆液压缸主要由缸底1、缸筒6、缸盖10、活 塞4、活塞杆7和导向套8等组成。缸筒一端与缸底焊接， 另一端与缸盖采用螺纹连接。活塞与活塞杆采用卡键连 接。为了保证液压缸的可靠密封，在相应部位设置了密 封圈3、5、9、11和防尘圈12。 缸筒与端盖的连接 图3.8缸体与缸盖的连接结构 3.2.1 缸体组件 （2）半环式连接，分 为外半环连接和内半环 连接两种连接形式。 (1）法兰式连接 （3）螺纹式连接 外螺纹连接 内螺纹连接 （5）焊接式连接 （4）拉杆式连接 缸筒 是液压缸的主体，其内孔一般采用镗削、绞 孔、滚压或珩磨等精密加工工艺制造，要求表面粗造度 在0.1m0.4m。
16、端盖 装在缸筒两端，与缸筒形成封闭油腔，同样承 受很大的液压力，因此，端盖及其连接件都应有足够的 强度。 导向套 对活塞杆或柱塞起导向和支承作用，有些 液压缸不设导向套，直接用端盖孔导向。 缸筒，端盖和导向套的材料选择和技术要求可参 考液压设计手冊。 3.2.3 活塞组件 活塞组件由活塞、密封件、活塞杆和连接件等组成 。 活塞与活塞杆的连连接形式 如图3.9所示，活塞与活塞杆的连接最常用的有螺纹 连接和半环连接形式，除此之外还有整体式结构、焊接 式结构、锥销式结构等。 1一活塞杆；2一活塞；3一密封圈； 4一弹簧圈；5一螺母 1一卡键；2一套环；3一弹簧卡圈 活塞装置主要用来防止液压油的泄漏。对密封装置的 基本要求是具有良好的密封性能，并随压力的增加能自动 提高密封性。
