液压元件与系统 第3版 教学课件 李壮云 2-第二章　概　　述

1、ZW 主编第二章概述第一节液压泵和液压马达的分类第二节液压泵和液压马达的主要性能参数第三节限制液压泵(或液压马达)工作压力和转速的因素第四节摩擦副的摩擦学特性及设计方法第一节液压泵和液压马达的分类第一节液压泵和液压马达的分类第一节液压泵和液压马达的分类图2-3液压泵和液压马达的图形符号a)单向定量液压泵b)单向变量液压泵c)双向定量液压泵d)双向变量液压泵e)单向定量液压马达f)单向变量液压马达g)双向定量液压马达h)双向变量液压马达第二节液压泵和液压马达的主要性能参数pV和流量qnPTp(1)工作压力液压泵工作时出口处的输出压力称为工作压力。(2)额定压力在正常工作条件下，按实验标准规定,能

2、够使液压泵(或液压马达)连续运转的最高压力称为额定压力。(3)最高允许压力根据实验标准规定，允许超过额定压力使液压泵(或液压马达)短暂运行的最高压力称为最高允许压力。V和流量q(1)理论排量V液压泵(或液压马达)主轴每转一周，根据计算其密封容腔几何尺寸的变化而得出的排出(或流入)的液体体积，称为液压泵(或液压马达)的理论排量。(2)理论流量根据液压泵(或液压马达)密封容腔几何尺寸变化而计算得出的单位时间内排出(或流入)的液体体积，称为液压泵(或液压马达)的理论流量。(3)实际流量实际运行时，在某一具体工况下，单位时间内液压泵(或液压马达)所排出(或流入)的液体体积，称为液压泵(或液压马达)的实

3、际流量。V和流量q(4)额定流量在额定压力及额定转速条件下，按试验标准规定，液压泵(或液压马达)必须保证的输出(或输入)流量，称为液压泵(或液压马达)的额定流量。(5)瞬时流量瞬时流量是指液压泵(或液压马达)在某一瞬时的流量。(6)平均流量在某一时间间隔内(对应一个或数个瞬时流量脉动周期)，按时间平均计算出的流量称为平均流量。(2-1)n(1)额定转速在额定压力下，能使液压泵(或液压马达)长时间连续正常运转的最高转速称为液压泵(或液压马达)的额定转速。(2)最高转速最高转速是指在额定压力下，为保证使用性能和工作寿命所允许的、超过额定转速使液压泵(或液压马达)短暂运行的最高转速。(3)最低转速最

4、低转速是指为保证液压泵(或液压马达)的使用性能所允许的最低转速。P(1)理论功率(2)液压泵的实际输入功率与输出功率(3)液压马达的实际输入功率和输出功率(1)理论功率液压泵(或液压马达)的理论功率Pt(单位为W,Nm/s)可用理论流量qt(单位为m3/s)与进出口压差p(单位为Pa, N/m2)的乘积来表示。即(2-2)(2-3)(2)液压泵的实际输入功率与输出功率液压泵的实际输入功率Pip(单位为Nm/s)是指驱动液压泵轴所实际需要的机械功率。(2-4)(2-5)(3)液压马达的实际输入功率和输出功率液压马达的实际输入功率Pim(单位为W)等于液压马达的实际流量qm(单位为m3/s)与进出

5、口压差p(单位为Pa)的乘积。(2-6)(2-7)T(1)理论输出转矩Tt(2)起动转矩(1)理论输出转矩Tt理论输出转矩Tt(单位为Nm)是指不考虑能量损失时，液压马达输出轴上的输出转矩。(2-8)(2)起动转矩起动转矩是指在起动过程中克服了静摩擦阻力以后，液压马达输出轴所输出的实际转矩。(1)容积效率Vp(2)机械效率m(3)总效率(4)液压泵和液压马达的效率特性曲线(5)液压泵和液压马达的等效率曲线(1)容积效率Vp容积效率是用来评价油液泄漏损失程度的参数。(2-9)(2-10)(2)机械效率m机械效率是用来评价摩擦损失程度的参数。（2-11）（2-12）（2-13）（2-14）(3)总

6、效率总效率等于机械效率m与容积效率V的乘积。（2-15）（2-16）(4)液压泵和液压马达的效率特性曲线图2-4液压泵和液压马达的效率特性曲线a)液压泵的效率特性曲线b)液压马达的效率特性曲线(5)液压泵和液压马达的等效率曲线图2-5液压泵和液压马达的等效率曲线a)某斜盘式轴向柱塞泵的等效率曲线b)某斜盘式轴向柱塞马达的等效率曲线第三节限制液压泵(或液压马达)工作压力和转速的因素图2-6液压泵(或液压马达)的工作压力和转速范围第三节限制液压泵(或液压马达)工作压力和转速的因素2.对偶摩擦副的热平衡、泄漏及磨损对工作压力和转速的限制在高频率的重复载荷作用下，液压泵(或液压马达)的运动部件可能因材

7、料疲劳强度不够而遭致破坏；液压泵(或液压马达)体及传动轴等也可能由于材料强度不够而失效。2.对偶摩擦副的热平衡、泄漏及磨损对工作压力和转速的限制所有液压泵(或液压马达)中均有若干对起关键作用的摩擦副。摩擦副表面既承受与工作压力成正比的挤压应力p，又存在与转速成正比的相对滑动速度v。图2-7液压泵吸入管路示意图气蚀是限制液压泵转速提高的另一个重要因素。对于液压泵，可以用气蚀压力裕量pc来判断液压泵可能发生气蚀的程度。pc可表示为（2-17）（2-18）当液压泵(或液压马达)的转速过低时，很少的流量几乎都损失在泄漏上，这时液压泵几乎不能排出流量，而液压马达则不能平稳地转动。压力越高，泄漏越大，所要

8、求的最低工作转速也越大。齿轮泵(或齿轮马达)、柱塞泵(或柱塞马达)中的轴承都要承受很大的液压不平衡力，轴承往往成为这些液压泵(或液压马达)的薄弱环节。噪声是当代公害之一。液压系统中主要的噪声源是液压泵(或液压马达)，而且液压泵(或液压马达)的噪声随着转速和工作压力的提高而增大。因此，如何降低噪声，是液压泵(或液压马达)设计和使用中一个特别值得注意的问题。第四节摩擦副的摩擦学特性及设计方法一、摩擦副的三种可能润滑状态二、摩擦副的磨损过程及磨损机理三、摩擦副的设计原理和设计方法四、水液压泵(或液压马达)摩擦副设计中的几个关键技术问题一、摩擦副的三种可能润滑状态图2-8摩擦副的三种润滑状态一、摩擦副

9、的三种可能润滑状态1. 当5时,处于液膜润滑状态2.当5时,处于液膜润滑状态当负载较小、粘度及相对运动速度较大时，液膜厚度明显大于对偶表面轮廓的算术平均偏差值，对偶表面被液膜隔开，并不产生直接接触，形成理想的液膜润滑状态。2.当1时,处于边界润滑状态(1)边界润滑膜的类型(2)边界润滑膜的抗磨机理(3)温度对边界润滑膜抗磨性能的影响(4)提高边界润滑膜强度的方法(1)边界润滑膜的类型1)吸附膜。2)反应膜。1)吸附膜。在边界润滑状态下，润滑剂中的极性分子吸附在摩擦表面上所形成的边界润滑膜称为吸附膜。吸附膜按其形成条件的不同，又分为物理吸附膜和化学吸附膜两种。2)反应膜。在润滑剂中如添加一些含硫

10、、磷、氯的极压添加剂(分别称为硫系、磷系、氯系)，则这些有机化合物在高温条件下与金属表面发生化学反应，生成一种特殊的金属化合物，如硫化物、磷化物、氯化物等。(2)边界润滑膜的抗磨机理图2-9分子吸附膜a) 单分子b)多分子(3)温度对边界润滑膜抗磨性能的影响图2-11温度对边界润滑膜摩擦因数f的影响(4)提高边界润滑膜强度的方法合理选择摩擦副材料、降低表面粗糙度值，都能有效提高边界润滑膜强度。但最有效的方法是选用添加了油性添加剂和极压添加剂的抗磨液压油，并且对油液进行合理的监测、维护和更换。 3.当=15时，处于混合润滑状态由于摩擦副的对偶表面均有一定的表面粗糙度，当液膜厚度相对较薄时，局部表

11、面的轮廓峰顶有可能穿透润滑膜而直接接触，形成干摩擦。在两对偶表面间，有一些区域处于边界润滑膜接触，属于边界润滑，也有一些区域处于液膜润滑状态。二、摩擦副的磨损过程及磨损机理图2-12磨损率与工作时间的关系1)磨合阶段。磨合阶段是磨损初期的不稳定阶段，在整个工作时间内所占比率很小。 2)稳定磨损阶段。此阶段的时间最长，其特征是磨损缓慢，磨损率稳定。 3)剧烈磨损阶段。此阶段的特征是磨损率极高，产生异常的振动和噪声，摩擦副温度迅速升高，快速导致摩擦副失效。(1)粘着磨损(2)表面疲劳磨损(简称疲劳磨损)(3)磨粒磨损(4)冲蚀磨损(5)腐蚀磨损(1)粘着磨损在一定的负载条件下，两相对运动表面的轮廓

12、峰间可能产生局部接触，接触点处压力很高，润滑膜可能破裂。在润滑膜或其他表面膜破裂或被挤出的情况下，其接触部位由于摩擦高温或分子力的作用，将产生融合粘着(即固相焊合)。 (2)表面疲劳磨损(简称疲劳磨损)两个表面在重复滑动或滚动作用下所引起的表面点蚀或剥落的现象称为表面疲劳磨损。与粘着磨损不同，疲劳磨损不是渐进式的磨损，在某一临界时刻以前，其磨损量可以忽略不计，当到达某一临界时刻，发生块状脱落，元件很快失效。(3)磨粒磨损磨粒磨损是由于硬的物质使较软的材料表面被擦伤而引起的磨损。它可分为两种类型：一种是由粗糙的硬表面在软的表面擦过所引起的磨损；另一种是由硬的颗粒在两个摩擦面间滑动所引起的磨损。影

13、响磨粒磨损的主要因素包括液膜厚度、材料硬度、污染颗粒尺寸和硬度及浓度等。 (4)冲蚀磨损冲蚀磨损是指含有固体颗粒的高速液流对元件表面或边缘的冲击所造成的磨损。当液流中的颗粒以接近垂直的方向冲击元件表面时，若颗粒在冲撞时所释放出的能量大于元件表面材料的结合力，则表面材料将发生变形而导致疲劳磨损。 (5)腐蚀磨损腐蚀磨损是腐蚀与磨损同时起作用的一种磨损。由于腐蚀在对偶表面生成化学或电化学反应物，一般情况下，反应物与材料表面结合不牢，容易在摩擦过程中被磨掉，新露出的金属表面由于腐蚀又产生新的反应物，反应物生成后又被磨掉，如此反复作用，急剧加速对偶表面的磨损失效。三、摩擦副的设计原理和设计方法依靠一定

14、的结构措施，使摩擦副之间具有某一固定工作间隙的设计方法，称为固定间隙设计法。这种方法目前多用于齿轮泵的齿顶和壳体、轴向柱塞泵的柱塞与缸孔、径向柱塞泵的缸体和配流轴等摩擦副上。在摩擦副之间通入高压油液，使其所产生的分离力平衡掉绝大部分压紧力；或者在摩擦副运动件的背面通入高压油，靠其所产生的压紧力克服分离力，以保证摩擦副运动部件能在适当的剩余压紧力作用下，始终紧靠固定部件而不倾斜、不脱开。这种设计方法称为剩余压紧力法。图2-13静压支承的典型结构这种设计方法的特点是，压力油液不是连续地而是间歇地注入摩擦副的槽道，在注油期间，像连续注油的静压支承一样，形成一定的液膜厚度；而在停止注油期间，则利用已形

15、成液膜的挤压效应来平衡外负载力，并且在液膜被挤薄到允许的最小值之前，又开始下一次注油，如此不断循环。四、水液压泵(或液压马达)摩擦副设计中的几个关键技术问题1)由于水的粘度低，摩擦副中难以像油压摩擦副那样形成流体润滑状态。2)与液压油不同，水中不含任何油性或极压添加剂，当对偶表面轮廓峰接触时，无法产生边界润滑膜，难以使其处于良好的边界润滑状态。3)水(特别是海水)的锈蚀性强，元件很容易由于强烈的腐蚀磨损而失效。4)水的汽化压力很高，在对偶摩擦副的闭死区、液压泵入口等部位很容易产生气蚀而导致振动、噪声及点蚀。5)与矿物油相比，水及HFA、HFC等水基难燃液的粘压特性差，滚动接触时难以形成弹性流体动力润滑膜。图2-14弹性流体动力润滑的压力分布(1)正确的材料选择和合理的材料配对(2)正确的流场分析(3)最后的实验验证(1)正确的材料选择和合理的材料配对1)一般性能。如强度、断裂韧度、工艺性及热力学性能等。2)特殊性能。如抗腐蚀性能、硬度及表面强化性能、抗气蚀侵蚀性能、吸水率、热膨胀率、疲劳强度等。3)摩擦学性能。如摩擦相容性及自润滑性能、摩擦因数、抗粘着磨损及抗污染磨损性能等。(2)正确的流场分析1)对偶间隙。对偶间隙应根据容积损失与摩擦损失之和为最小来进行初选，但同时要考虑工艺上的可行性和运行中工作