液壓-第4章液壓執(zhí)行元件(5)

1、2本章提要本章提要本章提要 本章主要內(nèi)容為 ： 液壓馬達(dá)的工作原理與性能參數(shù)液壓馬達(dá)的工作原理與性能參數(shù) 液壓缸的類型、特點及典型結(jié)構(gòu)液壓缸的類型、特點及典型結(jié)構(gòu) 要求掌握幾種液壓馬達(dá)的工作原理（馬達(dá)怎樣產(chǎn)生轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩）、結(jié)構(gòu)特點及主要性能； 要求掌握液壓缸設(shè)計中應(yīng)考慮的主要問題，包括和等，為液壓缸設(shè)計打下基礎(chǔ)。3T 轉(zhuǎn)矩 T 角速度 馬達(dá)p q 流量 q 壓力 p4液壓輸入pq 液壓泵液壓泵和和液壓馬達(dá)液壓馬達(dá)都是液壓傳動系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)換元件。都是液壓傳動系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)換元件。 液壓泵由原動機(jī)驅(qū)動，把輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成為油液的壓力能，再以壓力、流量的形式輸入到系統(tǒng)中去，它是液壓系統(tǒng)的動力源。

2、 液壓馬達(dá)則將輸入的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，以扭矩和轉(zhuǎn)速的形式輸送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)做功，是液壓傳動系統(tǒng)的執(zhí)行元件。q液壓輸出pq J液壓馬達(dá)液壓馬達(dá)液壓泵液壓泵機(jī)械輸入機(jī)械輸入ppTmmT機(jī)械輸出機(jī)械輸出5 但是，由于液壓馬達(dá)和液壓泵的工作條件不同，對它們的性能要求也不一樣，所以同類別的液壓馬達(dá)和液壓泵之間，仍存在許多差別。 從能量轉(zhuǎn)換的觀點來看，液壓泵與液壓馬達(dá)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(dá)工況；反之，當(dāng)液壓馬達(dá)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(yīng)的配油機(jī)構(gòu)。液壓輸入pq q液壓輸出pq

3、J液壓馬達(dá)液壓馬達(dá)液壓泵液壓泵機(jī)械輸入機(jī)械輸入ppTmmT機(jī)械輸出機(jī)械輸出6 首先液壓馬達(dá)應(yīng)能夠正、反轉(zhuǎn)，因而要求共內(nèi)部結(jié)構(gòu)對稱；液壓馬達(dá)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。 其次液壓馬達(dá)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(dá)和液壓泵在結(jié)構(gòu)上比較相似，但不能可逆工作。液壓輸入pq q液壓輸出pq J液壓馬達(dá)液壓馬達(dá)液壓泵液壓泵機(jī)械輸入機(jī)械輸入ppTmmT機(jī)械輸出機(jī)械輸出7 液壓馬達(dá)和液壓泵在結(jié)構(gòu)上基本相同，也是靠密封容積的變化進(jìn)行工作的。常見的液馬達(dá)也有齒輪式、葉片式和柱塞式等幾種

4、主要形式；從轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩范圍分,可有高速馬達(dá)和低速大扭矩馬達(dá)之分。馬達(dá)和泵在工作原理上是互逆的，當(dāng)向泵輸入壓力油時，其軸輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩就成為馬達(dá)。 由于二者的任務(wù)和要求有所不同，故在實際結(jié)構(gòu)上只有少數(shù)泵能做馬達(dá)使用。 8 工作壓力工作壓力 馬達(dá)入口油液的實際壓力稱為馬達(dá)的工作壓力，馬達(dá)入口壓力和出口壓力的差值稱為馬達(dá)的工作壓差。 流量和排量流量和排量 馬達(dá)入口處的流量稱為馬達(dá)的實際流量。馬達(dá)密封腔容積變化所需要的流量稱為馬達(dá)的理論流量。實際流量和理論流量之差即為馬達(dá)的泄漏量。 馬達(dá)軸每轉(zhuǎn)一圈，由其密封容腔有效體積變化而排馬達(dá)軸每轉(zhuǎn)一圈，由其密封容腔有效體積變化而排出的液體體積稱為馬達(dá)的排量。出的液

5、體體積稱為馬達(dá)的排量。 9 容積效率和轉(zhuǎn)速 因馬達(dá)實際存在泄漏，由實際流量 q 計算轉(zhuǎn)速 n 時，應(yīng)考慮馬達(dá)的容積效率 。當(dāng)液壓馬達(dá)的泄漏流量為 ，馬達(dá)的實際流量為 ，則液壓馬達(dá)的容積效率為： vqqqqtqqqqtv1 馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)速等于理論流量 與排量 的比值，即 tqVvtVqVqnttmTTTT1 機(jī)械效率 10 輸出轉(zhuǎn)矩 因馬達(dá)實際存在機(jī)械摩擦，故實際輸出轉(zhuǎn)矩應(yīng)考慮機(jī)械效率。 設(shè)馬達(dá)的出口壓力為零，入口工作壓力為p，排量為V，則馬達(dá)的理論輸出轉(zhuǎn)矩與泵有相同的表達(dá)形式,即 pVTt馬達(dá)的實際輸出轉(zhuǎn)矩小于理論輸出轉(zhuǎn)矩： mmtpVTT11 功率和總效率 馬達(dá)的輸入功率為 pqPi 馬達(dá)的

6、輸出功率為 TPo 馬達(dá)的總效率為 vmvmvtmtiopqVqpVpqTpqTPP)/)()( 由上式可見，液壓馬達(dá)的總效率亦同于液壓泵的總效率，等于機(jī)械效率與容積效率的乘積。 124.1.1 高速液壓馬達(dá)高速液壓馬達(dá) 一般來說，額定轉(zhuǎn)速高于500r/min的馬達(dá)屬于高速馬達(dá)，額定轉(zhuǎn)速低于500r/min的馬達(dá)屬于低速馬達(dá)。 高速液壓馬達(dá)基本型式：齒輪式、葉片式和軸向柱塞式等。 它們的主要特點是轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)動慣量小，便于啟動、制動、調(diào)速和換向。通常高速馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩不大，最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速較高，只能滿足高速小扭矩工況。 一、葉片式液壓馬達(dá)一、葉片式液壓馬達(dá) 當(dāng)壓力油進(jìn)入兩個高壓窗口時，葉片1、2、3

7、，5、6、7都會有壓力油的作用，產(chǎn)生順時針旋轉(zhuǎn)的力矩更大，故馬達(dá)沿順時針方向旋轉(zhuǎn)；反之，若馬達(dá)的進(jìn)、出油口對換，則反向旋轉(zhuǎn)。14 二、柱塞式液壓馬達(dá)二、柱塞式液壓馬達(dá) 斜盤1和配油盤4固定不動，柱塞3可在缸體2的孔內(nèi)移動，斜盤中心線與缸體中心線相交一個傾角。高壓油經(jīng)配油盤的窗口進(jìn)入缸體的柱塞孔時，處在高壓腔中的柱塞被頂出，壓在斜盤上，斜盤對柱塞的反作用力F可分解為兩個分力，軸向分力Fx和作用在柱塞上的液壓力平衡，垂直分力Fy使缸體產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，帶動馬達(dá)軸5轉(zhuǎn)動。設(shè)第i個柱塞和缸體的垂直中心線夾角為，則在柱塞上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為：15 單個柱塞轉(zhuǎn)矩單個柱塞轉(zhuǎn)矩ixixiyiRFRFRFT sintansi

8、ntansinpdFx241 NiiNiipRdTT sintan412液壓馬達(dá)總轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)總轉(zhuǎn)矩 隨著角的變化，每個柱塞產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩也發(fā)生變化，故液壓馬達(dá)產(chǎn)生的總轉(zhuǎn)矩也是脈動的，它的脈動情況和討論泵流量脈動時的情況相似。16 低速大扭矩液壓馬達(dá)是相對于高速馬達(dá)而言的，通常這類馬達(dá)在結(jié)構(gòu)形式上多為徑向柱塞式,其特點是：最低轉(zhuǎn)速低，大約在510轉(zhuǎn)/分；輸出扭矩大，可達(dá)幾萬牛頓米；徑向尺寸大，轉(zhuǎn)動慣量大。 它可以直接與工作機(jī)構(gòu)直接聯(lián)接，不需要減速裝置，使傳動結(jié)構(gòu)大為簡化。低速大扭矩液壓馬達(dá)廣泛用于起重、運輸、建筑、礦山和船舶等機(jī)械上。 低速大扭矩液壓馬達(dá)的基本形式有三種：它們分別是曲柄連桿馬達(dá)、靜

9、力平衡馬達(dá)和多作用內(nèi)曲線馬達(dá)。 17 低速大扭矩液壓馬達(dá)。結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、價格低；體積大、重量大、扭矩脈動大。18腔通壓力油，活塞受到壓力油的作用。腔與排油窗口接通。受油壓作用的柱塞通過連桿對偏心圓中心作用一個力N，推動曲軸繞旋轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動，對外輸出轉(zhuǎn)速和扭矩；隨著驅(qū)動軸、配流軸轉(zhuǎn)動，配流狀態(tài)交替變化。在曲軸旋轉(zhuǎn)過程中，位于高壓側(cè)的油缸容積逐漸增大，而位于低壓側(cè)的油缸的容積逐漸縮小，因此，高壓油不斷進(jìn)入液壓馬達(dá)，從低壓腔不斷排出。 配流軸過渡密封間隔的方位和曲軸的偏心方向保持一致1920二、 多作用內(nèi)曲線馬達(dá) 缸體壓油口配油軸定子柱塞回油口 液壓馬達(dá)由定子1、轉(zhuǎn)子2、配流軸4與柱塞組3等主要

10、部件組成，定子1的內(nèi)壁有若干段均布的、形狀完全相同的曲面組成。 每 一 相 同 形狀的曲面又可分為對稱的兩邊，其中允許柱塞副向外伸的一邊稱為進(jìn)油工作段，與它對稱的另一邊稱為排油工作段。21缸體壓油口配油軸定子柱塞回油口22每個柱塞在液壓馬達(dá)每轉(zhuǎn)中往復(fù)的次數(shù)等于定子曲面數(shù)X ，稱 X 為該液壓馬達(dá)的作用次數(shù)。Z 個柱塞缸孔，每個缸孔的底部都有一配流窗口，并與它的中心配流軸4相配合的配流孔相通。缸體壓油口配油軸定子柱塞回油口配流軸4中間有進(jìn)油和回油的孔道，它的配流窗口的位置與導(dǎo)軌曲面的進(jìn)油工作段和回油工作段的位置相對應(yīng)，所以在配流軸圓周上有2X個均布配流窗口。23馬達(dá)應(yīng)能正、反運轉(zhuǎn)，因此，就要求液

11、壓馬達(dá)在設(shè)計時具有結(jié)構(gòu)上的對稱性。當(dāng)液壓馬達(dá)的慣性負(fù)載大、轉(zhuǎn)速高，并要求急速制動或反轉(zhuǎn)時，會產(chǎn)生較高的液壓沖擊，應(yīng)在系統(tǒng)中設(shè)置必要的安全閥或緩沖閥。由于內(nèi)部泄漏不可避免，因此將馬達(dá)的排油口關(guān)閉而進(jìn)行制動時，仍會有緩慣的滑轉(zhuǎn)，所以，需要長時間精確制動時，應(yīng)另行設(shè)置防止滑轉(zhuǎn)的制動器。 液壓缸的輸入量是液體的流量和壓力，輸出量是速度和力。液壓缸和液壓馬達(dá)都是液壓執(zhí)行元件， 其職能是將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。p1p2FVdq21pppA液壓缸壓力p 流量q液壓功率作用力F 速度V機(jī)械功率 液壓執(zhí)行元件是將液壓泵提供的液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置。它包括液壓缸和液壓馬達(dá)。液壓馬達(dá)是指輸出旋轉(zhuǎn)運動的液壓執(zhí)

12、行元件；液壓缸是指輸出直線運動(其中包括輸出擺動運動)的液壓執(zhí)行元件。4.2.1 4.2.1 液壓缸的類型及特點液壓缸的類型及特點按供油方向分：單作用缸和雙作用缸。按結(jié)構(gòu)形式分：活塞缸、柱塞缸、組合缸(伸縮套筒缸)、擺動液壓缸。按活塞桿形式分：單活塞桿缸、雙活塞桿缸。AFqpv單活塞桿液壓缸單活塞桿液壓缸AFqpv雙活塞桿液壓缸雙活塞桿液壓缸AFqpv柱塞式液壓缸柱塞式液壓缸 活塞缸可分為雙桿式和單桿式兩種結(jié)構(gòu)形式，其安裝方式有缸筒固定和活塞桿固定兩種形式一、活塞式液壓缸一、活塞式液壓缸雙桿活塞缸雙桿活塞缸mApApF )(21作用力作用力2241dDA 其中速速 度度224dDqAqvVV

13、lllll移動范圍大約是行程的三倍移動范圍大約是行程的兩倍 活塞兩側(cè)都有活塞桿伸出，當(dāng)兩活塞桿直徑相同，供油壓力和流量不變時，活塞式液壓缸在兩個方向上的運動速度和推力都相等。FDA2pq1pqddv單桿活塞缸單桿活塞缸執(zhí)行元件執(zhí)行元件無桿腔進(jìn)油無桿腔進(jìn)油有桿腔進(jìn)油有桿腔進(jìn)油mmpdDpDApApF222122211144若mpDF 121402pvvDqAqv 2114作用力作用力速速 度度作用力作用力速速 度度mmpDpdDApApF 221221121244q1pd2FD2p2v1A2Aq1pd1FD2p1v1A2A若mpdDF 12224)(02pvvdDqAqv )(42222二、柱塞

14、式液壓缸 柱塞缸是一種單作用液壓缸。 柱塞與工作部件連接，缸筒固定在機(jī)體上。當(dāng)壓力油進(jìn)入缸筒時，推動柱塞運動，但反向退回時必須靠其它外力或自重驅(qū)動。作用力作用力速速 度度mmpDApF 12114vvDqAqv 214Dp q三、擺動式液壓缸擺動液壓缸Dd1234432411 擺動液壓缸能實現(xiàn)小于360角度的往復(fù)擺動運動，由于它可直接輸出扭矩，故又稱為擺動液壓馬達(dá)，主要有單葉片式和雙葉片式兩種結(jié)構(gòu)形式。缸體伸出伸出縮回縮回套筒活塞活塞伸縮式單作用缸伸縮式單作用缸 伸縮式液壓缸的特點是：活塞桿伸出的行程長，收縮后的結(jié)構(gòu)尺寸小，適用于翻斗汽車，起重機(jī)的伸縮臂等。伸縮式雙作用缸伸縮式雙作用缸伸出伸出

15、BA二級活塞 缸體兩端有進(jìn)、出油口A和B。當(dāng)A口進(jìn)油，B口回油時，先推動一級活塞向右運動。一級活塞右行至終點時，二級活塞在壓力油的作用下繼續(xù)向右運動。五、齒條活塞缸 齒條活塞缸由帶有齒條活塞桿的雙作用活塞缸和齒輪齒條機(jī)構(gòu)組成，活塞往復(fù)移動經(jīng)齒條、齒輪機(jī)構(gòu)變成齒輪軸往復(fù)轉(zhuǎn)動876543211211109行程齒條活塞液壓缸的結(jié)構(gòu)圖1 緊固螺帽；2 調(diào)節(jié)螺釘；3 端蓋；4 墊圈；5 O形密封圈；6 擋圈；7 缸套；8 齒條活塞；9 齒輪；l0 傳動軸；11 缸體；12 螺釘q六、增壓油缸增壓比2201dDPP4.2.2 液壓缸的結(jié)構(gòu) 雙作用單活塞桿液壓缸結(jié)構(gòu)圖l 缸底；2 卡鍵；3、5、9、11 密

16、封圈；4 活塞；6 缸筒；7 活塞桿；8 導(dǎo)向套；10 缸蓋；12 防塵圈；13 耳軸雙作用單活塞桿液壓缸結(jié)構(gòu)圖l 缸底；2 卡鍵；3、5、9、11 密封圈；4 活塞；6 缸筒；7 活塞桿；8 導(dǎo)向套；10 缸蓋；12 防塵圈；13 耳軸 單活塞桿液壓缸主要由缸底1、缸筒6、缸蓋10、活塞4、活塞桿7和導(dǎo)向套8等組成。缸筒一端與缸底焊接，另一端與缸蓋采用螺紋連接?；钊c活塞桿采用卡鍵連接。為了保證液壓缸的可靠密封，在相應(yīng)部位設(shè)置了密封圈3、5、9、11和防塵圈12。 缸筒缸筒 是液壓缸的主體，其內(nèi)孔一般采用鏜削、絞孔、滾壓或珩磨等精密加工工藝制造，要求表面粗造度在0.1m0.4m。 端蓋端蓋

17、裝在缸筒兩端，與缸筒形成封閉油腔，同樣承受很大的液壓力，因此，端蓋及其連接件都應(yīng)有足夠的強(qiáng)度。 導(dǎo)向套導(dǎo)向套 對活塞桿或柱塞起導(dǎo)向和支承作用，有些液壓缸不設(shè)導(dǎo)向套，直接用端蓋孔導(dǎo)向?；钊M件 活塞組件由活塞、密封件、活塞桿和連接件等組成?；钊c活塞桿的連接形式 活塞與活塞桿的連接最常用的有螺紋連接和半環(huán)連接形式，除此之外還有整體式結(jié)構(gòu)、焊接式結(jié)構(gòu)、錐銷式結(jié)構(gòu)等。12345(a)(b) 1一活塞桿；2一活塞；3一密封圈；4一彈簧圈；5一螺母1一卡鍵；2一套環(huán)；3一彈簧卡圈缸底以螺母固定缸底以螺母固定螺栓螺栓+ +壓環(huán)固定壓環(huán)固定 對分卡環(huán)固定對分卡環(huán)固定法蘭支承法蘭支承缸底固定缸底固定緩沖結(jié)構(gòu)緩沖結(jié)構(gòu)排排氣氣裝裝置