液壓與氣動課題2液壓系統(tǒng)的動力元件

1、液壓系統(tǒng)的動力元件項(xiàng)目三 液壓系統(tǒng)的動力元件 活動1 探討容積式液壓泵的工作原理 活動2 研究液壓泵的主要性能參數(shù) 活動3 探討齒輪泵的工作原理及結(jié)構(gòu) 活動4 探討葉片泵的工作原理及結(jié)構(gòu) 活動5 探討柱塞泵的工作原理及結(jié)構(gòu) 活動6 選用液壓泵項(xiàng)目三 液壓系統(tǒng)的動力元件 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。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) 下圖所示為一臺專用銑床，銑床的工作臺采用單桿液壓缸驅(qū)動。工作時(shí)，推動液壓缸所需的

2、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？如何確定驅(qū)動它的電動機(jī)功率？銑床工作臺動力分析簡圖【任務(wù)提出】項(xiàng)目三 液壓泵 液壓泵是液壓系統(tǒng)的動力裝置最常見的形式，是將電動機(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。再通過計(jì)算應(yīng)選配電動機(jī)的功率，來確定驅(qū)動它的電動機(jī)型號規(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)知識的學(xué)習(xí)，掌握液壓泵類型、

3、規(guī)格和型號的確定及電動機(jī)選配的方法?！救蝿?wù)分析】項(xiàng)目三 液壓泵3.1.1 液壓泵和液壓馬達(dá)的工作原理及分類液壓泵和液壓馬達(dá)的工作原理及分類 液壓泵：將電動機(jī)或其它原動機(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)帶動旋轉(zhuǎn)時(shí)，柱塞2做往復(fù)運(yùn)動。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

4、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 1 1、工作壓力工作壓力p ：是指泵（馬達(dá)）實(shí)際工作時(shí)的壓力。對泵來說，工：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。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 2、額定壓力額定壓力pn ：是指泵（馬達(dá)）在正常工作條件下按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)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。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 3、最大壓力最大壓力：在短時(shí)間內(nèi)運(yùn)行所允許的最高壓力值，一般為額定壓在短時(shí)間內(nèi)運(yùn)

5、行所允許的最高壓力值，一般為額定壓力的力的1.11.1倍。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。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

6、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1 1、排量排量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（輸算得的輸出（輸入入）液體的體積，亦即在無泄漏的情況下，其每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)所）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。能輸出（所需輸入）的液體體積。 Vnqt2、機(jī)械效率 ：由于液壓泵存在機(jī)械摩擦（相對運(yùn)動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

7、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：qqqtttVqqqq1VmmTTTitiitmTTTT11、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PiTnnTPii2nTPii2iPoPpqPomViionTpqPP2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。min/32Lq Pap51025min/1450rn min/1450rn KWP65. 13.功率 ：液壓泵輸入的是機(jī)

8、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、二、 液壓泵的功用、分類及圖形符號液壓泵的功用、分類及圖形符號1 1、功、功 用用液壓泵液壓泵: :將電動機(jī)或其它原動機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為將電動機(jī)或其它原動機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能液體的壓力能, ,向系統(tǒng)供油向系統(tǒng)供油。 2 2、圖形符號：（見書本、圖形符號：（見書本231231頁附表頁附表3 3）單向定量泵單向變量泵雙向變量泵液壓泵的圖形符號

9、液壓泵的圖形符號雙向定量泵3 3、液壓泵分類、液壓泵分類 齒輪泵齒輪泵葉片泵葉片泵液壓泵液壓泵柱塞泵柱塞泵粗分：粗分：細(xì)分：細(xì)分：齒輪泵齒輪泵葉片泵葉片泵柱塞泵柱塞泵外嚙合式外嚙合式內(nèi)嚙合式內(nèi)嚙合式定量式定量式變量式變量式液壓泵液壓泵斜軸式斜軸式徑向式徑向式斜盤式斜盤式軸向式軸向式 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)動泵的電動機(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： （）求電動機(jī)的功率 電動機(jī)的功率即泵的輸入功率為：min/641.639

10、5. 014506 .42103LVnqvvtqkwpqP6.106.10641.6310101010336kwppi8 .119 . 0/6 .10/60項(xiàng)目三 液壓系統(tǒng)的動力元件活動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1項(xiàng)目三 液壓系統(tǒng)的動力元件活動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

11、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1項(xiàng)目三 液壓系統(tǒng)的動力元件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

12、壓泵、中壓泵和高壓泵三類?；顒?項(xiàng)目三 液壓系統(tǒng)的動力元件活動1圖2-3 液壓泵的圖形符號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)的動力元件活動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)?；顒?項(xiàng)目三 液壓系統(tǒng)的動力元件活動2圖2-4 液壓泵三種工作狀態(tài)項(xiàng)目三

13、 液壓系統(tǒng)的動力元件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 ）?；顒?項(xiàng)目三 液壓系統(tǒng)的動力元件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

14、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2項(xiàng)目三 液壓系統(tǒng)的動力元件活動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?；顒?項(xiàng)目三

15、液壓系統(tǒng)的動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?；顒?圖2-5 齒輪泵及其主要零件項(xiàng)目三 液壓系統(tǒng)的動力元件活動3圖2-6 齒輪泵的工作原理項(xiàng)目三 液壓系統(tǒng)的動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，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?；顒?項(xiàng)目三 液壓系統(tǒng)的動力元件活動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

16、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4項(xiàng)目三 液壓系統(tǒng)的動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?；顒?圖2-7 雙作用葉片泵及其主要零件項(xiàng)目三 液壓系統(tǒng)的動力元件活動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，因?yàn)榇?/p>

17、在半徑差，在 、 象限內(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?。2）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，以及壓力流動方向不能改變，所以雙作用葉片泵為 泵?；顒?項(xiàng)目三 液壓系統(tǒng)的動力元件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

18、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?；顒?項(xiàng)目三 液壓系統(tǒng)的動力元件活動4圖2-9 單作用葉片泵的工作原理項(xiàng)目三 液壓系統(tǒng)的動力元件活動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，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?；顒?項(xiàng)目三 液壓系統(tǒng)的動力元件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

19、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?；顒?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傳動軸 9可調(diào)斜盤項(xiàng)目三 液壓系統(tǒng)的動力元件1）泵體在轉(zhuǎn)動軸的帶動下旋轉(zhuǎn)，柱塞在斜盤的作用下在槽內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動，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?；顒?項(xiàng)目三 液壓系統(tǒng)的動力元件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

20、片泵很類似。試比較圖2-8和圖2-11，然后完成下面的問題?；顒?圖2-11 徑向柱塞泵的工作原理項(xiàng)目三 液壓系統(tǒng)的動力元件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5項(xiàng)目三 液壓系統(tǒng)的動力元件活動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

21、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6項(xiàng)目三 液壓系統(tǒng)的動力元件1）液壓泵是系統(tǒng)的動力元件，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)際工作時(shí)的輸出壓力，其大小取決于負(fù)載的大小和排油管路上的壓力損失，與液壓泵流量無關(guān)。排量是液壓泵的重要參數(shù)，排量V與流量Q，以及液壓泵主軸轉(zhuǎn)速的關(guān)系為Q =Vn。3）根據(jù)構(gòu)件形狀及運(yùn)動形式，液壓泵可分齒輪泵、葉片泵和柱塞泵。其中單作用葉片泵、軸向和徑向柱塞泵都可作為變量泵，常用的雙向泵有柱塞泵。4）必須根據(jù)是否要求變量、工作壓力、工作環(huán)境、噪聲指數(shù)和效率等來選擇適合的液壓泵。如在負(fù)載大、功率大的場合往往選擇柱塞泵。課題內(nèi)容小結(jié)項(xiàng)目三 液壓系統(tǒng)的動力元件一、液壓泵的分類知識拓展容積式：工