第5章 液压元件的基础知识

1、第5章 液压元件的基础知识 目的任务目的任务 掌握各类液压泵的结构、工作特 点及选用。 掌握各类液压缸的工作特点，液 压缸的密封、缓冲和液压马达的 工作原理。 了解液压辅助元件的功能。 5.1 5.1 液压传动概述液压传动概述 1 1.实例实例-液压千斤顶液压千斤顶 (1)组成 (2)工作原理 (3)意义 2.2.液压系统的组成液压系统的组成 5.25.2 液压泵液压泵 功用功用 将电动机或其它原动机将电动机或其它原动机 输入的机械能转换为液体的输入的机械能转换为液体的 压力压力 能能, ,向系统供油。向系统供油。 (1)工作原理 (2)容积式泵正 常工作的条件 1、液压泵的工作原理液压泵的工

2、作原理 5.2.1 5.2.1 液压泵的工作原理和性能参数液压泵的工作原理和性能参数 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 必须具有一个由运动件和非运动件所构成的密闭容积；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 积由小变大积由小变大吸油，由大变小吸油，由大变小压油；压油； 密闭容积增大到极限时，先要与吸油腔隔开，然后才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

3、吸油。开，然后才转为吸油。 吸油过程中油箱必须和大气相通。吸油过程中油箱必须和大气相通。 2.2.液压泵的分类液压泵的分类 液压泵的分类方式很多，它可按 压力的大小分为低压泵、中压泵和高 压泵。也可按流量是否可调节分为定 量泵和变量泵。又可按泵的结构分为 齿轮泵、叶片泵和柱塞泵，其中齿轮 泵和叶片泵多用于中、低压系统，柱 塞泵多用于高压系统。 (1)(1)压力压力 1）工作压力：液压泵实际工作时的输出 压力称为工作压力。工作压力取决于外 负载的大小和排油管路上的压力损失， 而与液压泵的流量无关。 2）额定压力：液压泵在正常工作条件下， 按试验标准规定连续运转的最高压力称 为液压泵的额定压力。

4、3.3.液压泵的主要性能参数液压泵的主要性能参数 1)排量Vp 指不考虑泄漏情况下泵轴转一周所排出的 油液体积。 2)流量 指泵在单位时间内输出的油液体积。 3)理论流量qt 指在不考虑泄漏的情况下，单位时间内 输出的油液体积。常用单位为L/min，它等于泵的 排量Vp与其转速n的乘积，即qt=Vpn 4)实际流量qp 指泵在实际工作压力下输出的流量。 由于泵存在泄漏损失，所以泵的实际流量小于理论 流量。 5)额定流量qn 指泵在额定转速和额定压力下输出的 流量。即铭牌上标出的流量。 (2)(2)排量和流量排量和流量 1)泵的功率： Po=ppqp 即泵的工作压力和实际输出流量的乘积 2)泵的

5、效率： M ac vm P P . (3)(3)泵的功率和效率泵的功率和效率 例题 某液压系统，泵的排量q10m L/r， 电机转速n1200rpm，泵的输出压力 p=5Mpa 泵容积效率v0.92，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； 4）驱动电机功率。 练 习 1 1、齿轮泵、齿轮泵 1)外啮合齿轮泵： 结构 工作原理 5.2.25.2.2 常用液压泵的工作原理和应用常用液压泵的工作原理和应用 1)泄漏 a.a.泄漏途径泄漏途径 齿侧泄漏 约占齿轮泵总泄漏量的 5% 径向泄漏约占齿轮泵总泄漏量的 20%25% 端面泄漏* 约占齿轮泵总泄漏量的

6、75%80% 泵压力愈高，泄漏愈大 b.b.解决方法解决方法：端面间隙补偿采用静压平衡措施：在齿轮和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，如浮动轴套、浮动侧板。盖板之间增加一个补偿零件，如浮动轴套、浮动侧板。 齿轮泵存在问题齿轮泵存在问题 a.a.困油现象困油现象 液压油在渐 开线齿轮泵运转过程中， 因齿轮相交处的封闭体积 随时间改变，常有一部分 的液压油被封闭在齿间， 如图所示，称为困油现象. b.后果后果 因液压油不可压缩 将使外接齿轮泵产生极大 的震动和噪音. c.措施措施 在侧板上开设卸荷 槽，以防止其发生。 2)困油 3)径向作用力不平衡 a.a.产生原因

7、产生原因：液压力：液压力 b.b.分布规律分布规律：沿圆周从高压腔到低压腔，：沿圆周从高压腔到低压腔， 压压 力沿齿轮外圆逐齿降低。力沿齿轮外圆逐齿降低。pp，径向不平衡，径向不平衡 力增大齿轮和轴承受到很大的冲击载荷，产力增大齿轮和轴承受到很大的冲击载荷，产 生振动生振动 和噪声。和噪声。 c.c.改善措施改善措施：缩小压油口，以减小压力油作用：缩小压油口，以减小压力油作用 面积。面积。增大泵体内表面和齿顶间隙开压增大泵体内表面和齿顶间隙开压 力平衡槽，会使容积效率减小力平衡槽，会使容积效率减小. . 2 2） 高压齿轮泵的结构特点高压齿轮泵的结构特点 a.结构特点:减小径向不平衡力 提高轴

8、与轴承的刚度 对端面间隙采用自动补偿装置 b.工作性能:压力可达10-16MPa 3）内啮合齿轮泵： (1)结构 渐开线齿形 摆线齿形 (2)性能 2、叶片泵 优点：运转平稳、压力脉动小，噪音小；结 构紧凑、尺寸小、流量大； 缺点：对油液要求高，如油液中有杂质，则 叶片容易卡死；与齿轮泵相比结构较复杂。 应用: 机械制造中的专用机床、自动线等中、 低压液压系统中。 结构形式：一种是单作用叶片泵，另一种是双 作用式叶片泵。 (1(1）双作用叶片泵）双作用叶片泵 a)结构:定子内表面 近似椭圆，转子和定 子同心安装，有两个 吸油区和两个压油区 对称布置。 b)特点:转子每转一周， 完成两次吸油和压

9、油。 双作用叶片泵大多是 定量泵。 (2(2）单作用叶片泵）单作用叶片泵 a)结构:由转子1、定子2、 叶片3和端盖等组成。定子 具有圆柱形内表面，定子和 转子的间有偏心距e，叶片 装在转子槽中，并可在槽内 滑动，当转子回转时，由于 离心力的作用，使叶片紧靠 在定子内壁。 b)特点:单作用叶片泵只要 改变转子和定子的偏心距e 和偏心方向，就可以改变输 油量和输油方向，成为变量 叶片泵。 3、柱塞泵 a)特点 与齿轮泵和叶片泵相比，该泵能以最 小的尺寸和最小的重量供给最大的动力，为 一种高效率的泵，但制造成本相对较高. b)应用 用于高压、大流量、大功率的场合。 c)结构形式 轴向式和径向式 柱

10、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。 (1)(1)径向柱塞泵径向柱塞泵 a)工作原理 b)特点 c)应用场合 (2(2）轴向柱塞泵）轴向柱塞泵 a)工作原理 直轴式（图a） 斜轴式（图b） b)特点 c)应用 5.2.3 5.2.3 液压泵的选用液压泵的选用 液压泵的选择，通常是先根据 对液压泵的性能要求来选定液压 泵的型式，再根据液压泵所应保 证的压力和流量来确定它的具体 规格。 1.1.确定液压泵的输出流量确定液压泵的输出流量 液压泵的输出流量取决于系统所需最大流量及 泄漏量，即 Q泵泵KK流流.Q缸缸 式中： Q泵

11、液压泵所需输出的流量，m3/min。 K流系统的泄漏系数，取1.11.3 Q 缸 一 液 压 缸 所 需 提 供 的 最 大 流 量 ， m3/min。 若为多液压缸同时动作，Q缸应为同时动作的 几个液压缸所需的最大流量之和。 2.2.确定液压泵的工作压力确定液压泵的工作压力 液压泵的的工作压力是根据执行元件的 最大工作压力来决定的，考虑到各种压力损 失，泵的最大工作压力P泵可按下式确定： P泵泵k压压P缸缸 式中：P泵 一液压泵所需要提供的压力 k压一系统中压力损失系数,取1.3 - 1.5 P缸 一液压缸中所需的最大工作压力 选择液压泵的原则 是否要求变量：径向柱塞泵、轴向柱塞泵、单作用叶

12、片泵 是变量泵。 工作压力：柱塞泵压力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：齿轮泵的抗污染能力最好。 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：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。 3.3.确定液压泵的类型确定液压泵的类型 练练 习习 例：如图所示的液压系统，巳知负载F=30000N，活塞 有效面积A=0.01m2，空载时的快速前进的速度为 0.05 m/s，负载工作时的前进速度为0

13、.025 m/s， 选取k压1.5，k流1.3 0.75 ，.试从下列已 知泵中选择一台合适的泵，并计算其相应的电动机 功率。 已知泵如下： YB-32型叶片泵，Q额32L/min，p额63kgf/cm2 YB-40型叶片泵，Q额.40 L/min，p额63kgf/cm2 YB-50型叶片泵，Q. 额.50 L/min，p额63 kgf/cm2 5.3 5.3 液压缸和液压马达液压缸和液压马达 功用 将液压泵供给的液压能转将液压泵供给的液压能转 换为机械能而对负载作功，实换为机械能而对负载作功，实 现直线往复运动或旋转运动。现直线往复运动或旋转运动。 5.3.15.3.1 液压缸的类型和特点液

14、压缸的类型和特点 1.活塞式液压缸 (1)双活塞杆液压缸 a)结构 b)推力与速度 F = (p1-p2)A = (D2-d2)( p1-p2 )/4 v = q/A = 4 q/(D2-d2) c)工作特点 (2)(2)单活塞杆液压缸单活塞杆液压缸 a)结构 b)推力与速度 无杆腔进油F1 = p1A1 - p2A2 =D2 p1 - (D2-d2)p2/4 v1 = q/A1 = 4q/D2 有杆腔进油)F2 = p1A2- p2A1 = (D2-d2) p1-D2 p2/4 v2 = q/A2 = 4q/(D2-d2 两腔同时进油F3 = p1（A1-A2） = d2p1/4 v3 =

15、q/A1-A2=4 q/d2 c)工作特点 单杆活塞液压缸不同连接，可实现如下工作循环：单杆活塞液压缸不同连接，可实现如下工作循环： （差动连接）（差动连接） （无杆腔进油）（有杆腔进油）（无杆腔进油）（有杆腔进油） 快进快进 工进工进 快退快退 2.2.柱塞式液压缸柱塞式液压缸 (1)结构 (2)工作原理 (3)推力与速度 F = pA = d2 p/4 v = q/A = 4q/d2 (4)特点 3.3.摆动式液压缸摆动式液压缸 (1)结构 (2)工作原理 (3)特点 4.4.其他液压缸其他液压缸 (1)(1)增压缸增压缸 a.工作原理 b.应用 (2)(2)伸缩式液压缸伸缩式液压缸 a.

16、工作原理 b.应用 (3)(3)齿条液压缸齿条液压缸 a.工作原理 b.应用 5.3.2 5.3.2 液压缸的密封、缓冲和排气液压缸的密封、缓冲和排气 1.1.密封密封 a)必要性 b)密封方法 间隙密封、密封圈密封 2.2.缓冲缓冲 a)必要性 b)缓冲原理 增加回油阻力 3.3.排气排气 a)必要性 b)排气方法 安装排气孔、排气塞 5.3.3 5.3.3 液压马达液压马达 功用 将液体的压力能转换为连续回转的 机械能. 其内部构造与液压泵类似，差别 仅在于液压泵的旋转是由电机所带动， 输出的是液压油；液压马达则是输入液 压油，输出的是转矩和转速。因此，液 压马达和液压泵在细部结构上存在一

17、定 的差别。 1、液压马达类型和特点 (1)叶片式 a)工作原理 b)特点 c)应用 (2)轴向柱塞式 a)工作原理 b)特点 c)应用 2.液压马达的主要性能参数 (1)转速n (2)总效率 =mv (3)转矩T 5.45.4 液压辅助元件液压辅助元件 5.4.1 5.4.1 油箱油箱 1.作用 储油、散热、 沉淀杂质、逸出空 气 2.结构 3.油箱的容积 5.4.2 5.4.2 过滤器过滤器 1.作用 滤除油中杂质，保持油液清洁滤除油中杂质，保持油液清洁 2.类型和特点 网式 线隙式 纸芯质 烧结式 3.安装位置 安装在吸油管路上 保护液压泵 安装在压油管路上 保护除泵和溢流阀以外的所有件且 应并联一安全阀。 安装在回油管路上 5.4.3 5.4.3 油管和管接头油管和管接头 1.油管 (1)种