液压马达和液压缸

液压马达和液压缸第一节液压马达液压马达是将液体压力能转换为机械能的装置,输出转矩和转速，是液压系统的执行元件。马达与泵在原理上是一样的，都是靠工作腔密闭容积的大小变化而工作的，从能量转换的观点二者具有可逆性；但因用途不同结构上有些差别，一般不能通用。区别（与液压泵对比）液压马达一般需要双向旋转的，才能满足工作机构的需要。液压泵是由原动机驱动，液压马达是靠压力油驱动。液压泵的泄露只影响容积效率和额定压力，而液压马达的泄露除了影响上面两项外，还会影响马达的制动性能。液压马达的特性参数1、工作压力与额定压力（1）马达输入油液的实际压力称为马达的工作压力p，其大小取决于马达的负载。马达进口压力与出口压力的差值称为马达的压差Δp。（2）额定压力ps能使马达连续正常运转的最高压力。2、流量与容积效率输入马达的实际流量qM＝qMt＋Δq其中qMt为理论流量，马达在没有泄漏时，达到要求转速所需进口流量。容积效率ηMv＝qMt/qM＝1－Δq/qM3、排量与转速排量V为ηMV等于1时输出轴旋转一周所需油液体积。转速n＝qMt/V＝qMηMV/V4、转矩与机械效率实际输出转矩T＝Tt-ΔT理论输出转矩Tt＝ΔpVηMm/2π机械效率ηMm＝TM/TMt5、功率与总效率ηM＝PMo/Pmi＝T2πn/ΔpqM＝ηMvηM式中PMo为马达输出功率，Pmi为马达输入功率。6、制动性能液压马达额定转矩下马达的进出油口被切断时的马达轴的滑动值来评价马达的制动性能。滑动值小，制动性能好。液压马达的分类按工作特性分类（1）额定转速ns＞500r/min为高速液压马达：齿轮马达，叶片马达，轴向柱塞马达（2）额定转速ns＜500r/min为低速液压马达：径向柱塞马达（单作用连杆型径向柱塞马达，多作用内曲线径向柱塞马达）按排量能否改变分类定量马达和变量马达液压马达一般双向旋转，也可以用于单向旋转液压马达图形符号高速小扭矩马达齿轮液压马达工作原理结构特点（1）结构对称，即进出油口相等，有单独的泄油口；（2）为减少摩擦力矩，采用滚动轴承；（3）为减少转矩脉动，齿数一般选择较多。应用体积小、重量轻、结构简单、对油液的污染不敏感、耐冲击和惯性小等优点；缺点有扭矩脉动较大，效率较低、启动扭矩较小和低速稳定性差。因此仅用于高速小转矩的场合，如工程机械、农业机械及对转矩均匀性要求不高的设备。高速小扭矩马达叶片液压马达工作原理结构特点进出油口相等，有单独的泄油口；叶片径向放置，叶片底部设置有燕式弹簧；在高低压油腔通入叶片底部的通路上装有梭阀。应用转动惯量小，反应灵敏，能适应较高频率的换向。但泄漏大，低速时不够稳定。适用于转矩小、转速高、机械性能要求不严格的场合。高速小扭矩马达轴向柱塞马达工作原理结构特点轴向柱塞泵和轴向柱塞马达是互逆的。(除阀式配流型外)配流盘为对称结构。应用作变量马达。改变斜盘倾角，不仅影响马达的转矩，而且影响它的转速和转向。斜盘倾角越大，产生的转矩越大，转速越低。低速大扭矩马达单作用连杆型径向柱塞马达结构组成（动画）结构原理呈五星状（或七星状）的壳体内均匀分布着柱塞缸。柱塞与连杆铰接，连杆的另一端与曲轴偏心轮外圆接触。高压油进入部分柱塞缸头部，高压油作用在柱塞上的作用力对曲轴旋转中心形成转矩。另外部分柱塞缸与回油口相通。曲轴为输出轴。配流轴随曲轴同步旋转，各柱塞缸依次与高压进油和低压回油相通（配流套不转），保证曲轴连续旋转。排量公式v=πd2ez/2d为柱塞直径；e为曲轴偏心距；z为柱塞数。应用结构简单，工作可靠，可以是壳体固定曲轴旋转，也可以是曲轴固定壳体旋转（可驱动车轮或卷筒），但体积重量较大，转矩脉动，低速稳定性较差。采用静压支承或静压平衡后最低转速可达3r/min。低速大扭矩马达多作用内曲线径向柱塞马达结构组成（动画）结构原理壳体内环由x个导轨曲面组成，每个曲面分为a、b两个区段，为工作区段；缸体径向均布有z个柱塞孔，柱塞球面头部顶在滚轮组横梁上，使之在缸体径向槽内滑动；柱塞、滚轮组组成柱塞组件，a段导轨对柱塞组件的法向反力的切向分力对缸体产生转矩；配流轴圆周均布2x个配流窗口，其中x个窗口对应于a段，通高压油，x个窗口对应于b段，通回油（x≠z)；输出轴，缸体与输出轴连成一体。排量公式v=（πd2/4）sxyzs为柱塞行程；x为作用次数；y为柱塞排数；z为每排柱塞数。应用转矩脉动小，径向力平衡，启动转矩大，能在低速下稳定运转，普遍用于工程、建筑、起重运输、煤矿、船舶、农业等机械中。一般不需要减速装置即可直接驱动工作机械。3-1：某减速机要求液压马达的实际输出转矩T=52.5N·m，转速n=30r/min，马达回油腔压力为零。设液压马达的排量VM=12.5cm3/r，液压马达的容积效率ηMV=0.9，机械效率ηMm=0.9，求所需要的流量和压力各为多少。第二节液压缸液压缸与马达一样，也是将液压能转变为机械能的装置，它将液压能转变为直线运动或摆动的机械能。液压缸的分类按结构形式分：活塞缸又分单杆活塞缸、双杆活塞缸柱塞缸摆动缸又分单叶片摆动缸、双叶片摆动缸按作用方式分：单作用液压缸一个方向的运动依靠液压作用力实现，另一个方向依靠弹簧力、重力等实现；双作用液压缸两个方向的运动都依靠液压作用力来实现；复合式缸活塞缸与活塞缸的组合、活塞缸与柱塞缸的组合、活塞缸与机械结构的组合等。双杆活塞缸双杆活塞缸活塞两侧都有活塞杆伸出，根据安装方式不同又分为活塞杆固定式和缸筒固定式两种。符号：当缸筒固定时，运动部件移动范围是活塞有效行程的三倍；当活塞杆固定时，运动部件移动范围是活塞有效行程的两倍。双杆活塞缸的速度推力特性v＝q/A＝4qηv/π（D2－d2）缸在左右两个方向上输出的速度相等，ηv为缸的容积效率。F＝A（p1－p2）ηm＝π（D2－d2）（p1－p2）ηm/4缸在左右两个方向上输出的推力相等，ηm为缸的机械效率。单杆活塞缸单杆活塞缸只有一端带活塞杆，它也有缸筒固定和活塞杆固定两种安装方式，两种方式的运动部件移动范围均为活塞有效行程的两倍。a)无杆腔进油向右运动速度v1＝qηv/A1＝4qηv/πD2向右运动推力F1＝（A1p1－A2p2）ηm在组合机床中，常用：图(a)作工进b)有杆腔进油在组合机床中，常用：图(b)作快退向左运动速度v2＝qηv/A2＝4qηv/π（D2－d2）向左运动推力F2＝（A2p1－A1p2）ηm往返速比λv＝v2/v1＝1/［1－（d/D）2］式中:ηv为缸的容积效率，ηm为缸的机械效率单活塞杆缸两腔同时通压力油，称为差动连接。差动连接的缸只能一个方向运动。图示为向右运动。v3＝（q＋q‘）/A1＝（q＋A2v3）/A1整理得：v3＝q/（A1－A2）＝4q/πd2如果要求差动缸向右运动速度v3＝非差动连接向左运动速度v2则D=21/2d活塞推力F3＝p1（A1－A2）ηmc)差动连接在组合机床中，常用：图(c)作快进。柱塞缸柱塞缸的特点柱塞与缸筒无配合关系，缸筒内孔不需精加工，只是柱塞与缸盖上的导向套有配合关系。为减轻重量，减少弯曲变形，柱塞常做成空心。柱塞缸只能作单作用缸，退回时则靠外力；要求往复运动时，需成对使用。柱塞缸能承受一定的径向力。柱塞缸的速度推力特性柱塞运动速度v＝qηv/A＝4qηv/πd2柱塞推力F＝pAηm＝p（πd2/4）ηm伸缩液压缸它由两个或多个活塞式缸套装而成，前一级活塞缸的活塞杆是后一级活塞缸的缸筒。各级活塞依次伸出可获得很长的行程，当依次缩回时缸的轴向尺寸很小。除双作用伸缩液压缸外，还有单作用伸缩液压缸，它与双作用不同点是回程靠外力，而双作用靠液压作用力。当通入压力油时，活塞由大到小依次伸出；缩回时，活塞则由小到大依次收回。各级压力和速度可按活塞缸的有关公式计算。特别适用于工程机械及自动线步进式输送装置，翻斗汽车及起重机的伸缩臂。齿条活塞缸齿条活塞缸是活塞缸与齿轮齿条机构组成的复合式缸。它将活塞的直线往复运动转变为齿轮的旋转运动，用在机床的进刀机构、回转工作台转位、液压机械手等。齿条活塞缸的速度推力特性输出转矩TM＝Δp（π/8）D2Diηm输出角速度ω＝8qηv/πD2Di式中Δp为缸左右两腔压力差，D为活塞直径，Di为齿轮分度圆直径。增压缸增压缸是活塞缸与柱塞缸组成的复合缸，但它不是能量转换装置，只是一个增压器件。增压缸动画增压比为大活塞与小柱塞的面积比K＝D2/d2小柱塞缸输出的压力pb＝paKηm增压能力是在降低有效流量的基础上得到的。增压缸作为中间环节，用在低压系统要求有局部高压油路的场合。增速缸增速缸也是活塞缸与柱塞缸组成的复合缸，活塞缸的活塞内腔是柱塞缸的缸筒，柱塞固定在活塞缸的缸筒上。当液压油进入柱塞缸时，活塞将快速运动（活塞缸大腔必须补油）；当液压油同时进入柱塞缸和活塞缸时，活塞慢速运动。增速缸用于快速运动回路，在不增加泵的流量的前提下，使执行元件获得尽可能大的工作速度。摆动式液压缸当通入液压油，它的主轴能输出小于360°的摆动运动的缸称为摆动式液压缸。常用于辅助装置，如送料和转位装置、液压机械手及间歇进给机构。双叶片式摆动角度一般小于150°。但在相同条件下，输出转矩是单叶片摆动缸的两倍，输出角速度是单叶片缸的一半。单叶片式摆动角度较大，可达300°输出转矩T＝（R22－R12）Δpηmb/2输出角速度ω＝2qηv/b（R22－R12）液压缸的典型结构缸体组件包括缸筒、缸盖、缸底等零件。活塞组件包括活塞与活塞杆等零件。密封装置有活塞与缸筒、活塞杆与缸盖的密封。缓冲装置排气装置液压缸安装连接形式：脚架式，耳环式，铰轴式为什么液压缸要有缓冲装置100mmD70mmd120000NLFv0.99m0.980.9q3-2、用一定量泵驱动单活塞杆液压缸，已知活塞直径，活塞杆直径，被驱动的负载。有杆腔回油背压为0.5MPa，设缸的容积效率，机械效率，液压泵的总效率。求：1）当活塞运动速度为100mm/s时液压泵的流量（L/min）；2）电机的输出功率P（kW）。3-3、如图所示，两串联双活塞杆液压缸的有效面作用面积A1=50cm2，A2=20cm2，液压泵的流量qp=0.05×10-3m3/s，负载W1=5000N，W2=4000N，不计损失，求两缸工作压力p1，p2及两活塞运动速度v1，v23-4、如图所示，已知液压缸活塞直径D=100mm，活塞杆直径d=70mm，进入液压缸的油液流量q=4×10-3m3/s，进油压力p1=2MPa，回油背压p2=0.2MPa，试计算图示a，b，c三种情况下的运动速度大小、方向及最大推力。本章小结液压缸的类型；液压缸的差动联接及其特点、应用；液压缸的五大组成部分；液压缸的泄漏途径、液压缸的密封；液压缸的缓冲原理。