液压传动教案

液压传动液压传动 教案教案 余余 锋锋 武汉工程职业技术学院机电工程系武汉工程职业技术学院机电工程系 二 一 年春 2 教研室 教研室 机电工程教研室 授课教师 授课教师 余锋 课程名称课程名称 液压传动 课次课次 主要教学内容主要教学内容学时分配学时分配 第一讲 液压传动概述 液压传动的工作原理 液压与气动系统的组成 液压传动的特点 应用 4 学时 教学目的教学目的掌握液压传动等基本概念 了解液压技术发展的历史和发展动向 教学重点教学重点液压传动的工作原理 组成和特点 教学难点教学难点无 教学方法教学方法多媒体教学 拟留作业拟留作业见本讲教案 授课总结授课总结 3 1 1 1 1 液压传动的工作原理液压传动的工作原理 为什么液压千斤顶能顶起汽车 为什么液压千斤顶能顶起汽车 力的传递分析力的传递分析 p2 F2 A2 F1 p1A1 p2A1 pA1 液压传动中液体的工作压力决定于负载 运动的传递遵照容积变化相等的原则运动的传递遵照容积变化相等的原则 s1A1 s2A2 q1 v1A1 v2A2 q2 执行元件的运动速度取决于流量 压力和流量是液压与气压传动中的两个最基本的参数 压力和流量是液压与气压传动中的两个最基本的参数 4 1 2 1 2 液压与气动系统的组成液压与气动系统的组成 动力元件动力元件 将机械能转换为液压能 如液压泵 执行元件执行元件 将液压能转换为机械能 如液压缸或 液压马达 控制元件控制元件 控制系统压力 流量和方向 如压力阀 流量阀 方向阀等 辅助元件辅助元件 保证系统正常工作辅助元件 如油箱 过滤器 管件等 1 3 1 3 液压传动的特点及应用液压传动的特点及应用 1 3 11 3 1 主要优点主要优点 传递功率大 无级调速 传动平稳 易于实现快速启动 制动和频繁换向 操作控制方便 易于实现自动控制 中远距离控制和过载保护 标准化 系列化 通用化程度高 1 3 21 3 2 主要缺点主要缺点 效率较低 可能泄漏污染 工作性能易受温度变化的限制 造价较高 液压故障诊断技术要求高 液体介质污染控制较复杂 不能得到严格的传动比 1 3 31 3 3 应用举例应用举例 5 工程机械工程机械 富浪牌富浪牌 4RZ 14RZ 1 型联合收割机型联合收割机 液压式割台升降液压式割台升降 6 塑料机械塑料机械 注塑机注塑机 HT2101AHT2101A 微机电液伺服万能材料试验机微机电液伺服万能材料试验机 7 思考题 思考题 1 1 液压传动由哪五部分组成 各部分作用是什么 1 2 液压传动的优点是什么 8 教研室 教研室 机电工程教研室 授课教师 授课教师 余锋 课程名称课程名称 液压传动 课次课次 主要教学内容主要教学内容学时分配学时分配 第二讲 液压流体力学概述 液 压 油 液体静力学 液体动力学 液体流动时的压力损失 小孔流量 气穴现象和液压冲击 4 学时 教学目的教学目的 了解压力损失 流量损失 液压冲击 空穴现象产生的原因 及防止措施 掌握液压传动的工作介质液体的种类 性质 教学重点教学重点液体的静力学基础知识 流动液体的三个基本方程并进行计算 教学难点教学难点无 教学方法教学方法多媒体教学 拟留作业拟留作业见本讲教案 授课总结授课总结 9 2 1 2 1 液压油液压油 液压油的功能 传递能量和信号 润滑 散热 防锈 密封摩擦副中的间 隙 传输 分离和沉淀非可溶性污染物等 2 1 12 1 1 液压油物理性质液压油物理性质 密度密度 单位体积液体的质量 m V kg m3 可压缩性可压缩性 液压油体积弹性模量 1 2 2 109Pa 一般情况下认为 液体是不可压缩的 粘性粘性 液体在外力作用下流动时 分子间的内聚力要阻止分子间的相对 运动而产生一种内摩擦力 这种特性称为液体的粘性 牛顿的液体内摩擦定律 F A du dy du dy 其中 为比例常数 即动力粘度 液体的粘性用动力粘度 运动粘度 相对粘度来度量 动力粘度动力粘度 表征液体粘性的内摩擦系数 F A du dy 10 运动粘度运动粘度 没有明确的物理意义 但是工程实际中常用的物理量 单位 1m2 s 106cSt 厘斯 ISO 规定统一采用运动粘度来表示油液的粘度级 我国的液压油以 40 时运动粘度中心值 以 mm2 s 计 为粘度等级标号 即牌号 例如 牌号为 L HL22 的普通液压油在 40 时运动粘度的中心值为 22mm2 s 相对粘度相对粘度 又称条件粘度 我国采用恩氏粘 E 粘度随着温度升高而显著下降 粘温特性 粘度随压力升高而变大 粘压特性 2 1 22 1 2 液压油的选用和分类液压油的选用和分类 对液压油液的选用和要求对液压油液的选用和要求 合适的粘度和良好的粘温特性 良好的化学稳定性 良好的润滑性能 质地纯净 对金属和密封件有良好的相容性 抗泡沫性好 抗乳化性好 腐蚀性小 抗锈性好 11 流动点和凝固点低 闪点和燃点高 经济性好 液压油液的分类液压油液的分类 我国液压油种类多 主要分矿油型 含水型 合成型 2 2 2 2 液体静力学液体静力学 液体静力学研究液体静止时的平衡规律 2 2 12 2 1 阿基米德定律阿基米德定律 浸在液体中的物体受到向上的浮力 浮力的大小等于它排开的液体受到的 重力 浮力F gV 2 2 22 2 2 液体压力液体压力 液体静压力及其特性液体静压力及其特性 液体的静压力 静止液体内某点单位面积上所受到的法向力称为静压力 p lim F A A 0 若在液体的面积 A 上所受的作用力 F 为均匀分布时 静压力可表示为 p F A 液体静压力的特性 1 液体静压力垂直于承压面 方向为该面内法线 方向 2 液体内任一点所受的静压力在各个方向上都相等 压力的表示方法及单位压力的表示方法及单位 绝对压力绝对压力 以绝对真空为基准进行度量 相对压力或表压力相对压力或表压力 以大气压为基准进行度量 真空度真空度 绝对压力不足于大气压力的那部分压力值 压力单位压力单位 帕 Pa N m2 2 1MPa 106 6 Pa 12 2 2 32 2 3 液体静力学基本方程液体静力学基本方程 静压力基本方程式 p p0 gh 压力由两部分组成 液面压力 p0 自重形成的压力 gh 液体内的压力与液体深度成正比 离液面深度相同处各点的压力相等 组成等压面 为水平面 2 2 42 2 4 帕斯卡原理帕斯卡原理 在密闭容器内 施加于静止液体上的压力将以等值同时传到各点 液体内的压力是由负载决定的 13 2 3 2 3 液体动力学液体动力学 2 3 12 3 1 液体运动的基本概念液体运动的基本概念 液体动力学研究流动液体的运动规律 能量转化和作用力 理想液体理想液体 既无粘性又不可压缩的液体称为理想液体 恒定流动恒定流动 液体流动时 若液体中任何一点的压力 速度和密度都不随 时间而变化的流动 过流截面过流截面 液体在管道流动时 垂直于流动方向的截面称为过断流面 也称通流截面 流量流量 单位时间内通过某通流截面的液体的称为体积流量或流量 q v A m3 s 或 L min 平均流速平均流速 单位通流截面通过的流量 设管道液体在时间t内流过的距离为l 过流断面面积A 则 q V t A l t Av 层流层流 液体质点互不干扰 液体的流动呈线性或层状的流动状态 紊流紊流 液体质点的运动杂乱无章 除了平行于管道轴线的运动以外 还 14 存在着剧烈的横向运动 雷诺数雷诺数 雷诺实验表明 真正决定液流流动状态的是用管内的平均流速v 液体的 运动粘度 管径d三个数所组成的一个称为雷诺数 Re 的无量纲数 即 Re vd 2 12 液流紊流转变为层流时的雷诺数称临界雷诺数 记为Rec 2 3 22 3 2 连续性方程连续性方程 连续性方程是质量守恒定律在流动液体中的表现形式 根据质量守恒定律 在 dt时间内流入截面A1 的质量应等于流出截面A2 的质量 v1A1dt v2dA2dt v v1 1A A1 1 v v2 2A A2 2 q q 2 3 32 3 3 伯努利方程伯努利方程 液体在管内作恒定流动 任取截面 1 2 有 p1 g Z1 1 2 v12 p2 g Z2 1 2 v22 2 16 v v1 1A A1 1 v v2 2A A2 2 q q 2 152 15 15 实际流体的伯努利方程实际流体的伯努利方程 p1 g Z1 1 2 v12 p2 g Z2 2 2 v22 g hw 2 17 2 3 42 3 4 动量方程动量方程 动量方程是动量定理在流体力学中的具体应用 用来计算流动液体作用在 限制其流动的固体壁面上的总作用力 F d m u dt q v2 v1 作用在液体控制体积上的外力总和等于单位时间内流出控制表面与流入控 制表面的液体的动量之差 应用动量方程注意 F u是矢量 流动液体作用在固体壁面上的力与作用 在液体上的力大小相等 方向相反 例 求液流通过滑阀时 对阀芯的轴 向作用力的大小 F q v2 cos 2 v1cos 1 液流有一个力图使阀口关闭的力 这个力称为液动力 F F qv1cos 16 2 4 2 4 液体流动时的压力损失液体流动时的压力损失 2 4 12 4 1 沿程压力损失沿程压力损失 液体沿等直径直管流动时因摩擦所产生的能量损失称沿程压力损失 这是 由液体流动时的内 外摩擦力所引起的 圆管中的流速分布圆管中的流速分布 u p R2 r2 4 l 圆管中的流量圆管中的流量 沿程压力损失沿程压力损失 2 4 22 4 2 局部压力损失局部压力损失 液体流经弯管 接头 截面突变 阀口及滤网等局部障碍时 引起油液质点 间 以及质点与固体壁面间相互碰撞和剧烈摩擦而产生的压力损称局部压力损 失 2 5 2 5 小孔流量小孔流量 液压系统常利用小孔和缝隙来控制液体的压力 流量和方向 p l d 128 4 p l d q 128 4 2 2 v d l pf 2 2 v pr 17 通过小孔的流量 q CqA 2 30 2 p 可统一为通用公式 q CA pm 则通用液阻公式为 R dp dq 2 6 2 6 气穴现象和液压冲击气穴现象和液压冲击 2 6 12 6 1 气穴现象气穴现象 在液压系统中 如果某处的压力低于空气分离压 原溶解在液体中的空气 就会分离出来 导致液体中出现大量气泡的现象 称为气穴现象 2 6 22 6 2 液压冲击液压冲击 在液压系统中 由于某种原因 液体压力在一瞬间会突然升高 产生很高 的压力峰值 这种现象称为液压冲击 思考题 思考题 2 1 油液的粘性指什么 常用的粘度表示方法有哪几种 说明粘度的单位 2 2 某种液压油在温度为 50 时的运动粘度为 32mm2 s 密度为 900kg m3 试求其动力粘度 18 2 3 某油液的动力粘度为 4 9 109Ns m2 密度为 850kG m3 求该油液的 运动粘度为多少 2 4 图 2 50 中 立式数控加工中心主轴箱自重及配重 W 为 8 l04N 两 个液压缸活塞直径 D 30mm 问液压缸输入压力 p 应为多少 MPa 才能平衡 19 教研室 教研室 机电工程教研室 授课教师 授课教师 余锋 课程名称课程名称 液压传动 课次课次 主要教学内容主要教学内容学时分配学时分配 第三讲 液压泵 液压泵概述 齿轮泵 叶片泵 柱塞泵 6 学时 教学目的教学目的 掌握液压泵的主要参数 性能 掌握液压泵的组成和基本工 作原理 教学重点教学重点液压泵选用和图形符号 教学难点教学难点无 教学方法教学方法多媒体教学 拟留作业拟留作业见本讲讲义 授课总结授课总结 20 3 1 3 1 液压泵概述液压泵概述 液压泵是一种能量转换装置 它将机械能转换为液压能 3 1 13 1 1 液压泵基本工作原理液压泵基本工作原理 工作原理工作原理 以单柱塞泵为例以单柱塞泵为例 组成 偏心轮 柱塞 弹簧 缸体 两个单向阀 柱塞与缸体孔之间形成 密闭容积 柱塞直径为d 偏心轮偏心距为e 偏心轮旋转一转 柱塞上下往复运动一次 向下运动吸油 向上运动排油 液压泵正常工作的三个必备条件液压泵正常工作的三个必备条件 有可以周期性变化的密闭容积 容积由小变大 吸油 由大变小 压 油 具有相应的配流机构 油箱内压力必须恒等于或大于大气压力 3 1 23 1 2 液压泵的主要性能参数液压泵的主要性能参数 液压泵的压力液压泵的压力 工作压力工作压力 p p 泵工作时的出口压力 大小取决于负载 21 额定压力额定压力 p ps s 正常工作条件下按实验标准连续运转的最高压力 吸入压力 吸入压力 泵的进口处的压力 液压泵的排量 流量液压泵的排量 流量 排量V 液压泵每转一转理论上应排除的油液体积 又称为理论排量或几 何排量 V S d 2 4 e d 2 2 常用单位为cm3 r 排量的大小仅与泵的几何尺寸有关 平均理论流量平均理论流量 q qt t 泵在单位时间内理论上排出的油液体积 qt n v 单位为 m3 s 或 L min 实际流量实际流量 q q 泵在单位时间内实际排出的油液体积 在泵的出口压力 0 时 因存在泄漏流量 q 因此q qt q 额定流量额定流量 q q s s 泵在额定压力 额定转速下允许连续运转的流量 泵的功率泵的功率 输入功率输入功率 P P r r 驱动泵轴的机械功率为泵的输入功率 P r T 输出功率输出功率 P P 泵输出液压功率 P p q 泵的效率泵的效率 容积效率容积效率 v q qt qt q qt 机械效率机械效率 m T Tr 总效率总效率 P Pr p q T v m 泵的转速 泵的转速 额定转速额定转速 n ns s 额定压力下能连续长时间正常运转的最高转速 最低转速最低转速n nmin min 正常运转允许的最低转速 转速范围 转速范围 最低转速和最高转速之间的转速 3 1 33 1 3 液压泵的分类和选用液压泵的分类和选用 按运动部件的形状和运动方式分为齿轮泵 叶片泵 柱塞泵 螺杆泵 齿轮泵又分外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵 叶片泵又分双作用叶片泵 单作用叶片泵和凸轮转子泵 柱塞泵又分径向柱塞泵和轴向柱塞泵 22 按排量能否变量分定量泵和变量泵 工作压力工作压力 柱塞泵的额定压力最高 31 5MPa 叶片泵压力 6 3MPa 高压 化以后可达16MPa 齿轮泵压力2 5MPa 高压化以后可达21MPa 工作环境工作环境 齿轮泵的抗污能力最好 噪声指标噪声指标 低噪声泵有内啮合齿轮泵 双作用叶片泵和螺杆泵 双作用 叶片泵和螺杆泵的瞬时流量均匀 效率效率 轴向柱塞泵的总效率最高 同一结构的泵 排量大的泵总效率高 同一排量的泵在额定工况下总效率最高 液压泵的图形符号 3 2 3 2 齿轮泵齿轮泵 3 2 13 2 1 齿轮泵结构和工作原理齿轮泵结构和工作原理 结构组成结构组成 23 齿轮泵工作原理齿轮泵工作原理 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 V 2 z m 2 B z 齿数 m 齿轮模数 B 齿宽 齿轮节圆直径一定时 为增大泵的排量 应增大模数 减小齿数 3 2 33 2 3 外啮合齿轮泵的结构特点外啮合齿轮泵的结构特点 困油现象与卸荷措施困油现象与卸荷措施 困油现象产生的原因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 24 困油现象的危害困油现象的危害 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 卸荷措施卸荷措施 在前后盖板或浮动轴套上开卸荷槽 开设卸荷槽的原则开设卸荷槽的原则 两槽间距 a 为最小闭死容积 而使闭死容积由大变小 时与压油腔相通 闭死容积由小变大时与吸油腔相通 泄漏与间隙补偿措施泄漏与间隙补偿措施 齿轮泵存在端面泄漏 径向泄漏和轮齿啮合处泄漏 端面泄漏占80 85 端面间隙补偿采用静压平衡措施 在齿轮和盖板之间增加一个补偿零件 25 如浮动轴套或浮动侧板 在浮动零件的背面引入压力油 让作用在背面的液压 力稍大于正面的液压力 其差值由一层很薄的油膜承受 径向力不平衡径向力不平衡 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 K p B De K 为系数 对主动齿轮 K 0 75 对从动齿轮K 0 85 液压径向力的平衡措施之一 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 26 3 2 43 2 4 内啮合齿轮泵内啮合齿轮泵 工作原理工作原理 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齿啮合线分割 成两部分 当传动轴带动小齿轮旋转时 轮齿脱开啮合的一侧密闭容积增大 为吸油腔 轮齿进入啮合的一侧密闭容积减小 为压油腔 特点特点 无困油现象 流量脉动小 噪声低 3 2 53 2 5 螺杆泵螺杆泵 工作原理工作原理 相互啮合的螺杆与壳体之间形成多个密闭容积 每个密闭容积为一级 当 传动轴带动主螺杆顺时针旋转时 左端密闭容积逐渐形成 容积增大为吸油腔 右端密闭容积逐渐消失 容积减小为压油腔 特点特点 流量均匀 噪声低 自吸性能好 3 3 3 3 叶片泵叶片泵 优点是结构紧凑 工作压力较高 流量脉动小 工作平稳 27 缺点是对油液的污染也比较敏感 结构复杂 制造工艺要求比较高 叶片泵又分为双作用叶片泵和单作用叶片泵 分类分类 双作用叶片泵只能作定量泵用 单作用叶片泵可作变量泵用 双作用叶片泵因转子旋转一周 叶片在转子叶片槽内滑动两次 完成两次 吸油和压油而得名 单作用叶片泵转子每转一周 吸 压油各一次 故称为单作用 3 3 13 3 1 双作用叶片泵双作用叶片泵 工作原理工作原理 定子定子 其内环由两段大半径R 圆弧 两段小半径 r 圆弧和四段过渡曲线 组 转子转子 铣有Z个叶片槽 且与定子同心 宽度为B 叶片叶片 在叶片槽内能自由滑动 左 右配流盘左 右配流盘 开有对称布置的吸 压油窗口 传动轴传动轴 由定子内环 转子外圆和左右配流盘组成的密闭工作容积被叶片分割为四 部分 传动轴带动转子旋转 叶片在离心力作用下紧贴定子内表面 因定子内 环由两段大半径圆弧 两段小半径圆弧和四段过渡曲线组成 故有两部分密闭容 28 积将减小 受挤压的油液经配流窗口排出 两部分密闭容积将增大形成真空 经配流窗口从油箱吸油 流量 排量公式流量 排量公式 V 2 B R 2 r 2 2Bz R r cos 为叶片厚度 为叶片倾角 双作用叶片泵的结构特点双作用叶片泵的结构特点 配流盘配流盘 为减少两叶片间的密闭容积在吸压油腔转换时因压力突变而引起 的压力冲击 在配流盘的配流窗口前端开有减振槽 径向力平衡 合理设计过渡曲线形状和叶片数 z 8 可使理论流量均匀 噪声低 为 保证叶片自由滑动且始终紧贴定子内表面 叶片槽根部全部通压力油 定子曲线圆弧段圆心角 配流窗口的间距角 叶片间夹角 2 z 高压叶片泵的结构特点高压叶片泵的结构特点 叶片槽根部全部通压力油会带来以下副作用 定子的吸油腔部被叶片刮研 造成磨损 减少了泵的理论排量 可能引起瞬时 理论流量脉动 这样 影响了泵的寿命和额定压力的提高 提高双作用叶片泵额定压力的措施 采用浮动配流盘实现端面间隙补偿 减小通往吸油区叶片根部的油液压力 p 减小吸油区叶片根部的有效作用面积 阶梯式叶片 s 子母叶片 b 柱销式叶片 b 29 3 3 23 3 2 单作用叶片泵单作用叶片泵 工作原理工作原理 定子定子 内环为圆 转子转子 与定子存在偏心e 铣有z 个叶片槽 叶片叶片 在转子叶片槽内自由滑动 宽度为B 左 右配流盘左 右配流盘 铣有吸 压油窗口 传动轴传动轴 排量公式排量公式 V 2 DBe 单作用叶片泵的特点单作用叶片泵的特点 可以通过改变定子的偏心距 e 来调节泵的排量和流量 叶片槽根部分别通油 叶片厚度对排量无影响 因叶片矢径是转角的函数 瞬时理论流量是脉动的 叶片数取为奇数 以 减小流量的脉动 3 3 33 3 3 限压式变量叶片泵限压式变量叶片泵 结构 原理结构 原理 定子右边控制活塞作用着泵的出口压力油 左边作用着调压弹簧力 当 FFt 定子将向偏心减小的方向移动 泵的 输出流量减小 调节压力调节螺钉的预压縮量 即改变特性曲线中拐点 B 的压力大小 pB 曲线 BC 沿水平方向平移 3 3 43 3 4 限压式变量叶片泵特性曲线限压式变量叶片泵特性曲线 调节定子右边的最大流量调节螺钉 可以改变定子的最大偏心距 emax 即 改变泵的最大流量 曲线 AB 上下移动 更换不同刚度的弹簧 即改变了 BC 的斜率 泵的最高压力 pc也就不同 3 4 3 4 柱塞泵柱塞泵 柱塞泵是依靠柱塞在缸体内往复运动 使密封工作腔容积产生变化来实现 吸油 压油的 由于柱塞与缸体内孔均为圆柱表面 因此加工方便 密封性能好 所以 31 柱塞泵具有压力高 驱动功率大 变量方便 转速高 效率高 结构紧凑 寿 命长等优点 总效率为 90 左右 其缺点是结构较为复杂 重量大 自吸性差 有些零件对材料加工工艺的 要求较高 成本较高 要求较高的过滤精度 对使用和维护要求较高 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 分分 类类 为了连续吸油和压油 柱塞数必须大于等于 3 径向柱塞泵径向柱塞泵 配流轴式径向柱塞泵 阀配流径向柱塞泵 轴向柱塞泵轴向柱塞泵 斜盘式轴向柱塞泵 斜轴式无铰轴向柱塞泵 3 4 13 4 1 配流轴式径向柱塞泵配流轴式径向柱塞泵 配流轴式径向柱塞泵配流轴式径向柱塞泵 工作原理工作原理 缸体缸体 均布有七个柱塞孔 柱塞底部空间为密闭工作腔 32 柱塞柱塞 其头部滑履与定子内圆接触 定子定子 与缸体存在偏心 配流轴配流轴 传动轴传动轴 径向柱塞泵径向柱塞泵 排量排量 排量公式 V d 2 2 e z e 定子与缸体之间的偏心距 Z 柱塞数 径向柱塞泵结构特点径向柱塞泵结构特点 配流轴配流 因配流轴上与吸 压油窗口对应的方向开有平衡油槽 使液 压径向力得到平衡 容积效率较高 柱塞头部装有滑履 滑履与定子内圆为面接触 接触面比压很小 可以实现多泵同轴串联 液压装置结构紧凑 改变定子相对缸体的偏心距可以改变排量 且变量方式多样 3 4 23 4 2 斜盘式轴向柱塞泵斜盘式轴向柱塞泵 斜盘式柱塞泵主要由斜盘 1 柱塞 2 缸体 3 配流盘 4 及变量机构组成 33 斜盘式轴向柱塞泵的工作原理斜盘式轴向柱塞泵的工作原理 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 斜盘式柱塞泵的排量计算斜盘式柱塞泵的排量计算 排量公式 V z d 2 4 D tg 改变斜盘倾角可以改变泵的排量 三对磨擦副 柱塞与缸体孔 缸体与配流盘 滑履与斜盘 容积效率较高 额定压力可达31 5MPa 34 柱塞泵柱塞泵 主要零件主要零件 缸体配流盘 柱塞滑履组组件 轴向柱塞泵的结构 特点轴向柱塞泵的结构 特点 泵体上有泄漏油口 传动轴是悬臂梁 缸体外有大轴承支承 为减小瞬时理论流量的脉动性 取柱塞数为奇数 5 7 9 35 为防止密闭容积在吸 压油转换时因压力突变引起的压力冲击 在配流盘的 配流窗口前端开有减振槽或减振孔 思考题 思考题 3 1 液压泵有何作用 容积式液压泵共同的工作原理是什么 3 2 什么叫液压泵的容积效率 机械效率和总效率 相互关系如何 3 3 某变量叶片泵的转子外径d 83mm 定子内径D 89mm 叶片宽度 B 30mm 求 1 当泵的排量V 16mL r 时 定于与转子间的偏心量有多大 2 泵的最大排量是多少 36 教研室 教研室 机电工程教研室 授课教师 授课教师 余锋 课程名称课程名称 液压传动 课次课次 主要教学内容主要教学内容学时分配学时分配 第四讲 液压缸与液压马达 液压缸 液压马达 4 学时 教学目的教学目的 教学重点教学重点 教学难点教学难点无 教学方法教学方法多媒体教学 拟留作业拟留作业见本讲讲义 授课总结授课总结 37 4 1 4 1 液压缸液压缸 液压缸与马达一样 也是将液压能转变为机械能的装置 它将液压能转变 为直线运动或摆动的机械能 4 1 14 1 1 液压缸的分类液压缸的分类 按结构形式分 活塞缸活塞缸 又分单杆活塞缸 双杆活塞缸 柱塞缸柱塞缸 摆动缸摆动缸 又分单叶片摆动缸 双叶片摆动缸 按作用方式分 单作用液压缸单作用液压缸 一个方向的运动依靠液压作用力实现 另一个方向依靠 弹簧力 重力等实现 双作用液压缸双作用液压缸 两个方向的运动都依靠液压作用力来实现 复合式缸复合式缸 活塞缸与活塞缸的组合 活塞缸与柱塞缸的组合 活塞缸与 机械结构的组合等 双杆活塞缸双杆活塞缸 双杆活塞缸活塞两侧都有活塞杆伸出 根据安装方式不同又分为活塞杆固 定式和缸筒固定式两种 当缸筒固定时 运动部件移动范围是活塞有效行程的三倍 当活塞杆固定 时 运动部件移动范围是活塞有效行程的两倍 双杆活塞缸的速度推力特性 38 v q A 4 q v D 2 d 2 缸在左右两个方向上输出的速度相等 v为缸的容积效率 F A p1 p2 m D 2 d 2 p1 p2 m 4 缸在左右两个方向上输出的推力相等 m为缸的机械效率 单杆活塞缸单杆活塞缸 单杆活塞缸只有一端带活塞杆 它也有缸筒固定和活塞杆固定两种安装方 式 两种方式的运动部件移动范围均为活塞有效行程的两倍 单杆活塞缸速度推力特性单杆活塞缸速度推力特性 向右运动速度 v1 q v A1 4 q v D2 向右运动推力 F1 A1p1 A2p2 m 向左运动速度 v2 q v A2 4 q v D 2 d 2 向左运动推力 F2 A2 p1 A1p2 m 往返速比 v v2 v1 1 1 d D 2 式中 v为缸的容积效率 m为缸的机械效率 39 单杆活塞缸差动连接的速度推力特性单杆活塞缸差动连接的速度推力特性 单活塞杆缸两腔同时通压力油 称为差动接 运动速度 v3 q q A1 q A2v3 A1 整理得 v3 q A1 A2 4 q d 2 如果要求差动缸向右运动速度 v3 非差动连接向左运动速度 v2 则 D 2 1 2 d 活塞推力 F3 p1 A1 A2 m 柱塞缸的特点柱塞缸的特点 柱塞与缸筒无配合关系 缸筒内孔不需精加工 只是柱塞与缸盖上的导向 套有配合关系 为减轻重量 减少弯曲变形 柱塞常做成空心 柱塞缸只能作单作用缸 要求往复运动时 需成对使用 柱塞缸能承受一 定的径向力 柱塞缸的速度推力特性 柱塞运动速度 v q v A 4 q v d 2 柱塞推力 F pA m p d 2 4 m 40 伸缩液压缸伸缩液压缸 它由两个或多个活塞式缸套装而成 前一级活塞缸的活塞杆是后一级活塞 缸的缸筒 各级活塞依次伸出可获得很长的行程 当依次缩回时缸的轴向尺寸 很小 除双作用伸缩液压缸外 还有单作用伸缩液压缸 它与双作用不同点是回 程靠外力 而双作用靠液压作用力 当通入压力油时 活塞由大到小依次伸出 缩回时 活塞则由小到大依次 收回 各级压力和速度可按活塞缸的有关公式计算 特别适用于工程机械及自动线步进式输送装置 齿条活塞缸齿条活塞缸 齿条活塞缸是活塞缸与齿轮齿条机构组成的复合式缸 它将活塞的直线往 复运动转变为齿轮的旋转运动 用在机床的进刀机构 回转工作台转位 液压 机械手等 齿条活塞缸的速度推力特性 输出转矩 TM p 8 D 2 D i m 41 输出角速度 8 q v D 2 D I 式中 p 为缸左右两腔压力差 D 为活塞直径 D i 为齿轮分度圆直径 液压缸的典型结构液压缸的典型结构 缸体组件 包括缸筒 缸盖 缸底等零件 活塞组件 包括活塞与活塞杆等零件 密封装置 有活塞与缸筒 活塞杆与缸盖的密封 缓冲装置 排气装置 液压缸安装连接形式 脚架式 耳环式 铰轴式 4 2 4 2 液压马达液压马达 4 2 14 2 1 液压马达概述液压马达概述 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 马达与泵在原理上有可逆性 但因用途不同结构上有些差别 马达要求正 反转 其结构具有对称性 而泵为了保证其自吸性能 结构上采取了某些措施 马达的分类 ns 500r min 为高速液压马达 齿轮马达 叶片马达 轴向柱塞马达 ns 500r min 为低速液压马达 径向柱塞马达 单作用连杆型径向柱塞 马达 多作用内曲线径向柱塞马达 42 液压马达图形符号液压马达图形符号 液压马达的特性参数液压马达的特性参数 工作压力与额定压力工作压力与额定压力 工作压力 p 大小取决于马达负载 马达进出口压力的差值称为马达的压差 p 额定压力 ps 能使马达连续正常运转的最高压力 流量与容积效率流量与容积效率 输入马达的实际流量 qM qMt q 其中 qMt为理论流量 马达在没有泄漏时 达到要求转速所需进口流量 容积效率 Mv qMt qM 1 q qM 排量与转速排量与转速 排量 V 为 MV等于 1 时输出轴旋转一周所需油液体积 转速 n qMt V qM MV V 转矩与机械效率转矩与机械效率 实际输出转矩 T Tt T 理论输出转矩 Tt p V Mm 2 机械效率 Mm TM TMt 功率与总效率功率与总效率 M PMo Pmi T 2 n p qM Mv M 式中 PMo为马达输出功率 Pmi为马达输入功率 4 2 24 2 2 齿轮马达齿轮马达 工作原理工作原理 43 结构特点结构特点 进出油口相等 有单独的泄油口 为减少摩擦力矩 采用滚动轴承 为减少转矩脉动 齿数较泵的齿数多 应用应用 由于密封性能差 容积效率较低 不能产生较大的转矩 且瞬时转速和转 矩随啮合点而变化 因此仅用于高速小转矩的场合 如工程机械 农业机械及 对转矩均匀性要求不高的设备 4 2 34 2 3 叶片马达叶片马达 工作原理工作原理 44 结构特点结构特点 进出油口相等 有单独的泄油口 叶片径向放置 叶片底部设置有燕式弹簧 在高低压油腔通入叶片底部的通路上装有梭阀 应用应用 转动惯量小 反应灵敏 能适应较高频率的换向 但泄漏大 低速时不够 稳定 适用于转矩小 转速高 机械性能要求不严格的场合 4 2 44 2 4 轴向柱塞马达轴向柱塞马达 工作原理工作原理 结构特点结构特点 轴向柱塞泵和轴向柱塞马达是互逆的 配流盘为对称结构 应用应用 作变量马达 改变斜盘倾角 不仅影响马达的转矩 而且影响它的转速和 转向 斜盘倾角越大 产生的转矩越大 转速越低 思考题 思考题 4 1 差动液压缸无杆腔面积 A1 50cm2 有杆腔面积 A2 25cm2 负载 F 27 6 103N 活塞以 1 5 10 2m s 的速度运动 试求 1 供油压力大小 2 所需的供油量 3 液压缸的输入功率 4 2 串联双杆液压缸 有效工作面积均为 A1 和 A2 外负载各为 F1 和 F2 45 求 p1 p2 v1 和 v2 4 3 什么是差动连接和往返速比 如差动缸 v3 是 v2 三倍 A1 A2 是多 少 46 教研室 教研室 机电工程教研室 授课教师 授课教师 余锋 课程名称课程名称 液压传动 课次课次 主要教学内容主要教学内容学时分配学时分配 第五讲 液压阀 液压阀概述 方向控制 压力控制阀 流量控制阀 8 学时 教学目的教学目的 教学重点教学重点 教学难点教学难点无 教学方法教学方法多媒体教学 拟留作业拟留作业见本讲讲义 授课总结授课总结 47 5 1 5 1 液压阀概述液压阀概述 用来控制液流的压力 流量和方向 5 1 15 1 1 液压阀的分类液压阀的分类 根据结构形式分类 滑阀 锥阀 球阀 根据用途不同分类 压力控制阀压力控制阀 用来控制和调节液压系统液流压力的阀类 如溢流阀 减 压阀 顺序阀等 流量控制阀流量控制阀 用来控制和调节液压系统液流流量的阀类 如节流阀 调 速阀 分流集流阀 比例流量阀等 方向控制阀方向控制阀 用来控制和改变液压系统液流方向的阀类 如单向阀 液 控单向阀 换向阀等 5 2 5 2 方向控制方向控制 方向控制阀用在液压系统中控制液流的方向 它包括单向阀和换向阀 单向阀有普通单向阀和液控单向阀 换向阀按操作阀芯运动的方式可分为手动 机动 电磁动 液动 电液动 等 5 2 15 2 1 普通单向阀普通单向阀 图形符图形符 普通单向阀是只允许液流一个方向流动 反向则被截止的方向阀 48 工作原理工作原理 左端进油 压力油作用在阀芯左端 克服右端弹簧力使阀芯右移 阀口 开启 油液从右端流出 若右端进油 压力油与弹簧同向作用 将阀芯紧压在 阀座孔上 阀口关闭 油液被截止不能通过 5 2 25 2 2 液控单向液控单向 工作原理工作原理 当控制油口不通压力油时 油液只能从 p1 p2 当控制油口通压力油时 正 反向的油液均可自由通过 根据控制活塞上腔的泄油方式不同分为内泄式和外泄式 液控单向阀的应用液控单向阀的应用 用于保压回路用于保压回路 用于锁紧回路用于锁紧回路 5 2 35 2 3 换向换向 换向阀是利用阀芯在阀体孔内作相对运动 使油路接通或切断而改变油流 方向的阀 换向阀的分类 按结构形式可分 滑阀式 转阀式 球阀式 按阀体连通的主油路数可分 两通 三通 四通 等 按阀芯在阀体内的工作位置可分 两位 三位 四位等 按操作阀芯运动的方式可分 手动 机动 电磁动 液动 电液动等 按阀芯定位方式分 钢球定位式 弹簧复位式 49 下面以滑阀式换向阀为例讲解期工作原理 滑阀式换向阀的结构滑阀式换向阀的结构 阀芯与阀体孔配合处为台肩 阀体孔内沟通油液的环形槽为沉割槽 阀体 在沉割槽处有对外连接油口 阀芯台肩和阀体沉割槽可以是两台肩三沉割槽 也可以是三台肩五沉割槽 当阀芯运动时 通过阀芯台肩开启或封闭阀体沉割槽 接通或关闭与沉割槽相 通的油口 位通及图形符号位通及图形符号 阀芯运动是藉助于机械外力实现的 其中 手动换向阀又分为手动和脚踏 两种 机动换向阀则通过安装在运动部件上的撞块或凸轮推动阀芯 特点是工 作可靠 50 根据阀芯的定位方式分为 弹簧钢球定位式 弹簧自动复位式 手动 机动 换向阀手动 机动 换向阀 电磁换向电磁换向 阀芯运动是藉助于电磁力和弹簧力的共同作用 电磁铁不得电 阀芯在右 端弹簧的作用下 处于左极端位置 右位 油口 p 与 A 通 B 不通 电磁铁得 电产生一个电磁吸力 通过推杆推动阀芯右移 则阀左位工作 油口 p 与 B 通 A 不通 电磁铁可以是直流 交流或交本整流的 两位电磁阀有弹簧复位式 一个电磁铁 和钢球定位式 两个电磁铁 如果将两端电磁铁与弹簧对中机构组合 又可组成三位的电磁换向阀 电 磁铁得电分别为左右位 不得电为中位 常位 电磁吸力有限 电磁换向阀最大通流量小于 100 L min 对液动力较大的 大流量阀则应选用液动换向阀或电液换向阀 51 电液换向电液换向 电液换向阀是由电磁换向阀与液动换向阀组合而成 液动换向阀实现主油 路的换向 称为主阀 电磁换向阀改变液动阀控制油路的方向 称为先导阀 为保证液动阀回复中位 电磁阀的中位必须是 A B T 油口互通 控制油可以取自主油路的 p 口 内控 也可以另设独立油源 外控 采 用内控时 主油路必须保证最低控制压力 0 3 0 5MPa 采用外控时 独立 油源的流量不得小于主阀最大通流量的 15 以保证换向时间要求 电磁阀的回油可以单独引出 外排 也可以在阀体内与主阀回油口沟通 一起排回油箱 内排 52 液动阀两端控制油路上的节流阀可以调节主阀的换向速度 电液换向阀工作原理要点电液换向阀工作原理要点 滑阀的中位机能滑阀的中位机能 三位的滑阀在中位时各油口的连通方式体现了换向阀的控制机能 称之为 滑阀的中位机能 滑阀机能的应用 使泵卸载的有 H K M 型 使执行元件停止的有 O M 型 使执行元件浮动的有 H Y 型 使液压缸实现差动的有 P 型 5 3 5 3 压力控制阀压力控制阀 压力控制阀是用来控制液压系统中油液压力或通过压力信号实现控制的阀 53 类 它包括溢流阀 减压阀 顺序阀 压力继电器 压力控制阀的基本工作原理 通过液压作用力与弹簧力进行比较来实现对 油液压力的控制 调节弹簧的预压缩量即调节了阀芯的动作压力 该弹簧是压力控制阀的重 要调节零件 称为调压弹簧 5 3 15 3 1 直动型溢流阀直动型溢流阀 结构原理结构原理 直动型溢流阀由阀芯 阀体 弹簧 上盖 调节杆 调节螺 母等零件组成 阀体上进油口旁接在泵的出口 出口接油箱 原始状态 阀芯 在弹簧力的作用下处于最下端位置 进出油口隔断 进口油液经阀芯径向孔 轴向孔作用在阀芯底端面 当液压力等于或大于弹簧力时 阀芯上移 阀口开 启 进口压力油经阀口溢回油箱 此时阀芯受力平衡 阀口溢流满足压力流量 方程 阀口刚开启时阀芯受力平衡方程 pk D 2 4 K xo L 阀口开启后阀芯受力平衡方程 p D 2 4 K xo L x Fs 阀口开启后溢流的压力流量方程 q C D x 2p 1 2 直动型溢流阀工作原理要点直动型溢流阀工作原理要点 54 对应调压弹簧一定的预压缩量 xo 阀的进口压力 p 基本为一定值 由于阀开口大小 x 和 稳态液动力 Fs的影响 阀的进口压力随流经阀口流 量的增大而增大 当流量为额定流量时的阀的进口压力 ps 最大 ps称为阀的 调定压力 弹簧腔的泄漏油经阀内泄油通道至阀的出口引回油箱 若阀的出口压力不 为零 则背压将作用在阀芯上端 使阀的进口压力增大 对于高压大流量的压力阀 要求调压弹簧具有很大的弹簧力 这样不仅使 阀的调节性能变差 结构上也难以实现 5 3 25 3 2 先导型溢流阀先导型溢流阀 结构组成结构组成 它由先导阀和主阀组成 先导阀实际上是一个小流量直动型 溢流阀 其阀芯为锥阀 主阀芯上有一阻尼孔 且上腔作用面积略大于下腔作 用面积 其弹簧只在阀口关闭时起复位作用 图形符号图形符号 先导型溢流阀工作原理要点先导型溢流阀工作原理要点 先导阀和主阀阀芯分别处于受力平衡 其阀口都满足压力流量方程 阀的 进口压力由两次比较得到 压力值主要由先导阀调压弹簧的预压缩量确定 主 阀弹簧起复位作用 通过先导阀的流量很小 是主阀额定流量的 1 因此其尺寸很小 即使 是高压阀 其弹簧刚度也不大 这样一来阀的调节性能有很大改善 55 主阀芯开启是利用液流流经阻力孔形成的压力差 阻力孔一般为细长孔 孔径很小 0 8 1 2mm 孔长 l 8 12mm 因此工作时易堵塞 一旦堵塞则导 致主阀口常开无法调压 先导阀前腔有一控制口 用于卸荷和遥控 先导型溢流阀遥控口接法先导型溢流阀遥控口接法 先导阀前腔有一遥控口 在该控制口接远程调压阀可实现远控 接电磁阀 通回油箱可实现卸载 远程调压阀实际上是一个独立的压力先导阀 旁接在先导型溢流阀遥控口 起远程调压作用 其调定压力必须低于先导阀的调定压力 无论哪个起作用 泵的溢流量始终经主阀阀口回油箱 溢流阀的功用溢流阀的功用 溢流阀旁接在泵的出口 用来保证系统压力恒定 称为定压阀 溢流阀旁接在泵的出口 用来限制系统压力的最大值 对系统起保护作用 称为安全阀 56 电磁溢流阀还可以在执行机构不工作时使泵卸载 5 3 35 3 3 减压阀减压阀 减压阀是利用液流流过缝隙产生压力损失 使其出口压力低于进口压力的 压力控制阀 按调节要求不同 有定值减压阀 定差压阀 定比减压阀 其中定值减压 阀应用最广 又简称减压阀 定值减压阀的结构原理定值减压阀的结构原理 减压阀由压力先导阀和主阀组成 出口压力油引至主阀芯上腔和先导阀前 腔 当出口压力大于减压阀的调定压力时 先导阀开启 主阀芯上移 减压缝 隙关小 减压阀才起减压作用且保证出口压力为定值 57 图形符号图形符号 减压阀的特点与功用减压阀的特点与功用 与先导型溢流阀比较 减压阀是出口压力控制 保证出口压力为定值 溢流阀是进口压力控制 保证进口压力为定值 减压阀阀口常开 溢流阀阀口常闭 减压阀有单独的泄油口 溢流阀弹簧腔的泄漏油经阀体內流道內泄至出口 减压阀与溢流阀一样有遥控口 减压阀用在液压系统中获得压力低于系统压力的二次油路上 如夹紧回路 润滑回路和控制回路 必须说明 减压阀出口压力还与出口负载有关 若负载 压力低于调定压力时 出口压力由负载决定 此时减压阀不起减压作用 5 3 45 3 4 顺序阀顺序阀 顺序阀是一种利用压力控制阀口通断的压力阀 按控制油来源不同分内控和外控 按弹簧腔泄漏油引出方式不同分内泄和 外泄 顺序阀的四种结构形式及其图形符号顺序阀的四种结构形式及其图形符号 通过改变上盖或底盖的装配位置可得到内控外泄 内控内泄 外控外泄 外控内泄四种结构类型 58 顺序阀的功用顺序阀的功用 内控外泄顺序阀与溢流阀非常相象 阀口常闭 进口压力控制 但是该阀 出口油液要去工作 所以有单独的泄油口 内控外泄顺序阀用于多个执行元件顺序动作 其进口压力先要达到阀的调定压 力 而出口压力取决于负载 当负载压力高于阀的调定压力时 进口压力等于 出口压力 阀口全开 当负载压力低于调定压力时 进口压力等于调定压力 阀的开口一定 内控内泄顺序阀的图形符号和工作原理与溢流阀相同 多串联在执行元件 的回油路上 使回油具有一定压力 保证执行元件运动平稳 如图示阀 3 作背 压阀 59 外控内泄顺序阀等同于二位二通阀 可作卸载阀 如双泵供油回路中阀 3 是泵 1 的卸载阀 外控外泄顺序阀可作液动开关和限速锁 如远控平衡阀可限制重物下降的 速度 5 4 5 4 流量控制阀流量控制阀 60 流量控制阀是通过改变阀口大小来改变液阻实现流量调节的阀 普通流量控制阀包括节流阀 调速阀 溢流节流阀和分流集流阀 流量控制原理流量控制原理 流经薄壁小孔的流量 q cdA 2 p 1 2 流经细长孔的流量 q d 4 128 l p 综合两式得通用节流方程 q KLA p m 节流元件的节流口结构有锥形 三角槽形 矩形 三角形等 当压力差一 定时 改变开口面积即改变液阻就可改变流量 5 4 15 4 1 节流阀节流阀 结构原理结构原理 主要零件有阀芯 阀体和螺母 阀体上开有进油口和出油口 阀芯一端开有三角尖槽 另一端加工有螺纹 旋转阀芯即可轴向移动改变阀口 过流面积 为平衡液压径向力 三角槽须对称布置 61 流量特性方程流量特性方程 q KLA pmq KLA pm 它反映了流经节流阀的流量 q 与阀前后压力差 p 和开口面积 A 之间的关系 刚性刚性 外负载波动引起阀前后压力差 p 变化 即使阀的开口面积 A 不 变 也会导致流经阀的流量 q 不稳定 定义 阀的开口面积 A 一定时 T d p dq p1 m KLAm 为节流阀的刚性 T 越大 节流阀的性能越好 故薄刃口 m 0 5 多作节流阀阀口 p 大有利于提高节流阀刚性 但过大不仅造成压力损失增大 而且可能 因阀口太小而堵塞 一般取 p 0 15 0 4 MPa 最小稳定流量最小稳定流量 节流阀在很小开口下工作时 流经阀的流量会出现周期性脉动 甚至间歇 式断流 这种现象称为节流阀的堵塞现象 为此对节流阀有一个能正常工作的 最小流量的限制 节流阀的应用节流阀的应用