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1、第四章第四章 液压缸和液压马达液压缸和液压马达 4.14.1液压缸液压缸 4.24.2液压马达液压马达第1页/共38页4.1液压缸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的机械能。液压缸结构简单，工作可靠。第2页/共38页4.1.1液压缸的分类根据液压缸的作用方式分为：单作用式和双作用式。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。根据液压缸的结构特点分为：活塞式、柱塞式和摆动式。根据液压缸的安装方式分为：缸筒固定式和活塞杆固定式。常见的液压缸种类及特点见书P56表4.1第3页/共38页
2、4.1.2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。1、活塞式液压缸活塞式液压缸根据其使用要求不同分为单杆和双杆两种。第4页/共38页（1）单杆活塞缸无杆腔进油时：v1=qv/A1=4qv/D2 F1=（p1A1-p2A2）m =（p1p2）D2+p2d2 m/4 有杆腔进油时：v2=qv/A2=4qv/（D2-d2）F2=（p1A2-p2A1）m =（p1p2）D2 p1d2 m/4 A1 A2 v1 F2 故 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 因而：活塞杆伸出时，适用于重载慢速 活塞杆缩回时，适用于轻载快速速度比v：第5页/共
3、38页（2）差动缸单杆活塞液压缸两腔同时通入流体时称为差动连接。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 q/(A A1 1-A A2 2)=4 4q qv 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，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
4、-d2）=4 4q qv v/d d2 2 ，于是有：第6页/共38页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动画演示第7页/共38页（3）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。v=qv/A=4qv/(D2-d2),F=（p1p2）A m=（p1p2）(D2-d2)m/4 v活塞（或缸筒）运动速度；Q供
5、油流量；F活塞（或缸筒）上的作用力；D-活塞直径；d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(a）；反之，将活塞杆固定在床身上，缸筒和工作台相联接时，工作台运动所占空间长度为液压缸有效行程的两倍适用于中型及大型机床（b）。第8页/共38页2、柱塞缸 自重只能单向运动，回程需靠外力 弹簧力需双向运动时，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/4/4第9页/共38页3、其他液压缸（1）增压液压缸 p p2 2 =p p1 1A
6、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。（2 2）伸缩缸 动画演示第10页/共38页4.1.3 液压缸的结构设计要点1、液压缸的典型结构和组成（1）液压缸的典型结构第11页/共38页（2）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、缓冲装置以及排气装置五个部分组成，也称缸体组件。第12页/共38页2、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，运动要求决定液压缸的主要结构尺寸，最
7、后进行结构设计。（1）计算液压缸的结构尺寸缸筒内径D的计算。a、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D=4Fmax/p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 无杆腔进油时：D=4qD=4qv v/v/v1 1 有杆腔进油时：D=4qD=4qv v/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 第13页/共38页活塞外径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d d亦应圆整为标准系列值。缸筒长度L。原则：由液压缸最大行程l
8、l、活塞宽度B B、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,为减小加工难 度，一般液压缸缸体长度不应大于内径的2 20 03 30 0倍。L L=l l+B B+M M+N N+C C 最小导向长度H H。H Hl l/2 20 0+D D/2 2第14页/共38页(2)(2)缸筒壁厚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，必须校核第15页/共38页缸筒壁厚校核方法薄壁缸体（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）/
9、（-1.3py）-1第16页/共38页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第17页/共38页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
10、算验算l/d15时，可按材料力学有关公式进行时，可按材料力学有关公式进行第18页/共38页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第19页/共38页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
11、工具装卸不便，需专用工具焊接连接焊接连接第20页/共38页活塞和活塞杆的连接活塞和活塞杆的连接工作压力、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。整整体式：常用于小直径液压缸，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第21页/共38页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，
12、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。第22页/共38页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。第23页/共38页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
13、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 第24页/共38页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。第25页/共38页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圆锥形环隙式缓冲装置置（3）可
14、变节流槽式缓冲装可变节流槽式缓冲装置置（4）可调节流孔式缓冲装可调节流孔式缓冲装置置第26页/共38页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。液压缸的排气装置第27页/共38页排气方法排气方法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油使液压缸两腔经该阀与油箱相通启动时，拧开排气箱相通启动时，拧开排气阀使液压
15、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第28页/共38页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。第29页/共38页4.2液压马达第30页/共38页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将液体的压力能转换为旋转形式的的机械能而对负载作功。机械能而对负载作功。4.2.1 液压马达概述第31页/共38页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（略有差别）差别）原理上原理上互逆互逆第32页/共38页按照转速分：高速额定转速大于500r/min 低速额定转速
16、小于500r/min按照输油方向能否改变：单向 和双向 按排量分：定量和变量按结构分：柱塞式、叶片式和齿轮式按调节方式分：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。按自吸能力分：自吸式合非自吸式 2、液压马达的分类第33页/共38页p.V.q等与泵相似，其原则差别：泵输出，马达输入。液压马达转矩和机械效率：Tt=p V/2 T=Ttm=p Vm/2液压马达转速和容积效率：nt =q/v n =qv/V 液压马达的输入功率Pr：Pr=pq液压马达的输出功率Po：Po=T=T2n=Pr液压马达的总效率：=mvp指的是液压马达进出口的压力差，p为进口压力，q为流量。3、液压马达主
17、要性能参数第34页/共38页4.2.2、齿轮马达 1、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P点为两齿轮的啮合点，当压力油进入齿轮马达时,压力油分别作用在个 齿面上。由图可知，在 两个齿轮上各有一个使 其产生转矩的作用力，两齿轮便按图示方向旋 转，齿轮马达输出轴上 也就输出旋转力矩。第35页/共38页 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都按回油压力承受油压力，这可能使轴端密封失效。2、结构特点第36页/共38页（3）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，所以输出转矩较小，一般都用于高转速低转矩的情况下。第37页/共38页感谢您的观看！第38页/共38页