第四章 液压执行元件

第四章液压执行元件第一节液压马达液压马达是将液压能转换成机械能的工作装置，以旋转运动向外输出机械能，得到输出轴上的转速和转距。

一、液压马达分类与工作原理（产品图）液压马达液压马达液压马达1．液压马达的分类及特点分类液压马达可分为高速和低速液压马达两大类。

特点1)液压马达的排油口压力稍大于大气压力，进、出油口直径相同。

2)液压马达往往需要正、反转，所以在内部结构上应具有对称性。

3)在确定液压马达的轴承形式时，应保证在很宽的速度范围内都能正常工作。

4)液压泵在结构上必须保证具有自吸能力，液压马达在启动时必须保证较好的密封性。

5)液压马达一般需要外泄油口。

6)为改善液压马达的起动和工作性能，要求扭矩脉动小，内部摩擦小。

2．液压马达的工作原理（产品图）齿轮马达爆炸图1爆炸图2左盖马达体齿轮齿轮右盖齿轮马达1)图4-1 齿轮马达工作原理2)双作用叶片式液压马达工作原理如图4-2、叶片马达原理图、叶片马达动画图所示。

p图4-2 双作用叶片马达工作原理3)轴向柱塞式液压马达工作原理如图4-3、轴向柱塞马达图所示，受力分析如图4-4所示。

AB-B图4-3 轴向柱塞式液压马达工作原理图1-斜盘 2-缸体 3-柱塞 4-配流盘 5-轴 6-弹簧图4-4 轴向柱塞马达受力分析1-斜盘 2-缸体 3-柱塞 4-输出轴二、液压马达主要参数计算 1．工作压力与额定压力工作压力：输入马达油液的实际压力，其大小决定于马达的负载。

马达进口压力与出口压力的差值称为马达的压差。

额定压力：按试验标准规定，使马达连续正常工作的最高压力。

2．排量和流量 排量： V M (m 3/rad) 流量不计泄漏时的流量称理论流量q Mt ，考虑泄漏流量为实际流量q M 。

若泄漏流量为△q ，则q q q Mt M ∆+=且有 n V q M t M ⋅=π23．容积效率和转速容积效率ηMv ：理论输入流量与实际输入流量的比值，q q q q q t M tM t M Mv ∆+==η转速： mvMV q n ηπ2=4．转矩和机械效率在不计马达的损失情况下，其输出功率等于输入功率，即2t t T pq p nV p V ωπω===理论转矩： M t pV T =实际转矩T ：由于马达实际存在机械损失而产生损失扭矩ΔT ，使得比理论扭矩T t 小，即T T T t ∆-=马达的机械效率ηMm ：等于马达的实际输出扭矩与理论输出扭矩的比 t t t t Mm T T T T T T T ∆-=∆-==1η5．功率和总效率马达实际输入功率为pq M ，实际输出功率为Tω，马达总效率 ηM ：实际输出功率与实际输入功率的比值，即 MmMv Mvt Mm t MM q p T q p T ηηηωηωη⋅=⋅=⋅⋅=..6．最低回油背压最低回油背压是指液压马达为防止出现脱空现象，在回油腔必须保持的最低压力。

最低回油背压越小，液压马达的性能越好。

7．最低稳定转速最低稳定转速是指液压马达在额定负载下，不出现爬行现象的最低转速。

实际工作中，一般都希望最低稳定转速越小越好，这样就可以扩大马达的调速范围。

三、液压马达的主要结构形式 1．高速液压马达额定转速高于500r/min 的马达属于高速马达。

高速马达的基本形式有齿轮式、叶片式和轴向柱塞式。

它们主要特点是转速高，转动惯量小，便于启动、制动、调速和换向。

(1)齿轮式高速马达齿轮马达与齿轮泵的结构基本相同，齿轮马达的结构特征是：1)齿轮马达的进、回油通道对称布置，孔径相同，以使马达正反转时性能相同。

2)齿轮马达采用外泄油孔。

3)为适应齿轮马达正反转的工作要求，浮动侧板，卸荷槽等必须对称布置。

4)齿轮马达多采用滚动轴承，主要是为了减小摩擦损失，改善其启动性能。

5)为了减少转矩脉动，齿轮马达的齿数比齿轮泵的齿数多。

具体见图4-1、齿轮马达动画图、齿轮马达动画图1 齿轮马达动产品照片、零件(2)叶片式高速马达如图4-5、叶片马达图、叶片马达动画图所示，特点如下：图4-5 叶片式高速马达结构图1-销钉 2-燕式弹簧图4-5 叶片式高速马达结构图 1－销钉 2－燕式弹簧1)转子两侧面开有环形槽，其间放置燕式弹簧3，弹簧套在销子1上，并将叶片压向定子内表面，防止起动时高、低压腔互通，保证马达有足够的起动扭矩输出。

2)泵的壳体内装有梭阀，以适应马达正转或反转，马达的进、回油口互换时，保证叶片底部始终通入高压油，从而使叶片与定子紧密接触，保证密封容积的密封。

3)由于马达需要双向旋转，因此叶片槽呈径向布置。

(3)柱塞式高速液压马达 柱塞式高速液压马达一般都是轴向式。

如图4-3、轴向柱塞马达图、轴向柱塞马达产品图、零件柱塞爆炸图配流盘配流盘缸体和柱塞缸体柱塞柱塞滑鞭和柱塞斜盘2．低速液压马达转速高于500r/min的液压马达属于低速液压马达。

它的基本形式是径向柱塞式。

低速液压马达的主要特点是：排量大，体积大，转速低，可以直接与工作机构连接，不需要减速装置，使传动机构大大简化，低速液压马达的输出扭矩较大，可达几千到几万Nm，因此又称为低速大扭矩液压马达。

(1)径向柱塞马达径向柱塞马达为低速大扭矩液压马达。

低速液压马达按其每转作用次数，可分为单作用式和多作用式。

图4-6 单作用连杆型径向柱塞马达工作原理图a)工作原理 b)曲轴逆时针旋转90° c)曲轴逆时针旋转180°1-壳体 2-柱塞 3-连杆 4-偏心轮 5-配流轴 6-曲轴1)单作用连杆型径向柱塞马达 如图4-6、连杆马达图、轴配流液压马达图、五角径向马达装配动画所示为单作用连杆型径向柱塞马达工作原理图，其外型呈五角星状。

该马达由壳体1、曲轴6、配流轴5、连杆3、柱塞2、和偏心轮4等零件组成。

优点：结构简单，工作可靠。

缺点：体积大、重量大，转扭脉动，低速稳定性较差。

2)多作用内曲线柱塞马达 如图4-7、内曲线马达图、内曲线径向马达装配动画、内曲线径向马达动作图所示。

该马达由配流轴1、缸体2、柱塞3、横梁4、滚轮5、定子6和输出轴7等组成这种马达的排量较单行程马达增大了I 倍。

相当于有ZI 个柱塞。

由于当量柱塞数增加， 在同样工作压力下，输出矩相应增加，扭矩脉动率减小。

有时这种马达做成多排柱塞，柱塞数更多，输出扭矩进一步增加，扭矩脉动率进一步减小。

此这种马达可做成排量很大，并且可在很低转速成下平稳运转。

AB 图4-7 多作用内曲线径向柱塞马达结构图1-配流轴 2-缸体 3-柱塞组 4-横梁 5-滚轮 6-定子 7-输出轴第二节 液压缸一、液压缸概述液压缸是液压系统中的执行元件之一，它是一种把液体的压力能转换成机械能以实现直线往复运动的或往复摆动的能量转换装置。

1．液压缸的分类、特点和职能符号 液压缸的分类，特点及图型符号见表4-42．双杆活塞缸的基本参数计算双杆活塞缸的基本参数计算筒图见图4-8、双作用缸原理图。

因双杆活塞缸两端活塞杆直径相等，当分别向左、右两腔输入相同的压力和流量时，液压缸左、右两个方向上输出的推力F和速度υ相等，即()N3．单杆活塞缸的基本参数计算(1)无杆腔工作见大腔工作图，活塞上产生的推力F1和速度υ1分别为(N)式中 q 1——进油流量(2)v 2分别为 (N)式中 q 2——进油流量若q 1 =q =q ， p 1=p ， p 2=0则11pA F =22pA F =(3)差动连接活塞的推力F 3为由上式可知。

若使A 2推力均相等。

4．柱塞缸的基本参数计算柱塞缸见图4－12(N)见图4－13、图4-13b 、摆动缸原理图双叶片摆动缸的输出转矩是单叶片摆缸的两倍，而角速度则是单叶片摆缸的一半。

6．增压缸见图4－增压缸同一个活塞杆上的两个活塞直径是不同的。

当低压油p 1进入左端大腔时，活塞向右运动，其小腔输出高压油p 2。

7、增速缸见增速缸原理图、增速缸原理图2 8、伸缩缸见单作用伸缩缸原理图、单作用伸缩缸原理图2、双作用伸缩缸原理图、双作用伸缩缸原理图29、齿轮齿条缸 见齿轮齿条缸原理图二、液压缸的典型结构图4-15所示为双作用单活塞杆液压缸结构图。

它主要由缸底1、缓冲装置2、活塞8、缸筒11、活塞杆12、导向套13、端盖15、导向套13和密封装置等零件组成。

2．液压缸的组成结构见单杆活塞缸实体爆炸图液压缸一般由缸筒、缸盖、活塞、活塞杆、密封装置、缓冲装置和排气装置等组成。

活塞缸产品照片、零件(1)缸筒和缸盖缸筒和缸盖的结构形式与液压缸工作压力及所使用的材料有关。

工作压力小于10MPa时，使用铸铁材料，工作压力小于20MPa时使用无缝钢管，工作压力大于20MPa时使用铸钢或锻钢材料。

图4-16所示为常见的缸筒与缸盖结构形式及它们的连接形式。

图4-16a为焊接式连接，图4-16b为半环式连接。

图4-16c，f为螺纹式连接，有内螺纹连接和外连接两种方式。

图4-16d为拉杆式连接。

图4-16(2)活塞和活塞杆活塞和活塞杆的结构形式有整体式，螺纹连接式，半环连接式和销连接式等多种形式，如图4-17所示。

图4-17a螺纹式连接，此结构拆装方便，但在高压大负载下需要螺母防松装置。

图4-17c为半环连接，此结构较复杂，拆装不便，但工作可靠。

图4-17d为销式连接，此结构简单，多用于双活塞杆缸。

(3)密封装置密封分为动密封和静密封两大类。

设计和选用密封装置的基本要求是：密封装置应具有良好的密封性能，并随压力的增加能自动提高；动密封处运动阻力要小；密封装置要耐油抗腐蚀、耐磨、寿命长、制造简单、拆装方便。

常见的密封方法有以下几种。

1)1)间隙密封2)2)活塞环密封活塞环密封结构如图4-19所示。

3)密封圈密封密封圈采用橡胶，尼龙或其它高分子材料制成，密封圈密封是目前使用最为广泛的一种密封形式。

图4-20a,b,c分别表示了用O型，V型和Y型橡胶密封圈在活塞杆和端盖密封处的应用。

活塞杆密封处设置防尘圈。

防尘圈的唇边应朝向活塞杆外伸的一侧，如图4-20d所示。

4．缓冲装置为了减小冲击，防止碰撞，必须在高速高质量液压缸中设置缓冲装置。

常见缓冲装置的结构有环状间隙式、节流口面积可变式和节流口面积可调式等。

图4-21a是一种环状间隙式缓冲装置。

环状间隙缓冲装置的凸台也可做成圆锥凸台，如图4-21b所示，缓冲效果较好。

5．排气装置对于要求不高的液压缸往往将油口布置在缸筒两端最高处，使空气随油液排往油箱，再从油箱中逸出。

图4-24所示为排气塞结构。

当需要排气时，松开排气塞螺钉，空气随油液被排出缸外。