液压传动-201303泵和马达2.ppt

液压传动之泵和马达 1 贾宝贤 5687026 PumpandMotor 2 二 双作用定量叶片泵 1 工作原理主要零件及其连接关系 转子 定子 配流盘 转子旋转 定子的内表面为四段曲线 四段圆弧 叶片紧贴定子内表面 一边转动一边伸缩 容积时而增大 时而减小 转子每旋转一周 吸排油两次 容积变化两次 故称双作用式 转子轴心与定子轴心始终重合 排量不能调节 故称为定量泵 吸油区 压油区都对称分布 转子和轴承径向力平衡 故称为卸荷式叶片泵 理论流量 qt 2 R2 r2 bnR r分别为定子内表面的大 小圆弧半径 b为叶片宽度 3 DouAPPOP双作用叶片泵 exe 4 它的理论流量为 二 流量计算 式中 R和r分别为定子圆弧部分的长短半径 z为叶片数 为叶片的倾角 b为叶片宽度 s为叶片厚度 其余符号意义同前 5 工作特性 1 定子曲线即大圆弧与小圆弧之间的过渡曲线 要求光滑 速度无突变 无刚性冲击 常用阿基米德螺线 等加速等减速曲线 2 叶片问题 叶片倾角 前倾 叶片厚度 薄者强度低 厚者脉动大 叶片卸荷 减小吸油区根部压力 叶片数量 双作用泵 宜用偶数 最好是4的倍数 一般取12或16片 6 三 提高双作用叶片泵压力的措施 双作用叶片泵 为了保证叶片和定子内表面紧密接触 叶片底部都是通压油腔的 但当叶片处在吸油腔时 叶片底部作用着压油腔的压力 项部作用着吸油腔的压力 这一压力差使叶片以很大的力压向定子内表面 加速了定子内表面的磨损 影响了泵的寿命 对高压泵来说这一问题更显得突出 所以高压叶片泵必须在结构上采取措施 使叶片压向定子内表面的作用力减小 常用的措施有 1 减小作用在叶片底部的油液压力 2 减小叶片底部压力油的作用面积 3 使叶片顶部和底部的液压作用力平衡 7 三 限压式变量泵 1 工作原理图4 14转子中心固定 定子可以左右移动 初始偏心量为emax 它决定了泵的最大流量 x0 弹簧的初始压缩量 当泵压ppc时 限压弹簧被压缩 定子左移 偏心距减小 流量也跟着减小 压力p越高 偏心越小 输出流量越少 当压力达到泵内偏心距所产生的理论流量等于泄漏流量时 泵的实际流量为零 泵压不再升高 限压式变量偏心泵 avi 8 2 流量特性图4 15 当泵压ppb时 流量按曲线BC变化 故BC为变量段 Pmax为极限压力 又称截止压力 假如没有泄漏 理论截止压力为 9 3 特点 转子轴上的径向力不平衡 故为非卸荷式叶片泵 Pn 70bar 有困油现象 常在配流盘排油窗口边缘开三角形卸荷槽 有流量脉动 叶片数为奇数时脉动小 故常为13或15 为使定子移动灵敏 滑块支撑用滚针轴承 叶片后倾24度 以使叶片在离心力作用下便于外伸 3 应用场合 适用于液压系统中有调速或保压的场合 如 10 1组合机床动力滑台液压系统 图10 2 10 单进单出 共进单出 共进共出 四 其他叶片泵 1 双联叶片泵两个单级叶片泵装在一个泵体内 油路并联 两泵转子由同一传动轴带动 有不同的组合 11 2 双级叶片泵 两个单级叶片泵装在一个泵体内 油路串联 两泵转子由同一传动轴带动 3 高压叶片泵pn 140 210bar 个别达400bar 12 4 4柱塞泵 PistonPump 轴向柱塞泵 柱塞的轴线和传动轴的轴线平行 径向柱塞泵 柱塞的轴线和传动轴的轴线垂直 轴向柱塞泵按其结构不同可分为斜盘式和斜轴式两大类 结构上容易实现无级变量等优点 不论在国防工业 民用工业都广泛得到应用 一般在液压系统若需高压时 均用它来发挥作用 如龙门刨床 拉床 液压机 起重机械等设备的液压系统 一 轴向柱塞泵 13 1 工作原理结构要素 泵体 配流盘 柱塞和斜盘 工作原理 改变倾角 改变柱塞行程h 改变排量 故为变量泵 改变倾角方向 改变吸 排油方向 故为双向变量泵 h 一 直轴式轴向柱塞泵 斜盘式轴向柱塞泵 14 15 2 流量计算 理论流量 行程 由图4 16得 3 流量脉动单个柱塞 其流量 传动轴转角函数为正弦函数 正半波排油 负半波吸油 出油口的负半波被截止 Z个柱塞 其流量 传动轴转角函数曲线 就如同Z相交流电经半波整流后的曲线 Z越大 脉动率越小 Z为奇数时 脉动较小 排量 16 二 斜轴式轴向柱塞泵 这种轴向柱塞泵的传动轴中心线与缸体中心线倾斜一个角度 故称斜轴式轴向柱塞泵 目前应用比较广泛的是无铰斜轴式柱塞泵 图4 17所示为该泵的工作原理 当主轴1转动时 连杆2的侧面带动缸体4和柱塞3一起绕缸体中心线转动 这时连杆2又使柱塞在缸体孔中作往复运动 产生吸油和压油过程 改变主轴和缸体间的夹角 就可改变泵的排量V 这种泵适用于要求排量大的场合 但结构较复杂 17 三 变量控制机构 变量轴向柱塞泵中的主体部分大致相同 其变量机构有各种结构型式 有手动 手动伺服 恒功率 恒流量 恒压变量等 18 2 点接触式与滑履式 点接触式 结构简单 接触应力大 用于低压 滑履式 面接触式 面接触 磨损小 用于高压 19 二 径向柱塞泵 1 工作原理结构 图4 20原理 图4 20 柱塞随缸体一起转动 在离心力和定子内表面作用下 在缸体内作伸缩运动 完成吸 排油动作 20 2 流量计算 Z越大 脉动率越小 Z为奇数时 脉动较小 改变偏心距e 可改变流量q 径向柱塞泵也有多种结构 其性能差异很大 21 4 5液压马达 功用 把液压能转换成机械能 分类 高速小转矩 ns 500r min为高速液压马达 齿轮马达 叶片马达 轴向柱塞马达 低速大转矩 ns 500r min为低速液压马达 径向柱塞马达 液压马达的能量转换计算见 4 1概述 22 4 5液压马达 前半部各柱塞也产生下滑力 一 工作原理1 轴向柱塞式液压马达图4 21竖起来看 后半部各柱塞油腔通进油口 为高压油 压力为p1前半部各柱塞油腔通回油口 为低压油 压力为p2 后半部各柱塞顶住斜盘 产生下滑力 23 4 5液压马达 第i个柱塞产生的转距 液压马达产生的转矩应是处于高压腔柱塞产生转矩的总和 即进 回油口互换 马达反转 记住这样的结论 高压油区容积由小到大的方向为马达转动方向 马达工作原理 exe 24 2 径向柱塞式液压马达 图4 22所示为多作用内曲线径向柱塞液压马达的结构原理图 内曲线马达动作图 swf双排量马达 exe 25 二 主要参数 设液压马达的进 回油腔的压差为 p 输入的流量为q 而液压马达的排量为V 容积效率为 V 机械效率为 m 则液压马达的几何转矩 实际转矩为 液压马达的几何转速为 液压马达的实际转速为 26 四 液压泵和液压马达的可逆性问题 马达与泵在原理上是可逆的 但因用途不同实际结构上有些差别 结构 马达要求正反转 结构对称 泵为了保证其自吸性能 结构不对称 轴承结构及润滑方式 马达的转速范围大 泵的转速较高且基本不变 所以泵不能当马达用 27 动液压马达是实现往复转动的执行元件 输入为压力和流量 输出为转矩和角速度 摆动液压马达的结构比连续旋转的液压马达结构简单 以叶片式摆动液压马达使用很较多 图a 单叶片式摆动液压马达 它摆动角度较大 可达300 4 6摆动液压马达 摆动液压缸 摆动液压马达 单叶片图 swf 28 输出转矩和角速度 输出转矩T和角速度 分别为 式中 b 叶片宽度 p1 p2 进油压力 回油压力 m V 机械效率 容积效率 q 进油流量 29 双叶片式摆动液压马达 图b 双叶片式摆动液压马达 它摆角较小 可达150 它的输出转矩是单叶片式的两倍 而角速度则是单叶片式的一半 双叶片摆动缸 flv 30 4 7液压泵中的气穴现象 液压泵在吸油过程中 吸油腔中的绝对压力会低于105Pa 1大气压 如果液压泵离油面很高 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 出现气穴现象 造成局部冲击 产生噪声 使泵的零件 例如配油盘 腐蚀损坏 31 例3 2试分析图示液压泵的吸油过程解 取油箱液面为截面1 1作为基准面 泵的入口处为截面2 2 应用伯努力方程得 实际液体的伯努力方程 举例 32 4 7液压泵中的气穴现象 液压泵使用中的另一种常见的现象是掺混空气 当液压系统的排油使油箱中混入一些空气泡时 当吸油管接头处和泵传动轴密封处密封不严 俗称漏气 时 以及当吸油管插入油箱油面太浅时 液压泵吸入的油液中会含有很多空气泡 这些空气泡随油液进入高压区时 也会产生和上述气穴现象一样的振动和噪声 危害很大 因此 要保证吸油管和泵传动轴处的密封可靠 合理设计油箱 使排油管和吸油管隔开等 是避免液压泵使用中出现掺混空气现象的前提 33 4 8液压泵的噪声1 一 产生噪声的原因 1 泵的流量脉动和压力脉动 造成泵构件的振动 这种振动有时还可产生谐振 谐振频率可以是流量脉动频率的2倍 3倍或更大 泵的基本频率及其谐振频率若和机械的或液压的自然频率相一致 则噪声便大大增加 2 液压泵在其工作过程中 当吸油容积突然和压油腔相通 或高压容积突然和吸油腔相通时 会产生油液流量和压力的突变 它们对噪声的影响甚大 3 气穴现象 4 泵内流道具有突然扩大或收缩 急拐弯 通道截面过小而导致液体紊流 旋祸及喷流 5 机械原因 如转动部分不平衡 轴承振动等引起的噪声 管道 支架等机械连接部分因谐振而产生的噪声 34 4 8液压泵的噪声2 二 降低噪声的措施 1 吸收泵的流量和压力脉动 在泵出口装设蓄能器或消声器 2 消除泵内液压的急剧变化 如在配油盘吸 压油窗口开三角形阻尼槽 3 装在油箱上的电机和泵应使用橡胶垫减振 安装时电机轴和泵轴间的同轴度要好 要采用弹性联轴器 或采用泵电动机组件 4 压油管的某一段采用橡胶软管 对泵和管路的连接进行隔振 5 防止气穴现象和油中掺混空气现象的发生 35 4 9液压泵和液压马达的选用 一 液压泵的选用表4 2二 液压马达的选用主要考虑 调速特性 低速性能 输出扭矩 即马达的速度特性和扭矩特性 36 4 9液压泵和液压马达的选用 表4 2液压系统常用液压泵的性能比较 37 4 9液压泵和液压马达的选用 一般在负载小 功率小的机械设备中 可用齿轮泵和双作用叶片泵 精度较高的机械设备 例如磨床 可用螺杆泵和双作用叶片泵 负载较大并有快速和慢速行程的机械设备 例如组合机床 可用限压式变量叶片泵 负载大 功率大的机械设备可使用柱塞泵 机械设备的辅助装置 如送料 夹紧等要求不太高的地方 可使用价廉的齿轮泵 38 本章要点 1 液压泵的能量转换关系 液压马达的能量转换关系 液压能的两个主要参数 p q机械能的两个主要参数 F v T n 转换关系 如何考虑容积效率 机械效率 总效率 2 液压泵的种类 各类泵 表4 1的前五种 的结构要素 工作原理 性能特点 流量计算 39 例题 习题4 8 设液压马达的进油压力为10MPa 排量为200mL r 总效率为0 75 机械效率为0 9 试计算1 马达输出的理论转矩和实际转矩 2 若马达的转速为500r min 则输入马达的实际流量为多少 3 若马达外负载为200N m n 500r min时 马达的实际输入功率和输出功率为多少 3 马达的实际输入功率Pi pq此时马达的实际转矩T Ti m pVM m 2 200N mp 2 T VM m 2 200 200 10 6 0 9 6 98MPa实际输入功率Pi pq 6 98