液压缸和液压马达的认识与使用PPT

第三章 液压马达与液压缸
液压马达
将液体压力能转换为机械能的装置，输出转 矩和转速，是液压系统的执行元件。
液压缸
与马达一样，也是将液压能转变为机械能 的装置，它将液压能转变为直线运动或摆 动的机械能。
第一节 液压马达
液压马达的概述 高速液压马达
齿轮马达 叶片马达 轴向柱塞马达
第一节 液压马达（3）低速马达
排量公式 v =πd 2e z / 2 d 为柱塞直径；e 为曲轴偏心距；z 为柱塞数。
特点 结构简单，工作可靠，可以是壳体固定曲
轴旋转，也可以是曲轴固定壳体旋转（可驱动 车轮或卷筒），但体积重量较大，转矩脉动， 低速稳定性较差。采用静压支承或静压平衡后 最低转速可达3 r/min。
第一节 液压马达（1）概述
功率与总效率
输入功率Pmi Pmi ＝ Δp qM
输出功率PMo PMo ＝ T 2πn
总效率 ηM＝ PMo/ Pmi＝ηMvηM
第一节 液压马达（1）概述
液压马达图形符号
第一节 液压马达（1）概述
液压马达的分类和选用
选择液压马达的原则与选择液压泵的原 则基本相同。在选择液压马达时，首先要 确定其类型，然后按系统所要求的压力、 负载、转速的大小确定其规格型号。一般 来说，当负载扭矩小时，可选用齿轮式、 叶片式和轴向柱塞式液压马达。如负载扭 矩大且转速较低时，宜选用低速大扭矩液 压马达。
宽的场合。
台）等设备中。
适合于负载速度大、有变速要求、负载扭矩较 小、低速平稳性要求高，即中高速小扭矩的场 合。
适用于起重机、绞车、铲车、内 燃机车、数控机床等设备。
低
速 大 扭 矩 马
径 向 马
达

第二章 液压泵和液压马达 3-1 液压泵和马达的分类及工作原理 3-2 齿轮泵和齿轮马达 3-3 柱塞泵和柱塞式液压马达
3-4 低速大转矩液压马达
附：液压泵的工作特点
§3-1液压泵和液压马达的基本工作原理 一、液压泵的基本工作原理 二、液压泵的主要性能参数 三、液压马达的主要性能参数
四、液压泵和液压马达的类型
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三、液压马达的主要性能参数
1、流量、排量和转速
设定马达的排量为q，转速为n，泄露量ΔQ 则流量Q为： Q=nq+ΔQ
容积效率 mv=理论流量/实际流量
=nq/Q=nq/(nq+ΔQ) 或 n=(Q/q)· mv 可见，q和是mv决定液压马达转速的主要参数。
2、扭矩
理论输出扭矩 MT=pq/2π
实际输出扭矩 MM=MT-ΔM
因机械效率 Mm=MM/MT=1-ΔM/MT 故 MM=MT.Mm=(pq/2π).Mm 可见液压马达的排量q是决定其输出扭矩的主要 参数。 有时采用液压马达得每弧度排量DM=q/2π来代 替其每转排量q作为主要参数，这样有： =2πn=Q.mv/DM 及 MM=pDMMm
3、总功率
液压马达总功率：
ηM=2πMMn/pQ=mvMm
可见，容积效率和机械效率是液压泵 和马达的重要性能指标。因总功率为它们 二者的乘积，故液压传提高泵和马达的效率有其重要 意义。
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四、液压泵和液压马达的类型
按结构分：柱塞式、叶片式和齿轮式 按排量分：定量和变量 按调节方式分：手动式和自动式，自动
式又分限压式、恒功率式、恒压式和恒
流式等。 按自吸能力分：自吸式合非自吸式
液压泵和液压马达的图形符号
定量泵
变量泵
定量马达 变量马达 双向变量泵 双向变量马达

单活塞杆液压缸简单连接式
特点：1）两腔面积不等,A1 > A2 2) 压力相同时，推力不等 流量相同时，速度不等 即不具有等推力等速度特性
无杆腔进油时
v1 = q/A1 = 4q/πD2 F1 = p1A1 - p2A2 =π[D2 p1 - (D2-d2)p2/4
有杆腔进油时
v2 = q/A2 = 4q/π(D2-d2) F2 = p1A2- p2A1 =π[ (D2-d2) p1-D2 p2]/4
摆动液压缸
又称为摆动式液压马达或回转液压缸
作用：将液压油的压力能转变成摆动 运动的机械能
摆动液压缸
组成：缸体、定子块、叶片、传动轴等
分类
单叶片式——摆角可达330°
双叶片式——摆角最大150°

摆动液压缸工作原理
当缸的一个油口进压力油，另一油口 回油时，叶片在压力油作用下往一个 方向摆动，带动轴偏转一定角度小于 3600，当进回油口互换时，马达反转。
第3章 液压与气压执行元件
第3章 液压缸
功用：将液压泵供给的液压能转换为 机械能而对负载作功，实现直 线往复运动或旋转运动。
液压缸的类型及特点
按结构形式 活塞缸 >往复直线运动 柱塞缸 摆动缸 往复摆动
液压缸的类型及特点
按作用方式
单作用式：液体或气体只控制 缸一腔单向 运动
双作用式：液体或气体控制缸两腔实现双 向运动
缸体与端盖的连接
法兰连接 半环连接 螺纹连接 拉杆连接 焊接连接
缸体与端盖的连接
∵ 工作压力、缸体材料、 工作条件不同 ∴ 连接形式很多， 铸铁缸体，外形尺寸大
缸体与端盖的连接形式
法兰连接：高压，需焊接法兰盘，较杂。 内半环 —结构简单、紧凑、装卸 半环连接 < 方便（但因缸体上开了环行槽，强度削弱） 外半环 内螺纹 螺纹连接< > 重量轻，外径小，但端部复杂， 外螺纹 装卸不便，需专用工具

设活塞与活塞杆的直径分别为D和d 。
当无杆腔进油、工作台向左运动时，速度、推力分别为
1 = q /A1 =4q /πD 2
F1 =pA1 = pπD2 /4
当有杆腔进油、工作台向右运动时，速度、推力分别为
2 = q /A2 =4q /π(D 2-d 2 )
F 2 =pA2 = pπ(D2 -d 2 ) /4
假设系统的能量损失很小可以忽略不计，则得泵的输出功率：
Po=F =pA
因
A = q
故
Po = pq
图5-11 液压泵输出功率的计算
(2) 泵的配套电动机功率
式中
P = Po / pq / P ——配套电动机的功率(W)； Po——液压泵的工作压力(Pa)； q ——液压泵的流量(m3/s)；
——液压泵的总效率。 通常，各种泵的值皆可由实验
(2) 优缺点 优点是结构紧凑，径向尺寸小，能在高压和高转速 下工作，并具有较高的容积效率；缺点是结构复杂，价格昂贵。
图5-9 轴向柱塞泵的工作原理 1－配流盘 2－缸体 3－柱塞 4－斜盘
图5-10 滑履结构 1－缸体 2－柱塞 3－滑履 4－斜盘
五、泵用电动机功率的计算
（1) 泵的输出功率 (见图5-11)
给出：齿轮泵 ＝0.6～0.8；叶片泵 ＝0.75～0.85；柱塞泵
＝0.75～0.9O。
第二节 液压马达
1. 液压马达的类型 有齿轮式、叶片式和柱塞式三种。 2. 叶片式液压马达的工作原理与优缺点 (1) 工作原理 见图5-12 (2) 优缺点 优点是体积较小，动作灵敏；缺点是泄漏较大， 效率较低。
图5-4 双作用式叶片泵的工作原理 1－定子 2－转子 3 －叶片 4 －泵体
图5-5 双联叶片泵和双级叶片泵的符号示意 a) 双联叶片泵 b) 双级叶片泵

专业维修
对于复杂的故障或需要专业知识的维修，建 议寻求专业维修人员的帮助。
资料备份
保留液压马达的相关资料和图纸，以便在需 要时进行查阅和参考。
THANKS
感谢观看
考虑液压马达的维护成本，包括密封件、 润滑油等配件的更换周期和价格。
油品质量
性能稳定性
选择能够提供高质量液压油的供应商，以 保证液压马达的正常运行和延长使用寿命 。
选择性能稳定、对压力波动不敏感的液压 马达品牌和型号，以保证设备的可靠性和 稳定性。
05
液压马达的维护与保养
使用注意事项
启动前检查
确保液压马达在启动前 已经彻底检查，包括油 位、密封件和连接件等
旋转不灵活
检查液压马达的润滑情况，清理污垢，更换 损坏的密封件。
性能下降
检查液压马达的油液是否清洁，更换油液， 清理吸油、压油口的滤网。
保养与维修建议
定期检查
按照制造商推荐的保养周期进行定期检查， 包括油位、密封件、连接件等。
维修记录
建立液压马达的维修记录，记录每次维修和 更换的部件，方便跟踪和管理。
。
避免超载
避免液压马达在超出设 计负载的情况下运行，
以防损坏。
保持清洁
保持液压系统内部和外 部的清洁，防止杂物和
污垢进入。
定期更换油液
按照制造商推荐的油液 更换周期进行更换，以 保证油液质量和性能。
常见故障及排除方法
噪音过大
检查液压马达的轴承、齿轮等是否正常，必 要时进行更换。
泄漏
检查液压马达的密封件是否完好，更换损坏 的密封件，紧固连接件。
对油品要求高
液压马达对使用的油品质量要求较高 ，如果使用低质量的液压油可能导致 磨损和故障。

PO = pq
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《液压与气动》电子课件 第三章 液压马达和液压缸
结论
液压传动系统液体所具有的功率，即液压 功率等于压力和流量的乘积 若忽略能量损失， 则PO = PI 即Pt = pqt = pVn = ωTt = 2πnTt
∵ 实际上有能量损失 ∴ PO < PI
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《液压与气动》电子课件 第三章 液压马达和液压缸
结论：总效率等于容积效率与机械 效率之乘 积。
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《液压与气动》电子课件 第三章 液压马达和液压缸
3.1.2 高速液压马达 外啮合齿轮液压马达工作原理
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《液压与气动》电子课件 第三章 液压马达和液压缸
齿轮马达
工作原理
▪ 结构特点
▪ 进出油口相等，有
单独的泄油口；
▪ 为减少摩擦力矩，
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3.2.1 活塞缸
活
单杆活塞缸
塞
缸
双杆… …
《液压与气动》电子课件 第三章 液压马达和液压缸
机械工程学院
液压缸的典型结构和组成
《液压与气动》电子课件 第三章 液压马达和液压缸
导向套
活塞杆
缸筒
活塞
缸底
密封圈
耳环 防尘圈 缸盖
支承环 密封圈
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《液压与气动》电子课件 第三章 液压马达和液压缸
机械工程学院
推力与速度计算
F 1 v1
A1
A2
A1
F 2 v2
A2
《液压与气动》电子课件 第三章 液压马达和液压缸
F 3 v3
A1
A2
D d D d D d
p1
p2
q

[σ]—缸筒材料需用应力， [σ]= σb/1.4 3）缸盖固定螺栓ds的校核 5.2kF
ds
z
17
[σ]—缸筒材料需用应力， [σ]= σs/(1.22~2.5) k—螺钉拧紧系数，k=1.12~1.5
液压理论与维护课程
（4）稳定性校核
轴向受压负载 F≤Fk/n 安全系数：n=2~4
Fk
fA
2
ψ 1—材料柔性系数，f—材料强度系数，ψ 2—缸支承末端系数
18
（5）液压缸缓冲计算
缓冲计算主要是估计缸内最大冲击压力，校核缸壁厚 和制动距离。 缓冲时背压腔产生液压能：E1=pcAclc 部件机械能：E2=ppAclc+mv02/2-Fflc
E2 根据能量守恒得平均缓冲压力： pc Ac l c
液压理论与维护课程
7
差动缸：两腔同时接通压力油，目的提高推进速度，这种 连接成为差动连接。
推力：F3 p1 ( A1 A2 )ηm

4
p1d ηm
2
A1v3 q A2 v3 4qv 速度：v3 2 d
为了使往返速度相等，则： D
液压理论与维护课程

2d
8
2. 柱塞缸
单柱塞缸只能单向运动，反向要靠外力推动（如弹簧、重力 等），一般用于行程较长，缸筒内壁可不必精加工。
液压理论与维护课程
12
4. 活塞组件 5. 缓冲与排气装置
液压理论与维护课程
13
三、设计计算
1. 液压缸的设计计算
根据任务要求确定液压缸的结构形式，再根据负载、速度、 行程等要求确定其主要尺寸，并进行强度、稳定性、缓冲等验算。
（1）注意问题

输出（拉）力 F=p1π（D2-d2）／4
输出速度υ= 4q1／π（D2-d2）
液压缸的输出力F和输出速度υ： 对运动元件进行受力分析，列出力平衡方 程，得出输出力F的公式。 液压缸运动时，进油腔容积变大，变大的 容积等于进入该腔油的体积；回油腔容积变小， 变小的容积等于排出油的体积。由此得出输出 速度公式。
二.液压缸的典型结构（结构设计） 1.缸的组成部分 缸（体）筒组件，活塞（杆）组件，密封 元件，缓冲装置，排气装置等。
液压缸典型结构
双作用单活塞杆液压缸结构 l .缸底；2 .卡键；3、5、9、11.密封 圈；4.活塞；6.缸筒；7.活塞杆；8.导 向套；10.缸盖；12.防尘圈；13.耳轴
缸体与缸底的典型联接形式
Байду номын сангаас第三章
液压马达和液压缸 Hydraulic motor and Cylinder
§1液压马达（Hydraulic motor）
一.概述 1.马达的功能及在系统中的作用 马达在液压系统中属于执行元件，它将压 力能（pq）转变为机械能（Tω），带动负载 做旋转运动。 Tω→泵（pq）→控制元件（ pq ）→马达 （ Tω ）→负载
2
（3）缸筒长度 L
液压缸的缸筒长度L由最大工作行程长度决定， 缸筒的长度一般最好不超过其内径的20倍。
（4）最小导向长度 H
当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到 导向套滑动面中点的距离称为最小导向长度H。
最小导向长度计算
L D H 20 2
3.液压缸的结构计算和校核
对液压缸的缸筒壁厚δ、活塞杆直径d和缸盖固定螺栓 的直径，在高压系统中必须进行强度校核。 1）缸筒壁厚δ的计算和校核 当δ/D≤0.08 时，称为薄壁缸筒，一般为无缝钢管，壁厚 按材料力学薄壁圆筒公式计算：

6、制动性能
液压马达额定转矩下马达的进出油口被切断时的马达轴的 滑动值来评价马达的制动性能。 滑动值小，制动性能好。
液压马达的分类
按工作特性分类 （1）额定转速ns＞500r/min 为高速液压马达： 齿轮马达，叶片马达，轴向柱塞马达 （2）额定转速ns＜ 500r/min 为低速液压马达： 径向柱塞马达（单作用连杆型径向柱塞马达，多 作用内曲线径向柱塞马达） 按排量能否改变分类 定量马达和变量马达 液压马达一般双向旋转，也可以用于单向旋转
双杆活塞缸
双杆活塞缸活塞两侧都有活塞杆伸出，根据安装方
式不同又分为活塞杆固定式和缸筒固定式两种。
符号：
当缸筒固定时，运动部件移动范围是活塞有效行程的三倍；
当活塞杆固定时，运动部件移动范围是活塞有效行程的两倍 。
双杆活塞缸的速度推力特性
v ＝ q / A ＝ 4 qηv /π（D 2－ d 2） 缸在左右两个方向上输出的速度相等，ηv为缸的容积效率。 F ＝ A（p1－ p2）ηm＝π（D 2－d 2）（p1－ p2）ηm /4 缸在左右两个方向上输出的推力相等，ηm为缸的机械效率。
齿条活塞缸的速度推力特性
输出转矩 TM＝Δp（π/ 8）D 2 D iηm 输出角速度 ω＝8 qηv / πD 2 D i 式中 Δp 为缸左右两腔压力差，D 为活塞直径，D i为齿轮分度圆直径。
增压缸

增压缸是活塞 缸与柱塞缸组成 的复合缸，但它 不是能量转换装 置，只是一个增 压器件。
排量公式 v =（πd 2/4）sxyz
s 为柱塞行程； x 为作用次数； y 为柱塞排数； z 为每排柱塞数 。 应用 转矩脉动小，径向力平衡，启动转矩大， 能在低速下稳定运转，普遍用于工程、 建筑、起重运输、煤矿、船舶、农业等 机械中。 一般不需要减速装置即可直接驱动工作 机械。