第三章液压动力元件

1、 第三章 液压动力元件 视频 章节目录 31液压泵概述 32齿轮泵33叶片泵34柱塞泵 35液压泵的选用 3.1.1液压泵的工作原理及特点 工作原理：在密闭容积周期变化进行工作视频演示视频演示1.吸油阀吸油阀 2.排油阀排油阀 3.弹簧弹簧 4.柱塞套柱塞套 5.柱塞柱塞 6.偏心轮偏心轮 液压泵的基本条件： (1)(1)具有能实现周期性变化的密闭工作容积。 (2)(2)必须具有相应的配流机构。(3)(3)必须要有隔离封油装置使液压泵的吸油腔与排油腔始终不能联通。(4)(4)油箱内油液必须具有一定的压力，以保证液压泵工作时能及时吸油。3.1.2 液压泵的主要性能参数 1. 液压泵的压力液压泵的

2、压力(1) 吸入吸入压力泵进口处的压力，自吸泵的吸油腔必须具有一定的真空 度，一般吸入压力低于大气压力。(2) 工作压力Pp液压泵工作时的出口压力，其大小取决于负载。(3) 额定压力Pn在正常工作条件下，按试验标准连续运转的最高压力。(4)最高允许压力Pmax 超过额定压力允许短暂运行的最高压力。2. 液压泵的额定转速和最高转速(1) 额定转速 nn 在额定压力下能连续长时间运转的最高转速 r/min(2)最高转速 nmax 在额定压力下超过额定转速允许短时间运行的高转速 pptVqppptVnVnq306023. 液压泵的排量和流量液压泵的排量和流量(1) (1) 排量V Vp p 泵每转一

3、弧度，由几何尺寸计算所得到的排出液体的体积。(m3/rad) (2) (2) 理论流量qpt 不考虑泄漏的情况下，单位时间内排出液体的体积.(m3/s L/min) (3) (3) 泵的瞬时流量qsh 每一瞬时的流量，一般指泵的瞬时理论流量。(4) (4) 实际流量qp 泵工作时单位时间实际排出的液体体积。它等于泵的理论流量qpt减去泄漏、压缩等损失的流量 qp。(5) (5) 额定流量q qpn 泵在额定压力和额定转速下输出的实际流量。pptpptppkqqqq14. 液压泵的功率和效率(1)(1)理论输入功率p pit it (2)(2)实际输入功率p pipip(3)(3)实际输出功率p

4、 popop(4)(4)理论转矩T Tt t(5)(5)实际转矩T Tp p(6)(6)容积效率pvpv(7)(7)机械效率pmpm(8)(8)总效率p ppqpptitTpippqTpttTTTtpttttppVqqqqqqq1pqppoppqTpttTTTTTttptpmpmpVpipoppTpqPP液压泵的特性曲液压泵的特性曲线线 液压泵的性能常用图3-3所示的性能曲线表示，曲线的横坐标为液压泵的工作压力p,纵坐标为液压泵的容积效率v(或实际流量)，总效率和输入功率r。它是液压泵在特定的介质、转速和油温下通过试验做出的。图3-3 液压泵的性能曲线3.1.2 液压泵的分类液压泵的分类 液压

5、泵按主要运动构件的形状和运动方式分为齿轮泵、叶片泵、柱塞泵、螺杆泵。 液压泵按排量能否改变分为定量泵和变量泵。 按一个工作周期密闭容积变化次数可分为单作用泵、双作用泵和多作用泵。 液压泵的图形符号液压泵的图形符号液压泵的图形符号如图3-3所示。图3-3 液压泵的图形符号 齿轮泵是液压系统中广泛采用的一种液压泵，它一般为定量泵，按结构不同，齿轮泵分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵，而以外啮合齿轮泵应用最广。下面以外啮合齿轮泵为例来剖析齿轮泵和动画。视频视频3.2.1外啮合齿轮泵结构：图3-15 齿轮泵工作原理3.2.2 外啮合齿轮泵的排量、流量计算 排量：近似认为齿间的容积为轮齿的体积，因此齿轮每转

6、一周，排出的液体的体积等于其中一个齿轮的所有齿间工作容积和所有轮齿体积之和，即等于其中一个齿轮齿顶圆和齿根圆之间环形圆柱的体积。 Vp=DhB=2zmB 实际上，由于齿间容积要比轮齿体积要大，故式子中的以3.33代替 Vp=6.66zmBm2越大，V越大；z越大，V越大。当mz一定时，m增大，减小z，可以增大V。 流量：齿轮泵的流量为q（单位：L/min）为 q=6.66zmBn 10 实际上，由于齿轮泵在工作过程中，其密闭容积的变化率不是均匀的，而是随主轴的转动周期性变化的，这就导致齿轮泵的输出量是有脉动的，故上式只是表示泵的平均流量。 （1）流量q与齿轮模数m的平方成正比 （2）泵的体积一

7、定时：齿数模数流量脉动 齿数模数流量脉动 故：低压齿轮泵z=1319 高压齿轮泵z=614 （3）齿宽和转速成正比。一般齿宽B=(610)m，转速不宜过高，过高则造成吸油不足，若过低亦不能正常工作。 pPV-33.2.3齿轮泵存在的问题吸压 1. 困油现象及消除办法困油现象及消除办法1) 产生原因： 1，构成闭死容积Vb Vb由大小，p， 油液发热，轴承磨损。 Vb由小大，p ， 气蚀、噪声、振动、金属表面剥蚀。2) 危害：影响工作平稳性、缩短寿命3) 措施：泵的前后盖板或浮动轴套开卸荷槽4) 原则： Vb由大小，与压油腔相通 Vb由小大，与吸油腔相通 保证吸、压油腔始终不通外啮合齿轮泵彩色立

8、体分解图外啮合齿轮泵彩色立体分解图f和和g为后端盖的卸荷槽为后端盖的卸荷槽视频1. 困油现象及消除办法2. 径向力不平衡及其减小措施2. 径向力不平衡及其减小措施径向力径向力F是由沿齿轮圆周液体压力产生的径向力F1和由齿轮啮合产生的径向力F2组成1）原因：径向液压力分布不均 排油压力越大，F1和F1越大 啮合力F2和F2 从动轮径向力从动轮径向力比主动轮承受的径向力大径向力大，所以从动轮齿从动轮齿轮轴承早磨损轮轴承早磨损。2）危害：齿轮泵的径向力齿轮泵的径向力是影响齿轮泵寿命的重要原因。排油压力p越大，径向力越大，会使泵轴弯曲和泵体偏磨泵轴弯曲和泵体偏磨，加速轴承的磨损，降低了机械效率及轴承的

9、使用寿命。齿轮泵，特别是高压齿轮泵，应力求减小径向力F。3）减小措施： 缩小压油口；扩大排油腔；扩大吸油腔；开设平衡油槽 2. 径向力不平衡及其减小措施3. 内泄漏及减小内泄漏的措施1) 泄漏途径:端面(轴向)泄漏75-80% ql 径向间隙 15-20% ql 啮合处 2) 危害：v3) 减小泄漏的措施： a) 轴向间隙补偿装置 浮动轴套；浮动侧板；弹性侧板 压紧力略大于反推力，减小端面间隙， 且保证压紧力不至于过大，提高泵容积效 率和机械效率。 保证压紧力与反推力的作用线重合， 以免产生力矩导致浮动轴套、浮动侧板倾斜， 减小磨损，提高容积效率。 b) 径向间隙补偿 径向间隙补偿块减小泄漏措

10、施：a) 减小轴向间隙 小流量：间隙0.025-0.04 mm 大流量：间隙0.04-0.06 mmb) 轴向间隙补偿装置 浮动轴套 浮动侧板 弹性侧板c) 径向间隙补偿装置 径向间隙补偿块视频优点：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。3.2.5 内啮合齿轮泵 内啮合齿轮泵有渐开线齿轮泵和摆线齿轮泵(摆线转子泵)两种。3.2.5内啮合齿轮泵n 特点:n 渐开线内啮合齿轮泵无困油现象，吸油充分，不会引起气蚀；n 流量脉动小，噪声小，振动小；n 轮齿接触应力小，磨损小，寿命长n 结构紧

11、凑，尺寸小，重量轻；n 主要零件的加工难度大，成本高。 1. 渐开线齿轮渐开线齿轮泵泵视频特点: 零件少，结构紧凑，工作容积大； 吸油条件好 齿数少，流量脉动较大； 啮合处间隙泄漏大； 齿形复杂，加工精度要求高，造价高。应用：一般在系统中用于补油及润滑等辅助泵使用,多用于转向系统。视频3.3叶片泵叶片泵的特点：结构较齿轮泵复杂,工作压力较高,流量脉动小,噪声较小,轴承受力平衡，寿命较长。单位体积排量大，可制成变量泵等优点。但其结构复杂，制造工艺较复杂，自吸能力较差，实用工况范围窄，对油液的污染也比较敏感。 应用：机械制造中的专用机床、自动线等中低液压系统中分类：叶片泵分为两类，即完成一次吸、排

12、油液的单作用叶片泵和完成两次吸、排油液的双作用叶片泵。单作用叶片泵多为变量泵，工作压力最大为7.0Mpa，双作用叶片泵均为定量泵，一般最大工作压力亦为7.0Mpa。视频组成：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 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，一次排油单作用泵 径向力不平衡非平衡式叶片泵 （一个吸油区，一个排油区）1）排量排量:V=V1 -V2=B(R+e)-(R-e)=BRez4 其中：B 叶片宽度

13、 R - 定子内半径 e - 偏心距 -相邻两个叶片的夹角，=2/z。 z - 叶片的个数。因此，单作用叶片泵的排量为V=zV=4ReB 流量流量: q q= =wV V =2eBR2eBRw 式中 w-转子角速度（rad/s） - -泵的容积效率。 单作用叶片泵的流量也是有脉动的，所以单作用叶片泵的叶片数叶片数取奇数奇数，以减小流量的脉动PVPVPV双作用叶片泵的工作原理图1231-定子2-转子3-叶片内腔型线：双作用的是四段圆弧和四段内腔型线：双作用的是四段圆弧和四段过渡曲线。过渡曲线。圆型，有叶片槽。圆型，有叶片槽。3）.将定子内表面轮廓做成略似椭圆形和转子将定子内表面轮廓做成略似椭圆形

14、和转子同心安装，可使泵，可使泵每转产生两次吸排，该泵称为双作用该泵称为双作用泵。泵。由于由于吸排区对称分布吸排区对称分布，转子上，转子上径向作用力平衡径向作用力平衡，轴承，轴承负载小。叶片数为偶数，一般负载小。叶片数为偶数，一般818片，其目的是为了平衡片，其目的是为了平衡径向力。这种泵也径向力。这种泵也称卸荷式泵称卸荷式泵，适用高压场合，一般是定量，适用高压场合，一般是定量泵。泵。 叶片泵压力脉动小，因磨损而产生的工作压力下降较小，叶片泵压力脉动小，因磨损而产生的工作压力下降较小，运转平稳、噪音较小，结构紧凑，起动转矩小。但吸入条件运转平稳、噪音较小，结构紧凑，起动转矩小。但吸入条件较差，运

15、动部件的工作可靠性较低。较差，运动部件的工作可靠性较低。排量计算公式： V=2(R-r)B 式中，R和r分别为定子圆弧部分的长、段半径流量： q=Vw =B(R-r)(R+r)- =B(R-r)(R+r)- w 式中 w-转子的角速度； -叶片泵的容积效率PVcosdZPVPV 工作原理：是靠柱塞在缸体中作往复运动造成密封容 积的变化来实现吸油与压油的液压泵。 优点： 加工方便，可得到较高的配合精度，密封性能好，在高压工作仍有较高的容积效率；只需改变柱塞的工作行程就能改变流量，易于实现变量；柱塞泵中的主要零件均受压应力作用，材料强度性能可得到充分利用。由于柱塞泵压力高，结构紧凑，效率高，流量调

16、节方便，故在需要高压、大流量、大功率的系统中和流量需要调节的场合； 应用：如龙门刨床、拉床、液压机、工程机械、矿山冶金机械、船舶上得到广泛的应用。柱塞泵按柱塞的排列和运动方向不同，可分为径向柱塞泵径向柱塞泵和轴向柱塞泵轴向柱塞泵两大类。（一）工作原理 密封工作腔（缸体孔、柱塞底部） 由于斜盘倾斜放置，使得柱塞随缸体转动时沿轴线作往复运动，底部密封容积变化，实现吸油、排油。 吸油过程：柱塞伸出Vp吸油； 排油过程：柱塞缩回vp排油。视频缸体、柱塞、配油盘、斜盘 直轴式轴向柱塞泵的工作原理图1-斜盘；2-滑履；3-回程盘；4-内套筒；5-柱塞；6-弹簧；7-缸体；8-外套筒；9-主轴；10-配油盘

17、缸体配流盘配流盘柱塞滑履组柱塞滑履组一个密封空间:hAV hd42htgDhD tg24dVD tg排量:2/24pdVV zDtgz流量:2/24pvvdqVDtgz 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。24vdqD tgz流量脉动率：)2(sin2)4(sin222zzqz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特点：容积效率高，压力高。（v=0.97, p = 32 Mpa） （柱塞和缸体均为圆柱表面,易加工,精度高

18、，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。斜盘配油盘变量机构压盘缸体滑靴配油盘传动轴 1、 斜盘式（缸体旋转）滑靴柱塞轴轴缸缸体体斜斜盘盘 吸油口吸油口出油口出油口配流盘配流盘n滑靴：降低接触应力，减小磨损。n柱塞的伸出：由弹簧压紧压盘，有自吸能力。n变量机构：手动变量机构。 2、斜轴式（缸体旋转）轴轴 柱塞柱塞 缸体缸体2 2、斜轴式（缸体旋转斜轴式（缸体旋转） 密封工作腔由缸体孔、柱塞底部、配流盘组成，由于缸体轴线与传动轴有倾斜角度，使得柱塞随缸体转动时沿轴线作往复运动，底部密封容积变化，实现吸油、压油。 吸油过程：柱塞伸出Vp吸油； 压油过程：柱塞缩回Vp压油。A7V斜轴式轴向柱塞泵结构示意图实物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）视频2.排量和流量 排量： V= d2eZ/（2） 流量 : q=wV = deZw /（2） 式中 d-柱塞直径；