液压与气压传动第四章

第四章液压传动执行元件The actuator of hydraulic transmission§4.1 液压马达Hydraulic motor一.概述液压马达可分为回转式和摆动式两大类，通常把回转式称为液压马达，把摆动式称为摆动马达或摆动式液压缸。

回转式液压马达也分为齿轮式、叶片式、柱塞式三大类，也有定量马达和变量马达之分。

摆动式马达主要分为单叶片式和双叶片式。

液压马达的图形符号见表4-1。

液压马达和液压缸都是执行元件，都是把输入的液压能转变成机械能的能量转换装置。

基本工作原理都是靠工作腔的容积变化而工作的。

二．液压马达的主要工作参数（一）压力1．工作压力Δpm2．额定压力pnm3．最高压力pMm（二）排量和流量1．排量V m2．理论流量q tmq tm =V m n om 3．实际流量q m 实际流量指单位时间输入马达的液体体积。

如果忽略泵的排油口到马达进油口的泄漏量，液压泵的输出流量q p 等于马达的实际流量q m q m =q p =V p n ip ηVpm tm om V q n =π2mm m om ηpV T ∆=（三）马达的转速和转矩3．马达的实际转矩T om 2．马达的理论转矩T tm1. 马达的转速n ommtm om λT T T -=实际输出转矩和理论转矩关系（四）马达的功率pm m m im q p q p P ∆=∆=2．马达的理论功率P tm tmom om m m tm m tm 2T n n V p q p P π=∆=∆=3．马达的输出功率P omomom om π2T n P =tmVm im P P =ηtmom om m m tm m Vm m m Vm im π2T n n V p q p q p P =∆=∆=∆=ηη马达的输入功率和理论功率之关系1. 马达的输入功率P imomm m tm P P =η马达的理论功率和输出功率之关系omom mm tm om mm om m m mm tm m π2π2ΔΔT n T n n V p q p ===ηηη（五）马达的效率mm m m m m tm Vm1q q q q q q q λλ-=-==η2．马达的机械效率ηmm tmm tm m tm tm om mm 1T T T T T T T λλ-=-==η3．马达的总效率ηmmm Vm Vmtm m mm tm om m m om om im om m π2π2ηηηηη=∆=∆==q p T n q p T n P P 1．马达的容积效率ηVm三.液压马达工作原理及结构（一）斜盘式轴向柱塞液压马达1·工作原理2m 4πd p F x ⋅∆=γγtan 4πtan 2m x y d p F F ∆==θγθsin tan 4πsin 2m y oj R d p R F T ⋅⋅⋅∆=⋅=θγsin tan 4π2m om R d p T ∑∆=2．结构变量斜盘式轴向柱塞马达的典型结构是与CCY14－1B泵完全互换的液压马达，结构上没有任何改变。

图4-2是定量斜盘式轴向柱塞马达。

（二）多作用内曲线液压马达2m r 4πd p F ∆=F t = F r tan γ四· 摆动式液压马达oscillating motor摆动式液压马达驱动负载作往复摆动。

按叶片个数分为单叶片和双叶片两种。

叶片有薄叶片和块状叶片两种形式。

单叶片式摆动液压马达受一个定子限制，其摆角是双叶片式的二倍（双叶片式有对称的两个定子限制）。

由于单叶片式摆动液压马达有效作用面积是双叶片式摆动液压马达的二分之一，所以摆动速度是双叶片的二倍，但输出转矩为双叶片的一半。

薄叶片式运动灵活，但承载能力差些。

块状叶片式承载能力强，但惯性大。

单叶片式摆动马达的摆动角速度ω和转矩T 分别为)(822Vm m d D B q -=ηω单叶片式摆动马达摆角小于360˚，双叶片式摆角小于180˚，具体摆角大小视叶片和定子厚度而定。

mm m 22)(8ηp d D B T ∆-=五. 液压马达选用1.根据负载转矩和转速要求确定马达的转矩和转速；2. 通过负载和转速确定马达的工作压力和排量；3. 根据是否需要调速确定采用定量马达还是变量马达。

如果需要调速, 采用变量马达比较节能。

4. 种类选择可参照泵的选择依据，最后查阅马达产品样本或相关手册选用合适的马达。

第二节液压缸cylinder一．液压缸类型、特点及工作参数液压缸分为活塞式、柱塞式、组合式三类(一)活塞式液压缸活塞式液压缸分为双杆活塞式和单杆活塞式。

1．双杆活塞式液压缸双杆活塞式液压缸属于双作用液压缸,图形符号为双作用双杆活塞式液压缸有两个工作腔。

向液压缸左右腔交替输入压力油液时，液压缸可左右往复运动。

由于液压缸的左右腔有效作用面积相等，如果输入的流量和压力不变，则往复运动的拉力和速度是相等的。

这种缸虽然结构复杂、同轴度要求高，但承受的是拉力，所以活塞杆径可设计的小些，从而节约材料。

双杆活塞式液压缸有两种连接和固定形式：当缸筒与机架固连，杆与运动部件相连接时，运动部件的实际运动范围是活塞在缸筒内有效行程L的三倍；当杆与机架固连，缸筒与运动部件相连接时，运动部件的实际运动范围是活塞在缸筒内有效行程L的二倍。

双杆活塞式液压缸的拉力和运动速度计算拉力F 1和F 2()())(4π2221212 1d D p p A p p F F --=-==往复运动速度υ1和υ2)π(42221d D q A q -===υυ2．单杆活塞式液压缸单杆活塞式液压缸又分为双作用式和单作用式两种。

（1）双作用单杆活塞式液压缸双作用单杆活塞式液压缸的图形符号为不论缸筒固定还是杆固定，其运动范围都是活塞有效行程的二倍。

单杆活塞式液压缸的推、拉力和运动速度计算推力F 122111A p A p F -=)(4π4π22221d D p D p --=()222214π4πd p D p p +-=进给速度υ121π4Dq =υ拉力F 212212A p A p F -=222214π)(4πD p d D p --=212214π4π)(d p D p p --=退回速度υ2()222π4d D q -=υ单杆活塞式液压缸往复运动的速度比λ的确定22212dD D -==υυλ由已知λ和缸筒内径D 即可确定杆径dλ11-=D d 当λ=2时2Dd =具有的液压缸称为差动式液压缸差动式液压缸工作原理见图4-8d D 2=差动式液压缸在非差动连接时的推拉力和速度计算同单杆缸的计算。

差动式液压缸在差动连接时的推力用F 3表示)(213A A p F -=)(4π4π222d D p D p --=24πd p =差动式液压缸在差动连接时的进给速度用υ3表示21233π4dq A A q =+=υυ（2）单作用单杆活塞式液压缸（二）柱塞式液压缸柱塞式液压缸的图形符号为柱塞式液压缸的推力、速度计算如下推力F24πd p pA F ==速度υ2π4dq A q ==υ（三）组合式液压缸组合式液压缸最典型的是伸缩缸、增压缸和齿轮齿条缸1．伸缩缸伸缩缸在结构上也分为单作用和双作用式其图形符号分别为2．增压缸增压缸分为单作用式和双作用式两种单作用式的图形符号为经过增压缸输出的油液压力可由下式求出p 1A1= pHA2121HpAAp3．齿轮齿条活塞缸二．液压缸的典型结构三．液压缸组件及连接形式通过上述液压缸典型结构分析看出，任何类型的液压缸基本上由缸筒—缸底组件、缸筒—缸盖组件、活塞—活塞杆组件，密封，缓冲装置，排气装置组成。

这些组件和密封是必不可少的。

而缓冲装置、排气装置则视具体设备的应用而定。

1．缸筒—缸底组件3·活塞－活塞杆组件2·缸筒－缸盖组件密封在液压缸中起着不可忽视的作用，凡是有间隙的部位，均要设置密封。

通常把具有相对运动的两个零件之间的密封称为动密封，而把没有相对运动的两零件之间的密封称为静密封。

根据密封件与被密封件相对位置关系又有径向密封（圆周密封）和轴向密封（端面密封）之分。

径向动密封又分为间隙密封和密封件密封。

间隙密封原理是利用控制相对运动零件之间的间隙来实现的。

根据缝隙流量公式可知，在压力差作用下，通过缝隙的流量与缝隙（间隙）高度的三次方成正比。

所以，控制间隙即能达到减小泄漏的目的。

对于小尺寸快速运动的液压缸采用间隙密封寿命长，结构简单。

但径向加工精度要求较高：圆度和锥度应控制在0.003～0.005mm ；间隙控制在0.01～0.05mm 之间；圆柱表面粗糙度控制在R a ≯0.2μm ，孔的粗糙度R a ≯0.4μm 。

4·密封均压槽宽B = 0.3～0.5mm ，深H = 0.5～0.8mm ，槽距L = 2～5mm ，一般取3～7槽对于滑阀芯的圆柱表面也采用此法来消除液压卡紧力，即可基本消除液压卡死现象。

液压缸使用的密封件大多采用耐油、耐腐蚀、抗磨性好，适应温度范围宽、弹性好的合成材料制成的单一型或组合型体的密封件。

密封件也用于泵、马达和各种控制阀中，属于辅助元件为了防止径向压力不平衡产生液压卡死现象，在圆柱表面上加工出均压槽,当t /△=1.83时，液压侧向力为最大F max =0.27Ld (p 1-p 2)5·缓冲装置6·排气装置四. 液压缸设计基础1.尽量使活塞杆在受拉力状态下承受最大负载，受压下要有足够的稳定性；2.考虑缓冲和排气问题；3.根据运动部件正确确定安装、固定形式（只能一端固定）；4.计算尺寸应圆整为GB推荐值。

（一）主要尺寸确定液压缸主要尺寸包括缸筒内径D、活塞杆直径d、有效行程L和主体轴向尺寸（D、d、L应符合GB/T2348－1993）1．缸筒内径DD的确定有两种方法, 一种是根据驱动的最大的负载F来确定; 另一种是根据运动速度υ和已知流量q来确定。

以单杆活塞式液压缸为例，当无杆腔进油，有杆腔回油，且回油背压p=0 时有21π4p F D =1π4υq D =2.活塞杆直径计算活塞杆直径d 的确定有三种方法，参见表4-2至表4-4。

表4-2是已知液压缸工作压力来确定d ；表4-3是按设备类型来确定d ；表4-4是在确定了速度比λ后，按下式求出dλ11-=D d3.液压缸轴向尺寸液压缸轴向长度取决于负载运行的有效长度、导向长度、活塞宽度缸底缸盖连接形式和安装固定形式1).活塞宽度BB =（0.6～1）D2).有效行程L 13).导向套滑动面长度C当D ＜80mm 时，C=（0.6～1.0）D当D ＞80mm 时，C =（0.6～1.0）d 4).导向长度L2201D L L +=5)缸筒长度L 0≯（20～30）D（二）主要零件强度校核1.缸筒壁厚δ[]σδ2e D p ≥p e ——试验压力p e =1.25～1.5p 1[σ] ——缸筒材料的许用应力。