液壓傳動(dòng)與控制

液壓傳動(dòng)與控制第一頁，共五十五頁，2022年，8月28日液壓執(zhí)行元件是液壓系統(tǒng)中對(duì)外作功的元件，其功能是將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。執(zhí)行元件分類

旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)型——液壓馬達(dá)

往復(fù)運(yùn)動(dòng)型飛機(jī)液壓執(zhí)行裝置直線運(yùn)動(dòng)型——作動(dòng)筒（液壓缸）往復(fù)搖擺運(yùn)動(dòng)型——擺動(dòng)缸第二頁，共五十五頁，2022年，8月28日飛機(jī)液壓執(zhí)行裝置液壓缸和液壓馬達(dá)第三頁，共五十五頁，2022年，8月28日?qǐng)D4.1.1液壓作動(dòng)筒的工作原理1—筒體；2—活塞；3—活塞桿；4—端蓋；5—密封；6—進(jìn)出管道4.1.1液壓作動(dòng)筒的基本原理和結(jié)構(gòu)4.1液壓作動(dòng)筒（液壓缸）概述

基本原理第四頁，共五十五頁，2022年，8月28日結(jié)論：作動(dòng)筒是利用液體壓力來克服負(fù)載的（包括摩擦力），利用液體流量維持運(yùn)動(dòng)速度。輸人作動(dòng)筒的液體壓力和流量是作動(dòng)筒的輸入?yún)?shù)，是液壓功率；作動(dòng)筒的輸出力和速度（或位移）是其輸出參數(shù)，是機(jī)械功率。4.1.1液壓作動(dòng)筒的基本原理和結(jié)構(gòu)第五頁，共五十五頁，2022年，8月28日

構(gòu)成缸體組件（筒體+端蓋）活塞組件（活塞+活塞桿）密封裝置緩沖裝置排氣裝置間隙密封活塞環(huán)密封密封圈密封4.1.1液壓作動(dòng)筒的基本原理和結(jié)構(gòu)第六頁，共五十五頁，2022年，8月28日4.1.1液壓作動(dòng)筒的基本原理和結(jié)構(gòu)間隙密封第七頁，共五十五頁，2022年，8月28日4.1.1液壓作動(dòng)筒的基本原理和結(jié)構(gòu)活塞環(huán)密封第八頁，共五十五頁，2022年，8月28日4.1.1液壓作動(dòng)筒的基本原理和結(jié)構(gòu)O型圈V型圈Y型圈第九頁，共五十五頁，2022年，8月28日4.1.2液壓作動(dòng)筒的特性與分析輸出力定義：指液壓作動(dòng)筒克服其內(nèi)部各種阻力以后所發(fā)出的機(jī)械 力的大小。（4-1）p1p2A1A2F理論輸出力為（4-2）式中，F(xiàn)為理論輸出力；p1為供油壓力；p2為回油壓力；A1為p1壓力作用的有效面積；A2為p2壓力作用的有效面積。第十頁，共五十五頁，2022年，8月28日4.1.2液壓作動(dòng)筒的特性與分析由于活塞運(yùn)動(dòng)具有摩擦阻力，所以其實(shí)際輸出力的表達(dá)式應(yīng)為式中，F(xiàn)sb為實(shí)際輸出力；ηm為機(jī)械效率。結(jié)論：提高供油壓力或者是增大活塞有效面積，均可以使作動(dòng)筒的輸出力增大。（4-3）第十一頁，共五十五頁，2022年，8月28日4.1.2液壓作動(dòng)筒的特性與分析輸出速度定義：指活塞相對(duì)于筒體的運(yùn)動(dòng)速度。（4-4）Av式中，v為輸出速度；Q為進(jìn)人作動(dòng)筒的液體流量；A為活塞的有效面積。作動(dòng)簡的輸出運(yùn)動(dòng)速度取決于輸入流量的大小，即第十二頁，共五十五頁，2022年，8月28日4.1.2液壓作動(dòng)筒的特性與分析因?yàn)樽鲃?dòng)筒內(nèi)部存在泄漏，因此引人容積效率（4-5）Av式中，ηv為容積效率；Q1為作動(dòng)筒內(nèi)部的油液泄漏量。實(shí)際作動(dòng)筒的輸出速度為（4-6）第十三頁，共五十五頁，2022年，8月28日4.1.2液壓作動(dòng)筒的特性與分析作動(dòng)時(shí)間和輸出行程定義：作動(dòng)筒完成作動(dòng)所用的時(shí)間稱為作動(dòng)時(shí)間，作動(dòng)筒 完成該動(dòng)作時(shí)活塞在筒內(nèi)掃過的距離稱為作動(dòng)行程。（4-7）式中，l為作動(dòng)筒的內(nèi)腔長度；l1為活塞厚度；△l為設(shè)計(jì)時(shí)為防止活塞和頂蓋碰撞而預(yù)留的行程余量。式中，L為輸出行程；t為作動(dòng)時(shí)間。（4-9）（4-8）第十四頁，共五十五頁，2022年，8月28日4.1.2液壓作動(dòng)筒的特性與分析作動(dòng)時(shí)間（4-10）最小供油流量（4-11）第十五頁，共五十五頁，2022年，8月28日4.1.2液壓作動(dòng)筒的特性與分析功率和效率作動(dòng)筒的輸出功率表征的是作動(dòng)筒對(duì)外做功的速度（4-12）式中，Psr為輸人功率；p1為輸人壓力；Q為輸人流量；ηm為機(jī)械效率；ηv為容積效率。式中，Psc為輸出功率；F為輸出力；v為輸出速度。（4-14）（4-13）作動(dòng)筒的總效率為第十六頁，共五十五頁，2022年，8月28日按結(jié)構(gòu)形式活塞缸，分為單桿活塞缸、雙桿活塞缸柱塞缸擺動(dòng)缸，分單葉片擺動(dòng)缸、雙葉片擺動(dòng)缸按作用方式單作用液壓缸，一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)依靠液壓作用力實(shí)現(xiàn)，另一個(gè)方向依靠彈簧力、重力等實(shí)現(xiàn)；雙作用液壓缸，兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)都依靠液壓作用力來實(shí)現(xiàn)；復(fù)合式缸，活塞缸與活塞缸的組合、活塞缸與柱塞缸的組合、活塞缸與機(jī)械結(jié)構(gòu)的組合等。4.1.3液壓缸的基本類型和特點(diǎn)第十七頁，共五十五頁，2022年，8月28日4.1.3液壓缸的基本類型和特點(diǎn)1.活塞式液壓缸雙桿液壓缸（a）缸體固定，活塞桿移動(dòng)圖4.1.2雙桿活塞缸（b）活塞桿固定，缸體移動(dòng)第十八頁，共五十五頁，2022年，8月28日因雙桿液壓缸的兩端活塞桿直徑相等，所以當(dāng)輸入流量和油液壓力不變時(shí)，其往返運(yùn)動(dòng)速度和推力相等。液壓缸活塞的實(shí)際推力

(4-15)4.1.3液壓缸的基本類型和特點(diǎn)p1p2AAF第十九頁，共五十五頁，2022年，8月28日

(4-16)式中：A—液壓缸的有效面積； ηm—液壓缸的機(jī)械效率；

ηV—液壓缸的容積效率； D—活塞直徑；

d—活塞桿直徑； q—輸入液壓缸的流量；

p1—進(jìn)油腔壓力； p2—回油腔壓力。4.1.3液壓缸的基本類型和特點(diǎn)液壓缸活塞的運(yùn)動(dòng)速度第二十頁，共五十五頁，2022年，8月28日(a)液壓缸無桿腔進(jìn)油圖4.1.3單桿活塞缸

單桿液壓缸當(dāng)無桿腔進(jìn)油且有桿腔回油時(shí)，活塞的推力F1和運(yùn)動(dòng)速度1分別為4.1.3液壓缸的基本類型和特點(diǎn)(4-17)(4-19)式中，A1、A2—無桿腔和有桿腔的有效面積；ηm、ηV—液壓缸的機(jī)械效率和容積效率。第二十一頁，共五十五頁，2022年，8月28日

(b)液壓缸有桿腔進(jìn)油圖4.1.3單桿活塞缸4.1.3液壓缸的基本類型和特點(diǎn)當(dāng)有桿腔進(jìn)油且無桿腔回油時(shí)，活塞的推力F2和運(yùn)動(dòng)速度2分別為(4-18)(4-20)式中，A1、A2—無桿腔和有桿腔的有效面積；ηm、ηV—液壓缸的機(jī)械效率和容積效率。第二十二頁，共五十五頁，2022年，8月28日V1和V2之比稱為速度比

上式表明，當(dāng)活塞桿直徑愈小時(shí)，速度比愈接近于1，在兩個(gè)方向上的速度差值就愈小。4.1.3液壓缸的基本類型和特點(diǎn)（4-21）第二十三頁，共五十五頁，2022年，8月28日當(dāng)單桿活塞缸兩腔同時(shí)通入壓力油時(shí)，由于無桿腔受力面積大于有桿腔的受力面積，使得活塞向右的作用力大于向左的作用力，因此活塞桿作伸出運(yùn)動(dòng)，并將有桿腔的油液擠出，流進(jìn)無桿腔，這樣加快了活塞桿的伸出速度，單桿活塞液壓缸的這種連接方式被稱為差動(dòng)連接。

(c)差動(dòng)液壓缸圖4.1.3單桿活塞缸4.1.3液壓缸的基本類型和特點(diǎn)第二十四頁，共五十五頁，2022年，8月28日差動(dòng)連接在忽略兩腔連通回路壓力損失的情況下，p2p1，并考慮到機(jī)械效率m時(shí)，活塞的推力F3和運(yùn)動(dòng)速度

3分別為4.1.3液壓缸的基本類型和特點(diǎn)（4-22）整理后得（4-23）第二十五頁，共五十五頁，2022年，8月28日4.1.3液壓缸的基本類型和特點(diǎn)推力F運(yùn)動(dòng)速度v單桿活塞缸的推力和運(yùn)動(dòng)速度第二十六頁，共五十五頁，2022年，8月28日差動(dòng)連接時(shí)液壓缸實(shí)際的有效作用面積是活塞桿的橫截面積。與非差動(dòng)連接無桿腔進(jìn)油工況相比，在輸入油液壓力和流量都不變的條件下，活塞桿伸出速度較大而推力較小。差動(dòng)連接是在不增加液壓泵容量和功率的情況下，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)快速運(yùn)動(dòng)的有效方法。它的應(yīng)用常見于組合機(jī)床和各類專用機(jī)床中。4.1.3液壓缸的基本類型和特點(diǎn)在實(shí)際應(yīng)用中，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)常通過控制閥來改變單桿活塞缸的油路連接，使它有不同的工作方式，從而獲得快進(jìn)（差動(dòng)連接）工進(jìn)（無桿腔進(jìn)油）快退（有桿腔進(jìn)油）的工作循環(huán)。第二十七頁，共五十五頁，2022年，8月28日4.1.3液壓缸的基本類型和特點(diǎn)如果液壓缸正向采用差動(dòng)連接，反向?yàn)橛袟U腔進(jìn)油，要求這兩個(gè)速度相等即3=2，則活塞直徑D和活塞桿直徑d的關(guān)系為第二十八頁，共五十五頁，2022年，8月28日2.柱塞式液壓缸圖4.1.4（a）單柱塞缸（b）雙柱塞缸4.1.3液壓缸的基本類型和特點(diǎn)第二十九頁，共五十五頁，2022年，8月28日當(dāng)柱塞直徑為d，輸入液壓油流量為q，壓力為p時(shí)，柱塞上所產(chǎn)生的推力F和速度v分別為：4.1.3液壓缸的基本類型和特點(diǎn)（4-24）（4-25）第三十頁，共五十五頁，2022年，8月28日3.擺動(dòng)液壓缸擺動(dòng)缸也稱擺動(dòng)液壓馬達(dá)，主要用來驅(qū)動(dòng)作間歇回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的工作機(jī)構(gòu)。主要有單葉片式和雙葉片式兩種結(jié)構(gòu)形式。（a）單葉片式（b）雙葉片式圖4.1.5擺動(dòng)缸1－定子塊；2－缸體；3－擺動(dòng)軸；4－葉片4.1.3液壓缸的基本類型和特點(diǎn)單葉片式擺動(dòng)缸，它只有一個(gè)葉片，其擺動(dòng)角度較大，可達(dá)300°。雙葉片式擺動(dòng)缸，它有二個(gè)葉片，其擺動(dòng)角一般小于150°。

第三十一頁，共五十五頁，2022年，8月28日單葉片式擺動(dòng)缸輸出轉(zhuǎn)矩TM和角速度ω分別為：4.1.3液壓缸的基本類型和特點(diǎn)式中，p1、p2—進(jìn)出口油液壓力；q—輸入流量；b—葉片寬度；R1、R2—葉片底部和頂部回轉(zhuǎn)半徑；ηv、ηm—容積和機(jī)械效率。（4-26）（4-27）當(dāng)輸入壓力和流量不變時(shí)，雙葉片擺動(dòng)缸輸出轉(zhuǎn)矩是單葉片擺動(dòng)缸的2倍，而擺動(dòng)角速度則是單葉片擺動(dòng)缸的一半。第三十二頁，共五十五頁，2022年，8月28日例題例1如圖所示兩個(gè)結(jié)構(gòu)和尺寸均相同相互串聯(lián)的液壓缸，無桿腔面積A1=1×10-2m2，有桿腔面積A2=0.8×10-2m2時(shí)，輸人油壓力p1=0.9MPa，輸人流量q1=12L/min。不計(jì)損失和泄漏，試求:1）兩缸承受相同負(fù)載時(shí)（F1=F2），負(fù)載和速度各為多少?2）缸1不受負(fù)載時(shí)（F1=0），缸2能承受多少負(fù)載？速度？3）缸2不受負(fù)載時(shí)（F2=0），缸1能承受多少負(fù)載？速度？第三十三頁，共五十五頁，2022年，8月28日4.2飛機(jī)的液壓作動(dòng)筒（液壓缸）4.2.1單作用式作動(dòng)筒單作用式作動(dòng)筒的活塞在液壓作用下只能向一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，然后由彈簧作用返回。單作用式作動(dòng)筒常用作剎車作動(dòng)筒。圖4.2.1單作用式作動(dòng)簡第三十四頁，共五十五頁，2022年，8月28日4.2.2雙作用式作動(dòng)筒雙作用式作動(dòng)筒能利用油液推動(dòng)部件做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。雙向單桿式作動(dòng)筒常用于在兩個(gè)方向上需要不同傳動(dòng)力的地方。如在起落架收放系統(tǒng)，常采用此種形式的作動(dòng)筒。

圖4.2.2雙向單桿作動(dòng)簡第三十五頁，共五十五頁，2022年，8月28日4.2.2雙作用式作動(dòng)筒雙向雙桿式作動(dòng)筒在活塞兩邊裝有同樣粗細(xì)的活塞桿，使兩腔油液的有效工作面積相同。

當(dāng)作動(dòng)筒兩端的輸人壓力相同時(shí)，其雙向克服負(fù)載的能力相同。當(dāng)活塞兩端輸人流量相同時(shí)，其活塞往返運(yùn)動(dòng)速度相同。所以，在操縱系統(tǒng)和前輪轉(zhuǎn)彎操縱中的液壓作動(dòng)筒常采用雙向雙桿式作動(dòng)筒，以保證作動(dòng)筒活塞往返速度相同。圖4.2.3雙向雙桿作動(dòng)簡第三十六頁，共五十五頁，2022年，8月28日4.2.3液壓缸典型結(jié)構(gòu)舉例圖4.2.4單桿活塞缸結(jié)構(gòu)1—頭側(cè)端蓋；2—活塞密封圈；3—活塞頭；4—活塞桿；5—缸體；6—拉桿；7—活塞桿密封圈；8—桿側(cè)端蓋；9—防塵圈；10—泄油口；11—導(dǎo)向套；12—固定密封圈；13—節(jié)流閥；14—單向閥第三十七頁，共五十五頁，2022年，8月28日4.3飛機(jī)液壓作動(dòng)筒輔助元件4.3.1緩沖裝置

縫隙節(jié)流緩沖圖4.3.1帶縫隙節(jié)流凸臺(tái)的作動(dòng)筒在作動(dòng)筒主活塞前后各有一個(gè)直徑比主活塞略小的緩沖凸臺(tái)，當(dāng)作動(dòng)筒到達(dá)行程末端時(shí)，凸臺(tái)將一部分油液封死，被封閉的油液通過凸臺(tái)與缸壁間的環(huán)形間隙流出，產(chǎn)生液壓阻力，減緩作動(dòng)筒的速度，起到緩沖的作用。第三十八頁，共五十五頁，2022年，8月28日節(jié)流閥緩沖4.3.1緩沖裝置圖4.3.2帶單向節(jié)流閥的作動(dòng)筒節(jié)流閥緩沖裝置的基本工作原理：在作動(dòng)筒行程末端安裝節(jié)流閥，限制回流流量，使之產(chǎn)生反壓力，從而減緩部件的運(yùn)動(dòng)速度。第三十九頁，共五十五頁，2022年，8月28日4.3.2排氣裝置排氣裝置（a）排氣閥（b）排氣塞液壓系統(tǒng)在安裝過程或長時(shí)間停放之后會(huì)有空氣滲入，由于氣體存在，使執(zhí)行元件產(chǎn)生爬行、噪聲和發(fā)熱等一系列不正?，F(xiàn)象。為消除空氣對(duì)系統(tǒng)的影響，必須排除積留在作動(dòng)筒內(nèi)的空氣。第四十頁，共五十五頁，2022年，8月28日4.4液壓馬達(dá)液壓馬達(dá)和液壓泵在結(jié)構(gòu)上基本相同，并且也是靠密封容積的變化來工作的。液壓馬達(dá)輸入的是壓力和流量，輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。液壓馬達(dá)的分類：按結(jié)構(gòu)分：齒輪式、葉片式和柱塞式；按工作特性分：高速馬達(dá)和低速馬達(dá)；按馬達(dá)的排量是否可變分：定量馬達(dá)和變量馬達(dá)。第四十一頁，共五十五頁，2022年，8月28日4.4液壓馬達(dá)單向定量液壓馬達(dá)雙向定量液壓馬達(dá)單向變量液壓馬達(dá)雙向變量液壓馬達(dá)液壓馬達(dá)圖形符號(hào)第四十二頁，共五十五頁，2022年，8月28日液壓馬達(dá)的工作壓力和額定壓力液壓馬達(dá)的工作壓力pM：是指它的輸人油液的實(shí)際壓力，其大小取決于液壓馬達(dá)的負(fù)載。液壓馬達(dá)的額定壓力pMn：是指馬達(dá)在正常工作條件下，按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定能連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最高壓力。馬達(dá)的壓差ΔpM：是指馬達(dá)進(jìn)出口壓力的差值。4.4.1液壓馬達(dá)的主要性能參數(shù)第四十三頁，共五十五頁，2022年，8月28日液壓馬達(dá)的排量和理論流量液壓馬達(dá)的排量VM：是指在沒有泄漏的情況下，馬達(dá)軸旋轉(zhuǎn)一周所輸人的油液體積。理論流量qMt：是指在沒有泄漏的情況下，馬達(dá)達(dá)到轉(zhuǎn)速nM，所輸人油液的流量。4.4.1液壓馬達(dá)的主要性能參數(shù)（4-28）第四十四頁，共五十五頁，2022年，8月28日液壓馬達(dá)的功率和效率

功率

馬達(dá)輸入功率PMi為(4-32)

馬達(dá)輸出功率PM0為(4-33)4.4.1液壓馬達(dá)的主要性能參數(shù)第四十五頁，共五十五頁，2022年，8月28日效率

容積效率液壓馬達(dá)也有泄漏ΔqM存在，其實(shí)際輸入流量qM大于理論流量液壓馬達(dá)的理論流量與實(shí)際流量之比稱為液壓馬達(dá)的容積效率ηMV4.4.1液壓馬達(dá)的主要性能參數(shù)（4-29）第四十六頁，共五十五頁，2022年，8月28日

機(jī)械效率

液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)矩?fù)p失△TM，其實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩因此液壓馬達(dá)的機(jī)械效率為總效率ηM是指液壓馬達(dá)的輸出功率與輸入功率之比，即4.4.1液壓馬達(dá)的主要性能參數(shù)（4-30）（4-31）第四十七頁，共五十五頁，2022年，8月28日液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速液壓馬達(dá)能產(chǎn)生的理論轉(zhuǎn)矩TMt為即液壓馬達(dá)輸出的實(shí)際轉(zhuǎn)矩TM為液壓馬達(dá)的實(shí)際輸入流量為qM時(shí)，其轉(zhuǎn)速nM為

4.4.1液壓馬達(dá)的主要性能參數(shù)（4-34）（4-35）（4-36）第四十八頁，共五十五頁，2022年，8月28日1.工作原理1—斜盤；2—缸體；3—活塞；4—配流盤；5—軸圖4.4.1斜盤式軸向柱塞馬達(dá)的工作原理4.4.2斜盤式軸向柱塞馬達(dá)δF第四十九頁，共五十五頁，2022年，8月28日斜盤對(duì)每個(gè)柱塞的反作用力F是垂直于斜盤端面的，該反作用力可分解為兩個(gè)分力：水平分力Fx，它和作用在柱塞上的液壓推力相平衡；另一個(gè)為垂直分力Fy。分別由下式求得4.4.2斜盤式軸向柱塞馬達(dá)式中，d為柱塞直徑；p為輸入馬達(dá)的油液壓力；δ為斜盤的傾斜角。δF第五十頁，共五十五頁，2022年，8月28日2.轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速4.4.2斜盤式軸向柱塞馬達(dá)