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1、第三章第三章液压执行元件液压执行元件22024/8/24l液压执行元件液压执行元件n作用作用：将液压泵提供的将液压泵提供的液压能液压能转变为转变为机械能机械能n分类分类液压马达液压马达液压缸液压缸输出旋转运动输出直线运动（一般只有在电动机不能满足要求的特殊场合，如需要进行大范围的无级变速，或结构要求紧凑的地方才采用）32024/8/241 液压马达液压马达l l液压马达的液压马达的液压马达的液压马达的特点特点特点特点n基本结构要素基本结构要素:容积密封容积密封周期变化周期变化配油机构配油机构n内部结构内部结构对称对称：能够正反转能够正反转n转速范围大（最低稳定转速有一定要求）转速范围大（最低稳
2、定转速有一定要求）n不必具有自吸能力不必具有自吸能力（输入的是压力油）（输入的是压力油）n虽然与泵的结构相似，但不能互换虽然与泵的结构相似，但不能互换从能量转换的观点来看从能量转换的观点来看, ,液压泵与液压马达是可逆工液压泵与液压马达是可逆工作的液压元件作的液压元件. .42024/8/24l l液压马达与泵的液压马达与泵的液压马达与泵的液压马达与泵的相同点相同点相同点相同点n n原理上原理上原理上原理上，马达和泵是可逆的。，马达和泵是可逆的。，马达和泵是可逆的。，马达和泵是可逆的。l l泵泵泵泵: :用电机带动用电机带动用电机带动用电机带动, ,输出压力能（压力和流量）输出压力能（压力和流
3、量）输出压力能（压力和流量）输出压力能（压力和流量）; ;l l马达马达马达马达: :输入压力油输入压力油输入压力油输入压力油, ,输出机械能（转矩和转速）输出机械能（转矩和转速）输出机械能（转矩和转速）输出机械能（转矩和转速）. .n n结构上结构上结构上结构上，马达和泵是相似的。，马达和泵是相似的。，马达和泵是相似的。，马达和泵是相似的。n n马达和泵的马达和泵的马达和泵的马达和泵的工作原理工作原理工作原理工作原理均是利用密封工作容积的变均是利用密封工作容积的变均是利用密封工作容积的变均是利用密封工作容积的变化吸油和排油的。化吸油和排油的。化吸油和排油的。化吸油和排油的。l l泵：工作容积
4、增大时吸油，减小时排出高压油；泵：工作容积增大时吸油，减小时排出高压油；泵：工作容积增大时吸油，减小时排出高压油；泵：工作容积增大时吸油，减小时排出高压油；l l马达：工作容积增大时进入高压油，减小时排马达：工作容积增大时进入高压油，减小时排马达：工作容积增大时进入高压油，减小时排马达：工作容积增大时进入高压油，减小时排出低压油。出低压油。出低压油。出低压油。 52024/8/24l l泵和马达的泵和马达的泵和马达的泵和马达的不同点不同点不同点不同点 n n泵泵泵泵是能源装置是能源装置是能源装置是能源装置, , , ,马达马达马达马达是执行元件是执行元件是执行元件是执行元件. . . . n
5、n泵泵泵泵的的的的吸吸吸吸油油油油腔腔腔腔一一一一般般般般为为为为真真真真空空空空( ( ( (为为为为改改改改善善善善吸吸吸吸油油油油性性性性和和和和抗抗抗抗气气气气蚀蚀蚀蚀耐耐耐耐力力力力),),),),一一一一般般般般进进进进口口口口尺尺尺尺寸寸寸寸大大大大于于于于出出出出口口口口, , , ,马马马马达达达达排排排排油油油油腔腔腔腔的的的的压压压压力力力力稍稍稍稍高高高高于于于于大大大大气气气气压力压力压力压力, , , ,没有特殊要求没有特殊要求没有特殊要求没有特殊要求, , , ,可以可以可以可以进出油口尺寸相同进出油口尺寸相同进出油口尺寸相同进出油口尺寸相同. . . . n n
6、泵泵泵泵的结构需保证的结构需保证的结构需保证的结构需保证自吸能力自吸能力自吸能力自吸能力, , , ,而马达无此要求而马达无此要求而马达无此要求而马达无此要求. . . . n n马达需要正反转马达需要正反转马达需要正反转马达需要正反转( ( ( (内部结构对称内部结构对称内部结构对称内部结构对称),),),),泵泵泵泵一般是一般是一般是一般是单向旋转单向旋转单向旋转单向旋转. . . .n n马马马马达达达达需需需需保保保保证证证证在在在在很很很很宽宽宽宽的的的的速速速速度度度度范范范范围围围围内内内内使使使使用用用用, , , ,而而而而泵泵泵泵的的的的转转转转速速速速虽虽虽虽相相相相对比
7、较高对比较高对比较高对比较高, , , ,但变化小但变化小但变化小但变化小, , , ,故无此苛刻要求故无此苛刻要求故无此苛刻要求故无此苛刻要求. . . .62024/8/24l l泵和马达的泵和马达的泵和马达的泵和马达的不同点不同点不同点不同点 n n泵泵泵泵: : : :希望容积效率高希望容积效率高希望容积效率高希望容积效率高; ; ; ;马达马达马达马达: : : :希望机械效率高希望机械效率高希望机械效率高希望机械效率高. . . . n n叶叶叶叶片片片片泵泵泵泵的的的的叶叶叶叶片片片片倾倾倾倾斜斜斜斜安安安安装装装装, , , ,叶叶叶叶片片片片马马马马达达达达的的的的叶叶叶叶片
8、片片片则则则则径径径径向向向向安安安安装装装装( ( ( (考虑正反转考虑正反转考虑正反转考虑正反转). ). ). ). n n液液液液压压压压马马马马达达达达的的的的容容容容积积积积效效效效率率率率比比比比泵泵泵泵低低低低, , , ,通通通通常常常常泵泵泵泵的的的的转转转转速速速速高高高高. . . .而而而而马马马马达输出较低的转速达输出较低的转速达输出较低的转速达输出较低的转速. . . . n n泵泵泵泵与与与与原原原原动动动动机机机机装装装装在在在在一一一一起起起起, , , ,主主主主轴轴轴轴不不不不受受受受额额额额外外外外的的的的径径径径向向向向负负负负载载载载. . . .
9、而而而而马马马马达达达达直直直直接接接接装装装装在在在在轮轮轮轮子子子子上上上上或或或或与与与与皮皮皮皮带带带带 链链链链轮轮轮轮 齿齿齿齿轮轮轮轮相相相相连连连连接接接接时时时时, , , ,主轴将受较高的径向负载主轴将受较高的径向负载主轴将受较高的径向负载主轴将受较高的径向负载. . . . 72024/8/24l液压马达的分类液压马达的分类n按按结构类型结构类型:齿轮式齿轮式叶片式叶片式柱塞式等柱塞式等.n按按额定转速额定转速:l高速液压马达高速液压马达(500r/min):特特特特点点点点: :转转转转速速速速较较较较高高高高, ,转转转转动动动动惯惯惯惯量量量量小小小小, ,便便便便
10、于于于于起起起起动动动动和和和和制制制制动动动动, ,调调调调节节节节( (调调调调速速速速和和和和换换换换向向向向) )灵灵灵灵敏敏敏敏度度度度高高高高. .输输输输出出出出扭扭扭扭矩矩矩矩不不不不大大大大, ,仅仅仅仅几几几几十十十十 几百几百几百几百Nm,Nm,所以又称为所以又称为所以又称为所以又称为高速小扭矩高速小扭矩高速小扭矩高速小扭矩液压马达液压马达液压马达液压马达. .特特特特点点点点: :排排排排量量量量大大大大, ,体体体体积积积积大大大大, ,转转转转速速速速低低低低, ,有有有有的的的的可可可可低低低低到到到到每每每每分分分分钟钟钟钟几几几几转转转转甚甚甚甚至至至至不不不
11、不到到到到一一一一转转转转. .输输输输出出出出扭扭扭扭矩矩矩矩较较较较大大大大, ,可可可可达达达达几几几几千千千千 几几几几万万万万Nm,Nm,所以又称为所以又称为所以又称为所以又称为低速大扭矩低速大扭矩低速大扭矩低速大扭矩液压马达液压马达液压马达液压马达. .l低速液压马达低速液压马达(500r/min):82024/8/24l l液压马达工作原理液压马达工作原理液压马达工作原理液压马达工作原理n n叶片式液压马达叶片式液压马达叶片式液压马达叶片式液压马达l l结构结构结构结构: :叶片径向放置叶片径向放置叶片径向放置叶片径向放置l l特特特特点点点点: :体体体体积积积积小小小小, ,
12、转转转转动动动动惯惯惯惯量量量量小小小小, ,动动动动作作作作灵灵灵灵敏敏敏敏, ,泄泄泄泄漏漏漏漏大大大大, ,低速时不稳定低速时不稳定低速时不稳定低速时不稳定. .l l应应应应用用用用场场场场合合合合: :转转转转速速速速高高高高, ,转转转转矩矩矩矩小小小小和和和和动动动动作作作作要要要要求求求求灵灵灵灵敏敏敏敏的场合的场合的场合的场合. .压力油压力油A3A192024/8/24102024/8/24l径向径向柱塞式柱塞式液压马达液压马达适用场合：适用场合：多用于低速大转矩的情况多用于低速大转矩的情况柱塞柱塞定子定子缸体缸体配油轴配油轴112024/8/24l液压马达的基本参数和性能
13、液压马达的基本参数和性能n排量排量V：工作容腔大小的表示工作容腔大小的表示n排量与转矩的关系：排量与转矩的关系：理论转矩理论转矩Tt=pV/2n机械效率机械效率:实际输出转矩与理论输出转矩之比实际输出转矩与理论输出转矩之比.m=T/Ttn启动机械效率启动机械效率:启动转矩与理论转矩之比启动转矩与理论转矩之比.m0=T0/Ttn转速：转速：因为泄漏，实际转速比理想转速低因为泄漏，实际转速比理想转速低n低速稳定性：低速稳定性：爬行现象爬行现象n调速范围：调速范围：i=nmax/nnim122024/8/24l l液压马达的使用性能：液压马达的使用性能：液压马达的使用性能：液压马达的使用性能：n起起
14、动动性性能能：用用起起动动扭扭矩矩和和起起动动效效率率描描述述。若若起起动动效率低，起动扭矩就小，马达的起动性能就差。效率低，起动扭矩就小，马达的起动性能就差。 n制动性能制动性能：容积效率直接影响马达的制动性能。：容积效率直接影响马达的制动性能。n最最低低稳稳定定转转速速：是是指指液液压压马马达达在在额额定定负负载载下下，不不出现爬行现象的最低转速。出现爬行现象的最低转速。n要要求求马马达达“起起动动扭扭矩矩要要大大”，“稳稳定定速速度度要要低低”（一般希望最低稳定速度越小越好）（一般希望最低稳定速度越小越好）n在在向向马马达达定定量量供供油油的的情情况况下下，其其输输出出转转速速能能够够调
15、调节的马达，称为节的马达，称为变量马达变量马达。反之称为。反之称为定量马达。定量马达。132024/8/242 液压缸液压缸l液压系统中的执行元件，它的液压系统中的执行元件，它的职能职能是将液压能转是将液压能转换成机械能。换成机械能。l液压缸的液压缸的输入量输入量是流体的流量和压力，是流体的流量和压力，输出输出的是的是直线运动速度和力。直线运动速度和力。l液压缸的活塞能完成液压缸的活塞能完成直线往复运动直线往复运动，输出的直线，输出的直线位移是有限的。位移是有限的。 l分类分类活塞缸活塞缸柱塞缸柱塞缸摆动缸摆动缸实现往复运动实现往复运动, ,输出推力和速度输出推力和速度. .实现实现360的往
16、复摆动的往复摆动,输出转矩输出转矩和角速度和角速度.142024/8/24l液压缸与其他机构相配合可以完成各种运动152024/8/24162024/8/24172024/8/24182024/8/24l活塞式液压缸活塞式液压缸n双杆式双杆式:活塞两端都有一根直径相等活塞杆伸出活塞两端都有一根直径相等活塞杆伸出.缸缸体体固固定定:工工作作台台往往复复运运动动范范围围为为活活塞塞有有效效行行程程的三倍的三倍, (占地面积较大占地面积较大).常用于小型设备常用于小型设备.lF=A(p1-p2)= (D2-d2)(p1-p2)/4lv=q/A=4q/(D2-d2)活活塞塞杆杆固固定定:工工作作台台往
17、往复复运运动动的的范范围围为为活活塞塞有有效效行行程程的的两两倍倍(活活塞塞杆杆固固定定,缸缸筒筒与与工工作作台台相相连连,进进出出油油口口可可以以做做在在活活塞塞杆杆的的两两端端,油油液液从从空空心心的的活活塞塞杆杆中中进进去去).也也可可以以做做在在缸缸筒筒的的两两端端(需需用用软软管管连连接接).动力由缸筒传出动力由缸筒传出.常用于中大型设备上常用于中大型设备上.192024/8/24202024/8/24l缸体固定的液压缸结构缸体固定的液压缸结构212024/8/24222024/8/24n n单杆式单杆式单杆式单杆式：活塞只有一端带活塞杆活塞只有一端带活塞杆lF1=A1p1-A2p2
18、= (p1-p2)D2+p2d2/4 lv1=q/A1=4q/D2 lF2=A2p1-A1p2= (p1-p2)D2-p1d2/4 lv2=q/A2=4q/(D2-d2) lF3=p1(A1-A2)=p1d2/4 lv3=(q+q)/A1=4q/d2 , 其中其中 q=(D2 -d2) v3 /4差动连接差动连接广泛应用于滑台等设备的快速运动中广泛应用于滑台等设备的快速运动中232024/8/24242024/8/24n单活塞杆式液压缸的单活塞杆式液压缸的特点特点: l往复运动速度不同，常用于实现机床的快速退往复运动速度不同，常用于实现机床的快速退回和慢速工作进给。回和慢速工作进给。l两端面积
19、不同，输出推力不相等。无杆腔吸油两端面积不同，输出推力不相等。无杆腔吸油时作工作进给运动（克服较大的外负载）；有时作工作进给运动（克服较大的外负载）；有杆腔进油时作驱动工作部件快速退回运动（只杆腔进油时作驱动工作部件快速退回运动（只克服摩擦力的作用）。克服摩擦力的作用）。l工作台运动范围等于活塞杆有效行程的两倍。工作台运动范围等于活塞杆有效行程的两倍。 252024/8/24l柱塞缸：柱塞缸：缸筒固定在机体上，柱塞与工作部件连接缸筒固定在机体上，柱塞与工作部件连接nF=pA=pd2/4nV=q/A=4q/d2 262024/8/24n一个方向一个方向运动，回程靠重力或弹簧力等力来推动。运动，回
20、程靠重力或弹簧力等力来推动。n柱柱塞塞2 2靠靠导导向向套套3 3来来导导向向，柱柱塞塞与与缸缸体体不不接接触触，因因此此缸缸体体内壁不需精加工内壁不需精加工。n柱柱塞塞是是端端部部受受压压，为为保保证证柱柱塞塞缸缸有有足足够够的的推推力力和和稳稳定定性性，柱柱塞塞一一般般较较粗粗，重重量量较较大大，水水平平安安装装时时易易产产生生单单边边磨磨损损，故故柱柱塞塞缸缸宜宜垂垂直直安安装装。水水平平安安装装使使用用时时，为为减轻重量和提高稳定性，而用无缝钢管制成柱塞。减轻重量和提高稳定性，而用无缝钢管制成柱塞。 n常用于常用于长行程机床长行程机床：龙门刨、导轨磨、拉床等。：龙门刨、导轨磨、拉床等。
21、272024/8/24l摆动缸：摆动缸：n能实现小于能实现小于 360的往复摆动运动，由于它可直接的往复摆动运动，由于它可直接输出扭矩，故又称为输出扭矩，故又称为摆动液压马达摆动液压马达282024/8/24292024/8/24302024/8/24l l其他液压缸其他液压缸其他液压缸其他液压缸n n增压缸增压缸增压缸增压缸单作用单作用双作用双作用用用于于短短时时或或局局部部需需要高压的系统要高压的系统312024/8/24n n伸缩缸伸缩缸伸缩缸伸缩缸：活塞杆伸出的行程长，收缩后的结构尺活塞杆伸出的行程长，收缩后的结构尺寸小，适用于寸小，适用于翻斗汽车翻斗汽车，起重机的伸缩臂等。，起重机的
22、伸缩臂等。 322024/8/24n齿齿轮轮缸缸：将将直直线线运运动动转转换换为为回回转转运运动动，其其结结构构简简单单，制制造造容容易易，常常用用于于机机械械手手和和磨磨床床的的进进刀刀机机构构、组组合合机机床床的的回回转转工工作作台台、回回转转夹夹具具及及自自动动线线的的转转位机构。位机构。 332024/8/24n缸筒与缸盖缸筒与缸盖l液压缸的组成液压缸的组成a)a)法兰法兰连接连接: :易加易加工和装拆工和装拆, ,尺寸大尺寸大. .b)b)半环半环连接连接: :装拆方装拆方便便, ,削弱了强度削弱了强度. .c)c)螺纹螺纹连接连接: :结构复结构复杂杂, ,尺寸小尺寸小, ,重量轻
23、重量轻. .d)d)拉杆拉杆连接连接: :容易加工容易加工和装拆和装拆, ,尺寸大尺寸大, ,较重较重. . e)e)焊接焊接连接连接: :结构简单结构简单, ,尺寸小尺寸小, ,但缸底处内径不易加但缸底处内径不易加工工, ,且可能引起变形且可能引起变形. . 342024/8/24n活塞和活塞杆活塞和活塞杆a)a)螺螺母母连连接接：适适用用负负载载较较小小，无无冲冲击击的的液液压压缸缸。结结构构简单，安装方便，但螺纹将削弱杆强度简单，安装方便，但螺纹将削弱杆强度b)b)和和c)c)卡环式连接卡环式连接： 结构较复杂，装拆不便，工作可靠结构较复杂，装拆不便，工作可靠d)d)径向销式连接径向销式
24、连接 ：适用于双出杆式活塞。：适用于双出杆式活塞。352024/8/24n密封装置密封装置 a)a)间间隙隙密密封封: :靠靠微微小小间间隙隙防防止止泄泄漏漏. .结结构构简简单单, ,摩摩擦擦阻阻力力小小, ,耐耐高高温温, ,但但泄泄漏漏大大. .在在尺尺寸寸小小 压压力力低低 运运动动速速度度较高的缸筒和活塞间使用较高的缸筒和活塞间使用. . b)b)摩摩擦擦环环密密封封: :靠靠摩摩擦擦环环贴贴紧紧缸缸壁壁而而防防止止泄泄漏漏. .效效果果较较好好, ,摩摩擦擦阻阻力力较较小小且且稳稳定定, ,耐耐高高温温, ,磨磨损损后后有有自自动动补补偿偿能能力力, ,加加工工要要求求高高, ,装
25、装拆拆不不便便. .适适用用于于缸缸筒筒和和活活塞塞之之间的密封间的密封. . 362024/8/24c)、d)密密封封圈圈(OV形形圈圈等等)密密封封:环环形形圈圈贴贴紧紧配配合合面面间间防防止止泄泄漏漏.结结构构简简单单,制制造造方方便便,磨磨损损后后有有自自动动补补偿偿能力能力,性能可靠性能可靠,在缸筒在缸筒活塞活塞缸盖间使用缸盖间使用. 372024/8/24n缓冲装置缓冲装置:l使活塞接近终端时，增达回油阻力，减缓运动使活塞接近终端时，增达回油阻力，减缓运动件的运动速度，避免冲击。件的运动速度，避免冲击。l缝隙节流和小孔节流缓冲缝隙节流和小孔节流缓冲382024/8/24n n外圆磨
26、床砂轮架快速进退液压缸的可变节流缓冲外圆磨床砂轮架快速进退液压缸的可变节流缓冲外圆磨床砂轮架快速进退液压缸的可变节流缓冲外圆磨床砂轮架快速进退液压缸的可变节流缓冲: :节节流流口口面面积积随随活活塞塞移移动动而而变变化化。活活塞塞5 5两两端端开开有有轴轴向向三三角角槽槽，前前盖盖3 3、后后盖盖8 8上上的的钢钢球球起起单单向向阀阀作作用用。当当活活塞塞起起动动时时，压压力力油油顶顶开开钢钢球球7 7，进进入入缸缸内内，推推动动活活塞塞向向前前运运动动，保保证证起起动动迅迅速速。当当活活塞塞接接近近液液压压缸缸端端部部时时，活活塞塞堵堵住住回回油油通通道道，使使剩剩余余油油液液只只能能从从三
27、三角角槽槽缓缓慢慢排排出出，因因而而建建立立缓冲压力，实现节流缓冲。缓冲压力，实现节流缓冲。392024/8/24n排气装置排气装置l系系统统安安装装中中或或长长时时间间不不工工作作后后会会渗渗入入空空气气, 由由于于气气体体有有很很大大的的可可压压缩缩性性,使使液液压压缸缸产产生生爬爬行行噪噪声声和和发发热热等等一一系系列不良现象列不良现象.设计时设计时,要保证能及时排除缸内的气体要保证能及时排除缸内的气体.l利利用用空空气气轻轻的的特特点点,在在液液压压缸缸的的最最高高处处设设置置进进出出油油口口,以以便便把把气气体体带带走走;如如不不行行,可可在在最最高高处处设设置置放放气气孔孔或或专专
28、门门的的放气阀等放气装置。放气阀等放气装置。402024/8/24l液压缸的设计和计算液压缸的设计和计算n注意问题：注意问题：l尽量尽量使活塞杆受拉状态使活塞杆受拉状态l考虑相应的缓冲装置和排气装置考虑相应的缓冲装置和排气装置l正确确定液压缸的安装和固定方式正确确定液压缸的安装和固定方式l根据推荐的结构形式和设计标准进行设计根据推荐的结构形式和设计标准进行设计n主要尺寸的确定主要尺寸的确定l活塞杆直径活塞杆直径d d：l缸筒长度缸筒长度L L：由最大工作行程决定：由最大工作行程决定412024/8/24l最小导向长度最小导向长度最小导向长度最小导向长度HH： HL/20+D/2HL/20+D/
29、2l强度校核：强度校核：强度校核：强度校核：壁厚校核：薄壁（壁厚校核：薄壁（壁厚校核：薄壁（壁厚校核：薄壁（D/10D/10D/10D/10），厚壁（），厚壁（），厚壁（），厚壁（D/10D/10D/10D/10）活塞杆直径校核：活塞杆直径校核：活塞杆直径校核：活塞杆直径校核：固定螺栓直径校核：固定螺栓直径校核：固定螺栓直径校核：固定螺栓直径校核：422024/8/24n n缓冲计算：缓冲计算：缓冲计算：缓冲计算：l l液压能液压能液压能液压能E E1 1和机械能和机械能和机械能和机械能E E2 2 l l当当当当E E1 1 = E = E2 2 机械能全部被吸收机械能全部被吸收机械能全部被吸收机械能全部被吸收p pc c=E=E2 2/A/Ac cl lc c l l最大缓冲压力：最大缓冲压力：最大缓冲压力：最大缓冲压力：432024/8/24442024/8/24452024/8/24462024/8/24472024/8/24482024/8/24492024/8/24502024/8/24密封摩擦阻力512024/8/24522024/8/24
