液压执行元件课件

Chapter4HydraulicActuators液压执行元件4.1HydraulicMotors液压马达4.2HydraulicCylinders液压缸Motor马达pqTn4.1HydraulicMotor液压马达把液压能变为机械能，输出扭矩T与转速n。1.IntroductionFunctions作用Transferhydraulicenergyintomechanicalenergy。Characteristicparameters性能参数Volumetricefficiency容积效率ηMv指经容积损失后的功率与损失前的功率之比。ηMv=qMt·Δp/(qM·Δp)=qMt/qM式中：qMt——理论流量qMt=VM·nM（VM:马达排量）qM——实际流量Δp——马达进、出口压差（而泵的容积效率ηpv=q/qt）Mechanicalefficiency机械效率ηMm除泄漏外的各种损失都归之为机械损失。ηMm=PMo/(qMt·Δp）=TMo·ω/(TMt·ω)=TMo/TMt式中：PMo——马达输出功率TMt——理论输出扭矩TMo——实际输出扭矩ω——马达输出角速度（泵的机械效率ηpm=Tt/T）Overallefficiency总效率ηMηM=PMo/PMi=ηMv·ηMm式中：PMi——马达输入功率(ηp=ηpv·ηpm)Outputtorque输出扭矩TMoTMo=Δp·VM·ηMm/(2π)（可由2π·nM·TMo=Δp·qMt·ηMm推导出）qMt=VM·nMMotorrevolution马达转速nMnM=qM·ηMv/VMOutputpower输出功率PMoPMo=qM·Δp·ηM=TMo·ω=TMo·(2π)·nM（而泵的输出功率Ppo=p·q）Classification分类Accordingtostructures按结构形式不同Gear,vaneandpistontypes齿轮、叶片和柱塞式Accordingtodeliverytypes按排量是否可调Fixedandvariabledeliverymotors定量马达和变量马达Accordingtoworkingperformances按输出参数High-speedandlower-speedlargetorquemotors高速马达和低速大扭矩马达Graphicsymbolsofmotor马达图形符号Variable定量马达变量马达双向定量马达DoubleSingleFixed双向变量马达2.Operatingprincipleofhydraulicmotors马达工作原理Axialpistonmotors轴向柱塞马达SwashplateaxialpistonmotorFig.4-2斜盘式轴向柱塞马达滑靴结构结构：与泵相同，反用即为马达。工作原理：柱塞在压力油作用下外伸紧压在斜盘上，斜盘对柱塞的反作用力垂直于斜盘表面，其轴向分力Fx与柱塞所受的液压推力相平衡，径向分力Fy使每个高压区的柱塞对缸体中心产生转矩。Structureandoperatingprinciple构造与工作原理斜轴式轴向柱塞马达Vanemotors叶片马达Double-actingvanemotor双作用叶片马达Fig.4-3Similartovanepump，differences:Springsusedtopushvanetoucheswithstatorinnersurface弹簧保证叶片与定子内表面接触Zerovaneanglefortwodirectionrunning叶片零度安装便于双向旋转Pressureoilisledtovanebottomtokeepthevanestouchwithstatorsurfacetightly压力油引入叶片底部确保叶片紧贴定子内表面Fig.4-3Operatingprinciple工作原理压力油作用在过渡区叶片上的面积不同，产生力矩推动转子带动输出轴旋转。Specialties特点体积小，惯性小，动作灵敏，但泄漏较大。适用于转矩低、转速高、要求动作灵敏的场合。叶片泵叶片马达起动弹簧没有起动弹簧转子两侧环形槽内装有扭力弹簧，使叶片始终顶紧定子，保证起动密封。叶片安装叶片前倾或后倾径向放置，以适应正、反转叶片根部油压叶片根部不一定通高压油保证叶片根部始终通压力油泄漏油的回油方式内部回油外部回油进、出油口口径进油口口径≥出油口口径进油口、出油口一样大。叶片泵和液压马达比较表Gearmotors齿轮马达Externalgearpump外啮合齿轮马达Fig.4-4Similartogearpump，differences：与齿轮泵类似，区别：Leakageoiltotankseparately泄漏油单独回油箱Samesizefortheinletandoutletports进、出油口大小相同Fig.4-4Operatingprinciple工作原理由于受压力油作用的齿面面积不同而产生转矩。Specialties特点与齿轮泵类似，多用于转速高、扭矩小的场合。【课题练习】外啮合齿轮泵作马达用，原进油口改作出油口，原出油口改作进油口，则马达的转向（）。A.与作泵时转向相同B.与作泵时转向相反C.转向无法确定D.根本转不起来【课堂练习】外啮合齿轮泵作马达用，原进油口改作出油口，原出油口改作进油口，则马达的转向（）。A.与作泵时转向相同B.与作泵时转向相反C.转向无法确定D.根本转不起来BPintle配油轴Crankshaft偏心轮CrisscrossCoupling十字联轴节Rod连杆Saddlesurface马鞍形面(hydraulicbearing)(静压支承)Piston柱塞Ballarticulated球铰(hydraulicbearing)Cylinder缸室Reciprocateinradial径向往复伸缩Radialpistonmotors径向柱塞马达(Low-speedmotors)Single-actingconnectingrodtype曲柄连杆马达Structure结构Fig.4-5曲柄连杆马达工作原理Fig.3-5Operatingprinciple工作原理Fig.4-5Highpressurepushesrodbypistontoproducetorqueoncam。高压油推柱塞外伸对凸轮(输出轴)产生扭矩。Campushespistonsinlowpressureareabyrodtodrainlowpressureoilintotank。偏心轮通过连杆推柱塞使低压油排出。液压力的合力通过偏心圆几何中心，对曲轴回转中心产生力矩。压力油→活塞→连杆→曲轴偏心圆表面推推推Stablelowspeed低速稳定Lowmechanicalefficiencyinlowspeedstarting低速启动效率低Specialties特点Hightorque,lowspeed低速大扭矩Unbalancedradialforce径向力不平衡Highstressontwosideofrod连杆两端接触应力大Incurvemultiple-actingradialpistonmotors多作用内曲线径向柱塞马达Fig.4-6Structure构造1.Piston(reciprocatesinradial)柱塞2.Cylinderblock(stationary)缸体3.Roller(rollsoncam)滚轮4.Rotatingvalve(runs)配油轴5.Inletport进油口6.Outletport出油口7.multi-lobedcam(turns)多曲轨面Specialties特点Finelowspeedperformance低速稳定性好Workingsafelyandreliable工作安全可靠Highrequestforcammanufacturing内曲面轨道制造难度大Radialforcebalanced径向力平衡Operatingprinciple工作原理Pressureoilpushesrollerbypistonagainstcurvesurfacetoproducetorquedrivingcamrunning压力油推滚轮驱动轨道旋转泵和马达的排量标准系列（单位：mL/r）······，10，12.5，（14），16，（18），20，（22.5），25，（28），31.5，（35.5），40，······，4000，（4500），5000，（5600），6300，（7100），8000，9000，······。【例1】如图所示为定量泵和定量马达系统，已知泵的输出压力pp＝10MPa，排量Vp＝10mL/r，转速np＝1450r/min，容积效率ηpv＝0.9，机械效率ηpm＝0.9，液压马达排量Vm＝10mL/r，容积效率ηmv＝0.9，机械效率ηmm＝0.9，泵出口与马达进口间管道压力损失为0.5MPa，其它损失不计，试求：例题（1）液压泵的驱动功率Pip；（2）液压泵的输出功率Pop；（3）液压马达的输出转速nM、转矩TM和输出功率Pom。解：（1）液压泵驱动功率Pip（2）液压泵输出功率Pop（3）液压马达输出转速nMWVnpqpPpmpvpvpppopppip2685609.09.010109.01450101066WqpPppop2175609.010101450101066)(5.117410109.09.01010145066rpmVqnmmvpM液压马达输出转矩TM液压马达输出功率PommNpVTmmmM6.1329.0105.0101010266)16746.13605.117422WTnPMMom（【例2】图示系统中，已知泵的排量Vp＝40mL/r，转速np=1450r/min，机械效率和容积效率均为0.9；变量马达的排量范围为Vm＝40~100mL/r，机械效率和容积效率为0.9，马达的负载扭矩Tm＝40N·m。不计管道损失，试求：1泵的输出流量qp；2马达最大进口压力pm；3马达转速nm的范围；4液压系统的最大输入功率Pi。解：1泵的输出流量qp=np∙Vp∙ηpv=1450÷60×40×10-6×0.9=8.7×10-4（m3/s）=52.2L/min2马达的最大进口压力pm马达的负载扭矩恒定，因此当马达排量调至最小时，在马达进出口两端具有最大的压力降。马达出口直通油箱，其进口压力即为马达的进出口压差，故有：3马达的转速范围系统的最大工作压力低于溢流阀的调定压力，在不考虑管道损失的情况下，油泵的输出流量即为马达的输入流量。当马达的排量调至最大时，其转速最低：nmmin=qp∙ηmv/Vmmax=8.7×10-4×0.9÷(100×10-6)=7.83(r/s)=469.8rpm)(79.0104040226minMPaVTpmmmmm马达的排量调至最小时，其转速最高为nmmax=qp∙ηmv/Vmmin=8.7×10-4×0.9÷(40×10-6)=19.575(r/s)=1174.5rpm因此，马达的转速范围为nm=469.8~1174.5rpm。4液压系统的最大输入功率Pi当系统的工作压力最大时，定量泵系统的输入功率最大。故有：Pi=qp∙ppmax/ηop=8.7×10-4×7×106÷(0.9×0.9)=7518.5(W)【例3】图示系统中，施加在马达上的负载是不断变化的(即TM为变量)，则在进行调速(Vp变化)时，()。A.液压马达的转速随负载的增加而减小B.油泵的工作压力随负载的增加而增加C.液压马达输出转矩随液压泵排量的增加而增加D.液压马达输出功率随负载和液压泵排量的增加而减小TMBExercises：4-1、4-2、4-3（Pg.351）×（2）therot