液壓與氣壓傳動(dòng)-第03章液壓執(zhí)行元件3.1

Chapter3HydraulicActuators

液壓執(zhí)行元件3.1HydraulicMotors

液壓馬達(dá)3.2HydraulicCylinders

液壓缸（1）從原理上講，馬達(dá)和泵是可逆的。

泵－用電機(jī)帶動(dòng)，輸出的是壓力能（壓力和流量）；

馬達(dá)－輸入壓力油，輸出的是機(jī)械能（轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速）。（2）從結(jié)構(gòu)上看，馬達(dá)和泵是相似的。

（3）馬達(dá)和泵的工作原理均是利用密封工作容積的變化吸油和排油的。

泵－工作容積增大時(shí)吸油，減小時(shí)排出高壓油；

馬達(dá)－工作容積增大時(shí)進(jìn)入高壓油，減小時(shí)排出低壓油。1.液壓馬達(dá)與泵的相同點(diǎn)

（1）泵是能源裝置，馬達(dá)是執(zhí)行元件。（2）泵的吸油腔一般為真空，馬達(dá)排油腔的壓力稍高于大氣壓力，沒有特殊要求，進(jìn)出油口尺寸相同。（3）泵的結(jié)構(gòu)需保證有自吸（selfpriming）能力，而馬達(dá)無此要求。（4）泵一般是單向旋轉(zhuǎn)，馬達(dá)需要正反轉(zhuǎn)（內(nèi)部結(jié)構(gòu)需對(duì)稱）。（5）馬達(dá)起動(dòng)時(shí)需克服較大的靜摩擦力，因此要求起動(dòng)扭矩大；扭矩脈動(dòng)小，內(nèi)部摩擦小。（6）泵－希望容積效率高；馬達(dá)－希望機(jī)械效率高。2.液壓馬達(dá)與泵的不同點(diǎn)

一、液壓馬達(dá)特點(diǎn)及分類原理：與液壓泵有可逆性，輸出轉(zhuǎn)矩T和轉(zhuǎn)速n但因用途不同與泵結(jié)構(gòu)上有些差別：馬達(dá)要求正反轉(zhuǎn)，其結(jié)構(gòu)具有對(duì)稱性；對(duì)最低穩(wěn)定速度有一定要求；不具備自吸能力，需要一定的初始密封。第一節(jié)液壓馬達(dá)1、特點(diǎn)【課堂練習(xí)】

外嚙合齒輪泵作馬達(dá)用，原進(jìn)油口改作出油口，原出油口改作進(jìn)油口，則馬達(dá)的轉(zhuǎn)向（）。

A.與作泵時(shí)轉(zhuǎn)向相同B.與作泵時(shí)轉(zhuǎn)向相反

C.轉(zhuǎn)向無法確定D.根本轉(zhuǎn)不起來B液壓泵和液壓馬達(dá)的圖形符號(hào)2、分類

ns＞500r/min為高速液壓馬達(dá)1）按轉(zhuǎn)速分為通常為徑向柱塞馬達(dá)。特點(diǎn):輸入油液壓力高、排量大，體積大，轉(zhuǎn)速低。可靠性高，可在馬達(dá)軸轉(zhuǎn)速為10r/min以下平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，低速穩(wěn)定性好，輸出轉(zhuǎn)矩大，可達(dá)幾百?！っ?。所以又稱低速大轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)。通常為外嚙合齒輪式、雙作用葉片式和軸向柱塞式等。特點(diǎn):轉(zhuǎn)速高（一般高于500r/min）、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、輸出轉(zhuǎn)矩不大，便于啟動(dòng)和制動(dòng)，靈敏度高。故又稱高速小轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)。ns＜500r/min為低速液壓馬達(dá)齒輪馬達(dá)葉片馬達(dá)柱塞馬達(dá)2）按結(jié)構(gòu)分為二、液壓馬達(dá)工作原理1、齒輪馬達(dá)工作原理結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)出油口相等，有單獨(dú)的泄油口；為減少摩擦力矩，采用滾動(dòng)軸承；為減少轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，齒數(shù)較泵的齒數(shù)多。應(yīng)用

由于密封性能差，容積效率較低，不能產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩，且瞬時(shí)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩隨嚙合點(diǎn)而變化，因此僅用于高速小轉(zhuǎn)矩的場(chǎng)合，如工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械及對(duì)轉(zhuǎn)矩均勻性要求不高的設(shè)備。齒輪馬達(dá)葉片馬達(dá)柱塞馬達(dá)2）按結(jié)構(gòu)分為（1）軸向柱塞馬達(dá)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)軸向柱塞泵和軸向柱塞馬達(dá)是互逆的配流盤為對(duì)稱結(jié)構(gòu)應(yīng)用

作變量馬達(dá)。改變斜盤傾角，不僅影響馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩，而且影響它的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。斜盤傾角越大，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩越大，轉(zhuǎn)速越低。能在低速下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，普遍應(yīng)用于工程、建筑、起重運(yùn)輸、煤礦、船舶、農(nóng)業(yè)等機(jī)械中。2、柱塞馬達(dá)工作原理齒輪馬達(dá)葉片馬達(dá)柱塞馬達(dá)2）按結(jié)構(gòu)分為3、葉片式液壓馬達(dá)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

進(jìn)出油口相等，有單獨(dú)的泄油口；葉片徑向放置，葉片底部設(shè)置有預(yù)緊（燕式）彈簧；在高低壓油腔通入葉片底部的通路上裝有單向閥。應(yīng)用：

轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，反應(yīng)靈敏，能適應(yīng)較高頻率的換向。但泄漏大，低速時(shí)不夠穩(wěn)定。適用于轉(zhuǎn)矩小、轉(zhuǎn)速高、力學(xué)性能要求不嚴(yán)格，動(dòng)作要求靈敏的場(chǎng)合。1.工作壓力與額定壓力工作壓力

是指液壓馬達(dá)實(shí)際工作時(shí)進(jìn)口處的壓力；工作壓力p大小取決于馬達(dá)負(fù)載，馬達(dá)進(jìn)出口壓力的差值稱為馬達(dá)的壓差Δp；額定壓力

是指液壓馬達(dá)在正常工作條件下，按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定能連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最高壓力。2.排量和理論流量

排量V

指液壓馬達(dá)軸轉(zhuǎn)一周由其各密封工作腔容積變化的幾何尺寸計(jì)算得到的油液體積；理論流量qt

指在沒有泄漏的情況下，由液壓馬達(dá)排量計(jì)算得到指定轉(zhuǎn)速所需輸入油液的流量。三、液壓馬達(dá)的基本參數(shù)和基本性能泵和馬達(dá)的排量標(biāo)準(zhǔn)系列

（單位：mL/r）

······，10，12.5，（14），16，（18），20，（22.5），25，（28），31.5，（35.5），40，

······，4000，（4500），5000，（5600），

6300，（7100），8000，9000，······。3.轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速液壓馬達(dá)能產(chǎn)生的理論轉(zhuǎn)矩Tt

為：液壓馬達(dá)輸出的實(shí)際轉(zhuǎn)矩T為：液壓馬達(dá)的實(shí)際輸入流量為q時(shí)，馬達(dá)的轉(zhuǎn)速為：q=Vn,ω=2πnΔpq=Ttω低速穩(wěn)定性爬行現(xiàn)象4.效率和功率容積效率：由于有泄漏損失，為了達(dá)到液壓馬達(dá)要求的轉(zhuǎn)速，實(shí)際輸入的流量q

須大于理論流量qt。容積效率為：機(jī)械效率：由于有摩擦損失，液壓馬達(dá)的實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩T一定小于理論轉(zhuǎn)矩Tt。因此機(jī)械效率為：液壓馬達(dá)的總效率為：液壓馬達(dá)輸入功率Pi

為：液壓馬達(dá)輸出功率Po為：式中，Δp—液壓馬達(dá)進(jìn)、出口的壓力差；

ω、n—液壓馬達(dá)的角速度和轉(zhuǎn)速。5、調(diào)速范圍

最大轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比，越寬越好。【例1】如圖所示為定量泵和定量馬達(dá)系統(tǒng)，已知泵的輸出壓力pp＝10MPa，排量Vp＝10mL/r，轉(zhuǎn)速np＝1450r/min，容積效率ηpv＝0.9，機(jī)械效率ηpm＝0.9，液壓馬達(dá)排量Vm＝10mL/r，容積效率ηmv＝0.9，機(jī)械效率ηmm＝0.9，泵出口與馬達(dá)進(jìn)口間管道壓力損失為0.5MPa，其它損失不計(jì)，試求：（1）液壓泵的輸出功率Pop；（2）液壓泵的驅(qū)動(dòng)功率Pip；（3）液壓馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)速

nM、轉(zhuǎn)矩TM和輸出功率Pom。

例題解：（1）液壓泵輸出功率Pop（2）液壓泵驅(qū)動(dòng)功率Pip（3）液壓馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)速nM液壓馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩TM

液壓馬達(dá)輸出功率Pom

【例2】圖示系統(tǒng)中，已知泵的排量Vp＝40mL/r，轉(zhuǎn)速np=1450r/min，機(jī)械效率和容積效率均為0.9；變量馬達(dá)的排量范圍為Vm＝40~100mL/r，機(jī)械效率和容積效率為0.9，馬達(dá)的負(fù)載扭矩Tm＝40N·m。不計(jì)管道損失，試求：

1.泵的輸出流量q

p；2.馬達(dá)最大進(jìn)口壓力pm；

3.馬達(dá)轉(zhuǎn)速nm的范圍；4.液壓系統(tǒng)的最大輸入功率Pi。解：1.泵的輸出流量

qp=np?Vp?ηpv

=1450÷60×40×10

-6×0.9=8.7×10-4（m3/s）=52.2L/min2.馬達(dá)的最大進(jìn)口壓力pm

馬達(dá)的負(fù)載扭矩恒定，因此當(dāng)馬達(dá)排量調(diào)至最小時(shí)，在馬達(dá)進(jìn)出口兩端具有最大的壓力降。馬達(dá)出口直通油箱，其進(jìn)口壓力即為馬達(dá)的進(jìn)出口壓差，故有：3.馬達(dá)的轉(zhuǎn)速范圍系統(tǒng)的最大工作壓力低于溢流閥的調(diào)定壓力，在不考慮管道損失的情況下，油泵的輸出流量即為馬達(dá)的輸入流量。當(dāng)馬達(dá)的排量調(diào)至最大時(shí)，其轉(zhuǎn)速最低：

nmmin=qp?ηmv/Vmmax

=8.7×10

-4×0.9÷(100×10

-6)

=7.83(r/s)=469.8rpm

馬達(dá)的排量調(diào)至最小時(shí)，其轉(zhuǎn)速最高為

nmmax=qp?ηmv/Vmmin=8.7×10

-4×0.9÷(40×10

-6)=19.575(r/s)=1174.5rpm

因