液压与气压传动--第03章液压执行元件3.1
Chapter 3 Hydraulic Actuators 液压执行元件,3.1 Hydraulic Motors 液压马达 3.2 Hydraulic Cylinders 液压缸,（1）从原理上讲，马达和泵是可逆的。 泵用电机带动，输出的是压力能（压力和流量）； 马达输入压力油，输出的是机械能（转矩和转速）。 （2）从结构上看，马达和泵是相似的。 （3）马达和泵的工作原理均是利用密封工作容积的变化吸油和 排油的。 泵工作容积增大时吸油，减小时排出高压油； 马达工作容积增大时进入高压油，减小时排出低压油。,1.液压马达与泵的相同点,（1）泵是能源装置，马达是执行元件。 （2）泵的吸油腔一般为真空，马达排油腔的压力稍高于大气压力，没有特殊要求，进出油口尺寸相同。 （3）泵的结构需保证有自吸（self priming ）能力，而马达无此要求。 （4）泵一般是单向旋转，马达需要正反转（内部结构需对称）。 （5）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。 （6）泵希望容积效率高；马达希望机械效率高。,2.液压马达与泵的不同点,一、液压马达特点及分类,原理：与液压泵有可逆性，输出转矩T和转速n 但因用途不同与泵结构上有些差别： 马达要求正反转，其结构具有对称性； 对最低稳定速度有一定要求； 不具备自吸能力，需要一定的初始密封。,第一节 液压马达,1、特点, 【课堂练习】 外啮合齿轮泵作马达用，原进油口改作出油口，原出油口改作进油口，则马达的转向（ ）。 A. 与作泵时转向相同 B. 与作泵时转向相反 C. 转向无法确定 D. 根本转不起来,B,液压泵和液压马达的图形符号,2、分类,ns500r/min 为高速液压马达,1）按转速分为,通常为径向柱塞马达。 特点:输入油液压力高、排量大，体积大，转速低。可靠性高，可在马达轴转速为10r/min以下平稳运转，低速稳定性好，输出转矩大，可达几百牛·米。所以又称低速大转矩液压马达 。,通常为外啮合齿轮式、双作用叶片式和轴向柱塞式等。 特点:转速高（一般高于500r/min）、转动惯量小、输出转 矩不大，便于启动和制动，灵敏度高。故又称高速小转矩液压马达。,ns 500r/min 为低速液压马达,齿轮马达,叶片马达,柱塞马达,2）按结构分为,二、液压马达工作原理,1、 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，采用滚 动轴承； 为减少转矩脉动，齿数较 泵的齿数多。 应用 由于密封性能差，容积效率较低，不能产生较大的转矩，且瞬时转速和转矩随啮合点而变化，因此仅用于高速小转矩的场合，如工程机械、农业机械及对转矩均匀性要求不高的设备。,齿轮马达,叶片马达,柱塞马达,2）按结构分为,（1）轴向柱塞马达,结构特点 轴向柱塞泵和轴向柱塞马达是互逆的 配流盘为对称结构 应用 作变量马达。改变斜盘倾角，不仅影响马达的转矩，而且影响它的转速和转向。斜盘倾角越大，产生的转矩越大，转速越低。能在低速下稳定运转，普遍应用于工程、建筑、起重运输、煤矿、船舶、农业等机械中。,2、柱塞马达,工作原理,齿轮马达,叶片马达,柱塞马达,2）按结构分为,3、叶片式液压马达 结构特点： 进出油口相等，有单独的 泄油口； 叶片径向放置，叶片底部 设置有预紧（燕式）弹簧； 在高低压油腔通入叶片底 部的通路上装有单向阀。 应用： 转动惯量小，反应灵敏，能适应较高频率的换向。但泄漏大，低速时不够稳定。适用于转矩小、转速高、力学性能要求不严格，动作要求灵敏的场合。,1.工作压力与额定压力,工作压力 是指液压马达实际工作时进口处的压力；工作压 力p大小取决于马达负载，马达进出口压力的差值称为马达的压差p； 额定压力 是指液压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 。,2. 排量和理论流量,排量V 指液压马达轴转一周由其各密封工作腔容积变化的几何尺寸计算得到的油液体积； 理论流量qt 指在没有泄漏的情况下，由液压马达排量计算得到指定转速所需输入油液的流量。,三、液压马达的基本参数和基本性能,泵和马达的排量标准系列 （单位：mL/r）,······ ，10，12.5，（14），16，（18），20， （22.5），25，（28），31.5，（35.5），40， ······ ，4000，（4500），5000，（5600）， 6300，（7100），8000，9000， ······。,3. 转矩和转速,液压马达能产生的理论转矩Tt 为：,液压马达输出的实际转矩T为：,液压马达的实际输入流量为q时，马达的转速为：,q=Vn, =2n,pq=Tt,低速稳定性 爬行现象,4. 效率和功率,容积效率：由于有泄漏损失，为了达到液压马达要求的转速，实际输入的流量q 须大于理论流量qt。容积效率为：,机械效率：由于有摩擦损失，液压马达的实际输出转矩T一定小于理论转矩Tt。因此机械效率为：,液压马达的总效率为：,液压马达输入功率Pi 为：,液压马达输出功率Po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。,5、调速范围 最大转速和最低转速之比，越宽越好。,【例1】如图所示为定量泵和定量马达系统，已知泵的输出压力pp10MPa，排量 Vp10mL/r，转速np1450r/min，容积效率pv0.9，机械效率pm0.9，液压马达排量 Vm10mL/r，容积效率mv0.9，机械效率mm0.9，泵出口与马达进口间管道压力损失为0.5MPa，其它损失不计，试求： （1）液压泵的输出功率 Pop； （2）液压泵的驱动功率 Pip； （3）液压马达的输出转速 nM、转矩TM和输出功率Pom。,例 题,解： （1）液压泵输出功率 Pop （2）液压泵驱动功率 Pip （3）液压马达输出转速 nM,液压马达输出转矩TM 液压马达输出功率Pom,【例2】图示系统中，已知泵的排量Vp40 mL/r，转速 np=1450 r/min，机械效率和容积效率均为0.9；变量马达的排量范围为 Vm40 100mL/r，机械效率和容积效率为0.9，马达的负载扭矩 Tm 40 N·m。不计管 道损失，试求： 1.泵的输出流量 q p； 2.马达最大进口压力 p m； 3.马达转速 n m 的范围；4.液压系统的最大输入功率 Pi。,解：1.泵的输出流量 qp= npVppv = 1450÷60×40×10 -6×0.9 = 8.7×10-4（m3/s）= 52.2 L/min 2.马达的最大进口压力 pm 马达的负载扭矩恒定，因此当马达排量调至 最小时，在马达进出口两端具有最大的压力降。 马达出口直通油箱，其进口压力即为马达的 进出口压差，故有：,3.马达的转速范围 系统的最大工作压力低于溢流阀的调定压力， 在不考虑管道损失的情况下，油泵的输出流量即 为马达的输入流量。 当马达的排量调至最大时，其转速最低： nm min= qpmv/Vm max = 8.7×10 -4×0.9÷(100×10 -6) = 7.83 (r/s)= 469.8 rpm,马达的排量调至最小时，其转速最高为 nm max= qpmv/Vm min = 8.7×10 -4×0.9÷(40×10 -6) =19.575 (r/s)=1174.5 rpm 因此，马达的转速范围为nm=469.81174.5 rpm。 4.液压系统的最大输入功率 Pi 当系统的工作压力最大时，定量泵系统的输入 功率最大。故有： Pi = qpppmax/op = 8.7×10 -4×7×10 6÷(0.9×0.9)= 7518.5 (W),
