液壓與氣動技術 課件 模塊3 液壓缸和液壓馬達

課題4齒輪泵模塊二液壓泵一、齒輪泵的工作原理1、組成:

前、后泵蓋，泵體，一對齒數(shù)、模數(shù)、齒形完全相同的漸開線外嚙合。2、工作原理：

（1）密封容積形成—齒輪、泵體內表面、前后泵蓋圍成。

（2）齒輪退出嚙合，容積↑，吸油；齒輪進入嚙合，容積↓壓油；

（3）吸壓油口隔開—兩齒輪嚙合線及泵蓋。

課題4齒輪泵外嚙合齒輪泵具有結構簡單、緊湊，容易制造，成本低，對油液污染不敏感，工作可靠，維護方便，壽命長等優(yōu)點，故廣泛應用于各種低壓系統(tǒng)中。

實際輸出流量為

齒輪泵理論流量為二、齒輪泵的排量及流量計算假設：齒槽容積=輪齒體積

則排量=齒槽容積+輪齒體積即相當于有效齒高和齒寬所構成的平面所掃過的環(huán)形體積，則實際上齒輪泵的瞬時流量是脈動的，齒數(shù)越小，齒槽越深，流量脈動越大。流量脈動會引起壓力波動，造成液壓系統(tǒng)的振動和噪聲。三、齒輪泵的結構（一）CB一B型齒輪泵的結構

CB-B型齒輪泵為無側板型，它是三片式結構中低壓齒輪泵，結構簡單，不能承受較高的壓力。其額定壓力為2.5MPa，額定轉速為1450r/min。

外嚙合齒輪泵結構

1、困油現(xiàn)象（1）困油產生原因

（2）困油引起的結果，使泵產生強烈的振動和噪聲（3）困油消除方法原則：

密封容積減小，使之通壓油口

密封容積增大，使之通吸油口

密封容積最小，隔開吸壓油方法：

在泵蓋（或軸承座）上開卸荷槽以消除困油，CB-B形泵將卸荷槽整個向吸油腔側平移一段距離，效果更好。（二）外嚙合齒輪泵在結構上存在的幾個問題：2、徑向不平衡力

液壓力液體分布規(guī)律：沿圓周從高壓腔到低壓腔，壓力沿齒輪外圓逐齒降低。p↑，徑向不平衡力增大齒輪和軸承受到很大的沖擊載荷，產生振動和噪聲。改善措施：

1）縮小壓油口，以減小壓力油作用面積；

2）大泵體內表面和齒頂間隙；

3）開壓力平衡槽，會使容積效率減小。3、泄漏

外嚙合齒輪泵高壓腔（壓油腔）的壓力油向低壓腔吸油腔）泄漏有三條路徑。

齒側泄漏—約占齒輪泵總泄漏量的5%

徑向泄漏—約占齒輪泵總泄漏量的20%-25%端面泄漏—約占齒輪泵總泄漏量的75%-80%

總之：泵壓力愈高，泄漏愈大

四、提高外嚙合齒輪泵壓力的措施1、提高外嚙合齒輪泵的工作壓力措施齒輪端面間隙自動補償?shù)霓k法

2、輪端面間隙自動補償原理是利用特制的通道把泵內壓油腔的壓力油引到浮動軸套外側，作用在一定形狀和大小的面積（用密封圈分隔構成）上，產生液壓作用力，使軸套壓向齒輪端面，這個液壓力的大小必須保證浮動軸套始終緊貼齒輪端面，減小端面軸向間隙泄漏，達到提高工作壓力的目的。課后小結1、齒輪泵的工作原理2、齒輪泵的排量及流量計算3、齒輪泵的結構模塊三

液壓缸和液壓馬達課題8液壓缸類型及特點模塊三

液壓缸和液壓馬達下圖所示的專用銑床的工作臺采用單桿液壓缸驅動，根據(jù)工況分析，計算得液壓缸在工進階段的總工作負載為4388N（即最大負載），如圖所示，現(xiàn)要求活塞快進和快退速度相等，我們該如何進行液壓缸的設計計算和結構設計？

專用銑床液壓缸受力簡圖

【任務提出】模塊三

液壓缸和液壓馬達液壓缸是液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，是把液體的壓力能轉換成機械能的能量轉換裝置，用來驅動工作機構實現(xiàn)直線往復運動或往復擺動。液壓缸結構簡單，工作可靠，作直線往復運動時，省去減速機構，且沒有傳動間隙，傳動平穩(wěn)、反映快，因此在液壓系統(tǒng)中被廣泛應用。本任務中，銑床的工作臺采用單桿液壓缸驅動，我們根據(jù)液壓缸所受的最大工作負載（或根據(jù)設備的類型），選定液壓缸的工作壓力，并計算確定液壓缸的內徑、活塞桿直徑等主要結構尺寸。本模塊的任務是通過液壓缸類型及特點、液壓缸的結構設計、液壓缸的設計計算等相關知識的學習，掌握液壓缸的設計計算方法?！救蝿辗治觥?、按結構形式：

活塞式2、按作用方式：單作用式液壓缸功用：將液壓泵供給的液壓能轉換為機械能而對負載作功，實現(xiàn)直線往復運動或旋轉運動。液壓缸的類型及特點分類：柱塞式

組合式雙作用式液壓缸課題8液壓缸類型及特點模塊三一、活塞式液壓缸定義：缸體內作相對往復運動的組件為活塞的液壓缸。分類按伸出活塞桿不同：雙桿，單桿，無桿

按固定方式不同：缸體固定，活塞桿固定

1、雙桿活塞液壓缸（1）特點1）兩腔面積相等；

2）壓力相同時，推力相等，流量相同時，速度相等。即具有等推力、等速度特性。（2）推力、速度計算

課題8液壓缸類型及特點模塊三v=q/A=4qV/π(D2-d2)F=(p1-p2)A=π(D2-d2)(p1-p2)/4雙桿活塞液壓缸（3）固定方式1）實心雙桿活塞式:缸體固定式

進油腔回油腔運動方向

左右活塞右移

右左活塞左移2)空心雙桿活塞式:桿固定式進油腔

回油腔

運動方向

左右

缸體左移

右左

缸體右移

進油腔位置與活塞運動方向相同。

進油腔位置與活塞運動方向相反。

占地范圍應用場合三倍于L，占地面積大。中小型設備占地范圍應用場合兩倍于L，占地面積小，大中型設備課題8液壓缸類型及特點模塊三2、單桿活塞液壓缸（1）特點：

1）兩腔面積不等,A1>A2

2）壓力相同時，推力不等流量相同時，速度不等，即不具有等推力等速度特性。

單活塞式液壓缸計算簡圖

課題8液壓缸類型及特點模塊三（2）速度、推力計算1）無桿腔進油時

v1=q/A1=4q/πD2，

F1=p1A1-p2A2=π[D2p1-(D2-d2)p2/42）有桿腔進油時

v2=q/A2=4q/π(D2-d2)，

F2=p1A2-p2A1=π[(D2-d2)p1-D2p2]/4

∵A1>A2∴v1<v2F1>F2

因而：活塞桿伸出時，適用于重載慢速，活塞桿縮回時，適用于輕載快速。

課題8液壓缸類型及特點模塊三特點：在不增加流量的前提下，實現(xiàn)快速運動應用單桿活塞液壓缸不同連接，可實現(xiàn)如下工作循環(huán)：

差動連接無桿腔進油有桿腔進油快進→工進→快退

v3、F3v1、F1v2、F2

3）差動連接式液壓缸課題8液壓缸類型及特點模塊三差動連接式液壓缸

∵

v3A1=q+v3A2，

∴v3=q/（A1-A2）=4q/πd2故要使

v2=v3

，D=√2d，

F3=p1（A1-A2）=πd2p1/41、定義在缸體內做相對往復運動的組件是柱塞的液壓缸。

2、柱塞式液壓缸結構

缸體、柱塞、導向套、鋼絲卡圈等

3、柱塞式液壓缸工作原理：

只能單向運動，回程需靠外力、彈簧力，需雙向運動時，常成對使用。

二、柱塞式液壓缸柱塞式液壓缸結構示意圖課題8液壓缸類型及特點模塊三4、柱塞式液壓缸速度、推力計算

v=q/A=4q/πd2F=pA=πd2p/4

柱塞式液壓缸特點:

∵柱塞工作時總是受壓，一般較粗

∴水平放置易下垂，產生單邊磨損故常垂直放置，有時可做成空心又∵缸體內壁與柱塞不接觸

∴可不加工或只粗加工，工藝性好，故常用于長行程機床，如龍門刨床、導軌磨床、大型拉床。

課題8液壓缸類型及特點模塊三分類：

單葉片式、雙葉片組成：缸體、定子塊、葉片、傳動軸等

工作原理：

當缸的一個油口進壓力油，另一油口回油時，葉片在壓力油作用下往一個方向擺動，帶動軸偏轉一定角度小于3600；當進回油口互換時，馬達反轉。三、擺動液壓馬達（擺動液壓缸）課題8液壓缸類型及特點模塊三擺動液壓缸參數(shù)計算：

T=zb/8·(D2-d2)(p1-p2)ηm

ω=8qηcv/zb(D2-d2)

雙葉片擺動式液壓馬達：

T雙

=2T單

ω雙=1/2·ω單

擺動液壓缸特點：

結構緊湊，輸出轉矩大，但密封困難，一般只用于中低壓系統(tǒng)。課題8液壓缸類型及特點模塊三四、其它液壓缸1、增壓缸（增壓器）（1）作用：得到高于泵壓的輸出壓力

（2）結構：單作用、雙作用（3）增壓缸增壓原理

A1p1=A2p2

p1πD2/4=p2πd2/4p2=A1/A2p1=Kp1

K=KD2/d2—增壓比（4）增壓缸特點

在

p1不變的前提下，靠A來增大p2，單作用斷續(xù)增壓、雙作用連續(xù)增壓。課題8液壓缸類型及特點模塊三增壓缸（1）結構:

由兩個或多個活塞缸或柱塞缸套裝而成，有單作用和雙作用之分。

（2）工作原理:

活塞或柱塞伸出時，從大到小，速度逐漸增大，推力逐漸減小?；钊蛑s回時，從小到大。（3）特點應用：

∵工作時可伸很長，不工作時縮短

∴占地面積小，且推力隨行程增加而減小故起重機伸縮臂、自動傾卸卡車、火箭發(fā)射臺等皆用。

2、多級缸（伸縮缸）課題8液壓缸類型及特點模塊三（1）結構：

缸體、活塞、齒條、齒輪、端蓋等（2）工作原理

左腔進油，右腔回油時，齒條右移，齒輪帶動工作臺逆轉。右腔進油，左腔回油時，齒條左移，齒輪帶動工作臺順轉。

（3）應用

常用于需要回轉運動的場合，如：自動線、磨床。

3、齒條活塞缸（無桿液壓缸）課題8液壓缸類型及特點模塊三齒條活塞缸課后小結1、活塞式液壓缸2、柱塞式液壓缸3、擺動液壓馬達4、其他液壓缸課題8液壓缸類型及特點模塊三課題9液壓缸的設計計算模塊三

液壓缸和液壓馬達1、液壓缸工作壓力的確定課題9液壓缸的設計計算

模塊三負載

<50005000~1000010000~2000020000~3000030000~50000>50000缸的工作壓力

<0.8~11.5~22.5~33~44~5>=5~7（2）按液壓設備類型確定設備類型磨床組合機床車床銑床鏜床拉床龍門刨床農業(yè)機械小型工程機械液壓機重型機械起重運輸機械工作壓力

0.8~23~52~48~102~810~1620~322、液壓缸內徑和活塞桿直徑的確定液壓缸的內徑根據(jù)液壓缸的總負載力和工作壓力來計算

一、液壓缸主要尺寸的計算（1）按負載大小確定活塞桿的直徑可根據(jù)液壓缸的壓力選取，見下表。課題9液壓缸的設計計算

模塊三活塞桿受力情況工作壓力

活塞桿直徑

受拉—受壓及拉受壓及拉受壓及拉然后代回上式計算液壓缸的直徑。

當液壓缸的往復速度比有一定要求時，還可以按下式計算活塞桿的直徑。

有桿腔進油時：無桿腔進油時：若初步選取回油壓力p=0,

課題9液壓缸的設計計算

模塊三液壓缸往復速度比推薦值見表

工作壓力

>20

往復速度比

,2

計算出的液壓缸內徑和活塞桿直徑應該圓整，然后按書中表3-5和表3-6取標準值，再按標準的和計算缸的有效面積，作為以后運算的依據(jù)。

液壓缸長度由最大工作行程決定，一般最好不超過其內徑的20倍。液壓缸長度=活塞寬度+活塞行程+導向套長度+活塞桿密封長度+其它長度。液壓缸結構尺寸圖3、液壓缸長度及其他尺寸的確定最小導向長度為

導向套長度

活塞寬度

導向隔套寬度活塞桿密封長度，由密封方式定。其它長度是指一些裝置所需長度，如缸兩端緩沖所需長度等。

課題9液壓缸的設計計算

模塊三（1）薄壁圓筒（）（2）厚壁圓筒（）

2、活塞桿強度和壓桿穩(wěn)定性校核（1）活塞桿強度校核

（2）穩(wěn)定性校核當活塞桿計算長度時，受到軸向壓縮負載超過某一臨界值時，會失去穩(wěn)定性，所以要按材料力學有關公式進行穩(wěn)定性校核。

3、螺紋聯(lián)接強度校核計算時取螺栓所受外力的1.3倍，按材料力學有關公式進行校核。

課題9液壓缸的設計計算

模塊三二、液壓缸強度和剛度校核

1、缸體的壁厚校核

課后小結課題9液壓缸的設計計算

模塊三1、液壓缸主要尺寸的計算（1）液壓缸工作壓力的確定（2）液壓缸內徑和活塞桿直徑的確定（3）液壓缸長度及其他尺寸的確定2、液壓缸強度和剛度校核課題10液壓缸的結構設計模塊三

液壓缸和液壓馬達1、典型結構：缸體組件、活塞組件、密封件、連接件、緩沖裝置、排氣裝置等。

2、設計依據(jù)：

缸工作壓力、運動速度、工作條件、加工工藝及拆裝檢修等。

課題10液壓缸的結構設計模塊三一、液壓缸的典型結構舉例雙作用單出桿液壓缸結構圖

（1）法蘭連接：高壓，需焊接法蘭盤，較雜。

（2）半環(huán)連接：內半環(huán)，結構簡單、緊湊、裝卸方便（但因缸體上開了環(huán)行槽，強度削弱）；外半環(huán)。（3）螺紋連接：內螺紋，重量輕，外徑小，但端部復雜；外螺紋，裝卸不便，需專用工具。

（4）焊接連接（5）拉桿連接：通用性好，缸體加工方便，裝拆方便，但端蓋體積大，重量也大，拉桿受力后會拉伸變形，影響端部密封效果，只適于低壓。

課題10液壓缸的結構設計模塊三缸體與端蓋的連接結構二、缸體與端蓋的連接形式三、活塞和活塞桿結構

（1）整體式：常用于小直徑液壓缸，結構簡單，軸向尺寸緊湊，但損壞后需整體更換。

（2）焊接式：同上

。（3）錐銷式：常用于雙桿缸，加工容易，裝配簡單，但承載能力小，且需防止脫落。

（4）螺紋式：常用于單桿缸，結構簡單，裝拆方便，但需防止螺母松動。

（5）半環(huán)式：常用于高壓大負載或振動比較大的場合，強度高，但結構復雜，裝拆方便。

課題10液壓缸的結構設計模塊三活塞和活塞桿連接結構圖四、活塞桿頭部的連接活塞桿：是連接活塞和工作部件的傳力零件，必須具有足夠的強度和剛度，一般用鋼料制成,且需鍍鉻。緩沖裝置:

必要性：常在大型、高速、或高精度液壓缸中設置緩沖裝置或在系統(tǒng)中設置緩沖回路。

緩沖原理：利用節(jié)流方法在液壓缸的回油腔產生阻力，減小速度，避免撞擊。

課題10液壓缸的結構設計模塊三活塞桿頭部結構a、圓柱形環(huán)隙式緩沖裝置b、圓錐形環(huán)隙式緩沖裝置

c、可變節(jié)流槽式緩沖裝置

d、可調節(jié)流孔式緩沖裝置

課題10液壓缸的結構設計模塊三節(jié)流緩沖裝置示意圖五、緩沖裝置類型六、排氣裝置

（1）排氣的必要性

（2）排氣方法：a、排氣孔：油口設置在液壓缸最高處

b、排氣塞：象螺釘（如暖氣包上的放氣閥）

c、排氣閥：使液壓缸兩腔經該閥與油箱相通啟動時，擰開排氣閥使液壓缸空載往復運動幾次即可。課題10液壓缸的結構設計模塊三排氣裝置結構圖課后小結課題10液壓缸的結構設計模塊三1、液壓缸的典型結構2、缸體與端蓋的連接結構3、活塞和活塞桿連接結構4、活塞桿頭部結構5、緩沖裝置、排氣裝置課題11液壓馬達模塊三

液壓缸和液壓馬達功用：液壓馬達：將泵輸入的液壓能轉換為機械能而對負載做功。液壓泵：將電動機或其它原動機輸入的機械能轉換為液體的壓力能，向系統(tǒng)供油。液壓泵與液壓馬達關系：

功用上—相反；結構上—相似；

原理上—互逆。

分類：1、按輸出（輸入）流量是否可調節(jié)：定量馬達、變量馬達2、按結構形式：齒輪式、葉片式、柱塞式。3、按輸油方向能否改變：單向、雙向。4、按使用壓力：低壓、中壓、高壓。

課題11液壓馬達模塊三一、液壓馬達的主要性能參數(shù)1、轉速和容積效率實際供給馬達的流量應為容積效率為液壓馬達的轉速為2、轉矩和機械效率液壓馬達的輸出轉矩機