【正文】 (430)V1=4q/πDi2 (431)式中的i指i級(jí)活塞缸。首先是最大直徑的缸筒以最低的油液壓力開始外伸，當(dāng)?shù)竭_(dá)行程終點(diǎn)后，稍小直徑的缸筒開始外伸，直徑最小的末級(jí)最后伸出。伸縮缸可以是如圖410(a)所示的單作用式，也可以是如圖410(b)所示的雙作用式，前者靠外力回程，后者靠液壓回程。圖49增壓缸(2)伸縮缸。顯然增壓能力是在降低有效能量的基礎(chǔ)上得到的，也就是說(shuō)增壓缸僅僅是增大輸出的壓力，并不能增大輸出的能量。增壓液壓缸又稱增壓器，它利用活塞和柱塞有效面積的不同使液壓系統(tǒng)中的局部區(qū)域獲得高壓。柱塞缸輸出的推力和速度各為：圖 48 柱塞缸若需要實(shí)現(xiàn)雙向運(yùn)動(dòng)，則必須成對(duì)使用。如果要求機(jī)床往返快速相等時(shí)，則由式(423)和式(425)得： 即：D= (426)把單桿活塞缸實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接，并按D=[KF()2[KF]]d設(shè)計(jì)缸徑和桿徑的油缸稱之為差動(dòng)液壓缸。差動(dòng)連接缸左右兩腔的油液壓力相同，但是由于左腔(無(wú)桿腔)的有效面積大于右腔(有桿腔)的有效面積，故活塞向右運(yùn)動(dòng)，同時(shí)使右腔中排出的油液(流量為q′)也進(jìn)入左腔，加大了流入左腔的流量(q+q′)，從而也加快了活塞移動(dòng)的速度。 (3)差動(dòng)油缸。圖47差動(dòng)缸因此。圖46單桿式活塞缸由于液壓缸兩腔的有效工作面積不等，因此它在兩個(gè)方向上的輸出推力和速度也不等，其值分別為：F1=(p1A1p2A2)=π［(p1p2)D2p2d2］/4 (420)F1=(p1A1p2A2)=π［(p1p2)D2p2d2 ］/4 (421)v1=q/A1=4q/πD2 (422)v2=q/A2=4q/π(D2d2) (423)由式(420)～式(423)可知，由于A1＞A2,所以F1＞F2，v1＜v2。(2)單桿式活塞缸。當(dāng)活塞的直徑為D，活塞桿的直徑為d，液壓缸進(jìn)、出油腔的壓力為p1和p2，輸入流量為q時(shí)，雙桿活塞缸的推力F和速度v為：F=A(p1p2)=π (D2d2) (p1p2) /4 (418)v=q/A=4q/π(D2d2) (419)式中：A為活塞的有效工作面積。進(jìn)出油口可以設(shè)置在固定不動(dòng)的空心的活塞桿的兩端，但必須使用軟管連接。它的進(jìn)、出口布置在缸筒兩端，活塞通過(guò)活塞桿帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)，當(dāng)活塞的有效行程為l時(shí)，整個(gè)工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)范圍為3l，所以機(jī)床占地面積大，一般適用于小型機(jī)床，當(dāng)工作臺(tái)行程要求較長(zhǎng)時(shí)，可采用圖45(b)所示的活塞桿固定的形式，這時(shí)，缸體與工作臺(tái)相連，活塞桿通過(guò)支架固定在機(jī)床上，動(dòng)力由缸體傳出。根據(jù)安裝方式不同可分為缸筒固定式和活塞桿固定式兩種。(1)雙桿式活塞缸。下面分別介紹幾種常用的液壓缸。一、液壓缸的類型和特點(diǎn)液壓缸的種類很多，其詳細(xì)分類可見表42。設(shè)其機(jī)械效率為1，出口背壓為零，則它的輸出轉(zhuǎn)矩：T=PB=P(R22R12) 417)式中：P為單葉片擺動(dòng)馬達(dá)的進(jìn)口壓力；B為葉片寬度；R1為葉片軸外半徑，葉片內(nèi)半徑；R2為葉片外半徑。在徑向尺寸和工作壓力相同的條件下，分別是單葉片式擺動(dòng)馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩的2倍，但回轉(zhuǎn)角度要相應(yīng)減少，雙葉片式擺動(dòng)馬達(dá)的回轉(zhuǎn)角度一般小于120176。由于徑向力不平衡，葉片和殼體、葉片和擋塊之間密封困難，限制了其工作壓力的進(jìn)一步提高，從而也限制了輸出轉(zhuǎn)矩的進(jìn)一步提高。因葉片與輸出軸連在一起，幫輸出軸擺動(dòng)同時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩、克服負(fù)載。圖44擺動(dòng)缸擺動(dòng)液壓馬達(dá)的工作原理圖圖44(a)是單葉片擺動(dòng)馬達(dá)。 擺動(dòng)馬達(dá) 擺動(dòng)液壓馬達(dá)的工作原理見圖44。如果我們能使液壓馬達(dá)的排量顯著增大，也就可以使軸向柱塞馬達(dá)做成低速大扭矩馬達(dá)。因此，提高液壓馬達(dá)的每轉(zhuǎn)排量，可以增加液壓馬達(dá)的輸出扭矩。ΔpV/2π (416)式中：Δp為液壓馬達(dá)進(jìn)出口油液壓力差(N/m2)；V為液壓馬達(dá)理論排量(m3/r)；ηm為液壓馬達(dá)機(jī)械效率。整個(gè)液壓馬達(dá)能產(chǎn)生的總扭矩，是所有處于壓力油區(qū)的柱塞產(chǎn)生的扭矩之和，因此，總扭矩也是脈動(dòng)的，當(dāng)柱塞的數(shù)目較多且為單數(shù)時(shí)，脈動(dòng)較小。設(shè)有一柱塞與缸體的垂直中心線成φ角，則該柱塞使缸體產(chǎn)生的扭矩T為： T=Fr=FRsinφ=pARtanγsinφ (415)式中：R為柱塞在缸體中的分布圓半徑(m)。)。N力分解成兩個(gè)分力，沿柱塞軸向分力p，與柱塞所受液壓力平衡；另一分力F，與柱塞軸線垂直向上，它與缸體中心線的距離為r，這個(gè)力便產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)的力矩。軸向柱塞馬達(dá)的工作原理如圖43所示。但泄漏較大，不能在很低的轉(zhuǎn)速下工作，因此，葉片馬達(dá)一般用于轉(zhuǎn)速高、轉(zhuǎn)矩小和動(dòng)作靈敏的場(chǎng)合。由式(414)看出，對(duì)結(jié)構(gòu)尺寸已確定的葉片馬達(dá)，其輸出轉(zhuǎn)速n決定于輸入油的流量。由葉片泵的理論流量qi的公式：qi=2πBn(R12R22)得： n=qi/2πB(R12R22) (414)式中：qi為液壓馬達(dá)的理論流量，qi=q假設(shè)馬達(dá)出口壓力為零，則： (412)式中：B為葉片寬度；R1為定子長(zhǎng)半徑；r為轉(zhuǎn)子半徑；p為馬達(dá)的進(jìn)口壓力。在圖42中，葉片8兩側(cè)的壓力相等，無(wú)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生。當(dāng)輸油方向改變時(shí)，液壓馬達(dá)就反轉(zhuǎn)。同樣道理，壓力油進(jìn)入葉片5和7之間時(shí)，葉片7伸出的面積大于葉片5伸出的面積，也產(chǎn)生順時(shí)針轉(zhuǎn)矩。葉片3上，一面作用有壓力油，另一面為低壓油。圖42所示為葉片液壓馬達(dá)的工作原理圖。為了使馬達(dá)的效率不致過(guò)低，馬達(dá)的轉(zhuǎn)速不應(yīng)太高。隨著轉(zhuǎn)速的提高，回油腔所需的背壓值也應(yīng)隨之提高。對(duì)某些液壓馬達(dá)，轉(zhuǎn)速的提高還受到背壓的限制。實(shí)際工作中，一般都期望最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速越小越好。由于低速時(shí)進(jìn)入馬達(dá)的流量小，泄漏所占的比重就增大，泄漏量的不穩(wěn)定就會(huì)明顯地影響到參與馬達(dá)工作的流量數(shù)值，從而造成轉(zhuǎn)速的波動(dòng)。圖41液壓馬達(dá)爬行的物理模型(2)泄漏量大小不穩(wěn)定。只有等到彈簧壓縮到其推力大于靜摩擦力時(shí)才開始運(yùn)動(dòng)。另一方面，液壓馬達(dá)和負(fù)載是由液壓油被壓縮后壓力升高而被推動(dòng)的，因此，可用圖41(a)所示的物理模型表示低速區(qū)域液壓馬達(dá)的工作過(guò)程：以勻速v0推彈簧的一端(相當(dāng)于高壓下不可壓縮的工作介質(zhì))，使質(zhì)量為m的物體(相當(dāng)于馬達(dá)和負(fù)載質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量)克服“負(fù)特性”的摩擦阻力而運(yùn)動(dòng)。液壓馬達(dá)在低速時(shí)產(chǎn)生爬行現(xiàn)象的原因是：(1)摩擦力的大小不穩(wěn)定。 最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速是指液壓馬達(dá)在額定負(fù)載下，不出現(xiàn)爬行現(xiàn)象的最低轉(zhuǎn)速。n=nt由于液壓馬達(dá)內(nèi)部有泄漏，并不是所有進(jìn)入馬達(dá)的液體都推動(dòng)液壓馬達(dá)做功，一小部分因泄漏損失掉了。表41 液壓馬達(dá)的啟動(dòng)機(jī)械效率液壓馬達(dá)的結(jié)構(gòu)形式啟動(dòng)機(jī)械效率ηm0/%齒輪馬達(dá)老結(jié)構(gòu)～新結(jié)構(gòu)～