第4章液壓執(zhí)行元件章節(jié)目錄

4.1液壓馬達4.2液壓缸4.1液壓馬達4.1.1

液壓馬達概述4.1.2

液壓馬達的工作原理4.1.3

低速液壓馬達4.1.1液壓馬達概述從工作原理上講，液壓傳動中的泵和馬達都是靠工作腔密閉容積的容積變化而工作的。1.液壓馬達特性參數(shù)（1）功率與總效率

馬達輸入功率PMi為(4-1)

馬達輸出功率PM0為

(4-2)

馬達的總效率ηM等于馬達的輸出功率PM0與輸入功率PMi之比，即(4-3)

（2）馬達的轉矩和機械效率

a）理論轉距

即(4-4)

b）啟動轉距

(4-5)

c）機械效率

由(4-6)

得(4-7)

（3）流量與容積效率

(4-8)

(4-9)（4）馬達的排量與轉速

(4-10)（5）工作壓力與額定壓力

液壓馬達的分類

按照工作特性馬達可分為兩大類：額定轉速在500r/min以上為高速液壓馬達；額定轉速在500r/min以下為低速液壓馬達。高速液壓馬達有齒輪馬達、葉片液壓馬達、軸向柱塞馬達、螺桿馬達等。低速液壓馬達有單作用連桿型徑向柱塞馬達和多作用內曲線徑向柱塞馬達等。按其排量能否改變可分為定量馬達和變量馬達。液壓馬達的圖形符號如圖4-1所示。圖4-1液壓馬達的圖形符號a)定量液壓馬達b)變量液壓馬達4.1.2液壓馬達的工作原理1.軸向柱塞馬達圖4-2軸向柱塞馬達的工作原理1-斜盤2-缸體3-活塞4-配油盤5-軸

葉片液壓馬達常用葉片液壓馬達為雙作用式，現(xiàn)以其來說明它的工作原理。圖4-3葉片液壓馬達的工作原理1，2，3，4，5，6，7，8-葉片

3.齒輪液壓馬達圖4-4

外嚙合齒輪液壓馬達的工作原理4.1.3低速液壓馬達低速液壓馬達通常是徑向柱塞式結構，為了獲得低速和大轉矩，采用高壓和大排量，它的體積和轉動慣量很大，不能用于反應靈敏和頻繁換向的場合。低速液壓馬達按其每轉作用次數(shù)，可分單作用式和多作用式。若馬達每旋轉一周，柱塞作一次往復運動，稱為單作用式；若馬達轉一周，柱塞作多次往復運動，稱為多作用式。1.單作用連桿型徑向柱塞馬達圖4-5曲柄連桿式徑向液壓馬達的工作原理1-殼體2-活塞3-連桿4-曲柄5-進油腔6-配油軸

單作用連桿型徑向柱塞馬達的排量V為(4-11)

式中d——柱塞直徑；

e——曲軸偏心距；

z——柱塞數(shù)。

結構特點：優(yōu)點：結構簡單，工作可靠。缺點：體積和重量較大，轉矩脈動，低速穩(wěn)定性較差。2.多作用內曲線徑向柱塞馬達圖4-6

多作用內曲線徑向柱塞馬達1-定子2-轉子3-柱塞4-橫梁5-滾輪6-配油軸

多作用內曲線徑向柱塞馬達的排量為

(4-12)

式中d——柱塞直徑；

s——柱塞行程；

x——作用次數(shù)；

y——柱塞排數(shù)；

z——每排柱塞數(shù)。

結構特點：多作用內曲線徑向柱塞馬達轉矩脈動小，徑向力平衡，啟動轉矩大，并能在低速下穩(wěn)定地運轉

4.2液壓缸4.2.1液壓缸的類型和速度推力特性4.2.2液壓缸的典型結構和組成4.2.3液壓缸主要尺寸的確定4.2.4擺動式液壓缸4.2.1液壓缸的類型和速度推力特性

液壓缸的種類繁多，通常根據(jù)其結構特點分為活塞式、柱塞式和擺動式三大類；按其作用來分，有單作用式和雙作用式。下面介紹幾種常用的液壓缸?；钊揭簤焊?1）雙桿活塞缸

a)缸筒固定式

圖4-7

雙桿活塞缸

b)雙桿活塞缸

因雙活塞桿液壓缸的兩端活塞桿直徑相等，所以當輸入流量和油液壓力不變時，其往返運動速度和推力相等。則缸的推力F和運動速度分別為

(4-13)

(4-14)式中A——液壓缸的有效面積；ηm——液壓缸的機械效率；

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——進油腔壓力；p2——回油腔壓力。（2）單桿活塞缸圖4-8

單桿活塞缸如圖4-8所示，活塞只有一端帶活塞桿。單桿活塞缸也有缸筒固定和活塞桿固定的兩種安裝形式。兩種安裝形式的工作臺運轉范圍均為活塞有效行程l的2倍。單桿活塞缸因左、右兩腔有效面積A1和A2不等，因此當進油腔和回油腔壓力分別為P1和P2，輸入左、右兩腔的流量均為q

時，液壓缸左、右兩個方向的推力和速度不相同。a)無桿腔進油

b)有桿腔進油

c)差動連接

2.柱塞液壓缸圖4-9柱塞液壓缸1-缸筒2-柱塞前面所討論的活塞式液壓缸的應用非常廣泛,但這種液壓缸由于缸孔加工精度要求很高，當行程較長時，加工難度大,使得制造成本增加。在生產實際中,某些場合所用的液壓缸并不要求雙向控制,柱塞式液壓缸正是滿足了這種使用要求的一種價格低廉的液壓缸。

當柱塞直徑為d，輸入液壓油流量為q時，柱塞上所產生的推力F和速度v分別為(4-23)

(4-24)

3.其他形式液壓缸（1）伸縮液壓缸伸縮式液壓缸又稱多套缸，它是由兩級或多級活塞式液壓缸套裝而成的，前一級活塞缸的活塞是后一級活塞的缸筒。當通入壓力油時，活塞有效面積最大的缸筒以最低油壓力開始伸出，當行至終點時，活塞有效面積次之的缸筒在壓力油的作用下開始伸出。各級伸出速度取決于外伸缸筒的有效面積，外伸缸筒有效面積越小，伸出速度加快。伸縮式液壓缸可以獲得很長的行程，縮回時軸向尺寸又很小。圖4-10和圖4-11分別為雙作用伸縮液壓缸和單作用伸縮液壓缸工作原理圖。

圖4-11單作用伸縮液壓缸圖4-10雙作用伸縮液壓缸（2）齒條活塞液壓缸

圖4-12齒條活塞液壓缸（3）增壓缸（增壓器）

圖4-13增壓缸4.2.2液壓缸的典型結構和組成1.液壓缸典型結構圖4-14

單活塞桿液壓機構1-缸底

2-緩沖柱塞

3-卡鍵

4，6，10，12-密封圈5-活塞

7-缸筒

8-活塞桿9-導向套11-缸蓋

13-防塵圈14-耳軸

2.液壓缸的組成液壓缸按結構組成分為缸體組件、活塞組件、密封裝置、緩沖裝置和排氣裝置等。除密封裝置將在第6章單獨敘述外，下面介紹其他部分。（1）缸體組件圖4-15

缸筒與缸蓋連接方式a)法蘭式b)半環(huán)式c)螺紋式d)拉桿式e)焊接式）

1-缸蓋2-缸筒3-壓板4-半環(huán)5-防松螺母6-拉桿（2）活塞組件圖4-16活塞與活塞桿的連接1-活塞桿2-活塞3-密封圈4-防松墊片5-螺母6-半環(huán)7-套環(huán)8-彈簧卡圈（3）緩沖裝置圖4-17液壓缸的緩沖裝置a)圓柱形環(huán)隙式b)圓錐形環(huán)隙式c)可變節(jié)流槽式d)可調節(jié)流孔式

（4)排氣裝置圖4-18排氣裝置a)排氣閥b)排氣塞

4.2.3液壓缸主要尺寸的確定液壓缸的結構尺寸與主機的工作機構有直接關系。在對主機液壓系統(tǒng)進行工況分析、編制負載圖、確定各工況壓力之后（詳見第9章），根據(jù)工作機構負載、運動速度、工作行程等確定液壓缸的尺寸和結構，對主要零件進行驗算，最后進行液壓缸的結構設計，具體設計時還需參考有關設計手冊。1.液壓缸設計中應注意的問題（1）在保證所獲得速度和推力的前提下，應盡可能使液壓缸各部分結構按有關標準來設計，盡量做到結構緊湊，加工、裝配和維修方便。（2）盡量使活塞桿在承受最大負載時處于受拉狀態(tài)，若受壓應具有良好的縱向穩(wěn)定狀態(tài)。長行程的活塞桿伸出時，還應加輔助支承，避免活塞桿下垂。（3）液壓缸熱脹冷縮時應不受阻礙，所以液壓缸在安裝、固定時，只能一端定位。（4）根據(jù)液壓缸具體工作條件，考慮是否有緩沖、排氣和防塵等裝置。2.液壓缸主要尺寸的確定（1）缸筒內徑D。（2）活塞桿直徑d。（3）液壓缸缸筒長度s。（4）液壓缸最小導向長度H。3.強度校核（1）缸筒壁厚δ的校核對中低壓，由于缸筒的壁厚δ往往根據(jù)結構工藝的要求來確定，它的強度足夠，通?？梢圆槐匦：恕５诟邏合到y(tǒng)并且缸筒內徑D較大時，則必須對壁厚進行校核。1）當D/δ≥10時，可按薄壁筒公式來校核

(4-29)2）當D/δ＜10時，應按厚壁筒公式進行校核

(4-30)

（2）活塞桿的直徑d的校核活塞桿主要承受拉、壓作用力，其校核公式為(4-31)

當活塞桿計算長度≥10d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)定性驗算。（3）液壓缸連接螺栓的直徑校核當缸筒與缸蓋用螺栓連接時，螺栓在工作中既承受拉應力又承受扭應力。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。4.2.4擺動式液壓缸擺動液壓缸能實現(xiàn)小于360°的往復擺動運動，由于它可直接輸出轉矩，故又稱為擺動液壓馬達，主要有單葉片式和雙葉片式兩種結構形式。擺動式液壓缸如圖4-20所示。圖4-20

擺動式液壓缸a)單葉片式擺動缸b)雙葉片式擺動缸式中p1、p2——單葉片式擺動液壓缸進出口油口壓力；q——流入流量；b——葉片寬度；D—缸體內孔直徑；d—擺動軸直徑；

——擺動缸的容積效率和機械效率。

圖4-20a為單葉片式擺動缸，它只有一個葉片，其擺動角度較大，可達300°。圖4-20b