1、123 4 液压马达按其结梅类型来分可以分为齿轮式、叶片式、柱塞式和其它型式。按液压马达的额定转速分为高速和低速两大类。额定转速高于500rmin的属于高速液压马达，额定转速低于500rmin的属于低速液压马达。高速液压马达的基本型式有齿轮式、螺杆式、叶片式 和轴向柱塞式等。它们的主要特点是转速较高、转动惯量小，便于启动和制动，调节(调速及换向)灵敏度高。通常高速液压马达输出转矩不大(仅几十Nm到几百Nm)所以又称为高速小转矩液压马达。低速液压马达的基本型式是径向柱塞式，此外在轴向柱塞式、叶片式和齿轮式中也有低速的结构型式，低速液压马达的主要特点是排量大、体积大转速低(有时可达每分钟几转甚至零
2、点几转)，因此可直接与工作机构连接，不需要减速装置，使传动机构大为简化，通常低速液压马达输出转矩较大(可达几千Nm到几万Nm)，所以又称为低速大转矩液压马达。 二、液压马达的工作原理 由于压力油作用，受力不平衡使转子产生转矩。叶片式液压马达的输出转矩与液压马达的排量和液压马达进出油口之间的压力差有关，其转速由输入液压马达的流量大小来决定。n1.叶片式液压马达5 由于液压马达一般都要求能正反转，所以叶片式液压马达的叶片要径向放置。为了使叶片根部始终通有压力油，在回、压油腔通人叶片根部的通路上应设置单向阀，为了确保叶片式液压马达在压力油通人后能正常启动，必须使叶片顶部和定子内表面紧密接触，以保证良
3、好的密封，因此在叶片根部应设置预紧弹簧。 叶片式液压马达体积小，转动惯量小，动作灵敏，可适用于换向频率较高的场合，但泄漏量较大，低速工作时不稳定。因此叶片式液压马达一般用于转速高、转矩小和动作要求灵敏的场合。 图3-2为径向柱塞式液压马达工作原理图，当压力油经固定的配油轴4的窗口进入缸体3内柱塞1的底部时，柱塞向外伸出，紧紧顶住定子2的内壁，由于定子与缸体存在一偏心距。 n2.径向柱塞式液压马达图3-1 叶片式液压马达工作原理图6在柱塞与定子接触处，定子对柱塞的反作用力为FN 。力 FN可分解为FF和FT两个分力。当作用在柱塞底部的油液压力为，柱塞直径为，力 FF和 FN之间的夹角为 时，它们
4、分别为 和力FT 对缸体产生一转矩，使缸体旋转。缸体再通过端面连接的传动轴向外输出转矩和转速。以上分析的一个柱塞产生转矩的情况，由于在压油区作用有好几个柱塞，在这些柱塞上所产生的转矩都使缸体旋转，并输出转矩。径向柱塞液压马达多用于低速大转矩的情况下。 径向柱塞马达（动画）7轴向柱塞式液压马达的工作原理如上图（动画）所示。斜盘1和配油盘4固定不动，柱塞3可在缸体2的孔内移动。斜盘中心线和缸体中心线相交一个倾角。高压油经配油盘的窗口进入缸体的柱塞孔时，高压腔的柱塞被顶出，压在斜盘上。斜盘对柱塞的反作用力F分解为轴向分力Fx和垂直分力Fy。Fx与作用在柱塞上的液压力平衡，Fy则产生使缸体发生旋转的转
5、矩，带动轴5转动。液压马达产生的转矩应为所有处于高压腔的柱塞产生的转矩之和，即 式中，R柱塞在缸体上的分布圆半径；第i个柱塞和缸体垂直中心线的夹角。可见，随着角的变化，每个柱塞产生的转矩是变化的，液压马达对外输出的总的转矩也是脉动的。 8从工作原理上讲，相同形式的液压泵和液压马达是可以相互代换的。但是，一般情况下未经改进的液压泵不宜用作液压马达。这是因为考虑到压力平衡、间隙密封的自动补偿等因素，液压泵吸、排油腔的结构多是不对称的，只能单方向旋转。但作为液压马达，通常要求正、反向旋转，要求结构对称。 齿轮马达在结构上为了适应正反转要求，进出油口相等、具有对称性、有单独外泄油口将轴承部分的泄漏油引
6、出壳体外；为了减少启动摩擦力矩，采用滚动轴承；为了减少转矩脉动齿轮液压马达的齿数比泵的齿数要多。齿轮液压马达由干密封性差，容租效率较低，输入油压力不能过高，不能产生较大转矩。并且瞬间转速随着啮合点的位置变化而变化，因此齿轮液压马达仅适合于高速小转矩的场合。一般用干工程机械、农业机械以及对转矩均匀性要求不高的机械设备上。9工作压力和额定压力工作压力是指马达实际工作时的压力。额定压力是指马达在正常工作条件下，按试验标准规定能连续运转的最高压力。排量和理论流量 排量是指在没有泄漏的情况下，马达轴旋转一周所需输入的液体体积。理论流量是指在没有泄漏的情况下，达到要求转速所需输入液体的流量。效率和功率 容
7、积效率：由于有泄漏损失，为了达到液压马达所要求的转速，实际输入的流量q必须大于理论输入流量qt，容积效率为 机械效率：由于有磨擦损失，液压马达的实际输出转矩T一定小于理论转矩Tt。机械效率为 液压马达的总效率为液压马达的输入功率为 液压马达的输出功率为 转矩和转速 转矩和转速是液压马达输出的两个最重要物理量，是输出机械能的表现形式。液压马达产生的理论转矩为液压马达输出的实际转矩为 液压马达输出的转速为 式中，p液压马达进、出口的压力差；，n液压马达的角速度和转速。Po=T=2nTTt=Tt=103液压马达的转速和低速稳定性 在工程实际中，液压马达的转速和液压泵的转速一样，其计量单位多用rmin
8、(转分)表示。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。若要求高速液压马达不超过10rmin低速大转矩液压马达不超过3rmin的速度工作，并不是所有的液压马达都能满足要求的。一般地说，低速大-转矩液压马达的低速稳定性要比高速马达为好。低速大转矩马达的排量大，因而尺寸大，即便是在低转速下工作摩擦副的滑动速度也不致过低，加之马达排量大，泄漏的影响相对变小，马达本身的转动惯量大，所以容易得到较好的低速稳定性。 返回到主目录4调速范围当负载从低速到高速在很宽的范围内工作时，也要求液压马达能在较大的调速范围下工作，否则就需要有能换档的变速机构，使传动
9、机构复杂化。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，即显然，调速范围宽的液压马达应当既有好的高速性能又有好的低速稳定性。 i=nmaxnmin11 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。活塞缸和柱塞缸实现往复运动，输出推力和速度，摆动缸则能实现小于360度的往复摆动，输出转矩和角速度。液压缸除单个使用外，还可以几个组合起来或和其它机构组合起来，以完成特殊的功用。（一）活塞式液压缸活塞式液压缸分为双杆式和单杆式两种。 121. 双杆式活塞缸 双杆式活
10、塞缸的活塞两端都有一根直径相等的活塞杆伸出，它根据安装方式不同又可以分为缸筒固定式和活塞杆固定式两种。 活塞两侧的活塞杆直径是相等的，进、出油口位于缸筒两端。 左图所示安装形式占地面积大，适用于较大型机械。 进、出油口可以在活塞杆上，也可以用软管连接在缸筒两端。 左图所示安装形式占地面积小，适用于小型机械。13 由于双杆活塞缸两端的活塞杆直径通常是相等的，因此它左、右两腔的有效面积也相等。当分别向左、右腔输入相同压力和相同流量的油液时，液压缸左、右两个方向的推力和速度相等，当活塞的直径为，活塞杆的直径为，液压缸进、出油腔的压力为1和2，输入流量为时，双杆活塞缸的推力和速度为 式中为活塞的有效工
11、作面积。双杆活塞缸在工作时，设计成一个活塞杆是受拉的，而另一个活塞杆不受力，因此这种液压缸的活塞杆可以做得细些。142. 单杆式活塞缸单杆活塞缸的基本结构 如右图所示其特点是只在活塞的一端有活塞杆，缸的两腔有效工作面积不相等。它的安装也有缸筒固定和活塞杆固定两种，进、出油口根据安装方式而定。但工作台移动范围都为活塞有效行程的两倍。 当输入液压缸的油液流量为，液压缸进出油口压力分别为1和2时，其活塞上所产生的推力1和速度1为 当油液从如动画所示的右腔(有杆腔)输入时，其活塞上所产生的推力2和速度2为15由上式可知，由于 A1A2 ，所以 F1F2 。若把两个方向上的输出速度 V1和 V2 的比值
12、称为速度比，记作v ，则 因此，活塞杆直径越小， 越接近于1，活塞两个方向的速度差值也就越小，如果活塞杆较粗，活塞两个方向运动的速度差值就较大。在已知和 的情况下，也就可以较方便地确定。 163. 差动缸 工程中，经常遇到单活塞杆液压缸左右两腔同时接通压力油的情况，这种连接方式称为差动连接，此缸称为差动缸。差动连接的显著特点是在不增加输入流量的情况下提高活塞的运动速度。尽管此时液压缸两腔压力相等（不计管路压力损失），但两腔活塞的工作面积不相等，因此，活塞将向有杆腔方向运动（缸体固定时）。有杆腔排出的油液和油源输入的油液一起进入无杆腔，增加了进入无杆腔的流量，从而提高了活塞的运动速度。 由上式可
13、知，差动连接时液压缸的推力比非差动连接时小，速度比非差动连接时大，正好利用这一点，可使在不加大油源流量的情况下得到较快的运动速度，这种连接方式被广泛应用于组合机床的液压动力滑台和其它机械设备的快速运动中。如果要求快速运动和快速退回速度相等 即V3 = V2 ，则必须使17（二）柱塞缸 柱塞式液压缸的结构如图所示。它具有以下特点：（1）柱塞式液压缸是单作用液压缸，即靠液压力只能实现一个方向的运动，回程要靠自重（当液压缸垂直放置时）或其它外力，因此柱塞缸常成对使用；（2）柱塞运动时，由缸盖上的导向套来导向，因此，柱塞和缸筒的内壁不接触，缸筒内孔只需粗加工即可；（3）柱塞重量往往比较大，水平放置时容
14、易因自重而下垂，造成密封件和导向件单边磨损，故柱塞式液压缸垂直使用较为有利；（4）当柱塞行程特别长时，仅靠导向套导向就不够了，为此可在缸筒内设置各种不同形式的辅助支承，起到辅助导向的作用。 18 当柱塞的直径为，输入液压油的流量为，压力为时，其柱塞上所产生的推力和速度为 柱塞式液压缸的主要特点是柱塞与缸筒无配合要求，缸筒内孔不需精 加工，甚至可以不加工。运动时由缸盖上的导向套来导向，所以它特别适用在行程较长的场合。 （三）摆动缸 摆动式液压缸也称摆动液压马达。当它通人压力油时，它的主轴能输出小于 360度 的摆动运动，常用于工夹具夹紧装置、送料装置、转位装置以及需要周期性进给的系统中。 19左
15、图所示为单叶片式摆动缸，它的摆动角度较大，可达 度 。当摆动缸进出油口压力为1和2，输人流量为时，它的输出转矩和角速度 各为 式中为叶片的宽度，1、2为叶片底部、顶部的回转半径。 双叶片式摆动缸的摆动角度小于150。在相同情况下，输出转矩是单叶片式的两倍，角速度是单叶片式的一半。 双叶片式摆动缸201. 伸缩式液压缸 伸缩式液压缸又称多级液压缸。它是由两个或多个活塞套装而成，前一级活塞杆是后一级活塞缸的缸筒。伸出时，可以获得很长的工作行程，缩回时可保持很小的结构尺寸 .如图所示为一种伸缩缸，在各级活塞依次伸出时，液压缸的有效面积是逐级变化的。在输入流量和压力不变的情况下，液压缸的输出推力和速度
16、也是逐级变化的。其值为 式中，i第i级活塞缸。显然，这种液压缸起动时，活塞有效面积最大，因此，输出推力也最大，随着行程逐级增长，推力随之减小。这种推力变化情况，正适合于自动装卸车对推力的要求。 212. 增压缸 在某些短时或局部需要高压液体的液压系统中，常用增压缸与低压大流量泵配合作用，但作用增压缸的工作原理如图所示，当低压为p1的油液推动增压缸的大活塞时，大活塞推动与连成一体的小活塞输出压力为p2的高压液体，当大活塞直径为D，小活塞直径为d时，p2 = p1 =K p1（ ）Dd2式中 K=D / d ，称为增压比，它代表其增压能力。显然增压能力是在降低有效流量的基础上得到的，也就是说增压缸
17、仅仅是增大输出的压力，并不能增大输出的能量。22单作用增压缸在小活塞运动到终点时，不能再输出高压液体，需要将活塞退回到左端位置，再向右行时才输出高压液体，即只能在一次行程中输出高压液体，为此，可采用双作用增压港。223. 齿轮缸 齿轮式液压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，当压力油推动活塞左右往复运动时，齿条就推动齿轮往复旋转，从而齿轮驱动工作部件作周期性往复旋转运动齿轮缸23液压缸的结构形式很多，这里以一种典型液压缸为例，说明液压缸的基本组成。 空心活塞式液压缸如图3.6所示。它由缸筒10，活塞8，活塞杆1、15，缸盖18、24，密封圈4、7、17，导向套6、19
18、，压板11、20等主要零件组成。24这种液压缸活塞杆固定，缸筒带动工作台作往复运动。活塞用锥销9、22与空心活塞杆连接，并用堵头2堵死活塞杆的一头。缸筒两端外圆上套有钢丝环12、21，用于阻止压板11、20向外移动，从而通过螺栓将缸盖18、24与压板相连（图中没有画出），并把缸盖压紧在缸筒的两端。为了减少泄漏，在液压缸中可能发生泄漏的结合面安放了密封圈和纸垫。空心活塞杆和其上的油口a、c提供了液压缸的进、出油口。当缸筒移动到左、右终端时，油口a、c的开度逐渐减小，造成回油阻力逐渐增大，对运动部件起到制动缓冲作用。在缸盖上设有与排气阀（图中没有画出）相连的排气孔5、14，可以排出液压缸中的空气，
19、使运动更加平稳。 由此可知，液压缸按结构组成可以分为缸体组件、活塞组件、密封装置、缓冲装置和排气装置等 25缸体组件包括缸筒、缸盖和一些连接零件。缸筒可以用铸铁（低压时）和无缝钢管（高压时）制成。缸筒和缸盖的常见连接方式如图3.7所示。从加工的工艺性、外形尺寸和拆装是否方便不难看出各种连接的特点。图3.7 a)是法兰连接，加工和拆装都很方便，只是外形尺寸大些。图3.7 b)是半环连接，要求缸筒有足够的壁厚。图3.7 c）是螺纹连接，外形尺寸小，但拆装不方便，要有专用工具。图3.7 d）是拉杆式连接，拆装容易，但外形尺寸大。图3.7 e）是焊接连接，结构简单，尺寸小，但可能会有因焊接有一些变形。
20、26活塞组件包括活塞和活塞杆两部分。活塞通常是用铸铁制成的，活塞杆通常用钢料制成。 活塞组件的连接方式除了前面提到的锥销式连接以外，还有整体式、螺纹式连接和半环式连接。整体式结构简单、使用可靠，在尺寸较小的场合常用。螺纹式连接和半环式连接如图3.8所示。前者结构简单，但要防止螺母脱落。后者结构复杂，但工作可靠。27 液压缸中的密封是指活塞、活塞杆和缸盖等处的密封。它是用来防止液压缸内部和外部的泄漏。液压缸中密封设计的好坏，对液压缸的性能有着重要影响。 活塞密封 是指活塞外表面与缸筒内表面之间的密封，用来防止液压缸中高压容腔的油液向低压容腔中泄漏。 间隙密封 这是一种最简单的密封形式，常用在活塞
21、直径较小、工作压力较低的液压缸中。间隙密封结构如图3.9所示。在活塞上开出的若干道深0.3mm至0.5mm的环形槽，可以增大油液从高压腔向低压腔泄漏的阻力，从而减小泄漏。 活塞环密封 活塞环密封结构如图3.10所示。这种密封是通过在活塞外表面的环形槽中放置切了口的金属环来实现的。金属环依靠弹性变形紧贴在缸筒内表面上，在高温、高压和高速运动场合有很好的密封性能。缺点是制造工艺比较复杂。 橡胶圈密封 这是一种结构简单、磨损后能自动补偿、并且密封性能会随着压力的加大而提高的密封方式，在工程中得到了非常广泛的应用。图3.11给出了几种常见结构。图3.11 a）和b）采用了Y形橡胶圈，使两唇面向油压，以
22、便在压力油作用下使两唇张开就可以了。如果压力波动较大、运动速度较高，则须考虑在Y形密封圈中添加支撑件，（图3.11 a）中的4）。图3.11 c）采用的是O形橡胶圈。 28 缓冲装置是利用活塞或缸筒移动到接近终点时，将活塞和缸盖之间的一部分液体封住，迫使液体从小孔或缝隙中挤出，从而产生很大的阻力，使工作部件制动，避免活塞和缸盖的相互碰撞。常见的缓冲装置如图3.13所示。图3.13 a）所示为节流口可调式缓冲装置，当活塞上的凸台进入端盖凹腔后，圆环形回油腔中的液体只能通过针形节流阀流出，这就使活塞制动。调节节流阀的开口，可以改变制动阻力的大小。这种缓冲装置起始缓冲效果好，随着活塞向前移动，缓冲效
23、果逐渐减弱，因此它的制动行程较长。图3.13 b）所示为节流口变化式缓冲装置，它在活塞上开有变截面的轴向三角节流槽。当活塞移近端盖时，回油腔油液只能经过三角槽流出，因而使活塞受到制动作用。随着活塞的移动，三角槽通流截面逐渐变小，阻力作用增大，因此，缓冲作用均匀，冲击压力较小，制动位置精度高。29由于液体中混有空气或液压缸停止使用时空气侵入，在液压缸的最高部位常会聚积空气，若不排除就会使缸的运动不平稳，引起爬行和振动，严重时会使液体氧化腐蚀液压元件。排气装置就是为解决此问题而设置的，常用的排气装置如图4.14所示。排气阀和排气塞都要安装在液压缸的最高部位。应当指出，并非所有的液压缸都设置排气装置
24、，对于要求不高的液压缸往往不设专门的排气装置，而是将通油口布置在缸筒两端的最高处，使缸中的空气随油液的流动而排走。对于速度稳定性要求较高以及较大型的液压缸，则必须设置。 30（一）液压缸设计中应注意的问题（一）液压缸设计中应注意的问题 不同的液压缸有不同的设计内容和要求，一般在设计液压缸的结构时应注意以下几个问题： （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问题和液压缸的排气问题。缸内如无缓冲装置和排气装置，系统中需要有相对应的措施，但是并非所有的液压缸都要考虑这些问题。 （3）根据主机的工作要求和结构设计要求，正确
25、确定液压缸的安装固定方式。但液压缸只能一端定位。 （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。31 由于液压执行元件与主机结构有着直接关系，因此所需要的液压缸和气缸在结构上千变万化。尽管有一些标准件可供选用，但有时还必须根据实际需要自行设计。下面介绍液压缸的设计计算。（二）主要尺寸的计算（二）主要尺寸的计算 液压缸的主要尺寸包括缸筒内径D、活塞杆直径d和缸筒长度L。 根据负载大小和液压缸的工作压力确定活塞的有效工作面积，再根据液压缸的不同结构形式计算出缸筒的内径。活塞杆直径是按受力情况决定的，可按表316初步选取。缸筒长度的确定要考
26、虑活塞最大行程、活塞厚度、导向和密封所需长度等因素。通常情况L(2030)d。计算结果要圆整成国家标准中的推荐值。主要尺寸初步确定后，还要按速度要求进行验证。同时满足力和速度的要求后才可以确定下来。表316 液压缸工作压力与活塞杆直径 32（三）强度校核（三）强度校核 强度校核的项目包括缸筒壁厚、活塞杆直径d和缸盖固定螺栓的直径ds。 1.缸筒壁厚 在中、低压系统中，缸筒壁厚由结构工艺决定，一般不做校核。在高压系统中需按下列情况进行校核。当D/10时为薄壁，按下式校核 式中，D-缸筒内径；缸筒材料的许用应力，=b/n，b是材料的抗拉强度，一般取安全系数n=5；py试验压力，当缸的额定压力pn1
27、6MPa时，py=1.5pn；pn16MPa时，py=1.25pn。当D/10时为厚壁，按下式校核 332.活塞杆直径d 式中，F活塞杆上的作用力； 活塞杆材料的许用应力，= b/1.4。3.缸盖固定螺栓直径ds式中，F活塞杆上的作用力；k螺纹拧紧系数，k=1.121.5；z固定螺栓个数； 螺栓材料的许用应力，= s/（1.222.5），s为材料的屈服点。34（四）活塞杆稳定性校核（四）活塞杆稳定性校核 当活塞杆受轴向压缩负载时有压杆稳定性问题，即压缩力F超过某一临界Fk值时活塞杆就会失去稳定性。活塞杆稳定性按下式进行校核 式中，nk安全系数，一般取nk=24。 当活塞杆的细长比 时当活塞杆的细长比 时，且 时35式中，l安装长度，见表3-2；rk活塞杆截面最小回转半径， ；1柔性系数，见表3.3；2由液压缸支承方式决定的末端系数，见表3.2；E活塞杆材料的弹性模量，钢材； J活塞杆横截面惯性矩；A活塞杆横截面积；f由材料强度决定的试验值，见表3.3；系数，见表3.3。 36式中，pc-缓冲腔中平均缓冲压力；pp高压腔中的压力； Ac、Ap缓冲腔、高压腔的有效工作面积；lc缓冲行程长度； m工作部件质量；v工作部件速度；Ff摩擦力。当E1=E2时，工作部件的机械能全部被缓冲腔液体吸收，即
