2.4 液压缸和液压马达
液压缸与液压马达是液压系统的执行元件，它们的职能是将液压能转换成机械能。
2.4.1 液压缸
液压缸是将液压能转变为机械能的、做直线往复运动（或摆动运动）的液压执行元件。它结构简单、工作可靠。用它来实现往复运动时，可免去减速装置，并且没有传动间隙，运动平稳，因此在各种机械的液压系统中得到广泛应用。液压缸输出力和活塞有效面积及其两边的压差成正比。
（1）液压缸的类型
按作用方式不同，液压缸可分为单作用式和双作用式两大类。单作用式液压缸是利用液压力推动活塞向着一个方向运动，而反向运动则依靠重力或弹簧力等实现。双作用式液压缸，其正、反两个方向的运动都依靠液压力来实现。
按结构形式的不同，液压缸可分为活塞式、柱塞式、摆动式、伸缩式等形式。
（2）液压缸的结构与工作原理
液压缸基本上由缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置与排气装置组成。缓冲装置与排气装置视具体应用场合而定，其他装置则必不可少。
图2-40所示为工程机械中通用的一种双作用单活塞杆式液压缸的典型结构。单活塞杆液压缸只有一端有活塞杆。其两端进出口油口A和B都可通压力油或回油，以实现双向运动，故称为双作用缸。它由缸底2、缸筒11、缸盖15、活塞8和活塞杆12等组成。缸筒一端与缸底焊接成一体，另一端则与缸盖通过螺纹连接，便于拆装和检修，两端设有液口A和B。活塞8利用卡键5、卡键帽4和挡圈3与活塞杆固定。活塞上套有聚四氟乙烯或尼龙等耐磨材料制成的支承环9，以支承活塞。缸内两腔间的密封靠活塞内孔与活塞杆配合处的O形密封圈10，以及反方向安装在活塞外缘上的两个Yx形密封圈6和挡圈7来保证。为防止油液外泄，导向套13的外缘有O形密封圈14，内孔有Y形密封圈16及挡圈17进行密封。防尘圈18的作用是刮除沾附在活塞杆外露部分的尘土。在缸底和活塞杆顶端的连接耳环20上，有供安装用或与工作机械连接用的销轴孔，销轴孔必须保证液压缸中心受压。销轴孔由油嘴1供给润滑油。此外，为了减轻活塞在行程终了时对缸底或缸盖的冲击，两端设有缝隙节流缓冲装置，当活塞快速运行临近缸底（图2-40所示位置）时，活塞杆端部的缓冲柱塞将回液口堵柱，迫使剩余液体只能从柱塞周围的缝隙挤出，形成液压阻力，使液压缸速度迅速减慢实现缓冲。反向行程时亦同样原理地获得缓冲。
图2-40 双作用单活塞杆式液压缸典型结构
1—油嘴；2—缸底；3—挡圈；4—卡键帽；5—卡键；6—Yx形密封圈；7—挡圈；8—活塞；9—支承环；10，14—O形密封圈；11—缸筒；12—活塞杆；13—导向套；15—缸盖；16—Y形密封圈；17—挡圈；18—防尘圈；19—紧固螺母；20—耳环
单活塞杆双作用液压缸的外形结构如图2-41所示。其进、出液口的布置视安装方式而定。工作时可以缸筒固定，活塞杆驱动负载；也可以活塞杆固定，缸筒驱动负载。在缸筒固定的情况下，当A口进液、B口回液时，活塞杆伸出；当B口进液、A口回液时，活塞杆缩回。
图2-41 单活塞杆双作用液压缸的外形结构
表2-3所示为常用液压缸的图形符号。
表2-3 常用液压缸的图形符号
2.4.2 液压马达
液压马达是作旋转运动的执行元件。在液压系统中，液压马达把液压能转变为马达轴上的转矩和转速运动输出，即把液流的压力能转变为马达轴上的转矩输出，把输入液压马达的液流流量转变为马达轴的转速运动。
（1）液压马达的分类
常见的液压马达有齿轮式、叶片式和柱塞式等几种主要形式；按转速转矩范围分，可有高速马达和低速大扭矩马达之分。一般认为，额定转速低于500r/min的属于低速液压马达；额定转速高于500r/min的属于高速液压马达。
低速液压马达的基本形式是径向柱塞式，主要有曲轴连杆马达、内曲线马达和静力平衡马达等。其特点是排量大，低速稳定性好，可直接与工作机构相连接，简化了传动机构，因而广泛应用于起重运输、工程机械、船舶和冶金矿山机械等工业领域。
高速液压马达主要有齿轮马达、叶片马达和轴向柱塞马达三种。其特点是转速高，惯量小，便于启动、换向和制动。通常其输出转矩仅几十牛顿米，也称为高速小转矩液压马达。
若按排量是否可变，则液压马达还可分为定量马达和变量马达两类。
（2）液压马达的结构与工作原理
液压马达和液压泵在结构上基本相同，并且也是靠密封容积的变化进行工作的。马达和泵在工作原理上是互逆的，当向泵输入压力油时，其轴输出转速和转矩就成为马达。但由于两者的任务和要求有所不同，故在实际结构上只有少数泵能做马达使用。
如图2-42所示为内曲线径向柱塞式液压马达的结构与工作原理。内曲线径向柱塞式马达是一种多作用式低速大扭矩马达。它具有结构紧凑、体积小、径向受力平衡、输出转矩大、转矩脉动较小、低速稳定性好等优点，因此得到了广泛应用。
图2-42 内曲线径向柱塞式液压马达的工作原理
1—定子；2—转子；3—柱塞组；4—配油轴
它由定子1、转子2、柱塞组3（包括柱塞、横梁和滚轮）和配油轴4等主要部件组成。
定子1的内表面由X（图2-42中所示X=6）段均布的形状完全相同的曲面组成。每段曲面又分为对称的两部分，一部分允许柱塞组件伸出，称为进油区段（工作区段）；另一部分迫使柱塞组件收缩，称为回油区段（非工作区段）。定子内表面的最外、最里端分别为上、下死点。
在转子2径向均匀分布有Z（图2-42中所示Z=8）个柱塞缸孔，每个缸孔底部均有一配油窗孔可与配油轴4的配油口相通。
转子每个缸孔中都装有柱塞组3，它可在缸孔中往复运动。
配油轴4与定子1固定在一起，上面圆周上均布有2X个配油口，其中有X个配油口分别与定子曲面的进油区段相对应，并与马达进油相通；有X个配油口分别与定子曲面回油区段相对应，并与马达回油相通。
当高压油经配油轴进油窗口进入处于进油区段的各柱塞缸孔时，相应的柱塞组在液压力作用下外伸而紧压在定子曲面上。在接触处定子曲面对柱塞组产生一反力N，此法向力N可分解为沿柱塞轴线方向的分力PH和垂直于柱塞轴线方向的分力T。其中力PH与作用在柱塞底部的液压力相平衡（忽略柱塞的惯性力及摩擦力）。而力T则克服负载转矩对转子产生顺时针方向转矩，推动转子2旋转。此时，柱塞组的运动为复合运动，即随转子作圆周运动的同时还在转子径向缸孔中作直线往复运动。处于定子曲面回油区段的柱塞组在定子曲面迫使下收缩并通过配油轴回油口回油。位于定子曲面上、下死点的柱塞组处于既不进油也不回油的封闭状态。内曲线马达全部柱塞组就这样有规律地依次进、回油，带动转子连续运转。
若改变马达的进、回油方向，则马达转向也随之改变。
转子转一周，每个柱塞组在转子中往复伸出和缩回X次，称X为马达的作用次数。由于X>1，因此该马达称为多作用式马达。
图2-43所示为MS系列内曲线径向柱塞马达的外形结构。
图2-43 MS系列内曲线径向
柱塞马达的外形结构