第三章液压执行元件
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第三章 液压泵和液压马达
二、轴向柱塞式液压马达
轴向柱塞式液压马达的工作原理可参照轴向柱塞泵
斜盘 2-缸体 3-柱塞 4-配流盘 5-轴 6-弹簧
2、结构特点
齿轮马达和齿轮泵在结构上的主要区别如下：
（1）齿轮泵一般只需一个方向旋转，为了减小径向不平衡液压力，
因此吸油口大，排油口小。而齿轮马达则需正、反两个方向旋转，
因此进油口大小相等。
（2）齿轮马达的内
泄漏不能像齿轮泵那样直接引到低压腔去，而必须单独的泄漏通
道引到壳体外去。因为齿轮马达低压腔有一定背压，如果泄漏油
积每转内吸油、压油两次，
称为双作用泵。双作用使
流量增加一倍，流量也相
应增加。
压油
吸油
图3-13 双作用叶片工作原理
2、结构上的若干特点
（1）保持叶片与定子内表面接触
转子旋转时保证叶片与定子内表面接触时泵正常工作的必要 条件。前文已指出叶片靠旋转时离心甩出，但在压油区叶片顶部 有压力油作用，只靠离心力不能保证叶片与定子可靠接触。为此， 将压力油也通至叶片底部。但这样做在吸油区时叶片对定子的压 力又嫌过大，使定子吸油区过渡曲线部位磨损严重。减少叶片厚 度可减少叶片底部的作用力，但受到叶片强度的限制，叶片不能 过薄。这往往成为提高叶片泵工作压力的障碍。
容积式液压泵的共同工作原理如下：
（1）容积式液压泵必定有一个或若干个周期变化的密封容积。密 封容积变小使油液被挤出，密封容积变大时形成一定真空度，油液 通过吸油管被吸入。密封容积的变换量以及变化频率决定泵的流量。 （2）合适的配流装置。不同形式泵的配流装置虽然结构形式不同， 但所起作用相同，并且在容积式泵中是必不可少的。
结束
§3-3 叶片泵和叶片油马达
叶片泵有两类：双作用和单作用叶片泵，双作用 叶片泵是定量泵，单作用泵往往做成变量泵。而马达只 有双作用式。
第三章 执行元件讲解
不相等，因此，活塞向右
运动。
特点：
差动连接时因回油腔的油液 利用两端面积差进行工作！
液压与气动技术
殷国栋 ygd@
6
液压缸的工作原理及设计计算
柱塞式液压缸
单活塞杆式液压缸
双活塞杆式液压缸
伸缩式液压缸
液压与气动技术
殷国栋 ygd@
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液压缸的工作原理及设计计算
双活塞杆式液压缸
单活塞杆式液压缸
伸缩式液压缸
液压与气动技术
殷国栋 ygd@
8
液压缸的工作原理及设计计算
活塞式液压缸分类：
双杆
按伸出活塞杆不同 单杆
无杆
按固定方式不同
缸体固定 活塞杆固定
液压与气动技术
殷国栋 ygd@
9
液压缸的工作原理及设计计算
（1）双杆活塞缸
特点： 1） 两腔面积相等； 2） 压力相同时，推力相等，
流量相同时，速度相等。
即具有等推力等速度特性！
液压与气动技术
殷国栋 ygd@
13
液压缸的工作原理及设计计算
单杆活塞缸 由于只在活塞的一端有活塞杆，使两 腔的有效工作面积不相等，因此在两腔分别输入流 量相同的情况特下点，：活塞的往复运动速度不相等。 12） ）压两力腔相面同积时不，等推，力A1不>单等A杆2 活塞缸的安装 流量相同时，速度不也等有缸筒固定和活 即不具有等推力等速度塞特杆性固！定两种，进、
d D v 1（5） v
由此可见，速比λv 越大，活塞杆直径d越大。
液压与气动技术
殷国栋 ygd@
18
液压缸的工作原理及设计计算
差动液压缸
单杆活塞缸的左右腔同时接 通压力油，如右图所示， 称为差动连接，此缸称为 差动液压缸。
第三章 液压马达解读
配流轴圆周均布2x 个配流窗口，其中x 个窗口对应于 a段，通高压油，x 个窗口对应于b段，通低压油（x≠z )；
输出轴 ，缸体与输出轴连成一体。
13
• 排量公式 v =（πd 2/4）sxyz
– s 为柱塞行程； x 为作用次数； y 为柱塞排数； z 为每排柱塞数 。
• 应用 转矩脉动小，径向力平衡，启 动转矩大，能在低速下稳定运转，普 遍用于工程、建筑、起重运输、煤矿、 船舶、农业等机械中。
接方式被称为差动连接。
27
两腔进油,差动联接
A1 A2
A1 A2
F3 F3
P1
v3
ΔP
等效
P1
v3
q
q
活塞的运动速度为：
(c)差动联接
？
q 4q v3 v 2 v A1 A2 d
在忽略两腔连通油路压力损失的情况下，差动连 接液压缸的推力为：
2 F3 p1 ( A1 A2 ) m d p1 v 4
24
A1
A2
有杆腔进油
P1 P2
F2
q
v2
(b)有杆腔进油
活塞的运动速度 v2 和推力 F2 分别为:
q 4q v2 v v 2 2 A2 (D d )
2 2 F2 ( p2 A2 p1 A1 ) m [( D d ) p2 D 2 p1 ] m 4
14
液压泵及液压马达的工作特点
液压泵的工作特点
液压泵的吸油腔压力过低将会产生吸油不足、
异常噪声，甚至无法工作。 液压泵的工作压力取决于外负载，为了防止 压力过高，泵的出口常常要采取限压措施。 变量泵可以通过调节排量来改变流量，定量 泵只有用改变转速的办法来调节流量。 液压泵的流量脉动。 液压泵（齿轮泵） “困油现象”。
液压与气动技术第3章 液压执行元件
第3章 液压执行元件
3.1
液压缸
液压缸的典型结构和组成
3.2
3.3
液压马达
3.1 液压缸
3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.1.5 液压缸的作用、类型和特点 活塞式液压缸 柱塞式液压缸 增压缸 摆动式液压缸
3.1.1 液压缸的作用、类型和特点
1．液压缸的作用 2．液压缸的类型和特点
图3-12
活塞杆头部结构形式
图3-13
活塞与活塞杆的连接
1—活塞杆 2—活塞 3—密封圈 4—卡环 5—套环 6—弹簧挡圈 7—螺母
5．盖板
盖板和缸筒的连接方法有焊接、 拉杆、法兰、螺纹连接等，如图3-14 所示。
图3-14
盖板与缸筒的连接
6．放气装置
大型双作用式液压缸则必须在前、 后端盖板设放气装置，如图3-15所示。
图3-8
增压缸
3.1.5
摆动式液压缸
图3-9（a）所示为单叶片式摆动缸。 图3-9（b）为双叶片式摆动缸。
图3-9
摆动缸Βιβλιοθήκη 3.2 液压缸的典型结构和组成
3.2.1 3.2.2 液压缸的典型结构 液压缸的组成
3.2.1
液压缸的典型结构
图3-10所示为双作用单活塞杆液压缸。
图3-10
双作用单活塞杆液压缸
3.1.2 活塞式液压缸
1．双杆式活塞缸 2．单杆式活塞缸 3．差动液压缸
1．双杆式活塞缸
双杆式活塞缸的活塞两端各有一 根直径相等的活塞杆伸出，如图3-1所 示。 它根据安装方式不同又可以分为 缸体固定式和活塞杆固定式两种，如 图3-2所示。
1．双杆式活塞缸
图3-1
双杆式活塞缸
1．双杆式活塞缸
3.1
液压缸
液压缸的典型结构和组成
3.2
3.3
液压马达
3.1 液压缸
3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.1.5 液压缸的作用、类型和特点 活塞式液压缸 柱塞式液压缸 增压缸 摆动式液压缸
3.1.1 液压缸的作用、类型和特点
1．液压缸的作用 2．液压缸的类型和特点
图3-12
活塞杆头部结构形式
图3-13
活塞与活塞杆的连接
1—活塞杆 2—活塞 3—密封圈 4—卡环 5—套环 6—弹簧挡圈 7—螺母
5．盖板
盖板和缸筒的连接方法有焊接、 拉杆、法兰、螺纹连接等，如图3-14 所示。
图3-14
盖板与缸筒的连接
6．放气装置
大型双作用式液压缸则必须在前、 后端盖板设放气装置，如图3-15所示。
图3-8
增压缸
3.1.5
摆动式液压缸
图3-9（a）所示为单叶片式摆动缸。 图3-9（b）为双叶片式摆动缸。
图3-9
摆动缸Βιβλιοθήκη 3.2 液压缸的典型结构和组成
3.2.1 3.2.2 液压缸的典型结构 液压缸的组成
3.2.1
液压缸的典型结构
图3-10所示为双作用单活塞杆液压缸。
图3-10
双作用单活塞杆液压缸
3.1.2 活塞式液压缸
1．双杆式活塞缸 2．单杆式活塞缸 3．差动液压缸
1．双杆式活塞缸
双杆式活塞缸的活塞两端各有一 根直径相等的活塞杆伸出，如图3-1所 示。 它根据安装方式不同又可以分为 缸体固定式和活塞杆固定式两种，如 图3-2所示。
1．双杆式活塞缸
图3-1
双杆式活塞缸
1．双杆式活塞缸
3第三章液压泵及液压马达(1)
2. 工作原理
3. 流量
q 2 k z m2 b n V
4. 特点
流量和压力的脉动较小；无困油区，噪声较低； 加工难价格高；轮齿接触应力小，泵的寿命较长。
（二）摆线形内啮合齿轮泵
1 . 主要组成
摆线齿轮泵又称为转子泵，由两齿轮及 前后端盖等组成。且两齿轮相差一个齿。
2. 工作原理
吸油 —— 左半部分，轮齿脱开啮合，容积↑ 压油 —— 右半部分，轮齿进入啮合，容积↓
三 液压泵（马达）的性能参数
液压泵（马达）的性能参数主要有： 压力 转速
排量和流量 功率和效率
一、 排量、流量和压力
1. 压 力
⑴ 工作压力（p） —— 液压泵（或马达）工作时输出液体的实际压力。 其值取决于负载（包括管路阻力）。
(2) 额定压力（p n）—— 油泵（或马达）铭牌上标注的压力值。指在 连续运转情况下所允许使用的工作压力。它能使泵（或马达）具有较高的 容积效率和较长的使用寿命。
轴套 采用浮动轴套的中高压齿轮泵结构图
2. 高压内啮合齿轮泵
➢ 轴向间隙补偿原理
与外啮合齿轮泵浮动侧板的补偿相似，也是利用背压使两侧的浮 动侧板紧贴在小齿轮、内齿环和填隙片端面上；磨损后，也可利用背 压自动补偿。
➢ 径向间隙补偿原理
径向半圆支承块（15）的下面也有两个背压室，各背压室均与压 油腔相同。在背压作用下，半圆支承块推动内齿环，内齿环（6）又 推动填隙片与小齿轮齿顶相接触，形成高压区的径向密封。同时，可 自动补偿各相对运动间的磨损。
qt qm
qm q qm
1
q qm
(6) 马达总效率（ηm）
液压马达的总效率是实际输出功率与实际输入功率的比值，即：
m
第三章液压执行元件
p1
p2 )D2
p2d 2 ]
v1
q A1
4q
D 2
b）从有杆腔进油时，活塞上所产生的推力
Ｆ2和速度ｖ2
F2
A2 p1
A1 p2
4 [( p1
p2 )D2
p1d 2 ]
q
4q
v2 A2 (D 2 d 2 )
C）速度比
v
v2 v1
1 1 (d / D)2
3.差动液压缸——单杆活塞缸的左右两腔同 时通压力油，称为差动液压缸。
(二)液压缸的组成 液压缸的结构基本上可以分为缸筒和
缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装 置和排气装置五个部分。
1、缸筒与缸盖
2、活塞和活塞杆
3、密封装置 用以防止油液的泄漏(液压缸一般不允许外泄 并要求内泄漏尽可能小)。
4．缓冲装置 目的：使活塞接近终端时，增达回油阻力， 减缓运动件的运动速度，避免冲击。
3．液压马达的转速和低速稳定性
1）转速
n
q V
v
2）爬行现象——当液压马达工作转速过低 时，往往保持不了均匀的速度，进入时动 时停的不稳定状态，这就是所谓爬行现象
• 和其低速摩擦阻力特性有关。
• 另外，液压马达排量本身及泄漏量也在 随转子转动的相位角变化作周期性波动， 这也会造成马达转速的波动
4．调速范围 液压马达的调速范围以允许的最大转速和 最低稳定转速之比表示，即
当E1=E2时，工作部件的机械能全部被缓冲 腔液体所吸收，由上两式得
pc
E2 Ac l c
节流口可调式则最大的缓冲压力即冲击压
力为
pc max
pc
mv02 2 Aclc
5．液压缸稳定性校核 当 l/d ≤15时 一般不用校核 当 l/d ≥15时 必须进行校核，即F<Fk F为活塞杆承受的负载力，Fk为保持工作稳 定的临界负载力
第三章 液压泵与液压马达
q max q min q
它是衡量容积式泵流量品质的一个重要指标。在 容积式泵中，齿轮泵的流量脉动最大，并且齿数愈少 ，脉动率愈大。这是外啮合齿轮泵的一个缺点。所以 ，齿轮泵一般用于对工作平稳性要求不高的场合，要 求平稳性高的高精度机械不宜采用齿轮泵。
第二节、外啮合齿轮泵的困油现象
一、困油现象 齿轮泵要平稳地工作，齿轮啮合的重合度必须大于 1，即有两对轮齿同时啮合的时刻，因此，就会有一部 分油液困在两对轮齿所形成的封闭容积之内，如图所示 。这个封闭容积先随齿轮转动逐渐减小（由图（a）到 图（b）），然后又逐渐增大（由图（b）到图（c）） 。
一、径向不平衡力： 在齿轮泵中，液体作用在齿轮外 缘的压力是不均匀的，从低压腔到高 压腔，压力沿齿轮旋转的方向逐齿递 增，因此齿轮和轴受到径向不平衡力 的作用。工作压力越高，径向不平衡 力也越大。径向不平衡力很大时，能 使泵轴弯曲，导致齿顶接触泵体，产 生摩擦；同时也加速轴承的磨损，降 低轴承使用寿命。为了减小径向不平 衡力的影响，常采取缩小压油口的办 法，使压油腔的压力油仅作用在一个 齿到两个齿的范围内；同时适当增大 径向间隙，使齿顶不和泵体接触。
第一节 外啮合齿轮泵工作原理及流量公式
吸排方向取 决于转向， 脱开啮合的 一侧与吸入 管连通，进 入啮合的一 侧与排出管 连通。
一、外啮合齿轮泵工作原理
密封工作腔：泵体、端盖和齿轮的各个齿 间槽组成了若干个密封工作容积。
配流：齿轮啮合线将吸油区和压油区隔开， 起配流作用。 吸油过程：轮齿脱开啮合→V ↑ → p ↓ →吸油； 排油过程：轮齿进入啮合→V ↓ → p ↑ →排油。
(2)输出功率
理论输出功率 Pot qt .p
实际输出功率 Pop q p .p
《液压控制课件》第三章 液压动力元件频率响应分析-
五、频率响应分析阀控液压缸对指令输入和对干扰输入的动态特性由相应的传递函数及其性能参数确定。
频率响应：以没有弹性负载为例，分析伯德图；1、幅频特性；系统对正弦信号的输入，输出的幅值比；2、相频特性；系统对正弦信号的输入，输出的相位差；稳定性；稳定性的判别方法.采用频率响应分析便于对系统的特性设计和调整.(一)没有弹性负载时的频率响应分析1、对指令输入Xv的频率响应系统传函结构对指令输入Xv的动态响应特性由传递函数式(3—20)表示，由比例、积分和二阶振荡环节组成；主要的性能参数：速度放大系数K q/A p；液压固有频率ωh；液压阻尼比ζh。
2、传函各分量伯德图绘制及特性采用对数和等比坐标，将复杂的系统性能的描述，简化成简单的图形表述和分析。
典型环节的伯德图及其物理意义：系统输入信号为正弦时，系统输出信号与输入信号的幅值比与输入频率之间的关系；比例环节，相当于杠杆放大；积分环节，相当于油缸位移对阀口输入的响应；惯性环节，相当于推动质量；二阶环节，相当于弹簧质量系统对输入的响应；3、对指令输入Xv系统伯德图的绘制和分析伯德图的绘制图3—3采用代数叠加法，纵坐标采用对数坐标，横坐标采用等比坐标，将曲线改成直线，便于绘制相应系统的伯德图伯德图的分析1）稳定性采用幅值裕量和相位裕量评判方法；2）速度放大系数K q/A p速度放大系数影响曲线的上下平移；3）穿越频率ωc穿越频率可以判断系统的快速性；4）转折频率ωh转折频率影响影响系统的稳定性。
4、动力元件各参数对系统的影响1）速度放大系数K q/A p液压缸活塞的输出速度与阀的输入位移成比例，比例系数K q/A p即为速度放大系数(速度增益)。
表示阀对液压缸活塞控制的灵敏度。
速度放大系数直接影响系统的稳定性、响应速度和精度。
提高速度放大系数：提高系统的响应速度和精度，但使系统的稳定性变坏。
放大系数随阀的流量增益变化而变化。
在零位工作点，阀的流量增益Kq最大，而流量—压力系数Kc最小，所以系统的稳定性最差。
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第三章 液压执行元件
液压执行元件是将液压泵提供的液压能转变
为机械能的能量转换装置，它包括液压缸和液压
马达。
液压马达
第一节 液压马达
一、液压马达的特点及分类
1.液压马达与泵的相同点
• 从原理上讲，马达和泵是可逆的。
• 从结构上看，马达和泵是相似的。
• 工作原理均是利用密封工作容积的变化进 行工作。
2.泵和马达的不同点
• 液压马达的容积效率比泵低，通常泵的转 速高。而马达输出较低的转速。
• 液压泵是连续运转的，油温变化相对较小， 马达经常空转或停转，受频繁的温度冲击。
• 泵与原动机装在一起，主轴不受额外的径 向负载。而马达直接装在轮子上或与皮带、 链轮、齿轮相连接时，主轴将受较高的径 向负载。
3.液压马达的分类
缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装 置和排气装置五个部分。
1、缸筒与缸盖
2、活塞和活塞杆
3、密封装置 用以防止油液的泄漏(液压缸一般不允许外泄 并要求内泄漏尽可能小)。
4．缓冲装置 目的：使活塞接近终端时，增达回油阻力， 减缓运动件的运动速度，避免冲击。
1）节流缓冲装置 a）缝隙节流
b）小孔节流
m0
T0 Tt
T0为马达的启动转矩，ηm0为启动机械效率
3．液压马达的转速和低速稳定性
1）转速
n
q V
v
2）爬行现象——当液压马达工作转速过低 时，往往保持不了均匀的速度，进入时动 时停的不稳定状态，这就是所谓爬行现象
• 和其低速摩擦阻力特性有关。
• 另外，液压马达排量本身及泄漏量也在 随转子转动的相位角变化作周期性波动， 这也会造成马达转速的波动
• 马达起动时需克服较大的静摩擦力，，因 此要求起动扭矩大，扭矩脉动小，内部摩 擦小（如齿轮马达的齿数不能象齿轮泵那 样少）。
• 泵－希望容积效率高；马达－希望机械效 率高。
• 叶片泵的叶片倾斜安装，叶片马达的叶片 则径向安装（考虑正反转）。
• 叶片马达的叶片依靠根部的预紧弹簧以及 压力油，使其压紧在定子表面上，而叶片 泵的叶片则依靠根部的压力油和离心力压 紧在定子表面上。
FF
p
4
d2
FT FF tan
三、液压马达的基本参数和基本性能 1．液压马达的排量V、排量和转矩的关系
pq Tt
因为ω＝2πn，q=vn所以液压马达的理论转
矩Tt为
Tt
pV
2
2、液压马达的机械效率和启动机械效率
1）机械效率 T pVm 2
T为实际输出的转矩，ηm为机械效率 2）启动机械效率
E1 pc Aclc
E2
pp Aplc
1Hale Waihona Puke 2mv02Ff lc
l力 积c为， ，缓Am冲c，，长vAc为度p为工，缓作p冲c为部腔缓件，冲的高腔总压中质腔的量有平和效均速工缓度作冲，面压Ff 为摩擦力
当E1=E2时，工作部件的机械能全部被缓冲 腔液体所吸收，由上两式得
pc
E2 Ac l c
Kp1
2．伸缩缸——由两个或多个活塞式液压缸套 装而成，前一级活塞缸的活塞是后一级活 塞缸的缸筒。
3．齿轮缸 ——又称无杆式活塞缸，它由两 个柱塞缸和一套齿轮齿条传动装置组成， 特点是将直线运动转换为回转运动
二、液压缸的典型结构和组成 (一)液压缸的典型结构举例
(二)液压缸的组成 液压缸的结构基本上可以分为缸筒和
• 泵是能源装置，马达是执行元件。
• 泵的吸油腔一般为真空（为改善吸油性和 抗气蚀耐力），通常进口尺寸大于出口， 马达排油腔的压力稍高于大气压力，没有 特殊要求，可以进出油口尺寸相同。
• 泵的结构需保证自吸能力，而马达无此要 求。
• 马达需要正反转（内部结构需对称），泵 一般是单向旋转。
• 马达的轴承结构，润滑形式需保证在很宽 的速度范围内使用，而泵的转速虽相对比 较高，但变化小，故无此苛刻要求。
3）推力和速度 a）从无杆腔进油时，活塞上所产生的推力
Ｆ1和速度ｖ1
F1
A1 p1
A2 p2
4 [( p1
p2 )D2
p2d 2 ]
v1
q A1
4q
D 2
b）从有杆腔进油时，活塞上所产生的推力
Ｆ2和速度ｖ2
F2
A2 p1
A1 p2
4 [( p1
p2 )D2
p1d 2 ]
1.双杆式活塞缸——活塞两端都有一根直径 相等的活塞杆伸出 1）缸筒固定 2）活塞杆固定式
3）推力Ｆ和速度ｖ为：
a）推力Ｆ
F
A( p1
p2 )
4
(D2
d 2 )(
p1
p2 )
b）速度ｖ
v q 4q
A (D2 d 2)
2.单杆式活塞缸——活塞只有一端带活塞杆 1）缸筒固定 2）活塞杆固定式
节流口可调式则最大的缓冲压力即冲击压
力为
pc max
pc
mv02 2 Aclc
5．液压缸稳定性校核 当 l/d ≤15时 一般不用校核 当 l/d ≥15时 必须进行校核，即F<Fk F为活塞杆承受的负载力，Fk为保持工作稳 定的临界负载力
b）特点是：排量大，体积大，转速低，
二、液压马达的工作原理 1、叶片式液压马达
• 优点：体积小，转动惯量小，因此动作灵 敏。允许频繁换向（甚至可以在千分之几 秒内换向）。
• 缺点：泄漏较大，不能在低转速下工作。 所以叶片式马达一般用于高转速、低扭矩 以及动作要求灵敏的场合。
2.径向柱塞式液压马达
v2
q A2
4q
(D2 d 2)
C）速度比
v
v2 v1
1 1 (d / D)2
3.差动液压缸——单杆活塞缸的左右两腔同 时通压力油，称为差动液压缸。
活塞推力F3
F3 p1 ( A1
A和2 )运动p1速4 度d 2v3
v3
q q A1
q
4
(D2
d
2
)v3
1）高速液压马达：额定转速高于500r/min的 属于高速液压马达；
a）基本形式：齿轮式、螺杆式、叶片式和 轴向柱塞式等。
b）特点是：转速较高，转动惯量小，便于 起动和制动，调节（调速和换向）灵敏度 高。
2）低速液压马达：额定转速低于500r/min的 则属于低速液压马达。
a）基本形式：径向柱塞式
4．调速范围 液压马达的调速范围以允许的最大转速和 最低稳定转速之比表示，即
i nmax nmin
第二节 液压缸
液压缸是将液压泵输出的压力能转换为 机械能的执行元件，它主要是用来输出直 线运动（也包括摆动运动）。 一、液压缸的分类 液压缸按其结构形式，可以分为活塞缸、 柱塞缸和摆动缸三类。 （一）活塞式液压缸 分为双杆式和单杆式
C）三角槽缓冲装置
d）阀式卸压缓冲装置
如图所示为安装在活塞上的双向卸压缓冲 阀。
5．排气装置
三、液压缸的设计和计算
1．液压缸设计中应注意的问题
(1)尽量使液压缸的活塞杆在受拉状态下承受最大 负载，或在受压状态下具有良好的纵向稳定性。
(2)考虑液压缸行程终了处的制动伺题和液压缸的 排气问题。
(3) 正确确定液压缸的安装、固定方式。 (4)液压缸各部分的结构需根据推荐的结构形式和 设计标准进行设计，尽可能做到结构简单、紧凑、 加工、装配和维修方便。
D2
4
v3
4q
d 2
（二）柱塞缸 是一种单作用液压缸
柱塞上所产生的推力 Ｆ和速度ｖ为
F pA p d 2
4
v q 4q
A d 2
（三）摆动缸
当它通入压力油时，它的主轴能输出小于
360o的摆动运动，它的输出转矩Ｔ和角速度
ω各为
T
b
( p R2
R1
1
p2 )rdr
D／δ≥10
pyD
2[ ]
D／δ<10
D
[ ] 0.4 py
1
2 [ ] 1.3 py
2）活塞杆直径校核
d 4F
[ ]
3）液压缸盖固定螺栓直径校核
5.2kF
d s z[ ]
4．缓冲计算
液压缸在缓冲时，缓冲腔内产生的液压能
E1和工作部件产生的机械能E2分别为
2．液压缸主要尺寸的确定 （1）缸筒内径D ：根据负荷，工作压力，运
动速度和输入的流量确定 （2）活塞杆直径d
d D v 1 v
(3)液压缸缸筒长度L
由最大工作行程长度决定，L≤ 20D
(4)最小导向长度
H L D 20 2
3．强度校核
1）缸筒壁厚校核 δ为壁厚，py为缸筒试
验压力
b 2
(
R22
R12 )( p1
p2 )
n
q v
( R22
q
R12 )b
2n
2q
(R22 R12
)b
2q b(R22
R12
)
(四)其它液压缸 1．增压缸——又称增压器，有单作用和双作 用两种型式，
p2
4
d2
p1
4
液压执行元件是将液压泵提供的液压能转变
为机械能的能量转换装置，它包括液压缸和液压
马达。
液压马达
第一节 液压马达
一、液压马达的特点及分类
1.液压马达与泵的相同点
• 从原理上讲，马达和泵是可逆的。
• 从结构上看，马达和泵是相似的。
• 工作原理均是利用密封工作容积的变化进 行工作。
2.泵和马达的不同点
• 液压马达的容积效率比泵低，通常泵的转 速高。而马达输出较低的转速。
• 液压泵是连续运转的，油温变化相对较小， 马达经常空转或停转，受频繁的温度冲击。
• 泵与原动机装在一起，主轴不受额外的径 向负载。而马达直接装在轮子上或与皮带、 链轮、齿轮相连接时，主轴将受较高的径 向负载。
3.液压马达的分类
缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装 置和排气装置五个部分。
1、缸筒与缸盖
2、活塞和活塞杆
3、密封装置 用以防止油液的泄漏(液压缸一般不允许外泄 并要求内泄漏尽可能小)。
4．缓冲装置 目的：使活塞接近终端时，增达回油阻力， 减缓运动件的运动速度，避免冲击。
1）节流缓冲装置 a）缝隙节流
b）小孔节流
m0
T0 Tt
T0为马达的启动转矩，ηm0为启动机械效率
3．液压马达的转速和低速稳定性
1）转速
n
q V
v
2）爬行现象——当液压马达工作转速过低 时，往往保持不了均匀的速度，进入时动 时停的不稳定状态，这就是所谓爬行现象
• 和其低速摩擦阻力特性有关。
• 另外，液压马达排量本身及泄漏量也在 随转子转动的相位角变化作周期性波动， 这也会造成马达转速的波动
• 马达起动时需克服较大的静摩擦力，，因 此要求起动扭矩大，扭矩脉动小，内部摩 擦小（如齿轮马达的齿数不能象齿轮泵那 样少）。
• 泵－希望容积效率高；马达－希望机械效 率高。
• 叶片泵的叶片倾斜安装，叶片马达的叶片 则径向安装（考虑正反转）。
• 叶片马达的叶片依靠根部的预紧弹簧以及 压力油，使其压紧在定子表面上，而叶片 泵的叶片则依靠根部的压力油和离心力压 紧在定子表面上。
FF
p
4
d2
FT FF tan
三、液压马达的基本参数和基本性能 1．液压马达的排量V、排量和转矩的关系
pq Tt
因为ω＝2πn，q=vn所以液压马达的理论转
矩Tt为
Tt
pV
2
2、液压马达的机械效率和启动机械效率
1）机械效率 T pVm 2
T为实际输出的转矩，ηm为机械效率 2）启动机械效率
E1 pc Aclc
E2
pp Aplc
1Hale Waihona Puke 2mv02Ff lc
l力 积c为， ，缓Am冲c，，长vAc为度p为工，缓作p冲c为部腔缓件，冲的高腔总压中质腔的量有平和效均速工缓度作冲，面压Ff 为摩擦力
当E1=E2时，工作部件的机械能全部被缓冲 腔液体所吸收，由上两式得
pc
E2 Ac l c
Kp1
2．伸缩缸——由两个或多个活塞式液压缸套 装而成，前一级活塞缸的活塞是后一级活 塞缸的缸筒。
3．齿轮缸 ——又称无杆式活塞缸，它由两 个柱塞缸和一套齿轮齿条传动装置组成， 特点是将直线运动转换为回转运动
二、液压缸的典型结构和组成 (一)液压缸的典型结构举例
(二)液压缸的组成 液压缸的结构基本上可以分为缸筒和
• 泵是能源装置，马达是执行元件。
• 泵的吸油腔一般为真空（为改善吸油性和 抗气蚀耐力），通常进口尺寸大于出口， 马达排油腔的压力稍高于大气压力，没有 特殊要求，可以进出油口尺寸相同。
• 泵的结构需保证自吸能力，而马达无此要 求。
• 马达需要正反转（内部结构需对称），泵 一般是单向旋转。
• 马达的轴承结构，润滑形式需保证在很宽 的速度范围内使用，而泵的转速虽相对比 较高，但变化小，故无此苛刻要求。
3）推力和速度 a）从无杆腔进油时，活塞上所产生的推力
Ｆ1和速度ｖ1
F1
A1 p1
A2 p2
4 [( p1
p2 )D2
p2d 2 ]
v1
q A1
4q
D 2
b）从有杆腔进油时，活塞上所产生的推力
Ｆ2和速度ｖ2
F2
A2 p1
A1 p2
4 [( p1
p2 )D2
p1d 2 ]
1.双杆式活塞缸——活塞两端都有一根直径 相等的活塞杆伸出 1）缸筒固定 2）活塞杆固定式
3）推力Ｆ和速度ｖ为：
a）推力Ｆ
F
A( p1
p2 )
4
(D2
d 2 )(
p1
p2 )
b）速度ｖ
v q 4q
A (D2 d 2)
2.单杆式活塞缸——活塞只有一端带活塞杆 1）缸筒固定 2）活塞杆固定式
节流口可调式则最大的缓冲压力即冲击压
力为
pc max
pc
mv02 2 Aclc
5．液压缸稳定性校核 当 l/d ≤15时 一般不用校核 当 l/d ≥15时 必须进行校核，即F<Fk F为活塞杆承受的负载力，Fk为保持工作稳 定的临界负载力
b）特点是：排量大，体积大，转速低，
二、液压马达的工作原理 1、叶片式液压马达
• 优点：体积小，转动惯量小，因此动作灵 敏。允许频繁换向（甚至可以在千分之几 秒内换向）。
• 缺点：泄漏较大，不能在低转速下工作。 所以叶片式马达一般用于高转速、低扭矩 以及动作要求灵敏的场合。
2.径向柱塞式液压马达
v2
q A2
4q
(D2 d 2)
C）速度比
v
v2 v1
1 1 (d / D)2
3.差动液压缸——单杆活塞缸的左右两腔同 时通压力油，称为差动液压缸。
活塞推力F3
F3 p1 ( A1
A和2 )运动p1速4 度d 2v3
v3
q q A1
q
4
(D2
d
2
)v3
1）高速液压马达：额定转速高于500r/min的 属于高速液压马达；
a）基本形式：齿轮式、螺杆式、叶片式和 轴向柱塞式等。
b）特点是：转速较高，转动惯量小，便于 起动和制动，调节（调速和换向）灵敏度 高。
2）低速液压马达：额定转速低于500r/min的 则属于低速液压马达。
a）基本形式：径向柱塞式
4．调速范围 液压马达的调速范围以允许的最大转速和 最低稳定转速之比表示，即
i nmax nmin
第二节 液压缸
液压缸是将液压泵输出的压力能转换为 机械能的执行元件，它主要是用来输出直 线运动（也包括摆动运动）。 一、液压缸的分类 液压缸按其结构形式，可以分为活塞缸、 柱塞缸和摆动缸三类。 （一）活塞式液压缸 分为双杆式和单杆式
C）三角槽缓冲装置
d）阀式卸压缓冲装置
如图所示为安装在活塞上的双向卸压缓冲 阀。
5．排气装置
三、液压缸的设计和计算
1．液压缸设计中应注意的问题
(1)尽量使液压缸的活塞杆在受拉状态下承受最大 负载，或在受压状态下具有良好的纵向稳定性。
(2)考虑液压缸行程终了处的制动伺题和液压缸的 排气问题。
(3) 正确确定液压缸的安装、固定方式。 (4)液压缸各部分的结构需根据推荐的结构形式和 设计标准进行设计，尽可能做到结构简单、紧凑、 加工、装配和维修方便。
D2
4
v3
4q
d 2
（二）柱塞缸 是一种单作用液压缸
柱塞上所产生的推力 Ｆ和速度ｖ为
F pA p d 2
4
v q 4q
A d 2
（三）摆动缸
当它通入压力油时，它的主轴能输出小于
360o的摆动运动，它的输出转矩Ｔ和角速度
ω各为
T
b
( p R2
R1
1
p2 )rdr
D／δ≥10
pyD
2[ ]
D／δ<10
D
[ ] 0.4 py
1
2 [ ] 1.3 py
2）活塞杆直径校核
d 4F
[ ]
3）液压缸盖固定螺栓直径校核
5.2kF
d s z[ ]
4．缓冲计算
液压缸在缓冲时，缓冲腔内产生的液压能
E1和工作部件产生的机械能E2分别为
2．液压缸主要尺寸的确定 （1）缸筒内径D ：根据负荷，工作压力，运
动速度和输入的流量确定 （2）活塞杆直径d
d D v 1 v
(3)液压缸缸筒长度L
由最大工作行程长度决定，L≤ 20D
(4)最小导向长度
H L D 20 2
3．强度校核
1）缸筒壁厚校核 δ为壁厚，py为缸筒试
验压力
b 2
(
R22
R12 )( p1
p2 )
n
q v
( R22
q
R12 )b
2n
2q
(R22 R12
)b
2q b(R22
R12
)
(四)其它液压缸 1．增压缸——又称增压器，有单作用和双作 用两种型式，
p2
4
d2
p1
4