液压油泵.ppt

液压传动 东昌学院 机电工程系崔传辉 第一节概述 第三章液压泵 一 液压泵的作用 泵 能量转换装置 泵的作用 把机械能转化为液压能 压力能 即向液压系统提供工作所需要的具有一定 能量 压力和流量的液压油 从而驱动系统中的各液压执行装置完成各种规定的动作 泵由原动机 电机或内燃机来带动 二 工作原理1 液压泵工作过程 液压传动所用的液压泵都是容积式泵 即靠密闭容积的变化来吸油和排油 吸油口和排油口在泵内被隔开 所以 对这类泵 只要能够实现容积变化就能吸 排液体 2 液压泵正常工作的基本条件 在结构上具有一个或多个密封且可以周期性变化的工作容积 当工作容积增大时 完成吸油过程 当工作容积减小时 完成排油过程 液压泵的输出流量与此空间的容积变化量和单位时间内的变化次数成正比 与其它因素无关 具有相应的配油机构 将吸油过程与排油过程分开 油箱内液体的绝对压力必须恒等于或大于大气压力 三 液压泵分类 油泵 齿轮泵 柱塞泵 外啮合内啮合双联齿轮泵 单作用双作用 轴向径向 直轴 斜盘 斜轴 按流量 排量 变化分类 定量泵 变量泵 叶片泵 按结构分类 四 各油泵代号及职能符号代号 铭牌 1 齿轮油泵CBCB 齿轮油泵1 系列2 压力分级 ABCDE 查液压传动手册 3 理论排量ml r4 安装形式5 连接形式 B 板式 F 法兰 L 管式 1 2 3 4 5 2 叶片油泵YB 3 轴向柱塞油泵ZB职能符号 各种都相同 1 单向定量泵2 单向变量泵3 双向变量泵 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 五 液压泵的基本参数 1 压力 1 工作压力 2 额定压力 3 最高压力 1 工作压力液压泵的工作压力是指泵工作时所输出的油液的实际压力 指泵出口处的压力pB 压力大小取决于外载的大小 2 额定压力在泵的铭牌上所标的都是指泵的额定压力 是指液压泵能够正常工作的最大工作压力 是在正常工作时不允许超过的压力值 机械工业部 泵压力分级 3 最高压力是指液压泵密封能力和结构强度使它达到的最大工作压力 后两种压力不是泵实际工作时的压力 切勿混淆 1 理论流量 2 实际流量 3 额定流量 2 流量 1 排量 即理论排量 用qB表示 在不泄漏情况下 液压泵一转理论上所排出的液体体积 大小取决于泵的密封工作腔的几何尺寸 是泵的结构参数 为一固有值 与速度等无关 单位 m3 r或l r 2 理论流量QBt 无泄漏情况下 单位时间内所能输出的液体体积 m3 s 理论流量QBt qBnB其中 nB泵轴转速 r s 3 实际的流量QB 单位时间内的流量 是由泄漏等造成的 QB QBt Q VQBt 4 额定流量 在额定转速及额定压力下泵输出的流量 3 泵功率 输出功率 NB pBQB输入功率 NBi MBwB 2 nBMB理论上的功率 NBit MBtwB 2 nBMBt4 泵的输入扭矩泵每转理论上输出的液压能 pBqB泵每转理论上输入的机械能 MBt2 所以 pBqB MBt2 则泵的理论输入扭矩MBt pBqB 2 泵的输入扭矩MB MBt m 5 泵的效率泵的效率分为容积效率和机械效率容积效率 V QB QBt QB QBt Q 容积效率的大小反应了泵内流量方面的漏失情况 机械效率 m MBt MB实际上是由于存在机械摩擦 使得MB MBt泵总效率 NB NBi pBQB 2 nBMB m V 6 泵转速额定转速 泵正常工作时的转速 保证泵具有一定的自吸能力和避免气蚀现象产生的转速 最高转速 由泵结构强度限定的最大转速 最低转速 由于泵的内泄漏 导致泵的容积效率显著降低 不能充分发挥泵的潜力 由前面公式可以看出 MNQ n适合于各式油泵 唯一变化的仅仅是各种泵的每转排量qB 第二节齿轮泵一 结构及作用原理 并联式 增加泵流量 1 分类 啮合形式 外啮合形式 内啮合形式 齿轮数 两齿轮式 多齿轮式 串联式 增加泵压 2 结构主要由齿轮 泵体 前盖板 后盖板等组成 齿轮泵结构动画 3 作用原理 密封工作腔 齿轮 壳体 端盖 啮合线组成吸油腔 排油腔 吸油过程 轮齿脱开啮合 V p 吸油排油过程 轮齿进入啮合 V p 排油 外啮合齿轮泵 由盖板 泵壳体和齿轮组成了一个密封腔体 而相啮合的两个同模数齿轮的啮合线 将此容积分为左 右两部分 吸油区和压油区 当这对齿轮按图示方向旋转时 啮合线右侧脱开接触 开口 容积增大 形成部分真空 通过壳体上的吸油孔从油箱吸油 而啮合线的另一侧 左侧 的轮齿进入啮合 填充 容积减小 使这部分密闭容积内的液体受压后 通过壳体排出孔排液 齿轮连续运动就完成了一转一次的吸油和排油过程 二 参数计算排量qB外啮合齿轮的每转排量可以看作是一对齿轮的啮合体积之和 我们把它看作是一齿条 泵工作时凹处部分的液体全部排出 qB 2chbzc 节圆上齿间宽度 h 轮齿高度 z 齿数 b 齿宽根据齿轮啮合原理有 c m 2 h 2mm 模数所以qB 2 zbm2 修正由于齿轮的齿间体积大于轮齿体积 故将上式修正为 qB 6 66 7 zbm2齿少取上限 齿多取下限 显然 当齿轮泵结构一定 齿轮泵每转排量也就确定不变了 因此 齿轮油泵是定量泵 流量 Bt 6 66 7 zbm2nQB BV Bt容积效率一般 70 90 三 齿轮泵性能分析四个方面的问题1 流量脉动上式是齿轮泵的平均流量 实际由于齿轮在啮合过程中压油腔的容积变化率是变化的 不是常数 所以每一刻的流量 瞬时流量 也是变化的 流量的脉动影响液压执行元件的运动平稳性 引起振动 对液压系统有不利影响 脉动率 在啮合齿轮的设计中 增大啮合角及齿数 减少重叠度系数 均可降低脉动性 在容积式泵中 齿轮泵的流量脉动性最大 在实际工程系统中可以在泵出口加蓄能器予以调节 产生原因 1 构成闭死容积VbVb由大 小 p 油液发热 轴承磨损 Vb由小 大 p 气穴现象 2 困油现象 危害 影响工作 缩短寿命 气蚀 噪声 振动 金属表面剥蚀 措施 开卸荷槽原则 Vb由大 小 与压油腔相通 Vb由小 大 与吸油腔相通 并保证吸 压油腔始终不通 具体描述 齿轮啮合中 前一对齿轮退出啮合之前 后一对齿已经进入啮合 即重叠度系数大于1 保证了吸油区和压油区 即高低压腔之间总不连通和运动的平稳性 这样导致在很短的时间内有两对齿同时啮合 在两啮合齿之间就形成了一个封闭腔 当齿轮继续旋转时 封闭腔容积的大小会经历从大到小 又从小到大这样一个过程 腔体的压力会急剧升高和降低 这种现象称为困油现象 困油现象是有害的 被困油液压力周期性的升高和下降会引起振动 噪音和空穴 气蚀 现象 为了减轻困油现象 通常在齿轮泵两侧端盖上铣两个卸荷槽 对于中心线而言 有对称开的 也有不对称开的 还有的开圆形盲孔卸荷槽的 卸荷槽之间的尺寸a有要求 应保证困油空间在达到最小位之前与压油腔连通 过了最小位置后与吸油腔连通 a不能过小 否则压油腔和吸油腔连通 容积效率降低 3 径向力不平衡 1 原因 径向液压力分布不均 啮合力 2 危害 轴承磨损 刮壳 3 措施 缩小压油口 增加径向间隙等压油口缩小后 安装时注意不能反转 4 泄漏问题 1 泄漏途径 轴向间隙 端盖 80 ql径向间隙15 ql啮合处5 ql 2 危害 v 3 防泄漏措施 减小轴向间隙 提高加工精度 轴向间隙补偿装置浮动侧板浮动轴套 提高齿轮泵压力的措施 减少端面泄漏 一般采用间隙自动补偿浮动轴套 四 齿轮泵的优缺点优点 1 结构简单 紧凑 价格便宜 是同流量泵中体积最小的一种 2 吸入性能好 在高 低转速下都能可靠地工作 3 对污物不敏感 不易咬死 因此广泛应用于精度要求不很高 不清洁环境工作的机械上 缺点 齿轮泵排量 压力提高受到限制 因此 只适用于低压 中压 中等转速的液压系统中 可以采用其它类型 如内啮合 转子泵 螺杆泵等 五 内啮合齿轮泵 1 渐开线齿轮泵一对相互啮合的小齿轮和内齿轮与侧板所围成的密闭容积被啮合线和月牙板分隔成两部分 当传动轴带动小齿轮旋转时 内齿轮同向旋转 上半部分轮齿脱开啮合 所在的密闭容积增大 为吸油腔 下半部分轮齿进入啮合 所在密闭容积减少 为压油腔 特点 结构紧凑 尺寸小 重量轻 流量脉动小 噪声小 无困油现象 2 摆线齿轮泵 转子泵 特点 结构简单 体积小重叠系数大 传动平稳吸油条件好脉动小 噪声小齿形复杂 加工精度要求高 造价高 应用 机床低压系统 NB QT内啮合齿轮泵 六 齿轮泵的常见故障及排除方法 优点 输出流量均匀 脉动小 噪声低 体积小 缺点 自吸性能差 对油液污染敏感 结构较复杂 分类 单作用 每转排油一次 双作用 每转排油两次 第三节叶片泵 利用安装在转子中可径向伸缩的叶片 将转子 定子 和侧盖所包围的空间分隔成若干个密封的工作容积 实现吸 排油的液压泵 一 单作用叶片泵 1 结构 转子 定子 叶片 配油盘 壳体 端盖等 结构特点 定子和转子偏心 定子内曲线是圆 配油盘有二个月牙形窗口 叶片靠离心力伸出 叶片泵结构动画 2 工作原理 密封工作腔 转子 定子 叶片 配油盘组成 吸油过程 叶片伸出 V p 吸油 排油过程 叶片缩回 V p 排油 旋转一周 完成一次吸油 一次排油 单作用泵径向力不平衡 非平衡式叶片泵 一个吸油区 一个排油区 3 排量计算不考虑叶片厚度和叶片倾角或者叶片径向放置无倾角 排量 qB zB A2 B2 式中 z 叶片数 B 叶片宽度 2 z A 长半径 R e B 短半径 R e e 偏心距R 定子半径所以 D 定子直径 若考虑叶片厚度 及倾角 排量为 二 双作用叶片泵 1 结构特点 定子和转子同心 定子内曲线由四段圆弧和四段过渡曲线组成 配油盘上有四个月牙形窗口 2 工作原理 旋转一周 完成二次吸油 二次排油 双作用泵径向力平衡 平衡式叶片泵又称为卸荷式叶片泵两个吸油区 两个排油区 3 流量计算排量 qB 2B R2 r2 z R r cos B 叶片宽度R 定子内表面曲线的长半径r 定子内表面曲线的短半径 叶片厚度 叶片倾角 实际流量 QB qBn n 转速 效率 4 双作用叶片泵的结构特点 1 构成了两个吸油区和两个压油区 并且是对称的 只要是工作油腔数 即叶片数 为偶数 则作用在转子上的油压作用力是完全平衡的 2 定子曲线由四段圆弧和四段过渡曲线组成 3 配油盘有两个配油盘 一个为压油盘 端面上开有环槽C 它通过四个小孔与压油腔的压力油相通 使压力油作用于各叶片的底部 可以增加叶片对定子的压紧力 防止漏油 一个为吸油盘 压油窗口上开有三角槽 其作用是当两相邻叶片从吸油口吸满油向压油口过渡时 首先通过三角槽逐渐与压油口接通 以避免高 低压区突然接通而产生的液压冲击和噪音 4 叶片倾角双作用叶片泵 叶片倾斜方向 与转子的转向相同 单作用叶片泵 叶片倾斜方向 与转子的转向相反 双向变量叶片泵 叶片沿径向 不倾斜 这与双作用泵过渡曲线的升程有关 这样可以防止作用在叶片上的切向力过大引起的叶片折断以及因切向力过大导致的摩擦力过大 使叶片滑动困难甚至卡死的现象出现 这一点在维修和使用中要注意转动方向尤为重要 5 叶片的新式结构当前叶片 把压油口的高压油引入到叶片底部 增加叶片对定子的压紧力 防止漏油 问题 当叶片经过压油腔时 叶片顶部也受到高压的作用 这与根部的高压油的作用力基本抵消 采取的措施是 叶片顶部斜面 与定子的接触面积小 可增大压紧力 问题 当叶片经过吸油腔时 叶片顶部不再有高压油 因此叶片顶部与定子接触处就有很大的作用力 相对运动时会产生强烈的磨损 影响寿命 为了解决叶片卸荷问题 目前有以下几种办法 a 采用双叶片结构叶片分成两部分 两片中间开有槽 使根部的压力油能通过槽到达顶部 根部压力高 顶部压力低时 可起阻尼孔的作用 在根部和顶部形成压力差 推动叶片压在定子上 根部和顶部压力都很高时压力可以互通抵消 叶片和定子有两个接触面增加了密封的可靠性 b 采用母子式结构 又称复合叶片式 母子式结构原理图通过低压区通过高压区低压区 中部小面积通压力油 高压区 根部与中部通压力油 与顶部压力平衡 三 叶片泵的特点及应用优点 1 结构紧凑 体积小 重量轻 2 流量较均匀 比齿轮式泵 噪音小 适用于平稳工作 3 V高 最高可达95 以上 一般75 85 缺点 1 吸入条件高 2 易于咬死 工作稳定性差 3 结构复杂 对齿轮泵 零件制造精度高 4 轻微困油 应用 适用于低 中压 中快速 力中等的条件下 机床行业应用得较广 工程机械应用较少 四 单双作用叶片泵结构对照 目的 功率的合理利用 节约能源 减少油液发热引起的问题 液压油不变质 寿命延长等 分类 限压式变量泵分外反馈和内反馈式两种 调节原理 改变定子与转子的偏心距 限压式变量叶片泵利用泵压力 负载压力 的反馈 达到调节压力的目的 单作用式叶片泵的转子受到来自压油腔作用的单向压力 使轴承上所受载荷较大 故称为非卸荷式 这是单作用式叶片泵的一个缺点 限压式变量叶片油泵却正是利用单向压力这一特点来进行压力反馈以达到调节流量的目的 五 限压式变量叶片泵 限压式变量叶片泵 1 结构特点 弹簧 反馈柱塞 限位螺钉 转子中心固定 定子可以水平移动 外反馈 限压 2 工作原理 靠反馈力和弹簧力平衡 控制偏心距的大小 来改变流量 流量 压力特性方程设定子开始移动时的临界压力为PB 定子与转子之间的偏心 设弹簧的预压缩量为xe 定子刚刚开始移动时的平衡方程 液压泵的反馈压力 工作压力 为p时 定子的平衡方程 式中 A活塞面积 ks弹簧常数 x定子位移 由 1 2 3 4 式 液压泵的实际输出流量 由 5 6 7 式 由 3 式 代入上式 调节限位螺钉 qmax变 改变弹簧刚度 pmax变 BC斜率变 流量 压力特性曲线 六 叶片泵的常见故障及排除方法 第四节柱塞泵 轴向式 径向式 按结构分 有斜盘轴向柱塞泵 斜轴轴向柱塞泵和径向柱塞泵 结构特点 缸体转动 斜盘 配油盘不动 1 结构 柱塞伸出 低压油压出机械装置 一 斜盘轴向柱塞泵 柱塞泵结构动画 组成部分 缸体 柱塞 配油盘 斜盘 密封工作腔 缸体孔 柱塞底部 由于斜盘倾斜放置 使得柱塞随缸体转动时沿轴线作往复运动 底部密封容积变化 实现吸油 排油 吸油过程 柱塞伸出 V p 吸油 排油过程 柱塞缩回 V p 排油 在油缸体每转中 每一柱塞往复运动一次 完成吸 排油各一次 因此 每一柱塞是一单缸单作用往复泵 2 工作原理 3 泵基本参数计算 轴向柱塞式 排量 qB d2hz 4式中 h 柱塞行程 h Dtg z 柱