液壓與氣壓傳動(dòng)3

第三章

液壓馬達(dá)液壓缸

第一節(jié)液壓馬達(dá)

一、液壓馬達(dá)概述液壓馬達(dá)是將液體壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置，輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，是液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件。馬達(dá)與泵在原理上有可逆性，但因用途不同結(jié)構(gòu)上有些差別：馬達(dá)要求正反轉(zhuǎn)，其結(jié)構(gòu)具有對(duì)稱(chēng)性；而泵為了保證其自吸性能，結(jié)構(gòu)上采取了某些措施。

（一）液壓馬達(dá)的工作原理葉片液壓馬達(dá)工作原理：結(jié)構(gòu)與雙作用式葉片泵相似，只是葉片徑向布置；改變馬達(dá)的進(jìn)出油方向，即可改變馬達(dá)的旋向。

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：（1）液壓馬達(dá)由壓力油驅(qū)動(dòng)：要求馬達(dá)的進(jìn)油腔與排油腔要可靠隔離，且分別連通進(jìn)、排油口。

（2）液壓馬達(dá)要求正反轉(zhuǎn)：其結(jié)構(gòu)具有對(duì)稱(chēng)性；進(jìn)出油口相等，有單獨(dú)的泄油口。

（3）液壓馬達(dá)的泄露：除影響馬達(dá)的容積效率和壓力值外，還影響馬達(dá)的制動(dòng)性能。

（二）液壓馬達(dá)的特性參數(shù)1、工作壓力與額定壓力工作壓力：大小取決于馬達(dá)負(fù)載，馬達(dá)進(jìn)出口壓力的差值稱(chēng)為馬達(dá)的壓差Δp。額定壓力：能使馬達(dá)連續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的最高壓力。

2、流量與容積效率其中：qMt為理論流量，馬達(dá)在沒(méi)有泄漏時(shí)，達(dá)到要求轉(zhuǎn)速所需進(jìn)口流量。由于馬達(dá)存在間隙，產(chǎn)生泄漏△q，為達(dá)到要求轉(zhuǎn)速，則輸入馬達(dá)的實(shí)際流量必須為：

容積效率：馬達(dá)的理論流量qMt與實(shí)際流量流量qM之比：

3、排量與轉(zhuǎn)速排量V：為ηV等于1

時(shí)，輸出軸旋轉(zhuǎn)一周所需油液體積。轉(zhuǎn)速n：

4、轉(zhuǎn)矩、機(jī)械效率和起動(dòng)機(jī)械效率按能量守恒可得液壓馬達(dá)的理論轉(zhuǎn)矩TMt為：液壓馬達(dá)輸出的實(shí)際轉(zhuǎn)矩：液壓馬達(dá)的機(jī)械效率：由于有摩擦損失．液壓馬達(dá)的實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩TM一定小于理論轉(zhuǎn)矩TMt

起動(dòng)機(jī)械效率ηM0馬達(dá)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩TM0與同一壓差下的理論轉(zhuǎn)矩TMt之比：

5、功率與總效率馬達(dá)輸入功率：馬達(dá)輸出功率：馬達(dá)的總效率：

（三）液壓馬達(dá)的分類(lèi)：高速低速>500r/min<500r/min轉(zhuǎn)速

高速液壓馬達(dá)有齒輪馬達(dá)、螺桿馬達(dá)、葉片馬達(dá)、軸向柱塞馬達(dá)等。低速液壓馬達(dá)有單作用連桿型徑向柱塞馬達(dá)和多作用內(nèi)曲線(xiàn)徑向柱塞馬達(dá)等。

（四）液壓馬達(dá)圖形符號(hào)

二、高速液壓馬達(dá)（一）齒輪液壓馬達(dá)

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)出油口相等，有單獨(dú)的泄油口；為減少摩擦力矩，采用滑動(dòng)軸承；為減少轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，齒數(shù)較泵的齒數(shù)多。應(yīng)用由于密封性能差，容積效率較低，不能產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩，且瞬時(shí)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩隨嚙合點(diǎn)而變化，因此僅用于高速小轉(zhuǎn)矩的場(chǎng)合，如工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械及對(duì)轉(zhuǎn)矩均勻性要求不高的設(shè)備。

（二）葉片液壓馬達(dá)工作原理

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)出油口相等，有單獨(dú)的泄油口；葉片徑向放置，葉片底部設(shè)置有燕式彈簧；在高低壓油腔通入葉片底部的通路上裝有梭閥。

應(yīng)用轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，反應(yīng)靈敏，能適應(yīng)較高頻率的換向。但泄漏大，低速時(shí)不夠穩(wěn)定。適用于轉(zhuǎn)矩小、轉(zhuǎn)速高、機(jī)械性能要求不嚴(yán)格的場(chǎng)合。

（三）軸向柱塞液壓馬達(dá)工作原理

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)軸向柱塞泵和軸向柱塞馬達(dá)是互逆的。

配流盤(pán)為對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。

應(yīng)用作變量馬達(dá)。改變斜盤(pán)傾角，不僅影響馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩，而且影響它的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。斜盤(pán)傾角越大，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩越大，轉(zhuǎn)速越低。

三、低速液壓馬達(dá)低速液壓馬達(dá)通常是徑向柱塞式結(jié)構(gòu)，為了獲得低速和大轉(zhuǎn)矩，采用高壓和大排量，它的體積和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很大，不能用于反應(yīng)靈敏和頻繁換向的場(chǎng)合。

（一）單作用連桿型徑向柱塞馬達(dá)

（二）多作用內(nèi)曲線(xiàn)徑向柱塞馬達(dá)結(jié)構(gòu)組成（動(dòng)畫(huà)）

結(jié)構(gòu)原理

殼體內(nèi)環(huán)由x個(gè)導(dǎo)軌曲面組成，每個(gè)曲面分為a、b兩個(gè)區(qū)段；缸體徑向均布有z

個(gè)柱塞孔，柱塞球面頭部頂在滾輪組橫梁上，使之在缸體徑向槽內(nèi)滑動(dòng)；b段導(dǎo)軌對(duì)柱塞組件的法向反力

柱塞、滾輪組組成柱塞組件，的切向分力對(duì)缸體產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩；配流軸圓周均布2x

個(gè)配流窗口，其中x

個(gè)窗口對(duì)應(yīng)于a段，通高壓油，x個(gè)窗口對(duì)應(yīng)于b段，通回油（x≠z

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第二節(jié)液壓缸

Hydrauliccylinder一、液壓缸的分類(lèi)和速度推力特性

液壓缸是用油液的壓力能來(lái)實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行元件。

液壓缸按其結(jié)構(gòu)形式．可以分為活塞缸、柱塞缸、擺動(dòng)缸和復(fù)合缸等。它們輸入為壓力和流量，輸出為力和速度。（一）活塞式液壓缸

活塞缸按結(jié)構(gòu)形式可分為雙桿活塞缸和單桿活塞缸A、雙桿活塞缸

雙桿活塞缸活塞兩側(cè)都有活塞桿伸出。三維圖

職能符號(hào)：

雙桿活塞缸有兩種安裝形式：缸體固定和活塞桿固定缸體固定動(dòng)畫(huà)桿固定動(dòng)畫(huà)缸筒固定式雙桿活塞缸，活塞通過(guò)活塞桿帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)，工作臺(tái)移動(dòng)范圍等于活塞有效行程的三倍。占地面積大．因此僅適用于小型機(jī)床?；钊麠U固定式雙桿活塞缸，缸筒與工作臺(tái)相連，活塞桿通過(guò)支架固定在機(jī)床上，此種安裝形式，工作臺(tái)的移動(dòng)范圍等于活塞有效行程的二倍，因此占地面積小，常用于大中型設(shè)備中。

當(dāng)雙桿活塞缸兩端活塞桿直徑相等，且分別向左、右腔輸入相同的壓力和流量時(shí)，液壓缸左、右兩個(gè)方向上輸出的推力F和速度v相等。設(shè)缸內(nèi)徑：D

桿徑：d

2.單桿活塞缸活塞的一端帶有活塞桿的液壓缸為單桿活塞缸職能符號(hào)：

單桿活塞缸的三種工作形式：動(dòng)畫(huà)1

1）無(wú)桿腔進(jìn)油，活塞上所產(chǎn)生的推力F1：當(dāng)p2＝0活塞桿的速度為

2)當(dāng)有桿腔進(jìn)油時(shí)，活塞上所產(chǎn)生的推力F2：活塞桿的速度為：

工程實(shí)用時(shí)將上列速度v1和v2的比值稱(chēng)為往返速比，并記為λv，于是得當(dāng)p2＝0

3)差動(dòng)連接：（動(dòng)畫(huà)）單桿活塞缸的左右腔同時(shí)接通壓力油，稱(chēng)為差動(dòng)連接，此缸稱(chēng)為差動(dòng)液壓缸。

活塞上所產(chǎn)生的推力F3：

活塞桿的速度為：

如果要求差動(dòng)液壓缸活塞向右運(yùn)動(dòng)(差動(dòng)連接）的速度與非差動(dòng)連接時(shí)活塞向左運(yùn)動(dòng)的速度相等，即v3=v2，則：

由此可知，差動(dòng)連接時(shí)的推力F3

比非差動(dòng)連接時(shí)的推力F1

要小。前進(jìn)差動(dòng)前進(jìn)后退

可見(jiàn)，差動(dòng)連接時(shí)的速度v3

比非差動(dòng)連接時(shí)的速度v1

要快。前進(jìn)后退差動(dòng)前進(jìn)動(dòng)畫(huà)1

對(duì)于兩種安裝形式，工作臺(tái)的移動(dòng)范圍均為活塞桿有效行程L的二倍。單桿活塞缸也有兩種安裝形式：缸體固定和活塞桿固定。

(二)柱塞液壓缸:單柱塞缸特點(diǎn)：1.缸筒內(nèi)孔不需精加工.2.特別適合行程較長(zhǎng)的場(chǎng)合。3.只能單方向向右運(yùn)動(dòng)，反向退回時(shí)則靠外力。（見(jiàn)動(dòng)畫(huà)）職能符號(hào)：

柱塞上所產(chǎn)生的推力F和速度v分別為：

雙柱塞缸雙柱塞缸可實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)（見(jiàn)動(dòng)畫(huà)）

二、其它形式液壓缸1.伸縮液壓缸：適用于工程機(jī)械。由多個(gè)活塞缸套裝而成，且前級(jí)缸的活塞桿是后級(jí)缸的缸筒。

雙作用伸縮液壓缸（見(jiàn)動(dòng)畫(huà)）

單作用伸縮液壓缸它與雙作用不同點(diǎn)是回程靠外力，而雙作用靠液壓作用力。

當(dāng)通入壓力油時(shí)，活塞由大到小依次伸出；縮回時(shí)，活塞則由小到大依次收回。各級(jí)壓力和速度可按活塞缸的有關(guān)公式計(jì)算。特別適用于工程機(jī)械及自動(dòng)線(xiàn)步進(jìn)式輸送裝置。（見(jiàn)動(dòng)畫(huà)）

特點(diǎn)：1）由于各級(jí)缸活塞面積不等，所以各級(jí)活塞的運(yùn)動(dòng)速度、推力亦不相等；2）互相套裝，行程可以很長(zhǎng)，收縮起來(lái)又很短。

2.齒條活塞液壓缸

齒條活塞液壓缸傳動(dòng)軸輸出轉(zhuǎn)矩TM及輸出角速度ω分別為由兩個(gè)活塞缸和一套齒條齒輪傳動(dòng)裝置組成的液壓—機(jī)械聯(lián)合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)周期性的往復(fù)擺動(dòng)。（動(dòng)畫(huà)）

齒輪齒條活塞液壓缸

3.增壓缸(增壓器)

增壓缸與前面介紹的活塞式液壓缸相類(lèi)似，但不是將液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，而是液壓能的傳遞，使之增壓。增壓缸作為油路中的一個(gè)中間環(huán)節(jié)，用于使低壓系統(tǒng)能滿(mǎn)足局部高壓油路要求。（動(dòng)畫(huà)）

4、增速缸

增速缸也是活塞缸與柱塞缸組成的復(fù)合缸，活塞缸的活塞桿內(nèi)腔是柱塞缸的缸筒，柱塞固定在活塞缸的缸筒上。當(dāng)液壓油進(jìn)入柱塞缸時(shí)，活塞將快速運(yùn)動(dòng)（活塞缸大腔必須補(bǔ)油）；當(dāng)液壓油同時(shí)進(jìn)入柱塞缸和活塞缸時(shí)，活塞慢速運(yùn)動(dòng)。

增速缸動(dòng)畫(huà)

增速缸用于快速運(yùn)動(dòng)回路，在不增加泵的流量的前提下，使執(zhí)行元件獲得盡可能大的工作速度。

三、擺動(dòng)液壓馬達(dá)

擺動(dòng)液壓馬達(dá)也稱(chēng)回轉(zhuǎn)式液壓缸或擺動(dòng)式液壓缸。當(dāng)通入壓力油時(shí)，它的主軸能輸出小于3600的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，它經(jīng)常用于輔助運(yùn)動(dòng)，例如送料和轉(zhuǎn)位裝置、液壓機(jī)械手以及間歇進(jìn)給機(jī)構(gòu)。由于近些年來(lái)的密封材料的改善，應(yīng)用范圍已擴(kuò)大到中高壓。

1）單葉片擺動(dòng)缸：

其擺動(dòng)角＜3000

R2

R1

（見(jiàn)動(dòng)畫(huà)）

2、雙葉片擺動(dòng)缸壓力油從左上方和右下方兩個(gè)油口同時(shí)進(jìn)入，兩個(gè)葉片在壓力油作用下使葉片軸作順時(shí)針?lè)较驍[動(dòng)，回油從右上方和左下方兩個(gè)油口流出，其擺動(dòng)角小于1500

在相同結(jié)構(gòu)尺寸下，轉(zhuǎn)矩增大一倍，且徑向力平衡。職能符號(hào)（見(jiàn)動(dòng)畫(huà)）

液壓缸結(jié)構(gòu)

缸體組件包括缸