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项目三 认识液压缸与液压马达
教学目标
1.了解液压缸的参数概念及符号。
2.掌握液压缸的工作原理。
3.了解各类液压缸的优缺点及应用。
二、课时分配
本章共2个任务，本章安排6课时。
三、教学重点
通过本章的学习，能了解液压马达的基本参数概念，掌握液压马达的工作原理，并且了解各类液压马达的优缺点及应用。
教学难点
1.掌握液压马达的工作原理。
2.了解各类液压马达的优缺点及应用。
五、课后作业
完成课后习题。
教学过程和组织
任务一 认识液压缸
知识储备
一、液压缸的分类
液压缸有多种类型。液压缸按结构形式分活塞式、柱塞式、摆动式、组合式、伸缩式等液压缸；按作用方式分单作用式液压缸和双作用式液压缸；按缸的特殊用途可分为串联缸、增压缸、增速缸、步进缸等。
二、活塞式液压缸
1．单出杆液压缸
单出杆液压缸仅一端有活塞杆。由于液压缸两个腔的有效面积不相等，当输入液压缸两个腔的压力和流量相等时，活塞（或缸体）在两个方向上的速度和推动力均不相等。
单杆液压有三种连接方式：图所示的无杆腔进油、有杆腔回油的连接方式；图所示的有杆腔进油、无杆腔回油的连接方式；图所示的两腔同时进油方式（差动连接）。
当无杆腔进油、有杆腔回油时。
式中：F1——推力；
p1——进油压力；
v1——运动速度；
p2——回油压力。
若回油腔直接接油箱，p2≈0，则：
当有杆腔进油、无杆腔回油时。
式中：F1——推力；
p1——进油压力；
v1——运动速度；
p2——回油压力。
若回油腔直接接油箱，p2≈0，则：
（3）当有杆腔、无杆腔同时进油时（差动连接）。
在忽略差值下，差动连接时活塞推力F3和运动速度为：
由上式可知，在输入压力相等时，差动连接时输出的推力比非差动连接时小，而速度比非差动连接时大，在不加大油源流量的情况下得到较快的运动速度。
（4）液压缸返回时非差动连接，欲获得相等的快进快退速度，须满足：
2．双杆液压缸
双杆液压缸的两端都有活塞伸出。图所示为活塞杆固定的形式，活塞杆通过支架行程的2倍。
双杆活塞式液压缸，活塞两侧都装有活塞杆，由于两腔的有效面积相等，故活塞往返的作用力和运动速度都相等，即：
3．柱塞缸
图所示为柱塞式液压缸，它只能实现一个方向的液压驱动，反向运动要靠外力。当成对使用时，可实现双向液压驱动，如图所示。
柱塞缸适用于行程较长的场合，柱塞和钢桶内壁不接触，因此缸筒的内壁不需精加工。
柱塞缸输出的推力F（N）和速度为：
式中：d——柱塞直径，单位为mm;
q——输入流量，单位为m3/s。
4．摆动缸
摆动缸是将输入的压力能转换为输出轴的力矩并进行往复摆动的执行元件。摆动缸的摆动角度小于360°，摆动缸有单叶片式和双叶片式两种结构。
其工作原理为：当工作介质从A口进入缸内，叶片被推动并带动轴做逆时针回转，叶片另一侧的工作介质从B口排出；反之，工作介质从B口进，A口出，叶片及轴做顺时针回转。当摆动缸进出油口压力为p1和p2，输入流量为q时，它的输出转矩T和角速度ω为：
式中：b为叶片的宽度，R1、R2为叶片底部、顶部的回转半径。
图所示为双叶片式摆动缸。在径向尺寸和工作压力相同的条件下，分别是单叶片式摆动缸输出转矩的两倍，回转角度相应减少，双叶片式摆动缸的回转角度一般小于120°。
5．液压缸的典型结构
图为单杆式双作用活塞式液压缸，这种液压缸的应用最为广泛。
单出杆活塞缸结构图如图所示，它是由缸筒、盖板、活塞、活塞杆、缓冲装置、放气装置、密封装置等组成。
（1）缸筒和缸盖。
图所示为缸筒和缸盖的常见结构形式。
（2）活塞与活塞杆。
图所示为活塞与活塞杆之间采用螺母连接，它适用负载较小，受力无冲击的液压缸中。图和所示为半环式连接方式。图中活塞杆8上开有一个环形槽，槽内装有两个半环6以夹紧活塞7，半环6由轴套5套住，而轴套5的轴向外置用弹簧卡圈4来固定。图中的活塞杆，使用了两个半环12，它们分别由两个密封圈座10套住，半圆形的活塞11安放在密封圈座的中间。半环连接一般用在高压大负载的场合，特别是当工作设备有较大振动的情况下。图所示的一种径向锥销式连接结构，用锥销13把活塞14固连在活塞杆15上。
（3）密封装置。
液压缸高压腔中的油液向低压腔泄漏称为内泄漏，液压缸中的油液向外部泄漏称为外泄漏。
设计和选用密封装置的基本要求是：密封装置应具有良好的密封性能，并随压力的增加能自动提高；密封装置要耐油抗腐蚀、耐磨、寿命长、制造简单、拆装方便。
①间隙密封。
②摩擦环密封。
③密封圈（O形圈、Y形圈、V形圈等）。
④防尘圈。
（4）缓冲装置。
液压缸一般都设置缓冲装置，特别是对大型、高速或要求高的液压缸。为了防止活塞在行程终点时和缸盖相互撞击，引起噪声、冲击，则必须设置缓冲装置。
①节流口面积可调式缓冲装置如图所示，在端盖上装有节流阀，当缓冲凸台进入凹腔c后，活塞与端盖（a腔）间的油液运动速度减慢，实现制动缓冲。
②节流口面积可变式缓冲装置如图所示，在缓冲柱塞上开有三角槽，随着柱塞逐渐进入配合孔中，其节流面积越来越小，使活塞运动速度逐渐减慢而实现制动缓冲作用。
③环状间隙式如图所示，当缓冲柱塞进入与其相配的缸盖上的内腔时，孔中的液压油只能通过间隙排出，使活塞速度降低。
（5）排气装置。
液压缸在安装过程中或长时间停放重新工作时，液压缸里和管道系统中会掺入空气。
　（6）液压缸常见故障分析及排除方法见表。
任务实施
一、训练目的
（1）通过拆装活塞式液压缸增加对液压缸的结构组成、工作原理、主要零件形状的感性认识。
（2）能通过型号识别液压缸及其规格。
（3）增强动手操作能力。
二、训练步骤
1．活塞式液压缸的拆卸
本任务以活塞式液压缸为例，拆卸步骤如下：
Step 1首先开动液压系统，将活塞的位置借助液压力移到适于拆卸的一个位置。
Step 2在进行拆卸之前，切断电源，使液压装置停止运动。
Step 3为了分析液压缸的受力情况，以便帮助查找液压缸的故障及损坏原因，在拆卸液压缸前，对主要零部件的特征、安装方位如缸筒、活塞杆、活塞等应做上记号，并进行记录。
Step 4为了将液压缸从设备上卸下，应先将进、出油口的配管卸下，活塞杆端的连接头和安装螺栓等需要全部松开。
2．活塞式液压缸的安装
活塞式液压缸的安装步骤如下：
Step 1安装前，对待装零件进行合格性检查，特别是运动副的配合精度和表面状态，并去掉零件上的毛刺、飞边、污垢，进行彻底、干净的清洁。
Step 2将各部分的密封圈分别装入各相关元件，然后进行由内到外的安装。
Step 3将活塞杆与活塞装配。
Step 4将导向套、缸盖等零件装配。
Step 5拧紧缸盖连接螺钉。
三、注意事项
（1）拆卸液压缸前，应使液压回路卸压，否则，当把与油缸相连接油管接头拧松时，回路的高压油就会迅速喷出。
（2）拆卸时，应防止损伤活塞杆顶端螺纹、油口螺纹和活塞杆表面、缸套内壁等。
（3）拆卸操作应顺序进行，由于各种液压缸结构和大小不尽相同，拆卸顺序也稍有不一样，应放掉油缸两腔的油液，然后拆卸缸盖，最后拆卸活塞与活塞杆。
（4）拆卸前后要设法创造条件防止液压缸的零件被周围的灰尘和杂质污染。
（5）油缸拆卸后要认真检查，以确定哪些零件可以继续使用，哪些零件可以修理后再用,哪些零件必须更换。
（6）装配前必须对各零件仔细清洗。
（7）要正确安装各处的密封装置：
①安装O形圈时，不要将其拉到永久变形的程度，也不要边滚动边套装，否则可能因形成扭曲状而漏油。
②安装Y形和V形密封圈时，要注意其安装方向，避免因装反而漏油。
③密封装置如与滑动表面配合，装配时应涂以适量的液压油。
④拆卸后的O形密封圈和防尘圈应全部换新。
（8）拧紧螺纹连接件时应使用专用扳手，扭力矩应符合标准要求。
（9）活塞与活塞杆装配后，须设法测量其同轴度和在全长上的直线度，检查其是否超差。
（10）装配完毕后，活塞组件移动时应无阻滞感和阻力大小不均等现象。
（11）液压缸向主机上安装时，进出油口接头之间必须加上密封圈并紧固好，以防漏油。
（12）按要求装配好后，应在低压情况下进行几次往复运动，以排除缸内气体。
任务二 认识液压马达
知识储备
一、液压马达的分类
液压马达按结构分为：齿轮式、叶片式、柱塞式和其他形式。
液压马达按额定转速分为：高速和低速。额定转速高于500r/min　的属于高速液压马达，额定转速低于500r/min的属于低速液压马达。
高速液压马达的基本类型有齿轮式、叶片式、柱塞式等，又称为高速小转矩液压马达。
低速液压马达的基本形式是径向柱塞式，又称为低速大转矩液压马达。
齿轮马达在产生扭力与齿轮旋转方向一致时，输入压力油，齿轮马达即能输出扭矩和转速。具有以下特点：
（1）进回油通道对称，孔径相同，以使正反转时性能一样。
（2）采用外泄漏油孔，一方面因为马达回油有此背压，另一方面因为齿轮马达正反转时其进回油腔也互相变化，如果采用内部泄油容易将轴端油封冲坏。
（3）对于轴向间隙自动补偿的浮动侧板的结构，必须适应正反转时都能工作的要求，同时卸荷槽也必须是对称布置的结构。
（4）使用滚动轴承较多，主要是为了减少摩擦损失，改善启动性能。
二、叶片马达的工作原理
当压力为p的油液从进油口进入叶片1和叶片3之间时，叶片2因两面均受液压油的作用，所以不产生转矩。叶片1和叶片3的一侧作用高压油，另一侧作用低压油，并且叶片3伸出的面积大于叶片1伸出的面积，因此使转子产生顺时针方向的转矩。
三、轴向柱塞马达的工作原理
轴向柱塞马达包括斜盘式和斜轴式两类。由于轴向柱塞马达和轴向柱塞泵的结构基本相同，工作原理是可逆的，所以大部分产品也可作为泵使用。图所示为轴向柱塞式液压马达的工作原理。
四、曲轴连杆式液压马达工作原理
曲轴连杆式液压马达的工作原理如图所示。图中仅画出马达的一个柱塞缸。它相当于一个曲柄连杆机构。
五、液压马达的主要性能参数
1．压力参数
（1）工作压力pm:工作压力是指马达工作时输入油液的实际压力。其数值决定于负载的大小。
（2）额定压力pmn:能使马达连续正常运转的最高压力,并能保证马达的容积效率和使用寿命。
2．流量与容积效率
（1）排量Vm：在没有泄漏的情况下，马达每转一周所排出的液体的体积。
（2）理论流量qmt：在不考虑泄漏的情况下，单位时间内输入液体的体积，等于马达排量v与马达转速n的乘积。即：qmt=n×v；单位：m3/s或L/min。
（3）若ηmv不等于1时：转速
3．实际流量qm
在考虑泄漏的情况下，单位时间内输入的液体体积。实际流量大于理论流量。即：
4．额定流量
在额定转速和额定压力下所输入的实际流量，或称为公称流量、铭牌流量，数值按试验标准规定必须保证的输出流量或铭牌流量。
（1）转矩与机械效率。
实际输出转矩：
理论输出转矩：
机械效率：
功率与总效率。
式中：pmo为马达输出功率，Pml为马达输入功率。
任务实施
一、训练目的
（1）通过拆装训练增加对齿轮马达的结构组成、工作原理、主要零件的感性认识。
（2）能通过型号识别齿轮马达及其规格。
（3）增强动手操作能力。
二、训练步骤
1．齿轮马达的拆卸
Step 1观察齿轮马达的外部形状，记录铭牌标记，确定进油口和出油口。
Step 2松开马达壳体与前盖的连接螺栓，取出定位销，将前后盖与壳体分离开。
Step 3从壳体中依次取出轴套、主动齿轮、从动齿轮等，如果配合面发卡可以用铜棒轻轻敲击出来。禁止猛力敲打损坏零件，拆卸后观察轴套（或侧板）的结构，并记住安装方向。
Step 4观察与分析。
（1）齿轮马达由哪些零件组成？
（2）进入齿轮孔间的压力油是怎样回到吸油腔的？
（3）进、出油口孔径是否相等？
（4）齿轮马达是否有困油卸荷槽？
（5）齿轮马达内压力油是如何泄漏的？怎样提高容积效率？
2?齿轮泵的装配
Step 1按拆卸的反顺序进行装配。注意装配前清洗各零部件，在轴与壳体之间配合表面涂润滑液，并注意和密封件间的装配。
Step 2安装浮动轴套时，应将有卸荷槽的断面对准齿轮端面，径向压力平衡槽与压油口处在对角线方向。
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