第4講 液壓執(zhí)行元件

《液壓與氣壓傳動(dòng)控制》第4講：液壓壓力控制回路組建與調(diào)試（液壓執(zhí)行元件）液壓馬達(dá)選用

液壓馬達(dá)是使負(fù)載作連續(xù)旋轉(zhuǎn)的執(zhí)行元件，其內(nèi)部構(gòu)造與液壓泵類似，差別僅在于液壓泵的旋轉(zhuǎn)是由電機(jī)所帶動(dòng)，輸出的是液壓油；液壓馬達(dá)則是輸入液壓油，輸出的是轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。因此，液壓馬達(dá)和液壓泵在細(xì)部結(jié)構(gòu)上存在一定的差別。液壓馬達(dá)：將泵輸入的液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能而對(duì)負(fù)載做功。液壓泵：將電動(dòng)機(jī)或其它原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能，向系統(tǒng)供油。從原理上講，液壓泵與液壓馬達(dá)可以互換，但結(jié)構(gòu)有差別1、泵的進(jìn)油口比出油口大，馬達(dá)的進(jìn)、出油口相同2、結(jié)構(gòu)上要求泵有自吸能力馬達(dá)要正反轉(zhuǎn)，結(jié)構(gòu)具有對(duì)稱3、泵單方向轉(zhuǎn)，不要對(duì)稱要求4、馬達(dá)的結(jié)構(gòu)及潤(rùn)滑，能保證寬速度范圍內(nèi)正常工作液壓馬達(dá)應(yīng)有較大的起動(dòng)矩和較小的脈動(dòng)液壓泵與液壓馬達(dá)關(guān)系：

功用上—相反；結(jié)構(gòu)上—相似；

原理上—互逆。ns＞500r/min為高速液壓馬達(dá)：齒輪馬達(dá)，葉片馬達(dá)，軸向柱塞馬達(dá)。ns＜500r/min為低速液壓馬達(dá)：徑向柱塞馬達(dá)（單作用連桿型徑向柱塞馬達(dá)，多作用內(nèi)曲線徑向柱塞馬達(dá)）。按轉(zhuǎn)速分為:一、液壓馬達(dá)的分類及特點(diǎn)1、按輸出（輸入）流量是否可調(diào)節(jié)：定量馬達(dá)、變量馬達(dá)2、按結(jié)構(gòu)形式：齒輪式、葉片式、柱塞式。3、按輸油方向能否改變：?jiǎn)蜗?、雙向。4、按使用壓力：低壓、中壓、高壓。

液壓馬達(dá)圖形符號(hào)如圖所示

二、液壓馬達(dá)圖形符號(hào)ABPT液壓泵液壓馬達(dá)回路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)用齒輪馬達(dá)和齒輪泵一樣，由于泄漏途徑較多，故工作壓力不能太高，否則容積效率過(guò)低。因此，齒輪馬達(dá)一般屬于高轉(zhuǎn)速、低轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)。由于嚙合點(diǎn)隨時(shí)變化，輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)，所以齒輪馬達(dá)往往只用于一些傳動(dòng)精度要求不高的輕載場(chǎng)合。

三、液壓馬達(dá)的工作原理2、葉片馬達(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；葉片徑向放置，葉片底部設(shè)置有燕式彈簧；在高低壓油腔通入葉片底部的通路上裝有梭閥。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)格的場(chǎng)合。其輸出轉(zhuǎn)矩的大小決定于輸入油壓的高低，而輸出轉(zhuǎn)速的高低決定于輸入流量的大小。3、軸向柱塞馬達(dá)工作原理結(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(pán)為對(duì)稱結(jié)構(gòu)應(yīng)用

作變量馬達(dá)。改變斜盤(pán)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(pán)傾角越大，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩越大，轉(zhuǎn)速越低。4、液壓馬達(dá)的主要參數(shù)工作壓力與額定壓力工作壓力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ps

能使馬達(dá)連續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的最高壓力。流量與容積效率輸入馬達(dá)的實(shí)際流量q＝qt＋Δq

式中qt為理論流量，馬達(dá)在沒(méi)有泄漏時(shí)，達(dá)到轉(zhuǎn)速所需進(jìn)口流量。容積效率ηv＝qt/q＝1－Δq/q排量與轉(zhuǎn)速

排量V為ηV等于1時(shí)輸出軸旋轉(zhuǎn)一周所需油液體積。轉(zhuǎn)速n

＝qt/V

＝qηV/V轉(zhuǎn)矩與機(jī)械效率

理論輸出轉(zhuǎn)矩Tt＝ΔpV/2π(Δp

q＝Ttw)實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩T＝Tt–ΔT

實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩Tt＝ΔpVηm/2π機(jī)械效率ηm＝T/Ttηm0＝T0/Tt功率與總效率ηM＝PMo/Pmi＝T2πn/Δp

q＝ηvηm式中PMo為馬達(dá)輸出功率，Pmi為馬達(dá)輸入功率。

四、液壓馬達(dá)的選用1）根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速要求確定馬達(dá)所需的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速大小。2）根據(jù)負(fù)載和轉(zhuǎn)速確定液壓馬達(dá)所需的工作壓力和排量大小。3）根據(jù)執(zhí)行元件的轉(zhuǎn)速要求確定采用定量液壓馬達(dá)還是變量馬達(dá)。4）對(duì)于液壓馬達(dá)不能直接滿足負(fù)載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速要求的，可以考慮配置減速機(jī)構(gòu)。《液壓與氣壓傳動(dòng)控制》第4講：液壓壓力控制回路組建與調(diào)試（液壓執(zhí)行元件）液壓缸認(rèn)識(shí)與選用

液壓缸是液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，它的職能是將液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。液壓缸的輸入量是液體的流量和壓力，輸出量是直線速度和力。液壓缸的活塞能完成往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)或擺動(dòng)，輸出有限的直線位移或擺動(dòng)。

液壓缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，省去減速機(jī)構(gòu)，且沒(méi)有傳動(dòng)間隙，傳動(dòng)平穩(wěn)、反應(yīng)快，因此在液壓系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。第二節(jié)液壓缸

液壓缸是液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，它的職能是將液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。液壓缸的輸入量是液體的流量和壓力，輸出量是直線速度和力。液壓缸的活塞能完成往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)或擺動(dòng)，輸出有限的直線位移或擺動(dòng)。

液壓缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，省去減速機(jī)構(gòu)，且沒(méi)有傳動(dòng)間隙，傳動(dòng)平穩(wěn)、反映快，因此在液壓系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。

一、液壓缸的類型及其特點(diǎn)

按結(jié)構(gòu)形式分：活塞缸又分單桿活塞缸、雙桿活塞缸柱塞缸又分單柱塞和雙柱塞擺動(dòng)缸又分單葉片擺動(dòng)缸、雙葉片擺動(dòng)缸柱塞式液壓缸雙活塞桿式液壓缸擺動(dòng)缸單活塞桿式液壓缸按作用方式分：?jiǎn)巫饔靡簤焊滓粋€(gè)方向的運(yùn)動(dòng)依靠液壓作用力實(shí)現(xiàn)，另一個(gè)方向依靠彈簧力、重力等實(shí)現(xiàn)；雙作用液壓缸兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)都依靠液壓作用力來(lái)實(shí)現(xiàn)；復(fù)合式缸活塞缸與活塞缸的組合、活塞缸與柱塞缸的組合、活塞缸與機(jī)械結(jié)構(gòu)的組合等。單作用式液壓缸組合式雙作用式液壓缸液壓缸按不同的使用壓力可分為中低壓，中高壓和高壓液壓缸。機(jī)床類機(jī)械一般采用中低壓液壓缸，額定壓力為2.5-6.3MPa；建筑車(chē)輛和飛機(jī)用中高壓液壓缸，額定壓力為10-16MPa；油壓機(jī)一類機(jī)械采用高壓液壓缸，額定壓力為25-31.5MPa；活塞式液壓缸定義：缸體內(nèi)作相對(duì)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的組件為活塞的液壓缸。分類按伸出活塞桿不同：雙桿，單桿，無(wú)桿

按固定方式不同：缸體固定，活塞桿固定

1、雙桿活塞液壓缸（1）特點(diǎn)1）兩腔面積相等；

2）壓力相同時(shí)，推力相等，流量相同時(shí)，速度相等。即具有等推力、等速度特性（2）推力、速度計(jì)算

v=q/A=4qV/π(D2-d2)F=(p1-p2)A=π(D2-d2)(p1-p2)/4雙桿活塞液壓缸二、液壓缸的參數(shù)計(jì)算（3）固定方式1）實(shí)心雙桿活塞式:缸體固定式

進(jìn)油腔回油腔運(yùn)動(dòng)方向

左右活塞右移

右左活塞左移2)

空心雙桿活塞式:桿固定式進(jìn)油腔回油腔

運(yùn)動(dòng)方向

左右

缸體左移

右左

缸體右移

進(jìn)油腔位置與活塞運(yùn)動(dòng)方向相同。

進(jìn)油腔位置與活塞運(yùn)動(dòng)方向相反。

占地范圍應(yīng)用場(chǎng)合三倍于L，占地面積大。中小型設(shè)備占地范圍應(yīng)用場(chǎng)合兩倍于L，占地面積小，大中型設(shè)備2、單活塞桿缸單活塞桿缸只有一端帶活塞桿，它也有缸筒固定和活塞桿固定兩種安裝方式，兩種方式的運(yùn)動(dòng)部件移動(dòng)范圍均為活塞有效行程的兩倍，即。

無(wú)桿腔進(jìn)油有桿腔進(jìn)油二、液壓缸的參數(shù)計(jì)算（1）速度、推力計(jì)算1）無(wú)桿腔進(jìn)油時(shí)

v1=q/A1=4q/πD2

，

F1=p1A1-p2A2

=π[D2p1-(D2-d2)p2/42）有桿腔進(jìn)油時(shí)

v2=q/A2=4q/π(D2-d2)，

F2=p1A2-p2A1=π[(D2-d2)p1-D2p2]/4

∵A1>A2

∴v1<v2F1>F2

因而：活塞桿伸出時(shí)，適用于重載慢速，

活塞桿縮回時(shí)，適用于輕載快速。

在不增加流量的前提下，實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)，單活塞桿缸兩腔同時(shí)通壓力油，稱為差動(dòng)連接。差動(dòng)連接的缸只能一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。

3）差動(dòng)連接式液壓缸特點(diǎn)：在不增加流量的前提下，實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)應(yīng)用單桿活塞液壓缸不同連接，可實(shí)現(xiàn)如下工作循環(huán)：

差動(dòng)連接無(wú)桿腔進(jìn)油有桿腔進(jìn)油快進(jìn)→工進(jìn)→快退

v3、F3v1、F1v2、F2

∵v3A1=q+v3A2

，

∴

v3=q/（A1-A2）=4q/πd2故要使

v2=v3

，D=√2d，

F3=p1（A1-A2）=πd2p1/4（3）特點(diǎn)：

1）兩腔面積不等,

A1>A2

2）壓力相同時(shí)，推力不等；流量相同時(shí)，速度不等，即不具有等推力等速度特性。

單活塞式液壓缸計(jì)算簡(jiǎn)圖

1、定義在缸體內(nèi)做相對(duì)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的組件是柱塞的液壓缸。2、柱塞式液壓缸結(jié)構(gòu)

缸體、柱塞、導(dǎo)向套、鋼絲卡圈等

3、柱塞式液壓缸工作原理：只能單向運(yùn)動(dòng)，回程需靠外力、彈簧力，需雙向運(yùn)動(dòng)時(shí)，常成對(duì)使用。

二、柱塞式液壓缸柱塞式液壓缸結(jié)構(gòu)示意圖4、柱塞式液壓缸速度、推力計(jì)算

v=q/A=4q/πd2F=pA=πd2p/4

柱塞式液壓缸特點(diǎn):

∵柱塞工作時(shí)總是受壓，一般較粗

∴水平放置易下垂，產(chǎn)生單邊磨損故常垂直放置，有時(shí)可做成空心（減輕重量，減少?gòu)澢冃危┯帧吒左w內(nèi)壁與柱塞不接觸可不加工或只粗加工，工藝性好，故常用于長(zhǎng)行程機(jī)床，如龍門(mén)刨床、導(dǎo)軌磨床、大型拉床。

分類：?jiǎn)稳~片式、雙葉片組成：缸體、定子塊、葉片、傳動(dòng)軸等

工作原理：

當(dāng)缸的一個(gè)油口進(jìn)壓力油，另一油口回油時(shí)，葉片在壓力油作用下往一個(gè)方向擺動(dòng)，帶動(dòng)軸偏轉(zhuǎn)一定角度小于3600；當(dāng)進(jìn)回油口互換時(shí)，馬達(dá)反轉(zhuǎn)。三、擺動(dòng)液壓馬達(dá)（擺動(dòng)液壓缸）擺動(dòng)液壓缸四、其它液壓缸1、增壓缸（增壓器）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(gè)增壓器件。（1）作用：得到高于泵壓的輸出壓力

（2）結(jié)構(gòu)：?jiǎn)巫饔谩㈦p作用增壓器是將輸入的低壓油轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏河凸┮簤合到y(tǒng)中的高壓支路使用。增壓器有單作和雙作用兩種型式。它由有效作用面積為A1的大液壓缸和有效作用面積為A2的小液壓缸串接組合而成。大缸為原動(dòng)缸，輸入壓力為p1，小缸為輸出缸，輸出壓力為p2。（1）結(jié)構(gòu):

由兩個(gè)或多個(gè)活塞缸或柱塞缸套裝而成，有單作用和雙作用之分。

（2）工作原理:

活塞或柱塞伸出時(shí)，從大到小，速度逐漸增大，推力逐漸減小?；钊蛑s回時(shí)，從小到大。（3）特點(diǎn)應(yīng)用：

∵工作時(shí)可伸很長(zhǎng)，不工作時(shí)縮短∴占地面積小，且推力隨行程增加而減小故起重機(jī)伸縮臂、自動(dòng)傾卸卡車(chē)、火箭發(fā)射臺(tái)等皆用，特別適用于工程機(jī)械及自動(dòng)線步進(jìn)式輸送裝置。

2、多級(jí)缸（伸縮缸）《液壓與氣壓傳動(dòng)控制》第4講：液壓壓力控制回路組建與調(diào)試（液壓執(zhí)行元件）液壓缸典型結(jié)構(gòu)

缸體組件包括缸筒、缸蓋、缸底等零件活塞組件包括活塞與活塞桿等零件密封裝置活塞與缸筒、活塞桿與缸蓋的密封緩沖裝置排氣裝置一、液壓缸的典型結(jié)構(gòu)舉例雙作用單出桿液壓缸結(jié)構(gòu)圖（1）法蘭連接：高壓，需焊接法蘭盤(pán)，較雜。

(2)半環(huán)連接：內(nèi)半環(huán)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、裝卸方便（但因缸體上開(kāi)了環(huán)行槽，強(qiáng)度削弱）；外半環(huán)。（3）螺紋連接：內(nèi)螺紋，重量輕，外徑小，但端部復(fù)雜；外螺紋，裝卸不便，需專用工具。

（4）焊接連接（5）拉桿連接：通用性好，缸體加工方便，裝拆方便，但端蓋體積大，重量也大，拉桿受力后會(huì)拉伸變形，影響端部密封效果，只適于低壓。

二、缸體與端蓋的連接形式三、活塞和活塞桿結(jié)構(gòu)（1）整體式：常用于小直徑液壓缸，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，軸向尺寸緊湊，但損壞后需整體更換。

（2）焊接式：同上。（3）錐銷式：常用于雙桿缸，加工容易，裝配簡(jiǎn)單，但承載能力小，且需防止脫落。

（4）螺紋式：常用于單桿缸，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆方便，但需防止螺母松動(dòng)。

（5）半環(huán)式：常用于高壓大負(fù)載或振動(dòng)比較大的場(chǎng)合，強(qiáng)度高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝拆方便。

活塞和活塞桿連接結(jié)構(gòu)圖四、活塞桿頭部的連接活塞桿：是連接活塞和工作部件的傳力零件，必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度，一般用鋼料制成,且需鍍鉻。緩沖裝置:

必要性：常在大型、高速、或高精度液壓缸中設(shè)置緩沖裝置或在系統(tǒng)中設(shè)置緩沖回路。

緩沖原理：利用節(jié)流方法在液壓缸的回油腔產(chǎn)生阻力，減小速度，避免撞擊。

活塞桿頭部結(jié)構(gòu)a、圓柱形環(huán)隙式緩沖裝置b、圓錐形環(huán)隙式緩沖裝置

c、可變節(jié)流槽式緩沖裝置

d、可調(diào)節(jié)流孔式緩沖裝置

節(jié)流緩沖裝置示意圖五、緩沖裝置類型六、排氣裝置

（1）排氣的必要性

（2）排氣方法：a、排氣孔：油口設(shè)置在液壓缸最高處

b、排氣塞：象螺釘（如暖氣包上的放氣閥）

c、排氣閥：使液壓缸兩腔經(jīng)該閥與油箱相通啟動(dòng)時(shí)，擰開(kāi)排氣閥使液壓缸空載往復(fù)運(yùn)動(dòng)幾次即可。排氣裝置結(jié)構(gòu)圖液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算1、液壓缸工作壓力的確定負(fù)載

<50005000~1000010000~2000020000~3000030000~50000>50000缸的工作壓力

<0.8~11.5~22.5~33~44~5>=5~7（2）按液壓設(shè)備類型確定設(shè)備類型磨床組合機(jī)床車(chē)床銑床鏜床拉