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第四章液壓執(zhí)行元件
液壓執(zhí)行元件是將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換元件。分兩類,一是液壓馬達(dá),二是液壓缸。第一節(jié)液壓馬達(dá)
一、液壓馬達(dá)的分類與特點(diǎn)1.分類
根據(jù)結(jié)構(gòu)形式分為:
1)齒輪式馬達(dá);2)葉片式馬達(dá);
1第四章液壓執(zhí)行元件液壓執(zhí)行元件是將液壓能
3)柱塞式馬達(dá):徑向柱塞式,軸向柱塞式。
根據(jù)轉(zhuǎn)速高低分:
1)高速馬達(dá)(n>500rpm):齒輪式,葉片式,軸向柱塞式。轉(zhuǎn)速高,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小,啟動(dòng)和制動(dòng)方便,控制靈敏度高。但需減速機(jī)構(gòu)。稱為高速小扭矩液壓馬達(dá)。
2)低速馬達(dá)(n≤500r.p.m):徑向柱塞式,行星轉(zhuǎn)子式擺線馬達(dá)。排量大,體積大,轉(zhuǎn)速低(甚至幾轉(zhuǎn)),輸出軸可以直接和工作機(jī)構(gòu)連接,不需減速裝置。稱為低速大扭矩液壓馬達(dá)。23)柱塞式馬達(dá):徑向柱塞式,軸向柱塞式。2
2.特點(diǎn)
馬達(dá)和泵有如下區(qū)別:
1)馬達(dá)應(yīng)能經(jīng)常正、反轉(zhuǎn),故要求結(jié)構(gòu)對(duì)稱;
2)馬達(dá)無自吸要求,但需要初始密封;
3)采用滾動(dòng)軸承或靜壓滑動(dòng)軸承;
4)應(yīng)有良好的起動(dòng)特性和低速穩(wěn)定性。
二、液壓馬達(dá)主要參數(shù)和性能指標(biāo)
1.排量Vm
馬達(dá)主軸轉(zhuǎn)一周,其進(jìn)油空間(或回油空間)的體積變化量(ml/r)。
32.特點(diǎn)344
2.理論輸入流量qMt
馬達(dá)在沒有泄漏時(shí),達(dá)到要求轉(zhuǎn)速所需進(jìn)口流量。
qMt=nMVM
3.實(shí)際輸入流量qM和容積效率ηMV
qM=qMt+△q,△q——泄漏流量
ηMV=qMt/qM=1-△q/qM
qM=qMt/ηMv=nMVM/ηMv
4.實(shí)際輸入功率PMi、實(shí)際輸出功率PMo和總效率ηM
PMi=△pqM,PMo=TM
ηM=PMo/
PMi=ηMvηMm
52.理論輸入流量qMt5
式中△p——馬達(dá)進(jìn)出口的壓力差
5.平均轉(zhuǎn)速nM
nM=qMt/VM=qM
Mv/VM
6.平均輸出轉(zhuǎn)矩TM
PMo=PMi
MTM
=△pqM
M
TM=
△pqM
M/
=△pnMVM
M
/2
nM
Mv
=△pVM
Mm/
2
7.起動(dòng)性能
用起動(dòng)扭矩和起動(dòng)機(jī)械效率來衡量。
8.制動(dòng)性能
通常用額定轉(zhuǎn)矩作用下輸出軸的滑轉(zhuǎn)值表征馬達(dá)的制動(dòng)性能。6式中△p——馬達(dá)進(jìn)出口的壓力差6
9.最低穩(wěn)定速度
指液壓馬達(dá)在額定負(fù)載下,不出現(xiàn)爬行的最低速度。它越小系統(tǒng)的調(diào)速范圍就越寬。常用馬達(dá)的最低穩(wěn)定速度值如下:
多作用內(nèi)曲線馬達(dá):0.1~1rpm;
曲柄連桿馬達(dá):2~3rpm;
高速軸向柱塞馬達(dá):30~50rpm;
高速葉片馬達(dá):50~100rpm
;
齒輪馬達(dá):200~300r/min。79.最低穩(wěn)定速度7三、齒輪馬達(dá)1.工作原理2.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(1)進(jìn)出油口相等,有單獨(dú)的泄油口;(2)為減少摩擦力矩,采用滾動(dòng)軸承;(3)為減少轉(zhuǎn)矩脈動(dòng),齒數(shù)較泵的齒數(shù)多。
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。8三、齒輪馬達(dá)1.工作原理2.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(2)為減少摩擦力矩,采99
四、葉片馬達(dá)
1.工作原理
2.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(1)進(jìn)出油口相等,有單獨(dú)的泄油口;
(2)葉片徑向放置,葉片底部設(shè)置有燕式彈簧;(3)在高低壓油腔通入葉片底部的通路上裝有梭閥。10四、葉片馬達(dá)1.工作原理2.結(jié)構(gòu)特1111
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。適用于高速小扭矩、機(jī)械性能要求不嚴(yán)格的場(chǎng)合。五、軸向柱塞馬達(dá)1.工作原理2.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(1)軸向柱塞泵和軸向柱塞馬達(dá)是互逆的。(2)配流盤為對(duì)稱結(jié)構(gòu)。12轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小,反應(yīng)靈敏,能適應(yīng)較高頻率的換向。
作變量馬達(dá)。改變斜盤傾角,不僅影響馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩,而且影響它的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。斜盤傾角越大,產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩越大,轉(zhuǎn)速越低。六、曲軸連桿型徑向柱塞馬達(dá)(crankshaftpistonmotor
1.工作原理組成:
配流軸偏心曲軸連一起連桿活塞用球鉸連,均布配流套殼體固定一起13作變量馬達(dá)。改變斜盤傾角,不僅影響馬達(dá)的
2.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能(1)排量大;
V
=d2/4·2e·z=d2ez
/2式中d——活塞直徑;
e——偏心距;
z——每排的活塞總數(shù)。(2)徑向液壓力不平衡;(3)扭矩脈動(dòng)大;(4)摩擦副比較多;(5)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,工作可靠,但體積重量較大。
142.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能14七、多作用內(nèi)曲線徑向柱塞馬達(dá)(internalcurvemotor)
1.工作原理
組成:缸體——Z個(gè)缸孔,徑向布置;
柱塞-滾輪組件凸輪環(huán)——x段相同的進(jìn)液區(qū)段曲面過渡區(qū)段回液區(qū)段配流軸——固定不動(dòng),2x個(gè)窗口,x個(gè)進(jìn)液,x個(gè)回液。15七、多作用內(nèi)曲線徑向柱塞馬達(dá)(internalcurve
2.特點(diǎn)
(1)排量大
v=(πd2/4)sxyzs——為柱塞行程;x——為作用次數(shù);y——柱塞排數(shù);z——每排柱塞數(shù)。
(2)徑向力平衡
(3)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小,啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大,能在低速下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。
普遍用于工程、建筑、起重運(yùn)輸、煤礦、船舶、農(nóng)業(yè)等機(jī)械中。162.特點(diǎn)16八、行星轉(zhuǎn)子式擺線馬達(dá)1.工作原理(以BM型擺線馬達(dá)為例)組成:
轉(zhuǎn)子(z1)——擺線
定子(z2,z2=z1+1)——圓弧構(gòu)成z2個(gè)密封空間輔助配流板——不動(dòng),有z2個(gè)孔,通z2個(gè)密封空間;配流盤——與轉(zhuǎn)子同步轉(zhuǎn)動(dòng),有2z1個(gè)孔,
z1個(gè)通壓力油,z1個(gè)回油;補(bǔ)償盤——固定不動(dòng),有z2個(gè)孔,其位置與輔助配流板的孔錯(cuò)開,恒通回油?;ㄦI軸——將轉(zhuǎn)子的自轉(zhuǎn)輸出。17八、行星轉(zhuǎn)子式擺線馬達(dá)構(gòu)成z2個(gè)密封空間輔助配流板——不動(dòng),18181919
轉(zhuǎn)子繞o1低速自轉(zhuǎn),同時(shí)o1繞定子中心o2高速反向公轉(zhuǎn)。公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)的速比排量VM=z2VP,轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速20轉(zhuǎn)子繞o1低速自轉(zhuǎn),同時(shí)o1繞定子中心o2高
2.特點(diǎn)
(1)定子采用裝配式結(jié)構(gòu);
Mv、
Mm
(2)采用端面配流及間隙自動(dòng)補(bǔ)償;
(3)采用浮動(dòng)聯(lián)接。行星轉(zhuǎn)子式擺線馬達(dá)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、質(zhì)量輕、轉(zhuǎn)速范圍大、低速穩(wěn)定性好和使用可靠等優(yōu)點(diǎn),因此應(yīng)用比較廣泛。212.特點(diǎn)小、質(zhì)量輕、轉(zhuǎn)速范圍大、低速穩(wěn)定性好第二節(jié)液壓缸
液壓缸將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)或擺動(dòng)的機(jī)械能。
一、液壓缸的工作原理基本組成:缸筒、活塞、活塞桿、端蓋、密封件。22第二節(jié)液壓缸液壓缸將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)或擺
二、液壓缸的分類
1.按結(jié)構(gòu)形式分:
(1)活塞缸又分單活塞桿缸、雙活塞桿缸
(2)柱塞缸
(3)擺動(dòng)缸又分單葉片擺動(dòng)缸、雙葉片擺動(dòng)缸
2.按作用方式分:
(1)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);
23二、液壓缸的分類23
(2)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);
(3)組合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。
三、液壓缸基本參數(shù)的計(jì)算
1.雙桿活塞缸雙桿活塞缸活塞兩側(cè)都有活塞桿伸出,根據(jù)安裝方式不同又分為活塞桿固定式和缸筒固定式兩種。24(2)雙作用液壓缸兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)都依靠液壓作用雙桿活塞缸的速度推力特性
v=q/A=4qηv/π(D2-d2)
缸在左右兩個(gè)方向上輸出的速度相等,ηv為缸的容積效率。F=A(p1-p2)ηm
=π(D2-d2)(p1-p2)ηm/4
缸在左右兩個(gè)方向上輸出的推力相等,ηm為缸的機(jī)械效率。25雙桿活塞缸的速度推力特性v=q/A=4qη
2.單桿活塞缸
向右運(yùn)動(dòng)速度向右運(yùn)動(dòng)推力F1=(A1p1-A2p2)ηm
向左運(yùn)動(dòng)速度v2=qηv/A2
=4qηv/π(D2-d2)
向左運(yùn)動(dòng)推力F2=(A2
p1-A1p2)ηmv1=qηv/A1=4qηv/πD2(1)單桿活塞缸速度推力特性262.單桿活塞缸向右運(yùn)動(dòng)速度向右運(yùn)動(dòng)推力
往返速比λv=v2/v1
=1/[1-(d/D)2]
式中ηv為缸的容積效率,ηm為缸的機(jī)械效率
(2)單桿活塞缸差動(dòng)連接的速度推力特性
單活塞桿缸兩腔同時(shí)通壓力油,稱為差動(dòng)連接。差動(dòng)連接的缸只能一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。27往返速比λv=v2/v1(2)運(yùn)動(dòng)速度
v3=(q+q′)/A1
=(q+A2v3)/A1
整理得:v3=q/(A1-A2)=4q/πd2
如果要求差動(dòng)缸向右運(yùn)動(dòng)速度v3=非差動(dòng)連接向左運(yùn)動(dòng)速度
v2
則活塞推力F3=p1(A1-A2)ηm
=
d2p1ηm
/4
28運(yùn)動(dòng)速度整理得:v3=q/(A1-A2)=43.柱塞缸
柱塞與缸筒無配合關(guān)系,缸筒內(nèi)孔不需精加工,只是柱塞與缸蓋上的導(dǎo)向套有配合關(guān)系。
柱塞缸只能作單作用缸,要求往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí),需成對(duì)使用。柱塞運(yùn)動(dòng)速度
v=qηv/A=4qηv/πd2柱塞推力
F=pAηm=p(πd2/4)ηm293.柱塞缸柱塞與缸筒無配合關(guān)系,缸筒內(nèi)孔不需精加4.伸縮液壓缸它由兩個(gè)或多個(gè)活塞式缸套裝而成,前一級(jí)活塞缸的活塞桿是后一級(jí)活塞缸的缸筒。各級(jí)活塞依次伸出可獲得很長(zhǎng)的行程,當(dāng)依次縮回時(shí)缸的軸向尺寸很小。
除雙作用伸縮液壓缸外,還有單作用伸縮液壓缸,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。304.伸縮液壓缸它由兩個(gè)或多個(gè)活塞式缸套裝而成,前一級(jí)活塞缸的
5.齒條活塞缸
齒條活塞缸是活塞缸與齒輪齒條機(jī)構(gòu)組成的復(fù)合式缸。它將活塞的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)辇X輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。輸出轉(zhuǎn)矩
TM=Δp(π/
8)D2Diηm輸出角速度
ω=8qηv/πD2D式中Δp為缸左右兩腔壓力差,D為活塞直徑,Di為齒輪分度圓直徑。315.齒條活塞缸齒條活塞缸是活塞缸與齒輪齒條
6.增壓缸小柱塞缸輸出的壓力
p2=p1A1/A2
=p1K式中K——壓力放大倍數(shù)(增壓比),
K=A1/A2
根據(jù)活塞桿的力平衡關(guān)系可得
p1A1=p2A2用在低壓系統(tǒng)要求有局部高壓油路的場(chǎng)合。326.增壓缸小柱塞缸輸出的壓力p2=p1
7.增速缸
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。337.增速缸柱塞固定在活塞缸的缸筒上。當(dāng)液壓8.串聯(lián)液壓缸
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