第3章_液压执行元件(左建明主编_第四版)

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液压马达按其结梅类型来分可以分为齿轮式、叶片式、柱塞式和其它型式 。按液压马达的额定转速分为高速和低速两大类。额定转速高于500r／min的属 于高速液压马达，额定转速低于500r／min的属于低速液压马达。高速液压马达 的基本型式有齿轮式、螺杆式、叶片式 和轴向柱塞式等。它们的主要特点是转 速较高、转动惯量小，便于启动和制动，调节(调速及换向)灵敏度高。通常高 速液压马达输出转矩不大(仅几十N· m到几百N· m)所以又称为高速小转矩液压马 达。低速液压马达的基本型式是径向柱塞式，此外在轴向柱塞式、叶片式和齿 轮式中也有低速的结构型式，低速液压马达的主要特点是排量大、体积大转速 低(有时可达每分钟几转甚至零点几转)，因此可直接与工作机构连接，不需要 减速装置，使传动机构大为简化，通常低速液压马达输出转矩较大(可达几千 N· m到几万N· m)，所以又称为低速大转矩液压马达。
4．调速范围
nmax i= 当负载从低速到高速在很宽的范围内工作时，也要求液压马达能在较大的 nmin 调速范围下工作，否则就需要有能换档的变速机构，使传动机构复杂化。液压 显然，调速范围宽的液压马达应当既有好的高速性能又有好的低速稳定 10 马达的调速范围以允许的最大转速和最低稳定转速之比表示，即
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2. 单杆式活塞缸 单杆活塞缸的基本结构 如右 图所示 其特点是只在活塞的一端有 活塞杆，缸的两腔有效工作 面积不相等。它的安装也有 缸筒固定和活塞杆固定两种 ，进、出油口根据安装方式 而定。但工作台移动范围都 为活塞有效行程的两倍。 当输入液压缸的油液流量为ｑ，液压缸进出油口压力分别为ｐ1和ｐ2时， 其活塞上所产生的推力Ｆ1和速度ｖ1为
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1. 双杆式活塞缸 双杆式活塞缸的活塞两端都有一根直径相等的活塞杆伸出，它根据安 装方式不同又可以分为缸筒固定式和活塞杆固定式两种。
活塞两侧的活塞杆直径 是相等的，进、出油口位于 缸筒两端。 左图所示安装形式占地 面积大，适用于较大型机械 。
进、出油口可以在活 塞杆上，也可以用软管连 接在缸筒两端。 左图所示安装形式占地 面积小，适用于小型机械 。
第三章 液压执行元件

第一节 液压马达 第二节 液压缸
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第一节 液压马达

液压执行元件是将液压泵提供的液压能转变为机械能 的能量转换装置，它包括液压缸和液压马达。液压马 达习惯上是指输出旋转运动的液压执行元件，而把输 出直线运动(其中包括输出摆动运动)的液压执行元件称 为液压缸。
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一 液压马达的特点及分类
（二）柱塞缸 柱塞式液压缸的结构如图 所示。它具有以下特点： （1）柱塞式液压缸是单作 用液压缸，即靠液压力只能 实现一个方向的运动，回程 要靠自重（当液压缸垂直放 置时）或其它外力，因此柱 塞缸常成对使用； （2）柱塞运动时，由缸盖 上的导向套来导向，因此， 柱塞和缸筒的内壁不接触， 缸筒内孔只需粗加工即可； 大，水平放置时容易因自重而下垂，造成密封件和导向件单边磨损，故柱塞式液 （3）柱塞重量往往比较 压缸垂直使用较为有利； （4）当柱塞行程特别长时，仅靠导向套导向就不够了，为此可在缸筒内设置各 种不同形式的辅助支承，起到辅助导向的作用。
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3. 差动缸 工程中，经常遇到单活 塞杆液压缸左右两腔同时接 通压力油的情况，这种连接 方式称为差动连接，此缸称 为差动缸。差动连接的显著 特点是在不增加输入流量的 情况下提高活塞的运动速度 。尽管此时液压缸两腔压力 相等（不计管路压力损失） ，但两腔活塞的工作面积不 相等，因此，活塞将向有杆 源输入的油液一起进入无杆腔，增加了进入无杆腔的流量，从而提高了活 腔方向运动（缸体固定时） 塞的运动速度。 。有杆腔排出的油液和油 由上式可知，差动连接时液压缸的推力比非差动连接时小，速度比非差动连接 时大，正好利用这一点，可使在不加大油源流量的情况下得到较快的运动速度 ，这种连接方式被广泛应用于组合机床的液压动力滑台和其它机械设备的快速 运动中。 16
第二节 液压缸
液压缸是将液压泵输出的压力能转换为机械能的执行元件，它主要 是用来输出直线运动（也包括摆动运动）。 一、液压缸的分类 液压缸按其结构形式，可以分为活塞缸、柱塞缸和摆动缸三类。活 塞缸和柱塞缸实现往复运动，输出推力和速度，摆动缸则能实现小于 360度的往复摆动，输出转矩和角速度。液压缸除单个使用外，还可以 几个组合起来或和其它机构组合起来，以完成特殊的功用。 （一）活塞式液压缸 活塞式液压缸分为双杆式和单杆式两种。
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由于双杆活塞缸两端的活塞杆直径通常是相等的，因此它左、右两腔 的有效面积也相等。当分别向左、右腔输入相同压力和相同流量的油液时 ，液压缸左、右两个方向的推力和速度相等，当活塞的直径为Ｄ，活塞杆 的直径为ｄ，液压缸进、出油腔的压力为ｐ1和ｐ2，输入流量为ｑ时，双 杆活塞缸的推力Ｆ和速度ｖ为
式中Ａ为活塞的有效工作面积。 双杆活塞缸在工作时，设计成一个活塞杆是受拉的，而另一个活塞 杆不受力，因此这种液压缸的活塞杆可以做得细些。

二、液压马达的工作原理 由于压力油作用，受 力不平衡使转子产生转矩 。叶片式液压马达的输出 转矩与液压马达的排量和 液压马达进出油口之间的 压力差有关，其转速由输 入液压马达的流量大小来 决定。
1.叶片式液压马达
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由于液压马达一般都要求能正反转，所以叶片式液压马达的叶片要径向放置 。为了使叶片根部始终通有压力油，在回、压油腔通人叶片根部的通路上应设置 单向阀，为了确保叶片式液压马达在压力油通人后能正常启动，必须使叶片顶部 和定子内表面紧密接触，以保证良好的密封，因此在叶片根部应设置预紧弹簧。 叶片式液压马 达体积小，转动惯 量小，动作灵敏， 可适用于换向频率 较高的场合，但泄 漏量较大，低速工 作时不稳定。因此 叶片式液压马达一 般用于转速高、转 矩小和动作要求灵 图3-1 叶片式液压马达工作原理图 2.径向柱塞式液压马达 敏的场合。 图3-2为径向柱塞式液压马达工作原理图，当压力油经固定的配油轴4的 窗口进入缸体3内柱塞1的底部时，柱塞向外伸出，紧紧顶住定子2的内壁， 由于定子与缸体存在一偏心距ｅ。
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当柱塞的直径为ｄ，输入液压油的流量为ｑ，压力为ｐ时，其柱塞上 所产生的推力Ｆ和速度ｖ为
柱塞式液压缸的主要特点是柱塞与缸筒无配合要求，缸筒内孔不 需精 加工，甚至可以不加工。运动时由缸盖上的导向套来导向，所以 它特别适用在行程较长的场合。 （三）摆动缸
摆动式液压缸也称摆动液压马达。当它通人压力油时，它的主轴能 输出小于 360度 的摆动运动，常用于工夹具夹紧装置、送料装置、转位 装置以及需要周期性进给的系统中。
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在柱塞与定子接触处，定子对柱塞的反作 用力为F 。力 F 可分解为F 和F 两个分力 。当作用在柱塞底部的油液压力为ｐ，柱 塞直径为ｄ，力 F 和 F 之间的夹角为 φ 时 ，它们分别为
N N F T
F N
和
力F 对缸体产生一转矩，使缸体旋转 。缸体再通过端面连接的传动轴向外输 出转矩和转速。
T
工作压力是指马达实际工作时的压力。 额定压力是指马达在正常工作条件下，按试验标准规定能连续运转的最高压力。 排量是指在没有泄漏的情况下，马达轴旋转一周所需输入的液体体积。 理论流量是指在没有泄漏的情况下，达到要求转速所需输入液体的流量。 容积效率：由于有泄漏损失，为了达到液压马达所要求的转速，实际输入的流量q必须大于理论输入流量qt，

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齿轮液压马达
从工作原理上讲，相同形式的液压泵和液压马达是可以相互代换的。 但是，一般情况下未经改进的液压泵不宜用作液压马达。这是因为考虑到 压力平衡、间隙密封的自动补偿等因素，液压泵吸、排油腔的结构多是不 对称的，只能单方向旋转。但作为液压马达，通常要求正、反向旋转，要 齿轮马达在结构上为了适应正反 求结构对称。 转要求，进出油口相等、具有对 称性、有单独外泄油口将轴承部 分的泄漏油引出壳体外；为了减 少启动摩擦力矩，采用滚动轴承 ；为了减少转矩脉动１齿轮液压 马达的齿数比泵的齿数要多。
转矩和转速是液压马达输出的两个最重要物理量，是输出机械能的表现形式。
转矩和转速
Hale Waihona Puke 液压马达产生的理论转矩为 液压马达输出的实际转矩为 液压马达输出的转速为
n=
1 — △pv Tt= 2 1 Tt= — △pvηm q ηv 2π
—— v
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3．液压马达的转速和低速稳定性 在工程实际中，液压马达的转速和液压泵的转速一样，其计量单位多用r／ min(转／分)表示。 当液压马达工作转速过低时，往往保持不了均匀的速度，进入时动时停的 不稳定状态，这就是所谓爬行现象。若要求高速液压马达不超过10r／min低速大 转矩液压马达不超过3r／min的速度工作，并不是所有的液压马达都能满足要求 的。 一般地说，低速大-转矩液压马达的低速稳定性要比高速马达为好。低速大 转矩马达的排量大，因而尺寸大，即便是在低转速下工作摩擦副的滑动速度也 不致过低，加之马达排量大，泄漏的影响相对变小，马达本身的转动惯量大， 所以容易得到较好的低速稳定性。 返回到主目录
以上分析的一个柱塞产生转矩 的情况，由于在压油区作用有 好几个柱塞，在这些柱塞上所 产生的转矩都使缸体旋转，并 输出转矩。径向柱塞液压马达 多用于低速大转矩的情况下。
径向柱塞马达（动画）
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3. 轴向柱塞马达
轴向柱塞式液压马达的工作原理如上图（动画）所示。斜盘1和配油盘 4固定不动，柱塞3可在缸体2的孔内移动。斜盘中心线和缸体中心线相交一 个倾角δ。高压油经配油盘的窗口进入缸体的柱塞孔时，高压腔的柱塞被顶 出，压在斜盘上。斜盘对柱塞的反作用力F分解为轴向分力Fx和垂直分力Fy 。Fx与作用在柱塞上的液压力平衡，Fy则产生使缸体发生旋转的转矩，带 动轴5转动。液压马达产生的转矩应为所有处于高压腔的柱塞产生的转矩之 和，即 式中，R—柱塞在缸体上的分布圆半径；θ—第i个柱塞和缸体垂直中心线的夹 角。 可见，随着角θ的变化，每个柱塞产生的转矩是变化的，液压马达对外输 7