第二章-液压传动装置的可靠性寿命与传动效率的影响因素课件

第二章液压传动装置的可靠性寿命与传动效率的影响因素第一节液压元件性能参数及可靠性寿命第二节动态载荷对液压元件寿命的影响第三节液压元件的传动效率第二章液压传动装置的可靠性寿命与传动效率的影响因素第一节1第一节液压元件性能参数及可靠性寿命

一、性能参数定义（柱塞泵、马达）额定压力pH：规定转速范围内连续运转、并能保证设计寿命的最高输出压力。最高压力pm：允许短时运转的最高输出（输入）压力。额定转速nH：在额定压力、规定的进油条件下，能保证设计寿命的最高名义转速。额定工况：最大排量、额定压力、额定转速下的工况。Vmax、

pH、

nH第一节液压元件性能参数及可靠性寿命

一、性能参数定义（柱塞2二、可靠性定义及数量特征1可靠性定义：产品在规定的条件下和时间内，完成规定功能的能力。规定的功能：全部功能；规定的条件：负荷条件、环境条件、存放条件等；规定时间：随使用时间不同，完成规定功能的能力不同。2可靠性的数量特征（1）可靠度R(t)：产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的概率。R(t)：可靠度函数；F(t)：累积失效概率（不可靠度函数）；N：受试产品总数；ΔN：失效数。二、可靠性定义及数量特征1可靠性定义：产品在规定的条件下和3(2)失效率λ(t)：产品在时刻t后的一个单位时间内(t,t+1)的失效数与在该时刻尚正常工作的产品数之比。失效密度f(t)：指产品在某一时间间隙内平均单位时间的失效频率n(t)：t时刻的累积故障数(2)失效率λ(t)：产品在时刻t后的一个单位时间内(t,4(3)寿命：液压元件主要特征参数超过许用极限前的工作时间。可修复产品指两次相邻故障间的工作时间MTBF（meantimebetweenfailure）。不可修复产品指失效前平均工作时间MTTF（meantimetofailure）。平均寿命：产品寿命的平均值。可靠寿命ta：可靠度等于给定值a的无故障工作时间。中位寿命t0.5：可靠度为0.5时的寿命。注意：中位寿命与平均寿命含义不同，见表2.1。(3)寿命：液压元件主要特征参数超过许用极限前的工作时间。5（4）常见失效密度分布函数（4）常见失效密度分布函数6三液压元件的失效

失效的分类三液压元件的失效

失效的分类7失效判据失效判据8四液压元件典型失效机理（疲劳、磨损、老化）1疲劳金属在交变应力或应变循环下，逐渐产生带有选择性的累积损伤，经过一段时间发生带有局部特征的断裂，即为金属疲劳。疲劳过程：裂纹产生、扩展、瞬时断裂。断口形貌：疲劳扩展区、瞬时断裂区。四液压元件典型失效机理（疲劳、磨损、老化）1疲劳9（1）滚动零件的疲劳寿命国外一些液压元件公司常用主轴承或其他关键运动副的疲劳损伤极限循环次数作为元件的寿命指标。滚动轴承额定寿命计算公式：滚动轴承寿命还与润滑条件有关。轴承尺寸愈大、转速愈高、润滑油粘度愈大油膜参数（Hmin/σ）愈大，寿命愈长。意大利DENISON丹尼逊公司（1）滚动零件的疲劳寿命国外一些液压元件公司常用主轴承或其10(2)缸体等压力容腔类零件的疲劳强度液压元件以107次循环确定耐久极限压力，以106次循环确定额定压力。不同循环次数下的疲劳极限压力可以换算，其公式为：(2)缸体等压力容腔类零件的疲劳强度液压元件以107次循环112磨损1）磨损的形式磨料磨损：磨料颗粒侵入摩擦副，产生微量切削，破坏密封。粘着磨损：粘着、撕裂，如滑阀卡涩。取决于压力和油粘度。疲劳磨损：交变载荷作用使金属表面疲劳剥落。腐蚀磨损：油液中水分在压力、温度变化时分离，腐蚀表面。2）磨损强度的影响因素润滑条件、相对运动速度、工作压力、周围介质的成分；液压元件使用原则是适当降低匹配压力，尽量提高工作速度。2磨损1）磨损的形式123）液压元件的油污敏感度：指液压元件对污染颗粒的敏感程度，敏感度愈高则抗污染能力愈低。元件性能下降率元件对尺寸区间i的油污敏感度系数区间i的油污颗粒侵入速度流量污染颗粒浓度若试验防尘一次加入液压系统，初始浓度为n0则污染颗粒浓度按指数衰减：泵的污染敏感系数正比于颗粒浓度泵流量变化率：时间常数3）液压元件的油污敏感度：指液压元件对污染颗粒的敏感程度，敏13泵流量随使用时间变化规律：时间无穷大时，达到稳定值：实际使用中颗粒浓度基本不变泵磨损寿命：允许最低流量国家标准规定：泵流量随使用时间变化规律：时间无穷大时，达到稳定值：实际使用143液压元件负荷与寿命的关系高压：应力大，局部温度升高、油液粘度低，旋转组件的疲劳和磨损加剧，这些运动副成为薄弱环节。寿命曲线比较平缓，压力对寿命影响大。中压：轴承疲劳损坏成为限制因素。低压：其他组件磨损，陡峭，寿命对压力影响不敏感。使元件在中压段工作既可以充分发挥元件工作能力，又具有较长的工作寿命。3液压元件负荷与寿命的关系高压：应力大，局部温度升高、油液15第二节动态载荷对液压元件寿命的影响一、工程机械的载荷特点连续作业：工作阻力保持较高的数值且呈现出剧烈的波动性。周期作业：周期性、低频波动性（0.15~3Hz）、频繁超载。额定载荷：工程机械规定额定载荷为满铲运土时的平均载荷。第二节动态载荷对液压元件寿命的影响一、工程机械的载荷特点连16二、动态载荷对液压元件寿命的影响《液压轴向柱塞泵技术条件》、《液压轴向柱塞泵试验方法》

满载试验：额定压力、额定转速、最大排量。超载试验：最大排量、额定转速、最高标定压力或125%的额定压力。冲击试验：最大排量、额定转速，冲击频率10~30/min。二、动态载荷对液压元件寿命的影响《液压轴向柱塞泵技术条件》17三种试验可任意选一种。任一方法试验后液压泵容积效率下降不超过3%，不得有异常磨损或损坏。1、满载2400h；2、满载1000h，超载10h，冲击10万次；3、超载250h，冲击10万次。三种试验方法等效可得：1、由2、3等效,240h超载=1000小时候满载，即超载1h=满载4.17h；2、由1、3等效，满载2400h=超载576h=超载250h+冲击10万次，即超载1h=冲击306次，满载1h=冲击73.44次3、冲击频率10~30/min，即600~1800次/h，冲击1h相当于满载8.2~24.5h，取16.35h三种试验可任意选一种。任一方法试验后液压泵容积效率下降不超过18二、在动载和超载工况下提高液压元件工作寿命的措施1、降压使用可以认为动载主要影响配流盘的疲劳强度，加大运动副的磨损。而对主轴承、缸体等本就受动载作用的零件影响不大。工作压力降低至额定压力2/3时，疲劳寿命可由106次循环增加至耐久极限。2、采用蓄能器滤波以削减冲击峰值和脉动幅值二、在动载和超载工况下提高液压元件工作寿命的措施1、降压使用19气囊式蓄能器充气压力吸收液压冲击时消除压力脉动时满铲平均载荷对应压力脉动最小压力脉动平均压力由于脉动特性难以确定，故一般取：为了同时吸收冲击和脉动，取蓄能器充气压力为二者较小者，即：气囊式蓄能器充气压力吸收液压冲击时消除压力脉动时满铲平均载荷20气囊式蓄能器总容量消除脉动时，在一个流量脉动周期内，蓄能器吸、排油一次，其中的气体为绝热过程，满足：绝热指数假设脉动为对称三角形，则蓄能器吸收油液体积脉动周期，取1/3s消除脉动时蓄能器总容量：吸收冲击时蓄能器总容量：消除脉动和吸收冲击兼顾时，取小者。气囊式蓄能器总容量消除脉动时，在一个流量脉动周期内，蓄能器吸21第三节液压元件的传动效率一、定量泵效率1容积效率理论排量压差泵转速液压油粘度实际流量泄露流量2机械效率理论输入力矩实际输入力矩层流泄漏系数摩擦阻力矩机械摩擦系数层流摩擦系数第三节液压元件的传动效率一、定量泵效率1容积效率理论排量223总效率式中各系数见表2.8总效率最大时：考虑到CsCv远小于1，则有泵最大总效率3总效率式中各系数见表2.8总效率最大时：考虑到CsCv远23二、轴向柱塞变量泵效率结论：1容积效率、机械效率均随排量增大而增大；2容积损失由运动副间泄漏引起；3机械损失包括三部分：液体摩擦、机械摩擦、与压力和转速无关的扭矩损失。二、轴向柱塞变量泵效率结论：24三、液压马达的效率三、液压马达的效率25第二章液压传动装置的可靠性寿命与传动效率的影响因素第一节液压元件性能参数及可靠性寿命第二节动态载荷对液压元件寿命的影响第三节液压元件的传动效率第二章液压传动装置的可靠性寿命与传动效率的影响因素第一节26第一节液压元件性能参数及可靠性寿命

一、性能参数定义（柱塞泵、马达）额定压力pH：规定转速范围内连续运转、并能保证设计寿命的最高输出压力。最高压力pm：允许短时运转的最高输出（输入）压力。额定转速nH：在额定压力、规定的进油条件下，能保证设计寿命的最高名义转速。额定工况：最大排量、额定压力、额定转速下的工况。Vmax、

pH、

nH第一节液压元件性能参数及可靠性寿命

一、性能参数定义（柱塞27二、可靠性定义及数量特征1可靠性定义：产品在规定的条件下和时间内，完成规定功能的能力。规定的功能：全部功能；规定的条件：负荷条件、环境条件、存放条件等；规定时间：随使用时间不同，完成规定功能的能力不同。2可靠性的数量特征（1）可靠度R(t)：产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的概率。R(t)：可靠度函数；F(t)：累积失效概率（不可靠度函数）；N：受试产品总数；ΔN：失效数。二、可靠性定义及数量特征1可靠性定义：产品在规定的条件下和28(2)失效率λ(t)：产品在时刻t后的一个单位时间内(t,t+1)的失效数与在该时刻尚正常工作的产品数之比。失效密度f(t)：指产品在某一时间间隙内平均单位时间的失效频率n(t)：t时刻的累积故障数(2)失效率λ(t)：产品在时刻t后的一个单位时间内(t,29(3)寿命：液压元件主要特征参数超过许用极限前的工作时间。可修复产品指两次相邻故障间的工作时间MTBF（meantimebetweenfailure）。不可修复产品指失效前平均工作时间MTTF（meantimetofailure）。平均寿命：产品寿命的平均值。可靠寿命ta：可靠度等于给定值a的无故障工作时间。中位寿命t0.5：可靠度为0.5时的寿命。注意：中位寿命与平均寿命含义不同，见表2.1。(3)寿命：液压元件主要特征参数超过许用极限前的工作时间。30（4）常见失效密度分布函数（4）常见失效密度分布函数31三液压元件的失效

失效的分类三液压元件的失效

失效的分类32失效判据失效判据33四液压元件典型失效机理（疲劳、磨损、老化）1疲劳金属在交变应力或应变循环下，逐渐产生带有选择性的累积损伤，经过一段时间发生带有局部特征的断裂，即为金属疲劳。疲劳过程：裂纹产生、扩展、瞬时断裂。断口形貌：疲劳扩展区、瞬时断裂区。四液压元件典型失效机理（疲劳、磨损、老化）1疲劳34（1）滚动零件的疲劳寿命国外一些液压元件公司常用主轴承或其他关键运动副的疲劳损伤极限循环次数作为元件的寿命指标。滚动轴承额定寿命计算公式：滚动轴承寿命还与润滑条件有关。轴承尺寸愈大、转速愈高、润滑油粘度愈大油膜参数（Hmin/σ）愈大，寿命愈长。意大利DENISON丹尼逊公司（1）滚动零件的疲劳寿命国外一些液压元件公司常用主轴承或其35(2)缸体等压力容腔类零件的疲劳强度液压元件以107次循环确定耐久极限压力，以106次循环确定额定压力。不同循环次数下的疲劳极限压力可以换算，其公式为：(2)缸体等压力容腔类零件的疲劳强度液压元件以107次循环362磨损1）磨损的形式磨料磨损：磨料颗粒侵入摩擦副，产生微量切削，破坏密封。粘着磨损：粘着、撕裂，如滑阀卡涩。取决于压力和油粘度。疲劳磨损：交变载荷作用使金属表面疲劳剥落。腐蚀磨损：油液中水分在压力、温度变化时分离，腐蚀表面。2）磨损强度的影响因素润滑条件、相对运动速度、工作压力、周围介质的成分；液压元件使用原则是适当降低匹配压力，尽量提高工作速度。2磨损1）磨损的形式373）液压元件的油污敏感度：指液压元件对污染颗粒的敏感程度，敏感度愈高则抗污染能力愈低。元件性能下降率元件对尺寸区间i的油污敏感度系数区间i的油污颗粒侵入速度流量污染颗粒浓度若试验防尘一次加入液压系统，初始浓度为n0则污染颗粒浓度按指数衰减：泵的污染敏感系数正比于颗粒浓度泵流量变化率：时间常数3）液压元件的油污敏感度：指液压元件对污染颗粒的敏感程度，敏38泵流量随使用时间变化规律：时间无穷大时，达到稳定值：实际使用中颗粒浓度基本不变泵磨损寿命：允许最低流量国家标准规定：泵流量随使用时间变化规律：时间无穷大时，达到稳定值：实际使用393液压元件负荷与寿命的关系高压：应力大，局部温度升高、油液粘度低，旋转组件的疲劳和磨损加剧，这些运动副成为薄弱环节。寿命曲线比较平缓，压力对寿命影响大。中压：轴承疲劳损坏成为限制因素。低压：其他组件磨损，陡峭，寿命对压力影响不敏感。使元件在中压段工作既可以充分发挥元件工作能力，又具有较长的工作寿命。3液压元件负荷与寿命的关系高压：应力大，局部温度升高、油液40第二节动态载荷对液压元件寿命的影响一、工程机械的载荷特点连续作业：工作阻力保持较高的数值且呈现出剧烈的波动性。周期作业：周期性、低频波动性（0.15~3Hz）、频繁超载。额定载荷：工程机械规定额定载荷为满铲运土时的平均载荷。第二节动态载荷对液压元件寿命的影响一、工程机械的载荷特点连41二、动态载荷对液压元件寿命的影响《液压轴向柱塞泵技术条件》、《液压轴向柱塞泵试验方法》

满载试验：额定压力、额定转速、最大排量。超载试验：最大排量、额定转速、最高标定压力或125%的额定压力。冲击试验：最大排量、额定转速，冲击频率10~30/min。二、动态载荷对液压元件寿命的影响《液压轴向柱塞泵技术条件》42三种试验可任意选一种。任一方法试验后液压泵容积效率下降不超过3%，不得有异常磨损或损坏。1、满载2400h；2、满载1000h，超载10h，冲击10万次；3、超载250h，冲击10万次。三种试验方法等效可得：1、由2、3等效,240h超载=1000小时候满载，即超载1h=满载4.17h；2、由1、3等效，满载2400h=超载576h=超载250h+冲击10万次，即超载1h=冲击306次，满载1h=冲击73.44次3、冲击频率10~30/min，即600~1800次/h，冲击1h相当于满载8.2~24.5h，取16.35h三种试验可任意选一种。任一方法试验后液压泵容积效率下降不超过43二、在动载和超载工况下提高液压元件工作寿命的措施1、降压使用可以认为动载主要影响配流盘的疲劳强度，加大运动副的磨损。而对主轴承、缸体等本就受动载作用的零件影响不大。工作压力降低至额定压力2/3时，疲劳寿命可由10