第三章液壓馬達(dá)與液壓缸

液壓馬達(dá)與液壓缸第三章第一節(jié)液壓馬達(dá)液壓馬達(dá)是將液體壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置,輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，是液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件。馬達(dá)與泵在原理上有可逆性，但因用途不同結(jié)構(gòu)上有些差別：馬達(dá)要求正反轉(zhuǎn)，其結(jié)構(gòu)具有對(duì)稱性；而泵為了保證其自吸性能，結(jié)構(gòu)上采取了某些措施。馬達(dá)的分類：ns＞500r/min為高速液壓馬達(dá)：齒輪馬達(dá)，葉片馬達(dá)，軸向柱塞馬達(dá)ns＜500r/min為低速液壓馬達(dá)：徑向柱塞馬達(dá)（單作用連桿型徑向柱塞馬達(dá)，多作用內(nèi)曲線徑向柱塞馬達(dá)）液壓馬達(dá)圖形符號(hào)第一節(jié)液壓馬達(dá)液壓馬達(dá)的特性參數(shù)工作壓力與額定壓力

工作壓力p

大小取決于馬達(dá)負(fù)載，馬達(dá)進(jìn)出口壓力的差值稱為馬達(dá)的壓差Δp。額定壓力ps

能使馬達(dá)連續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的最高壓力。流量與容積效率

輸入馬達(dá)的實(shí)際流量qM＝qMt＋Δq

其中qMt為理論流量，馬達(dá)在沒(méi)有泄漏時(shí)，達(dá)到要求轉(zhuǎn)速所需進(jìn)口流量。容積效率ηMv＝qMt

/qM＝1－Δq/qM第一節(jié)液壓馬達(dá)排量與轉(zhuǎn)速排量V為ηMV等于1時(shí)輸出軸旋轉(zhuǎn)一周所需油液體積。轉(zhuǎn)速n

＝qMt/V

＝qMηMV

/V轉(zhuǎn)矩與機(jī)械效率

實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩T＝Tt-ΔT

理論輸出轉(zhuǎn)矩Tt＝ΔpV/2π機(jī)械效率ηMm＝TM/TMt功率與總效率ηM＝PMo/Pmi＝ηMvηMm式中PMo為馬達(dá)輸出功率，Pmi為馬達(dá)輸入功率。

第一節(jié)液壓馬達(dá)齒輪馬達(dá)

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)出油口相等，有單獨(dú)的泄油口；為減少摩擦力矩，采用滾動(dòng)軸承；為減少轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，齒數(shù)較泵的齒數(shù)多。應(yīng)用由于密封性能差，容積效率較低，且瞬時(shí)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩隨嚙合點(diǎn)而變化，因此僅用于高速小轉(zhuǎn)矩的場(chǎng)合，及對(duì)轉(zhuǎn)矩均勻性要求不高的設(shè)備。第一節(jié)液壓馬達(dá)齒輪馬達(dá)葉片馬達(dá)

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

進(jìn)出油口相等，有單獨(dú)的泄油口；葉片徑向放置，葉片底部設(shè)置有燕式彈簧；在高低壓油腔通入葉片底部的通路上裝有梭閥。應(yīng)用轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，反應(yīng)靈敏，能適應(yīng)較高頻率的換向。但泄漏大，低速時(shí)不夠穩(wěn)定。適用于轉(zhuǎn)矩小、轉(zhuǎn)速高、機(jī)械性能要求不嚴(yán)格的場(chǎng)合。第一節(jié)液壓馬達(dá)葉片馬達(dá)軸向柱塞馬達(dá)

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)軸向柱塞泵和軸向柱塞馬達(dá)是互逆的。配流盤為對(duì)稱結(jié)構(gòu)。

應(yīng)用作變量馬達(dá)。改變斜盤傾角，不僅影響馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩，而且影響它的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。斜盤傾角越大，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩越大，轉(zhuǎn)速越低。第一節(jié)液壓馬達(dá)軸向柱塞馬達(dá)低速大扭矩馬達(dá)

單作用連桿型徑向柱塞馬達(dá)第一節(jié)液壓馬達(dá)連桿馬達(dá)結(jié)構(gòu)原理呈五星狀（或七星狀）的殼體內(nèi)均勻分布著柱塞缸。柱塞與連桿鉸接，連桿的另一端與曲軸偏心輪外圓接觸。高壓油進(jìn)入部分柱塞缸頭部，高壓油作用在柱塞上的作用力對(duì)曲軸旋轉(zhuǎn)中心形成轉(zhuǎn)矩。另外部分柱塞缸與回油口相通。曲軸為輸出軸。配流軸隨曲軸同步旋轉(zhuǎn)，各柱塞缸依次與高壓進(jìn)油和低壓回油相通（配流套不轉(zhuǎn)），保證曲軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)。排量公式

v=πd2ez/2d

為柱塞直徑；e

為曲軸偏心距；z

為柱塞數(shù)。第一節(jié)液壓馬達(dá)應(yīng)用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，可以是殼體固定曲軸旋轉(zhuǎn)，也可以是曲軸固定殼體旋轉(zhuǎn)（可驅(qū)動(dòng)車輪或卷筒），但體積重量較大，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，低速穩(wěn)定性較差。采用靜壓支承或靜壓平衡后最低轉(zhuǎn)速可達(dá)3r/min。第一節(jié)液壓馬達(dá)低速大扭矩馬達(dá)

多作用內(nèi)曲線徑向柱塞馬達(dá)第一節(jié)液壓馬達(dá)內(nèi)曲線馬達(dá)結(jié)構(gòu)原理殼體內(nèi)環(huán)由x個(gè)導(dǎo)軌曲面組成，每個(gè)曲面分為a、b兩個(gè)區(qū)段；缸體徑向均布有z個(gè)柱塞孔，柱塞球面頭部頂在滾輪組橫梁上，使之在缸體徑向槽內(nèi)滑動(dòng)；柱塞、滾輪組組成柱塞組件，a段導(dǎo)軌對(duì)柱塞組件的法向反力的切向分力對(duì)缸體產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩；配流軸圓周均布2x個(gè)配流窗口，其中x個(gè)窗口對(duì)應(yīng)于a段，通高壓油，第一節(jié)液壓馬達(dá)結(jié)構(gòu)原理配流軸圓周均布2x個(gè)配流窗口，其中x個(gè)窗口對(duì)應(yīng)于a段，通高壓油，x個(gè)窗口對(duì)應(yīng)于b段，通回油（x≠z

)；輸出軸，缸體與輸出軸連成一體。第一節(jié)液壓馬達(dá)排量公式

v=（πd2/4）sxyzs為柱塞行程；x為作用次數(shù)；

y為柱塞排數(shù)；z為每排柱塞數(shù)。應(yīng)用

轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小，徑向力平衡，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，能在低速下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，普遍用于工程、建筑、起重運(yùn)輸、煤礦、船舶、農(nóng)業(yè)等機(jī)械中。第一節(jié)液壓馬達(dá)

液壓缸與馬達(dá)一樣，也是將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的裝置，它將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)或擺動(dòng)的機(jī)械能。液壓缸的分類按結(jié)構(gòu)形式分：活塞缸又分單桿活塞缸、雙桿活塞缸柱塞缸擺動(dòng)缸又分單葉片擺動(dòng)缸、雙葉片擺動(dòng)缸按作用方式分：?jiǎn)巫饔靡簤焊滓粋€(gè)方向的運(yùn)動(dòng)依靠液壓作用力實(shí)現(xiàn)，另一個(gè)方向依靠彈簧力、重力等實(shí)現(xiàn)；第二節(jié)液壓缸單作用伸縮缸擺動(dòng)缸第二節(jié)液壓缸雙作用液壓缸兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)都依靠液壓作用力來(lái)實(shí)現(xiàn)；

復(fù)合式缸活塞缸與活塞缸的組合、活塞缸與柱塞缸的組合、活塞缸與機(jī)械結(jié)構(gòu)的組合等。雙作用伸縮缸雙桿活塞缸雙桿活塞缸活塞兩側(cè)都有活塞桿伸出，根據(jù)安裝方式不同又分為活塞桿固定式和缸筒固定式兩種。第二節(jié)液壓缸雙桿活塞缸的速度推力特性v

＝q/A

＝4qηv/π（D2－d2）

缸在左右兩個(gè)方向上輸出的速度相等，ηv為缸的容積效率。

當(dāng)缸筒固定時(shí)，運(yùn)動(dòng)部件移動(dòng)范圍是活塞有效行程的三倍；當(dāng)活塞桿固定時(shí)，運(yùn)動(dòng)部件移動(dòng)范圍是活塞有效行程的兩倍。第二節(jié)液壓缸

F

＝A（p1－

p2）ηm

＝π（D2－d2）（p1－p2）ηm

/4

缸在左右兩個(gè)方向上輸出的推力相等，ηm為缸的機(jī)械效率。第二節(jié)液壓缸單桿活塞缸單桿活塞缸只有一端帶活塞桿，它也有缸筒固定和活塞桿固定兩種安裝方式，兩種方式的運(yùn)動(dòng)部件移動(dòng)范圍均為活塞有效行程的兩倍。第二節(jié)液壓缸單桿活塞缸速度推力特性向右運(yùn)動(dòng)速度v1

＝qηv/A1＝4qηv/πD2

向右運(yùn)動(dòng)推力F1＝（A1p1

－A2p2）ηm向左運(yùn)動(dòng)速度v2＝qηv/A2＝4qηv/π（D2－d2）向左運(yùn)動(dòng)推力F2

＝（A2p1－A1p2）ηm

往返速比λv＝v2/v1＝1/［1－（d/D）2］式中ηv為缸的容積效率，ηm為缸的機(jī)械效率第二節(jié)液壓缸

單桿活塞缸差動(dòng)連接的速度推力特性運(yùn)動(dòng)速度：

v3＝（q

＋q‘）/A1＝（q

＋A2v3）/A1

整理得：v3＝q/（A1－A2）＝4q/πd2

如果要求差動(dòng)缸向右運(yùn)動(dòng)速度v3＝非差動(dòng)連接向左運(yùn)動(dòng)速度v2

則D=21/2

d

活塞推力

F3＝p1（A1－A2）ηm

單活塞桿缸兩腔同時(shí)通壓力油，稱為差動(dòng)連接。差動(dòng)連接的缸只能一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。圖示為向右運(yùn)動(dòng)。第二節(jié)液壓缸柱塞缸柱塞缸只能作單作用缸，要求往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，需成對(duì)使用。柱塞缸能承受一定的徑向力。

柱塞缸的特點(diǎn)柱塞與缸筒無(wú)配合關(guān)系，缸筒內(nèi)孔不需精加工，只是柱塞與缸蓋上的導(dǎo)向套有配合關(guān)系。為減輕重量，減少?gòu)澢冃?，柱塞常做成空心。第二?jié)液壓缸柱塞缸柱塞缸的速度推力特性柱塞運(yùn)動(dòng)速度v

＝qηv/A＝4qηv/πd2柱塞推力

F＝pAηm＝p（πd2/4）ηm第二節(jié)液壓缸伸縮液壓缸

它由兩個(gè)或多個(gè)活塞式缸套裝而成，前一級(jí)活塞缸的活塞桿是后一級(jí)活塞缸的缸筒。各級(jí)活塞依次伸出可獲得很長(zhǎng)的行程，當(dāng)依次縮回時(shí)缸的軸向尺寸很小。

第二節(jié)液壓缸

除雙作用伸縮液壓缸外，還有單作用伸縮液壓缸，它與雙作用不同點(diǎn)是回程靠外力，而雙作用靠液壓作用力。單作用伸縮缸伸縮液壓缸當(dāng)通入壓力油時(shí)，活塞由大到小依次伸出；縮回時(shí)，活塞則由小到大依次收回。各級(jí)壓力和速度可按活塞缸的有關(guān)公式計(jì)算。特別適用于工程機(jī)械及自動(dòng)線步進(jìn)式輸送裝置。第二節(jié)液壓缸單作用伸縮缸雙作用伸縮缸齒條活塞缸

齒條活塞缸是活塞缸與齒輪齒條機(jī)構(gòu)組成的復(fù)合式缸。它將活塞的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)辇X輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，用在機(jī)床的進(jìn)刀機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)轉(zhuǎn)位、液壓機(jī)械手等。第二節(jié)液壓缸齒條活塞缸的速度推力特性輸出轉(zhuǎn)矩

TM＝Δp（π/8）D2Diηm輸出角速度ω＝8qηv/πD2Di式中Δp為缸左右兩腔壓力差，D為活塞直徑，Di為齒輪分度圓直徑。第二節(jié)液壓缸增壓缸增壓比為大活塞與小柱塞的面積比K＝D2/d2

小柱塞缸輸出的壓力

pb＝paKηm增壓能力是在降低有效流量的基礎(chǔ)上得到的。增壓缸作為中間環(huán)節(jié)，用在低壓系統(tǒng)要求有局部高壓油路的場(chǎng)合。第二節(jié)液壓缸

增壓缸是活塞缸與柱塞缸組成的復(fù)合缸，但它不是能量轉(zhuǎn)換裝置，只是一個(gè)增壓器件。

增壓缸動(dòng)畫增壓缸增速缸增速缸用于快速運(yùn)動(dòng)回路，在不增加泵的流量的前提下，使執(zhí)行元件獲得盡可能大的工作速度。

增速缸也是活塞缸與柱塞缸組成的復(fù)合缸，活塞缸的活塞內(nèi)腔是柱塞缸的缸筒，柱塞固定在活塞缸的缸筒上。當(dāng)液壓油進(jìn)入柱塞缸時(shí)，活塞將快速運(yùn)動(dòng)（活塞缸大腔必須補(bǔ)油）；當(dāng)液壓油同時(shí)進(jìn)入柱塞缸和活塞缸時(shí)，活塞慢速運(yùn)動(dòng)。

增速缸動(dòng)畫第二節(jié)液壓缸增速缸擺動(dòng)式液壓缸

雙葉片式擺動(dòng)角度一般小于150°。但在相同條件下，輸出轉(zhuǎn)矩是單葉片擺動(dòng)缸的兩倍，輸出角速度是單葉片缸的一半。

當(dāng)通入液壓油，它的主軸能輸出小于360°的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的缸稱為擺動(dòng)式液壓缸。常用于輔助裝置，如送料和轉(zhuǎn)位裝置、液壓機(jī)械手及間歇進(jìn)給機(jī)構(gòu)。

擺動(dòng)缸動(dòng)畫第二節(jié)液壓缸擺動(dòng)缸擺動(dòng)式液壓缸單葉片式擺動(dòng)角度較大，可達(dá)3