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液压传动 常用网址 chpsa org中国液压气动密封工业网chinaptc中华液压网yeyanet液压气动网参考书 机床液压传动 章宏甲黄谊机工出版社专业期刊 机床与液压 液压与气动 考核方法 期末考试70 60 平时 考勤 作业 提问 实验 30 40 绪论 液压传动的定义液压传动的工作原理液压传动的组成液压传动的优缺点液压传动的应用和发展本章小结 1 液压传动的定义 机器组成 原动机 电动机 内燃机等传动机构工作机 直接工作部分 车床的刀架 车刀 卡盘等传动机构分为 机械传动 如齿轮传动电气传动 电气控制技术 流体传动 流体传动 以流体为工作介质进行能量转换 传递和控制的传动 液体传动气体传动液体传动 液体为工作介质液力传动 利用液体动能液压传动 利用液体压力能工作特性 两个 压力取决于负载 与流入的流体多少无关 速度取决于流量 与流体压力大小无关 液压传动的基本性质 1 液压传动基于流体力学的帕斯卡原理2 在密闭容器中传递动力与能量3 运动的传递是按液体容积变化相等的原理4 工作压力决定于负载5 易于实现自锁 2 液压传动的工作原理 原理图及简化模型 力比例关系 p F1 A1 W A2或W F1 A2 A1压力取决于负载运动关系 v2 v1 A1 A2Ah t流量A1v1 A2v2v q A活塞的运动速度取决于进入液压缸的流量 3 液压传动的组成 1 动力装置 即液压泵 其职能是将原动机输入的机械能转换为液体的压力能 其作用是向液压系统提供压力油 是液压系统的动力元件 2 执行装置 其职能是将液体的压力能转换为机械能 它包括液压缸和液压马达 其作用是在压力油的推动下 前者带动负荷作直线往复运动 后者作旋转运动 3 控制装置 它是液压系统中的各种阀类元件 如压力阀 流量阀和方向阀等 其作用是控制系统中液体的压力 流量和流动方向 以满足执行机构对力 速度 位置和运动方向的要求 4 辅助装置 包括油箱 油管 管接头 滤油器 冷却器 蓄能器 密封件和压力表等 其作用是储油 输油 连接油路 过滤 冷却 储存能量 密封和测量压力等 液压传动装置的组成 动力元件 将机械能转变成压力能液压泵执行元件 将压力能转变成机械能液压缸 液压马达控制调节元件 各种液压阀辅助元件 除以上三种以外的其他装置油箱 滤油器 蓄能器等传动介质 液压油 4 液压传动的优缺点 主要优点 能方便地进行无级调速 且调速范围大 功率质量比大 调节 控制简单 方便 省力 易实现自动化控制和过载保护 因传动介质为油液 故液压元件有自我润滑作用 使用寿命长 液压元件实现了标准化 系列化 便于设计 制造和推广使用 4 液压传动的优缺点 主要缺点 漏 有压力 泄漏 不宜用在传动比要求较严格的场合 振 液压冲击和空穴 热 机械摩擦 压力损失 泄漏损失 油液发热 总效率降低 不宜用于远距离传动 液压传动的性能对温度较敏感 不宜在高温 低温下工作 液压传动装置对油液的污染较敏感 要求有良好的过滤设施 液压系统出现故障时不易查找原因 不易迅速排除故障 5 液压传动的应用和发展 应用 工程机械 挖掘机 推土机 装载机机床工业 组合机床 锻压机床农业机械 拖拉机 收割机汽车工业 汽车 摩托车冶金机械 轧钢机 高炉塑料机械 注塑机灌装机械 食品包装机 化肥包装机其他 机械手 5 液压传动技术的发展 发展概况 17世纪中叶静压原理18世纪末英国第一台水压机19世纪末德国液压龙门刨床20世纪30年代通用机床液压传动20世纪60年代以来液压技术得到很大的发展 5 液压传动技术的发展 发展趋势 减少能耗 泄漏控制 污染控制 主动维护液压CAD技术新材料新工艺的应用机电一体化 5 液压传动技术的发展 我国的发展现状 机械工业振兴发展的重点行业之一门类比较齐全 有相当竞争实力 初具生产规模的工业体系 液压行业总产值是世界第六 气动行业世界第十 全国行业企业约1300多个 预计2019年需求总量突破150亿元 农业机械需求量将有很大增长 机床 塑料机械等的需求量有较大增长 液压行业人均产值 美国 8万人 10 6万美元 日本 12 4万人 19 7万美元 中国 7 5万人 0 45万美元 空穴现象 空穴现象 压力低于空气分离压而产生气泡的现象危害 产生振动 噪音 腐蚀金属表面油液的空气分离压和饱和蒸气压 空气分离压 空气从油液中分离出来形成气泡饱和蒸气压 油液本身汽化节流口处的空穴现象气泡的破灭产生冲击 噪音 振动 局部高温 高压使金属剥落 表面粗糙或海绵状的小洞穴减小空穴现象的措施减小压力差 正确的结构参数 提高零件的抗气蚀能力 液压冲击 现象 液体压力在一瞬间突然升高产生很高的压力峰值危害 振动 噪音 温度升高 元件损坏 产生误动作冲击产生的原因液体突然停止运动工作部件突然制动或换向元件的动作不够灵敏 本章小结 主要概念 液压传动的定义 两个工作特性液压系统的组成部分及其作用液压传动的主要优缺点重点 液压传动的工作原理 及什么是液压传动液压传动的两个工作特性难点 液压传动的两个工作特性 尤其是压力决定于负载 第三节液压泵和液压马达 液压泵和液压马达的工作原理 齿轮泵和齿轮马达 叶片泵和叶片式马达 柱塞泵和柱塞式液压马达 3 1液压泵概述 动力元件是指液压系统的液压泵和气压系统的气源装置 它们由电动机或柴油机驱动 把输入的机械能转换成油液或气体的压力能输入到系统中去 为系统的工作提供动力 一 液压泵和液压马达的基本工作原理 泵的分类 马达的分类 一 液压泵的基本工作原理 图中为单柱塞泵的工作原理 凸轮由电动机带动旋转 当凸轮推动柱塞向上运动时 柱塞和缸体形成的密封体积减小 油液从密封体积中挤出 经单向阀排到需要的地方去 当凸轮旋转至曲线的下降部位时 弹簧迫使柱塞向下 形成一定真空度 油箱中的油液在大气压力的作用下进入密封容积 凸轮使柱塞不断地升降 密封容积周期性地减小和增大 泵就不断吸油和排油 动画演示3 1 1 容积式泵必定有一个或若干个周期变化的密封容积 密封容积变小使油液被挤出 密封容积变大时形成一定真空度 油液通过吸油管被吸入 密封容积的变换量以及变化频率决定泵的流量 2 合适的配流装置 不同形式泵的配流装置虽然结构形式不同 但所起作用相同 并且在容积式泵中是必不可少的 容积式泵排油的压力决定于排油管道中油液所受到的负载 容积式液压泵的共同工作原理如下 工作压力是指泵的输出压力 其数值决定于外负载 如果负载是串联的 泵的工作压力是这些负载压力之和 如果负载是并联的 则泵的工作压力决定于并联负载中最小的负载压力 额定压力是指根据实验结果而推荐的可连续使用的最高压力 他反映了泵的能力 一般为泵铭牌上所标的压力 在额定压力下运行时 泵有足够的流量输出 并且能保证较高的效率和寿命 1 压力 二 液压泵的主要性能参数 表3 1压力分级 最高压力比额定压力稍高 可看作是泵的能力极限 一般不希望泵长期在最高压力下运行 按结构分 柱塞式 叶片式和齿轮式按排量分 定量和变量按调节方式分 手动式和自动式 自动式又分限压式 恒功率式 恒压式和恒流式等 按自吸能力分 自吸式合非自吸式 三 液压泵和液压马达的类型 液压泵和液压马达的图形符号 结束 3 4齿轮泵和齿轮马达 一 概述 二 外啮合齿轮泵工作原理 三 外啮合齿轮泵的几个问题 四 内啮合齿轮泵 五 齿轮马达 齿轮泵是液压泵中结构最简单的一种泵 它的抗污染能力强 价格最便宜 但一般齿轮泵容积效率较低 轴承上不平衡力大 工作压力不高 齿轮泵的另一个重要缺点是流量脉动大 运行时噪声水平较高 在高压下运行时尤为突出 齿轮泵主要用于低压或噪声水平限制不严的场合 一般机械的润滑泵以及非自吸式泵的辅助泵都采用齿轮泵 从结构上看齿轮泵可分为外啮合和内啮合两类 其中以外啮合齿轮泵应用更广泛 一 概述 二 外啮合齿轮泵工作原理 动画3 6 外啮合齿轮泵由一对完全相同的齿轮啮合 由于 1 产生上下体积变化 这就形成了吸油区和压油区 同时在啮合过程中啮合点沿啮合线移动 把这两区分开 起配流作用 吸油 压油 图为外啮合齿轮泵实物结构 3 2 3齿轮泵的特点 困油 封闭容积减小会使被困油液受挤而产生高压 并从缝隙中流出 导致油液发热 轴承等机件也受到附加的不平衡负载作用 封闭容积增大又会造成局部真空 使溶于油中的气体分离出来 产生气穴 引起噪声 振动和气蚀 消除困油的方法 通常是在两侧端盖上开卸荷槽 且偏向吸油腔 齿轮泵的困油现象及其消除方法 3 2 3齿轮泵的特点 径向作用力不平衡 减小径向不平衡力的办法 缩小压油口 3 2 3齿轮泵的特点 泄漏 1 通过齿轮啮合处的间隙 2 通过泵体内孔和齿顶圆间的径向间隙 3 通过齿轮两端面和端盖间的端面间隙结论 齿轮泵由于泄漏大和存在径向不平衡力 因而限制了压力的提高 为使齿轮泵能在高压下工作 常采取的措施为 减小径向不平衡力 提高轴与轴承的刚度 同时对泄漏量最大的端面间隙采用自动补偿装置 齿轮马达 齿轮马达和齿轮泵的结构基本一致 但齿轮马达起动时是有负载的 而且需要它能正反方向旋转 故其在结构上和齿轮泵还是有差别的 主要特点是 进出油口对称布置 孔径相同 以保证正反转时性能相同 采用轴向间隙自动补偿 液压补偿 的浮动侧板时 必须适应正反转时都能正常工作的结构要求 由于马达回油有背压 进回油腔互相变化 所以需采用外泄漏油孔 为了减少马达的摩擦损失 以改善起动性能 一般都采用滚动轴承 3 3叶片泵和叶片式马达 叶片泵有两类 双作用和单作用叶片泵 双作用叶片泵是定量泵 单作用泵往往做成变量泵 叶片泵具有结构紧凑 流量均匀 噪声小 运转平稳等优点 因而被广泛用于中 低压液压系统中 但它也存在着结构复杂 吸油能力差 对油液污染比较敏感等缺点 1 结构和工作原理 一 双作用叶片泵 图中为双作用叶片泵结构 它主要由壳体1 7 转子3 定子4 叶片5 配流盘2 6和主轴9等组成 动画3 3 双作用叶片泵工作原理可由下图说明 当转子3和叶片5一起按图示方向旋转时 由于离心力的作用 叶片紧贴在定子4的内表面 把定子内表面 转子外表面和两个配流盘形成的空间分割成八块密封容积 随着转子的旋转 每一块密封容积会周期性地变大和缩小 一转内密封容积变化两个循环 所以密封容积每转内吸油 压油两次 称为双作用泵 双作用使流量增加一倍 流量也相应增加 2 排量和流量 如图所示 当不考虑叶片厚度时 双作用叶片泵的排量为V0 2 V1 V2 Z Z为密封容腔的个数 V1和V2分别是完成吸油和压油后封油区内油液的体积 显然 考虑到 2 Z 所以式中 B一叶片的宽度 R r 定子的长半径和短半径 实际上叶片有一定厚度 叶片所占的空间减小了密封工作容腔的容积 因此转子每转因叶片所占体积而造成的排量损失为式中 s 叶片厚度 叶片倾角 因此 双作用叶片泵的实际排量为双作用叶片泵的实际输出流量为式中 n 叶片泵的转速 pv 叶片泵的容积效率 叶片泵的流量脉动很小 理论研究表明 当叶片数为4的倍数时流量脉动率最小 所以双作用叶片泵的叶片数一般取12或16 3 结构上的若干特点 1 保持叶片与定子内表面接触 转子旋转时保证叶片与定子内表面接触时泵正常工作的必要条件 前文已指出叶片靠旋转时离心甩出 但在压油区叶片顶部有压力油作用 只靠离心力不能保证叶片与定子可靠接触 为此 将压力油也通至叶片底部 但这样做在吸油区时叶片对定子的压力又嫌过大 使定子吸油区过渡曲线部位磨损严重 减少叶片厚度可减少叶片底部的作用力 但受到叶片强度的限制 叶片不能过薄 这往往成为提高叶片泵工作压力的障碍 在高压叶片泵中采用各种结构来减小叶片对定子的作用力 2 端面间隙 为了使转子和叶片能自由旋转 它们与配油盘二端面间应保持一定间隙 但间隙也不能过大 过大时将使泵的内泄漏增加 泵容积效率降低 一般中 小规格的泵其端面间隙为0 02 0 04mm 3 定子曲线 这里指的是连接四段圆弧的过渡曲线 较早期的泵采用阿基米德螺线 即 r2 a 及 r1 a 采用阿基米德螺线时 叶片径向速度不变 不会引起泵流量脉动 6 3 3柱塞泵和柱塞马达 1 轴向柱塞泵柱塞泵及马达是依靠每个柱塞在缸孔内作往复运动时 由柱塞和缸孔组成的密封工作空间的容积变化来实现吸油和压油的 由于其主要构件是圆形的柱塞和柱塞孔 加工方便 容易实现较高精度的配合 因此具有密封性能好 泄漏小 容积效率高 最高可达98 工作压力大 可达35MPa 的特点 适用于高压 大流量 大功率液压系统中 因此常用于建筑工程机械中 按柱塞在缸体内的排列方式不同 柱塞泵及柱塞马达可分为轴向柱塞泵 轴向柱塞马达和径向柱塞泵 径向柱塞马达 轴向柱塞泵它主要由驱动轴 柱塞 缸体 配流盘和斜盘等零件组成 奇数柱塞 一般为7个 平行于缸体轴心线 均匀分布在圆周上 斜盘法线和缸体轴心线间交角为 内滑套6在弹簧5的作用下 通过压板8使滑履9压牢在斜盘10上 同时外滑套3使缸体4和配流盘2紧密接触 并起密封作用 当缸体和柱塞一起在驱动轴1的带动下转动时 由于斜盘和压板的作用 迫使柱塞在缸体内作往复运动 使柱塞和缸体所组成的密封容积不断变化 通过配流盘的配油窗口进行吸油和压油 2 径向柱塞泵和柱塞马达 径向柱塞泵和径向柱塞马达的柱塞均按照垂直于传动轴来布置 曲轴1通过滚动轴承支承在泵壳5上 柱塞6用销子4和连杆2铰接 连杆用对开的连接环3夹持在曲轴的偏心轴颈上 泵壳5上固定有缸体7和阀体8 阀体上相应在每个柱塞油腔各装两个吸油单向阀9和一个排油单向阀11 当曲轴旋转时 油从吸油口吸入 经单向阀9进入柱塞油腔 然后经单向阀11和高压油道排出 6 4液压缸 液压缸 油缸 是液压系统中的执行元件 用来实现直线往复运动或在一定角度内