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(zhuǎn)矩和機械效率

a）理論轉(zhuǎn)距

即(4-4)

b）啟動轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)速在500r/min以上為高速液壓馬達；額定轉(zhuǎn)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(nèi)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(jié)構(gòu)，為了獲得低速和大轉(zhuǎn)矩，采用高壓和大排量，它的體積和轉(zhuǎn)動慣量很大，不能用于反應(yīng)靈敏和頻繁換向的場合。低速液壓馬達按其每轉(zhuǎn)作用次數(shù)，可分單作用式和多作用式。若馬達每旋轉(zhuǎn)一周，柱塞作一次往復(fù)運動，稱為單作用式；若馬達轉(zhuǎn)一周，柱塞作多次往復(fù)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(jié)構(gòu)特點：優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠。缺點：體積和重量較大，轉(zhuǎn)矩脈動，低速穩(wěn)定性較差。2.多作用內(nèi)曲線徑向柱塞馬達圖4-6

多作用內(nèi)曲線徑向柱塞馬達1-定子2-轉(zhuǎn)子3-柱塞4-橫梁5-滾輪6-配油軸

多作用內(nèi)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(jié)構(gòu)特點：多作用內(nèi)曲線徑向柱塞馬達轉(zhuǎn)矩脈動小，徑向力平衡，啟動轉(zhuǎn)矩大，并能在低速下穩(wěn)定地運轉(zhuǎn)

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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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。活塞式液壓缸(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(dāng)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(zhuǎn)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(dāng)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(yīng)用非常廣泛,但這種液壓缸由于缸孔加工精度要求很高，當(dāng)行程較長時，加工難度大,使得制造成本增加。在生產(chǎn)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(dāng)柱塞直徑為d，輸入液壓油流量為q時，柱塞上所產(chǎn)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(dāng)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(dāng)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(jié)構(gòu)和組成1.液壓缸典型結(jié)構(gòu)圖4-14

單活塞桿液壓機構(gòu)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(dǎo)向套11-缸蓋

13-防塵圈14-耳軸

2.液壓缸的組成液壓缸按結(jié)構(gòu)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(diào)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(jié)構(gòu)尺寸與主機的工作機構(gòu)有直接關(guān)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(gòu)負載、運動速度、工作行程等確定液壓缸的尺寸和結(jié)構(gòu)，對主要零件進行驗算，最后進行液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，具體設(shè)計時還需參考有關(guān)設(shè)計手冊。1.液壓缸設(shè)計中應(yīng)注意的問題（1）在保證所獲得速度和推力的前提下，應(yīng)盡可能使液壓缸各部分結(jié)構(gòu)按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計，盡量做到結(jié)構(gòu)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(yīng)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(yīng)加輔助支承，避免活塞桿下垂。（3）液壓缸熱脹冷縮時應(yīng)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(nèi)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(dǎo)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(jié)構(gòu)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(nèi)徑D較大時，則必須對壁厚進行校核。1）當(dāng)D/δ≥10時，可按薄壁筒公式來校核

(4-29)2）當(dāng)D/δ＜10時，應(yīng)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(dāng)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(xué)有關(guān)公式進行穩(wěn)定性驗算。（3）液壓缸連接螺栓的直徑校核當(dāng)缸筒與缸蓋用螺栓連接時，螺栓在工作中既承受拉應(yīng)力又承受扭應(yīng)力。計算時取螺栓所受外力的1.3倍，按材料力學(xué)有關(guān)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(fù)擺動運動，由于它可直接輸出轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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(nèi)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