液壓動(dòng)力元件

1、教師姓名李光布授課班級(jí)08機(jī)械授課形式講授授課日期 年 月 日 第 周授課時(shí)數(shù) 6授課章節(jié)名稱第二章 液壓動(dòng)力元件教學(xué)目標(biāo)1、了解液壓泵的分類，理解液壓泵的基本性質(zhì)和基本參數(shù)；2、掌握軸向柱塞泵，齒輪泵，葉片式泵的工作原理和特性。教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)液壓泵性能參數(shù)計(jì)算，液壓泵結(jié)構(gòu)特點(diǎn)教學(xué)媒體選擇多媒體課件作業(yè)布置2-1，2-2，2-3學(xué)時(shí)分配教學(xué)學(xué)時(shí)分配：1、液壓泵主要性能參數(shù)：2學(xué)時(shí)2、齒輪泵：2學(xué)時(shí)3、葉片泵柱塞泵：2學(xué)時(shí)另外，安排油泵性能實(shí)驗(yàn)：1.5學(xué)時(shí)第二章 液壓動(dòng)力元件動(dòng)力元件起著向系統(tǒng)提供動(dòng)力源的作用，是系統(tǒng)不可缺少的核心元件。液壓系統(tǒng)是以液壓作為向系統(tǒng)提供一定的流量和壓力的動(dòng)力元件，液壓

2、泵將原動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為工作液體的壓力能，是一種能量轉(zhuǎn)換裝置。 第一節(jié) 液壓泵概述一、 泵的工作原理和分類1液壓泵的工作原理 泵是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，把電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能輸出。液壓泵都是依靠密封容積變化的原理來進(jìn)行工作的，故一般稱為容積式液壓泵，圖2l所示的是一單柱塞液壓泵的工作原理圖圖中柱塞2裝在缸體3中形成一個(gè)密封容積a，柱塞在彈簧4的作用下始終壓緊在偏心輪1上。原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)偏心輪1旋轉(zhuǎn)使柱塞2作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使密封容積a的大小發(fā)生周期性的交替變化。當(dāng)a由小變大時(shí)就形成部分真空，使油箱中油液在大氣壓作用下，經(jīng)吸油管頂開單向閥6進(jìn)入油腔a而實(shí)現(xiàn)吸油；反之，當(dāng)a由大變小 時(shí)，a腔中吸滿

3、的油液將頂開單向閥5流入系統(tǒng)而實(shí)現(xiàn)壓油。這樣液壓泵就將原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能，原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)偏心輪不斷旋轉(zhuǎn)，液壓泵就不斷地吸油和壓油。非容積式泵主要是指離心泵，產(chǎn)生的壓力一般不高。2液壓泵的特點(diǎn)（1） 具有若干個(gè)密封且又可以周期性變化的空間。泵的輸出流量與此空間的容積變化量和單位時(shí)間內(nèi)的變化次數(shù)成正比，與其他因素?zé)o關(guān)。（2） 油箱內(nèi)液體的絕對(duì)壓力必須恒等于或大于大氣壓力。這是容積式液壓泵能吸入油液的外部條件。因此為保證液壓泵能正常吸油，油箱必須與大氣相通，或采用密閉的充亞油箱。（3） 具有相應(yīng)的配流機(jī)構(gòu)。將吸液箱和排液箱隔開，保證液壓泵有規(guī)律地連續(xù)吸排液體。吸油時(shí)，閥5關(guān)閉，6開啟；

4、壓油時(shí)，閥5開啟，6關(guān)閉。常用的容積式泵有：齒輪泵、葉片泵、柱塞泵（徑向，軸向）、螺桿泵等。液壓泵的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)：壓力分級(jí)：0-25（低） 25-80（中） 80-160（中高）160-320（高壓） 320(超高壓)流量分級(jí)：4 6 10 16 25 40 63 100 250 二、液壓泵的主要性能參數(shù)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。工作壓力取決于外負(fù)載的大小和排油管路上的壓力損失，而與液壓泵的流量無關(guān)。（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。（3）最高允許壓力在超過額定壓力的條件下，根據(jù)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，允許液壓泵短

5、暫運(yùn)行的最高壓力植，稱為液壓泵的最高允許壓力。2、排量和流量（1）排量V液壓泵每轉(zhuǎn)一周，由其密封容積幾何尺寸變化計(jì)算而得的排出液體的體積叫液壓泵的排量。排量可以調(diào)節(jié)的液壓泵稱為變量泵；排量不可以調(diào)節(jié)的液壓泵則稱為定量泵（2）理論流量理論流量是指在不考慮液壓泵的泄漏流量的條件下，在單位時(shí)間內(nèi)所排出的液體體積。如果液壓泵的排量為V，其主軸轉(zhuǎn)速為n，則該液壓泵的理論流量qt為t=式中V為液壓泵的排量（m3/r），n為主軸轉(zhuǎn)速（r/s）（3）實(shí)際流量t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，它等于理論流量qt減去泄漏和壓縮損失后的流量ql,即q=qt一ql（4）額定流量qn 在

6、正常工作條件下，該試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定（如在額定壓力和額定轉(zhuǎn)速下）必須保證的流量。3、功率和效率（1）液壓泵的功率損失 液壓泵的功率損失有容積損失和機(jī)械損失兩部分：l）容積損失 容積損失是指液壓泵在流量上的損失，液壓泵的實(shí)際輸出流量總是小于其理論流量，其主要原因是由于液壓泵內(nèi)部高壓腔的泄漏、油液的壓縮以及在吸油過程中由于吸油阻力太大、油液粘度大以及液壓泵的轉(zhuǎn)速高等原因而導(dǎo)致油液不能全部充滿密封工作腔。液壓泵的容積損失用容積效率來表示，它等于液壓泵的實(shí)際輸出流量q與其理論流量qt之比，即液壓泵的實(shí)際輸出流量q為2）機(jī)械損失 機(jī)械損失是指液壓泵在轉(zhuǎn)矩上的損失。它大等于液壓泵的理論轉(zhuǎn)矩Tt與實(shí)際輸入轉(zhuǎn)矩T之

7、比，設(shè)轉(zhuǎn)矩?fù)p失為Tl，則液壓泵的機(jī)械效率為（2）液壓泵的功率1） 輸入功率輸入功率指作用在液壓泵主軸上的機(jī)械功率，當(dāng)輸入轉(zhuǎn)矩為Ti，角速度為時(shí)=Ti2） 輸出功率P 輸出功率指液壓泵在工作過程中的實(shí)際吸、壓油口間的壓差p和輸出流量q的乘積，即P=pq（3）液壓泵的總效率 液壓泵的總效率是實(shí)際輸出功率與其輸入功率的比值，即還可以寫成第二節(jié) 齒輪泵齒輪泵是液壓系統(tǒng)中廣泛采用的一種液壓泵，一般做成定量泵，可分為外嚙合齒輪泵和內(nèi)嚙合齒輪泵，其中以外嚙合齒輪泵應(yīng)用最廣。 一、 外嚙合齒輪泵的工作原理 圖圖上圖為外嚙合齒輪泵的工作原理圖，它由裝在殼體內(nèi)的一對(duì)齒輪所組成，齒輪兩側(cè)有端蓋（圖中未示出），殼體、

8、端蓋和齒輪的各個(gè)齒間槽組成了許多密封工作腔。當(dāng)齒輪按圖示方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，右側(cè)吸油腔由于相互嚙合的輪齒逐漸脫開，密封工作容積逐漸增大，形成部分真空，因此油箱中的油液在外界大氣壓力的作用下，經(jīng)吸油管進(jìn)入吸油腔，將齒間槽充滿，并隨著齒輪旋轉(zhuǎn)，把油液帶到左側(cè)壓油腔內(nèi)。在壓油區(qū)一側(cè)，由于輪齒在這里逐漸進(jìn)入嚙合，密封工作腔容積不斷減小，油液便被擠出去，從壓油腔輸送到壓力管路中去。在齒輪泵的工作過程中，只要兩齒輪的旋轉(zhuǎn)方向不變，其吸、排油腔的位置也就確定不變。這里嚙合點(diǎn)處的齒面接觸線一直分隔高、低壓兩腔起著配油作用，因此在齒輪泵中不需要設(shè)置專門的配流機(jī)構(gòu)，這是它和其它類型容積式液壓泵的不同之處。 二、外嚙合齒輪

9、泵的流量與排量計(jì)算齒輪泵的排量可以近似地等于其中一個(gè)齒輪的所有輪齒體積與齒間槽容積之和。即以齒頂圓為外圓、直徑為(z-2)m的圓為內(nèi)圓的圓環(huán)為底，以齒寬為高所形成的環(huán)形筒的體積，當(dāng)齒輪的模數(shù)為m,齒寬為B, 齒數(shù)為z時(shí)的排量為實(shí)際上齒間槽的容積比輪齒的體積稍大，故通常取V= 當(dāng)驅(qū)動(dòng)齒輪泵的原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為n時(shí)，外嚙合齒輪泵的理論流量和實(shí)際流量分別為三、外嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1、 困油齒輪泵要平穩(wěn)工作，齒輪嚙合的重疊系數(shù)必須大于1，也就是要求在一對(duì)齒輪即將脫開嚙合前，后面的一對(duì)齒輪就要開始嚙合。就在兩對(duì)輪齒同時(shí)嚙合的這一小段時(shí)間內(nèi)，留在齒間的油液困在兩對(duì)輪齒和前后泵蓋所形成的一個(gè)密閉空間中，如圖2-

10、4a所示，當(dāng)齒輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，這個(gè)空間的容積就逐漸減小，直到兩個(gè)嚙合點(diǎn)A,B處于節(jié)點(diǎn)兩側(cè)的對(duì)稱位置時(shí)，如圖2-4b所示，這時(shí)封閉容積減至最小。由于油液的可壓縮性很小，當(dāng)封閉空間的容積減少時(shí)，被困的油受擠壓，壓力急劇上升，油液從零件結(jié)合面的縫隙中強(qiáng)行擠出，使齒輪和軸承受到很大的徑向力；當(dāng)齒輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，這個(gè)封閉容積又逐漸增大到如圖2-4c所示的最大位置，容積增大時(shí)又會(huì)造成局部真空，使油液中溶解的氣體分離，產(chǎn)生空穴現(xiàn)象，這些都將使齒輪泵產(chǎn)生強(qiáng)烈的噪聲。這就是困油現(xiàn)象。 解決方法：在齒輪泵的兩側(cè)端蓋上開卸荷槽 2、 徑向不平衡力在齒輪泵中，作用在齒輪外圓上的壓力是不相等的，在壓油腔和吸油腔處齒輪外圓和齒

11、廓表面承受著工作壓力和吸油腔壓力，在齒輪和殼體內(nèi)孔的徑向間隙中，可以認(rèn)為壓力由壓油腔壓力逐漸分級(jí)下降至吸油腔壓力，這些液體壓力綜合作用的結(jié)果，相當(dāng)于給齒輪一個(gè)徑向的作用力（即不平衡力），使齒輪和軸承受載，這就是徑向不平衡力，工作壓力越大，徑向不平衡力也越大，甚至可以使軸發(fā)生彎曲，使齒頂和殼體發(fā)生接觸，同時(shí)加速軸承的磨損，降低軸承的壽命。解決方法：縮小壓油口3、 泄漏有三個(gè)可能泄漏的部位：齒輪端面和端蓋間；齒輪外圓和殼體內(nèi)孔間；兩個(gè)齒輪的齒輪嚙合處。其中齒輪端面和端蓋間的軸向間隙泄漏占總泄漏量的75%-80%。四、提高壓力措施要提高齒輪泵的壓力，必須減少端面的泄漏，一般采用齒輪端面間隙自動(dòng)補(bǔ)償?shù)?/p>

12、辦法。圖示采用浮動(dòng)軸套，增大軸、軸承的剛度。第三節(jié) 葉片泵葉片泵的結(jié)構(gòu)較齒輪泵復(fù)雜，但其工作壓力較高，且流量脈動(dòng)小，工作平穩(wěn)，噪聲較小，壽命較長(zhǎng)，所以被廣泛應(yīng)用于專業(yè)機(jī)床、自動(dòng)線等中低壓液壓系統(tǒng)中。葉片泵分單作用葉片泵（變量泵，最大工作壓力為7.0Mpa）和雙作用葉片泵(定量泵，最大工作壓力為7.0Mpa)。一、 單作用葉片泵1.結(jié)構(gòu)和原理定子具有圓柱形內(nèi)表面，定子和轉(zhuǎn)子間有偏心距e，葉片裝在轉(zhuǎn)子槽中，并可在槽內(nèi)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)時(shí)，由于離心力的作用，使葉片緊靠在定子內(nèi)壁，這樣在定子、轉(zhuǎn)子、葉片和兩側(cè)配油盤間就形成若干個(gè)密封的工作區(qū)間，當(dāng)轉(zhuǎn)子按圖示的方向回轉(zhuǎn)時(shí)，在圖的右部，葉片逐漸伸出，葉片間的工

13、作空間逐漸增大，從吸油口吸油，這就是吸油腔。在圖的左部，葉片被定子內(nèi)壁逐漸壓進(jìn)槽內(nèi)，工作空間逐漸減小，將油液從壓油口壓出，這就是壓油腔。在吸油腔和壓油腔間有一段封油區(qū)，把吸油腔和壓油腔隔開，葉片泵轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，每個(gè)工作空間完成一次吸油和壓油，故稱單作用葉片泵。2.排量和流量的計(jì)算式中，R為定子的內(nèi)半徑，e為定子和轉(zhuǎn)子間的偏心距，B為定子寬度，為相鄰兩葉片間的夾角，=2/z，z為葉片的個(gè)數(shù)。所以單作用葉片泵排量為當(dāng)葉片泵的轉(zhuǎn)速為n,泵的容積效率為v時(shí)，理論流量和實(shí)際流量分別為qt=Vn=4ReBnq= qtv=4ReBnv3、 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1) 葉片后傾2) 轉(zhuǎn)子上受有不平衡徑向力，壓力增大，不平衡

14、力增大，不宜用于高壓3) 均為變量泵結(jié)構(gòu)單作用葉片泵的流量是有脈動(dòng)的，理論分析表明，泵內(nèi)葉片數(shù)越多，流量脈動(dòng)率越小，奇數(shù)葉片泵的脈動(dòng)率比偶數(shù)葉片泵的脈動(dòng)率小，所以單作用的葉片數(shù)均為奇數(shù)，一般為13或15片。二、 雙作用葉片泵1、結(jié)構(gòu)和原理雙作用葉片泵的工作原理如圖211所示，它是由定子1、轉(zhuǎn)子2、葉片3和配油盤（圖中未畫出）等組成。轉(zhuǎn)子和定子中心重合，定子內(nèi)表面近似為橢圓柱形，該橢圓形由兩段長(zhǎng)半徑圓弧、兩段短半徑圓弧和四段過渡曲線所組成。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，葉片在離心力和（建壓后）根部壓力油的作用下，在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)向外移動(dòng)而壓向定子內(nèi)表面，由葉片、定子的內(nèi)表面、轉(zhuǎn)子的外表面和兩側(cè)配油盤間就形成若干個(gè)密封

15、空間，當(dāng)轉(zhuǎn)子按圖示方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，處在小圓弧上的密封空間經(jīng)過渡曲線而運(yùn)動(dòng)到大圓弧的過程中，葉片外伸，密封空間的容積增大，要吸入油液；再從大圓弧經(jīng)過渡曲線運(yùn)動(dòng)到小圓弧的過程中，葉片被定于內(nèi)壁逐漸壓過槽內(nèi)，密封空間容積變小，將油液從壓油口壓出。因而，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，每個(gè)工作空間要完成兩次吸油和壓油，稱之為雙作用葉片泵。這種葉片泵由于有兩個(gè)吸油腔和兩個(gè)壓油腔，并且各自的中心夾角是對(duì)稱的，作用在轉(zhuǎn)子上的油液壓力相互平衡因此雙作用葉片泵又稱為卸荷式葉片泵，為了要使徑向力完全平衡，密封空間數(shù)（即葉片數(shù)）應(yīng)當(dāng)是雙數(shù)。2、 排量和流量由于轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)一周的過程中，每個(gè)密封空間完成兩次吸油和壓油，當(dāng)定子的大圓弧半徑

16、為R，小圓弧半徑為r，定子寬度為B，兩葉片間的夾角為弧度=2/z時(shí)，每個(gè)密封容積排出的油液體積為半徑為R和r、扇形角為、厚度為B的兩扇形體積之差的兩倍，在不考慮葉片的厚度和傾角影響時(shí)雙作用葉片泵的排量為轉(zhuǎn)速為n,容積效率為v時(shí)，雙作用葉片泵的理論流量和實(shí)際流量分別為q= qtv三 限壓式變量葉片泵1、結(jié)構(gòu)和工作原理限壓式變量葉片泵是單作用葉片泵。根據(jù)前面介紹的單作用葉片泵的工作原理，改變定子和轉(zhuǎn)子間的偏心距e，就能改變泵的輸出流量，限壓式變量葉片泵能借助輸出壓力大小自動(dòng)改變偏心距e的大小來改變輸出流量。當(dāng)壓力低于某一可調(diào)節(jié)的限定壓力時(shí)，泵的輸出流量最大；當(dāng)壓力高于限定壓力時(shí)，隨著壓力的增加，泵

17、的輸出流量線性地減少，其工作原理如圖2-19所示。圖中，1為轉(zhuǎn)子，在轉(zhuǎn)子槽中裝有葉片，2為定子，3為配油盤上的吸油窗口，8為壓油窗口，9為調(diào)壓彈簧，10為調(diào)壓螺釘，4為柱塞，5為調(diào)節(jié)流量螺釘。泵的出口經(jīng)通道7與柱塞缸6相通。在泵未運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，定子在彈簧9的作用下，緊靠柱塞4，并使柱塞4靠在螺釘5上。這時(shí)，定子和轉(zhuǎn)子有一偏心量e0。調(diào)節(jié)螺釘5的位置，便可改變e0。當(dāng)泵的出口壓力p較低時(shí)，則作用在柱塞4上的液壓力也較小，若此液壓力小于上端的彈簧作用力，當(dāng)柱塞的面積為A，調(diào)壓彈簧的剛度為ks,預(yù)壓縮量為x0時(shí)，有pAksx0此時(shí)，定子相對(duì)于轉(zhuǎn)子的偏心量最大，輸出流量最大。隨著外負(fù)載的增大，液壓泵的出口壓

18、力P也將隨之提高，當(dāng)壓力升至與彈簧力相平衡的控制壓力pB時(shí)，有pB= ks x0當(dāng)壓力進(jìn)一步升高，就有pAks x0，這時(shí)若不考慮定子移動(dòng)時(shí)的摩擦力，液壓作用力就要克服彈簧力推動(dòng)定子向上移動(dòng)，隨之泵的偏心量減小，泵的輸出流量也減小。 pB稱為泵的限定壓力，即泵處于最大流量時(shí)所能達(dá)到的最高限定壓力，調(diào)節(jié)調(diào)壓螺釘10，可改變彈簧的預(yù)壓縮量 x0，即可改變pB的大小。設(shè)定子的最大偏心量為e0，偏心量減小時(shí)，彈簧的附加壓縮量為x，則定子移動(dòng)后的偏心量e為e= e0-x。定子的受力平衡方程式為pA= ks( x0+x)可以看出，泵的工作壓力愈高，偏心量愈小，泵的輸出流量也愈小。3、特性曲線圖2-20為限

19、壓式變量葉片泵的特性曲線。AB段：工作壓力p pB ,彈簧壓縮量增大，偏心量減少，泵的輸出流量減少。當(dāng)定子的偏心量e=0,則pc = pmax ,此時(shí)的壓力為截止壓力。調(diào)節(jié)彈簧的剛度ks，可改變BC段的斜率。第四節(jié) 柱塞泵一、徑向柱塞泵徑向柱塞泵是將柱塞徑向排列在缸體內(nèi)，缸體由原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)連同柱塞一起轉(zhuǎn)動(dòng)，周期性改變密閉容積的大小，達(dá)到吸、排油的目的。二、軸向柱塞泵1.結(jié)構(gòu)和原理軸向柱塞泵是將多個(gè)柱塞軸向配置在一個(gè)共同缸體的圓周上，并使柱塞中心線和缸體中心線平行的一種泵，軸向柱塞泵有兩種形式，直軸式（斜盤式）和斜軸式（擺缸式），如圖222a所示的為直軸式軸向柱塞泵的工作原理，這種泵主要由缸體1、配油盤2、柱塞3和斜盤4組成。柱塞沿圓周均勻分布在缸體內(nèi)。斜盤與缸體軸線傾斜一角度，柱塞靠機(jī)械裝置或低壓油作用下壓緊在斜盤上（圖中為彈簧），配油盤2和斜盤4固定不轉(zhuǎn)，當(dāng)原動(dòng)機(jī)通過傳動(dòng)軸使缸體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于斜盤的作用，迫使柱塞在缸體內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并通過配油盤的配油窗口進(jìn)行吸油和壓油。如圖222a中所示回轉(zhuǎn)方向，當(dāng)缸體轉(zhuǎn)角在2范圍內(nèi)，柱塞向外伸出，柱塞底部的密封工作容積增大，通過配油盤的吸油窗口吸油；在0范圍內(nèi)，柱塞被斜盤推入缸體，使密封容積減小，通過配油盤的壓油窗口壓油。缸體每轉(zhuǎn)一周，每個(gè)柱塞