《液压泵及液压马达》PPT课件.ppt

第三章液压泵及液压马达 3 1液压泵与液压马达作用3 2液压泵与液压马达工作原理3 3液压泵与液压马达分类3 4液压泵与液压马达参数3 5齿轮泵和齿轮马达3 6叶片泵和与叶片马达3 7柱塞泵和柱塞马达3 8液压泵的性能比较 3 1液压泵及液压马达的作用 液压泵是液压系统的动力元件 将原动机输入的机械能转换为压力能输出 为执行元件提供压力油 液压马达是将液体压力能转换为机械能的装置 输出转矩和转速 是液压系统的执行元件 3 2工作原理液压传动系统中使用的液压泵都是容积式的 其工作原理如图所示 液压马达的工作原理 液压系统中使用的液压马达也是容积式的 从原理上讲是把容积式泵逆用 即向泵中输入压力油 就可使泵轴转动 输出转矩和转速 成为液压马达 液压泵正常工作的三个必备条件 必须具有一个由运动件和非运动件所构成的密闭容积 密闭容积的大小随运动件的运动作周期性的变化 容积由小变大 吸油 由大变小 压油 密闭容积增大到极限时 先要与吸油腔隔开 然后才转为排油 密闭容积减小到极限时 先要与排油腔隔开 然后才转为吸油 单柱塞泵是通过两个单向阀来实现这一要求的 液压泵与马达结构上的区别 1 一般泵进口尺寸 出口尺寸 马达则进出口尺寸相同 2 泵结构上有自吸能力 而马达则无此能力 3 马达需正反转 内部结构一般对称 泵一般无此要求 4 马达结构及润滑要求要满足很宽的调速范围 泵高速而变化小 5 马达需较大的启动扭矩 要求内部摩擦小 液压泵和液压马达的种类按其排量能否调节分为 定量泵 定量马达 变量泵 变量马达 按结构形式可分为 齿轮式叶片式柱塞式螺杆式 一 液压泵和液压马达的分类 3 3液压泵和液压马达的分类 二 液压泵和液压马达的图形符号 a 单向定量液压泵b 单向变量液压泵c 单向定量马达d 单向变量马达e 双向变量液压泵f 双向变量马达 abcdef 3 4液压泵和液压马达的性能参数 流量与排量 二 排量 不考虑泄漏情况下 泵 马达 每转一圈所排出液体的体积 一般由其结构尺寸计算得来 三 流量 单位时间内流体流过任意截面的流体的体积 1 理论流量 2 实际流量3 额定流量 额定压力 额定转速下泵输出的流量 四 转速 公称转速 nn 泵 马达 不产生空穴及气蚀下连续运转的速度 最大转速 nmax 泵 马达 有零件磨擦限制的短期最高运转的速度 最小转速 nmin 马达不产生爬行现象的最低稳定运转速度 五 功率 理论输入功率 实际输入功率 理论输出功率 实际输出功率 泵 理论输入功率 实际输入功率 理论输出功率 实际输出功率 马达 六 效率 容积效率 经过容积损失后实际输出功率 流量 与理论输出功率 流量 之比 泵 马达 机械效率 理论输入功率 转矩 与实际输入功率 转矩 之比 容积效率 经过容积损失后理论输入功率 流量 与实际输入功率 流量 之比 机械效率 实际输出功率 转矩 与理论输出功率 转矩 之比 计算实例1 例题2 1某液压系统 泵的排量V 10mL r 电机转速n 1200rpm 泵的输出压力p 5Mpa泵容积效率 v 0 92 总效率 0 84 求 1 泵的理论流量 2 泵的实际流量 3 泵的输出功率 实际 4 驱动电机功率 解 1 泵的理论流量qt v n 10 3 10 1200 10 3 12L min2 泵的实际流量q qt v 12 0 92 11 04L min3 泵的输出功率4 驱动电机功率 计算实例1 计算实例2 已知泵的排量为160mL r 转速为1000r min 机械效率为0 9 总效率为0 85 液压马达排量为140mL r 机械效率0 9 总效率为0 8 系统压力为8 5MPa 不计管路损失 液压马达的转速是多少 其输出转矩是多少 驱动液压泵所需的转矩和功率是多少 3 5齿轮泵和齿轮马达 外啮合内啮合 分类 按齿面 按齿形曲线 按啮合形式 直齿斜齿人字齿 渐开线摆线 一 齿轮泵的分类 二 外啮合齿轮泵原理和结构 1 结构 齿轮 壳体 端盖等 一 外啮合齿轮泵的结构 典型结构 典型结构剖切图 CB齿轮泵p 2 5MPa卸荷槽缩小压油口减小端面间隙0 03 0 04mm增大吸油口小槽a 泄油 小孔 二 工作原理 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 工作原理两啮合的轮齿将泵体 前后盖板和齿轮包围的密闭容积分成两部分 轮齿进入啮合的一侧密闭容积减小 经压油口排油 退出啮合的一侧密闭容积增大 经吸油口吸油 外啮合齿轮泵的排量公式 齿轮泵的排量V相当于一对齿轮所有齿谷容积之和 假如齿谷容积大致等于轮齿的体积 那么齿轮泵的排量等于一个齿轮的齿谷容积和轮齿容积体积的总和 即相当于以有效齿高 h 2m 和齿宽构成的平面所扫过的环形体积 齿轮泵的流量q 1 min 为 V DhB 2 zm2Bz 主动齿数 m 齿轮模数 B 齿宽 三 齿轮泵结构特点 1 困油现象 困油现象产生的原因齿轮重迭系数 1 在两对轮齿同时啮合时 它们之间将形成一个与吸 压油腔均不相通的闭死容积 此闭死容积随齿轮转动其大小发生变化 先由大变小 后由小变大 困油现象解决方法 困油现象的危害 闭死容积由大变小时油液受挤压 导致压力冲击和油液发热 闭死容积由小变大时 会引起汽蚀和噪声 卸荷措施 在前后盖板或浮动轴套上开卸荷槽 2 径向力不平衡 齿谷内的油液由吸油区的低压逐步增压到压油区的高压 作用在齿轮轴上液压径向力和轮齿啮合力的合力F即为齿轮泵的径向力 减小径向力措施 1 合理选择齿宽及齿顶圆直径 2 缩小压油腔尺寸 3 延伸压油腔或吸油腔 减小径向力措施 4 通过在盖板上开设平衡槽 使它们分别与低 高压腔相通 产生一个与液压径向力平衡的作用 平衡径向力的措施都是以增加径向泄漏为代价 3 泄漏问题 1 泄漏途径 轴向间隙80 ql径向间隙15 ql啮合处5 ql2 危害 v 3 防泄措施 a 减小轴向间隙b 轴向间隙补偿装置浮动侧板浮动轴套 防泄措施 b 轴向间隙补偿装置浮动侧板浮动轴套 a 减小轴向间隙小流量 间隙0 025 0 04mm大流量 间隙0 04 0 06mm 四 齿轮泵优缺点和用途 优点 体积小 重量轻 结构紧凑 工作可靠 自吸性能好 对油液污染不敏感 便于制造 维修 缺点 效率低 流量脉动大 噪声高 用途 工程机械 机床低压系统 五 内啮合齿轮泵 1 渐开线齿轮泵 特点 结构紧凑 尺寸小 重量轻流量脉动小 噪声小 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齿形复杂 加工精度要求高 造价高 应用 机床低压系统 五 齿轮泵的常见故障及排除方法 六 齿轮马达 1 结构特点 两个油口一样大 有单独的泄油口 3 6叶片泵与叶片马达 一 叶片泵分类 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 双作用 每转排油一次 每转排油两次 二 双作用叶片泵 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 两个吸油区 两个排油区 2 结构形式 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 典型结构及结构特征 典型结构剖切图 3 流量计算 其中 B 叶片宽度R 定子长轴半径r 定子短轴半径 叶片倾角 叶片厚度 2 流量 1 排量 1 配油盘上的三角槽 原因 p V 油液倒流 影响 流量脉动 噪声 措施 开三角槽 减小困油 作用 缓冲 避免压力突变 减小流量脉动和噪声 4 结构特点 2 叶片倾角 作用 减小切向分力 减轻叶片和槽的磨损 避免卡死 一般取 10 14OYB型叶片泵取 13O 叶片倾斜放置的泵不能反转 三 单作用叶片泵 1 结构 转子 定子 叶片 配油盘 壳体 端盖等 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 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 一次排油径向力不平衡 非平衡式叶片泵 q 4 ReB Q 4 ReBn v 流量公式 排量公式 3 限压式变量叶片泵 1 结构特点 弹簧 反馈柱塞 限位螺钉 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 转子中心固定 定子可以水平移动外反馈 限压 下图左中表示限压式变量叶片泵的原理 下图右为其特性曲线 泵的输出压力作用在定子右侧的活塞1上 当压力作用在活塞上的力不超过弹簧2的预紧力时 泵的输出流量基本不变 当泵的工作压力增加 作用于活塞上的力超过弹簧的预紧力时 定子向左移动 偏心量减小 泵的输出流量减小 当泵压力到达某一数值时 偏心量接近零 泵没有流量输出 限压式变量叶片泵的特性曲线 段 当工作压力p小于预先调定的限定压力pc 段 泵的供油压力p超过预先调整的压力pB 4 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 四 双作用叶片马达 1 结构特点 叶片沿转子径向放置 正反转 叶片根部加扭力弹簧 有外泄口2 工作原理F pA p R r0 b p r r0 b p R r b3 应用 高速 低扭矩及要求动作灵敏的场合 五 叶片泵的常见故障及排除方法 3 7柱塞泵和柱塞马达 轴向式 径向式 一 轴向柱塞泵 柱塞沿径向放置的泵称为径向柱塞泵 柱塞轴向布置的泵称为轴向柱塞泵 为了连续吸油和压油 柱塞数必须大于等于3 径向柱塞泵配流轴式径向柱塞泵阀配流径向柱塞泵轴向柱塞泵斜盘式轴向柱塞泵斜轴式无铰轴向柱塞泵 1 工作原理 工作原理缸体 均布Z个柱塞孔 分布圆直径为D柱塞滑履组 柱塞直径为d斜盘 相对传动轴倾角为 配流盘传动轴 缸体转动 斜盘 配油盘不动 缸体 柱塞 配油盘 斜盘 柱塞伸出 低压油机械装置 2 典型结构 3 流量计算 排量 一个密封空间 流量 式中 d 柱塞直径D 柱塞分布圆直径 斜盘倾角z 柱塞数 q tg q q 改变 的大小 变量泵 改变 的方向 双向泵 流量脉动率 z为奇数 z为偶数 结论 柱塞数为奇数时流量脉动小 柱塞数越多 脉动越小 一般取z 7 9 11 4 特点及应用 特点 容积效率高 压力高 v 0 98 p 32Mpa 柱塞和缸体均为圆柱表面 易加工 精度高 内泄小 结构紧凑 径向尺寸小 转动惯量小 易于实现变量 构造复杂 成本高 对油液污染敏感 应用 用于高压 高转速的场合 5 结构分析 SCY14 1型轴向柱塞泵 p 32MPa 缸体 柱塞滑履组 配流盘 结构特点 滑靴 降低接触应力 减小磨损 柱塞的伸出 由弹簧压紧压盘 有自吸能力 变量机构 手动变量机构 配流盘 由于存在困油问题 为减少困油 因此在配油盘的槽I II的起始点开上条小三角槽 且在二配流槽的两端都开有小三角槽 见下图 变量机构类型为了节约能量 希望泵的流量能自动改变 常用的自动变量泵有恒功率式 恒压力式和恒流量式等 图中为实现恒功率控制的压力补偿变量机构 以此机构代替上图手动变量泵左端的手动变量机构 就成为恒功率变量泵 图中滑阀5和活塞6则形成一个液压伺服机构 其中AG 为斜盘倾角最大时 泵的最大流量 而G F 则表示当泵压力升高 斜盘倾角减小 泵流量减少 当泵压力进一步升高时 流量按图中F E 线改变 最后倾角不再变化 则流量不再变化 如图中E D 线 因此 泵的输出流量根据使用压力自动按折线G F E D 变化 折线G F E D 与等功率线HK接近 泵的流量压力特性可在图中阴影的范围内调节 恒功率变量泵特性曲线如下图所示 6 斜轴式无铰轴向柱塞泵 工作原理与斜盘式轴向柱塞泵类似 只是缸体轴线与传动轴不在一条直线上 它们之间存在一个摆角 特点 柱塞受力状态较斜盘式好 不仅可增大摆角来增大流量 且耐冲击 寿命长 7 轴向柱塞泵的常见故障及排除方法 二 轴向柱塞马达 1 结构 2 工作原理 输入的高压油通过柱塞作用在斜盘上 斜盘给柱塞的反作用力的径向分力 使缸体产生转矩 通过输出轴带动负载做功 改变供油方向 马达反转 双向马达改变斜盘倾角 排量变 转速变 变量马达应用 高转速 较大扭矩的场合 三 径向柱塞泵 1 结构特点 定子不动缸体 转子 转动偏心距e配油轴 不动 衬套 与缸体紧配合 2 工作原理 调节e的大小 变量泵改变e的方向 双向泵 密封工作腔柱塞伸出 离心力 3 流量计算 四 低速大扭矩马达 1 单作用连杆型径向柱塞马达 结构组成 排量公式v d2ez 2d为柱塞直径 e为曲轴偏心距 z为柱塞数 特点 结构简单 工作可靠 可以是壳体固定曲轴旋转 也可以是曲轴固定壳体旋转 但体积重量较大 转矩脉动 低速稳定性较差 2 多作用内曲线径向柱塞马达 结构原理 结构原理壳体内环由x个导轨曲面组成 每个曲面分为a b两个区段 缸体径向均布有z个柱塞孔 柱塞球面头部顶在滚轮组横梁上 使之在缸体径向槽内滑动 柱塞 滚轮组组成柱塞组件 a段导轨对柱塞组件的法向反力的切向分力对缸体产生转矩 配流轴圆周均布2x