第四章 液压泵和液压马达.ppt

液压泵和液压马达 第四章 一 作用和分类 4 1概述 液压泵是一种能量转换装置 它把驱动电机的机械能转换成输到系统中去的油液压力能 供液压系统使用 液压马达也是一种能量转换装置 它把输来油液的压力能转换成机械能 使主机的工作部件克服负载及阻力而产生运动 定量泵 定量马达 变量泵 变量马达 液压泵和液压马达的种类按其排量能否调节分为 齿轮式叶片式柱塞式螺杆式 按结构形式可分为 液压泵的工作原理 液压传动系统中使用的液压泵都是容积式的 液压马达的工作原理 液压马达是产生连续旋转运动的执行元件 从原理上讲 向容积式泵中输入压力油 使其轴转动 输出转矩和转速 即成为液压马达 大部分容积式泵都可作液压马达使用 但在结构细节有些不同 二 压力 排量和流量 工作压力 指液压泵 马达 实际工作时的压力 对于泵工作压力指它的输出压力 对于马达工作压力指它的输入压力 额定压力 指液压泵 马达 在正常工作条件下按试验标准规定的连续运转的最高压力 超过此值即为过载 压力 排量 指液压泵 马达 轴每转一转 由其密封容腔几何尺寸变化计算得到的排出 输入 液体的体积 亦即无泄漏情况下 其轴转一转所能排出 所需输入 的液体体积 排量 额定流量 指液压泵 马达 在正常工作条件下按试验标准规定必须保证的流量 亦即在额定转速和额定压力下由泵输出 或输入到马达中去 的流量 流量 理论流量 qt Vn 指液压泵 马达 在单位时间内由其密封容腔几何尺寸变化计算而得的排出 输入 的液体体积 亦即无泄漏情况下 单位时间内所能排出 所需输入 的液体体积 因泵和马达存在内泄漏 故额定流量和理论流量的值不同 三 功率和效率 若不考虑液压泵 马达 在能量转换过程中的损失 则输出功率等于输入功率 即它们的理论功率为 式中 Tt 液压泵 马达 的理论转矩 液压泵 马达 的角速度 容积损失 因内泄漏 气穴和油液的高压压缩 内泄漏为主 引起的流量损失 事实上 液压泵 马达 在能量转换过程中是有损失的 功率损失可分为容积损失和机械损失两部分 容积损失用容积效率来表示 是实际输出流量与理论流量之比 机械损失 因摩擦而引起的转矩损失 液压马达 液压泵 马达 的总效率是其输出功率和输入功率之比 等于容积效率和机械效率的乘积 即 液压泵 马达 的各个参数和压力之间的关系曲线 4 2齿轮泵 齿轮泵是液压系统中广泛采用的一种液压泵 按结构不同 分为外啮合式和内啮合式两类 一 外啮合齿轮泵的工作原理 1 结构 齿轮 壳体 端盖等 2 工作原理 密封工作腔 齿间槽 壳体 端盖组成啮合线 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 二 流量计算和流量脉动 外啮合齿轮泵排量V可近似为它的两个齿轮的齿间槽容积之总和 即 事实上齿间槽容积比轮齿体积稍大 故通常取 齿轮泵的实际输出平均流量 齿轮啮合过程中压油腔的容积变化率不均匀 导致齿轮泵的瞬时流量产生脉动 流量脉动率 表示为 式中 qmax qmin 最大 最小瞬时流量 外啮合齿轮泵的齿数越少 脉动率越大 其值最高可达0 20以上 内啮合齿轮泵的流量脉动率小得多 三 外啮合齿轮泵的结构特点和优缺点 1 产生原因 1 构成闭死容积Vb 图a至图b Vb由大 小 p 油液发热 轴承磨损 图b至图c Vb由小 大 p 汽蚀 噪声 振动 金属表面剥蚀 一 困油 2 危害 影响工作 缩短寿命 3 措施 两侧端板上开卸荷槽 原则 Vb由大 小 与压油腔相通Vb由小 大 与吸油腔相通保证吸 压油腔始终不通 二 泄漏 1 泄漏途径 端面间隙80 径向间隙15 啮合处间隙5 2 危害 V p 3 防泄措施 首要问题是减小端面间隙 三 径向力不平衡 1 原因 径向液压力分布不均2 危害 轴承磨损 刮壳 3 措施 缩小压油口 增加径向间隙 四 优缺点 优点 结构简单 尺寸小 重量轻 便于制造与维修 价格低廉 工作可靠 自吸性能好 容许的吸油真空度大 对油液污染不敏感 缺点 磨损严重 效率低 流量脉动大 噪声高 用途 工程机械 机床低压系统 四 提高外啮合齿轮泵压力的措施 P66 P67 五 螺杆泵和内啮合齿轮泵 一 螺杆泵 螺杆泵实质是一种外啮合的摆线齿轮泵 泵内的螺杆可有两个 也可有三个 螺杆泵的结构示意及工作原理见P67图4 8 优点 结构简单 紧凑 体积小 重量轻 运转平稳 输油均匀 噪声小容许采用高转速 容积效率高 90 95 对油液污染不敏感 缺点 螺杆形状复杂 加工较困难 不易保证精度 二 内啮合齿轮泵 特点 结构紧凑 尺寸小 重量轻 流量脉动小 噪声小 1 渐开线齿轮泵 内啮合齿轮泵有渐开线齿轮泵和摆线齿轮泵两种 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 4 3叶片泵 叶片泵在工作机械的中高压系统中得到了广泛应用 有单作用式和双作用式两大类 一 单作用叶片泵 一 工作原理 单作用泵 非平衡式 变量泵 每转吸油压油各一次 组成 转子定子叶片配油盘壳体端盖 二 流量计算 单作用叶片泵的实际输出流量为 式中 b 叶片宽度 e 转子与定子间的偏心 D 定子内径 单作用叶片泵的流量也有脉动 叶片数越多 流量脉动率越小 奇数叶片泵的脉动率比偶数的小 因此单作用叶片泵的叶片数总取奇数 一般为13或15片 改变定子和转子之间的偏心便可改变流量 偏心反向时 吸油压油方向也相反 压油腔叶片顶部受到压力油的作用 该作用把叶片推入转子槽内 为使叶片顶部可靠地和定子内表面接触 压油腔一侧的叶片底部要通过特殊沟槽和压油腔相通 吸油腔一侧的叶片底部要和吸油腔相通 此处叶片仅靠离心力的作用顶在定子内表面上 转子受到不平衡的径向液压作用力 该泵一般不宜用于高压 三 特点 二 双作用叶片泵 一 工作原理 双作用泵 平衡式 每转吸油压油各两次 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 二 流量计算 双作用叶片泵的实际输出流量为 式中 R r 定子圆弧部分的长短半径 叶片倾角 z 叶片数 s 叶片厚度 若不考虑叶片厚度 双作用叶片泵的瞬时流量应是均匀的 但实际叶片是有厚度的 瞬时流量会出现微小脉动 但较其它形式的泵 螺杆泵除外 小得多 且叶片数为4的倍数时最小 因此双作用叶片泵的叶片数一般取12或16片 三 提高双作用叶片泵压力的措施 减小作用在叶片底部的油液压力 减小叶片底部承受压力油作用的面积 三 限压式变量叶片泵 重要结构 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 调节限位螺钉 qmax变 改变弹簧刚度 pmax变 BC斜率变 外反馈限压式变量叶片泵的流量 压力特性曲线 优缺点及应用 优点 功率利用合理 简化液压系统缺点 结构复杂 泄漏增加 m v 应用 要求执行元件有快速 慢速和保压的场合 4 4柱塞泵 柱塞泵在是依靠柱塞在其缸体内往复运动时密封工作腔的容积变化实现吸油和压油的 一 轴向柱塞泵 一 工作原理 轴向柱塞泵有斜盘式和斜轴式两种 主要组成 缸体 柱塞 配油盘 斜盘 二 流量计算 轴向柱塞泵的实际输出流量为 式中 斜盘轴线与缸体轴线间的夹角 D 柱塞分布圆直径 z 柱塞数 d 柱塞直径 柱塞数为奇数时流量脉动小 柱塞数越多 流量脉动越小 一般取z 7 9 11 轴向柱塞泵结构紧凑 径向尺寸小 重量轻 转动惯量小 易于实现变量 压力可以很高 对油液污染敏感 三 斜盘式轴向柱塞泵 斜盘式轴向柱塞泵的传动轴中心线与缸体中心线重合 前述柱塞头部和斜盘为点接触 因接触应力大 一般限用于小流量和中高压 p 10MPa 场合 一种滑靴式结构 改善了柱塞头部和斜盘的接触情况 使用该结构的轴向柱塞泵压力可达32MPa以上 流量也可很大 四 斜轴式轴向柱塞泵 五 变量控制机构 该泵的传动轴相对于缸体中心线倾斜一个角度 原理见P75图4 17 轴向柱塞泵可安装各种变量控制机构来变更斜盘或斜轴相对于缸体轴线的夹角 以调节流量 控制方式 手动控制 液压控制 电气控制等多种方式 具体见P75 二 径向柱塞泵 一 工作原理 结构特点 定子不动转子 缸体 转动偏心距e配油轴 不动 衬套 与缸体紧配合 二 流量计算 径向柱塞泵的实际输出流量为 式中 e 转子和定子间的偏心矩 径向柱塞泵的流量脉动情况与轴向柱塞泵类似 该泵上也可安装各种变量控制机构 4 5液压马达 液压马达是把液压能转换为机械能的元件 按结构可分为齿轮式 叶片式和柱塞式等 一 工作原理 改变供油方向 马达反转 双向马达 改变斜盘倾角 排量及转速变 变量马达 应用 高转速 较大扭矩的场合 二 主要参数 液压马达能产生的理论转矩 实际转矩 液压马达的转速 4 6摆动液压马达 摆动液压马达是实现往复旋转运动的执行元件 结构比连续旋转的液压马达简单 叶片式应用较多 主要结构 叶片 缸体 输出轴 密封装置 单叶片式 摆角 300o 输出转矩和角速度为 双叶片式 摆角 150o 转矩是单叶片的两倍 角速度是单叶片的一半 4 7液压泵中的气穴现象 若液压系统中 液压泵离油面很高 吸入高度大 吸油口处滤油器和管道阻力大 油液的粘度过大 则液压泵吸油腔中的压力就很容易低于油液的空气分离压 出现气穴 气穴现象会引起局部冲击 产生噪声 使零件 配油盘等 腐蚀损坏 可根据P81图4 24所示的液压泵吸入管路 计算液压泵产生气穴的条件 为避免气穴所应满足的条件为 液压泵的NSPH值可由P81图4 25求出 泵是否产生气穴可由P82图4 26判定 据该图可判定泵的运转件不产生严重气蚀时的速度极限 避免气穴的措施 降低吸入高度 采用大内径吸油管并尽量少用弯头 采用较大的滤油器 大流量泵采用油箱高置的方式等 4 8液压泵的噪声 一 产生噪声的原因 泵的流量及压力脉动 造成泵构件的振动 泵的吸 压油腔突然相通时 产生的油液流量和压力突变 极易引起噪声 空穴现象 带有气泡的油液进入高压腔时 气泡被击破 形成局部的高频压力冲击 引起噪声 泵内流道截面突然扩大和收缩 急拐弯 通道截面过小而导致液体紊流 旋涡及喷流 加大噪声 由于转动部分不平衡 轴承振动等机械原因引起的噪声 消除泵内液压的急剧变化 为