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1、YCF（中职）液压与气压传动第3章教学课件 第第3章液压传动执行元件章液压传动执行元件3.1液压电动机液压电动机3.2液压缸液压缸3.1液压电动机液压电动机3.1.1液压电动机概述液压电动机概述 液压电动机习惯上是指输出旋转运动的，将液压泵提供的液液压电动机习惯上是指输出旋转运动的，将液压泵提供的液压能转变为机械能的能量转换装置。从能量转换的观点来看，压能转变为机械能的能量转换装置。从能量转换的观点来看，液压电动机和液压泵是互逆的回转动力机械，向任何一种液液压电动机和液压泵是互逆的回转动力机械，向任何一种液压泵输入工作液体，都可使其变成液压电动机工况。压泵输入工作液体，都可使其变成液压电动机工
2、况。液压电动机可分为回转式和摆动式两大类，通常把回转式称液压电动机可分为回转式和摆动式两大类，通常把回转式称为液压电动机，把摆动式称为摆动电动机或摆动式液压缸。为液压电动机，把摆动式称为摆动电动机或摆动式液压缸。回转式液压电动机也分为齿轮式、叶片式、柱塞式三大类，回转式液压电动机也分为齿轮式、叶片式、柱塞式三大类，也有定量电动机和变量电动机之分。摆动式电动机主要分为也有定量电动机和变量电动机之分。摆动式电动机主要分为单叶片式和双叶片式。液压电动机的图形符号见单叶片式和双叶片式。液压电动机的图形符号见表表3-1。下一页返回3.1液压电动机液压电动机3.1.2液压电动机的主要工作参数液压电动机的主
3、要工作参数1.压力压力(1)工作压力工作压力 Pm进、排油口的油液压力差，单位为进、排油口的油液压力差，单位为Mpa。(2)额定压力额定压力Pmn电动机在试验条件下应能达到的最大压力电动机在试验条件下应能达到的最大压力(工作压力应小于或等于额定压力工作压力应小于或等于额定压力)，单位为，单位为Mpa。(3)最高压力最高压力Pmax在短时间内能承受的最大压力，由电动机在短时间内能承受的最大压力，由电动机结构强度和密封决定，单位为结构强度和密封决定，单位为MPa。上一页 下一页返回3.1液压电动机液压电动机2.排量和流量排量和流量(1)排量排量Vm传动轴旋转一周，从排油口能排出的液体体积，传动轴旋
4、转一周，从排油口能排出的液体体积，单位为单位为m3/r。(2)理论流量理论流量qtm单位时间从排油口排出的液体体积，单位为单位时间从排油口排出的液体体积，单位为m3/s。qtm=Vmnom (3-1)式中式中nom电动机传动轴的转速电动机传动轴的转速(r/s)(3)实际流量实际流量qm单位时间输入电动机的液体体积。如果忽略单位时间输入电动机的液体体积。如果忽略泵的排油口到电动机进油口的泄漏量，液压泵的输出流量泵的排油口到电动机进油口的泄漏量，液压泵的输出流量qp等于电动机的实际流量等于电动机的实际流量qm上一页 下一页返回3.1液压电动机液压电动机 (3-2)式中式中qm电动机的实际流量电动机
5、的实际流量(m3/s);qp液压泵的实际输出流量液压泵的实际输出流量(m3/s);Vp液压泵的排量液压泵的排量(m3/r)nip液压泵的转速液压泵的转速(r/s);液压泵的容积效率。液压泵的容积效率。上一页 下一页返回3.1液压电动机液压电动机3.电动机的转速和转矩电动机的转速和转矩(1)电动机的转速电动机的转速nom (3-3)式中式中nom电动机的转速电动机的转速(r/s);qm电动机的理论流量电动机的理论流量(m3/s);Vm电动机的排量电动机的排量(m3/r)。(2)电动机的理论转矩电动机的理论转矩Ttm指不考虑任何转矩损失的计算转矩，指不考虑任何转矩损失的计算转矩，单位为单位为Nm。
6、上一页 下一页返回3.1液压电动机液压电动机(3)电动机的实际转矩电动机的实际转矩Tom指电动机驱动负载时，传动轴输出指电动机驱动负载时，传动轴输出的转矩。的转矩。(3-4)式中式中Tom电动机的输出转矩电动机的输出转矩(Nm);电动机的进出口压力差电动机的进出口压力差(MPa);Vm电动机的排量电动机的排量(m3/r);电动机的机械效率。电动机的机械效率。考虑到各种摩擦转矩损失，实际转矩和理论转矩有以下关系考虑到各种摩擦转矩损失，实际转矩和理论转矩有以下关系 Tom=Ttm-T1m (3-5)式中式中T1m损失转矩损失转矩(Nm)。上一页 下一页返回3.1液压电动机液压电动机4.电动机的功率
7、电动机的功率(1)电动机的输入功率电动机的输入功率Pim。泵给电动机输入的液压功率。在。泵给电动机输入的液压功率。在不考虑管路损失时不考虑管路损失时 (3-6)式中式中 电动机进排油口的压力差电动机进排油口的压力差(MPa);qp泵的实际输出流量泵的实际输出流量(m3/s)(2)电动机的理论功率电动机的理论功率Ptm不考虑任何损失时的功率。不考虑任何损失时的功率。(3-7)(3)电动机的输出功率电动机的输出功率Pom，通过传动轴输出的机械功率。，通过传动轴输出的机械功率。(3-8)上一页 下一页返回3.1液压电动机液压电动机5.电动机的效率电动机的效率(1)电动机的容积效率电动机的容积效率 ，
8、输入电动机的流量总是有一部，输入电动机的流量总是有一部分直接泄漏掉，负载越大，泄漏的越多。我们用容积效率反分直接泄漏掉，负载越大，泄漏的越多。我们用容积效率反映电动机对输入流量的利用率。映电动机对输入流量的利用率。(3-8)式中式中q1m电动机的泄漏流量电动机的泄漏流量(m3/s)(2)电动机的机械效率电动机的机械效率 电动机将输入的液压功率转变成机电动机将输入的液压功率转变成机械功率时内部机械摩擦、液体摩擦均会损失掉部分转矩。我械功率时内部机械摩擦、液体摩擦均会损失掉部分转矩。我们用机械效率反映电动机的转矩利用率。们用机械效率反映电动机的转矩利用率。上一页 下一页返回3.1液压电动机液压电动
9、机 (3-10)(3)电动机的总效率电动机的总效率 ，(3-11)电动机的总效率反映了电动机对能量的转换能力，其值等于电动机的总效率反映了电动机对能量的转换能力，其值等于其容积效率和机械效率之乘积。其容积效率和机械效率之乘积。上一页 下一页返回3.1液压电动机液压电动机3.1.3液压电动机工作原理及结构液压电动机工作原理及结构 1.叶片式液压电动机叶片式液压电动机 由于压力油作用，受力不平衡使转子产生转矩。叶片式液由于压力油作用，受力不平衡使转子产生转矩。叶片式液压电动机的输出转矩与液压电动机的排量和液压电动机进出压电动机的输出转矩与液压电动机的排量和液压电动机进出油口之间的压力差有关，其转速
10、由输入液压电动机的流量大油口之间的压力差有关，其转速由输入液压电动机的流量大小来决定。由于液压电动机一般都要求能正反转，所以叶片小来决定。由于液压电动机一般都要求能正反转，所以叶片式液压电动机的叶片要径向放置。为了使叶片根部始终通有式液压电动机的叶片要径向放置。为了使叶片根部始终通有压力油，在回、压油腔通入叶片根部的通路上应设置单向阀，压力油，在回、压油腔通入叶片根部的通路上应设置单向阀，为了确保叶片式液压电动机在压力油通入后能正常启动，必为了确保叶片式液压电动机在压力油通入后能正常启动，必须使叶片顶部和定子内表面紧密接触，以保证良好的密封，须使叶片顶部和定子内表面紧密接触，以保证良好的密封，
11、因此在叶片根部应设置预紧弹簧。因此在叶片根部应设置预紧弹簧。上一页 下一页返回3.1液压电动机液压电动机2.轴向柱塞电动机轴向柱塞电动机 轴向柱塞泵除阀式配流外，其他形式原则上都可以作为液轴向柱塞泵除阀式配流外，其他形式原则上都可以作为液压电动机用，即轴向柱塞泵和轴向柱塞电动机是可逆的。轴压电动机用，即轴向柱塞泵和轴向柱塞电动机是可逆的。轴向柱塞电动机的工作原理为，配油盘和斜盘固定不动，电动向柱塞电动机的工作原理为，配油盘和斜盘固定不动，电动机轴与缸体相连接一起旋转。当压力油经配油盘的窗口进入机轴与缸体相连接一起旋转。当压力油经配油盘的窗口进入缸体的柱塞孔时，柱塞在压力油作用下外伸，紧贴斜盘斜
12、盘缸体的柱塞孔时，柱塞在压力油作用下外伸，紧贴斜盘斜盘对柱塞产生一个法向反力对柱塞产生一个法向反力P，此力可分解为轴向分力及和垂直，此力可分解为轴向分力及和垂直分力分力Q。Q与柱塞上液压力相平衡，而与柱塞上液压力相平衡，而Q则使柱塞对缸体中则使柱塞对缸体中心产生一个转矩，带动电动机轴逆时针方向愉转。轴向林塞心产生一个转矩，带动电动机轴逆时针方向愉转。轴向林塞电动机产毕的瞬时总转矩县脉动的。电动机产毕的瞬时总转矩县脉动的。图图3-1所示为斜盘式轴向柱塞电动机的工作原理图。所示为斜盘式轴向柱塞电动机的工作原理图。上一页 下一页返回3.1液压电动机液压电动机3.齿轮液压电动机齿轮液压电动机 齿轮电动
13、机在结构上为了适应正反转要求，进出油口相等、齿轮电动机在结构上为了适应正反转要求，进出油口相等、具有对称性、有单独外泄油口将轴承部分的泄漏油引出壳体具有对称性、有单独外泄油口将轴承部分的泄漏油引出壳体外外;为了减少启动摩擦力矩，采用滚动轴承为了减少启动摩擦力矩，采用滚动轴承;为了减少转矩脉为了减少转矩脉动齿轮液压电动机的齿数比泵的齿数要多。动齿轮液压电动机的齿数比泵的齿数要多。齿轮液压电动机由于密封性差、容积效率较低、输入油压齿轮液压电动机由于密封性差、容积效率较低、输入油压力不能过高、不能产生较大转矩。力不能过高、不能产生较大转矩。上一页返回3.2液压缸液压缸3.2.1液压缸概述液压缸概述
14、液压缸按其结构不同分为活塞式、柱塞式、组合式三类。活液压缸按其结构不同分为活塞式、柱塞式、组合式三类。活塞式液压缸的特点是具有两个工作腔，活塞和杆的直径具有塞式液压缸的特点是具有两个工作腔，活塞和杆的直径具有一定比例，金属材料的利用比较合理。同时，利用两个工作一定比例，金属材料的利用比较合理。同时，利用两个工作腔交替供油可实现往复运动的控制。柱塞式液压缸只有一个腔交替供油可实现往复运动的控制。柱塞式液压缸只有一个工作腔，靠油液作用只能实现单方向运动。组合式液压缸是工作腔，靠油液作用只能实现单方向运动。组合式液压缸是利用活塞缸与活塞缸、活塞缸与柱塞缸串联，或者与其他机利用活塞缸与活塞缸、活塞缸与
15、柱塞缸串联，或者与其他机构组合而成。构组合而成。下一页返回3.2液压缸液压缸3.2.2活塞式液压缸活塞式液压缸1.单杆活塞式液压缸单杆活塞式液压缸 (1)双作用式单杆活塞式液压缸具有结构简单，占用空间双作用式单杆活塞式液压缸具有结构简单，占用空间小的特点，应用最为普遍。小的特点，应用最为普遍。双作用式单杆活塞式液压缸的图形符号见双作用式单杆活塞式液压缸的图形符号见图图3-2(a)。这。这种液压缸有两个工作腔，在压力油液的作用下也可以实现左种液压缸有两个工作腔，在压力油液的作用下也可以实现左右往复运动。这种液压缸左右腔有效作用面积不相等。所以，右往复运动。这种液压缸左右腔有效作用面积不相等。所以
16、，在压力和流量相同时，往复运动时推拉力和运动速度是不相在压力和流量相同时，往复运动时推拉力和运动速度是不相等的。运动范围都是活塞有效行程的两倍。双作用式单杆活等的。运动范围都是活塞有效行程的两倍。双作用式单杆活塞式液压缸的推、拉力和运动速度的计算原理见塞式液压缸的推、拉力和运动速度的计算原理见图图3-2(b)。上一页 下一页返回3.2液压缸液压缸推力推力F1 (3-12)进给速度进给速度v1 (3-13)拉力拉力F2 (3-14)退回速度退回速度v2 (3-15)上一页 下一页返回3.2液压缸液压缸式中式中A有效作用面积有效作用面积(m2)m;D活塞直径活塞直径(m);d活塞杆直径活塞杆直径(
17、m);FF1,F2分别为向右和向左运动时液压缸的拉力分别为向右和向左运动时液压缸的拉力(N);P1进入液压缸的油液压力进入液压缸的油液压力(MPa);P2液压缸排出的油液压力或称背压压力液压缸排出的油液压力或称背压压力(MPa)。上一页 下一页返回3.2液压缸液压缸在设计单杆活塞式液压缸时，先要确定往复运动的速度比在设计单杆活塞式液压缸时，先要确定往复运动的速度比 当当 时时 (3-16)(2)单作用单杆活塞式液压缸只有一个油口，靠油液作用只单作用单杆活塞式液压缸只有一个油口，靠油液作用只能单方向运动而不能反向运动。所以，根据实现反向复位的能单方向运动而不能反向运动。所以，根据实现反向复位的方
18、法不同，又有多种形式。当垂直安装时，靠自重和运动部方法不同，又有多种形式。当垂直安装时，靠自重和运动部件复位。水平安装时，需要另一相同的液压缸反向推动复位。件复位。水平安装时，需要另一相同的液压缸反向推动复位。对于小尺寸缸则有弹簧复位式。对于小尺寸缸则有弹簧复位式。上一页 下一页返回3.2液压缸液压缸 2.双杆活塞式液压缸双杆活塞式液压缸 双杆活塞式液压缸属于双作用液压缸，其图形符号见双杆活塞式液压缸属于双作用液压缸，其图形符号见图图3-3(a)。双作用双杆活塞式液压缸有两个工作腔。向液压缸。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。由于左右腔
19、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。不变，则往复运动的拉力和速度是相等的。双作用双杆活塞式液压缸的拉力和运动速度计算原理见双作用双杆活塞式液压缸的拉力和运动速度计算原理见图图3-4。上一页 下一页返回3.2液压缸液压缸(1)拉力拉力F1和和F2 (3-17)式中式中A有效作用面积有效作用面积(m2)m ;D活塞直径活塞直径(m);d活塞杆直径活塞杆直径(m);FF1,F2分别为向右和向左运动时液压缸的拉力分别为向右和向左运动时液压缸的拉力(N)
20、;P1进入液压缸的油液压力进入液压缸的油液压力(MPa);P2液压缸排出的油液压力或称背压压力液压缸排出的油液压力或称背压压力(MPa)。上一页 下一页返回3.2液压缸液压缸(2)往复运动速度往复运动速度v1和和v2 (2-18)式中式中v1液压缸进给时的运动速度液压缸进给时的运动速度(m/S);v2液压缸退回时的运动速度液压缸退回时的运动速度(m/S);q输入液压缸工作腔的流量输入液压缸工作腔的流量(m3/S)A液压缸有效作用面积液压缸有效作用面积(m2)。上一页 下一页返回3.2液压缸液压缸3.2.3柱塞式液压缸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图形符号为 这种液压缸结构更
21、加这种液压缸结构更加简单，柱塞与缸筒之间无需配合，只有缸盖和柱塞之间要求简单，柱塞与缸筒之间无需配合，只有缸盖和柱塞之间要求配合和密封。配合和密封。柱塞式液压缸有如下特点柱塞式液压缸有如下特点:.水平安装时必须靠另一柱塞缸反向作用而退回，垂直安装水平安装时必须靠另一柱塞缸反向作用而退回，垂直安装时靠自重和运动部件作用复位时靠自重和运动部件作用复位;.柱塞直径很大时，可以直接利用中空形材或铸造成中空坯柱塞直径很大时，可以直接利用中空形材或铸造成中空坯料制造，从而节省材料。料制造，从而节省材料。上一页 下一页返回3.2液压缸液压缸柱塞式液压缸的推力、速度计算如下柱塞式液压缸的推力、速度计算如下:(
22、1)推力推力F (3-19)(2)速度速度v (3-20)式中式中d柱塞直径柱塞直径(m)柱塞式液压缸广泛应用于压力机、人造板热液压机、龙门刨柱塞式液压缸广泛应用于压力机、人造板热液压机、龙门刨床、拉床等长行程设备中。床、拉床等长行程设备中。上一页 下一页返回3.2液压缸液压缸3.2.4组合式液压缸组合式液压缸1.伸缩缸伸缩缸伸缩缸在结构上分为单作用和双作用式，其图形符号分别为伸缩缸在结构上分为单作用和双作用式，其图形符号分别为 和和 。其结构由单杆活塞式液压缸串联而成。第一级缸的杆是第二其结构由单杆活塞式液压缸串联而成。第一级缸的杆是第二级缸的缸筒，依次套接在一起，又称为多级缸或套筒缸。级缸
23、的缸筒，依次套接在一起，又称为多级缸或套筒缸。伸缩缸具有伸出行程长和缩回时占用空间小的特点。因此，伸缩缸具有伸出行程长和缩回时占用空间小的特点。因此，伸缩缸常被用于起重机大臂的伸缩驱动和自卸车的举升驱动。伸缩缸常被用于起重机大臂的伸缩驱动和自卸车的举升驱动。上一页 下一页返回3.2液压缸液压缸2.增压缸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见见图图3-5(a).增压缸在结构上是由大活塞缸和小活塞缸反向串联或者是大增压缸在结构上是由大活塞缸和小活塞缸反向串联或者是大活塞缸和柱塞缸串联组成。如活塞缸和柱塞缸串联组成。如图图3-
24、5(b)所示。所示。经过增压缸输出的油液压力经过增压缸输出的油液压力PH可由下式求出可由下式求出 (3-21)式中式中A1,A2分别为活塞和柱塞的有效作用面积，分别为活塞和柱塞的有效作用面积，A1/A2称称为增压比为增压比;P1低压系统工作压力低压系统工作压力(MPa);PH增压压力增压压力(MPa)。上一页 下一页返回3.2液压缸液压缸3.2.5液压缸组件及连接形式液压缸组件及连接形式1.缸筒一缸底组件缸筒一缸底组件 缸筒一缸底组件形式较多，缸筒一缸底组件形式较多，图图3-6示出了比较常见的组合示出了比较常见的组合和连接形式。和连接形式。2.缸筒一缸盖组件缸筒一缸盖组件 缸筒一缸盖组件基本形
25、式同缸筒一缸底组件。求。因此，缸筒一缸盖组件基本形式同缸筒一缸底组件。求。因此，多加了盖与杆之间的密封和防尘圈。多加了盖与杆之间的密封和防尘圈。3.活塞一活塞杆组件活塞一活塞杆组件 活塞一活塞杆组件形式也有多种多样，活塞一活塞杆组件形式也有多种多样，图图3-7只是缸盖本只是缸盖本身与活塞杆之间也有配合要示出常用的一些组件形式。身与活塞杆之间也有配合要示出常用的一些组件形式。上一页 下一页返回3.2液压缸液压缸4.密封密封 通常把具有相对运动的两个零件之间的密封称为动密封，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。根据密而把没有相对运动的两零
26、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封件与被密封件相对位置关系又有径向密封(圆周密封圆周密封)和轴和轴向密封向密封(端面密封端面密封)之分。径向动密封又分为间隙密封和密封之分。径向动密封又分为间隙密封和密封件密封。件密封。密封在液压缸中起着不可忽视的作用，凡是有间隙的部位，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。液压缸使用的密封件大多采用耐油、耐腐蚀、均要设置密封。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的密封件。均压槽如型
27、或组合型的密封件。均压槽如图图3-8所示。所示。上一页 下一页返回3.2液压缸液压缸 5.缓冲装置缓冲装置 液压缸的缓冲装置用于防止活塞快速运行到终端时撞击缸液压缸的缓冲装置用于防止活塞快速运行到终端时撞击缸底或缸盖产生的冲击和振动。缓冲装置有多种形式，见底或缸盖产生的冲击和振动。缓冲装置有多种形式，见图图3-9。6.排气装置排气装置图图3-10中给出两种排气塞。排气时，松开螺钉，液压缸往复中给出两种排气塞。排气时，松开螺钉，液压缸往复运行数次后，见油液排出即可旋紧螺钉，完成排气。排气塞运行数次后，见油液排出即可旋紧螺钉，完成排气。排气塞一般安装在液压缸的最高位置处。一般安装在液压缸的最高位置
28、处。上一页返回表表3-1常用液压电动机图形符号常用液压电动机图形符号返回图图3-1斜盘式轴向柱塞电动机原理图斜盘式轴向柱塞电动机原理图1-料盘料盘;2-缸体缸体;3-工作柱塞工作柱塞;4-配油盘配油盘返回图图3-2双作用式单杆活塞式压缸计算双作用式单杆活塞式压缸计算原理图原理图(a)图形符号图形符号;(b)计算原理图计算原理图返回图图3-3双杆活塞式液压缸原理图双杆活塞式液压缸原理图(a)图形符号图形符号;(b)筒固定安装形式筒固定安装形式;(c)活塞杆固定安装形式活塞杆固定安装形式返回图图3-4双杆活塞式液压缸计算原理图双杆活塞式液压缸计算原理图返回图图3-5增压缸原理图增压缸原理图(a)图
29、形符号图形符号;(b)原理图原理图返回图图3-6缸筒一缸底组件形式缸筒一缸底组件形式(a)焊接式焊接式;(b)外螺纹式外螺纹式;(c)内螺纹式内螺纹式;(d)外卡健式外卡健式;(e)发兰式发兰式;(f)拉杆式拉杆式返回图图3-7活塞一活塞杆组件活塞一活塞杆组件(a)整体式整体式;(b)焊接式焊接式;(c)锥销式锥销式;(d)(e)螺纹式螺纹式;(f)半环卡健式半环卡健式 1-半环卡健半环卡健;2-卡套卡套;3-弹性挡圈弹性挡圈返回图图3-8均压槽均压槽返回图图3-9液压缸的缓冲装置液压缸的缓冲装置(a)圆柱环形缝隙式圆柱环形缝隙式;(b)锥环形缝隙式锥环形缝隙式;(c)轴向三角槽可变节流式轴向三角槽可变节流式;(d)可调节流式可调节流式返回图图3-10排气阀排气阀返回