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1、液压传动液压传动主讲教师：吴海燕主讲教师：吴海燕第四章第四章 液压缸和液压马达液压缸和液压马达vv4.1液压缸液压缸vv4.2液压马达液压马达4.1液液压缸缸液压缸是液压系统中实现直线运动的一种执液压缸是液压系统中实现直线运动的一种执行元件，其功能是将液压能转变为直线运动行元件，其功能是将液压能转变为直线运动的机械能。液压缸结构简单，工作可靠。的机械能。液压缸结构简单，工作可靠。v4.1.1液压缸的分类液压缸的分类v根据液压缸的作用方式分为：根据液压缸的作用方式分为：单作用式单作用式和和双作用式双作用式。单作用。单作用式由液压单腔供油单方向驱动，反方向运动则由弹簧力或重式由液压单腔供油单方向驱
2、动，反方向运动则由弹簧力或重力实现。双作用式两个方向的运动均由液压向两腔交换供油力实现。双作用式两个方向的运动均由液压向两腔交换供油实现实现。v根据液压缸的结构特点分为根据液压缸的结构特点分为：活塞式活塞式、柱塞式柱塞式和和摆动式摆动式。v根据液压缸的安装方式分为：根据液压缸的安装方式分为：缸筒固定式缸筒固定式和和活塞杆固定式活塞杆固定式。常见的液压缸种类及特点见书常见的液压缸种类及特点见书P56表表4.1v4.1.2液压缸的速度和推力液压缸的速度和推力对液压执行元件，其工作压力取决于负载，速度取决于流量。对液压执行元件，其工作压力取决于负载，速度取决于流量。v1、活塞式液压缸、活塞式液压缸活
3、塞式液压缸根据其使用要求不同分为单杆和双杆两种。活塞式液压缸根据其使用要求不同分为单杆和双杆两种。（1 1）单杆活塞缸）单杆活塞缸无杆腔进油时：无杆腔进油时：v1=qv/A1=4qv/D2F1=（p1A1-p2A2）m=（p1p2）D2+p2d2m/4 有杆腔进油时：有杆腔进油时：v2=qv/A2=4qv/（D2-d2）F2=（p1A2-p2A1）m=（p1p2）D2p1d2m/4 A A1 1 A A2 2 v v1 1 v F F2 2 故故 活塞杆伸出时，推力较大，速度较小活塞杆伸出时，推力较大，速度较小 活塞杆缩回时，推力较小，速度较大活塞杆缩回时，推力较小，速度较大 因而：活塞杆伸出
4、时，适用于重载慢速因而：活塞杆伸出时，适用于重载慢速 活塞杆缩回时，适用于轻载快速活塞杆缩回时，适用于轻载快速速度比速度比v：（2）差动缸）差动缸单杆活塞液压缸两腔同时通入流体时称为单杆活塞液压缸两腔同时通入流体时称为差动连接。差动连接。F F3 3=p=p1 1（A A1 1-A-A2 2）m m =d=d2 2p p1 1m m/4 4 v v3 3=(q+q=(q+q)/A)/A1 1=(q=(qv v+v+v3 3A A2 2)/A)/A1 1 v v3 3=q/(A=q/(A1 1-A-A2 2)=4q)=4qv v/d/d2 2在相同的工作压力和供油流量下，差动连接液压缸的推力比在
5、相同的工作压力和供油流量下，差动连接液压缸的推力比非差动连接时小，速度比非差动连接大。所以差动连接可在非差动连接时小，速度比非差动连接大。所以差动连接可在不增加供油流量的前提下，实现快速运动。要使其反向运动，不增加供油流量的前提下，实现快速运动。要使其反向运动，油路接法和非差动时一样。若要求机床往返速度相等，即油路接法和非差动时一样。若要求机床往返速度相等，即v2=v3，4qv/（D2-d2）=4q4qv v/d/d2 2，于是有：于是有：单杆活塞液压缸应用单杆活塞液压缸应用单杆活塞液压缸不同连接，可实现如下工作循单杆活塞液压缸不同连接，可实现如下工作循环：环：（差动连接）（差动连接）（无杆腔
6、进油）（有杆腔进油）（无杆腔进油）（有杆腔进油）快进快进工进工进快退快退v3、F3v1、F1v2、F2动画演示动画演示（3）双杆活塞缸）双杆活塞缸双活塞杆液压缸的两活塞杆直径通常相等，活塞两端有效双活塞杆液压缸的两活塞杆直径通常相等，活塞两端有效面积相同。如果供油压力不变，那么活塞反复运动时两个面积相同。如果供油压力不变，那么活塞反复运动时两个方向的作用力和速度相等。方向的作用力和速度相等。v=qv/A=4qv/(D2-d2),F=（p p1 1pp2 2）A m=（p1p2）(D2-d2)m/4 v活塞（或缸筒）运动速度；活塞（或缸筒）运动速度；Q供油流量；供油流量；F活塞（或活塞（或缸筒）
7、上的作用力；缸筒）上的作用力；D-活塞直径；活塞直径；d活塞杆直径。活塞杆直径。将缸筒固定在床身上，活塞杆和工作台相联接时，工作将缸筒固定在床身上，活塞杆和工作台相联接时，工作台运动所占空间长度为活塞有效行程的三倍。一般多用于台运动所占空间长度为活塞有效行程的三倍。一般多用于小机床小机床(a(a）；反之，将活塞杆固定在床身上，缸筒和工作）；反之，将活塞杆固定在床身上，缸筒和工作台相联接时，工作台运动台相联接时，工作台运动所占空间长度为液压缸有所占空间长度为液压缸有效行程的两倍适用于中型效行程的两倍适用于中型及大型机床（及大型机床（b b）。）。v2、柱塞缸、柱塞缸 自重自重只能单向运动，回程需
8、靠外力只能单向运动，回程需靠外力 弹簧力弹簧力需双向运动时，常成对使用。需双向运动时，常成对使用。动画演示 v=qv=qv v/A=4q/A=4qv v/d/d2 2 F=pA F=pA mm=d=d2 2 p p mm/4/4v3、其他液压缸、其他液压缸v（1）增压液压缸）增压液压缸 p p2 2=p=p1 1A A1 1/A/A2 2=p=p1 1 D D2 2/d/d2 2 增压缸虽然增大了输出压力，但输出流量也减小了。增压缸虽然增大了输出压力，但输出流量也减小了。v（2 2）伸缩缸）伸缩缸 动画演示动画演示v 液压缸的结构设计要点液压缸的结构设计要点1、液压缸的典型结构和组成、液压缸的
9、典型结构和组成（1）液压缸的典型结构）液压缸的典型结构（2）液压缸的组成）液压缸的组成液压缸主要由缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲液压缸主要由缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置以及排气装置五个部分组成，也称缸体组件。装置以及排气装置五个部分组成，也称缸体组件。v2、液压缸的设计和计算、液压缸的设计和计算液压缸的设计和计算是在对整个液压系统进行工况分析，计液压缸的设计和计算是在对整个液压系统进行工况分析，计算了最大负载力，先定了工作压力的基础上进行的。因此，算了最大负载力，先定了工作压力的基础上进行的。因此，首先要根据使用要求确定结构类型，再按照负载情况，运动首先要根据使用要求
10、确定结构类型，再按照负载情况，运动要求决定液压缸的主要结构尺寸，最后进行结构设计。要求决定液压缸的主要结构尺寸，最后进行结构设计。（1）计算液压缸的结构尺寸）计算液压缸的结构尺寸缸筒内径缸筒内径D的计算。的计算。a、根据最大总负载和选取的工作压力来确定时根据最大总负载和选取的工作压力来确定时无杆腔进油时无杆腔进油时D=4Fmax/p有杆腔进油时有杆腔进油时D=4Fmax/p+d2 b b、根据执行机构速度要求和选定液压泵流量来确定、根据执行机构速度要求和选定液压泵流量来确定 无杆腔进油时：无杆腔进油时：D=4q D=4qv v/v/v1 1 有杆腔进油时：有杆腔进油时：D=4q D=4qv v
11、/v/v1 1+d+d2 2计算所得液压缸的内径（即活塞直径）应圆整为标准值计算所得液压缸的内径（即活塞直径）应圆整为标准值 活塞外径活塞外径d。原则：活塞杆直径可根据工作压力或设备类型选取液压缸的原则：活塞杆直径可根据工作压力或设备类型选取液压缸的往复速度比有一定要求时用往复速度比有一定要求时用d=D（v-1）/v 计算所得活塞杆直径计算所得活塞杆直径d d亦应圆整为标准系列值亦应圆整为标准系列值。缸筒长度缸筒长度L。原则：由液压缸最大行程原则：由液压缸最大行程l l、活塞宽度、活塞宽度B B、活塞杆导向套长度、活塞杆导向套长度、活塞杆密封长度和特殊要求的其它长度确定活塞杆密封长度和特殊要求
12、的其它长度确定,为减小加工难为减小加工难 度，一般液压缸缸体长度不应大于内径的度，一般液压缸缸体长度不应大于内径的20302030倍。倍。L=l+B+M+N+C L=l+B+M+N+C 最小导向长度最小导向长度H H。Hl/20+D/2 Hl/20+D/2(2)(2)缸筒壁厚缸筒壁厚的确定和校核的确定和校核中低压系统，无需校核中低压系统，无需校核确定原则确定原则高压大直径时，必须校核高压大直径时，必须校核缸筒壁厚缸筒壁厚校核方法校核方法薄壁缸体（无缝钢管）薄壁缸体（无缝钢管）:当当D/10时时ptD/2厚壁缸体（铸造缸体）厚壁缸体（铸造缸体）:当 D/10时时D/2（+0.4py）/（-1.3
13、py）-1液压缸其它部位尺寸的确定液压缸其它部位尺寸的确定导向长度导向长度HL/20+D/2（L为液压缸最大行程）为液压缸最大行程）活塞宽度活塞宽度B=（0、61、0）D；A=(0.610)D（D80mm）导向套滑动面长度导向套滑动面长度AA=(0.61)d（D80mm）如装有隔套如装有隔套K时，时，C=H-（A+B）/2液压缸其它部位尺寸的确定液压缸其它部位尺寸的确定活塞杆长度由活塞杆长度由L确定，必要时需进行稳定性验算。确定，必要时需进行稳定性验算。当液压缸承受轴向压缩载荷时：当液压缸承受轴向压缩载荷时：若若l/d15时，无须验算时，无须验算验算验算l/d15时，可按材料力学有关公式进行时
14、，可按材料力学有关公式进行缸体与端盖的连接缸体与端盖的连接法兰连接法兰连接半环连接半环连接螺纹连接螺纹连接拉杆连接拉杆连接焊接连接焊接连接缸体与端盖的连接形式缸体与端盖的连接形式法兰连接：高压，需焊接法兰盘，较杂。法兰连接：高压，需焊接法兰盘，较杂。内半环内半环结构简单、紧凑、装卸结构简单、紧凑、装卸半环连接半环连接方便方便（但因缸体上开了环行槽，强度削弱）（但因缸体上开了环行槽，强度削弱）外半环外半环内螺纹内螺纹螺纹连接螺纹连接重量轻，外径小，但端部复杂，重量轻，外径小，但端部复杂，外螺纹外螺纹装卸不便，需专用工具装卸不便，需专用工具焊接连接焊接连接活塞和活塞杆的连接活塞和活塞杆的连接工作压
15、力、安装方式、工作压力、安装方式、工作条件的不同。工作条件的不同。活塞组件有多种结构形式。活塞组件有多种结构形式。整体式：常用于小直径液压缸，整体式：常用于小直径液压缸，结构简单，轴向尺寸紧凑，结构简单，轴向尺寸紧凑，但损坏后需整体更换但损坏后需整体更换活塞和活塞杆的连接活塞和活塞杆的连接焊接式：同上焊接式：同上锥销式：常用于双杆缸，加工容易，装配锥销式：常用于双杆缸，加工容易，装配简单，但承简单，但承载能力小，且需防止载能力小，且需防止脱落脱落螺纹式：常用于单杆缸，结构简单，装拆螺纹式：常用于单杆缸，结构简单，装拆方便，但需方便，但需防止螺母松动。防止螺母松动。半环式：常用于高压大负载或振动
16、比较大半环式：常用于高压大负载或振动比较大的场合，强的场合，强度高，但结构复杂，度高，但结构复杂，装拆方便。装拆方便。活塞杆头部结构活塞杆头部结构活塞杆：是连接活塞和工作部件的传活塞杆：是连接活塞和工作部件的传力零件，必须具有足力零件，必须具有足够的强够的强度和刚度，一般用钢料制成度和刚度，一般用钢料制成,且需镀铬。且需镀铬。缓冲的必要性缓冲的必要性在质量较大、速度较高在质量较大、速度较高(v12m/min），），由于惯性力较大，活塞运动到终端时会撞由于惯性力较大，活塞运动到终端时会撞击缸盖，产生冲击和噪声，严重影响加工击缸盖，产生冲击和噪声，严重影响加工精度，甚至使液压缸损坏。精度，甚至使液
17、压缸损坏。常在大型、高速、或高精度液压缸中设置常在大型、高速、或高精度液压缸中设置缓冲装置或在系统中设置缓冲回路。缓冲装置或在系统中设置缓冲回路。液压缸的缓冲装置液压缸的缓冲装置缓冲原理缓冲原理利用节流方法在液压缸的回油腔产利用节流方法在液压缸的回油腔产生阻力，减小速度，避免撞击。生阻力，减小速度，避免撞击。缓冲装置类型缓冲装置类型 （1）圆柱形环隙式缓冲装置圆柱形环隙式缓冲装置（2）圆锥形环隙式缓冲装置圆锥形环隙式缓冲装置（3）可变节流槽式缓冲装置可变节流槽式缓冲装置（4）可调节流孔式缓冲装置可调节流孔式缓冲装置排气的必要性排气的必要性系统在安装或停止工作后常会渗入空气系统在安装或停止工作后
18、常会渗入空气使液压缸产生爬行、振动和前冲，换向精度降低等。使液压缸产生爬行、振动和前冲，换向精度降低等。故故必须设置排气装置必须设置排气装置。液压缸的排气装置液压缸的排气装置排气方法排气方法1排气孔排气孔油口设置在液压缸最高处油口设置在液压缸最高处2排气塞排气塞象螺钉象螺钉（如暖气包上的放气阀）（如暖气包上的放气阀）3排气阀排气阀使液压缸两腔经该阀与使液压缸两腔经该阀与油油箱相通启动时，拧开排气箱相通启动时，拧开排气阀使液压缸空载往复运动阀使液压缸空载往复运动几次即可几次即可为了排除聚集在液压缸内的空气，可在缸的两端最高为了排除聚集在液压缸内的空气，可在缸的两端最高部位各装一只排气塞部位各装一
19、只排气塞。4.2液液压马达达1 1、液压马达的特点、液压马达的特点将液体的压力能转换为旋转形式的将液体的压力能转换为旋转形式的机械能而对负载作功。机械能而对负载作功。4.2.1 4.2.1 液压马达概述液压马达概述液压马达和液压泵的区别液压马达和液压泵的区别 作用上作用上相反相反和液压泵的区别和液压泵的区别结构上结构上相似相似（略有差别）（略有差别）原理上原理上互逆互逆按照转速分：按照转速分：高速高速额定转速大于额定转速大于500r/min低速低速额定转速小于额定转速小于500r/min按照输油方向能否改变：按照输油方向能否改变：单向单向和双向和双向按排量分：按排量分：定量和变量定量和变量按结
20、构分：按结构分：柱塞式柱塞式、叶片式叶片式和和齿轮式齿轮式按调节方式分：按调节方式分：手动式和自动式，手动式和自动式，自动式又分限压式、恒功率式、恒压式和恒流式等。自动式又分限压式、恒功率式、恒压式和恒流式等。按自吸能力分：按自吸能力分：自吸式合非自吸式自吸式合非自吸式 2、液压马达的分类、液压马达的分类等与泵相似，其原则差别：泵等与泵相似，其原则差别：泵输出，马达输出，马达输入输入。液压马达转矩和机械效率：液压马达转矩和机械效率：Tt=pV/2T=Ttm=pVm/2液压马达转速和容积效率液压马达转速和容积效率：nt=q/vn=qv/V 液压马达的输入功率液压马达的输入功率P Pr r：Pr=
21、pq液压马达的输出功率液压马达的输出功率P Po o：Po=T=T2n=Pr液压马达的总效率液压马达的总效率：=mvp指的是液压马达进出口的压力差，指的是液压马达进出口的压力差，p为进口压力，为进口压力，q为流量。为流量。3、液压马达主要性能参数液压马达主要性能参数、齿轮马达、齿轮马达 1 1、齿轮马达的工作原理、齿轮马达的工作原理 图为外啮合齿轮马达的工作原理图。图中图为外啮合齿轮马达的工作原理图。图中P点为两齿轮的啮合点，当压力油进入齿轮马达点为两齿轮的啮合点，当压力油进入齿轮马达时时,压力油分别作用在个压力油分别作用在个 齿面上。由图可知，在齿面上。由图可知，在 两个齿轮上各有一个使两个
22、齿轮上各有一个使 其产生转矩的作用力，其产生转矩的作用力，两齿轮便按图示方向旋两齿轮便按图示方向旋 转，齿轮马达输出轴上转，齿轮马达输出轴上 也就输出旋转力矩。也就输出旋转力矩。齿轮马达和齿轮泵在结构上的主要区别如下：齿轮马达和齿轮泵在结构上的主要区别如下：（1 1）齿轮泵一般只需一个方向旋转，为了减小）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。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，因此进油而齿轮马达则需正、反两个方向旋转，因此进油口大小相等。口大小相等。（2 2）齿轮马达的内泄漏不能像齿轮泵那样直接）齿轮马达的内泄漏不
23、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引到低压腔去，而必须单独的泄漏通道引到壳体外去。因为马达低压腔有一定背压，如果泄漏油外去。因为马达低压腔有一定背压，如果泄漏油直接引到低压腔，所有与泄漏通道相连接的部分直接引到低压腔，所有与泄漏通道相连接的部分都按回油压力承受油压力，这可能使轴端密封失都按回油压力承受油压力，这可能使轴端密封失效。效。2 2、结构特点、结构特点（3 3）为了减少马达的启动摩擦扭矩，并降低）为了减少马达的启动摩擦扭矩，并降低最低稳定转速，一般采用滚针轴承和其他改最低稳定转速，一般采用滚针轴承和其他改善轴承润滑冷却条件等措施。善轴承润滑冷却条件等措施。齿轮马达具有体积小，重量轻，结构简齿轮马达具有体积小，重量轻，结构简单，工艺性好，对污染不敏感，耐冲击，惯单，工艺性好，对污染不敏感，耐冲击，惯性小等优点。因此，在矿山、工程机械及农性小等优点。因此，在矿山、工程机械及农业机械上广泛使用。但由于压力油作用在液业机械上广泛使用。但由于压力油作用在液压马达齿轮上的作用面积小，所以输出转矩压马达齿轮上的作用面积小，所以输出转矩较小，一般都用于高转速低转矩的情况下。较小，一般都用于高转速低转矩的情况下。