第4章 液压执行元件

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1、第4章液压执行元件液压和气压传动与控制本章主要介绍高速液压马达及低速大扭矩马达、液压缸的类型及特点、液压缸的设计计算、液压缸的典型结构、液压缸的密封。◆内容提要：◆教学基本要求：通过本章的学习，要求掌握马达的工作原理（马达怎样产生转速、转矩）、结构特点、及主要性能特点；了解不同类型的马达之间的性能差异及适用范围，为日后正确选用奠定基础。要求掌握液压缸设计中应考虑的主要问题，包括结构类型的选择和参数计算等，为液压缸设计打下基础。本章重点内容:通过本章学习，要求掌握液压马达的工作原理、功能、性能参数、性能特

2、点及应用范围。本章的难点:液压缸的设计计算。◆重点和难点：液压马达4.1液压缸4.2◆本章内容目录：液压马达和液压泵在结构上基本相同，也是靠密封容积的变化进行工作的。常见的液马达也有齿轮式、叶片式和柱塞式等几种主要形式；从转速转矩范围分,可有高速马达和低速大扭矩马达之分。马达和泵在工作原理上是互逆的，当向泵输入压力油时，其轴输出转速和转矩就成为马达。由于二者的任务和要求有所不同，故在实际结构上只有少数泵能做马达使用。4.1液压马达4.1.1液压马达的工作原理及分类Tω输出参量转矩T角速度ω马达的符号马达

3、pQ马达的输入参量流量Q压力p液压马达的职能符号a–单向定量马达b–单向变量马达c–双向定量马d–双向变量马达液压输出J液压马达液压泵机械输入液压输入机械输出液压马达是实现连续旋转运动的执行元件，从原理上讲，向容积式泵中输入压力油，迫使其转轴转动，就成为液压马达，即容积式泵都可作液压马达使用。但在实际中由于性能及结构对称性等要求不同，一般情况下，液压泵和液压马达不能互换。工作压力马达入口油液的实际压力称为马达的工作压力，马达入口压力和出口压力的差值称为马达的工作压差。4.1.2液压马达的主要性能参数流量

4、和排量马达入口处的流量称为马达的实际流量。马达密封腔容积变化所需要的流量称为马达的理论流量。实际流量和理论流量之差即为马达的泄漏量。马达轴每转一周，由其密封容腔有效体积变化而排出的液体体积称为马达的排量。容积效率和转速因马达实际存在泄漏，由实际流量q计算转速n时，应考虑马达的容积效率。当液压马达的泄漏流量为，马达的实际流量为，则液压马达的容积效率为：马达的输出转速等于理论流量与排量的比值，即机械效率对液压马达来说，输入液压马达的实际流量必然大于它的理论流量即，它的容积效率为：马达容积损失马达容积损失:d

5、=理想马达P马达的角度排量dVVqT=×=ww××/())(dtVqtPTtt马达的机械损失对于液压马达来说，由于摩擦损失的存在，其实际输出转矩小于理论转矩，它的机械效率为马达的机械损失液压马达的总效率等于其容积效率和机械效率的乘积。液压泵、马达的容积效率和机械效率在总体上与油液的泄漏和摩擦副的摩擦损失有关。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。设马达的出口压力为零，入口工作压力为p，排量为V，则马达的理论输出转矩与泵有相同的表达形式,即马达的实际输出转矩小于理论输出转矩：功率和

6、总效率马达的输入功率为马达的输出功率为马达的总效率为由上式可见，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。4.1.3高速液压马达一般来说，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。它们的主要特点是转速高，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。齿轮式马达柱塞式马达的工作原理当压力油输入液压马达时，处于压力

7、腔的柱塞被顶出，压在斜盘上，斜盘对柱塞产生反力，该力可分解为轴向分力和垂直于轴向的分力。其中，垂直于轴向的分力使缸体产生转矩。柱塞式马达的扭矩计算当压力油输入液压马达后，所产生的轴向分力为：使缸体3产生转矩的垂直分力为：pggptgdtgFFt24==柱塞式马达的扭矩计算单个柱塞产生的瞬时转矩为：液压马达总的输出转矩：R—柱塞在缸体的分布圆半径；d—柱塞直径；N—压力腔半圆内的柱塞数柱塞式马达的扭矩计算可以看出，液压马达总的输出转矩等于处在马达压力腔半圆内各柱塞瞬时转矩的总和。由于柱塞的瞬时方位角呈周期

8、性变化，液压马达总的输出转矩也周期性变化，所以液压马达输出的转矩是脉动的，通常只计算马达的平均转矩。4.1.4低速大扭矩液压马达低速大扭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