第3章液压动力元件.ppt

1、第3章 液压动力元件,安徽工业经济职业技术学院,第3章 液压动力元件,3.1 液压泵概述 3.2 齿轮泵 3.3 叶片泵 3.4 柱塞泵,3.1 液压泵概述,液压泵是液压系统的动力元件，其作用是把原动机输入的机械能转换为液压能，向系统提供一定压力和流量的液流； 1. 液压泵的工作原理 2. 液压泵的主要性能参数 3. 液压泵的类型,1. 液压泵的工作原理,1. 液压泵的工作原理,单柱塞液压泵,液压泵是靠密封工作油腔的容积变化来进行工的，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，油箱中的油液才能被吸入。当油腔容积由大逐渐减小时，油被挤

2、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（或输出流量）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；,1. 液压泵的工作原理,液压泵的工作的必要条件： 1.液压泵必须有一个或若干个周期变化的密封容积； 2.液压泵心须有配流装置，将吸油和压油的过程分开； 3. 油箱液面通大气或油箱充气（油箱内液体的绝对压力必须恒等于或大于大气压力） 。,2. 液压泵的主要性能参数,2. 液压泵的主要性能参数 （1）工作压力和额定压力 （2）排量和流量 （3）功率与效率,2. 液压泵的主要性能参数,（1）工作压力和额定压力 工作压力p：指泵实际工作时

3、输出油液的压力，其值取决于外界负载（管阻、摩擦、外负载）； 额定压力pn ：指泵在正常工作条件下，按实验标准规定能够连续运转的最高压力； 如果： p pn 则称此液压泵过载； 最高允许压力pmax ：泵在短时间内允许超载使用 (pmax) 的极限压力； 三者之间的关系式： p pn pmax,2. 液压泵的主要性能参数,（2）排量和流量 排量V：在没有泄漏的情况下，泵每转一转所排出的液体的体积。 单位(m3/r)或 (mL/r) 理论流量qt:理论流量qt 是指在没有泄漏的情况下，单位时间内所输出的油液体积。其大小与泵轴转速n和排量V有关， 即: qt = V n 实际流量q:液压泵在某一具体

4、工况下,单位时间内所排出的液体体积称为实际流量。 额定流量qn:液压泵在正常工作条件下,按试验标准规定(如在额定压力和额定转速下)必须保证的流量。 三者之间的关系式： q qn qt,2. 液压泵的主要性能参数,（3）功率与效率 液压泵由电机驱动：输入量是转矩T和转速n（角速度），输出量是液体的压力p 和流量q ； 输入功率: Pi= T = 2nT 输出功率: Po = pq 结论： 如果不考虑液压泵在能量转换过程中的损失，则输出功率等于输入功率，则 Po = Pi ，即 pqt = 2nTt 实际上有能量损失（功率损失） Po Pi,2. 液压泵的主要性能参数,功率损失的形式： 容积损失和

5、机械损失 容积损失：因内泄漏、气穴和油液在高压下受压缩而造成的流量损失，内泄漏是主要原因。因而泵的压力增高，输出的实际流量就减小； 容积效率v ：实际流量与理论流量之比值 v = q / qt =（qt- q ）/ qt = 1- q / qt q 某一工作压力下液压泵的流量损失，即泄漏量。,2. 液压泵的主要性能参数,机械损失： 因泵内摩擦而造成的转矩上的损失。设转矩损失为T,实际输入转矩为T = Tt +T，要比理论输入转矩Tt大。 机械效率m ：理论转矩与实际输入转矩之比值 m = Ti / T = 1 - T / T,2. 液压泵的主要性能参数,总效率:液压泵的实际输出功率与其输入功率

6、的比 结论：总效率等于容积效率与机械效率之乘积。,3. 液压泵的类型,液压泵类型: 结构形式:齿轮泵、叶片泵、柱塞泵和螺杆泵等; 泵的输出流量能否调节(按排量是否可调节）:定量泵和变量泵; 泵的额定压力的高低:低压泵、中压泵和高压泵;,3. 液压泵的类型,液压泵的图形符号：,3. 液压泵的类型,例题： 某液压泵在转速n = 950r/min时，理论流qt=160L/min。在同样的转速和压力p=29.5MPa 时，测得泵的实际流量为q=150L/min，总效率 =0.87，求： (1)泵的容积效率 v； (2)泵在上述工况下所需的电动功率Po； (3)泵在上述工况下的机械效率 m ； (4)驱

7、动泵的转矩T？,3.2 齿轮泵,1. 齿轮泵的工作原理 2. 齿轮泵的流量 3. 齿轮泵的特点,1. 齿轮泵的工作原理,工作原理： 密封容积形成：齿轮、泵体内表面、前 后泵盖围成 齿轮退出啮合,容积吸油 密封容积变化 齿轮进入啮合,容积压油 吸压油口隔开：两齿轮啮合线及泵盖,2. 齿轮泵的流量,齿轮泵的排量： V=dhb=2zm2b 式中： d齿轮分度圆直径； h有效齿高，h=2m； b齿轮宽； z齿轮齿数； m齿轮模数。 泵的流量为: 理论流量： qt=Vn=2zm2bn=6.66zm2bn 实际流量： q=qt v =2zm2bn v = 6.66zm2bn v,结 论： 1、 齿轮泵的q

8、t是齿轮几何参数和转速的函数； 2、 转速等于常数，流量等于常数 齿轮泵是定量泵 3、 理论流量与出口压力无关,2. 齿轮泵的流量,由于齿轮啮合过程中工作腔容积变化率不是常数，因此齿轮泵的瞬时流量是脉动的。以流量脉动率来评价瞬时流量的脉动。设qmax、qmin 表示最大瞬时流量和最小瞬时流量。流量脉动率可用下式表示 = （qmax qmin ）/ q 流量脉动结果：引起系统的压力脉动，产生振动和噪声，影响传动的平稳性。,3. 齿轮泵的特点,1. 困油现象及其消除措施 2. 径向作用力不平衡 3. 泄漏 4. 优缺点,1. 困油现象及其消除措施,1. 困油现象及其消除措施 产生原因： 为保证齿轮

9、连续平稳运转，又能够使吸压油口隔开，齿轮啮合时的重 合度必须大于1； 有时会出现两对轮齿同时啮合的情况，故在齿向啮合线间形成一个封 闭容积；,1. 困油现象及其消除措施,困油引起的结果： ab 容积缩小 p 高压油从一切可能泄漏的缝隙强行挤出，使轴和轴承受很大冲击载荷，泵剧烈振动，同时无功损耗增大，油液发热。 bc 容积增大 p 形成局部真空，产生气穴，引起振动、噪声、汽蚀等 总之：由于困油现象，使泵工作性能不稳定，产生振动、噪声等，直接影响泵的工作寿命。,1. 困油现象及其消除措施,消除困油的方法： 原则 ： ab 密封容积减小，使之通压油口 bc 密封容积增大，使之通吸油口 b 密封容积最

10、小，隔开吸压油 方法： 在泵盖（或轴承座）上开卸荷槽以消 除困油，将卸荷槽整个向吸油腔侧平 移一段距离，效果更好,2. 径向作用力不平衡,径向不平衡力的产生： 液压力 液体分布规律： 沿圆周从高压腔到低压腔， 压力沿齿轮外圆 逐齿降低。p，径向不平衡力增大齿轮和 轴承受到很大的冲击载荷，产生振动 和噪声。 改善措施： 缩小压油口，以减小压力油作用面积；,3. 泄漏,泄漏： 1.通过齿轮啮合处的间隙约占齿轮泵总泄漏量的 5% ； 2.通过泵体内孔和齿顶圆间的径向间隙约占齿轮泵总泄漏量的 20%-25% ； 3.通过齿轮两端面和端盖间的端面间隙约占齿轮泵总泄漏量的 75%-80%； 总之：泵压力愈

11、高，泄漏愈大。,3. 泄漏,结论:齿轮泵由于泄漏大和存在径向不平衡力，因而限制了压力的提高。为使齿轮泵能在高压下工作，常采取的措施为： 减小径向不平衡力； 提高轴与轴承的刚度； 同时对泄漏量最大的端面间隙采用自动补偿装置： 浮动轴套补偿原理：将压力油引入轴套背面，使之紧贴齿轮端面，补偿磨损，减小间隙。 弹性侧板式补偿原理：将泵出口压力油引至侧板背面，靠侧板自身的变形来补偿端面间隙。,4. 优缺点,外啮合齿轮泵的优点：结构简单，制造容易，体积小，重量轻，成本低，自吸性能好，工作可靠，对油液污染不敏感，维护方便。 外啮合齿轮泵的缺点：容积效率较低，流量脉动和压力脉动较大，噪声也大。 应用： 低压外

12、啮合齿轮泵广泛应用于机床(磨床、珩磨机)的液压传动系统和各种补油、润滑及冷却装置以及液压系统中的控制油源等。 中高压齿轮泵主要用于工程机械、农业机械、轧钢设备和航空技术中。,3.3 叶片泵,叶片泵根据工作原理可分为单作用式及双作用式两类； 1. 单作用叶片泵 2. 双作用叶片泵 3. 限压式变量叶片泵 4. 叶片泵的特点,1. 单作用叶片泵,1. 单作用叶片泵 组成：定子、转子、叶片、配油盘、传动轴、壳体等。 工作原理： v密形成：定子、转子、叶片、配流盘围成； v密变化，转子逆转： 右半周，叶片伸出，v密，吸油 左半周，叶片缩回，v密，压油 吸压油腔隔开： 配油盘上封油区和叶片,1转子 2定

13、子 3叶片,1. 单作用叶片泵,单作用叶片泵特点： （1） 转子转一转，吸压油各一次。 称单作用式 （2） 吸压油口各半，径向力不平。 称非卸荷式,1. 单作用叶片泵,单作用叶片泵的实际流量： 式中：B叶片宽度；e-转子与定子偏心距； D定子内径；n-泵的转速；v泵的容积效率。,改变转子与定子的偏心量e，即可改变泵的流量，偏心越大，流量越大，如调成几乎是同心，则流量接近于零。因此单作用叶片泵大多为变量泵。,1. 单作用叶片泵,单作用叶片泵的流量脉动： 单作用叶片泵定、转偏心安装 其容积变化不均匀，故 有流量脉动 理论分析表明：叶片数为奇数时脉动率较小，故一般叶片数为13或15,1. 单作用叶片

14、泵,特点： (1)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; (2)处在压油腔的叶片顶部受到压力油的作用,该作用要把叶片推入转子槽内； (3)由于转子受到不平衡的径向液压作用力,所以这种泵一般不宜用于高压； (4)为了更有利于叶片在惯性力作用下向外伸出，而使叶片有一个与旋转方向相反的倾斜角，称后倾角，一般为24。,2. 双作用叶片泵,组成：定子、转子、叶片、配油盘、传动轴、壳体等。 工作原理： V密形成：定子、转子和相邻两叶片、配流 盘围成； V密变化：转子顺转： 左上、右下，叶片伸出，V密吸油；右上、左下，叶片缩回，V密压油； 吸压油口隔开： 配油盘上封油区及叶片

15、,1定子 2转子 3叶片,2. 双作用叶片泵,双作用叶片泵特点： 1） 转子转一转，吸、压油各两次。称双作用式 2） 吸、压油口对称，径向力平衡。称卸荷式,2. 双作用叶片泵,单作用叶片泵的实际流量：,结论：双作用叶片泵为定量泵，双作用叶片泵仍存在流量脉动，当叶片数为4的整数倍、且大于8时的流量脉动较小， 故通常取叶片数为12或16。,2. 双作用叶片泵,YB1型叶片泵的结构：,3. 限压式变量叶片泵,组成：变量泵主体、限压弹簧、调节机构（螺钉）、反馈液压缸。 工作原理： 当pA ksx0时，定子右移， e ，q,3. 限压式变量叶片泵,特性曲线： 限定压力pB:泵在保持最大输出流量不变时，可

16、达到的最高压力 极限压力pc:外载进一步加大时泵的工作压力不再升高，这时定子和转子间的偏心量为零，泵的实际输出流量为零,当p pB时，pA = k（x0+x）变量泵,由上可以看出：当负荷小时，泵输出流量大，负载可快速移动，当负荷增加时， 泵输出流量变少，输出压力增加，负载速度降低，如此可减少能量消耗，避免 油温上升。,3. 限压式变量叶片泵,调整过程: 调整螺钉1可改变原始偏心量e0，即调节泵的最大输出流量，亦即改变A点的位置，使AB线段上下平移；调整螺钉4可改变弹簧预压缩量，即调节限定压力pB大小，亦即改变B点的位置，使BC线段左右平移；改变弹簧刚度k，则可改变BC线段的斜率，弹簧越“软”（

17、k值越小），BC线段越陡，pc值越小；反之，弹簧越“硬”（k值越大），BC线段越平坦，pc值越大,3. 限压式变量叶片泵,限压式变量叶片泵的应用： （1）执行机构需要有快、慢速运动的场合 如：组合机床进给系统实现快进、工进、快退等 快进或快退： 用AB段 工进： 用BC段 （2）定位夹紧系统 定位夹紧：用AB段 夹紧结束保压：用C点,4. 叶片泵的特点,主要优点： (1)输出流量比齿轮泵均匀，运转平稳，噪声小。 (2)工作压力较高，容积效率也较高。 (3)单作用式叶片泵易于实现流量调节，双作用式叶片泵则因转子所受径向液压力平衡，使用寿命长。 (4)结构紧凑，轮廓尺寸小而流量较大。 主要缺点：

18、(1)自吸性能较齿轮泵差，对吸油条件要求较严，其转速范围必须在5001500 r/min范围内。 (2)对油液污染较敏感，叶片容易被油液中杂质咬死，工作可靠性较差。 (3)结构较复杂，零件制造精度要求较高，价格较高。 应用：叶片泵一般用在中压(6.3 MPa)液压系统中，主要用于机床控制，特别是双作用式叶片泵因流量脉动很小，因此在精密机床中得到广泛使用。,*斜盘式 轴向柱塞泵 按柱塞排列方式 斜轴式 径向柱塞泵,工作原理：靠柱塞在缸体内的往复运动，使密封容积变化实现吸压油。, 圆形构件配合，加工方便，精度高，密封性好 有如下特点： （1）工作压力高 ，效率高。 （2）易于变量； （3）流量范围大；,3.4 柱塞泵,3.4 柱塞泵,1. 轴向柱塞泵工作原理 2. 轴向柱塞泵流量 3. 特点,1. 轴向柱塞泵工作原理,轴向柱塞泵特征：柱塞轴线平行缸体的轴线 轴向柱塞泵的组成：配油盘、柱塞、缸体、倾斜盘等,轴向柱塞泵工作原理： V密形成：柱塞和缸体配合而成。 V密变化，缸体顺转： 右半周，V密增大，吸油； 左半周，V密减小，压油； 吸压油口隔开：配油盘上的封油区及缸体底部的通油孔；,2. 轴向柱塞泵流