《液壓傳動》(課件)-第四章

第四章執(zhí)行元件4.1液壓缸4.2液壓馬達(dá)4.3液壓缸的設(shè)計與計算4.1液壓缸4.1.1液壓缸的類型和特點4.1.2液壓缸的結(jié)構(gòu)組成4.1.3液壓缸的安裝與維護(hù)4.1.1液壓缸的類型和特點

液壓缸是液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，它將系統(tǒng)的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，可以用來實現(xiàn)往復(fù)直線運動或擺動。液壓缸可以單個使用，也可以兩個或多個組合起來或和其他機(jī)構(gòu)組合起來使用。液壓缸結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，在液壓系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。一二三活塞式

雙桿活塞缸和單桿活塞缸。擺動液壓缸

單葉片式和雙葉片式。四其他形式

伸縮液壓缸和增壓缸（增壓器）。柱塞式

缸筒固定式和柱塞固定式。（一）活塞式液壓缸1．雙桿活塞缸

雙桿活塞缸是指活塞兩側(cè)都帶有活塞桿的液壓缸，根據(jù)安裝方式不同又分為活塞桿固定式和缸筒固定式兩種。

圖（b）所示為活塞桿固定式雙桿活塞缸，缸筒與工作機(jī)構(gòu)相連，活塞桿通過支架固定在設(shè)備上。這種安裝形式中工作機(jī)構(gòu)的移動范圍等于活塞有效行程的兩倍，因此占地面積小，常用于大、中型設(shè)備中。（4-1）（4-2）式中，A

——液壓缸的有效面積；

ηm

——液壓缸的機(jī)械效率；

ηv——液壓缸的容積效率；D

——活塞直徑；

d

——活塞桿直徑；q

——輸入液壓缸的流量；

p1——進(jìn)油腔壓力；

p2——回油腔壓力。

雙桿活塞缸兩端活塞桿的直徑通常是相等的，所以左、右兩腔有效面積相等。當(dāng)輸入左、右腔的油液具有相同的壓力和流量時，液壓缸左、右兩個方向上輸出的推力F

和速度

v相等，其表達(dá)式為2．單桿活塞缸

單桿活塞缸是指活塞只有一端帶活塞桿的液壓缸，如圖所示。單桿活塞缸也有缸筒固定式和活塞桿固定式兩種安裝形式。兩種安裝形式的運動部件移動范圍是相等的，均為活塞有效行程的兩倍。（a）無桿腔為工作腔（b）有桿腔為工作腔（c）差動連接圖單桿活塞缸

單桿活塞缸因左、右兩腔有效面積A1和A2不等，因此當(dāng)進(jìn)油腔和回油腔壓力分別為p1和p2，輸入左、右兩腔的流量均為q

時，液壓缸左右兩個方向的推力和速度均不相同。

圖（a）所示，當(dāng)壓力油進(jìn)入無桿腔時，活塞上所產(chǎn)生的推力F1和速度

v1分別為

（4-3）（4-4）

圖（b）所示，當(dāng)壓力油進(jìn)入有桿腔時，作用在活塞上的推力F2和速度v2分別為（4-6）（4-5）工程上把速度v2和v1的比值稱為往返速比，記為λv

，于是得上式說明：活塞桿直徑越細(xì)，越接近于1，工作臺兩個方向的速度差值也就越小。（4-7）

如圖（c）所示，單桿活塞缸的左、右兩腔相互接通并同時通入壓力油時，稱為差動連接，差動連接的單桿活塞缸又稱差動液壓缸。差動液壓缸左右兩腔的壓力通?？醋魇窍嗟鹊?，但因為左腔（無桿腔）的有效作用面積大于右腔（有桿腔）的有效作用面積，因此活塞向右移動，液壓缸有桿腔排出的流量q'與泵的流量q匯合進(jìn)入液壓缸的左腔，使活塞運動速度加快。對差動連接的液壓缸，活塞只能向一個方向運動（（c）中為向右運動）。

單桿活塞缸差動連接往往用于工作機(jī)構(gòu)需要快進(jìn)的空行程，工作壓力p1較低，一般視ηv=1，作用在活塞上的推力F3

和活塞運動速度V3分別為（4-8）

考慮容積效率，得（4-9）

如果要求差動液壓缸活塞差動連接時，向右運動的速度與非差動連接時向左運動的速度相等，即可使式中的V3與V2相等，則有。（二）柱塞液壓缸活塞式液壓缸的活塞與缸筒內(nèi)孔之間要求較高的配合精度，當(dāng)缸筒較長時，加工就很困難，而如圖所示的柱塞液壓缸能避免這一問題。

（a）（b）圖柱塞液壓缸柱塞液壓缸的缸筒與柱塞之間沒有配合要求，缸筒內(nèi)孔不需要精加工，僅柱塞與缸蓋導(dǎo)向孔之間有配合要求，這就大大簡化了缸筒的加工工藝，因此柱塞液壓缸特別適用于行程很長的場合。

為了減輕柱塞重量，減小柱塞的彎曲變形，柱塞常制成空心，行程特別長的柱塞缸還可以在缸筒內(nèi)為柱塞設(shè)置各種不同形式的輔助支承，以增強(qiáng)其剛性。

圖（b）中當(dāng)柱塞直徑為d、輸入油液流量為q、壓力為p時，柱塞上所產(chǎn)生的推力F

和速度v

分別為

圖（a）中的柱塞液壓缸只能單方向向右移動，反向退回時則要依靠外力，如重力、彈簧力等。若要求往復(fù)運動時，可由兩個柱塞液壓缸分別完成相反方向的運動。（4-10）（4-11）（三）擺動液壓缸

擺動液壓缸主要用來驅(qū)動作間歇回轉(zhuǎn)運動的工作機(jī)構(gòu)，如回轉(zhuǎn)夾具、液壓機(jī)械手、分度機(jī)械等裝置。擺動液壓缸有單葉片式和雙葉片式兩種。（a）單葉片式（b）雙葉片式圖擺動液壓缸

圖（a）所示為單葉片式擺動液壓缸。

當(dāng)壓力油從左下方油口進(jìn)入缸筒時，葉片和葉片軸在壓力油作用下作逆時針方向轉(zhuǎn)動，擺動角度一般小于300°，回油從缸筒左上方的油口流出。單葉片式擺動液壓缸輸出的轉(zhuǎn)矩和角速度為（4-12）（4-13）

式中，b

——葉片寬度；

ηm，ηv——單葉片擺動液壓缸的機(jī)械效率和容積效率；R1，

R2——葉片軸、缸筒內(nèi)表面的半徑。圖（b）所示為雙葉片式擺動液壓缸。圖中，缸筒的左上方和右下方兩個油口同時通入壓力油，兩個葉片在壓力油的作用下使葉片軸作順時針轉(zhuǎn)動，擺動角度一般小于150°，回油從缸筒右上方和左下方兩個油口流出。

雙葉片式擺動液壓缸與單葉片式相比，擺動角度小，但在同樣大小結(jié)構(gòu)尺寸下轉(zhuǎn)矩增大一倍，且具有徑向壓力平衡的優(yōu)點。擺動液壓缸又稱為擺動液壓馬達(dá)。（四）其他形式的液壓缸1．伸縮液壓缸

伸縮液壓缸由兩個或多個活塞式或柱塞式液壓缸組裝而成，它的前一級缸的活塞桿或柱塞是后一級缸的缸筒。這種伸縮液壓缸在各級活塞桿或柱塞依次伸出時可獲得很長的行程，而當(dāng)它們縮入后又能使液壓缸的軸向尺寸很短。伸縮液壓缸特別適用于工程機(jī)械及自動線步進(jìn)式輸送裝置。1—活塞；2—套筒；3—O型密封圈；4—缸筒；5—缸蓋圖雙作用式伸縮液壓缸

圖所示為一種雙作用式伸縮液壓缸。

當(dāng)壓力油通入缸筒的左腔或右腔時，各級活塞按其有效作用面積的大小依次動作，伸出時作用面積大的先動，小的后動；縮回時動作順序正好相反。伸縮缸各級活塞的運動速度和推力是不同的，其值可按活塞液壓缸的有關(guān)公式來計算。2．增壓缸（增壓器）

圖示為一種由活塞缸和柱塞缸組合而成的增壓缸，用以使低壓系統(tǒng)中的局部區(qū)域獲得高壓。在這里，活塞缸中活塞的有效作用面積大于柱塞的有效作用面積，所以向活塞缸無桿腔送入低壓油pa時，可以在柱塞缸里得到高壓油pb。它們之間的關(guān)系為

式中，K=D2/d2

稱為增壓比，它表示增壓缸的增壓能力。圖增壓缸不難看出，增壓能力是在降低有效流量的基礎(chǔ)上得到的（

qb

=

pa/K）。

需要說明的是，增壓缸不是將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的執(zhí)行元件，而是傳遞液壓能、使之增壓的裝置。4.1.2液壓缸的結(jié)構(gòu)組成（一）液壓缸的典型結(jié)構(gòu)圖

單桿液壓缸結(jié)構(gòu)圖

圖所示為單桿活塞液壓缸的結(jié)構(gòu)圖，它主要由缸體組件（缸底1、缸筒7、缸頭18）、活塞組件（活塞21、活塞桿8）、緩沖裝置（緩沖套6和24、節(jié)流閥11）、排氣裝置（帶放氣孔的單向閥2）、密封裝置以及導(dǎo)向套12等組成。缸筒7與法蘭3，10焊接成一個整體，然后通過螺釘與缸底1、缸頭18連接。圖中表示了活塞與缸筒、活塞桿與缸蓋之間的兩種密封形式；上部為橡塑組合密封，下部為唇形密封。該液壓缸具有雙向緩沖功能，工作時泵的來油經(jīng)進(jìn)油口、單向閥進(jìn)入工作腔，推動活塞運動，當(dāng)活塞運動到終點前，緩沖套切斷油路，排油只能經(jīng)節(jié)流閥排出，起節(jié)流緩沖作用（圖中一端只畫了單向閥，一端只畫了節(jié)流閥）。圖

單桿液壓缸結(jié)構(gòu)圖（二）液壓缸的組成

液壓缸的結(jié)構(gòu)基本上可以分為缸筒和缸蓋、活塞和活塞桿、密封裝置、緩沖裝置和排氣裝置等五個部分。1．缸筒和缸蓋

一般地說，缸筒和缸蓋的結(jié)構(gòu)形式和其使用的材料有關(guān)。

工作壓力p＜10Mpa

時使用鑄鐵，

p＜20Mpa

時使用無縫鋼管，

p＞20Mpa

時使用鑄鋼或鍛鋼。

圖所示為缸筒和缸蓋的常見結(jié)構(gòu)形式。圖缸筒和缸蓋的結(jié)構(gòu)形式

圖（a）所示為法蘭連接，結(jié)構(gòu)簡單，容易加工，也容易裝拆，但外形尺寸和重量都較大，常用于鑄鐵制的缸筒上。

圖（b）所示為半環(huán)連接，缸筒壁部因開了環(huán)形槽而削弱了強(qiáng)度，因此有時要加厚缸壁，它容易加工和裝拆，重量較輕，常用于無縫鋼管或鍛鋼制造的缸筒上。

圖（c）所示為螺紋連接，缸筒端部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，外徑加工時要求保證內(nèi)外徑同心，裝拆要使用專用工具，它的外形尺寸和重量都較小，常用于無縫鋼管或鑄鋼制的缸筒上。

圖（e）所示為焊接連接，結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，但缸底處內(nèi)徑不易加工，且可能引起變形。

圖（d）所示為拉桿連接，結(jié)構(gòu)的通用性大，容易加工和裝拆，但外形尺寸較大，且較重。活塞和活塞桿的結(jié)構(gòu)形式很多，常見的有螺紋式連接和半環(huán)式連接等形式。2．活塞和活塞桿（a）螺紋連接（b）半式連接圖活塞和活塞桿的結(jié)構(gòu)形式

螺紋式連接結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，但在高壓大負(fù)載下需備有螺帽防松裝置。半環(huán)連接結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，裝拆不便，但工作較可靠。

此外，活塞和活塞桿也有制成整體式結(jié)構(gòu)的，但它只適用于尺寸較小的場合。活塞一般用耐磨鑄鐵制造，活塞桿則無論是空心的還是實心的，大多用鋼料制造。根據(jù)密封耦合面之間有無相對運動，密封可分為動密封和靜密封兩大類，它們的特點如表所示。表液壓缸密封的分類與特點注：①串聯(lián)缸除外。

3．密封裝置（1）密封的基本類型與特點經(jīng)過活塞用密封的泄漏為內(nèi)漏，經(jīng)過活塞桿用密封的泄漏為外漏（采用活塞密封的單作用缸及串聯(lián)缸除外），由于外泄漏會污染環(huán)境，故需要引起更多的注意?；钊麠U密封常采用兩個密封圈。通常類似O形圈的密封可用作雙向密封；而唇形密封一般為單向密封，需雙向密封時，可用雙向組合唇形封或兩個單向唇形封。在液壓缸的密封中，靜密封較易解決，通常采用O形密封圈即可滿足要求。而液壓缸的管接頭（或油口）靜密封中，則常用組合（或金屬）密封墊圈。（2）常用密封件應(yīng)用范圍與特點

與靜密封相比，液壓缸的動密封更難解決，特別在可能出現(xiàn)外漏的場合（主要是活塞桿密封）。

組合密封件的出現(xiàn)，使液壓缸動密封問題有了很好的解決方法，其設(shè)計思想是將密封件應(yīng)具備的彈性與耐磨性（或低摩擦力特性）分開考慮，由兩個元件實現(xiàn)并組合成一個整體。表液壓缸常用密封件的應(yīng)用范圍與特點液壓缸常用密封件的應(yīng)用范圍與特點如表所示。

4．緩沖裝置

對大型液壓缸，活塞與活塞桿等運動件的質(zhì)量較大，當(dāng)運動速度較快時，為了防止它們在行程終點與缸蓋發(fā)生撞擊，引起噪聲和沖擊，避免設(shè)備精度受到影響，在液壓缸上設(shè)置緩沖裝置很有必要。

圖所示為液壓缸緩沖裝置的形式圖。圖液壓缸緩沖裝置的形式緩沖裝置有兩種形式：一種為節(jié)流式，它是指在液壓缸活塞運動至接近缸蓋時，使低壓回油腔內(nèi)的油液，全部或部分通過固定節(jié)流或可變節(jié)流器，產(chǎn)生背壓形成阻力，達(dá)到降低活塞運動速度的緩沖效果，圖中的（a），（b），（d），（e），（f）均屬于此類。另一類為卸載式，如圖（c）所示，它是指在活塞運動至接近缸蓋時，雙向緩沖閥2的閥桿先觸及缸蓋，閥桿沿軸向被推離起密封作用的閥座，液壓缸兩腔通過緩沖閥2的開啟而高低壓腔互通，缸兩腔的壓差迅即減小而實現(xiàn)緩沖。

5．排氣裝置（a）（b）圖排氣裝置

液壓系統(tǒng)在安裝或修理后，系統(tǒng)內(nèi)油液是排空的。液壓系統(tǒng)使用過程中也難免要混進(jìn)一些空氣。

如果不將系統(tǒng)中的空氣排除，會引起顫抖、沖擊、噪聲、液壓缸低速爬行以及換向精度下降等多種故障，所以在液壓缸上設(shè)置排氣裝置非常必要。常見的排氣裝置如圖所示，排氣時稍微松開螺釘，排完氣后再將螺釘擰緊，并保證可靠密封。在液壓設(shè)備的許多應(yīng)用場合，要求在極限位置能可靠地固定不動，否則可能產(chǎn)生故障甚至事故。6．液壓缸機(jī)械鎖定裝置例如，飛機(jī)的起落架（液壓缸）放下后，應(yīng)成為剛性支撐，以防止外來負(fù)載產(chǎn)生的額外運動；一些導(dǎo)彈發(fā)射車、雷達(dá)天線及其他一些裝置上往往也都需要對液壓缸進(jìn)行鎖定。液壓缸中常見的鎖定裝置有以下幾種：

如圖所示，在液壓缸的前端蓋上設(shè)置一個鎖緊套筒

1，它與活塞桿

2為過盈配合，且此套筒用一定的彈性材料制成，因此平時可使活塞桿鎖緊在任意位置上。

當(dāng)解鎖壓力油進(jìn)入套筒后，在高壓油的作用下，鎖緊套筒與活塞

2之間因徑向膨脹而產(chǎn)生間隙，使活塞桿能往復(fù)移動，像普通液壓缸一樣工作；

當(dāng)解鎖壓力油卸除之后又能自動鎖緊。一、套筒式鎖緊裝置

1—鎖緊套筒；2—活塞桿；3—活塞圖套筒式鎖緊裝置二、剎片式鎖緊裝置

如圖所示，在液壓缸的端蓋上帶有一制動剎片1，它在碟形彈簧

2的作用下被緊緊地壓在活塞桿

3上，依靠摩擦力抵消軸向力，從而使活塞桿鎖緊在任意位置上。

當(dāng)解鎖壓力油進(jìn)入

A腔后，在液壓力的作用下，將制動剎片頂開，使之脫離活塞桿，達(dá)到解鎖的目的。

當(dāng)

A口油壓卸去（通油池）后，又能自動鎖緊。

1—制動剎片；2—碟形彈簧；

3—活塞桿圖剎片式鎖緊裝置三、鋼珠鎖緊裝置

如圖所示，當(dāng)活塞桿在液壓作用下向右運動到頭時，活塞上的鋼珠（8～12個）與錐形活塞接觸時，推動錐形活塞右移而壓縮彈簧。當(dāng)活塞帶著鋼珠移到鎖槽處，鋼珠被錐形活塞擠入鎖槽，將活塞鎖住。當(dāng)高壓油反向進(jìn)入時，推動錐形活塞右移，使錐形活塞離開鋼珠，活塞便在油壓作用下向左運動，并帶著鋼珠脫離鎖槽而開鎖。

為使工作可靠，鎖槽和錐形活塞應(yīng)有足夠硬度，以防止過度磨損或損壞鎖槽。

1—接管；2—卡套；3—螺母；4—接頭體；5—組合密封圈圖鋼珠鎖

卡環(huán)鎖是一種開口的彈簧墊圈。

當(dāng)活塞桿在液壓力作用下移到伸出位置并達(dá)到終點時，卡環(huán)便與殼體上的鎖槽重合，卡環(huán)膨脹開，并卡入槽內(nèi)，活塞被鎖定，如圖（a）所示。定位的方法是游動活塞凸部插入卡環(huán)內(nèi)徑里，制止卡環(huán)收縮。此時活塞桿受外載荷作用便不會移動。

當(dāng)收回活塞桿時，游動活塞在液壓力作用下向左移動并將卡環(huán)松開，卡環(huán)在其彈力和活塞桿作用下以鎖槽斜面滑出而開鎖，如圖（b）所示。四、卡環(huán)鎖緊裝置圖卡環(huán)鎖

這種鎖緊方式的特點是承力大（因接觸面大，受力平穩(wěn)），用于承受外力較大的液壓缸。五、筒夾鎖緊裝置

圖所示，彈簧筒夾1是一個筒端有凸起

D

的整體鋼筒，沿軸向切

16條槽（圖（c）），上鎖過程中可以脹開?；钊麠U

3上有上鎖凸臺

E及斜面

A，C。

其上鎖過程為：當(dāng)推動活塞桿與凸臺E接觸后，筒夾沿斜面

A脹開，然后滑上平臺

E，撞動游動活塞

2并使之左移，至套筒

4凸緣

D落入斜面

C后，筒夾

4合攏，游動活塞便在彈簧的作用下右移返回原始位置壓在套筒上，為上鎖鎖緊狀態(tài)。

開鎖過程為：活塞右腔進(jìn)油，推動游動活塞2左移，并從筒夾中拉出活塞桿3（此時游動活塞2已移開），鎖即打開。

這種鎖緊方式中，因承力部位為斜面C，極為牢固，所以能承受較大的側(cè)向載荷，活動間隙比鋼珠鎖緊小，但比其笨重。4.1.3液壓缸的安裝與維護(hù)

液壓缸的安裝方式有多種，如表所示。每種安裝方式的特點見表中說明。在具體安裝中要根據(jù)機(jī)器的安裝條件，受外負(fù)載作用力的情況及液壓缸穩(wěn)定性的優(yōu)劣來選擇安裝方式。表液壓缸的安裝方式當(dāng)液壓缸所受外負(fù)載作用力的方向在液壓缸轉(zhuǎn)動平面內(nèi)時，可采用銷軸或耳環(huán)連接。當(dāng)外負(fù)載作用力在空間的一定范圍內(nèi)變動時，可采用球頭連接，以保證液壓缸軸線與外負(fù)載作用方向一致。在可能的條件下，應(yīng)采用在前缸蓋上安裝連接，這對液壓缸的穩(wěn)定性最有利。液壓缸采用底座或法蘭連接時，其活塞桿受外負(fù)載作用力的方向應(yīng)與缸體軸線一致。對于底座式或法蘭式液壓缸可通過在底座或法蘭前設(shè)置擋塊的方法，力求安裝螺栓不直接承受負(fù)載，以減小傾翻力矩；對于銷軸式或耳環(huán)式液壓缸，使活塞桿頂端的連接頭方向與耳軸方向一致，以保證活塞桿的穩(wěn)定性。

對于行程較長和油溫較高的液壓缸，一端應(yīng)保持浮動，以補(bǔ)償熱膨脹的影響。安裝好的液壓缸活塞在缸內(nèi)移動應(yīng)靈活，無阻滯現(xiàn)象；緩沖機(jī)構(gòu)不得失靈，各項安裝精度應(yīng)符合技術(shù)要求。液壓缸的正確使用與精心維護(hù)對其能否正常工作有很大影響。正確的使用與維護(hù)，可避免機(jī)件過早磨損和遭受不應(yīng)有的損壞，使其經(jīng)常保持良好狀態(tài)，發(fā)揮應(yīng)有的性能。在使用和維護(hù)液壓缸的過程中，應(yīng)注意以下事項：（1）液壓缸在污染嚴(yán)重的環(huán)境中工作時，對活塞桿要加防塵措施。（2）注意液壓缸對工作介質(zhì)的要求。一般液壓缸所適用的工作介質(zhì)粘度為12～28mm2/s，一般彈性密封件的液壓缸的介質(zhì)過濾精度為20～25μm，伺服液壓缸的要小于10μm，用活塞環(huán)的液壓缸可達(dá)200μm。當(dāng)然對過濾精度的考慮不能局限于液壓缸，要從液壓系統(tǒng)整體綜合考慮。（3）要按設(shè)計規(guī)定和工作要求，合理調(diào)節(jié)液壓缸的工作壓力和工作速度。（4）定期維護(hù)。主要包括定期檢查、定期清洗機(jī)定期更換密封件等。1定期檢查

檢查液壓缸的各密封處及管接頭處是否有泄漏；液壓缸工作時是否正常平穩(wěn)；防塵圈是否失效；液壓缸緊固螺釘、壓蓋螺釘?shù)仁軟_擊較大的緊固件是否松動等。2定期清洗

液壓缸在使用過程中，由于零件之間互相摩擦產(chǎn)生的磨損物、密封件磨損物和碎片以及油液帶來的污染物等會積聚其內(nèi)，影響正常工作，因此要定期清洗。一般每年清洗一次。3定期更換密封件

密封件的材料一般為耐油丁腈橡膠或聚氨酯橡膠，長期使用不僅會自然老化，而且長期在受壓狀態(tài)下工作會產(chǎn)生永久變形，喪失密封性，其使用壽命一般為一年半到兩年不等，因此應(yīng)定期更換。定期維護(hù)包括：4.2液壓馬達(dá)4.2.1液壓馬達(dá)的分類和特性參數(shù)4.2.2高速液壓馬達(dá)4.2.3低速液壓馬達(dá)4.2.4液壓馬達(dá)的使用與維護(hù)

液壓馬達(dá)是將系統(tǒng)的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置，它使系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動工作部件運動，屬于液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件。

從工作原理上講，液壓系統(tǒng)中的液壓泵和液壓馬達(dá)都是靠工作腔密封容積的變化而工作的，因此液壓泵和液壓馬達(dá)在原理上是可逆的，但它們在結(jié)構(gòu)上是有差別的，并不能通用。4.2.1液壓馬達(dá)的分類和特性參數(shù)單作用連桿型徑向柱塞液壓馬達(dá)

低速液壓馬達(dá)多作用內(nèi)曲線徑向柱塞液壓馬達(dá)高速液壓馬達(dá)齒輪液壓馬達(dá)葉片液壓馬達(dá)軸向柱塞液壓馬達(dá)

（一）液壓馬達(dá)的分類

額定轉(zhuǎn)速在500r/min

以上

額定轉(zhuǎn)速在

500r/min

以下

（二）液壓馬達(dá)的特性參數(shù)工作壓力和額定壓力1

液壓馬達(dá)的工作壓力就是輸入油液的實際壓力，其大小取決于液壓馬達(dá)的負(fù)載。液壓馬達(dá)進(jìn)口壓力與出口壓力的差值，稱為液壓馬達(dá)的壓差。液壓馬達(dá)的額定壓力是指按試驗標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，能使液壓馬達(dá)連續(xù)正常運轉(zhuǎn)的最高壓力，即液壓馬達(dá)在使用中允許達(dá)到的最大工作壓力，超過此值液壓馬達(dá)將發(fā)生過載。排量、流量和轉(zhuǎn)速2

液壓馬達(dá)的排量是指在沒有泄漏的情況下，液壓馬達(dá)軸轉(zhuǎn)動一周時所需輸入的油液體積，用V

表示。排量不可變的液壓馬達(dá)稱為定量液壓馬達(dá)；排量可變的稱為變量液壓馬達(dá)。液壓馬達(dá)的排量取決于其密封工作腔的幾何尺寸，與轉(zhuǎn)速無關(guān)。

由于液壓馬達(dá)存在間隙，產(chǎn)生泄漏Δq，故實際流量qM與理論流量qMt之間存在如下關(guān)系：液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速n為（4-15）

液壓馬達(dá)的流量是指液壓馬達(dá)達(dá)到要求轉(zhuǎn)速時，單位時間內(nèi)輸入的油液體積。由于有泄漏存在，故又有理論流量和實際流量之分。

理論流量是指液壓馬達(dá)在沒有泄漏的情況下，達(dá)到要求轉(zhuǎn)速時，單位時間內(nèi)需輸入的油液體積，用qMt表示。

實際流量是指液壓馬達(dá)達(dá)到要求轉(zhuǎn)速時，其入口處的流量，用qM表示。（4-16）功率和效率3

液壓馬達(dá)輸入量是液體的壓力和流量，輸出量是轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速（角速度）。因此，液壓馬達(dá)的輸入功率和輸出功率分別為（4-17）（4-18）式中，

pMi——液壓馬達(dá)輸入功率；

pMo——液壓馬達(dá)輸出功率；

Δp——液壓馬達(dá)進(jìn)出口壓差；TM——液壓馬達(dá)實際輸出轉(zhuǎn)矩；

ωM——液壓馬達(dá)輸出角速度。（4-19）液壓馬達(dá)的能量損耗可分為兩部分：一部分是由于泄漏等原因引起的流量損耗Δp；另一部分是由于流動液體的粘性摩擦和機(jī)械相對運動表面之間機(jī)械摩擦而引起的轉(zhuǎn)矩?fù)p耗ΔT。

由于液壓馬達(dá)在進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換時，總存在能量損耗，因此其輸出功率總小于其輸入功率。輸出功率和輸入功率之比值稱為液壓馬達(dá)的效率ηM，即

由于液壓馬達(dá)有轉(zhuǎn)矩?fù)p耗ΔT，故其實際輸出轉(zhuǎn)矩TM比理論輸出轉(zhuǎn)矩TMt要小。液壓馬達(dá)的實際轉(zhuǎn)矩與理論轉(zhuǎn)矩之比稱為液壓馬達(dá)的機(jī)械效率，用ηMm表示，即

由于液壓馬達(dá)有泄漏量Δq的存在，其實際輸入流量qM

總大于其理論流量qMt

。液壓馬達(dá)的理論流量與實際流量之比稱為液壓馬達(dá)的容積效率，用ηMv表示，即

泄漏量與壓力有關(guān)，它隨壓力的增高而增大，因此液壓馬達(dá)的容積效率隨工作壓力升高而降低。（4-20）（4-21）

由粘性摩擦和機(jī)械摩擦而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩?fù)p失，其大小與油液的粘性、工作壓力以及液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速有關(guān)。

當(dāng)油液粘度越大、轉(zhuǎn)速越高、工作壓力越高時，轉(zhuǎn)矩?fù)p失就越大，機(jī)械效率就越低。由以上式可得（4-22）由式可知，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。

（三）液壓馬達(dá)的圖形符號

液壓馬達(dá)的圖形符號如圖所示。（a）單向定量液壓馬達(dá)（b）單向變量液壓馬達(dá)（c）雙向定量液壓馬達(dá)（d）雙向變量液壓馬達(dá)圖液壓馬達(dá)圖形符號4.2.2高速液壓馬達(dá)

（一）齒輪液壓馬達(dá)

外嚙合齒輪液壓馬達(dá)的工作原理如圖所示，c為Ⅰ，Ⅱ

兩齒輪的嚙合點，h為齒輪的全齒高。嚙合點

c

到兩齒輪的齒根距離分別為

a和

b，齒寬為

B。當(dāng)高壓油

p

進(jìn)入馬達(dá)的高壓腔時，處于高壓腔的所有輪齒均受到壓力油的作用，其中相互嚙合的兩個輪齒的齒面只有一部分齒面受到高壓油的作用。

由于a和b均小于齒高h(yuǎn)，所以在兩個齒輪Ⅰ，Ⅱ上就會產(chǎn)生作用力pB(h-a)和pB(h-b)。在這兩個力的作用下，齒輪上產(chǎn)生輸出轉(zhuǎn)矩，按圖示方向旋轉(zhuǎn)，油液被帶到低壓腔排出。齒輪液壓馬達(dá)的排量公式為V=πdhb=2πzm

2b。圖

外嚙合齒輪液壓馬達(dá)工作原理齒輪液壓馬達(dá)與齒輪泵在結(jié)構(gòu)上基本相同，不同點在于：

（1）齒輪泵一般只沿一個方向旋轉(zhuǎn)，其吸油口大，排油口??；齒輪液壓馬達(dá)需沿兩個方向旋轉(zhuǎn)，其進(jìn)、出油口通道對稱，孔徑相等，而且困油卸荷槽也對稱布置。

（2）齒輪泵內(nèi)泄漏都流回吸油口，而齒輪液壓馬達(dá)則將內(nèi)泄漏單獨引出至油箱。

（3）為了減小啟動摩擦力矩，齒輪液壓馬達(dá)一般采用摩擦系數(shù)小的滾動軸承；為了減小轉(zhuǎn)矩脈動，齒輪液壓馬達(dá)的齒數(shù)比齒輪泵的齒數(shù)要多。

優(yōu)點：

齒輪液壓馬達(dá)體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，工藝性好，對液壓油的污染不敏感，耐沖擊；

缺點：但它的容積效率低，轉(zhuǎn)矩脈動較大，低速穩(wěn)定性差，僅適用于高速、低轉(zhuǎn)矩的情況。齒輪液壓馬達(dá)一般用于工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械及對轉(zhuǎn)矩均勻性要求不高的機(jī)械設(shè)備中。

（二）葉片液壓馬達(dá)葉片液壓馬達(dá)的排量公式與雙作用葉片泵的排量公式相同但公式中 。

雙作用式葉片液壓馬達(dá)的工作原理：

如圖所示，

當(dāng)高壓油p從進(jìn)油口進(jìn)入工作區(qū)段的葉片1和4之間的容積時，其中葉片5兩側(cè)均受壓力油p的作用不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，而葉片1和4一側(cè)受高壓油p的作用，另一側(cè)受低壓油的作用。由于葉片1伸出的面積大于葉片4伸出的面積，所以產(chǎn)生使轉(zhuǎn)子順時針方向轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)矩。同理，葉片3和2之間也產(chǎn)生順時針方向轉(zhuǎn)矩。當(dāng)改變進(jìn)油方向時，即高壓油p進(jìn)入葉片3和4之間的容積和葉片1和2之間的容積時，葉片帶動轉(zhuǎn)子逆時針轉(zhuǎn)動。葉片液壓馬達(dá)的結(jié)構(gòu)與雙作用式葉片泵相似，不同之處在于：（1）在轉(zhuǎn)子側(cè)面安裝有燕式彈簧，靠預(yù)緊彈簧力將葉片推出，可保證葉片液壓馬達(dá)在通入壓力油后，高、低壓腔不串通，能正常啟動。（3）葉片槽采用徑向配置及葉片頂端雙向倒角，也是為了適應(yīng)液壓馬達(dá)雙向旋轉(zhuǎn)的要求。（2）在與兩個油口相連通的油道上，安裝兩個梭閥（雙向單向閥），使葉片槽底始終通壓力油，以保證液壓馬達(dá)正反方向轉(zhuǎn)動的要求。

優(yōu)點：葉片液壓馬達(dá)體積小，轉(zhuǎn)動部分重量輕，轉(zhuǎn)動慣量小，反應(yīng)靈敏，能適應(yīng)較高換向頻率的液壓系統(tǒng)；

缺點：但它的泄漏大，容積效率較低，低速時不夠穩(wěn)定，屬于高速小扭矩液壓馬達(dá)。

葉片液壓馬達(dá)適用于轉(zhuǎn)矩小、轉(zhuǎn)速高、機(jī)械性能要求不嚴(yán)格的場合。（三）軸向柱塞液壓馬達(dá)1—斜盤；2—缸體；3—柱塞；

4—配流盤；5—馬達(dá)軸圖軸向柱塞液壓馬達(dá)的工作原理工作原理：斜盤1和配流盤4固定不轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子缸體2與液壓馬達(dá)軸5相連并一起轉(zhuǎn)動。斜盤的中心線與缸體的軸線之間的夾角為α

。當(dāng)壓力油通過配流盤的進(jìn)油口輸入到缸體的柱塞孔時，處于高壓區(qū)的各個柱塞，在壓力油的作用下頂在斜盤的端面上。斜盤給每個柱塞的反作用力F垂直于斜盤端面。

該作用力可分解為兩個分力；水平分力Fx和垂直分力Fy。

Fx與作用在柱塞上的液壓力相平衡，

Fy使處于壓油區(qū)的每個柱塞都對轉(zhuǎn)子缸體中心產(chǎn)生一個轉(zhuǎn)矩，這些轉(zhuǎn)矩的總和使缸體帶動液壓馬達(dá)的輸出軸逆時針方向旋轉(zhuǎn)。因Fy所產(chǎn)生的使缸體旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩與柱塞在高壓區(qū)所處的位置有關(guān)，因此液壓馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩是脈動的，其瞬時輸出轉(zhuǎn)矩隨柱塞轉(zhuǎn)角θ

而變化。若使進(jìn)、回油路交換，即改變輸油方向，則液壓馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)方向?qū)㈦S之改變。液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速取決于輸入液壓馬達(dá)的實際流量和斜盤傾角α

的大小。改變斜盤傾角α

的大小，即改變排量，就可調(diào)節(jié)液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速。在輸入流量不變的情況下，斜盤傾角越大，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩越大，轉(zhuǎn)速越低。斜盤傾角可調(diào)的液壓馬達(dá)為軸向柱塞變量液壓馬達(dá)。軸向柱塞液壓馬達(dá)的排量公式與軸向柱塞泵的排量公式 完全相同。

點接觸式軸向柱塞液壓馬達(dá)主要由缸體、柱塞、配流盤、輸出軸、斜盤等零件組成，如圖所示。

左半段鼓輪4通過鍵與輸出軸1相連，作傳遞動力用。右半段缸體7套在輸出軸上，由傳動銷6帶動隨軸一起回轉(zhuǎn)。柱塞9通過推桿10作用在斜盤2上。

因此，柱塞和缸體基本上只承受軸向力。又由于缸體和輸出軸之間只有一小段配合面，缸體具有一定的自定位作用，使得缸體在三根彈簧5和柱塞孔底部液壓力的作用下能很好地與配流盤表面貼合，既保證了密封性，又能自動補(bǔ)償磨損。為保證缸體和配流盤相對運動表面的密封性，使配流表面間不承受傾覆力矩，以減少磨損，這里的缸體分為兩段。

點接觸式軸向柱塞液壓馬達(dá)的容積效率較高，一般達(dá)

95%～98%

。斜盤2由推力軸承3支承，目的是為了減少推桿端部與斜盤端面的磨損和提高液壓馬達(dá)的機(jī)械效率。

這種液壓馬達(dá)的傾斜角是固定不變的，它的排量不可調(diào)節(jié)，屬定量液壓馬達(dá)，它的轉(zhuǎn)速只能通過改變輸入流量的大小來調(diào)節(jié)。

軸向柱塞液壓馬達(dá)適用于負(fù)載速度大，有變速要求，負(fù)載轉(zhuǎn)矩較小，低速平穩(wěn)性要求高的場合，如起重機(jī)、鉸車等。4.2.3低速液壓馬達(dá)低速液壓馬達(dá)通常是徑向柱塞式結(jié)構(gòu)，按其每轉(zhuǎn)作用次數(shù)又分為單作用式和多作用式。

常見的徑向柱塞液壓馬達(dá)有單作用連桿型徑向柱塞液壓馬達(dá)和多作用內(nèi)曲線徑向柱塞液壓馬達(dá)兩種類型。

低速液壓馬達(dá)的主要特點是轉(zhuǎn)矩大，低速穩(wěn)定性好，可直接與工作機(jī)構(gòu)連接，不需要減速裝置。

它的體積和轉(zhuǎn)動慣量很大，不能用于反應(yīng)靈敏和頻繁換向的場合，主要用于工程、運輸、建筑、礦山、船舶等機(jī)械中。

（一）單作用連桿型徑向柱塞液壓馬達(dá)（a）（b）（c）

單作用連桿型徑向柱塞液壓馬達(dá)的工作原理如圖所示，其外形呈五角星狀（或七星狀），殼體內(nèi)有五個沿徑向均勻分布的柱塞缸，柱塞與連桿鉸接，連桿的另一端與曲軸的偏心輪外圓接觸。在圖（a）所示的位置，高壓油通過配流軸的流道A進(jìn)入柱塞缸1，2的頂部，柱塞受高壓油作用；柱塞缸3處于與高壓進(jìn)油和低壓回油均不相通的過渡位置；柱塞4，5通過配流軸的流道B與回油口相通。此時高壓油作用在柱塞1和2上的液壓合力為F，力F

通過連桿傳遞至偏心輪，對曲軸旋轉(zhuǎn)中心O形成轉(zhuǎn)矩T，使曲軸逆時針方向旋轉(zhuǎn)。曲軸旋轉(zhuǎn)時帶動配流軸同步旋轉(zhuǎn)，因此配流狀態(tài)發(fā)生變化。當(dāng)配流軸轉(zhuǎn)到圖（b）所示的位置時；柱塞1，2，3同時通高壓油，對曲軸旋轉(zhuǎn)中心形成轉(zhuǎn)矩，柱塞4和5仍通回油。如配流軸轉(zhuǎn)到圖（c）所示的位置，柱塞1退出高壓區(qū)處于過渡狀態(tài)，柱塞2和3通高壓油，柱塞4和5通回油。以上討論的是殼體固定、曲軸旋轉(zhuǎn)的情況，若將曲軸固定，進(jìn)、回油口直接接到固定的配流軸上，可使殼體旋轉(zhuǎn)。這種殼體旋轉(zhuǎn)的液壓馬達(dá)可用于驅(qū)動車輪、卷筒等。如此類推，在配流軸隨同曲軸旋轉(zhuǎn)時，各柱塞缸將依次與高壓進(jìn)油和低壓回油相通，保證曲軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)。若進(jìn)、回油口互換，則液壓馬達(dá)反轉(zhuǎn)，過程同上。

單作用連桿型徑向柱塞液壓馬達(dá)的排量V為式中，d——柱塞直徑；e——曲軸偏心距；

z——柱塞數(shù)。單作用連桿型徑向柱塞液壓馬達(dá)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠；缺點是體積和重量較大，轉(zhuǎn)矩脈動，低速穩(wěn)定性較差。近年來因其主要的摩擦副大多采用靜壓支承或靜壓平衡結(jié)構(gòu)，其低速穩(wěn)定性有很大的改善，最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速可達(dá)3r/min。（4-23）

（二）多作用內(nèi)曲線徑向柱塞液壓馬達(dá)1—殼體；2—缸體；3—輸出軸；4—柱塞；5—滾輪組；6—配流軸圖

多作用內(nèi)曲線徑向柱塞液壓馬達(dá)

多作用內(nèi)曲線徑向柱塞液壓馬達(dá)的典型結(jié)構(gòu)如圖所示。殼體1的內(nèi)環(huán)由x個形狀相同均布的導(dǎo)軌面組成。每個導(dǎo)軌面可分成對稱的a，b

兩個區(qū)段。缸體2和輸出軸3通過螺栓連成一體。柱塞4、滾輪組5組成柱塞組件。缸體2有z個徑向分布的柱塞孔，柱塞裝在孔中。柱塞頂部做成球面頂在滾輪組的橫梁上。橫梁可在缸體的徑向槽內(nèi)沿直徑方向滑動。連接在橫梁端部的滾輪在柱塞腔中壓力油的作用下頂在導(dǎo)軌曲面上。配流軸6的圓周上均勻分布有2x

個配油窗口（圖中為12個窗口），這些窗口交替分成兩組，通過配流軸6的兩個軸向孔分別和進(jìn)、回油口A，B

相通。其中每一組x個配油窗口應(yīng)分別對準(zhǔn)x個同向曲面的a

段或b段。若導(dǎo)軌曲面的a

段對應(yīng)高壓油區(qū)，則b

段對應(yīng)低壓區(qū)。

如圖所示，柱塞Ⅰ，Ⅴ在壓力油作用下；柱塞Ⅲ，Ⅶ處于回油狀態(tài)；柱塞Ⅱ，Ⅵ，Ⅳ，Ⅷ處于過渡狀態(tài)（即高、低壓油均不通）。柱塞Ⅰ，Ⅴ在壓力油作用下，推動柱塞向外運動，使?jié)L輪緊緊地壓在導(dǎo)軌曲面上。

滾輪受到一法向反力N的作用，它可以分解為徑向分力Fr和切向分力Ft。其中徑向分力Fr與柱塞端液壓作用力相平衡，而切向分力Ft通過柱塞對缸體產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，帶動輸出軸轉(zhuǎn)動，同時，處于回油區(qū)柱塞受壓縮后，將低壓油從回油窗口排出。由于導(dǎo)軌曲線段x

和柱塞數(shù)z不相等，所以總有一部分柱塞在任一瞬間處于導(dǎo)軌面的a

段（相應(yīng)的總有一部分柱塞處于b

段），使得缸體和輸出軸連續(xù)轉(zhuǎn)動?？傊衳個導(dǎo)軌曲面，缸體旋轉(zhuǎn)一周，每個柱塞往復(fù)運動x次，液壓馬達(dá)作用次數(shù)就為x次。

由于液壓馬達(dá)作用次數(shù)多，并可設(shè)置較多柱塞（也可采用多排柱塞結(jié)構(gòu)），這樣，用較小的結(jié)構(gòu)尺寸可得到較大的排量。當(dāng)進(jìn)、回油口互換時，液壓馬達(dá)將反轉(zhuǎn)。這種液壓馬達(dá)既可做成軸旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，也可制成殼體旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。多作用內(nèi)曲線徑向柱塞液壓馬達(dá)的排量

V

為式中，d——柱塞直徑；

s——柱塞行程；x——作用次數(shù)；

y——柱塞排數(shù)；z——每排柱塞數(shù)。多作用內(nèi)曲線徑向柱塞液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩脈動小，徑向力平衡，啟動轉(zhuǎn)矩大，并能在低速下穩(wěn)定地運轉(zhuǎn)，廣泛應(yīng)用于工程、建筑、起重運輸、煤礦、船舶等機(jī)械中。（4-24）4.2.4液壓馬達(dá)的使用與維護(hù)在使用和維護(hù)液壓馬達(dá)時應(yīng)注意以下事項：液壓馬達(dá)通常允許在短時間內(nèi)以超過額定壓力20%～50%的壓力工作，但瞬時最高壓力不能和最高轉(zhuǎn)速同時出現(xiàn)。對液壓馬達(dá)的回油路背壓有一定限制，且在背壓較大時，必須設(shè)置泄漏油管。1一般情況下，不應(yīng)使液壓馬達(dá)的最大轉(zhuǎn)矩和最高轉(zhuǎn)速同時出現(xiàn)。實際轉(zhuǎn)速不應(yīng)低于液壓馬達(dá)的最低轉(zhuǎn)速，否則將出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。當(dāng)系統(tǒng)要求的轉(zhuǎn)速較低，而低速液壓馬達(dá)在轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等性能參數(shù)不易滿足工作要求時，可采用高速液壓馬達(dá)并增設(shè)減速機(jī)構(gòu)。安裝液壓馬達(dá)的底座、支架必須具有足夠的剛性。安裝時要注意檢查液壓馬達(dá)輸出軸與工作機(jī)構(gòu)傳動軸的同軸度是否滿足要求，否則將加劇液壓馬達(dá)的磨損，增加泄漏，降低容積效率，并嚴(yán)重影響使用壽命。23液壓馬達(dá)在使用中應(yīng)注意油液的種類和粘度；油液使用中的溫度；系統(tǒng)濾油精度等均應(yīng)符合產(chǎn)品樣本的規(guī)定。液壓馬達(dá)運轉(zhuǎn)前注意事項：

液壓馬達(dá)使用前必須在殼體內(nèi)灌滿清潔液壓油，使各運動副表面得到潤滑，以防咬死或燒傷。

檢查系統(tǒng)中是否有卸荷回路，并調(diào)整溢流閥的壓力設(shè)定值。

在無負(fù)載狀態(tài)下以不同的轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)一段時間（

分鐘）進(jìn)行排氣。油箱中有泡沫，系統(tǒng)中有噪聲，以及液壓馬達(dá)或液壓缸有滯進(jìn)（顫動）等現(xiàn)象都證明系統(tǒng)中有空氣。

建議在系統(tǒng)中臨時接入一個過濾精度較高的過濾器，在無負(fù)載狀態(tài)下運行

30

分鐘，以便清除系統(tǒng)中的臟物。45液壓馬達(dá)運轉(zhuǎn)前注意事項：只有當(dāng)系統(tǒng)充分洗凈和完全排氣，才能給液壓馬達(dá)逐漸增加負(fù)載。為了提高液壓馬達(dá)的壽命，通常在低負(fù)載下運轉(zhuǎn)一段時間（如

1小時），同時檢查系統(tǒng)的動作、外泄、噪聲等，如果一切正常，就可正常工作。

通常第一次加的油，應(yīng)在運轉(zhuǎn)較短的時間（如

個月或更短）內(nèi)進(jìn)行更換；以后定期檢查油液污染程度，每

1～2年換一次油；定期檢查和清洗過濾器；定期檢查油箱油面高度。5

這些措施都能有效地提高液壓馬達(dá)的壽命。此外，液壓馬達(dá)在使用中若發(fā)現(xiàn)其入口處有壓力不正常的顫動、沖擊聲或外泄嚴(yán)重，以及系統(tǒng)壓力突然升高，應(yīng)停車及時檢查，以防液壓馬達(dá)損壞。

4.3液壓缸的設(shè)計與計算（一）液壓缸的設(shè)計內(nèi)容和步驟（1）選擇液壓缸的類型和各部分結(jié)構(gòu)形式。（2）確定液壓缸的工作參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸。（3）結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度的計算和校核。（4）導(dǎo)向、密封、防塵、排氣和緩沖等裝置的設(shè)計。（5）繪制裝配圖、零件圖、編寫設(shè)計說明書。

液壓缸是液壓傳動的執(zhí)行元件，它和主機(jī)工作機(jī)構(gòu)有直接的聯(lián)系，對于不同的機(jī)種和機(jī)構(gòu)，液壓缸具有不同的用途和工作要求。因此，在設(shè)計液壓缸之前，必須對整個液壓系統(tǒng)進(jìn)行工況分析，編制負(fù)載圖，選定系統(tǒng)的工作壓力（詳見第九章）；然后根據(jù)使用要求選擇結(jié)構(gòu)類型，按負(fù)載情況、運動要求、最大行程等確定其主要工作尺寸，進(jìn)行強(qiáng)度、穩(wěn)定性和緩沖驗算；最后再進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計。

（二）計算液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸

（1）缸筒內(nèi)徑

D

首先根據(jù)負(fù)載的大小來選定工作壓力或往返運動速度比，求得液壓缸的有效工作面積，從而得到缸筒內(nèi)徑

D，再從國標(biāo)

GB/T2348—2001《液壓氣動系統(tǒng)及元件缸內(nèi)徑及活塞桿外徑》中選取最近的標(biāo)準(zhǔn)值作為所設(shè)計的缸筒內(nèi)徑。根據(jù)負(fù)載和工作壓力的大小確定

D：①以無桿腔為工作腔時

②以有桿腔為工作腔時

式中，F(xiàn)?——工作腔的工作壓力，可根據(jù)設(shè)備類型或負(fù)載的大小來確定；Fmax——最大作用負(fù)載。

液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸主要有缸筒內(nèi)徑

D、活塞桿直徑

d、缸筒長度

L及最小導(dǎo)向長度

H

等。

（4-25）（4-26）

（2）活塞桿直徑

d

活塞桿直徑

d通常先從滿足速度或速度比的要求來選擇，然后再校核其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性。若速度比為

λv

，則有

也可根據(jù)活塞桿受力狀況來確定，一般為受拉力作用時，d=(0.3~0.5)D；受壓力作用時：

P?=5MPa時，d=(0.5~0.55)D

；

5MPa

＜

P?

＜7MPa，d=(0.6~0.7)D

時；

P?

＞7MPa

時，d=0.7D

。

（4-27）

（3）缸筒長度

L

缸筒長度

L由最大工作行程長度加上各種附加結(jié)構(gòu)來確定，即L=l+B+A+M+C(4-28)

式中，l——活塞的最大工作行程；B——活塞寬度，一般為

(0.6~1)D；A——活塞桿導(dǎo)向長度，一般為

(0.6~15)D；M——活塞桿密封長度，由密封方式確定；C——其他長度。

一般缸筒的長度

L最好不超過內(nèi)徑

D

的

20

倍。

（4）最小導(dǎo)向長度

H

當(dāng)活塞桿全部外伸時，從活塞支承面中點到導(dǎo)向套滑動面中點的距離稱為最小導(dǎo)向長度H（如圖所示）。

如果導(dǎo)向長度過小，將使液壓缸的初始撓度（間隙引起的撓度）增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設(shè)計時必須保證有一最小導(dǎo)向長度。

對于一般的液壓缸，其最小導(dǎo)向長度應(yīng)滿足下式：

H…L/20+D/2（4-29）

式中，L——液壓缸最大工作行程；D——缸筒內(nèi)徑。圖

液壓缸的導(dǎo)向長度

一般導(dǎo)向套滑動面的長度

A，在

D＜80mm時取

A=(0.6~10)D；在

D＞80mm

時取

A=(0.6~10)d?；钊膶挾?/p>

B通常取

B=(0.6~10)D。為保證最小導(dǎo)向長度，過分增大

A和

B都不合適，最好在導(dǎo)向套與活塞之間裝一隔套

K，其寬度

C由所需的最小導(dǎo)向長度決定，即

C=H-(A+B)

/

2（4-30）

采用隔套不僅能保證最小導(dǎo)向長度，還可以改善導(dǎo)向套及活塞的通用性。圖

液壓缸的導(dǎo)向長度

（三）強(qiáng)度校核

對液壓缸的缸筒壁厚

δ

、活塞桿直徑

d

和缸蓋固定螺栓的直徑進(jìn)行強(qiáng)度校核。

（1）缸筒壁厚校核

缸筒壁厚校核時分薄壁和厚壁兩種情況:

當(dāng)D

/δ…10時為薄壁，壁厚按式進(jìn)行校核式中，D——缸筒內(nèi)徑；py——缸筒試驗壓力，當(dāng)缸的額定壓力pn’’10MPa時，取py

=1.5pn；