液压与气压传动第二版第四章

液压与气压传动第4章液压传动执行元件2020年5月28日星期四液压马达和液压缸是液压系统的执行元件。是将液压泵提供的液压能转变成机械能的能量转换装置。液压马达习惯上是指输出旋转运动的液压执行元件。液压缸是指输出直线运动的液压执行元件。4.1概述2020年5月28日星期四本章学习内容4.3缸的分类和工作原理4.4其他形式的常用缸4.5缸的结构4.2液压马达4.6缸的设计计算2020年5月28日星期四液压马达图形符号如下图所示4.2液压马达能量转换：液压泵和液压马达是可逆的液压元件。相同的基本结构：密闭且周期变化的容积和相应的配油机构。结构特点和工作原理：液压泵和液压马达是不可逆的液压元件。2020年5月28日星期四一、液压马达的特点⑴液压马达应该能够正、反转，因而要求其内部结构对称；⑵液压马达的转速范围需要足够大，特别对它的最低稳定转速有一定的要求。因此，它通常采用滚动轴承或滑动轴承；⑶液压马达由于在输入压力油条件下工作，因此不必具备自吸能力，但需要一定的初始密封性，才能提供必要的起动转距。4.2.1液压马达分类及工作原理2020年5月28日星期四液压马达按结构分为：齿轮式、叶片式、柱塞式和其它型式。二、液压马达的分类2020年5月28日星期四齿轮马达动画图三、齿轮式液压马达2020年5月28日星期四齿轮马达与齿轮泵在结上的主要区别：齿轮泵一般只沿一个方向旋转，其吸油口大，排油口小；齿轮马达一般都要求能正反转，其进出油口通道对称，孔径相等，而且困油卸荷槽亦对称布置。齿轮马达在其后盖上设有单独的外泄漏油口，将内部泄漏单独引出。因为马达正、反转时，进出油腔以及通路也变换。齿轮泵直接将内泄漏油引回低压腔。为了减小齿轮马达的启动摩擦转矩以改善启动性能，一般多采用摩擦系数小的滚针轴承。2020年5月28日星期四齿轮马达的性能特点以及应用：输出转矩和功率较小，结构简单，价格便宜，适用于高转速、低转矩的场合。齿轮马达能用于3000r/min以上的高回转，其最低转速在150～400r/min之间，不能用于低速是其缺点。广泛用于农业机械、工程机械和林业机械。2020年5月28日星期四四、叶片式液压马达叶片式液压马达图2020年5月28日星期四叶片马达的结构特点：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，在吸、压油腔通入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入后能正常启动，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。2020年5月28日星期四叶片马达的性能特点以及应用：叶片马达转动惯量小，动作灵敏；但其容积效率较低，机械特性软（转速容易受负载变化的影响），适用于转速较高，转矩不大而要求频繁的启动和换向的场合。叶片马达的最低转速在50～150r/min之间，其输出转矩比齿轮马达略大一些。叶片马达常用于外圆和内圆磨床的工件驱动以及木材加工机床的主运动和进给运动。2020年5月28日星期四五、柱塞式液压马达柱塞液压马达图tFNFFFtFtFtF2020年5月28日星期四轴向柱塞马达与轴向柱塞泵的对比：相同点：结构基本相同。区别：为适应正反转的需要，马达的配流盘应做成对称结构，进、出油口做得大小一样。否则，正、反转时性能会有明显不同。2020年5月28日星期四轴向柱塞马达的性能特点以及应用：应用较广泛，其额定压力可达35MPa。容积效率较高，调速范围大，最高转速可达6000r/min，最低稳定转速较低。但耐冲击振动性较差，要求油液过滤清洁，价格较高，多用于高压、高精度液压系统中。2020年5月28日星期四一、工作压力和额定压力4.2.2液压马达的主要性能参数工作压力：马达的实际工作压力即输入油液的压力。在计算时应是马达进口压力和出口压力之差。额定压力：正常工作条件下，按试验标准规定连续运转的最高压力即额定压力，超过这个最高压力就叫做超载。2020年5月28日星期四4.2.2液压马达的主要性能参数二、排量和流量排量：马达轴转一周，由其密封容积几何尺寸变化计算而得到的液体体积。实际流量：马达入口处的流量。理论流量：马达密封容积变化所需要的流量。额定流量:在额定转速和额定压力下输入到马达的流量。由于有泄漏损失，输入马达的实际流量必须大于它的理论流量。马达的实际流量（即进口流量）－泄漏流量＝马达的理论流量。2020年5月28日星期四三、容积效率和转速mvVqn马达内部各间隙的泄漏所引起的损失称为容积损失，用表示。为保证马达的转速满足要求，输入马达的实际流量应为lqltqqqtqqqqqqqqlltmv1液压马达的理论输入流量与实际输入流量之比称为容积效率，即马达的理论输出转速等于输入马达的流量与排量V的比值，即tnVqntq马达的实际输出转速为：2020年5月28日星期四马达实际输出转矩T必然小于理论输出转矩Tt，机械效率为：tltlttmmTTTTTTT1pVnpqnTPttt22pVTtmmmmtpVTT2马达理论功率：得理论转矩：马达的实际输出转矩小于理论输出转矩，因马达实际存在机械摩擦，故实际输出转矩应考虑机械效率。四、转矩和机械效率2020年5月28日星期四五、功率和总效率马达的输入功率为pqPi（4.48）马达的输出功率为nTPo2（4.49）马达的总效率为mvmmmvmviompVTVnpnTpqnTPP222（4.50）由上式可见，液压马达的总效率亦同于液压泵的总效率，等于机械效率与容积效率的乘积。2020年5月28日星期四例4.1某齿轮液压马达的排量V=10mL/r，供油压力p=10MPa，供油流量，容积效率，机械效率，试求马达的实际转速、理论转矩和实际输出功率。smq/1043487.0mv87.0mm解：（1）马达的实际转速srsrVqnmv/8.34/87.0101010464mNmNpVTt16210101010266k（2）理论转矩（3）实际输出功率2020年5月28日星期四一般来说，额定转速高于500r/min的马达属于高速马达，额定转速低于500r/min的马达属于低速马达。高速液压马达基本型式：齿轮式、叶片式和轴向柱塞式等。主要特点是：转速高，转动惯量小，便于启动、制动、调速和换向。通常高速马达的输出转矩不大，最低稳定转速较高，只能满足高速小扭矩工况。4.2.3高速液压马达2020年5月28日星期四低速大转矩液压马达是相对于高速马达而言的，通常这类马达在结构形式上多为径向柱塞式，其特点是：最低转速低，大约在5~10转/分；输出扭矩大，可达几万牛顿米；径向尺寸大，转动惯量大。它可以直接与工作机构直接联接，不需要减速装置，使传动结构大为简化。低速大扭矩液压马达广泛用于起重、运输、建筑、矿山和船舶等机械上。低速大扭矩液压马达的基本形式有两种：它们分别是单作用曲柄连杆马达和多作用内曲线马达。4.2.4低速大转矩液压马达2020年5月28日星期四JMD型液压马达：额定压力为16MPa，最高压力为22MPa，转速范围为0～400r/min，排量为0.201～6.140L/r。一、单作用曲轴连杆径向液压马达（了解）2020年5月28日星期四二、多作用内曲线马达(了解)缸体压油口配油轴定子柱塞回油口液压马达由定子1、转子2、配流轴4与柱塞组3等主要部件组成，定子1的内壁有若干段均布的、形状完全相同的曲面组成。每一相同形状的曲面又可分为对称的两边，其中允许柱塞副向外伸的一边称为进油工作段，与它对称的另一边称为排油工作段。2020年5月28日星期四2020年5月28日星期四液压缸（油缸）主要用于实现机构的直线往复运动，也可以实现摆动，其结构简单，工作可靠，应用广泛。液压缸是输出直线运动（包括输出摆动运动）的液压执行元件。液压缸是一种把液压能转换为机械能的转换装置。p1p2FVdQ21pppA液压缸压力p流量q液压功率作用力F速度V机械功率4.3缸的分类和特点2020年5月28日星期四按油液作用方向分：单作用缸和双作用缸。按结构形式分：活塞缸、柱塞缸、伸缩套筒缸、摆动液压缸。AFqPv单杆液压缸AFqPv双杆液压缸AFqPv柱塞式液压缸液压缸的分类：2020年5月28日星期四活塞式液压缸可分为双杆式和单杆式两种结构形式。4.3.1活塞缸2020年5月28日星期四一、双杆活塞缸双活塞杆液压缸的活塞两端都带有活塞杆，分为缸体固定和活塞杆固定两种安装形式，如下图所示。AFqv(a)缸筒固定式1P2PAFqv(b)活塞杆固定式1P2P双杆缸结构2020年5月28日星期四1）缸体固定：(3倍缸体长)2）活塞杆固定：(2倍缸体长)1.双杆活塞缸运动范围:受安装方式影响活塞杆固定活塞缸演示缸体固定活塞缸演示2020年5月28日星期四2.活塞杆推力、速度计算当活塞的直径为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：A为活塞的有效工作面积。)(4))((4)(22212221dDqAqvppdDppAFcvcmcm2020年5月28日星期四单活塞杆液压缸的活塞仅一端带有活塞杆，活塞双向运动可以获得不同的速度和输出力，其简图及油路连接方式如图4.2所示。2A1F1v(a)无杆腔进油1p2p1ADdq2A2F(b)有杆腔进油2p1p1A2vq二、单杆活塞缸单杆液压缸演示2020年5月28日星期四1.活塞杆推力、速度的计算cvcvDqAqv2114（4.3）cmcmpdDpDApApF])([4)(2221222111（4.4）1v1F活塞的运动速度和推力分别为:2A1F1v(a)无杆腔进油1p2p1ADdqa.无杆腔进油：2020年5月28日星期四b.有杆腔进油:活塞的运动速度和推力分别为:2v2F2A2F(b)有杆腔进油2p1p1A2vqcvcvdDqAqv)(42222（4.5）cmcmpDpdDApApF])[(4)(2212212212（4.6）2020年5月28日星期四比较上述各式，可以看出：,；液压缸往复运动时的速度比为：2v1v1F2F22212dDDvv（4.7）上式表明：当活塞杆直径愈小时，速度比接近1，在两个方向上的速度差值就愈小。2020年5月28日星期四两腔进油,差动联接2A3F(c)差动联接1p1A3vq单杆活塞缸两腔同时通入压力油，由于无杆腔有效作用面积大于有杆腔的有效作用面积，活塞向右的作用力大于向左的作用力，活塞向右运动，活塞杆向外伸出；与此同时，又将有杆腔的油液挤出，使其流进无杆腔，从而加快了活塞杆的伸出速度，单活塞杆液压缸的这种连接方式被称为差动连接。差动液压缸三、差动液压缸2020年5月28日星期四cvcvdqAAqv22134（4.8）在忽略两腔连通油路压力损失，推力为：2A3F(c)差动联接1p1A3vq3F1p21AA3vq等效cmcmpdAApF1221134)(（4.9）1.活塞杆推力、速度的计算2020年5月28日星期四2.差动连接应用2020年5月28日星期四四、三种缸的速度比较图4.22020年5月28日星期四差动液压缸计算举例例：已知单活塞杆液压缸的缸筒内径D=100mm，活塞杆直径d=70mm，进入液压缸的流量q=25min，压力P1=2Mpa，P2=0。液压缸的容积效率和机械效率分别为0.98、0.97，试求在图4.2(a)、(b)、(c)所示的三种工况下，液压缸可推动的最大负载和运动速度各是多少？并给出运动方向。)(1523797.01021.04462121NpDFm)/(052.0601.098.010254423