液压泵和液压马达

第三节：叶片泵37-1第三章：液压泵和液压马达第一节：液压泵第二节：齿轮泵第三节：叶片泵第四节：柱塞泵第五节：液压马达第六节：液压泵和液压马达的选用第一节：液压泵37-2液压泵和液压马达都是液压传动系统中的能量转换元件。液压泵由原动机驱动，把输入的机械能转换成为油液的压力能，再以压力、流量的形式输入到系统中去，它是液压系统的动力源。液压马达则将输入的压力能转换成机械能，以扭矩和转速的形式输送到执行机构做功，是液压传动系统的执行元件。Q液压输出pQJ液压马达液压泵机械输入ppTpQ液压输入mmT机械输出第一节：液压泵和液压马达概述第一节：液压泵37-3容积式液压泵，利用封闭容积改变大小，来输出压力油。液压马达的工作原理与液压泵的相同。1.液压泵的工作原理第一节：液压泵37-4构成容积泵必须具备以下基本条件：(1)结构上能实现具有密封性能的可变工作容积。(2)工作腔能周而复始地增大和减小，当它增大时与吸油口相连，当它减小时与排油口相通。(3)吸油口与排油口不能连通，即不能同时开启。第一节：液压泵37-5•从工作过程可以看出，在不考虑油液泄漏的情况下，液压泵在每一工作周期中吸入或排出的油液体积只取决于工作构件的几何尺寸，如柱塞泵的柱塞直径和工作行程。•在不考虑油液泄漏等影响时，液压泵单位时间排出的油液体积与液压泵密封容积变化频率n成正比，也与泵密封容积的变化量V成正比；•在不考虑液体的压缩性和泄漏时，液压泵单位时间内排出的液体体积与工作压力无关。第一节：液压泵37-6液压泵的职能符号下：液压马达的职能符号如下：(1)按结构分:柱塞泵、齿轮泵、叶片泵(常用)三大类；(2)按排量是否可调分:定量泵、变量泵；(3)按排油方向分:单向泵、双向泵；(4)按压力级别分:低压、中压、中高压、超高压泵；单向定量马达单向变量马达双向定量马达双向变量马达单向定量泵单向变量泵双向定量泵双向变量泵2.液压泵分类第一节：液压泵37-73.液压泵与液压马达的性能参数液压泵(马达)的基本性能参数主要有压力、排量、流量、功率和效率。(1)工作压力和额定压力工作压力：液压泵和液压马达的工作压力是指泵(马达)实际工作时的压力。对泵来说，工作压力是指它的输出油液压力；对马达来说，则是指它的输入压力。在实际工作中，泵的压力是由负载大小而决定的。额定压力：液压泵(液压马达)的额定压力是指泵(马达)在正常工作条件下，按试验标准规定连续运转的最高压力。超过此值就是过载。第一节：液压泵37-8排量和流量排量V：泵(马达)每转一圈，由其几何尺寸计算而得到的排出(或吸入)液体的体积(即在无泄漏的情况下，其每转一圈所能输出的液体体积)，简称排量(L／r)。理论流量qt：在不考虑泄漏情况下，泵(马达)在单位时间内排出(输入)的液体体积，称泵(马达)的理论流量(L/min)。qt＝V×n第一节：液压泵37-9实际流量q：泵工作时实际排出的流量。它等于泵的理论流量qt减去泄漏流量(含压缩损失)ql，即q=qt－qLqL为容积流失，它与工作油液的粘度、泵的密封性及工作压力p等因素有关。(有什么样的关系？)对于马达，实际流量与理论流量的关系为q=qt+qL额定流量qn：在额定转速和额定压力下泵输出(或输入到马达中去)的实际流量。第一节：液压泵37-10功率和效率液压泵由原动机驱动，输入量是转矩T和角速度ω，输出量是液体的压力p和流量q；液压马达则刚好相反。如果不考虑液压泵(液压马达)在能量转换过程中的损失，则输出功率等于输入功率，也就是它们的理论功率是：Nt=p·qt（泵）=Tt·ω（马达）其中，理论输入(输出)转矩为:Tt=p·V/(2π)工作压力为p=Tt/Vd=(2π)·Tt/V理论流量为qt＝V×n式中Nt—液压泵、马达的理论功率(W)；Tt—液压泵、马达的理论转矩(N·m)；第一节：液压泵37-11实际上，液压泵和液压马达在能量转换过程中是有损失的，因此，输出功率小于输入功率，两者之间的差值即为功率损失，功率损失可以分为容积损失和机械损失两部分。p、qM2、n2M1、n1第一节：液压泵37-12液压马达来说，输入液压马达的实际流量必然大于它的理论流量，其容积效率可表示为：液压泵实际输出流量必然小于它的理论流量，容积效率表示：1tLLVtttqqqqqqq1tLLVqqqqqqq第一节：液压泵37-13对于液压马达来说，由于摩擦损失，使液压马达实际输出转矩小于其理论转矩。它的机械效率为：机械损失是指因摩擦而造成的转矩损失。对液压泵来说，泵的驱动转矩总是大于其理论上需要的驱动转矩，其机械效率为：tftfttmTTTTTTT1TTTTTTTfftm1第一节：液压泵37-14液压泵的总效率是其输出功率和输入功率之比：mVNN入出η——液压泵、马达的总效率。•这就是说，液压泵或液压马达的总效率都等于各自容积效率与机械效率的乘积。第一节：液压泵37-15液压泵、马达的容积效率和机械效率在总体上与油液的泄漏和摩擦副的摩擦损失有关，而泄漏及摩擦损失则与泵、马达的工作压力、油液粘度、转速有关。液压泵的效率特性曲线理论流量qt实际流量q容积效率ηv总效率η机械效率ηm第一节：液压泵37-16马达效率特性曲线理论流量qt总效率η实际流量q容积效率ηv机械效率ηm第二节：齿轮泵37-17第二节：齿轮泵•齿轮泵是一种常用的液压泵，主要特点是结构简单，制造方便，价格低廉，体积小，重量轻，自吸性能好，对油液污染不敏感，工作可靠；其主要缺点是流量和压力脉动大，噪声大，排量不可调。•齿轮泵被广泛地应用于采矿设备，冶金设备，建筑机械，工程机械，农林机械等各个行业。•齿轮泵按照其啮合形式的不同，有外啮合和内啮合两种，其中外啮合齿轮泵应用较广，而内啮合齿轮泵则多为辅助泵。第二节：齿轮泵37-18主动齿轮被动齿轮泵体吸油腔压油腔由一对完全相同的圆柱齿轮及泵体、前后泵盖、传动轴、密封件等组成。其组成及工作原理如图所示。1.外啮合齿轮泵工作原理第二节：齿轮泵37-19外啮合齿轮泵第二节：齿轮泵37-20齿轮泵的流量和脉动率外啮合齿轮泵的排量可近似看作是两个啮合齿轮的齿谷容积之和，若假设齿谷容积等于轮齿所占体积，齿轮泵的排量可近似为：V＝πdhb=2πzm2b式中V——液压泵的每转排量(m3／r)；z——齿轮的齿数；m——齿轮的模数(m)；b——齿轮的齿宽(m)；d——齿轮的节圆（分度圆）直径(m)，d=mz；h——齿轮的有效齿高(m)，h=2m。第二节：齿轮泵37-21实际上，齿谷容积比轮齿体积稍大一些，并且齿数越少误差越大，因此，在实际计算中用3.33～3.50来代替上式中的π值，齿数少时取大值，齿数多时取小值。这样，齿轮泵的排量可写为V=(6.66～7)zm2b由此得齿轮泵的输出流量为q=(6.66～7)zm2bnηV实际上，由于齿轮泵在工作过程中，排量是转角的周期函数，存在排量脉动，瞬时流量也是脉动的。第二节：齿轮泵37-22流量脉动会直接影响到系统工作的平稳性，引起压力脉动，使管路系统产生振动和噪声，如果脉动频率与系统的固有频率一致，还将引起共振，加剧振动和噪声。为了度量流量脉动的大小，引入了流量脉动率：σ=(qmax－qmin)/q0式中σ——液压泵的流量脉动率；qmax——液压泵最大瞬时流量(L／min)；qmin——液压泵最小瞬时流量(L／min)；q0——液压泵的平均流量(L／min)。在容积式泵中，齿轮泵的流量脉动最大，并且齿数愈少，脉动率愈大，这是外啮合齿轮泵的一个弱点。第二节：齿轮泵37-23AB间的死容积逐步减小AB间的死容积逐步增大AB间的死容积达到最小齿轮啮合时的重叠系数必大于1，故有一部分油液困在两对轮齿啮合时所形成的封闭油腔之内，这个密封容积的大小随齿轮转动而变化，形成困油。齿轮泵的结构特点（1）困油的现象第二节：齿轮泵37-24消除困油现象的方法：通常是在两端盖板上开卸荷槽，见图中的虚线方框。当封闭容积减小时，通过右边的卸荷槽与压油腔相通。而封闭容积增大时，通过左边的卸荷槽与吸油腔相通，两卸荷槽的间距必须确保在任何时候都不使吸、排油相通。也有在这个端盖上钻一个盲孔或两个盲孔作为卸荷槽。第二节：齿轮泵37-25产生径向力的原因:（a）吸油腔侧压力低于压油腔侧压力；（b）齿轮的啮合力。（2）径向不平衡力第二节：齿轮泵37-26减小径向力不平衡的措施：a）减小压油口直径；使压油腔的压力仅作用在一个齿到两个齿的范围内;b）采用滚针轴承；c）开减载槽；即将齿槽中的高压区引向低压吸油口，齿槽的低压区引向高压的排油口。第二节：齿轮泵37-27(3)泄漏泄漏有三条途径：一是通过齿轮啮合处的间隙；二是泵体内表面与齿顶圆间的径向间隙；三是通过齿轮两端面与两侧端盖间的端面轴向间隙（泄漏量最大，占总泄漏量的70%—80%）。第二节：齿轮泵37-28(4)措施减小端面轴向间隙，一般采用齿轮端面间隙自动补偿的办法来解决。第二节：齿轮泵37-293.CB－Z2型高压齿轮泵此泵是采用双向补偿。高压力、高效率、长寿命。1－主动齿轮轴2－骨架油封3－前泵盖4－轴承5－定位销6－泵体7－浮动侧板8－垫板9－支承套10－后泵盖1－螺栓12－径向密封块13－密封圈第二节：齿轮泵37-30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。内啮合齿轮泵1—吸油腔，2—压油腔，3—隔板二、内啮合齿轮泵第二节：齿轮泵37-31渐开线齿轮泵第二节：齿轮泵37-32摆线转子泵摆线转子泵的额定压力一般为2.5MPa、4MPa，这种泵作为补油泵和润滑泵使用。广泛应用于大、中型车辆的液压转向系统中。第三节：叶片泵37-33叶片泵是一种小功率泵，排油均匀，工作平稳，噪声小，应用在中、低压系统。叶片泵分为单作用叶片泵和双作用叶片泵。当转子转一圈时，油泵每一工作容积吸、排油各一次，称为单作用叶片泵。一般，单作用叶片泵往往是做成变量泵结构。当转子转一圈，油泵每一工作容积吸、排油各两次，称为双作用叶片泵。双作用叶片泵则只能做成定量泵结构。第三节：叶片泵第三节：叶片泵37-34一、单作用叶片泵工作原理泵由转子2、定子3、叶片4、配油盘和端盖（图中未示）等件所组成。单作用叶片泵的优点：结构工艺简单，可以实现各种形式的变量。单作用叶片泵的缺点：作用在转子上的液压力不平衡，增大轴承磨损，缩短泵的寿命。第三节：叶片泵37-35单作用叶片泵平均流量计算每个工作腔的体积ΔV等于大扇形面积aO1b减去小扇形面积cO1d再乘以转子的宽度B。即画阴影线的部分。ΔV=B(S扇大－S扇小)当单作用叶片泵有z个封闭容积时，泵的理论排量V的表达式可写为:V=zΔV=π[(R+e)2－(R－e)2]B=4πReB•式中R—定子半径；e—偏心距；B—转子宽度。第三节：叶片泵37-36考虑泵的容积效率ηV，当泵的转速为n时，单作用叶片泵的实际流量q可写为:q=VnηV=4πReBnηV思考一下：若想改变泵的排量V，改变上式中哪个参数最方便呢？那么，怎样改变容易实现呢？第三节：叶片泵37-37单作用叶片泵的变量原理改变偏心距e，就是改变定子与转子的相对位置，转子轴是固定在轴承中的，使定子移动在结构上比较容易实现，这就需要一个力来推动定子移动，这个力称为操纵力。根据操纵力不同，变量叶片泵分为内反馈式和外反馈式两种。如果操纵力是来自泵定子内部的排油压力，就称为内反馈式变量泵,见左图。如果操纵力是来自泵定子外部的排油压力，就称为外反馈式变量泵，见右图。1234567891011e0第三节：叶片泵37-38转子1的中心O是固定的，定子3可以左右移动，调压螺栓9可对调压弹簧8的预压力进行调节，在调压弹簧8力的作用下，定子3被7推向右端靠在4上，使定子中心O1和转子中心O之间有一个偏心距e，初始偏心距e0的大小可用最大流量调节螺钉4调节；最大流量调节螺钉4的工作位置决定了定子的最大偏心距和油泵的最大排量。1234567891011e0(1)限压式内反馈变量叶片泵第三节：叶片泵37-39配油盘5上的吸油口和压油口关