汽車機械基礎第18章液壓缸和液壓馬達

1、第18章液壓缸和液壓馬達 汽車機械基礎第汽車機械基礎第1818章液壓缸和液壓章液壓缸和液壓馬達馬達第18章液壓缸和液壓馬達 第18章液壓缸和液壓馬達 第18章液壓缸和液壓馬達 圖18-1 雙桿活塞式液壓缸 第18章液壓缸和液壓馬達 2.2.單桿活塞式液壓缸單桿活塞式液壓缸如圖18-2所示為雙作用單桿活塞式液壓缸。它只在活塞的一側(cè)裝有活塞桿，因而，兩腔有效作用面積不同。當向兩腔分別供油，且供油壓力和流量不變時，活塞在兩個方向的運動速度和推力都不相等。 第18章液壓缸和液壓馬達 圖18-2單桿活塞式液壓缸(a)無桿腔進油；(b)有桿腔進油；(c)差動連接 第18章液壓缸和液壓馬達 （1）當無桿腔進

2、油時，活塞的運動速度u1和推力F1分別為： 2114DqAquvv222122212221114)(42)(44pdppDpdDpDApApF （18-3） （18-4） 第18章液壓缸和液壓馬達 （2）當有桿腔進油時，活塞的運動速度u2和推力F2分別為： )(42222dDqAquvv（18-5） 1221222122122124)(44)(4pdppDpDpdDApApF（18-6）式中：qv供油流量；p1、p2分別為液壓缸進、出口壓力；D、d分別為活塞、活塞桿直徑。A1、A2分別是液壓缸無桿腔和有桿腔的活塞有效作用面積。 第18章液壓缸和液壓馬達 （3）液壓缸兩腔同時供入壓力油（如圖18

3、-2（c）所示），由于無桿腔工作面積比有桿腔工作面積大，活塞向右的推力大于向左的推力，故其向右移動。液壓缸的這種連接方式稱為差動連接，差動連接時，活塞的速度和推力分別為： 22134dqAAquvv1212212221134)(44pdpdDpDApApF（18-7） （18-8） 差動連接時，實際起有效作用的面積是活塞桿的橫截面積。與非差動連接無桿腔進油工況相比，在輸入油液壓力和流量相同的條件下，活塞桿的伸出速度較大而推力較小。 第18章液壓缸和液壓馬達 18.1.218.1.2柱塞式液壓缸柱塞式液壓缸如圖18-3所示，柱塞缸由缸筒1、柱塞2、導向套3、密封圈4和壓蓋5等零件所組成。由于柱塞

4、與導向套配合，以保證良好的導向，故可以不與缸筒接觸。因而，對缸筒內(nèi)壁的要求很低，甚至可以不加工，工藝性好，成本低，特別適合于行程較長的場合。 第18章液壓缸和液壓馬達 圖18-3柱塞式液壓缸 第18章液壓缸和液壓馬達 18.1.3擺動式液壓缸擺動式液壓缸擺動式液壓缸也稱擺動馬達，是輸出轉(zhuǎn)矩并實現(xiàn)往復擺動的執(zhí)行元件，有單葉片和雙葉片兩種形式。如圖18-4(a)所示為單葉片式擺動缸，它的擺動角較大，可達300。當擺動缸進出油口壓力分別為p1和p2，且輸入流量為qv時，它的輸出轉(zhuǎn)矩T和角速度各為 )(2212122ppRRbT)(22122RRbqv（18-9） （18-10）式中：b為葉片的寬度；

5、R1、R2分別為葉片底部、頂部的回轉(zhuǎn)半徑。 第18章液壓缸和液壓馬達 圖18-4擺動缸(a)單葉片式擺動缸；(b)雙葉片式擺動缸；(c)圖形符號 第18章液壓缸和液壓馬達 18.1.418.1.4組合式液壓缸組合式液壓缸1.1.伸縮缸伸縮缸伸縮缸也稱多級缸，它由兩極或兩極以上活塞缸套裝而成，如圖18-5所示，前一級活塞缸的活塞就是后一級活塞缸的缸筒。當伸縮缸逐個伸出時，有效工作面積依次減小，因此，當輸入流量相同時，外伸速度依次增大；當負載恒定時，液壓缸的工作壓力逐漸升高?？蛰d收回的順序一般是從小活塞到大活塞，活塞全部收回后，總長度較短，結(jié)構(gòu)緊湊，適用于安裝空間受到限制而行程要求很長的場合，如起

6、重機伸縮臂液壓缸、自卸汽車舉升液壓缸等。 第18章液壓缸和液壓馬達 圖18-5伸縮缸 第18章液壓缸和液壓馬達 2.2.齒條活塞缸齒條活塞缸如圖18-6所示為齒條活塞缸，又稱無桿活塞缸，它由帶齒條桿的雙活塞缸和齒輪齒條機構(gòu)所組成。這種液壓缸的特點是：將活塞的直線往復運動經(jīng)過齒輪、齒條機構(gòu)轉(zhuǎn)換為回轉(zhuǎn)運動。齒條活塞缸常用于機床的進給機構(gòu)、回轉(zhuǎn)工作臺的轉(zhuǎn)位機構(gòu)等。 第18章液壓缸和液壓馬達 圖18-6齒條活塞缸 第18章液壓缸和液壓馬達 18.2液壓缸的結(jié)構(gòu)液壓缸的結(jié)構(gòu) 如圖18-7所示為液壓滑臺液壓缸的典型結(jié)構(gòu)，它由缸筒、活塞、活塞桿、端蓋等組成。為了防止油液向外泄漏，或由高壓腔向低壓腔泄漏，在缸

7、筒與端蓋、活塞與活塞桿、活塞與缸筒之間均設置密封圈。為了防止灰塵、沙粒、水等臟物進入液壓缸內(nèi)部，在端蓋與活塞桿之間裝有防塵圈，用以刮除活塞桿上的臟物。為了防止活塞快速退回到行程終端時撞擊缸蓋，在液壓缸的端部還設置了緩沖裝置。液壓缸用螺釘固定在滑座上，活塞桿通過支架和滑臺固定在一起，當活塞桿往復移動時，即帶動滑臺運動。歸納起來，液壓缸由缸體組件、活塞組件、密封件和連接件等基本部分所組成，此外，一般液壓缸還設有緩沖裝置和排氣裝置。 第18章液壓缸和液壓馬達 圖18-7液壓滑臺液壓缸第18章液壓缸和液壓馬達 18.2.118.2.1缸體組件缸體組件1.1.缸體組件的連接形式缸體組件的連接形式缸體組件

8、常見的連接形式如圖18-8所示。法蘭式結(jié)構(gòu)簡單，加工和拆裝都很方便，連接可靠，缸筒端部一般采用鑄造、鐓粗或焊接方式制成粗大的外徑，用以穿裝螺栓，大中型液壓缸大部分采用此種結(jié)構(gòu)。半環(huán)式連接分外半環(huán)連接和內(nèi)半環(huán)連接兩種，半環(huán)連接工藝性好，連接可靠，結(jié)構(gòu)緊湊，拆裝方便。但半環(huán)槽對缸筒強度有所削弱，需加厚缸壁，常用于無縫鋼管、缸筒與端蓋的連接。螺紋式連接分為外螺紋連接和內(nèi)螺紋連接兩種，其特點是重量輕，外徑小，結(jié)構(gòu)緊湊，但缸筒端部結(jié)構(gòu)復雜，裝卸需專用工具，旋端蓋時易損壞密封圈，一般用于小型液壓缸。拉桿式連接結(jié)構(gòu)通用性好，缸筒加工方便，拆裝容易，但端蓋的體積較大，拉桿受力后會拉伸變形，影響端部密封效果，只

9、適用于長度不大的中低壓缸。焊接式連接外形尺寸較大，結(jié)構(gòu)簡單，但焊接時易引起缸筒變形，主要用于柱塞式液壓缸。 第18章液壓缸和液壓馬達 圖18-8缸體組件的連接形式(a)法蘭式；(b)半環(huán)式；(c)外螺紋式；(d)內(nèi)螺紋式；(e)拉桿式；(f)焊接式 第18章液壓缸和液壓馬達 2.2.缸筒、端蓋和導向套缸筒、端蓋和導向套缸筒是液壓缸的主體，它與端蓋、活塞等零件構(gòu)成密閉的容腔承受油壓，因此，要有足夠的強度和剛度，以便抵抗液壓力和其他外力的作用。缸筒內(nèi)孔一般采用鏜削、絞孔、滾壓或珩磨等精密加工工藝制造，以使活塞及其密封件、支撐件能順利滑動和保證密封效果，減少磨損。為防止腐蝕，缸筒內(nèi)部有時需要鍍鉻。端

10、蓋裝在缸筒端部，與缸筒形成密閉容腔，同樣承受很大的液壓力，因此它們及其連接部件都應有足夠的強度。導向套對活塞桿或柱塞起導向和支撐作用。有些液壓缸不設導向套，直接用端蓋孔導向，結(jié)構(gòu)簡單，但磨損后必須更換缸蓋。 第18章液壓缸和液壓馬達 18.2.218.2.2活塞組件活塞組件1.1.活塞組件的連接形式活塞組件的連接形式如圖18-9所示為活塞與活塞桿連接的主要形式。整體式連接（如圖18-9（a）所示）和焊接式連接（如圖18-9（b）所示）結(jié)構(gòu)簡單，軸向尺寸緊湊，但損壞后需整體更換。錐銷式連接（如圖18-9（c）所示）加工容易，裝配簡單，但承載能力小，且需要必要的防止脫落裝置。螺紋式連接（如圖18-

11、9（d）、（e）所示）結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，但一般需備有防松螺母。半環(huán)式連接（如圖18-9（f）、（g）所示）強度高，但結(jié)構(gòu)復雜。在輕載情況下，可采用錐銷式連接。一般情況使用螺紋式連接；高壓和振動較大的情況下，使用半環(huán)式連接；行程較短或尺寸不大的液壓缸，其活塞與活塞桿可采用整體式或焊接式連接。 第18章液壓缸和液壓馬達 圖18-9活塞與活塞桿的連接形式 (a)整體式；(b)焊接式；(c)錐銷式；(d)、(e)螺紋式；(f）、（g)半環(huán)式 第18章液壓缸和液壓馬達 2.2.活塞和活塞桿活塞和活塞桿活塞受油壓的作用在缸筒內(nèi)做往復運動，因此，活塞必須具有一定的強度和良好的耐磨性?；钊话阌描T鐵制造?；?/p>

12、塞的結(jié)構(gòu)通常分為整體式和組合式兩類（如圖18-9所示）?；钊麠U是連接活塞和工作部件的傳力零件，它必須具備足夠的強度和剛度?；钊麠U無論是實心的還是空心的，通常都用鋼料制造?；钊麠U在導向套內(nèi)往復運動，其外圓表面應當耐磨并具有防銹能力，故活塞桿外圓表面一般鍍鉻。 第18章液壓缸和液壓馬達 18.2.318.2.3密封裝置密封裝置密封裝置的作用是用來防止液壓油的泄漏。液壓泵、液壓缸、液壓馬達等是依靠密閉容積的變化來傳遞能量的，所以，密封裝置的優(yōu)劣將直接影響液壓元件的性能。根據(jù)兩個需要密封的偶合面間有無相對運動，可把密封裝置分為動密封和靜密封兩類。密封裝置應該具有良好的密封性能，并能隨著壓力的增加自動提

13、高其密封性能，同時，摩擦阻力要小，耐油性、耐腐蝕性、耐磨性要好，使用壽命長，還要制造簡單，裝拆方便，使用的溫度范圍寬等。常見的密封方法主要有間隙密封、活塞環(huán)密封和密封圈密封。 第18章液壓缸和液壓馬達 1.1.間隙密封間隙密封間隙密封是依靠相對運動零件配合面間的微小間隙來防止泄漏實現(xiàn)密封的，因此，可用減小間隙的辦法來減少泄漏。一般的間隙為0.010.05mm，這就要求配合面的加工精度很高。在圓柱配合面的間隙密封中，常在配合表面上開有幾道環(huán)行的溝槽（寬0.30.5mm，深0.51mm，間距25mm），一般稱平衡槽。其作用是可使活塞自動對中，各向油壓趨于平衡，減小摩擦阻力；可減小偏心量，增大油液泄

14、漏阻力，提高密封性能；可儲存油液，使活塞能自動潤滑。間隙密封的特點是結(jié)構(gòu)簡單，摩擦阻力小，磨損小，潤滑性能好，但對零件的加工精度要求較高，密封效果較差，因此，間隙密封僅適用于尺寸較小，壓力較低，運動速度較高的活塞與缸體內(nèi)孔間的密封。 第18章液壓缸和液壓馬達 2.2.活塞環(huán)密封活塞環(huán)密封活塞環(huán)密封是依靠裝在活塞環(huán)形槽內(nèi)的彈性金屬環(huán)緊貼缸筒內(nèi)壁實現(xiàn)密封，如圖18-10所示。其密封效果較間隙密封好，適應的壓力和溫度范圍寬，能自動補償磨損和溫度變化的影響，能在高速條件下工作，摩擦阻力小，使用壽命長，工作可靠。但因活塞環(huán)與其對應的滑動面之間為金屬接觸，故不能完全密封，且活塞環(huán)加工復雜，缸筒內(nèi)表面加工精

15、度要求高，一般用于高壓、高溫、高速的場合。 第18章液壓缸和液壓馬達 圖18-10活塞環(huán)密封 (a)活塞環(huán)的安裝；(b)活塞環(huán) 第18章液壓缸和液壓馬達 3.3.密封圈密封密封圈密封（1）O形密封圈。O形密封圈的截面是圓形，主要用于靜密封和滑動密封。O形圈密封的原理如圖18-11所示，它屬于擠壓密封。當密封圈裝入密封槽后，其截面受到一定的壓縮變形。在無液壓力時，靠密封圈的彈性對接觸面產(chǎn)生預接觸壓力p0，實現(xiàn)初始密封（如圖18-11（a）所示）。當密封腔充入壓力油后，在液壓力p的作用下，O形圈被擠到槽的一側(cè)，O形圈變成如圖18-11（b）所示。O形圈以更大的彈性變形力密封，密封面上的接觸壓力上升

16、為pm，提高了密封效果。O形圈在安裝時必須保證適當?shù)念A壓縮量，壓縮量的大小直接影響O形圈的使用性能和壽命，過小不能密封，過大則摩擦力增大，且易損壞。 第18章液壓缸和液壓馬達 圖18-11O形圈密封原理 第18章液壓缸和液壓馬達 在靜密封中，當壓力大于32MPa時，或在靜密封中，當壓力大于10MPa時，O形圈就會被擠入間隙中而損壞，以致密封效果降低或失去密封作用，為此在O形圈低壓側(cè)需設置由聚四氟乙烯或尼龍制成的擋圈（如圖18-12所示），其厚度為1.252.5mm。當雙向受高壓時，兩側(cè)都要加擋圈。 第18章液壓缸和液壓馬達 圖18-12擋圈的設置 第18章液壓缸和液壓馬達 （2）Y形密封圈。Y

17、形密封圈的截面呈Y形，屬唇形密封圈，它主要用于往復運動的密封。Y形密封圈的密封作用是依賴于它的唇邊對偶合面的緊密接觸，在液壓力的作用下產(chǎn)生較大的接觸壓力，達到密封的目的。液壓力越大，貼得越緊，接觸壓力越大，密封性能越好。因此，Y形圈從低壓到高壓的壓力范圍內(nèi)都表現(xiàn)了良好的密封性能，還能自動補償唇邊的磨損。當Y形圈安裝時，唇口端對應著液壓力高的一側(cè)。當壓力變化較大，且滑動速度較快時，為避免翻轉(zhuǎn)，要使用支撐環(huán)，以固定密封圈，如圖18-13所示。 第18章液壓缸和液壓馬達 圖18-13Y形密封圈(a)Y形圈一般安裝(b)Y形圈帶支撐環(huán)安裝 第18章液壓缸和液壓馬達 （3）V形密封圈。V形密封圈的截面是

18、V形，如圖18-14所示，它是由壓環(huán)、V形圈和支撐環(huán)組成的。所采用的V形圈的數(shù)量可根據(jù)工作壓力來選定，安裝時，V形圈的開口應向壓力高的一側(cè)。V形圈的密封性能良好、耐高壓、壽命長、通過選擇適當?shù)腣形圈的數(shù)量和調(diào)節(jié)壓緊力，可獲得最佳的密封效果，但V形圈的摩擦阻力及軸向結(jié)構(gòu)尺寸較大，它主要用于活塞桿的往復運動密封。 第18章液壓缸和液壓馬達 圖18-14V形密封圈 第18章液壓缸和液壓馬達 （4）防塵圈。防塵圈設置在活塞桿或柱塞密封圈的外部，防止外界灰塵、沙粒等異物進入液壓缸內(nèi)，以避免影響液壓系統(tǒng)的工作液壓元件的使用壽命。目前，常用的防塵圈一般為唇形，按其有無骨架分為骨架式和無骨架式兩種。其中，無骨

19、架式應用最為廣泛，其工作狀態(tài)如圖18-15所示。防塵圈的唇部對活塞桿應有一定的過盈量，以便當活塞桿做往復運動時，唇口刃部能將粘附在桿上的灰塵、沙粒等清除掉。 第18章液壓缸和液壓馬達 圖18-15防塵圈 第18章液壓缸和液壓馬達 18.2.418.2.4液壓缸的緩沖裝置液壓缸的緩沖裝置1.1.圓柱形環(huán)隙式緩沖裝置圓柱形環(huán)隙式緩沖裝置如圖18-16(a)所示，當緩沖柱塞A進入缸蓋上的內(nèi)孔時，缸蓋和活塞間形成環(huán)形緩沖油腔B，被封閉的油液只能經(jīng)環(huán)形間隙排出，產(chǎn)生緩沖壓力，從而實現(xiàn)減速緩沖。這種裝置在緩沖過程中，由于回油通道的節(jié)流面積不變，故緩沖開始時產(chǎn)生的緩沖制動力很大，其緩沖效果較差，液壓沖擊較大

20、，且實現(xiàn)減速所需行程較長。但這種裝置結(jié)構(gòu)簡單，便于設計和降低成本，所以，在一般系列化的成品液壓缸中多采用這種緩沖裝置。 第18章液壓缸和液壓馬達 2.2.圓錐形環(huán)隙式緩沖裝置圓錐形環(huán)隙式緩沖裝置如圖18-16(b)所示，由于緩沖柱塞A為圓錐形，所以，緩沖環(huán)形間隙隨位移量不同而改變，即節(jié)流面積隨緩沖行程的增大而縮小，使機械能的吸收較均勻，其緩沖效果較好，但仍有液壓沖擊。3.3.可變節(jié)流槽式緩沖裝置可變節(jié)流槽式緩沖裝置如圖18-16(c)所示，在緩沖柱塞A上開有三角節(jié)流溝槽，節(jié)流面積隨著緩沖行程的增大而逐漸減小，其緩沖壓力變化較平緩。 第18章液壓缸和液壓馬達 4.4.可調(diào)節(jié)流孔式緩沖裝置可調(diào)節(jié)流

21、孔式緩沖裝置如圖18-16(d)所示，當緩沖柱塞A進入到缸蓋內(nèi)孔時，回油口被柱塞堵住，只能通過節(jié)流閥C回油，調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開度，可以控制回油量，從而控制活塞的緩沖速度。當活塞反向運動時，壓力油通過單向閥D很快進入到液壓缸內(nèi)，并作用在活塞的整個有效作用面上，故活塞不會因推力不足而產(chǎn)生啟動緩慢現(xiàn)象。這種緩沖裝置可以根據(jù)負載的情況調(diào)整節(jié)流閥的開度，進而改變緩沖壓力的大小，因此適用范圍較廣。 第18章液壓缸和液壓馬達 圖18-16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 第18章液壓缸和液壓馬達 18.2.518.2.5排氣裝置排氣裝置液壓系統(tǒng)往往會

22、混入空氣，使系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，并產(chǎn)生振動、噪聲及工作部件爬行和前沖等現(xiàn)象，嚴重時會使系統(tǒng)不能正常工作。因此，在設計或使用液壓缸時，必須考慮排除空氣。在液壓系統(tǒng)安裝或長時間停止工作后又重新啟動時，必須把液壓系統(tǒng)中的空氣排出去。對于要求不高的液壓缸往往不設專門的排氣裝置，而是將油口布置在缸筒兩端的最高處，這樣也能使空氣隨油液排往油箱，再從油面逸出。對于速度穩(wěn)定性要求較高的液壓缸或大型液壓缸，常在液壓缸兩側(cè)面的最高位置處(該處往往是空氣聚集的地方)設置專門的排氣裝置，如排氣塞、排氣閥等。如圖18-17所示為兩種排氣塞。當松開排氣塞螺釘后，讓液壓缸全行程空載往復運動若干次，帶有氣泡的油液就會被排出，然后

23、再擰緊排氣塞螺釘，液壓缸便可正常工作。 第18章液壓缸和液壓馬達 圖18-17排氣塞 第18章液壓缸和液壓馬達 18.3液壓馬達液壓馬達 18.3.118.3.1液壓馬達的主要性能參數(shù)液壓馬達的主要性能參數(shù)1.1.液壓馬達的轉(zhuǎn)速和容積效率液壓馬達的轉(zhuǎn)速和容積效率由于馬達存在泄漏，輸入馬達的實際流量qv應大于理論流量qvt，故液壓馬達的容積效率為 vvtvqq（18-11） 將qv=Vn代入上式，可得液壓馬達的轉(zhuǎn)速為： vvVqn（18-12） 第18章液壓缸和液壓馬達 2.液壓馬達的轉(zhuǎn)矩和機械效率液壓馬達的轉(zhuǎn)矩和機械效率因為液壓馬達工作時存在摩擦，所以它的實際輸出轉(zhuǎn)矩T必然小于理論轉(zhuǎn)矩Tt，故液壓馬達的機械效率為 tmTT（18-13） 設馬達進、出口間的壓差為p，則馬達的理論功率為Pt=2nTt=pqvt=pVn，因而有 2pVTt第18章液壓缸和液壓馬達 將上式代入式（18-13），可得液壓馬達的輸出轉(zhuǎn)矩公式為 mpVT2（18-14） 第18章液壓缸和液壓馬達 3.液壓馬達