液压第三章.ppt

母版标题样式,*,第三章液压执行元件,液压执行元件,液压马达,液压马达概述,齿轮液压马达,柱塞式液压马达,液压缸,液压缸概述,活塞式液压缸,柱塞式液压缸,液压缸组成及结构,叶片液压马达,3.1,液压马达概述,3.1.1,液压马达定义,液压泵和液压马达都是液压传动系统中的能量转换元件。,液压泵,:,原动机,-,机械能,-,压力能,-,系统,动力源。,液压马达,:,压力能,-,机械能,-,扭矩和转速,-,执行机构,执行元件,液压输出,J,液压马达,液压泵,机械输入,液压输入,机械输出,3.1,液压马达概述,3.1.2,液压马达与液压泵的关系,能量转换上互逆,相似要素,可周期变化的密封容积及相应的配流机构,封闭容积加大时充入高压油,封闭容积减小时排出低压油,结构上相似但有不同,马达常要求能正、反转，因而要求其内部结构对称,液压马达由于在输入压力油条件下工作，因而不必具备自吸能力，但需要一定的初始密封性，才能提供必要的起动转矩。,液压马达的转速范围需要足够大，特别对它的最低稳定转速有一定的要求。因此，它通常都采用滚动轴承或静压滑动轴承；,3.1,液压马达概述,3.1.3,分类,按结构类型：齿轮式、叶片式、柱塞式等,按额定转速,高速,(500rpm),：齿轮式、螺杆式、叶片式、轴向柱塞式,低速,(500rpm),：径向柱塞式等,特点：转速高、惯量小，易于起动和制动，灵敏度高、扭矩小,特点：排量大、体积大、转速低、扭矩大,3.1,液压马达概述,3.1.3,参数,排量：在无泄漏的情况下，使输出轴旋转一周所需的油液的体积，,V,M,理论流量：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，,q,t,实际流量：由于有泄漏，达到要求转速所需输入液体的流量，,q,容积效率,3.1,液压马达概述,工作压力：马达入口处工作介质的实际压力，,P,理论扭矩：无,摩擦损失产生的扭矩，,T,t,实际扭矩：有,摩擦损失产生的扭矩，,T,机械效率,3.1,液压马达概述,输入功率,输出功率,效率,理论功率,3.1,液压马达概述,马达与泵的能量转换图,3.1,液压马达概述,低速稳定性,爬行现象,：液压马达在工作转速过低时，往往保持不了均匀的速度，进入时动时停的不稳定状态。,3.1.4,基本性能,原因：,低速摩擦阻力不稳定,泄漏,低速马达的低速稳定性要较高速马达好,3.1,液压马达概述,启动性能,静摩擦系数大，静止状态润滑油膜被挤掉,调速范围,起动机械效率,马达带负载启动，必须注意到马达的启动性能,3.1,液压马达概述,液压马达的图形符号,3.2,齿轮马达,3.2.1,工作原理,3.2.2,结构特点,进出油口大小相等,单独的泄油口,为减少启动摩擦力矩,采用滚动轴承,为减少转矩脉动,齿数比泵的齿数多,3.2,齿轮马达,3.2.1,优缺点,体积小，重量轻，结构简单，工艺性好；,对污染不敏感；,耐冲击，惯性小等优点。,优点：,缺点：,密封性差，容积效率低；,输入压力不能过高，不能产生大转矩；,瞬时的转矩与速度随啮合点位置变化，有脉动；,一般都用于高转速低转矩的情况下。在矿山、工程机械及农业机械上广泛使用。,3.2,齿轮马达,齿轮马达和齿轮泵在结构上的主要区别如下：,（,1,）齿轮泵一般只需一个方向旋转，为了减小径向不平衡液压力，因此吸油口大，排油口小。而齿轮马达则需正、反两个方向旋转，因此进油口大小相等。（,2,）齿轮马达的内泄漏不能像齿轮泵那样直接引到低压腔去，而必须单独的泄漏通道引到壳体外去。因为马达低压腔有一定背压，如果泄漏油直接引到低压腔，所有与泄漏通道相连接的部分都按回油压力承受油压力，这可能使轴端密封失效。,（,3,）为了减少马达的启动摩擦扭矩，并降低最低稳定转速，一般采用滚针轴承和其他改善轴承润滑冷却条件等措施。,齿轮马达具有体积小，重量轻，结构简单，工艺性好，对污染不敏感，耐冲击，惯性小等优点。因此，在矿山、工程机械及农业机械上广泛使用。但由于压力油作用在液压马达齿轮上的作用面积小，所以输出转矩较小，一般都用于高转速低转矩的情况下。,3.3,叶片马达,3.3.1,工作原理,3.3.2,力矩计算,3.3,叶片马达,3.3.3,结构特点,叶片径向放置，叶片顶部呈对称圆弧型,叶片底部通压力油；,为保证在压力油通入后能正常启动（高低压腔不串通），在叶片根部设预紧弹簧；,3.3.4,优缺点,优点：体积小，转动惯量小，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。,对泄漏油采用外部回油,3.4,轴向柱塞式液压马达,3.4.1,工作原理,3.4,轴向柱塞式液压马达,使缸体,3,产生转矩的垂直分力为：,当压力油输入液压马达后，所产生的轴向分力为：,3.4.2,力矩计算,3.4,轴向柱塞式液压马达,单个柱塞产生的瞬时转矩为：,液压马达总的输出转矩：,由于柱塞的瞬时方位角呈周期性变化，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。,3.4,轴向柱塞式液压马达,3.4.3,特点,容积效率高，调速范围大，因此，必须通过减速器来带动工作机构。,结构尺寸和转动惯量小，换向灵敏度高，输出扭矩小。,适用于扭矩小、转速高和换向频繁的场合。,3.5,径向柱塞式液压马达,3.5.1,工作原理,3.5.2,特点,低速大扭矩，输出转矩大，低速稳定性好。,应用场合：挖掘机、起重机等。,二、计算,1,、已知液压马达的排量 ，入口压力 ，出口压力 ，此时马达的总效率 ，容积效率 ，当输入流量为 时，试求：,1,）,液压马达的输出功率；,2,）,液压马达的转速；,3,）,液压马达的输出转矩。,习题,2,、容积调速回路，液压泵输出口压力 ，其机械效率 ，容积效率 ，泵的最大排量 ；液压马达的排量 ，其机械效率 ，容积效率 。试求：,1,）液压泵转速为 时，电机所需的功率；,2,）液压泵的最大输出功率；,3,）液压马达的输出转矩和转速；,4,）,液压马达的输出功率,。,Q,l,习题,测试题,泵和马达组成系统，已知泵输出油压力,p,p,10Mpa,，排量,V,p,10cm,3,/r,，机械效率,mp,0.95,，容积效率,vp,0.9,；马达排量,V,M,10cm,3,/r,，机械效率,mM,0.95,，容积效率,vM,0.9,，泵出口到马达入口管路的压力损失为,0.5MPa,，若不计泄漏量，不计马达回油管和泵吸油管的压力损失，试求：,（,1,）泵转速为,1200r/min,时，所需要的驱动功率,P,p,；,（,2,）泵输出的液压功率,P,OP,；,（,3,）马达输出转速,n,M,；,（,4,）马达输出功率,P,M,；,（,5,）马达输出转矩,T,M,。,(1)P,p,=(10*1e6*10*1e-6*1200/60)*0.9/(0.95*0.9)=2105w,(2)P,OP,=(10*1e6*10*1e-6*1200/60)*0.9=1800W,(3)n,M,=(10*1e-6*1200/60)*0.9*0.9/(10*1e-6)=16.2r/s=972r/min,(4)PM=(10-0.5)*1e6*10*1e-6*1200/60)*0.9*0.95*0.9=1462.1W,(5)TM=1462.1/(2*pi*16.2)=14.37NM,3.5,液压缸概述,将液体的压力能转换为直线运动或摆动的执行元件,3.5.1,分类,按作用方式分,活塞缸,柱塞缸,摆动缸,输出力和速度,输出转矩和角速度,双杆式活塞缸,单杆式活塞缸,按结构分,单作用缸,双作用缸,组合缸,3.6,活塞式液压缸,3.6.1,双杆式活塞缸,分类,按安装方式分,缸筒固定,活塞固定,占地面积大,适用于小型机床,占地面积小,适用于大型机床,特点：两端的活塞杆直径通常是相等的,3.6,活塞式液压缸,力与速度计算,3.6.2,单杆式活塞缸,分类,按安装方式分,缸筒固定,活塞固定,工作台移动范围均为活塞有效行程的两倍,特点：两端的活塞杆直径通常是相等的,3.6,活塞式液压缸,力与速度计算,D,d,q,q,无杆腔进油,有杆腔进油,3.6,活塞式液压缸,q,在忽略两腔连通油路压力损失的情况下，差动连接液压缸的推力为：,差动连接,速度比：,3.6,活塞式液压缸,差动连接,时,液压缸,的,有效作用面积,是,活塞杆的横截,面积,，工作台运动速度比无杆腔进油时的大，而输出力则,较小。,差动连接是在不增加液压泵容量和功率的条件下，实现快速运动的有效办法。,q,q,等效,3.7,柱塞缸,特点,分类,单作用,双作用,柱塞内孔不需要精加工,运动由导向套来导向,3.8,摆动缸,分类,单叶片式,双叶片式,3.8,摆动缸,计算,单叶片摆动缸的摆角一般不超过,280,，双叶片摆动缸的摆角一般不超过,150,。,当输入压力和流量不变时，双叶片摆动缸轴输出转矩是相同参数单叶片缸的两倍，而摆动角速度则是单叶片的一半。,摆动缸结构紧凑，输出转矩大，但密封困难，一般只用于中、低压系统中往复摆动，转位或间歇运动的地方。,3.9,其它液压缸,增压缸,增压能力是在降低有效流量的基础上得到的，仅仅是增大输出的压力，并不能增大输出的能量。,用于某些短时或局部需要高压液体的场合。,3.9,其它液压缸,伸缩缸,齿轮缸,可以获得很长的工作行程，保持较小的结构尺寸，常用于起重车辆中,可以实现周期性,的往复旋转运动,3.10,液压缸组成,3.10,液压缸组成,3.10.1,缸筒和缸盖,缸筒，端盖和导向套的材料选择和技术要求可参考液压设计手冊。,3.10,液压缸组成,3.10.2,活塞和活塞杆,1,一活塞杆；,2,一活塞；,3,一密封圈；,4,一弹簧圈；,5,一螺母,1,一半环；,2,一套环；,3,一弹簧卡圈,3.10,液压缸组成,3.10.3,密封装置,对密封装置的基本要求是具有良好的密封性能，寿命长，拆装方便。,动密封,静密封,3.10,液压缸组成,3.10.4,缓冲装置,。,3.10,液压缸组成,3.10.5,排气装置,常在液压缸的最高处设置专门的排气装置，如排气塞、排气阀等。当松开排气塞或阀的锁紧螺钉后，低压往复运动几次，带有气泡的油液就会排出，空气排完后拧紧螺钉，液压缸便可正常。,液压传动系统混入空气，会使系统工作不稳定，产生振动、爬行或前冲等现象，严重时会使系统不能正常工作。,设计液压缸时，必须考虑空气的排除。,危害,措施,3.11,液压缸设计计算,根据使用要求确定液压缸的类型；,按负载和运动要求确定液压缸的主要结构尺寸；,进行强度验算,进行结构设计。,3.11.1,步骤,3.11.2,需要考虑的几个问题,尽量使活塞杆受拉；,排气；,缓冲；,液压缸的安装方式；,是否差动连接。,3.11,液压缸设计计算,3.11.3,液压缸的主要尺寸,液压缸的内径,D,；,缸的长度,L,；,活塞杆直径,d,主要根据液压缸的负载、活塞运动速度和行程等因素来确定上述参数。,3.11.4,强度校核,缸筒壁厚的校核,活塞强度校核,螺钉校核,液压缸稳定性校核,复 习,1.,马达的参数与性能,2.,马达的分类,3.,液压缸的分类,3.,液压缸的差动连接,