第4章 液壓執(zhí)行元件

1、 第第4章章 液壓執(zhí)行元件液壓執(zhí)行元件液壓和氣壓傳動與控制 本章主要介紹高速液壓馬達(dá)及低速大扭矩馬達(dá)、液高速液壓馬達(dá)及低速大扭矩馬達(dá)、液壓缸的類型及特點(diǎn)、液壓缸的設(shè)計計算壓缸的類型及特點(diǎn)、液壓缸的設(shè)計計算 、液壓缸的典型、液壓缸的典型結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 、液壓缸的密封。、液壓缸的密封。內(nèi)容提要：內(nèi)容提要： 教學(xué)基本要求：教學(xué)基本要求： 通過本章的學(xué)習(xí)，要求掌握馬達(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(diǎn)、及主要性能特點(diǎn)；了解不同類型的馬達(dá)之間的性能差異及適用范圍，為日后正確選用奠定基礎(chǔ)。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)。本章重點(diǎn)內(nèi)容本章重點(diǎn)內(nèi)容: : 通過本章學(xué)

2、習(xí)，要求掌握液壓馬達(dá)的工作原理、功通過本章學(xué)習(xí)，要求掌握液壓馬達(dá)的工作原理、功能、性能參數(shù)、性能特點(diǎn)及應(yīng)用范圍。能、性能參數(shù)、性能特點(diǎn)及應(yīng)用范圍。 本章的難點(diǎn)本章的難點(diǎn): : 液壓缸的設(shè)計計算。液壓缸的設(shè)計計算。 重點(diǎn)和難點(diǎn)：重點(diǎn)和難點(diǎn)： 液壓馬達(dá)液壓馬達(dá) 4.1液壓缸液壓缸 4.2本章內(nèi)容目錄：本章內(nèi)容目錄： 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

3、在實(shí)際結(jié)構(gòu)上由于二者的任務(wù)和要求有所不同，故在實(shí)際結(jié)構(gòu)上只有少數(shù)泵能做馬達(dá)使用。只有少數(shù)泵能做馬達(dá)使用。 T 轉(zhuǎn)矩 T 角速度 馬達(dá)p Q 流量 Q 壓力 p液壓馬達(dá)的職能符號液壓馬達(dá)的職能符號a a 單向定量馬達(dá)單向定量馬達(dá) b b 單向變量馬達(dá)單向變量馬達(dá)c c 雙向定量馬雙向定量馬 d d 雙向變量馬達(dá)雙向變量馬達(dá)Q液壓輸出液壓輸出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ppTpQ 液壓輸入液壓輸入mmT機(jī)械輸出機(jī)械輸出 液壓馬達(dá)是實(shí)現(xiàn)連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的執(zhí)行元件，從原理上講，向容積式泵中輸入壓力油，迫使其轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，就成為液壓馬達(dá)，即容積式泵都可作液壓馬達(dá)使用。 但在實(shí)際中由于性能

4、及結(jié)構(gòu)對稱性等要求不同，一般情況下，液壓泵和液壓馬達(dá)不能互換。 工作壓力工作壓力 馬達(dá)入口油液的實(shí)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(shí)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(shí)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)一周，由其密封容腔有效體積變化而排馬達(dá)軸每轉(zhuǎn)一周，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。出的液體體積稱為馬達(dá)的排量。 容積效率和轉(zhuǎn)速 因馬達(dá)實(shí)際存在泄漏，由實(shí)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(shí)際

5、流量為 ，則液壓馬達(dá)的容積效率為： vlqltqqqqqqqltv1 馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)速等于理論流量 與排量 的比值，即 tqVvtVqVqntftmTTTT1 機(jī)械效率 對液壓馬達(dá)液壓馬達(dá)來說，輸入液壓馬達(dá)的實(shí)際流量 必然大于它的理論流量 即 ，它的容積效率為： qtqltqqqvtqqqqqqqqqlltv1 vtqq :d理想馬達(dá) P馬達(dá)的角度排量dVVqT /()(dtVqtPTtt 馬達(dá)的機(jī)械損失mtTT 對于液壓馬達(dá)來說，由于摩擦損失的存在，其實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩 小于理論轉(zhuǎn)矩 ，它的機(jī)械效率為TtTmtftfttmTTTTTTT1 馬達(dá)的機(jī)械損失mtTT液壓馬達(dá)的總效率等于其容積效率和機(jī)械效

6、率的乘積。液壓馬達(dá)的總效率等于其容積效率和機(jī)械效率的乘積。 液壓泵、馬達(dá)的容積效率和機(jī)械效率在總體上與油液的液壓泵、馬達(dá)的容積效率和機(jī)械效率在總體上與油液的泄漏和摩擦副的摩擦損失有關(guān)。泄漏和摩擦副的摩擦損失有關(guān)。 mv 輸出轉(zhuǎn)矩 因馬達(dá)實(shí)際存在機(jī)械摩擦，故實(shí)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 2pVTt馬達(dá)的實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩小于理論輸出轉(zhuǎn)矩： mpVT2 功率和總效率 馬達(dá)的輸入功率為 pqNi 馬達(dá)的輸出功率為 nTNo2 馬達(dá)的總效率為 mviopqnTNN2 由上式可見，液壓馬達(dá)的總效率亦同于液壓泵的總效

7、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。率，等于機(jī)械效率與容積效率的乘積。 4.1.3 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(diǎn)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。 齒輪式馬達(dá) 柱塞式柱塞式馬達(dá)的工作原理馬達(dá)的工作原理 當(dāng)壓力油輸入液壓馬達(dá)時，處于壓力腔的柱塞被頂出，壓在斜盤上，斜盤對柱塞產(chǎn)生反力，該力可分解為軸

8、向分力和垂直于軸向的分力。其中，垂直于軸向的分力使缸體產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。tFNFFFtFtFtF 柱塞式柱塞式馬達(dá)的扭矩計算馬達(dá)的扭矩計算 NF 當(dāng)壓力油輸入液壓馬達(dá)后，所產(chǎn)生的軸向分力為： pdF24FF 使缸體3產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的垂直分力為： ggptgdtgFFt24tFtFtFtF 柱塞式柱塞式馬達(dá)的扭矩計算馬達(dá)的扭矩計算 單個柱塞產(chǎn)生的瞬時轉(zhuǎn)矩為： itipRtgdRFTgsin4sin2 液壓馬達(dá)總的輸出轉(zhuǎn)矩： NiiNiipRtgdTT121sin4gR 柱塞在缸體的分布圓半徑； d 柱塞直徑； NFFFtFtFtFtFN 壓力腔半圓內(nèi)的柱塞數(shù) 柱塞式柱塞式馬達(dá)的扭矩計算馬達(dá)的扭矩計算 NFFF

9、tFtFtFtF 可以看出，液壓馬達(dá)總的輸出轉(zhuǎn)矩等于處在馬達(dá)壓力腔半圓內(nèi)各柱塞瞬時轉(zhuǎn)矩的總和。 由于柱塞的瞬時方位角呈周期性變化，液壓馬達(dá)總的輸出轉(zhuǎn)矩也周期性變化，所以液壓馬達(dá)輸出的轉(zhuǎn)矩是脈動的，通常只計算馬達(dá)的平均轉(zhuǎn)矩。 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(diǎn)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(yùn)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)、靜力平

10、衡馬達(dá)和多作用內(nèi)曲線馬達(dá)。 曲柄連桿式低速大扭矩液壓馬達(dá)應(yīng)用較早，同類型號為JMZ型，其額定壓力16MPa，最高壓力21MPa，理論排量最大可達(dá)6.140 L/min。 馬達(dá)由殼體、曲柄連桿活塞組件、偏心軸及配油軸組成。殼體1內(nèi)沿圓周呈放射狀均勻布置了五只缸體，形成星形殼體；缸體內(nèi)裝有活塞2，活塞2與連桿3通過球絞連接，連桿大端做成鞍型圓柱瓦面緊貼在曲軸4的偏心圓上，液壓馬達(dá)的配流軸5與曲軸通過十字鍵連結(jié)在一起，隨曲軸一起轉(zhuǎn)動，馬達(dá)的壓力油經(jīng)過配流軸通道，由配流軸分配到對應(yīng)的活塞油缸。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

11、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 靜力平衡式低速大扭矩馬達(dá)也叫無連桿馬達(dá)，是從曲柄連桿式液壓馬達(dá)改進(jìn)、發(fā)展而來的，它的主要特點(diǎn)是取消了連桿，并且在主要摩擦副之間實(shí)現(xiàn)了油壓靜力平衡，所以改善了工作性能。 國外把這類馬達(dá)稱為羅斯通（Roston）馬達(dá)，國內(nèi)也有不少產(chǎn)品，并已經(jīng)在船舶機(jī)械、挖掘機(jī)以及石油鉆探機(jī)械上使用。 液 壓 馬 達(dá)的偏心軸與曲軸的形式相類似，既是輸出軸，又是

12、配流軸。五星輪3套在偏心軸的凸輪上，高壓油經(jīng)配流軸中心孔道通到曲軸的偏心配流部分，然后經(jīng)五星輪中的徑向孔進(jìn)入油缸的工作腔內(nèi)。3. 多作用內(nèi)曲線馬達(dá)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。內(nèi)曲線馬達(dá)內(nèi)曲線馬達(dá)內(nèi)曲線馬達(dá)原理圖內(nèi)曲線馬達(dá)原理圖缸體壓油口配油軸定子柱塞回油口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

13、 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。馬達(dá)應(yīng)能正、反運(yùn)轉(zhuǎn)，因此，就要求液壓馬達(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。 某些型式的液壓馬達(dá)必須在回油口具

14、有足夠的背壓才能保證正常工作。 選擇液壓馬達(dá)時，應(yīng)根據(jù)液壓系統(tǒng)所確定的壓力、排量、設(shè)備結(jié)構(gòu)尺寸、使用要求、工作環(huán)境等合理選定馬達(dá)的具體類型和規(guī)格。 若工作機(jī)構(gòu)速度高、負(fù)載小，宜選用齒輪馬達(dá)或葉片馬達(dá)；速度平穩(wěn)性要求高時，選用雙作用葉片馬達(dá)；當(dāng)負(fù)載較大時，則宜選用軸向柱塞馬達(dá)。若工作機(jī)構(gòu)速度低、負(fù)載大，則有兩種方案選擇：一種是用高速小扭矩馬達(dá)，配合減速裝置來驅(qū)動工作機(jī)構(gòu)；一種是選用低速大扭矩馬達(dá)，直接驅(qū)動工作機(jī)構(gòu)，到底選用那種方案，要經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較才能確定。 4.1.5 各類馬達(dá)的性能比較及其選用各類馬達(dá)的性能比較及其選用表表4-1 常用液壓馬達(dá)性能比較常用液壓馬達(dá)性能比較類型壓力排量轉(zhuǎn)速扭矩

15、性能及適用工況齒輪馬達(dá)中低小高小結(jié)構(gòu)簡單，價格低，抗污染性好，效率低，用于負(fù)載扭矩不大，速度平穩(wěn)性要求不高，噪音限制不大及環(huán)境粉塵較大的場合葉片馬達(dá)中小高小結(jié)構(gòu)簡單，噪聲和流量脈動小，適于負(fù)載扭矩不大，速度平穩(wěn)性和噪聲要求較高的條件軸向柱塞馬達(dá)高小高較大結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格高，抗污染性差，效率高，可變量，用于高速運(yùn)轉(zhuǎn)，負(fù)載較大，速度平穩(wěn)性要求較高的場合曲柄連桿式徑向柱塞馬達(dá)高大低大），對運(yùn)動平穩(wěn)性要求不高的場合靜力平衡馬達(dá)高大低大），對運(yùn)動平穩(wěn)性要求不高的場合內(nèi)曲線徑向柱塞馬達(dá)高大低大），對運(yùn)動平穩(wěn)性要求高的場合，用于直接驅(qū)動工作機(jī)構(gòu) 液壓缸液壓缸（油缸）主要用于實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的直線往復(fù)運(yùn)動，也可以實(shí)現(xiàn)擺

16、動，其結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，應(yīng)用廣泛。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4.2 4.2 液壓缸液壓缸4.2.1 4.2.1 液壓缸的分類及計算液壓缸的分類及計算按供油方向分：單作用缸和雙作用缸。按結(jié)構(gòu)形式分：活塞缸、柱塞缸、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單桿液壓缸單桿液壓缸AFQPv雙桿液壓缸雙桿液壓缸AFQPv柱塞式液壓缸柱塞式液壓缸理想液壓缸理想液壓缸AFQPv理想單桿液壓缸理想單桿液壓

17、缸PQ=FvAFQPv理想雙桿液壓缸理想雙桿液壓缸PQ=FvFQPvA1理想油缸理想油缸數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型A/()A單位位移排量油缸有效工作面積_AAQvPFvFQP1.1.活塞式液壓缸活塞式液壓缸 活塞式液壓缸可分為雙桿式和單桿式兩種結(jié)構(gòu)形式，其安裝又有缸筒固定和活塞桿固定兩種方式。1 1）雙桿活塞液壓缸）雙桿活塞液壓缸 雙活塞桿液壓缸的活塞兩端都帶有活塞桿，分為缸體固定和活塞桿固定兩種安裝形式，如下圖所示。AFqv(a)缸筒固定式缸筒固定式1P2PAFqv(b)活塞桿固定式活塞桿固定式1P2P 因?yàn)殡p活塞桿液壓缸的兩活塞桿直徑相等兩活塞桿直徑相等，所以當(dāng)輸入流量和油液壓力不變時，其往返運(yùn)動速

18、度和推力相等。則缸的運(yùn)動速度V和推力F分別為：vvdDqAqv)(422mppdDF)(42122式中:、1p2p分別為缸的進(jìn)、回油壓力；vm分別為缸的容積效率和機(jī)械效率；、D、d 分別為活塞直徑和活塞桿直徑；q 輸入流量；A活塞有效工作面積。這種液壓缸常用于要求往返運(yùn)動速度相同的場合。這種液壓缸常用于要求往返運(yùn)動速度相同的場合。2）單活塞桿液壓缸）單活塞桿液壓缸 單活塞桿液壓缸的活塞僅一端帶有活塞桿，活塞雙向運(yùn)動可以獲得不同的速度和輸出力，其簡圖及油路連接方式如下圖所示。2A1F1v(a)無桿腔進(jìn)油無桿腔進(jìn)油1P2P1ADdq2A2F(b)有桿腔進(jìn)油有桿腔進(jìn)油1P2P1A2vq無桿腔進(jìn)油vv

19、DqAqv2114mmpdDpDApApF)(4)(22212221111v1F活塞的運(yùn)動速度 和推力 分別為:2A1F1v(a)無桿腔進(jìn)油無桿腔進(jìn)油1P2P1ADdq有桿腔進(jìn)油活塞的運(yùn)動速度 和推力 分別為:2v2F2A2F(b)有桿腔進(jìn)油有桿腔進(jìn)油1P2P1A2vqvvdDqAqv)(42222mmpDpdDApApF)(4)(2212211222 比較上述各式，可以看出： , ；液壓缸往復(fù)運(yùn)動時的速度比為： 2v1v1F2F22212dDDvv 上式表明：當(dāng)活塞桿直徑愈小時，速度比接近當(dāng)活塞桿直徑愈小時，速度比接近1，在兩個方向上的速度差值就愈小。在兩個方向上的速度差值就愈小。2A1F1

20、v(a)無桿腔進(jìn)油無桿腔進(jìn)油1P2P1ADdq2A2F(b)有桿腔進(jìn)油有桿腔進(jìn)油1P2P1A2vq兩腔進(jìn)油,差動聯(lián)接2A3F(c)差動聯(lián)接差動聯(lián)接1P1A3vq 當(dāng)單桿活塞缸兩腔同時通入壓力油時，由于無桿腔有效作用面積大于有桿腔的有效作用面積，使得活塞向右的作用力大于向左的作用力，因此，活塞向右運(yùn)動，活塞桿向外伸出；與此同時，又將有桿腔的油液擠出，使其流進(jìn)無桿腔，從而加快了活塞桿的伸出速度，單活塞桿液壓缸的這種連接方式被稱為差動連接差動連接。兩腔進(jìn)油,差動聯(lián)接2A3F(c)差動聯(lián)接差動聯(lián)接1P1A3vqvvdqAAqv22134vmpdAApF1221134)( 在忽略兩腔連通油路壓力損失的情

21、況下，差動連接液壓缸的推力為：3F1P21AA 3vq等效活塞的運(yùn)動速度為：兩腔進(jìn)油,差動聯(lián)接2A3F(c)差動聯(lián)接差動聯(lián)接1P1A3vq3F1P21AA 3vq等效 差動連接差動連接時時,液壓缸液壓缸的的有效作用面積有效作用面積是是活塞桿的橫截活塞桿的橫截面積面積，工作臺運(yùn)動速度比無桿腔進(jìn)油時的大，而輸出力則較小。 差動連接是在不增加液壓泵容量和功率的條件下，實(shí)差動連接是在不增加液壓泵容量和功率的條件下，實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動的有效辦法?，F(xiàn)快速運(yùn)動的有效辦法。幾種連接的速度比較幾種連接的速度比較 差動液壓缸計算舉例差動液壓缸計算舉例 例1：已知單活塞桿液壓缸的缸筒內(nèi)徑已知單活塞桿液壓缸的缸筒內(nèi)徑D=1

22、00mm，活，活塞桿直徑塞桿直徑d=70mm，進(jìn)入液壓缸的流量，進(jìn)入液壓缸的流量q=25l/min，壓力，壓力P1=2Mpa，P2=0。液壓缸的容積效率和機(jī)械效率分別為。液壓缸的容積效率和機(jī)械效率分別為0.98、0.97，試求在圖，試求在圖4-10(a)、(b)、(c)所示的三種工況下，所示的三種工況下，液壓缸可推動的最大負(fù)載和運(yùn)動速度各是多少？并給出運(yùn)液壓缸可推動的最大負(fù)載和運(yùn)動速度各是多少？并給出運(yùn)動方向。動方向。)(1523797.01021 .04462121NpDFm)/(052.0601 .098.01025442321smDqvv 解：解：在圖4-10（a）中，液壓缸無桿腔進(jìn)壓力

23、油，回油腔壓力為零，因此，可推動的最大負(fù)載為： 液壓缸向左運(yùn)動，其運(yùn)動速度為：)(777197. 0102)07. 01 . 0(4)(46221222NpdDFm)/(102. 060)07. 01 . 0(98. 010254)(4223222smdDqvm)(6466097. 010207. 04462123NpdFm)/(106.06007.098.01025442323smdqvv 在圖4-10（b）中，液壓缸為有桿腔進(jìn)壓力油，無桿腔回油壓力為零，可推動的負(fù)載為： 液壓缸向左運(yùn)動，其運(yùn)動速度為： 在圖4-10（c）中，液壓缸差動連接，可推動的負(fù)載力為： 液壓缸向左運(yùn)動，其運(yùn)動速度為：

24、柱塞pq 缸筒A（a）2.柱塞式液壓缸柱塞式液壓缸 當(dāng)活塞式液壓缸行程較長時，加工難度大,使得制造成本增加。 某些場合所用的液壓缸并不要求雙向控制,柱塞式液壓缸正是滿足了這種使用要求的一種價格低廉的液壓缸。柱塞式液壓缸工作原理柱塞式液壓缸工作原理柱塞pq 缸筒A（a）柱塞式液壓缸 如圖所示，柱塞缸由如圖所示，柱塞缸由缸筒、柱塞、導(dǎo)套、密缸筒、柱塞、導(dǎo)套、密封圈和壓蓋封圈和壓蓋等零件組成，柱塞和缸筒內(nèi)壁不接觸，等零件組成，柱塞和缸筒內(nèi)壁不接觸，因此缸筒內(nèi)孔不需精加工，工藝性好，成本低。因此缸筒內(nèi)孔不需精加工，工藝性好，成本低。 柱塞式液壓缸是柱塞式液壓缸是單作用的，它的回程單作用的，它的回程需要

25、借助自重或彈簧需要借助自重或彈簧等其它外力來完成。等其它外力來完成。如果要獲得雙向運(yùn)動，如果要獲得雙向運(yùn)動，可將兩柱塞液壓缸成可將兩柱塞液壓缸成對使用為減輕柱塞的對使用為減輕柱塞的重量，有時制成空心重量，有時制成空心柱塞。柱塞。柱塞式液壓缸QQVdd24dQV2214)(dppF式中：d柱塞直徑，p1進(jìn)油壓力，p2另一缸的回油壓力。p1p2雙向運(yùn)動的柱塞液壓缸工作原理雙向運(yùn)動的柱塞液壓缸工作原理3. 擺動式液壓缸擺動液壓缸Dd1234432411 擺動液壓缸能實(shí)現(xiàn)小于360角度的往復(fù)擺動運(yùn)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。單葉片式擺動液壓缸工

26、作原理單葉片式擺動液壓缸工作原理雙葉片式擺動液壓缸工作原理雙葉片式擺動液壓缸工作原理圖3.4擺動液壓缸Dd1234432411 單葉片擺動液壓缸單葉片擺動液壓缸主要由定子塊1、缸體2、擺動軸3、葉片4、左右支承盤和左右蓋板等主要零件組成。定子塊固定在缸體上，葉片和擺動軸固連在一起，當(dāng)兩油口相繼通以壓力油時，葉片即帶動擺動軸作往復(fù)擺動。擺動液壓缸Dd1234432411當(dāng)考慮到機(jī)械效率時，單葉片缸的擺動軸輸出轉(zhuǎn)矩為p1p2mppdDbT)(82122D 缸體內(nèi)孔直徑； d 擺動軸直徑； b 葉片寬度；擺動液壓缸Dd1234432411q根據(jù)能量守恒原理,結(jié)合式(3.10)得輸出角速度為D 缸體內(nèi)

27、孔直徑； d 擺動軸直徑； b 葉片寬度；)(822dDbqvDd1234432411q 單葉片擺動液壓缸單葉片擺動液壓缸的的擺角擺角一般不超過一般不超過 ，雙葉雙葉片擺動液壓缸片擺動液壓缸的的擺角擺角一般不超過一般不超過 。 當(dāng)輸入壓力和流量不變時，雙葉片擺動液壓缸擺動軸當(dāng)輸入壓力和流量不變時，雙葉片擺動液壓缸擺動軸輸出轉(zhuǎn)矩輸出轉(zhuǎn)矩是相同參數(shù)單葉片擺動缸的兩倍，而擺動角速度是相同參數(shù)單葉片擺動缸的兩倍，而擺動角速度則是單葉片的一半。則是單葉片的一半。Dd1234432411q 擺動缸結(jié)構(gòu)緊湊，輸出轉(zhuǎn)矩大，但密封困難，擺動缸結(jié)構(gòu)緊湊，輸出轉(zhuǎn)矩大，但密封困難，一般只用于中、低壓系統(tǒng)中往復(fù)擺動，轉(zhuǎn)

28、位或間一般只用于中、低壓系統(tǒng)中往復(fù)擺動，轉(zhuǎn)位或間歇運(yùn)動的地方。歇運(yùn)動的地方。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出伸出縮回縮回 伸縮式液壓缸的特點(diǎn)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(yùn)動。一級活塞右行至終點(diǎn)時，二級活塞在壓力油的作用下繼續(xù)向右運(yùn)動。伸出伸出BA二級活塞5.齒條活塞缸 齒條活塞缸由帶有齒條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。876543211211

29、109行程圖3.6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齒條活塞液壓缸工作原理齒條活塞液壓缸工作原理 是由兩個缸組成的串連液壓缸。兩個缸分別有自己的進(jìn)油口、出油口，缸筒固定在同一個活塞桿上。兩個缸的進(jìn)油口相連，出油口也相連。串連液壓缸的輸出力是兩個缸輸出力的總和。 6.串聯(lián)液壓缸串聯(lián)液壓缸參數(shù)計算參數(shù)計算)(211AApFAqv2112AApp 7.增壓缸增壓缸 增壓缸是活塞缸與柱塞缸組成的復(fù)合缸，但它不是能量轉(zhuǎn)換裝置，只是一個增壓器件。 增壓比為大活塞與小柱塞的面

30、積比KD 2/d 2 ；增壓能力是在降低有效流量的基礎(chǔ)上得到的；增壓缸作為中間環(huán)節(jié)，用在低壓系統(tǒng)要求有局部高壓油路的場合。參數(shù)計算參數(shù)計算增壓缸工作原理增壓缸工作原理4.2.2 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 耳軸液壓缸的分解圖液壓缸的分解圖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

31、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。缸筒與端蓋的連接缸體與缸蓋的連接結(jié)構(gòu)1. 缸體組件（2）半環(huán)式連接）半環(huán)式連接，分為外半環(huán)連接和內(nèi)半環(huán)連接兩種連接形式。 (1）法蘭式連接）法蘭式連接（3）螺紋式連接）螺紋式連接外螺紋連接內(nèi)螺紋連接（5）焊接式連接）焊接式連接（4）拉桿式連接）拉桿式連接 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 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

32、，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。2. 活塞組件 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 如圖3.9所示，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 活塞裝置主要用來防止液壓油的泄漏。對密封裝置的對密封裝置的基本要求基本要求是具有良好的密封性能，并隨壓力的增加能自動是具有良好的密封性能，并隨壓力的增加能自動提高

33、密封性提高密封性。除此以外，摩擦阻力要小，耐油。 油缸主要采用密封圈密封，密封圈有O形、V形、Y形及組合式等數(shù)種，其材料為耐油橡膠、尼龍、聚氨脂等。 （1）O形密封圈 O形密封圈的截面為圓形，主要用于靜密封。與唇形密封圈相比，運(yùn)動阻力較大，作運(yùn)動密封時容易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，故一般不單獨(dú)用于油缸運(yùn)動密封。 （1）O形密封圈(a) O型密封圈的結(jié)構(gòu)原理 （a）普通型（b)（b）有擋板型 O形圈密封的原理：任何形狀的密封圈在安裝時，必須保證適當(dāng)?shù)念A(yù)壓縮量，過小不能密封，過大則摩擦力增大，且易于損壞。因此，安裝密封圈的溝槽尺寸和表面精度必須按有關(guān)手冊給出的數(shù)據(jù)嚴(yán)格保證。 在動密封中，當(dāng)壓力大于10MPa時，O

34、形圈就會被擠入間隙中而損壞，為此需在O形圈低壓側(cè)設(shè)置聚四氟乙烯或尼龍制成的擋圈，雙向受高壓時，兩側(cè)都要加擋圈。(a) （b) （a）普通型 （b）有擋板型O型密封圈的結(jié)構(gòu)原理 V形圈的截面為V形，如圖所示，V形密封裝置是由壓環(huán)、V形圈和支承環(huán)組成。當(dāng)工作壓力高于10MPa時，可增加V形圈的數(shù)量，提高密封效果。安裝時，V形圈的開口應(yīng)面向壓力高的一側(cè)。（2）V形密封圈（a) （b) （c） a)壓環(huán) b)V型圈 c)支承環(huán)V形密封圈 Y形密封圈的截面為Y形，屬唇形密封圈。它是一種摩擦阻力小、壽命較長的密封圈，應(yīng)用普遍。Y形圈主要用于往復(fù)運(yùn)動的密封。根據(jù)截面長寬比例的不同，Y形圈可分為寬斷面和窄斷面

35、兩種形式，圖所示為寬斷面Y形密封圈。（3） Y（Yx）形密封圈 (a)(b)Y形密封圈(a)(b)Y形密封圈 Y形圈安裝時，唇口端面應(yīng)對著液壓力高的一側(cè)。當(dāng)壓力變化較大，滑動速度較高時，要使用支承環(huán)，以固定密封圈，如圖（b）所示。3. 緩沖裝置 為了防止這種危害，保證安全，應(yīng)采取緩沖措施，對液壓缸運(yùn)動速度進(jìn)行控制。 當(dāng)液壓缸帶動質(zhì)量較大的部件作快速往復(fù)運(yùn)動時，由于運(yùn)動部件具有很大的動能，因此當(dāng)活塞運(yùn)動到液壓缸終端時，會與端蓋碰撞，而產(chǎn)生沖擊和噪聲。這種機(jī)械沖擊不僅引起液壓缸的有關(guān)部分的損壞，而且會引起其它相關(guān)機(jī)械的損傷。udu(b)u(a)（c）u(d)液壓缸緩沖裝置udu(b)u(a)（c）

36、u(d) 當(dāng)活塞移至端部，緩沖柱塞開始插入缸端的緩沖孔時，活塞與缸端之間形成封閉空間，該腔中受困擠的剩余油液只能從節(jié)流小孔或緩沖柱塞與孔槽之間的節(jié)流環(huán)縫中擠出，從而造成背壓迫使運(yùn)動柱塞降速制動，實(shí)現(xiàn)緩沖。4.排氣裝置排氣裝置 液壓傳動系統(tǒng)往往會混入空氣，使系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，液壓傳動系統(tǒng)往往會混入空氣，使系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，產(chǎn)生振動、爬行或前沖等現(xiàn)象，嚴(yán)重時會使系統(tǒng)不能正常產(chǎn)生振動、爬行或前沖等現(xiàn)象，嚴(yán)重時會使系統(tǒng)不能正常工作。工作。 因此，設(shè)計液壓缸時，必須考慮空氣的排除。因此，設(shè)計液壓缸時，必須考慮空氣的排除。 對于速度穩(wěn)定性要求較高的液壓缸和大型液壓缸，常在液壓缸的最高處設(shè)置專門的排氣裝置，如排

37、氣塞、排氣閥等。當(dāng)松開排氣塞或閥的鎖緊螺釘后，低壓往復(fù)運(yùn)動幾次，帶有氣泡的油液就會排出，空氣排完后擰緊螺釘，液壓缸便可正常。4.2.3 4.2.3 液壓缸的設(shè)計與計算液壓缸的設(shè)計與計算液壓缸的計算及驗(yàn)算方法 首先根據(jù)使用要求確定液壓缸的類型，再按首先根據(jù)使用要求確定液壓缸的類型，再按負(fù)載和運(yùn)動要求確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸，必負(fù)載和運(yùn)動要求確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸，必要時需進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算，最后進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計。要時需進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算，最后進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計。 液壓缸的主要尺寸包括液壓缸的內(nèi)徑液壓缸的主要尺寸包括液壓缸的內(nèi)徑D、缸、缸的長度的長度L、活塞桿直徑、活塞桿直徑d。主要根據(jù)液壓缸的負(fù)載、。主要根據(jù)液壓缸的負(fù)載、活塞運(yùn)動速度和行程等因素來確定上述參數(shù)?；钊\(yùn)動速度和行程等因素來確定上述參數(shù)。(1)盡量使液壓缸的活塞桿在受拉狀態(tài)下承受最大負(fù)載，盡量使液壓缸的活塞桿在受拉狀態(tài)下承受最大負(fù)載，或在受壓狀態(tài)下具有良好的穩(wěn)定性?；蛟谑軌籂顟B(tài)下具有良好的穩(wěn)定性。(2) 對緩沖和制動有要求的液壓缸應(yīng)設(shè)置緩沖裝置和排對緩沖和制動有要求的液壓缸應(yīng)設(shè)置緩沖裝置和排氣裝置。氣裝置。(3)正確確定液壓缸的安裝、固定方式。正確確定液壓缸的安裝、固定方式。 (4)液壓缸各部分的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能做到結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、液壓缸各部分的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能做到結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、加工、裝配和維修方便加工、裝配和維修方便液壓缸設(shè)計中應(yīng)注意的