液壓與氣壓傳動技術1項目三液壓執行元件的認識與選用項目引入

液壓執行元件是將液壓泵提供的液壓能轉變為機械能的能量轉換裝置，以驅動外部工作部件工作，它包括液壓馬達和液壓缸兩種類型。液壓馬達是將液壓能轉變為旋轉運動的機械能。液壓缸是將液壓能轉變為直線運動或擺動的機械能，其結構簡單、工作可靠，應用廣泛。液壓執行元件對液壓系統的效率、工作性能和工作的可靠性都有著重要的影響。本項目通過對液壓執行元件的認識，掌握正確選用與維護液壓馬達和液壓缸的方法，以保證液壓系統工作的可靠性及使用性能。2學習目標1．知識目標了解液壓馬達的分類，掌握液壓馬達的主要性能參數。了解液壓馬達的工作原理與結構特點。掌握液壓馬達的選用與維護。了解液壓缸的類型和特點。掌握液壓缸的結構尺寸的選用。掌握液壓缸的使用與維護。項目三液壓執行元件的認識與選用32．技能目標能正確認識液壓馬達和液壓缸。能正確確定活塞式液壓缸的運動速度和推力。能正確選用和維護液壓馬達和液壓缸。能正確拆裝液壓馬達和液壓缸。3．素質目標增強自主學習意識。增強團隊合作意識。培養分析、解決問題的能力。培養良好的職業素養。項目三液壓執行元件的認識與選用4學習任務任務3.1液壓馬達的認識與選用任務3.2液壓缸的認識與選用項目三液壓執行元件的認識與選用5任務3.1液壓馬達的認識與選用6知識庫一、液壓馬達的分類及主要性能參數

1.液壓馬達的分類與圖形符號液壓馬達按結構可分為齒輪式、葉片式和柱塞式三大類。液壓馬達按其額定轉速分為高速和低速兩大類，額定轉速高于500r/min的屬于高速液壓馬達，額定轉速低于500r/min的屬于低速液壓馬達。

液壓馬達的圖形符號如圖3-2所示。任務3.1液壓馬達的認識與選用7

2.液壓馬達的主要性能參數

1）轉速和容積效率若液壓馬達的排量為V，液壓馬達入口處的流量為q（又稱實際流量），容積效率ηv為理論流量和實際流量之比，即液壓馬達的轉速2）轉矩和機械效率若液壓馬達進出口壓力差為Δp，不考慮液壓馬達的機械損失，液壓馬達理論輸出轉矩為Tt=ΔpV/2π，機械效率ηm為實際輸出轉矩T與理論轉矩Tt之比，即液壓馬達的轉矩3）總效率液壓馬達的總效率為輸出功率與輸入功率之比，也等于容積效率和機械效率的乘積，即任務3.1液壓馬達的認識與選用8二、液壓馬達的工作原理和結構特點

1.齒輪馬達圖3-3所示為齒輪式液壓馬達。

其與齒輪泵的結構基本相同，最大的不同是齒輪式液壓馬達的兩個油口一樣大，且內泄漏單獨引出油箱。當高壓油進入右腔時，由于兩個齒輪的受壓面積存在差異，因而產生轉矩，推動齒輪轉動。這種馬達適用于高轉速、低扭矩的場合。但是齒輪式液壓馬達輸出轉矩和轉速的脈動性較大，徑向力不平衡，在低速及負載變化時運轉的穩定性較差。任務3.1液壓馬達的認識與選用圖3-3齒輪馬達92.葉片馬達圖3-4所示為葉片馬達。當壓力油進入壓油腔后，在葉片3、7和葉片1、5上，一面作用有壓力油，另一面無壓力油，由于葉片3、7的受壓面積大于葉片1、5的，從而由葉片受力差構成的力矩推動轉子和葉片順時針旋轉。當改變輸油方向時，液壓馬達就會反轉。葉片式液壓馬達的轉子慣性小，動作靈敏，可以頻繁換向，但泄漏量較大，不宜用于低速場合，因此葉片式液壓馬達多用于轉速高、轉矩小、動作要求靈敏的場合。任務3.1液壓馬達的認識與選用圖3-4葉片馬達103.柱塞馬達圖3-5所示為柱塞馬達。

當壓力油輸入馬達后，柱塞受油壓作用壓緊斜盤,斜盤則對柱塞產生一反作用力F，此力可分解為軸向分力Fx和徑向分力Fy，Fx與柱塞上的液壓力平衡，Fy對缸體中心產生轉矩，使缸體和馬達軸旋轉。

當改變輸油方向時，柱塞馬達就會反轉。

柱塞馬達由于排量較小，輸出轉矩不大，所以是一種高速、小轉矩的液壓馬達。任務3.1液壓馬達的認識與選用圖3-5柱塞馬達11三、液壓馬達的選用與維護1.液壓馬達的選用

液壓馬達的選擇原則與液壓泵基本相同。

在選擇液壓馬達時，首先根據液壓系統的工作特點選擇液壓馬達的類型，然后按要求輸出的轉矩和轉速選擇合適的規格型號。液壓馬達的類型很多，可針對不同的工況進行選擇。低速運轉工況可選擇低轉速液壓馬達，也可以采用高速液壓馬達加減速裝置。

在這兩種方案的選擇上，應根據結構及空間情況、設備成本、驅動轉矩是否合理等進行選擇。

確定所采用液壓馬達的類型后，可根據液壓馬達產品的技術參數選出幾種規格，然后進行綜合分析，加以選擇。任務3.1液壓馬達的認識與選用12表3-1所示為常用液壓馬達的主要性能和應用范圍，選擇液壓馬達時可供參考。任務3.1液壓馬達的認識與選用132.液壓馬達的使用與維護

（1）液壓馬達的日常使用與維護方法與液壓泵的基本相近。（2）液壓馬達的使用注意事項1）液壓馬達的泄油腔不允許有壓力。2）液壓馬達在驅動大慣性負載時，不能簡單地用關閉換向閥的方法使其停止。否則其回油管路上的壓力會大幅升高，嚴重時會將管路上的薄弱環節沖擊損壞或使液壓馬達的部件斷裂失效。3）在起動液壓馬達時，若液壓油黏度過低，則會使整個液壓馬達的潤滑性下降。若液壓油黏度過高，則會使液壓馬達某些部位得不到有效潤滑。4）由于液壓馬達總存在一定的泄漏，因此用關閉液壓馬達的進出油口來保持制動狀態是不可靠的。任務3.1液壓馬達的認識與選用143.液壓馬達的常見故障及排除方法

液壓馬達的常見故障及排除方法見表3-2。任務3.1液壓馬達的認識與選用15任務3.1液壓馬達的認識與選用16任務3.1液壓馬達的認識與選用17任務3.1液壓馬達的認識與選用謝謝大家！液壓與氣壓傳動技術20學習任務任務3.1液壓馬達的認識與選用任務3.2液壓缸的認識與選用項目三液壓執行元件的認識與選用21任務3.2液壓缸的認識與選用22知識庫一、液壓缸的類型和特點液壓缸分類：

按結構特點不同可分為活塞缸、柱塞缸、擺動缸三類；

按運動形式不同可分為直線運動和擺動。活塞缸和柱塞缸用以實現直線運動，輸出推力和速度；擺動缸用以實現小于360°的轉動，輸出轉矩和角速度。

按作用方式不同分為單作用式和雙作用式兩種。單作用式液壓缸是單向運動由液壓驅動，反方向運動需要靠外力（如重力或彈簧力等）實現；雙作用式液壓缸是雙向運動都由液壓驅動。任務3.2液壓缸的認識與選用23

1．活塞缸任務3.2液壓缸的認識與選用活塞缸可分為雙桿活塞缸和單桿活塞缸兩種結構，其固定方式有缸體固定和活塞桿固定兩種形式。

（1）雙桿活塞缸圖3-6所示為雙桿活塞缸，其活塞的兩側都有活塞桿伸出。當液壓缸的兩腔交替通入壓力油時，壓力油作用于活塞端面，驅動活動（或缸體）移動，并帶動工作臺實現往復移動。a）缸體固定式b）活塞桿固定式c）圖形符號圖3-6雙桿活塞缸24任務3.2液壓缸的認識與選用當兩活塞桿直徑相同，缸兩腔的供油壓力和流量都相等時，活塞（或缸體）兩個方向的運動速度和推力也都相等。

液壓缸常用于要求往復運動速度和負載相同的場合，如各種磨床。

缸體固定式工作臺的移動范圍約為活塞有效行程L的三倍，所以設備占地面積大，一般用于小型設備的液壓系統上。

活塞桿固定式工作臺的運動范圍約為缸體有效行程L的兩倍，常用于行程長的大、中型設備的液壓系統上。雙桿活塞缸的推力F為雙桿活塞缸的運動速度v為25任務3.2液壓缸的認識與選用（2）單桿活塞缸圖3-7所示為單桿活塞缸，其活塞的一端有活塞桿伸出。其工作臺移動范圍是液壓缸有效行程L的兩倍，結構緊湊，應用廣泛。單桿活塞缸兩腔活塞的有效工作面積不同，當分別向兩腔供油，且供油壓力和流量相同時，活塞（或缸體）在兩個方向產生的推力和運動速度不相等，如圖3-8所示。a）缸體固定式b）活塞桿固定式c）圖形符號圖3-7單桿活塞缸26任務3.2液壓缸的認識與選用

1）當無桿腔進油，有桿腔回油時（圖3-8a），活塞推力F1和運動速度v1分別為27任務3.2液壓缸的認識與選用

2）當有桿腔進油，無桿腔回油時（圖3-8b)，活塞推力F2和運動速度v2分別為比較可知：F1＞F2，v1＜v2。即無桿腔進壓力油工作時，推力大，速度低；有桿腔進壓力油工作時，推力小，速度高。因此單桿活塞缸常用于一個方向有較大負載但運行速度低，另一個方向為空載快速退回運動的設備，如各種金屬切削機床、起重機、壓力機、注塑機等。28任務3.2液壓缸的認識與選用

3）當兩腔同時進油時（圖3-8c)，由于無桿腔活塞的有效工作面積大于有桿腔活塞的有效工作面積，活塞向右的推力大于向左的推力，故其向右移動。液壓缸的這種連接方式稱為差動連接。差動連接時，活塞推力F3和運動速度v3分別為比較可知，F1＞F3，v1＜v3。這說明單桿活塞缸差動連接時，能使運動部件獲得較高的速度和較小的推力。因此，在實際生產中，單桿活塞缸常用在需要實現“快進（差動連接）→工進（無桿腔進壓力油）→快退（有桿腔進壓力油）”工作循環的組合機床等設備的液壓系統中。29

2．柱塞缸圖3-9所示為柱塞缸。壓力油進入缸筒內，推動柱塞移動。柱塞缸只能實現單向運動，回程需靠自重（立式缸）或其它外力（如彈簧力）來實現。為了實現雙向運動，柱塞缸常成對使用，如圖3-9b所示。柱塞缸的柱塞與缸體內壁不接觸，缸體內孔不需要精加工，工藝性好，成本低.

柱塞缸適宜于垂直安裝使用。當其水平安裝時，常制成空心柱塞并設置支承套和托架。

柱塞缸結構簡單，制造容易，適用于行程較長的龍門刨床、導軌磨床、大型拉床等設備的液壓系統中。任務3.2液壓缸的認識與選用a）結構圖b）成對使用c）圖形符號圖3-9柱塞缸30

3．擺動缸擺動缸也稱為擺動液壓馬達，它的作用是將油液的壓力能轉變為葉片和輸出軸往復擺動的機械能。分單葉片和雙葉片兩種結構形式。圖3-10所示為擺動缸。當兩油口交替通入壓力油時，葉片帶動擺動軸作往復擺動。單葉片式擺動缸的擺角可達300°。雙葉片式擺動缸的擺角一般小于150°，但其輸出的轉矩是單葉片式擺動缸的兩倍。擺動缸結構緊湊，輸出轉矩大，但密封困難，一般只用于機床的送料裝置、回轉夾具、機器人手臂及工程機械回轉裝置等液壓系統中。任務3.2液壓缸的認識與選用a）單葉片式b）雙葉片式c）圖形符號圖3-10擺動缸1-缸體2-葉片3-定子塊4-擺動軸31

4．其他液壓缸（1）伸縮缸又稱多級缸，它由兩個或多個活塞缸套裝而成，如圖3-11所示。

前一級活塞缸的活塞是后一級活塞缸的缸體。

工作時活塞外伸動作由大到小逐級進行，伸出時可獲得很長的行程，而當由小到大依次縮回時又可保持很小的軸向尺寸。

適用于安裝空間受到限制而行程要求很長的場合，如起重機伸縮臂液壓缸、自卸汽車舉升液壓缸等。任務3.2液壓缸的認識與選用a）結構圖b）圖形符號圖3-11伸縮缸1-一級缸筒2-一級活塞3-二級缸筒4-二級活塞32

（2）增壓缸增壓缸將輸入的低壓油轉變為高壓油，供液壓系統中的高壓支路使用。

如圖3-12所示的增壓缸，由直徑不同的兩個液壓缸串聯而成，大缸為原動缸，小缸為輸出缸。若輸入增壓缸大缸的油液壓力為p1，由小缸輸出的油液壓力為p2，則任務3.2液壓缸的認識與選用圖3-12增壓缸增壓缸只是將高壓端輸出油液通入其他液壓缸以獲取大的推力，其本身不能直接作為執行元件，所以安裝時應盡量使它靠近執行元件。增壓缸常用于壓鑄機、造型機等設備的液壓系統中。33二、液壓缸結構尺寸的選用

1.液壓缸的典型結構圖3-13所示為雙作用單桿活塞缸。

任務3.2液壓缸的認識與選用圖3-13雙作用單桿活塞缸1-缸底2-卡環3、5、9、11-密封圈4-活塞6-缸筒7-活塞桿

8-導向套10-缸蓋12-防塵圈13-耳軸342．液壓缸主要尺寸的選用液壓缸的主要尺寸包括液壓缸的內徑D、長度L，活塞桿的直徑d等。

（1）液壓缸內徑D和活塞桿直徑d的選用

1）液壓缸內徑D的選用通常先根據液壓缸所受負載或設備類型，確定出液壓缸的工作壓力，然后由液壓缸推力計算公式計算而得。液壓缸負載與工作壓力的關系見表3-3，

各類液壓設備常用的工作壓力見表3-4。任務3.2液壓缸的認識與選用352）活塞桿直徑d的選用對于活塞桿直徑d可按工作時受力情況來決定，見表3-5。

對于單桿活塞缸，d值也可由液壓缸活塞的往返速比λv=v2/v1=D2/（D2-d2）來確定。

最后將以上計算出的D和d值應按標準進行圓整。任務3.2液壓缸的認識與選用36

（2）液壓缸壁厚δ的選用在中、低壓液壓系統中，液壓缸壁厚δ根據結構和工藝上的需要選用，一般不進行計算。當液壓缸工作壓力較高或直徑較大時，才有必要對其最薄弱部位的壁厚進行強度校核。當D/δ≥10時，可按薄壁筒公式校核當D/δ

＜

10時，可按薄壁筒公式校核

任務3.2液壓缸的認識與選用37

（3）液壓缸其他尺寸的選用液壓缸的長度L≤（20～30）D。活塞的寬度B為（0.6～1）D。導向套滑動面的長度當D＜80mm時，取（0.6～1）D；當D≥80mm時，取（0.6～1）d。活塞桿的長度l按缸的長度、活塞的寬度、導向套的長度、端蓋的有關尺寸及它與工作臺的連接方式來選用。任務3.2液壓缸的認識與選用38

3.液壓缸結構的選用（1）缸筒與端蓋的連接方式選用何種缸筒與端蓋的連接方式主要取決于液壓缸的壓力、缸筒的材料和具體的工作條件。缸筒與缸蓋的常見連接方式很多，如圖3-14所示。任務3.2液壓缸的認識與選用法蘭式連接常用于鑄鐵制的缸筒上。半環式連接常用于無縫鋼管或鍛鋼制的缸筒上。螺紋式連接常用于無縫鋼管或鑄鋼制的缸筒上。拉桿式連接主要用于較短的中、低壓液壓缸。焊接式連接多用于較短的液壓缸。39

（2）活塞與活塞桿的連接方式活塞與活塞桿的連接方式如圖3-15所示。

整體式連接和焊接式連接用于活塞與活塞桿直徑比較小、行程較短或尺寸不大的液壓缸。錐銷式連接用于輕載液壓缸。螺紋式連接用于中載液壓缸。卡環式連接用于高壓和振動較大的液壓缸。任務3.2液壓缸的認識與選用40

（3）液壓缸緩沖裝置液壓缸緩沖裝置的作用是防止活塞在行程終了時和缸蓋發生撞擊。常見的緩沖裝置如圖3-16所示。任務3.2液壓缸的認識與選用（1）環狀間隙式緩沖裝置：圓錐形環隙式緩沖裝置比圓柱形環隙式緩沖裝置的緩沖效果好。（