第4章-液压执行元件-《液压与气压传动》课件.ppt

液压与气压传动福州大学机械工程及自动化学院福州大学机械工程及自动化学院第第4 4章章 液压执行元件液压执行元件第4章 液压马达与液压缸2章 节 目 录 4.1 液压马达液压马达4.2 液压缸液压缸第4章 液压马达与液压缸34.1 4.1 液压马达液压马达液压马达液压马达4.1.1 液压马达概述液压马达概述 从工作原理上讲，液压传动中的泵和马达都是靠工作腔密闭容积的容积变化而工作的。1.液压马达特性参数液压马达特性参数（1）功率与总效率）功率与总效率 马达输入功率PMi为(4-1)(4-1)马达输出功率PM0为(4-2)(4-2)马达的总效率M等于马达的输出功率PM0与输入功率PMi之比，即(4-3)(4-3)第4章 液压马达与液压缸44.1 4.1 液压马达液压马达液压马达液压马达（2）马达的转矩和机械效率）马达的转矩和机械效率 （a）理论转距）理论转距 即即 (4-4)（b）启动转距）启动转距 (4-5)第4章 液压马达与液压缸5第4章 液压马达与液压缸64.1 4.1 液压马达液压马达液压马达液压马达 (3-9)(3-9)（4 4）马达的排量与转速）马达的排量与转速 (3-10)(3-10)（5 5）工作压力与额定压力）工作压力与额定压力第4章 液压马达与液压缸74.1 4.1 液压马达液压马达液压马达液压马达 2.液压马达的分类液压马达的分类3.按照工作特性马达可分为两大类：额定转速在500（r/min）以上为高速液压马达；额定转速在500（r/min）以下为低速液压马达。高速液压马达有齿轮马达、叶片马达、轴向柱塞马达、螺杆马达等。低速液压马达有单作用连杆型径向柱塞马达和多作用内曲线径向柱塞马达等。按其排量能否改变可分为定量马达和变量马达。3.液压马达的图形符号液压马达的图形符号图图4-1 液压马达的图形符液压马达的图形符号号第4章 液压马达与液压缸84.1 4.1 液压马达液压马达液压马达液压马达4.1.2 高速液压马达高速液压马达1.轴向柱塞马达轴向柱塞马达图4-2 轴向柱塞马达的工作原理第4章 液压马达与液压缸9第4章 液压马达与液压缸10叶片马达的结构特点第4章 液压马达与液压缸114.1 液压马达液压马达4.1.2 高速液压马达高速液压马达3.齿轮液压马达齿轮液压马达图4-4 外啮合齿轮液压马达工作原理第4章 液压马达与液压缸12第4章 液压马达与液压缸134.1 4.1 液压马达液压马达液压马达液压马达4.1.3 低速液压马达低速液压马达 低速液压马达通常是径向柱塞式结构，为了获得低速和大转矩，采用高压和大排量，它的体积和转动惯量很大，不能用于反应灵敏和频繁换向的场合。低速液压马达按其每转作用次数，可分单作用式和多作用式。若马达每旋转一周，柱塞作一次往复运动，称为单作用式，若马达转一周，柱塞作多次往复运动，称为多作用式。第4章 液压马达与液压缸14第4章 液压马达与液压缸154.1 4.1 液压马达液压马达液压马达液压马达 单作用连杆型径向柱塞马达的排量V为(4-11)(4-11)式中 d 柱塞直径；e 曲轴偏心距；z 柱塞数。结构特点 第4章 液压马达与液压缸164.1 4.1 液压马达液压马达液压马达液压马达2.多作用内曲线径向柱塞马达多作用内曲线径向柱塞马达图4-6 多作用内曲线径向柱塞马达第4章 液压马达与液压缸17第4章 液压马达与液压缸184.2 4.2 液压缸液压缸液压缸液压缸4.2.1 液压缸的类型和速度推液压缸的类型和速度推力特性力特性 液压缸的种类繁多，通常根据其结构特点分为活塞式、柱塞式和摆动式三大类；按其作用来分，有单作用式和双作用式。下面介绍几种常用的液压缸。1.1.活塞式液压缸活塞式液压缸2.2.(1(1）双杆活塞缸）双杆活塞缸 a)图4-7 双杆活塞缸 b)第4章 液压马达与液压缸194.2 4.2 液压缸液压缸液压缸液压缸 因双活塞杆液压缸的两端活塞杆直径相等，所以当输入流量和油液压力不变时，其往返运动速度和推力相等。则缸的推力F和运动速度分别为：(4-13)(4-13)(4-14)(4-14)式中 A 液压缸的有效面积；m液压缸的机械效率；V液压缸的容积效率；D活塞直径；d活塞杆直径；q输入液压缸的流量；p1进油腔压力；p2回油腔压力。第4章 液压马达与液压缸204.2 4.2 液压缸液压缸液压缸液压缸（2 2）单杆活塞缸）单杆活塞缸 a)b)c)图4-8 单杆活塞缸 如图4-8所示，活塞只有一端带活塞杆，单杆活塞缸也有缸筒固定和活塞杆固定的两种安装形式。两种安装方式的工作台运转范围均为活塞有效行程l的2倍。单杆活塞缸因左、右两腔有效面积A1和A2不等，因此当进油腔和回油腔压力分别为P1和P2，输入左、右两腔的流量均为q 时，液压缸左、右两个方向的推力和速度不相同。第4章 液压马达与液压缸214.2 4.2 液压缸液压缸液压缸液压缸3.柱塞液压缸柱塞液压缸图4-9 柱塞液压缸第4章 液压马达与液压缸224.2 4.2 液压缸液压缸液压缸液压缸 前面所讨论的活塞式液压缸的应用非常广泛,但这种液压缸由于缸孔加工精度要求很高，当行程较长时，加工难度大,使得制造成本增加。在生产实际中,某些场合所用的液压缸并不要求双向控制,柱塞式液压缸正是满足了这种使用要求的一种价格低廉的液压缸。当柱塞直径为d，输入液压油流量为q时，柱塞上所产生的推力F和速度v分别为：(4-23)(4-23)(4-24)(4-24)第4章 液压马达与液压缸23第4章 液压马达与液压缸244.2 4.2 液压缸液压缸液压缸液压缸图4-11 单作用伸缩液压缸图4-10 双作用伸缩液压缸第4章 液压马达与液压缸254.2 4.2 液压缸液压缸液压缸液压缸（2 2）齿条活塞液压缸）齿条活塞液压缸 图4-12 齿条活塞液压缸第4章 液压马达与液压缸264.2 4.2 液压缸液压缸液压缸液压缸（3 3）增压缸（增压器）增压缸（增压器）图4-13 增压缸第4章 液压马达与液压缸27第4章 液压马达与液压缸284.2 4.2 液压缸液压缸液压缸液压缸4.2.2 液压缸的典型结构和组液压缸的典型结构和组成成2.2.液压缸的组成液压缸的组成 液压缸按结构组成分为缸体组件、活塞组件、密封装置、缓冲装置和排气装置等。除密封装置将在第六章单独叙述外，下面介绍其它部分。（1）缸体组件）缸体组件图4-15 缸筒与缸盖连接方式第4章 液压马达与液压缸294.2 4.2 液压缸液压缸液压缸液压缸（2 2）活塞组件）活塞组件图4-16 活塞与活塞杆的连接第4章 液压马达与液压缸30第4章 液压马达与液压缸314.2 4.2 液压缸液压缸液压缸液压缸（4)4)排气装置排气装置图4-18 排气装置第4章 液压马达与液压缸324.2 4.2 液压缸液压缸液压缸液压缸4.2.3 液压缸主要尺寸的确液压缸主要尺寸的确定定 液压缸的结构尺寸与主机的工作机构有直接关系。在对主机液压系统进行工况分析、编制负载图、确定各工况压力之后（详见第九章），根据工作机构负载、运动速度、工作行程等确定液压缸的尺寸和结构，对主要零件进行验算，最后进行液压缸的结构设计，具体设计时还需参考有关设计手册。1.1.液压缸设计中应注意的问题液压缸设计中应注意的问题（1）在保证所获得速度和推力的前提下，应尽可能使液压缸各部分结构按有关标准来设计，尽 量做到液压缸结构紧凑、加工、装配和维修方便。（2）尽量使活塞杆在承受最大负载时处于受拉状态，若受压应具有良好的纵向稳定状态。长行程的活塞杆伸出时，还应加辅助支承，避免活塞杆下垂。（3）液压缸热胀冷缩时应不受阻碍，所以液压缸在安装、固定时，液压缸只能一端定位。（4）根据液压缸具体工作条件，考虑是否有缓冲、排气和防尘等装置 第4章 液压马达与液压缸334.2 4.2 液压缸液压缸液压缸液压缸2.2.液压缸主要尺寸的确定液压缸主要尺寸的确定（1 1）缸筒内径）缸筒内径D D（2 2）活塞杆直径）活塞杆直径d d （3 3）液压缸缸筒长度）液压缸缸筒长度s s （4 4）液压缸最小导向长度）液压缸最小导向长度H H第4章 液压马达与液压缸344.2 4.2 液压缸液压缸液压缸液压缸3.3.强度校核强度校核（1 1）缸筒壁厚）缸筒壁厚的校核的校核 对中低压系统，由于缸筒的壁厚往往根据结构工艺的要求来确定，它的强度足够，通常可以不必校核。但在高压系统并且缸筒内径D较大时，则必须对壁厚进行校核。当D/10时，可按薄壁筒公式来校核(4-29)(4-29)当D/10时，应按厚壁筒公式进行校核(4-30)(4-30)第4章 液压马达与液压缸354.2 4.2 液压缸液压缸液压缸液压缸（2 2）活塞杆的直径）活塞杆的直径d d的校核的校核 活塞杆主要承受拉、压作用力，其校核公式为：(4-31)(4-31)当活塞杆计算长度 10d时，受到轴向压缩负载超过某一临界值时，会失去稳定性，所以要按材料力学有关公式进行稳定性验算。（3 3）液压缸连接螺栓的直径校核）液压缸连接螺栓的直径校核 当缸筒与缸盖用螺栓连接时，螺栓在工作中既承受拉应力又承受扭应力。计算时取螺栓所受外力的1.3倍，按材料力学有关公式进行校核。第4章 液压马达与液压缸364.2 4.2 液压缸液压缸液压缸液压缸4.2.44.2.4摆动式液压缸摆动式液压缸 摆动液压缸能实现小于360角度的往复摆动运动，由于它可直接输出转矩，故又称为摆动液压马达，主要有单叶片式和双叶片式两种结构形式。摆动式液压缸如图4-20所示。图4-20 摆动式液压缸第4章 液压马达与液压缸374.2 4.2 液压缸液压缸液压缸液压缸 图图4-20a4-20a为单叶片式摆动缸，它只有一个叶片，其摆动角度较大，可达300。图图4-20b4-20b为双叶片式摆动缸，它有二个叶片，其摆动角一般小于150。当单叶片式摆动液压缸进出口油口压力为p1和p2，流入流量为q，叶片宽度为b，叶片底部和顶部回转半径为R1和R2，摆动缸的容积和机械效率分别为v 和m时。输出转矩TM和角速度分别为：(4-32)(4-32)(4-33)(4-33)第4章 液压马达与液压缸38 欢迎提出宝贵意见和建议欢迎提出宝贵意见和建议!本章结束！本章结束！第4章 液压马达与液压缸39图4-4视频演示（标准）外啮合齿轮液压马达工作原理第4章 液压马达与液压缸40图4-3视频演示（标准）叶片液压马达的工作原理第4章 液压马达与液压缸41图4-7a视频演示（标准）：双杆活塞缸第4章 液压马达与液压缸42图4-7b视频演示（标准）：双杆活塞缸第4章 液压马达与液压缸43图4-8a视频演示（标准）：单杆活塞缸第4章 液压马达与液压缸44图4-8b视频演示（标准）：单杆活塞缸第4章 液压马达与液压缸45图4-8c视频演示（标准）：单杆活塞缸第4章 液压马达与液压缸46图4-9a视频演示（标准）：柱塞液压缸第4章 液压马达与液压缸47图4-9b视频演示（标准）：柱塞液压缸第4章 液压马达与液压缸48图4-10视频演示（标准）：双作用伸缩液压缸第4章 液压马达与液压缸49图4-11视频演示（标准）：单作用伸缩液压缸第4章 液压马达与液压缸50图4-12视频演示（标准）：齿条活塞液压缸第4章 液压马达与液压缸51图4-13视频演示（标准）：增压缸第4章 液压马达与液压缸524.2 4.2 液压缸液压缸图4-19 液压缸最小导向长度