第5章 液壓元件的基礎(chǔ)知識(shí)

第5章液壓元件的基礎(chǔ)知識(shí)目的任務(wù)掌握各類液壓泵的結(jié)構(gòu)、工作特點(diǎn)及選用。掌握各類液壓缸的工作特點(diǎn)，液壓缸的密封、緩沖和液壓馬達(dá)的工作原理。了解液壓輔助元件的功能。5.1液壓傳動(dòng)概述1.實(shí)例---液壓千斤頂(1)組成(2)工作原理(3)意義2.液壓系統(tǒng)的組成5.2

液壓泵功用

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。(1)工作原理(2)容積式泵正常工作的條件1、液壓泵的工作原理

5.2.1液壓泵的工作原理和性能參數(shù)

液壓泵正常工作的三個(gè)必備條件必須具有一個(gè)由運(yùn)動(dòng)件和非運(yùn)動(dòng)件所構(gòu)成的密閉容積；密閉容積的大小隨運(yùn)動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)作周期性的變化，容積由小變大——吸油，由大變小——壓油；密閉容積增大到極限時(shí)，先要與吸油腔隔開，然后才轉(zhuǎn)為排油；密閉容積減小到極限時(shí)，先要與排油腔隔開，然后才轉(zhuǎn)為吸油。吸油過(guò)程中油箱必須和大氣相通。

2.液壓泵的分類液壓泵的分類方式很多，它可按壓力的大小分為低壓泵、中壓泵和高壓泵。也可按流量是否可調(diào)節(jié)分為定量泵和變量泵。又可按泵的結(jié)構(gòu)分為齒輪泵、葉片泵和柱塞泵，其中齒輪泵和葉片泵多用于中、低壓系統(tǒng)，柱塞泵多用于高壓系統(tǒng)。(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(wú)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.液壓泵的主要性能參數(shù)

1)排量Vp

指不考慮泄漏情況下泵軸轉(zhuǎn)一周所排出的油液體積。2)流量指泵在單位時(shí)間內(nèi)輸出的油液體積。3)理論流量qt

指在不考慮泄漏的情況下，單位時(shí)間內(nèi)輸出的油液體積。常用單位為L(zhǎng)/min，它等于泵的排量Vp與其轉(zhuǎn)速n的乘積，即qt=Vp×n4)實(shí)際流量qp

指泵在實(shí)際工作壓力下輸出的流量。由于泵存在泄漏損失，所以泵的實(shí)際流量小于理論流量。5)額定流量qn

指泵在額定轉(zhuǎn)速和額定壓力下輸出的流量。即銘牌上標(biāo)出的流量。(2)排量和流量1)泵的功率：

Po=pp×qp

即泵的工作壓力和實(shí)際輸出流量的乘積2)泵的效率：

(3)泵的功率和效率例題

某液壓系統(tǒng)，泵的排量q＝10mL/r，電機(jī)轉(zhuǎn)速n＝1200rpm，泵的輸出壓力p=5Mpa泵容積效率ηv＝0.92，總效率η＝0.84，求：

1）泵的理論流量；

2）泵的實(shí)際流量；

3）泵的輸出功率；

4）驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率。練習(xí)1、齒輪泵1)外嚙合齒輪泵：①結(jié)構(gòu)

②工作原理5.2.2

常用液壓泵的工作原理和應(yīng)用

1)泄漏a.泄漏途徑齒側(cè)泄漏—約占齒輪泵總泄漏量的5%

徑向泄漏—約占齒輪泵總泄漏量的20%~25%

端面泄漏*—約占齒輪泵總泄漏量的75%~80%

泵壓力愈高，泄漏愈大b.解決方法：端面間隙補(bǔ)償采用靜壓平衡措施：在齒輪和蓋板之間增加一個(gè)補(bǔ)償零件，如浮動(dòng)軸套、浮動(dòng)側(cè)板。

③齒輪泵存在問(wèn)題

a.困油現(xiàn)象

液壓油在漸開線齒輪泵運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，因齒輪相交處的封閉體積隨時(shí)間改變，常有一部分的液壓油被封閉在齒間，如圖所示，稱為困油現(xiàn)象.b.后果

因液壓油不可壓縮將使外接齒輪泵產(chǎn)生極大的震動(dòng)和噪音.c.措施

在側(cè)板上開設(shè)卸荷槽，以防止其發(fā)生。2)困油

3)徑向作用力不平衡a.產(chǎn)生原因：液壓力b.分布規(guī)律：沿圓周從高壓腔到低壓腔，壓力沿齒輪外圓逐齒降低。p↑，徑向不平衡力增大齒輪和軸承受到很大的沖擊載荷，產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。c.改善措施：縮小壓油口，以減小壓力油作用面積。增大泵體內(nèi)表面和齒頂間隙開壓力平衡槽，會(huì)使容積效率減小.2）高壓齒輪泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)a.結(jié)構(gòu)特點(diǎn):減小徑向不平衡力提高軸與軸承的剛度對(duì)端面間隙采用自動(dòng)補(bǔ)償裝置b.工作性能:壓力可達(dá)10-16MPa3）內(nèi)嚙合齒輪泵：(1)結(jié)構(gòu)①漸開線齒形②擺線齒形(2)性能2、葉片泵

優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、壓力脈動(dòng)小，噪音小；結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小、流量大；缺點(diǎn)：對(duì)油液要求高，如油液中有雜質(zhì)，則葉片容易卡死；與齒輪泵相比結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。

應(yīng)用:機(jī)械制造中的專用機(jī)床、自動(dòng)線等中、低壓液壓系統(tǒng)中。

結(jié)構(gòu)形式：一種是單作用葉片泵，另一種是雙作用式葉片泵。(1）雙作用葉片泵a)結(jié)構(gòu):定子內(nèi)表面近似橢圓，轉(zhuǎn)子和定子同心安裝，有兩個(gè)吸油區(qū)和兩個(gè)壓油區(qū)對(duì)稱布置。b)特點(diǎn):轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，完成兩次吸油和壓油。雙作用葉片泵大多是定量泵。

(2）單作用葉片泵a)結(jié)構(gòu):由轉(zhuǎn)子1、定子2、葉片3和端蓋等組成。定子具有圓柱形內(nèi)表面，定子和轉(zhuǎn)子的間有偏心距e，葉片裝在轉(zhuǎn)子槽中，并可在槽內(nèi)滑動(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。b)特點(diǎn):單作用葉片泵只要改變轉(zhuǎn)子和定子的偏心距e和偏心方向，就可以改變輸油量和輸油方向，成為變量葉片泵。3、柱塞泵a)特點(diǎn)與齒輪泵和葉片泵相比，該泵能以最小的尺寸和最小的重量供給最大的動(dòng)力，為一種高效率的泵，但制造成本相對(duì)較高.b)應(yīng)用

用于高壓、大流量、大功率的場(chǎng)合。c)結(jié)構(gòu)形式軸向式和徑向式

柱塞沿徑向放置的泵稱為徑向柱塞泵，柱塞軸向布置的泵稱為軸向柱塞泵。為了連續(xù)吸油和壓油，柱塞數(shù)必須大于等于3。(1)徑向柱塞泵a)工作原理b)特點(diǎn)c)應(yīng)用場(chǎng)合

(2）軸向柱塞泵a)工作原理

直軸式（圖a）斜軸式（圖b）b)特點(diǎn)c)應(yīng)用5.2.3液壓泵的選用

液壓泵的選擇，通常是先根據(jù)對(duì)液壓泵的性能要求來(lái)選定液壓泵的型式，再根據(jù)液壓泵所應(yīng)保證的壓力和流量來(lái)確定它的具體規(guī)格。1.確定液壓泵的輸出流量液壓泵的輸出流量取決于系統(tǒng)所需最大流量及泄漏量，即Q泵≥K流.×Q缸式中：

Q泵—液壓泵所需輸出的流量，m3/min。

K流—系統(tǒng)的泄漏系數(shù)，取1.1~1.3Q缸一液壓缸所需提供的最大流量，m3/min。若為多液壓缸同時(shí)動(dòng)作，Q缸應(yīng)為同時(shí)動(dòng)作的幾個(gè)液壓缸所需的最大流量之和。

2.確定液壓泵的工作壓力液壓泵的的工作壓力是根據(jù)執(zhí)行元件的最大工作壓力來(lái)決定的，考慮到各種壓力損失，泵的最大工作壓力P泵可按下式確定：

P泵≥k壓×P缸式中：P泵

一液壓泵所需要提供的壓力

k壓一系統(tǒng)中壓力損失系數(shù),取1.3-1.5

P缸

一液壓缸中所需的最大工作壓力選擇液壓泵的原則是否要求變量：徑向柱塞泵、軸向柱塞泵、單作用葉片泵是變量泵。工作壓力：柱塞泵壓力31.5MPa；葉片泵壓力6.3MPa,高壓化以后可達(dá)16MPa；齒輪泵壓力2.5MPa，高壓化以后可達(dá)21MPa。工作環(huán)境：齒輪泵的抗污染能力最好。噪聲指標(biāo)：低噪聲泵有內(nèi)嚙合齒輪泵、雙作用葉片泵和螺桿泵，雙作用葉片泵和螺桿泵的瞬時(shí)流量均勻。效率：軸向柱塞泵的總效率最高；同一結(jié)構(gòu)的泵，排量大的泵總效率高；同一排量的泵在額定工況下總效率最高。3.確定液壓泵的類型

練習(xí)例：如圖所示的液壓系統(tǒng)，巳知負(fù)載F=30000N，活塞有效面積A=0.01m2，空載時(shí)的快速前進(jìn)的速度為0.05m/s，負(fù)載工作時(shí)的前進(jìn)速度為0.025m/s，選取k壓＝1.5，k流＝1.3＝0.75，.試從下列已知泵中選擇一臺(tái)合適的泵，并計(jì)算其相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)功率。已知泵如下：YB-32型葉片泵，Q額＝32L/min，p額＝63kgf/cm2YB-40型葉片泵，Q額.＝40L/min，p額＝63kgf/cm2YB-50型葉片泵，Q.額.＝50L/min，p額＝63kgf/cm25.3

液壓缸和液壓馬達(dá)功用

將液壓泵供給的液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能而對(duì)負(fù)載作功，實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。5.3.1

液壓缸的類型和特點(diǎn)1.活塞式液壓缸(1)雙活塞桿液壓缸

a)結(jié)構(gòu)b)推力與速度F=(p1-p2)A=π(D2-d2)(p1-p2)/4v=q/A=4q/π(D2-d2)c)工作特點(diǎn)(2)單活塞桿液壓缸a)結(jié)構(gòu)b)推力與速度無(wú)桿腔進(jìn)油F1=p1A1-p2A2=π[D2p1-(D2-d2)p2/4v1=q/A1=4q/πD2有桿腔進(jìn)油)F2=p1A2-p2A1=π[(D2-d2)p1-D2p2]/4

v2=q/A2=4q/π(D2-d2兩腔同時(shí)進(jìn)油F3=p1（A1-A2）

=πd2p1/4

v3=q/A1-A2=4q/πd2c)工作特點(diǎn)單桿活塞液壓缸不同連接，可實(shí)現(xiàn)如下工作循環(huán)：（差動(dòng)連接）（無(wú)桿腔進(jìn)油）（有桿腔進(jìn)油）快進(jìn)→工進(jìn)→快退2.柱塞式液壓缸(1)結(jié)構(gòu)(2)工作原理(3)推力與速度

F=pA=πd2p/4v=q/A=4q/πd2

(4)特點(diǎn)3.擺動(dòng)式液壓缸

(1)結(jié)構(gòu)(2)工作原理(3)特點(diǎn)4.其他液壓缸(1)增壓缸a.工作原理b.應(yīng)用(2)伸縮式液壓缸

a.工作原理b.應(yīng)用(3)齒條液壓缸

a.工作原理b.應(yīng)用5.3.2

液壓缸的密封、緩沖和排氣1.密封a)必要性b)密封方法間隙密封、密封圈密封2.緩沖a)必要性b)緩沖原理增加回油阻力3.排氣a)必要性b)排氣方法安裝排氣孔、排氣塞5.3.3

液壓馬達(dá)功用將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為連續(xù)回轉(zhuǎn)的機(jī)械能.

其內(nèi)部構(gòu)造與液壓泵類似，差別僅在于液壓泵的旋轉(zhuǎn)是由電機(jī)所帶動(dòng)，輸出的是液壓油；液壓馬達(dá)則是輸入液壓油，輸出的是轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。因此，液壓馬達(dá)和液壓泵在細(xì)部結(jié)構(gòu)上存在一定的差別。1、液壓馬達(dá)類型和特點(diǎn)(1)葉片式a)工作原理b)特點(diǎn)c)應(yīng)用(2)軸向柱塞式a)工作原理b)特點(diǎn)c)應(yīng)用2.液壓馬達(dá)的主要性能參數(shù)(1)轉(zhuǎn)速n(2)總效率

η=ηm·ηv(3)轉(zhuǎn)矩T

5.4

液壓輔助元件5.4.1油箱1.作用

儲(chǔ)油、散熱、沉淀雜質(zhì)、逸出空氣2.結(jié)構(gòu)3.油箱的容積5.4.2過(guò)濾器1.作用濾除油中雜質(zhì)，保持油液清潔2.類型和特點(diǎn)

網(wǎng)式線隙式紙芯質(zhì)燒結(jié)式3.安裝位置

安裝在吸油管路上保護(hù)液壓泵安裝在壓油管路上保護(hù)除泵和溢流閥以外的所有件且應(yīng)并聯(lián)一安全閥。安裝在回油管路上5.4.3油管和管接頭1.油管(1)種類