第三章液壓動力元件

1、 第三章 液壓動力元件 視頻 章節(jié)目錄 31液壓泵概述 32齒輪泵33葉片泵34柱塞泵 35液壓泵的選用 3.1.1液壓泵的工作原理及特點(diǎn) 工作原理：在密閉容積周期變化進(jìn)行工作視頻演示視頻演示1.吸油閥吸油閥 2.排油閥排油閥 3.彈簧彈簧 4.柱塞套柱塞套 5.柱塞柱塞 6.偏心輪偏心輪 液壓泵的基本條件： (1)(1)具有能實(shí)現(xiàn)周期性變化的密閉工作容積。 (2)(2)必須具有相應(yīng)的配流機(jī)構(gòu)。(3)(3)必須要有隔離封油裝置使液壓泵的吸油腔與排油腔始終不能聯(lián)通。(4)(4)油箱內(nèi)油液必須具有一定的壓力，以保證液壓泵工作時能及時吸油。3.1.2 液壓泵的主要性能參數(shù) 1. 液壓泵的壓力液壓泵的

2、壓力(1) 吸入吸入壓力泵進(jìn)口處的壓力，自吸泵的吸油腔必須具有一定的真空 度，一般吸入壓力低于大氣壓力。(2) 工作壓力Pp液壓泵工作時的出口壓力，其大小取決于負(fù)載。(3) 額定壓力Pn在正常工作條件下，按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最高壓力。(4)最高允許壓力Pmax 超過額定壓力允許短暫運(yùn)行的最高壓力。2. 液壓泵的額定轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速(1) 額定轉(zhuǎn)速 nn 在額定壓力下能連續(xù)長時間運(yùn)轉(zhuǎn)的最高轉(zhuǎn)速 r/min(2)最高轉(zhuǎn)速 nmax 在額定壓力下超過額定轉(zhuǎn)速允許短時間運(yùn)行的高轉(zhuǎn)速 pptVqppptVnVnq306023. 液壓泵的排量和流量液壓泵的排量和流量(1) (1) 排量V Vp p 泵每轉(zhuǎn)一

3、弧度，由幾何尺寸計算所得到的排出液體的體積。(m3/rad) (2) (2) 理論流量qpt 不考慮泄漏的情況下，單位時間內(nèi)排出液體的體積.(m3/s L/min) (3) (3) 泵的瞬時流量qsh 每一瞬時的流量，一般指泵的瞬時理論流量。(4) (4) 實(shí)際流量qp 泵工作時單位時間實(shí)際排出的液體體積。它等于泵的理論流量qpt減去泄漏、壓縮等損失的流量 qp。(5) (5) 額定流量q qpn 泵在額定壓力和額定轉(zhuǎn)速下輸出的實(shí)際流量。pptpptppkqqqq14. 液壓泵的功率和效率(1)(1)理論輸入功率p pit it (2)(2)實(shí)際輸入功率p pipip(3)(3)實(shí)際輸出功率p

4、 popop(4)(4)理論轉(zhuǎn)矩T Tt t(5)(5)實(shí)際轉(zhuǎn)矩T Tp p(6)(6)容積效率pvpv(7)(7)機(jī)械效率pmpm(8)(8)總效率p ppqpptitTpippqTpttTTTtpttttppVqqqqqqq1pqppoppqTpttTTTTTttptpmpmpVpipoppTpqPP液壓泵的特性曲液壓泵的特性曲線線 液壓泵的性能常用圖3-3所示的性能曲線表示，曲線的橫坐標(biāo)為液壓泵的工作壓力p,縱坐標(biāo)為液壓泵的容積效率v(或?qū)嶋H流量)，總效率和輸入功率r。它是液壓泵在特定的介質(zhì)、轉(zhuǎn)速和油溫下通過試驗(yàn)做出的。圖3-3 液壓泵的性能曲線3.1.2 液壓泵的分類液壓泵的分類 液壓

5、泵按主要運(yùn)動構(gòu)件的形狀和運(yùn)動方式分為齒輪泵、葉片泵、柱塞泵、螺桿泵。 液壓泵按排量能否改變分為定量泵和變量泵。 按一個工作周期密閉容積變化次數(shù)可分為單作用泵、雙作用泵和多作用泵。 液壓泵的圖形符號液壓泵的圖形符號液壓泵的圖形符號如圖3-3所示。圖3-3 液壓泵的圖形符號 齒輪泵是液壓系統(tǒng)中廣泛采用的一種液壓泵，它一般為定量泵，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，而以外嚙合齒輪泵應(yīng)用最廣。下面以外嚙合齒輪泵為例來剖析齒輪泵和動畫。視頻視頻3.2.1外嚙合齒輪泵結(jié)構(gòu)：圖3-15 齒輪泵工作原理3.2.2 外嚙合齒輪泵的排量、流量計算 排量：近似認(rèn)為齒間的容積為輪齒的體積，因此齒輪每轉(zhuǎn)

6、一周，排出的液體的體積等于其中一個齒輪的所有齒間工作容積和所有輪齒體積之和，即等于其中一個齒輪齒頂圓和齒根圓之間環(huán)形圓柱的體積。 Vp=DhB=2zmB 實(shí)際上，由于齒間容積要比輪齒體積要大，故式子中的以3.33代替 Vp=6.66zmBm2越大，V越大；z越大，V越大。當(dāng)mz一定時，m增大，減小z，可以增大V。 流量：齒輪泵的流量為q（單位：L/min）為 q=6.66zmBn 10 實(shí)際上，由于齒輪泵在工作過程中，其密閉容積的變化率不是均勻的，而是隨主軸的轉(zhuǎn)動周期性變化的，這就導(dǎo)致齒輪泵的輸出量是有脈動的，故上式只是表示泵的平均流量。 （1）流量q與齒輪模數(shù)m的平方成正比 （2）泵的體積一

7、定時：齒數(shù)模數(shù)流量脈動 齒數(shù)模數(shù)流量脈動 故：低壓齒輪泵z=1319 高壓齒輪泵z=614 （3）齒寬和轉(zhuǎn)速成正比。一般齒寬B=(610)m，轉(zhuǎn)速不宜過高，過高則造成吸油不足，若過低亦不能正常工作。 pPV-33.2.3齒輪泵存在的問題吸壓 1. 困油現(xiàn)象及消除辦法困油現(xiàn)象及消除辦法1) 產(chǎn)生原因： 1，構(gòu)成閉死容積Vb Vb由大小，p， 油液發(fā)熱，軸承磨損。 Vb由小大，p ， 氣蝕、噪聲、振動、金屬表面剝蝕。2) 危害：影響工作平穩(wěn)性、縮短壽命3) 措施：泵的前后蓋板或浮動軸套開卸荷槽4) 原則： Vb由大小，與壓油腔相通 Vb由小大，與吸油腔相通 保證吸、壓油腔始終不通外嚙合齒輪泵彩色立

8、體分解圖外嚙合齒輪泵彩色立體分解圖f和和g為后端蓋的卸荷槽為后端蓋的卸荷槽視頻1. 困油現(xiàn)象及消除辦法2. 徑向力不平衡及其減小措施2. 徑向力不平衡及其減小措施徑向力徑向力F是由沿齒輪圓周液體壓力產(chǎn)生的徑向力F1和由齒輪嚙合產(chǎn)生的徑向力F2組成1）原因：徑向液壓力分布不均 排油壓力越大，F(xiàn)1和F1越大 嚙合力F2和F2 從動輪徑向力從動輪徑向力比主動輪承受的徑向力大徑向力大，所以從動輪齒從動輪齒輪軸承早磨損輪軸承早磨損。2）危害：齒輪泵的徑向力齒輪泵的徑向力是影響齒輪泵壽命的重要原因。排油壓力p越大，徑向力越大，會使泵軸彎曲和泵體偏磨泵軸彎曲和泵體偏磨，加速軸承的磨損，降低了機(jī)械效率及軸承的

9、使用壽命。齒輪泵，特別是高壓齒輪泵，應(yīng)力求減小徑向力F。3）減小措施： 縮小壓油口；擴(kuò)大排油腔；擴(kuò)大吸油腔；開設(shè)平衡油槽 2. 徑向力不平衡及其減小措施3. 內(nèi)泄漏及減小內(nèi)泄漏的措施1) 泄漏途徑:端面(軸向)泄漏75-80% ql 徑向間隙 15-20% ql 嚙合處 2) 危害：v3) 減小泄漏的措施： a) 軸向間隙補(bǔ)償裝置 浮動軸套；浮動側(cè)板；彈性側(cè)板 壓緊力略大于反推力，減小端面間隙， 且保證壓緊力不至于過大，提高泵容積效 率和機(jī)械效率。 保證壓緊力與反推力的作用線重合， 以免產(chǎn)生力矩導(dǎo)致浮動軸套、浮動側(cè)板傾斜， 減小磨損，提高容積效率。 b) 徑向間隙補(bǔ)償 徑向間隙補(bǔ)償塊減小泄漏措

10、施：a) 減小軸向間隙 小流量：間隙0.025-0.04 mm 大流量：間隙0.04-0.06 mmb) 軸向間隙補(bǔ)償裝置 浮動軸套 浮動側(cè)板 彈性側(cè)板c) 徑向間隙補(bǔ)償裝置 徑向間隙補(bǔ)償塊視頻優(yōu)點(diǎn)：體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠， 自吸性能好，對油液污染不敏感，便于 制造、維修。缺點(diǎn)：效率低，流量脈動大，噪聲高。用途：工程機(jī)械、機(jī)床低壓系統(tǒng)。3.2.5 內(nèi)嚙合齒輪泵 內(nèi)嚙合齒輪泵有漸開線齒輪泵和擺線齒輪泵(擺線轉(zhuǎn)子泵)兩種。3.2.5內(nèi)嚙合齒輪泵n 特點(diǎn):n 漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵無困油現(xiàn)象，吸油充分，不會引起氣蝕；n 流量脈動小，噪聲小，振動?。籲 輪齒接觸應(yīng)力小，磨損小，壽命長n 結(jié)構(gòu)緊

11、湊，尺寸小，重量輕；n 主要零件的加工難度大，成本高。 1. 漸開線齒輪漸開線齒輪泵泵視頻特點(diǎn): 零件少，結(jié)構(gòu)緊湊，工作容積大； 吸油條件好 齒數(shù)少，流量脈動較大； 嚙合處間隙泄漏大； 齒形復(fù)雜，加工精度要求高，造價高。應(yīng)用：一般在系統(tǒng)中用于補(bǔ)油及潤滑等輔助泵使用,多用于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。視頻3.3葉片泵葉片泵的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較齒輪泵復(fù)雜,工作壓力較高,流量脈動小,噪聲較小,軸承受力平衡，壽命較長。單位體積排量大，可制成變量泵等優(yōu)點(diǎn)。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造工藝較復(fù)雜，自吸能力較差，實(shí)用工況范圍窄，對油液的污染也比較敏感。 應(yīng)用：機(jī)械制造中的專用機(jī)床、自動線等中低液壓系統(tǒng)中分類：葉片泵分為兩類，即完成一次吸、排

12、油液的單作用葉片泵和完成兩次吸、排油液的雙作用葉片泵。單作用葉片泵多為變量泵，工作壓力最大為7.0Mpa，雙作用葉片泵均為定量泵，一般最大工作壓力亦為7.0Mpa。視頻組成：轉(zhuǎn)子、定子、葉片、配油盤、殼體、端蓋等。特點(diǎn)： 定子和轉(zhuǎn)子偏心； 定子內(nèi)曲線是圓； 配油盤有二個月牙形 窗口。 葉片靠離心力伸出 密封工作腔（轉(zhuǎn)子、定子、葉片、配油盤組成） 吸油過程：葉片伸出V p 吸油； 排油過程：葉片縮回V p 排油。 旋轉(zhuǎn)一周，完成一次吸油，一次排油單作用泵 徑向力不平衡非平衡式葉片泵 （一個吸油區(qū)，一個排油區(qū)）1）排量排量:V=V1 -V2=B(R+e)-(R-e)=BRez4 其中：B 葉片寬度

13、 R - 定子內(nèi)半徑 e - 偏心距 -相鄰兩個葉片的夾角，=2/z。 z - 葉片的個數(shù)。因此，單作用葉片泵的排量為V=zV=4ReB 流量流量: q q= =wV V =2eBR2eBRw 式中 w-轉(zhuǎn)子角速度（rad/s） - -泵的容積效率。 單作用葉片泵的流量也是有脈動的，所以單作用葉片泵的葉片數(shù)葉片數(shù)取奇數(shù)奇數(shù)，以減小流量的脈動PVPVPV雙作用葉片泵的工作原理圖1231-定子2-轉(zhuǎn)子3-葉片內(nèi)腔型線：雙作用的是四段圓弧和四段內(nèi)腔型線：雙作用的是四段圓弧和四段過渡曲線。過渡曲線。圓型，有葉片槽。圓型，有葉片槽。3）.將定子內(nèi)表面輪廓做成略似橢圓形和轉(zhuǎn)子將定子內(nèi)表面輪廓做成略似橢圓形

14、和轉(zhuǎn)子同心安裝，可使泵，可使泵每轉(zhuǎn)產(chǎn)生兩次吸排，該泵稱為雙作用該泵稱為雙作用泵。泵。由于由于吸排區(qū)對稱分布吸排區(qū)對稱分布，轉(zhuǎn)子上，轉(zhuǎn)子上徑向作用力平衡徑向作用力平衡，軸承，軸承負(fù)載小。葉片數(shù)為偶數(shù)，一般負(fù)載小。葉片數(shù)為偶數(shù)，一般818片，其目的是為了平衡片，其目的是為了平衡徑向力。這種泵也徑向力。這種泵也稱卸荷式泵稱卸荷式泵，適用高壓場合，一般是定量，適用高壓場合，一般是定量泵。泵。 葉片泵壓力脈動小，因磨損而產(chǎn)生的工作壓力下降較小，葉片泵壓力脈動小，因磨損而產(chǎn)生的工作壓力下降較小，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪音較小，結(jié)構(gòu)緊湊，起動轉(zhuǎn)矩小。但吸入條件運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪音較小，結(jié)構(gòu)緊湊，起動轉(zhuǎn)矩小。但吸入條件較差，運(yùn)

15、動部件的工作可靠性較低。較差，運(yùn)動部件的工作可靠性較低。排量計算公式： V=2(R-r)B 式中，R和r分別為定子圓弧部分的長、段半徑流量： q=Vw =B(R-r)(R+r)- =B(R-r)(R+r)- w 式中 w-轉(zhuǎn)子的角速度； -葉片泵的容積效率PVcosdZPVPV 工作原理：是靠柱塞在缸體中作往復(fù)運(yùn)動造成密封容 積的變化來實(shí)現(xiàn)吸油與壓油的液壓泵。 優(yōu)點(diǎn)： 加工方便，可得到較高的配合精度，密封性能好，在高壓工作仍有較高的容積效率；只需改變柱塞的工作行程就能改變流量，易于實(shí)現(xiàn)變量；柱塞泵中的主要零件均受壓應(yīng)力作用，材料強(qiáng)度性能可得到充分利用。由于柱塞泵壓力高，結(jié)構(gòu)緊湊，效率高，流量調(diào)

16、節(jié)方便，故在需要高壓、大流量、大功率的系統(tǒng)中和流量需要調(diào)節(jié)的場合； 應(yīng)用：如龍門刨床、拉床、液壓機(jī)、工程機(jī)械、礦山冶金機(jī)械、船舶上得到廣泛的應(yīng)用。柱塞泵按柱塞的排列和運(yùn)動方向不同，可分為徑向柱塞泵徑向柱塞泵和軸向柱塞泵軸向柱塞泵兩大類。（一）工作原理 密封工作腔（缸體孔、柱塞底部） 由于斜盤傾斜放置，使得柱塞隨缸體轉(zhuǎn)動時沿軸線作往復(fù)運(yùn)動，底部密封容積變化，實(shí)現(xiàn)吸油、排油。 吸油過程：柱塞伸出Vp吸油； 排油過程：柱塞縮回vp排油。視頻缸體、柱塞、配油盤、斜盤 直軸式軸向柱塞泵的工作原理圖1-斜盤；2-滑履；3-回程盤；4-內(nèi)套筒；5-柱塞；6-彈簧；7-缸體；8-外套筒；9-主軸；10-配油盤

17、缸體配流盤配流盤柱塞滑履組柱塞滑履組一個密封空間:hAV hd42htgDhD tg24dVD tg排量:2/24pdVV zDtgz流量:2/24pvvdqVDtgz 式中： d - 柱塞直徑 D - 柱塞分布圓直徑 - 斜盤傾角 z - 柱塞數(shù) q tg , q ; q 。 改變 的大小變量泵； 改變 的方向雙向泵。24vdqD tgz流量脈動率：)2(sin2)4(sin222zzqz為奇數(shù)z為偶數(shù)結(jié)論：柱塞數(shù)為奇數(shù)時流量脈動小，柱塞數(shù)越多，脈動越小。 一般取 z = 7、9、11特點(diǎn)：容積效率高，壓力高。（v=0.97, p = 32 Mpa） （柱塞和缸體均為圓柱表面,易加工,精度高

18、，內(nèi)泄?。┙Y(jié)構(gòu)緊湊、徑向尺寸小，轉(zhuǎn)動慣量小;易于實(shí)現(xiàn)變量；構(gòu)造復(fù)雜,成本高；對油液污染敏感。 應(yīng)用：用于高壓、高轉(zhuǎn)速的場合。斜盤配油盤變量機(jī)構(gòu)壓盤缸體滑靴配油盤傳動軸 1、 斜盤式（缸體旋轉(zhuǎn)）滑靴柱塞軸軸缸缸體體斜斜盤盤 吸油口吸油口出油口出油口配流盤配流盤n滑靴：降低接觸應(yīng)力，減小磨損。n柱塞的伸出：由彈簧壓緊壓盤，有自吸能力。n變量機(jī)構(gòu)：手動變量機(jī)構(gòu)。 2、斜軸式（缸體旋轉(zhuǎn)）軸軸 柱塞柱塞 缸體缸體2 2、斜軸式（缸體旋轉(zhuǎn)斜軸式（缸體旋轉(zhuǎn)） 密封工作腔由缸體孔、柱塞底部、配流盤組成，由于缸體軸線與傳動軸有傾斜角度，使得柱塞隨缸體轉(zhuǎn)動時沿軸線作往復(fù)運(yùn)動，底部密封容積變化，實(shí)現(xiàn)吸油、壓油。 吸油過程：柱塞伸出Vp吸油； 壓油過程：柱塞縮回Vp壓油。A7V斜軸式軸向柱塞泵結(jié)構(gòu)示意圖實(shí)物1.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 定子不動 缸體（轉(zhuǎn)子）轉(zhuǎn)動 偏心距e 配油軸（不動） 襯套（與缸體緊配合）視頻2.排量和流量 排量： V= d2eZ/（2） 流量 : q=wV = deZw /（2） 式中 d-柱塞直徑；