第三章液压执行元件

第三章液压执行元件液压执行元件是将液压泵提供的液压能转变为机械能的能量转换装置，它包括液压缸和液压马达。第一节液压马达一、液压马达的特点及分类1.液压马达与泵的相同点•从原理上讲，马达和泵是可逆的。•从结构上看，马达和泵是相似的。液压马达•工作原理均是利用密封工作容积的变化进行工作。2.泵和马达的不同点•泵是能源装置，马达是执行元件。•泵的吸油腔一般为真空（为改善吸油性和抗气蚀耐力），通常进口尺寸大于出口，马达排油腔的压力稍高于大气压力，没有特殊要求，可以进出油口尺寸相同。•泵的结构需保证自吸能力，而马达无此要求。•马达需要正反转（内部结构需对称），泵一般是单向旋转。•马达的轴承结构，润滑形式需保证在很宽的速度范围内使用，而泵的转速虽相对比较高，但变化小，故无此苛刻要求。•马达起动时需克服较大的静摩擦力，，因此要求起动扭矩大，扭矩脉动小，内部摩擦小（如齿轮马达的齿数不能象齿轮泵那样少）。•泵－希望容积效率高；马达－希望机械效率高。•叶片泵的叶片倾斜安装，叶片马达的叶片则径向安装（考虑正反转）。•叶片马达的叶片依靠根部的预紧弹簧以及压力油，使其压紧在定子表面上，而叶片泵的叶片则依靠根部的压力油和离心力压紧在定子表面上。•液压马达的容积效率比泵低，通常泵的转速高。而马达输出较低的转速。•液压泵是连续运转的，油温变化相对较小，马达经常空转或停转，受频繁的温度冲击。•泵与原动机装在一起，主轴不受额外的径向负载。而马达直接装在轮子上或与皮带、链轮、齿轮相连接时，主轴将受较高的径向负载。3.液压马达的分类1）高速液压马达：额定转速高于500r/min的属于高速液压马达；a）基本形式：齿轮式、螺杆式、叶片式和轴向柱塞式等。b）特点是：转速较高，转动惯量小，便于起动和制动，调节（调速和换向）灵敏度高。2）低速液压马达：额定转速低于500r/min的则属于低速液压马达。a）基本形式：径向柱塞式b）特点是：排量大，体积大，转速低，二、液压马达的工作原理1、叶片式液压马达•优点：体积小，转动惯量小，因此动作灵敏。允许频繁换向（甚至可以在千分之几秒内换向）。•缺点：泄漏较大，不能在低转速下工作。所以叶片式马达一般用于高转速、低扭矩以及动作要求灵敏的场合。2.径向柱塞式液压马达tan42FTFFFdpF三、液压马达的基本参数和基本性能1．液压马达的排量V、排量和转矩的关系因为ω＝2πn，q=vn所以液压马达的理论转矩Tt为tTpq2pVTt2、液压马达的机械效率和启动机械效率1）机械效率T为实际输出的转矩，ηm为机械效率2）启动机械效率T0为马达的启动转矩，ηm0为启动机械效率2mpVTtmTT003．液压马达的转速和低速稳定性1）转速2）爬行现象——当液压马达工作转速过低时，往往保持不了均匀的速度，进入时动时停的不稳定状态，这就是所谓爬行现象•和其低速摩擦阻力特性有关。•另外，液压马达排量本身及泄漏量也在随转子转动的相位角变化作周期性波动，这也会造成马达转速的波动vVqn4．调速范围液压马达的调速范围以允许的最大转速和最低稳定转速之比表示，即minmaxnni第二节液压缸液压缸是将液压泵输出的压力能转换为机械能的执行元件，它主要是用来输出直线运动（也包括摆动运动）。一、液压缸的分类液压缸按其结构形式，可以分为活塞缸、柱塞缸和摆动缸三类。（一）活塞式液压缸分为双杆式和单杆式1.双杆式活塞缸——活塞两端都有一根直径相等的活塞杆伸出1）缸筒固定2）活塞杆固定式3）推力Ｆ和速度ｖ为：a）推力Ｆb）速度ｖ))((4)(212221ppdDppAF)(422dDqAqv2.单杆式活塞缸——活塞只有一端带活塞杆1）缸筒固定2）活塞杆固定式3）推力和速度a）从无杆腔进油时，活塞上所产生的推力Ｆ1和速度ｖ1])[(42222122111dpDpppApAF2114DqAqvb）从有杆腔进油时，活塞上所产生的推力Ｆ2和速度ｖ2C）速度比])[(42122121122dpDpppApAF)(42222dDqAqv212)/(11Ddvvv3.差动液压缸——单杆活塞缸的左右两腔同时通压力油，称为差动液压缸。活塞推力F3和运动速度v32121134)(dpAApF2322134)(4DvdDqAqqv234dqv（二）柱塞缸是一种单作用液压缸柱塞上所产生的推力Ｆ和速度ｖ为24dppAF24dqAqv（三）摆动缸当它通入压力油时，它的主轴能输出小于360o的摆动运动，它的输出转矩Ｔ和角速度ω各为)(2)(22)(212221222122RRbqbRRqnbRRqvqn))((2)(2121222121ppRRbrdrppbTRR(四)其它液压缸1．增压缸——又称增压器，有单作用和双作用两种型式，1212212244KpdDppDpdp2．伸缩缸——由两个或多个活塞式液压缸套装而成，前一级活塞缸的活塞是后一级活塞缸的缸筒。3．齿轮缸——又称无杆式活塞缸，它由两个柱塞缸和一套齿轮齿条传动装置组成，特点是将直线运动转换为回转运动二、液压缸的典型结构和组成(一)液压缸的典型结构举例(二)液压缸的组成液压缸的结构基本上可以分为缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置和排气装置五个部分。1、缸筒与缸盖2、活塞和活塞杆3、密封装置用以防止油液的泄漏(液压缸一般不允许外泄并要求内泄漏尽可能小)。4．缓冲装置目的：使活塞接近终端时，增达回油阻力，减缓运动件的运动速度，避免冲击。1）节流缓冲装置a）缝隙节流b）小孔节流C）三角槽缓冲装置d）阀式卸压缓冲装置如图所示为安装在活塞上的双向卸压缓冲阀。5．排气装置三、液压缸的设计和计算1．液压缸设计中应注意的问题(1)尽量使液压缸的活塞杆在受拉状态下承受最大负载，或在受压状态下具有良好的纵向稳定性。(2)考虑液压缸行程终了处的制动伺题和液压缸的排气问题。(3)正确确定液压缸的安装、固定方式。(4)液压缸各部分的结构需根据推荐的结构形式和设计标准进行设计，尽可能做到结构简单、紧凑、加工、装配和维修方便。2．液压缸主要尺寸的确定（1）缸筒内径D：根据负荷，工作压力，运动速度和输入的流量确定（2）活塞杆直径dvvDd1(3)液压缸缸筒长度L由最大工作行程长度决定，L≤20D(4)最小导向长度3．强度校核1）缸筒壁厚校核δ为壁厚，py为缸筒试验压力D／δ≥10220DLH][2DpyD／δ102）活塞杆直径校核3）液压缸盖固定螺栓直径校核13.1][4.0][2yyppD][4Fd][2.5zkFds4．缓冲计算液压缸在缓冲时，缓冲腔内产生的液压能E1和工作部件产生的机械能E2分别为lc为缓冲长度，pc为缓冲腔中的平均缓冲压力，Ac，Ap为缓冲腔，高压腔有效工作面积，m，vc为工作部件的总质量和速度，Ff为摩擦力ccclApE1cfcpplFmvlApE20221当E1=E2时，工作部件的机械能全部被缓冲腔液体所吸收，由上两式得节流口可调式则最大的缓冲压力即冲击压力为ccclAEp2cccclAmvpp220max5．液压缸稳定性校核当l/d≤15时一般不用校核当l/d≥15时必须进行校核，即FFkF为活塞杆承受的负载力，Fk为保持工作稳定的临界负载力