第二章液压泵和液压马达...ppt

第二章液压泵和液压马达,2-1概述2-2齿轮泵2-3叶片泵2-4柱塞泵和柱塞液压马达2-5液压泵的流量调节2-6其它类型的泵,2-1概述,液压泵和液压马达在液压系统中都属于能量转换装置。,如图2-1所示，液压泵是将输入的机械能转变为液压能，为系统提供一定流量和压力的油液，是液压系统中的动力源。而液压马达是将输入的液压能转变为机械能，使系统输出一定的转速和转矩，驱动机床工作部件运动，它是液压系统的执行元件。,2-1概述,液压泵和液压马达的工作原理和特点液压泵和液压马达的基本性能液压泵的和液压马达的类型,2-1概述,容积式液压泵的工作原理。,一、液压泵和液压马达的工作原理和特点,2-1概述,容积式液压泵的工作原理：容积式液压泵是依靠密封工作油腔的容积变化来进行工作的，因此它必须具有一个（或多个）密封的工作油腔。当液压泵运转时,该油腔的容积必须不断由小逐渐加大,形成真空,油箱的油才能被吸入。当油腔容积由大逐渐减小时,油被挤压在密封工作油腔中,压力才能升高,压力的大小取决于油液从泵中输出时受到的阻力。这种泵的输油能力的大小取决于密封工作油腔的数目以及容积变化的大小和频率,故称容积式泵。,2-1概述,配流：泵在吸油时吸油腔必须与油箱相通，而与压油腔不通；在压油时压油腔与压力管道相通，而与油箱不通，由吸油到压油或由压油到吸油的转换称为配流。自吸能力：泵借助大气压力从比它位置低的油箱中自行吸油的能力叫泵的自吸能力，它用泵的中心线到油箱吸油高度来表示。从原理上讲，液压泵和液压马达之间是可逆的，但它们在具体结构上仍有差异，图2-2所示单柱塞泵不能作为液压马达使用。,2-1概述,液压泵和液压马达的工作压力和公称压力液压泵和液压马达的排量和流量液压泵和液压马达的功率和效率,二、液压泵和液压马达的基本性能(图2-2),2-1概述,液压泵的工作压力：是指泵出口处的实际压力，它的大小取决于泵的总负载（见图2-3）。,1、液压泵和液压马达的工作压力和公称压力,2-1概述,马达的工作压力：它是输入马达油液的实际压力，其大小取决于液压马达的负载。公称压力：液压泵和液压马达的工作压力都有一个最大的限制值，把它们称之为公称压力。在使用中超过公称压力，将会减少寿命，增大泄漏量。液压泵和液压马达的公称压力实际上取决于它们本身结构的密封性能和规定的使用寿命。,2-1概述,2、液压泵和液压马达的排量和流量液压泵的排量：在没有泄漏的情况下，液压泵每转一转所排出的油液体积，用表示。液压马达的排量：是指在没有泄漏的情况下，液压马达转一转所需输入的油液体积，用表示。,2-1概述,液压泵的理论流量是指在没有泄漏的情况下，单位时间内输出的油液体积，它等于排量和转速的乘积，即（2-1）液压马达的理论流量是指在没有泄漏的情况下，单位时间内输入的油液体积，是其排量和转速的乘积，即（2-2）,2-1概述,图2-1表示了液压泵和液压马达的能量转换图。液压泵是将原动机输入的机械能即转矩和转速转换成液体的压力能即液体的压力和流量。,3、液压泵和液压马达的功率和效率,2-1概述,液压马达则是将液压能转换成机械能，若不考虑转换过程中的能量损失，则输出功率等于输入功率，也就是它们的理论功率是（2-3）式中-液压泵（或液压马达）的理论流量；-液压泵（或液压马达）的理论转矩；-液压泵（或液压马达）的压力；-液压泵（或液压马达）的角速度。,2-1概述,实际上，液压泵和液压马达在能量转换中是有损失的，因此输出功率小于输入功率，两者差值为功率损失。功率损失可分为容积损失和机械损失两部分，相应的就有两种效率。,2-1概述,容积损失是因泄漏而造成流量上的损失，设泵的泄漏量为，则泵实际输出的流量为（2-4）式中泵的理论流量；泵的泄漏系数。泵的容积损失可用容积效率来表示，容积效率为液压泵的实际流量与理论流量之比，即（2-5）,2-1概述,机械损失是指因摩擦而造成的转矩上的损失。设泵的转矩损失为，则泵实际输入转矩为（2-6）机械损失可用机械效率，即液压泵的理论输入转矩与实际输入转矩之比表示：（2-7）,2-1概述,液压泵的总效率是指输出功率与输入功率之比，由前几式得（2-8）即液压泵的总效率等于其容积效率和机械效率的乘积。液压泵的输出功率可表示为：（2-9）,2-1概述,即（kW）（2-10）式中-泵的输出压力（105Mp）；-泵的实际输出流量（L/min）；-泵的总效率。,2-1概述,液压马达总效率-对于液压马达，输入功率为液压能，输出功率为机械能，因此总效率为（2-11）液压马达容积效率为液压马达的理论流量与实际输入流量之比，即（2-12）,2-1概述,液压马达的机械效率为实际输出转矩与理论转矩之比，即（2-13）液压马达的输出转矩可由输入的油液压力和排量来计算，为：（2-14）,2-1概述,三、液压泵的和液压马达的类型,2-1概述,2-1概述,液压泵和液压马达的职能符号(国家及ISO标准),本节重点掌握内容,1.概念：容积式液压泵、配流、自吸能力、工作压力、公称压力、排量、流量、容积效率、机械效率。2.容积式液压泵的实际工作压力和输油量大小各取决于什么？习题：2-1,2-2,2-2齿轮泵,齿轮泵种类较多，按其啮合形式分为外啮合和内啮合两类。齿轮泵是可逆的，可作液压马达使用。,2-2齿轮泵,外啮合齿轮泵的工作原理流量计算和流量脉动外啮合齿轮泵的结构特点和优缺点,2-2齿轮泵,一、外啮合齿轮泵的工作原理（图2-5）外啮合齿轮泵工作原理可知，其满足组成容积式液压泵的三个条件是：(1)一对啮合齿轮与容纳齿轮的泵壳及其两端盖间组成若干个密封容积V。(2)当齿轮按图示方向旋转时，A腔由于一对齿轮脱开啮合，使其密封容积逐渐变大，形成局部真空，油箱中的油液在油面上大气压的作用下，经油管、A腔并随齿轮旋转到B腔(吸油过程)；B腔由于一对齿轮进入啮合，使其密封容积逐渐减小，把油液不断挤压出去(压油过程)。,2-2齿轮泵,(3)由于一对齿轮间的啮合及齿顶与泵壳内壁的贴合，使吸油腔A和压油腔B隔开。由此，A腔排出的油液靠外负载能建立起压力，不需专门的配流机构。,二、流量计算和流量脉动,外啮合齿轮泵排量的计算应依啮合原理来进行。近似计算时可认为排量等于它的两个齿轮的齿间容积之总和。设齿间的容积等于轮齿的体积，则当齿轮齿数为z、节圆直径为D、齿高为h、模数为m、齿宽为b时，泵的排量为：（2-15）,2-2齿轮泵,2-2齿轮泵,考虑到齿间的容积比轮齿的体积稍大些,因此可令，得（2-16）齿轮泵的实际输出流量为（2-17）式（2-17）中所表示的Q是齿轮泵的实际平均流量。,2-2齿轮泵,流量脉动-实际上，由于齿轮啮合过程中密封工作腔的容积变化率是不均匀的，因此齿轮泵的瞬时流量是脉动的。设、表示最大、最小瞬时流量，流量脉动率可用下式表示（2-18）外啮合齿轮的齿数愈少，脉动率就愈大，其值最高可达0.20以上，内啮合齿轮泵的流量脉动率比外啮合的小得多。,三、外啮合齿轮泵的结构特点和优缺点,结构特点:困油泄漏径向力不平衡力,2-2齿轮泵,1、困油现象,产生的原因：齿轮泵要平稳工作,齿轮啮合的重叠系数必须大于1,既在每一时刻总有两对轮齿同时处在啮合状态,并有一部分油液被困在两对轮齿所形成的密封容腔内,如图2-7所示。这个封闭腔的容积,开始时随着齿轮的转动逐渐减小,以后又逐渐加大的过程。,2-2齿轮泵,2-2齿轮泵,造成的影响：封闭腔容积的减小会使被困油液受挤压并从缝隙中挤出而产生很高的压力,油液发热,并使机件受额外的负载；而封闭腔容积的增大又会造成局部真空,使油液中溶解的气体分离,产生气泡。这些都将使泵产生强烈的振动和噪声,这就是齿轮泵的困油现象。,2-2齿轮泵,解决的办法：通常是在两侧盖板上开卸荷槽(如图中的虚线所示),使封闭腔容积减小时通过右边的卸荷槽与压油腔相通,容积增大时通过左边的卸荷槽与吸油腔相通。,2、泄漏产生的原因：外啮合齿轮泵高压腔的压力油可通过三条途径泄漏到低压腔中去：是通过齿轮啮合处的间隙；通过泵体内孔和齿顶圆间的径向间隙；通过齿轮两侧面和侧盖板间的端面间隙。通过端面间隙的泄漏量最大，可占总泄漏量的75%80%。,2-2齿轮泵,2-2齿轮泵,造成的影响：使普通齿轮泵的容积效率低，输出压力也不容易提高。解决的办法：要提高齿轮泵的压力，首要的问题是要减小端面间隙，提高加工精度。,2-2齿轮泵,3、径向不平衡力产生的原因（图2-8）：作用在齿轮泵齿顶圆周上的液压力，可认为是由高压腔的压力逐渐下降为吸油腔的压力而形成的。此分布液压力的合力，给齿轮一个径向的作用力（即径向不平衡力），工作压力越高，则此径向不平衡力也就越大。,2-2齿轮泵,造成的影响：使齿轮轴弯曲，齿顶磨削泵壳内壁，并会加速轴承的磨损，这是影响齿轮泵寿命的主要原因。因此，减小径向不平衡力，是齿轮泵，特别是高压齿轮泵的结构设计上需要考虑的问题。解决的办法：常用的最简单方法是缩小压油口，使油压力仅作用在一个齿到两个齿的范围内开平衡槽。,2-2齿轮泵,外啮合齿轮泵的优缺点及应用优点：结构简单,尺寸小,重量轻,制造方便,价格低廉,工作可靠,自吸能力强(允许的吸油真空度大),对油液污染不敏感,维修容易等；缺点：承受不平衡径向力,磨损严重,泄漏大,工作压力的提高受到限制。此外,它的流量脉动大,因而压力脉动和噪声都较大。,2-3叶片泵,叶片泵：双作用：定量泵；单作用：一般为变量泵主要介绍叶片泵的工作原理、结构特点及流量计算。,2-3叶片泵,一、双作用叶片泵（图2-9）1.工作原理组成：密封容腔的构成：密封容积的变化：双作用：卸荷式叶片泵：,2-3叶片泵,2.结构特点叶片倾角（图2-11）叶片顶部朝转子旋转方向往前倾斜一个角度，图2-11(a)。压力角：力的方向与叶片移动方向之间的夹角。,2-3叶片泵,定子曲线（图2-10）四段圆弧、四段过渡曲线，过渡曲线采用等加速、等减速曲线，(R-r)为曲线的升程，它决定泵的输出流量，但不能太大，压力角过大，叶片易折断、卡死。如图2-12等加速度过渡曲线的形状和运动特性。,2-3叶片泵,配油盘的三角槽由于有封油区的存在，所以开三角槽，使两叶片间的封闭油液在未进入压油区之前通过该三角槽与压力油相连，使其压力逐渐上升减缓流量和压力脉动。,2-3叶片泵,3.流量计算双作用叶片泵的排量q和流量Q分别为：,2-3叶片泵,二、单作用叶片泵（图2-15）1.结构及工作原理组成：密封容腔的构成：密封容积的变化：单作用：“e”与“Q”的关系,2-3叶片泵,2.特点单作用叶片泵的特点如下：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。叶片底部通压力油(高压区和低压区分开)。转子受有不平衡的径向液压作用力。3.课堂练习：已知：R：定子内径；e：转子与定子之间偏心距；B：定子宽度，求单作用叶片泵的排量q和实际流量Qp排量：q=4ReB流量：Qp=4ReBnpvp,本节掌握重点内容,1.外啮合齿轮泵的工作原理、困油现象、径向力不平衡是怎样引起的？对其工作有何影响？如何解决？2.为什么齿轮泵的齿数少而模数多？3.双作用叶片泵组成、工作原理、结构特点；4.单作用叶片泵组成、结构特点、偏心e与流量Q的关系；习题：2-3，2-4,2-4柱塞泵和柱塞液压马达,柱塞泵和柱塞液压马达是利用柱塞在油缸中作往复运动实现密封容积变化来进行工作的。由于它们的主要构件-柱塞和油缸的密封面形状是圆柱形，易于准确加工，达到很精密的配合，能保证严格的间隙和良好的密封性，因而保证了在高压下工作仍有较高的容积效率。并且其主要零件都承受压力，充分发挥了材料的强度性能，所以柱塞泵可承受的工作压力很高，一般可达30MPa以上。,2-4柱塞泵和柱塞液压马达,利用柱塞在油缸中作往复运动实现密封容积变化来进行动作。根据柱塞-油缸排列方式，柱塞泵可分为径向柱塞泵和轴向柱塞泵两大类。介绍如下：径向柱塞泵轴向柱塞泵轴向柱塞液压马达,2-4柱塞泵和柱塞液压马达,1.工作原理（图2-16）组成：密封容腔的构成：密封容积的变化：,一、径向柱塞泵的工作原理与流量计算,2-4柱塞泵和柱塞液压马达,组成（图2-16）这种泵由定子1、转子(缸体)2、配油轴3、衬套4和柱塞5等组成。密封容腔的构成衬套4紧配在转子2孔内,随着转子一起旋转,而配油轴3则是不动的。当转子转动时，柱塞一方面和转子一起旋转，另一方面又靠离心力压紧在定子内壁上,形成密封容腔。,2-4柱塞泵和柱塞液压马达,密封容积的变化由于转子和定子间有偏心e,故转子在上半周转动时柱塞向外伸出,径向孔内的密封工作腔容积逐渐增大,产生局部真空,将油箱中的油液经配流轴上的c孔吸入；转子转到下半周时,柱塞向里推入，密封工作腔容积逐渐减小,将油液从配油轴上的d孔向外排出。转子每转一转,柱塞在每个径向孔内吸油、压油各一次。移动定子以改变偏心e,可以改变泵的输出流量。“双向变量径向柱塞泵”,2-4柱塞泵和柱塞液压马达,2.流量计算径向柱塞泵的平均理论流量计算如下：（2-26）式中n-泵的转速；z-柱塞数目；Q-泵的每转排量；e-偏心距；-每个柱塞的排量；d-柱塞直径。,2-4柱塞泵和柱塞液压马达,1.工作原理（图2-17）组成密封容腔的构成密封容积的变化,二、轴向柱塞泵的工作原理和流量计算,2-4柱塞泵和柱塞液压马达,组成轴向柱塞泵由倾斜盘1、柱塞2、转子(缸体)3、配油盘4等组成。密封容腔的构成斜盘1和配油盘4是不动的,传动轴5带动缸体3和柱塞2一起转动，柱塞2靠机械联接装置或在低压油作用下压紧在斜盘上。,2-4柱塞泵和柱塞液压马达,密封容积的变化当传动轴按图示方向旋转时，柱塞2在其自下而上回转的半圆周内逐渐向外伸出，使缸内密封容积不断增加，产生局部真空，从而将油液经配油盘4上的吸油窗口a吸入；柱塞在其自上而下回转的半圆内又逐渐向里推入，使密封工作容积不断减小，将油液从配油盘窗口b向外压出。缸体每转一转，每个柱塞往复运动一次，完成一次吸油和压油动作。改变斜盘的倾角的大小，可以改变柱塞往复运动的行程长度，因而也就改变了泵的排量。,2-4柱塞泵和柱塞液压马达,2.流量计算由图可看出，轴向柱塞泵的平均理论流量的计算公式（2-27）式中-每个柱塞的排量；d-柱塞直径；z-柱塞数目；n-泵的转速；D-柱塞在缸体上的分布圆直径；-倾斜盘倾角。,2-4柱塞泵和柱塞液压马达,轴向柱塞泵的特点实际上，轴向柱塞泵的输出流量是脉动的，当柱塞为单数时，脉动较小，因此一般常用的柱塞数目视流量脉动系数的大小而取值，一般取7、9或11个。轴向柱塞泵结构紧凑，尺寸小,重量轻,转动惯性小，易于实现变量,压力可以很高(可达30MPa以上)，但它对油液污染较敏感。,2-4柱塞泵和柱塞液压马达,1.工作原理（图2-20）在图中当压力油输入时处在高压腔中的柱塞被顶出，压在斜盘1上。,三、轴向柱塞液压马达,2-4柱塞泵和柱塞液压马达,2.转速、转矩计算反作用力F的分力:转速:(2-30)转矩:(2-31),2-5液压泵的流量调节,限压式变量泵的工作原理和结构限压式变量叶片泵的静态特性限压式变量叶片泵的优缺点和应用,2-5液压泵的流量调节,这种泵的流量可以根据其出口压力的大小自动调节。,一、限压式变量泵的工作原理和结构(图2-22),2-5液压泵的流量调节,如图所示，转子的中心是固定不动的，定子的中心可以左右移动，它在左边限压弹簧的作用下被推向右端，使相对转子中心有一个偏心量。当转子以图示方向旋转时，转子上半部分为压油腔，下半部分为吸油腔，定子在压力油的作用下压在滑块上，滑块由一排滚针支承，以减小摩擦，增加定子的灵活性。定子右侧装有压力反馈的柱塞小油缸，油缸与压油腔连通。设反馈柱塞油缸的有效面积为，泵的出口压力为p，则通过柱塞作用在定子上的反馈力为。,2-5液压泵的流量调节,限压弹簧的预紧力由弹簧左端的螺钉调定,当时，弹簧把定子推向最右端，此时偏心距为最大值,泵的流量最大。当时，反馈力将克服弹簧的预紧力把定子向左推移，偏心减小，流量也相应减小。压力愈高，愈小，输出流量亦愈小。当压力增大到使泵的偏心距减小到所产生的流量只够用来补偿泄漏时，泵的输出流量为零。这时，不管负载再怎样增大，泵的出口压力不会再升高，即泵的最大输出压力是受到限制的，故称限压式变量泵。,2-5液压泵的流量调节,限压式变量叶片泵的静态特性主要是指其流量和压力之间的关系，亦称流量-压力特性。泵的实际流量Q为理论流量减去泄漏量:(2-33)式中-单位偏心距所产生的理论流量，其值由泵的尺寸参数决定；-泵的泄漏系数。-偏心距,二、限压式变量叶片泵的静态特性,2-5