液壓與氣動(dòng)課題2液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件

項(xiàng)目三液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件,液壓與氣動(dòng)技術(shù),項(xiàng)目三液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件,活動(dòng)1探討容積式液壓泵的工作原理活動(dòng)2研究液壓泵的主要性能參數(shù)活動(dòng)3探討齒輪泵的工作原理及結(jié)構(gòu)活動(dòng)4探討葉片泵的工作原理及結(jié)構(gòu)活動(dòng)5探討柱塞泵的工作原理及結(jié)構(gòu)活動(dòng)6選用液壓泵,項(xiàng)目三液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件,學(xué)完本課題后，應(yīng)具備以下能力：1）說出液壓系統(tǒng)動(dòng)力元件的基本原理。2）敘述液壓泵的主要性能參數(shù)及符號(hào)。3）說出齒輪泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理。4）說出葉片泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理。5）說出柱塞泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理。6）根據(jù)不同的壓力選用液壓泵。,學(xué)習(xí)目標(biāo),下圖所示為一臺(tái)專用銑床，銑床的工作臺(tái)采用單桿液壓缸驅(qū)動(dòng)。工作時(shí)，推動(dòng)液壓缸所需的最高壓力為2.64MPa，液壓缸快進(jìn)時(shí)所需的最大流量為4.58L/min，為了滿足以上條件，我們應(yīng)如何選擇液壓泵類型、規(guī)格和型號(hào)？如何確定驅(qū)動(dòng)它的電動(dòng)機(jī)功率？,銑床工作臺(tái)動(dòng)力分析簡圖,【任務(wù)提出】,項(xiàng)目三液壓泵,液壓泵是液壓系統(tǒng)的動(dòng)力裝置最常見的形式，是將電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成油液壓力能的裝置，其作用是向液壓系統(tǒng)提供壓力油。在選擇液壓泵時(shí)，我們根據(jù)主機(jī)工況、功率大小和系統(tǒng)對工作性能的要求，首先確定液壓泵的類型，然后按系統(tǒng)所要求的壓力、流量大小確定其規(guī)格和型號(hào)。再通過計(jì)算應(yīng)選配電動(dòng)機(jī)的功率，來確定驅(qū)動(dòng)它的電動(dòng)機(jī)型號(hào)規(guī)格。本項(xiàng)目的任務(wù)是通過各類泵工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)，掌握液壓泵類型、規(guī)格和型號(hào)的確定及電動(dòng)機(jī)選配的方法。,【任務(wù)分析】,項(xiàng)目三液壓泵,3.1.1液壓泵和液壓馬達(dá)的工作原理及分類,功用：,液壓泵：將電動(dòng)機(jī)或其它原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能，向系統(tǒng)供油。液壓馬達(dá)：將泵輸入的液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能而對負(fù)載做功。液壓泵與液壓馬達(dá)關(guān)系：功用上相反；結(jié)構(gòu)上相似；原理上互逆。,當(dāng)偏心輪1由電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，柱塞2做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。柱塞右移時(shí)，密封工作腔4的容積逐漸增大，形成局部真空，油箱中的油液在大氣壓力作用下，通過單向閥5進(jìn)入工作腔4，這是吸油過程。當(dāng)柱塞左移時(shí)，工作腔4的容積逐漸減小，使腔內(nèi)油液打開單向閥6進(jìn)入系統(tǒng)，這是壓油過程。偏心輪不斷旋轉(zhuǎn)，泵就不斷地吸油和壓油。,容積泵的工作原理,一、液壓泵的工作原理,（一）壓力1、工作壓力p：是指泵（馬達(dá)）實(shí)際工作時(shí)的壓力。對泵來說，工作壓力是指它的輸出油液壓力；對馬達(dá)來說，則是指它的輸入壓力。2、額定壓力pn：是指泵（馬達(dá)）在正常工作條件下按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最高壓力，超過此值就是過載。3、最大壓力：在短時(shí)間內(nèi)運(yùn)行所允許的最高壓力值，一般為額定壓力的1.1倍。,液壓泵基本工作條件,1、形成密封容積2、密封容積周期性變化3、吸、壓油腔隔開（配流裝置）4、油箱與大氣相通液壓泵輸出的流量取決于密封工作腔容積變化的大??；泵的輸出壓力取決于外負(fù)載。,二、液壓泵和液壓馬達(dá)的主要工作參數(shù),3、實(shí)際流量q：是液壓泵在工作時(shí)實(shí)際輸出的流量。實(shí)際流量隨工作壓力增大而減小，這是由于壓力增高、泄漏增大所致。4、額定流量qn：是指在正常工作條件下，按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定必須保證的流量。亦即在額定轉(zhuǎn)速和額定壓力下由泵輸出（或輸入到馬達(dá)中去）的流量。因泵和馬達(dá)存在內(nèi)泄漏，所以額定流量的值和理論流量是不同的。,2、理論流量qt：是指泵（馬達(dá)）在單位時(shí)間內(nèi)由其密封油腔幾何尺寸變化計(jì)算而得出的輸出（輸入）的液體體積，亦即在無泄漏的情況下單位時(shí)間內(nèi)所能輸出（所需輸入）的液體體積。泵（馬達(dá)）的轉(zhuǎn)速為n時(shí)，泵（馬達(dá)）的理論流量為,（二）排量和流量1、排量V：是指泵（馬達(dá)）每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，由其密封油腔幾何尺寸變化所算得的輸出（輸入）液體的體積，亦即在無泄漏的情況下，其每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)所能輸出（所需輸入）的液體體積。,2、機(jī)械效率：由于液壓泵存在機(jī)械摩擦（相對運(yùn)動(dòng)零件之間及液體粘性摩擦），因此它的輸入轉(zhuǎn)矩必然大于理論轉(zhuǎn)矩，則理論轉(zhuǎn)矩液壓泵的機(jī)械效率是理論轉(zhuǎn)矩和實(shí)際輸入轉(zhuǎn)矩的比值，即：,（三）功率和效率,1、容積效率：由于液壓泵工作時(shí)存在泄漏，因此實(shí)際流量總是小于理論流量，也就是液壓泵的容積效率為實(shí)際流量與理論流量的比值，即,例從產(chǎn)品樣本上查看到某液壓泵流量，額定壓力，轉(zhuǎn)速，泵的容積效率，驅(qū)動(dòng)功率。試求：（1）泵的總效率和機(jī)械效率；（2）泵的理論流量及在額定壓力下泵的實(shí)際流量。,3.功率：液壓泵輸入的是機(jī)械能，表現(xiàn)為輸入轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，輸出的為液壓能，表現(xiàn)為輸出流量（實(shí)際流量）和壓力。所以液壓泵輸入功率為液壓泵輸出功率為,4.總效率：液壓泵的輸出功率與輸入功率的比值稱為液壓泵的總效率即液壓泵的總效率等于各自的容積效率和機(jī)械效率的乘積。,二、液壓泵的功用、分類及圖形符號(hào),1、功用,液壓泵:,將電動(dòng)機(jī)或其它原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能,向系統(tǒng)供油。,2、圖形符號(hào)：（見書本231頁附表3）,單向定量泵,單向變量泵,雙向變量泵,液壓泵的圖形符號(hào),雙向定量泵,3、液壓泵分類,細(xì)分：,例：某液壓泵的輸出壓力pMPa，泵轉(zhuǎn)速n=1450r/min,排量v=46.2ml/r,容積效率v=0.95,總效率.。試求液壓泵的輸出功率和驅(qū)動(dòng)泵的電動(dòng)機(jī)的功率。,解（）求液壓泵的輸出功率液壓泵輸出的實(shí)際流量為：則液壓泵的輸出功率為：（）求電動(dòng)機(jī)的功率電動(dòng)機(jī)的功率即泵的輸入功率為：,/60,項(xiàng)目三液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件,活動(dòng)1探討容積式液壓泵的工作原理容積式液壓泵是依靠密封容積變化的原理進(jìn)行工作的，常用液壓泵一般均為容積式液壓泵。圖3-1所示是一單柱塞液壓泵的工作原理圖。請仔細(xì)觀察圖片，結(jié)合注射器的工作原理，想一想容積式液壓泵的工作原理是什么？,活動(dòng)1,項(xiàng)目三液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件,活動(dòng)1,圖3-1液壓泵工作原理1偏心輪2柱塞3缸體4彈簧5、6單向閥,項(xiàng)目三液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件,1液壓泵的工作過程1）彈簧4使柱塞2始終在偏心輪1的外圓輪廓上。2）偏心輪1使單柱塞液壓泵的密封工作腔產(chǎn)生變化，從而實(shí)現(xiàn)和兩動(dòng)作。3）吸油時(shí)，油液在大氣壓作用下從油箱被往上吸，此時(shí)單向閥6的狀態(tài)為，而單向閥5卻是；反之，壓油時(shí)，單向閥6也是關(guān)閉的，而單向閥5在油壓作用下打開，油液被輸送到液壓系統(tǒng)。,活動(dòng)1,項(xiàng)目三液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件,2容積泵必須具備的特征1）具有若干個(gè)交替變化的容積。2）具有相應(yīng)的配流裝置。3）吸油過程中，油箱必須和相通。3液壓泵的常用種類和圖形符號(hào)目前常用的液壓泵有齒輪式液壓泵、葉片式液壓泵和柱塞式液壓泵等。按照輸油方向能否改變可分單向泵和雙向泵；根據(jù)排量能否改變可分定量泵和變量泵；按額定壓力的高低，又可以分為低壓泵、中壓泵和高壓泵三類。,活動(dòng)1,項(xiàng)目三液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件,活動(dòng)1,圖2-3液壓泵的圖形符號(hào)a）單向定量泵b）單向變量泵c）雙向定量泵d）雙向變量泵,項(xiàng)目三液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件,活動(dòng)2研究液壓泵的主要性能參數(shù)將下列元件按圖2-4所示順序分別連接，并連接好油箱，起動(dòng)液壓泵仔細(xì)觀察壓力表的示值，然后完成相應(yīng)題目。1）請為上圖2-4的三個(gè)圖選擇適合的工作狀態(tài)。A正常工作（p=F/A）B過載（p不斷增大直到溢流閥打開）C卸載（p=0）2）通過實(shí)驗(yàn)可知，工作壓力的大小取決于的大小和排油管路上的壓力損失，與液壓泵的流量無關(guān)。,活動(dòng)2,項(xiàng)目三液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件,活動(dòng)2,圖2-4液壓泵三種工作狀態(tài),項(xiàng)目三液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件,1壓力（1）工作壓力液壓泵實(shí)際工作時(shí)的輸出壓力稱為工作壓力。（2）額定壓力液壓泵在正常工作條件下，按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最高壓力稱為液壓泵的額定壓力。在正常的工作環(huán)境下，應(yīng)設(shè)置液壓泵的壓力壓力（填或）。,活動(dòng)2,項(xiàng)目三液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件,2排量與流量（1）排量V液壓泵每轉(zhuǎn)一周排出液體的體積稱為液壓泵的排量。排量可調(diào)節(jié)的液壓泵稱為變量泵；排量為常數(shù)的液壓泵則稱為定量泵。（2）流量Q液壓泵在某一具體工況下，單位時(shí)間內(nèi)所排出的液體體積稱為實(shí)際流量。下例可說明液壓泵的流量Q與排量V的關(guān)系。某液壓泵的排量V為20mL3/r，泵的主軸轉(zhuǎn)速n為500r/min，則每分鐘的流量Q為Q=Vn=20mL3/r500r/min=104mL3/min若要把一只容積為0.05m3的水桶裝滿，需要min。,活動(dòng)2,項(xiàng)目三液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件,活動(dòng)3探討齒輪泵的工作原理及結(jié)構(gòu)齒輪泵是液壓系統(tǒng)中廣泛采用的一種液壓泵，它是利用齒輪的嚙合原理，使其密封工作腔產(chǎn)生容積變化，從而實(shí)現(xiàn)吸油和壓油。齒輪泵一般做成定量泵，按結(jié)構(gòu)不同，齒輪泵分為外嚙合齒輪泵和內(nèi)嚙合齒輪泵，其中外嚙合齒輪泵應(yīng)用最廣泛。齒輪泵具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、自吸性能好、對油污不敏感、可靠和維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，因而獲得廣泛應(yīng)用。其缺點(diǎn)是流量脈動(dòng)大、流量不可調(diào)、泄漏大等。由于泄露的問題，齒輪泵一般只用作低壓泵。,活動(dòng)3,項(xiàng)目三液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件,拆裝外嚙合齒輪泵，如圖2-5和圖2-6所示，探討齒輪泵的工作原理及結(jié)構(gòu)特征。,活動(dòng)3,圖2-5齒輪泵及其主要零件,項(xiàng)目三液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件,活動(dòng)3,圖2-6齒輪泵的工作原理,項(xiàng)目三液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件,齒輪泵的工作原理：1）吸油：吸油腔中的輪齒脫開，工作腔容積，由此產(chǎn)生瞬間真空，液壓油在大氣壓力下被吸油腔，工作腔轉(zhuǎn)動(dòng)，油液被帶到密封工作腔中再轉(zhuǎn)移到另一側(cè)的中。2）壓油：當(dāng)油液被帶到壓油腔中時(shí)，輪齒嚙合，工作腔容積，油液受擠壓被壓油腔中，而此時(shí)又有新的油液被帶到壓油腔，油液由此從壓油口壓出。,活動(dòng)3,項(xiàng)目三液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件,活動(dòng)4探討葉片泵的工作原理及結(jié)構(gòu)葉片泵是利用葉片之間的密封工作腔產(chǎn)生容積變化來實(shí)現(xiàn)吸油和壓油的。根據(jù)各密閉工作容積在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周吸、壓油液次數(shù)的不同，葉片泵分為兩類，即旋轉(zhuǎn)一周完成一次吸、壓油的單作用葉片泵和完成兩次吸、壓油的雙作用葉片泵。葉片泵的優(yōu)點(diǎn)是流量均勻、脈動(dòng)小、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲小等。葉片泵的缺點(diǎn)是吸油能力差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、對油液的污染比較敏感等。,活動(dòng)4,項(xiàng)目三液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件,拆裝雙作用葉片泵，如圖2-7所示。探討葉片泵的工作原理及結(jié)構(gòu)特征，如圖2-8所示。,活動(dòng)4,圖2-7雙作用葉片泵及其主要零件,項(xiàng)目三液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件,活動(dòng)4,圖2-8雙作用葉片泵的工作原理,項(xiàng)目三液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件,1雙作用葉片泵1）轉(zhuǎn)子如圖2-8所示，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，因?yàn)榇嬖诎霃讲?，在、象限?nèi)密封腔容積由小增大，形成。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到、象限時(shí)，密封腔容積減小，油液變?yōu)閴毫τ?，形成?）葉片能在葉片槽內(nèi)自由的伸縮，槽中不設(shè)彈簧，只是靠轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，使葉片在力作用下緊貼定子內(nèi)壁。3）觀察圖2-8可知，此泵的轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)一周內(nèi)完成次吸油和壓油，故稱為雙作用葉片泵。由于泵的密封腔的變化量不能改變，以及壓力流動(dòng)方向不能改變，所以雙作用葉片泵為泵。,活動(dòng)4,項(xiàng)目三液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件,2單作用葉片泵如圖2-9所示，單作用葉片泵與雙作用葉片泵顯著不同的是，單作用葉片泵的定子內(nèi)表面是圓形，轉(zhuǎn)子與定子間有一偏心量e，兩端的配流盤上只開有一個(gè)吸油窗口和一個(gè)壓油窗口。觀察圖2-9所示的工作原理圖，由于的減小，泵的流量也相應(yīng)減小。由此可知，改變的大小，就可以改變泵的排量，所以單作用葉片泵可以作為泵。一般情況下，單作用葉片泵只作為單向泵用。,活動(dòng)4,項(xiàng)目三液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件,活動(dòng)4,圖2-9單作用葉片泵的工作原理,項(xiàng)目三液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件,活動(dòng)5探討柱塞泵的工作原理及結(jié)構(gòu)柱塞泵是靠柱塞在缸體中作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使密封容積變化來實(shí)現(xiàn)吸油與壓油的液壓泵。與齒輪泵和葉片泵相比，這種泵有以下特點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：密封性能好、適合高壓、有較高的容積效率、易于實(shí)現(xiàn)變量等。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。,活動(dòng)5,項(xiàng)目三液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件,1軸向柱塞泵柱塞在泵體內(nèi)以平行軸向排列的柱塞泵稱為軸向柱塞泵。軸向柱塞泵可分為斜盤式和斜軸式兩大類。下面以圖2-10所示斜盤式軸向柱塞泵為例來說明其工作原理。,活動(dòng)5,圖2-10斜盤式軸向柱塞泵1配油盤2卡簧3密封圈4軸承5缸體6柱塞7保持架8傳動(dòng)軸9可調(diào)斜盤,項(xiàng)目三液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件,1）泵體在轉(zhuǎn)動(dòng)軸的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，柱塞在斜盤的作用下在槽內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而使封閉的工作腔產(chǎn)生變化。由此可知，只需要改變的大小，即可改變封閉容積的變化大小，即改變排量。2）若改變傾斜角的方向，即可使配流盤的方向改變。3）從上述可知，軸向柱塞泵為泵。,活動(dòng)5,項(xiàng)目三液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件,2徑向柱塞泵柱塞在泵體內(nèi)徑向排列的柱塞泵稱為徑向柱塞泵。徑向柱塞泵的結(jié)構(gòu)和工作原理與單作用葉片泵很類似。試比較圖2-8和圖2-11，然后完成下面的問題。,活動(dòng)5,圖2-11徑向柱塞泵的工作原理,項(xiàng)目三液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件,1）葉片泵的兩葉片之間形成工作腔，而徑向柱塞泵的工作腔則是由和之間形成。2）由于密封性的問題，柱塞不能靠轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性來自由伸縮，必須要靠槽內(nèi)的來使柱塞緊貼定子內(nèi)壁。3）與單作用葉片泵比較可知，徑向柱塞只要改變的大小，則可改變其排量。另外，改變的正負(fù)，則可改變油口的方向，所以此泵可以做成單向泵也可做成。,活動(dòng)5,項(xiàng)目三液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件,活動(dòng)6選用液壓泵1完成下列選擇請根據(jù)表2-1，在不同環(huán)境下選擇適合的液壓泵（可多選）。系統(tǒng)需要變化的流量，可以選擇（）；在筑路機(jī)械、港口機(jī)械，以及小型工程機(jī)械等工況較差的液壓系統(tǒng)，則選（）；能源有限，需要效率在90%以上的液壓可選（）；中低壓液壓系統(tǒng)的機(jī)床適宜用（）；大型、重型機(jī)械應(yīng)選用（）。A齒輪泵B單作用葉片泵C雙作用葉片泵D軸向柱塞泵E徑向柱塞泵,活動(dòng)6,項(xiàng)目三液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件,1）液壓泵是系統(tǒng)的動(dòng)力元件，它把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能。容積式液壓泵是利用密封容積的變化來實(shí)現(xiàn)吸油和壓油的。2）工作壓力為液壓泵實(shí)際工作