液压泵与液压马达

华北水利水电学院机械学院液压与气压传动液压泵是液压系统的动力元件，它将原动机输入的机械能转换为油液的压力能输出，为执行元件提供压力油液。液压马达是液压系统中的执行元件，将液体的压力能转换为旋转形式的机械能、从而拖动负载作功。第三章液压泵和液压马达液压泵和液压马达的工作原理分类基本参数第一节概述液压泵的基本工作原理3BA26541图3-1液压泵的工作原理图1-缸体2-偏心轮3-柱塞4-弹簧5-吸油阀6-排油阀A-偏心轮左死点B-偏心轮右死点A-偏心轮下死点B-偏心轮上死点第一节概述液压泵正常工作的基本条件：⑴在结构上具有一个或多个密封且可以周期性变化的工作容积；当工作容积增大时，完成吸油过程；当工作容积减小时，完成排油过程。⑵具有相应的配油机构，将吸油过程与排油过程分开；⑶油箱内液体的绝对压力必须恒等于或大于大气压力。液压马达的基本工作原理从能量转换的观点来看，液压马达与液压泵是可逆工作的液压元件，向任何一种液压泵输入工作液体，都可以使液压泵变成液压马达工况；反之，当液压马达的输出部件由外力矩驱动旋转时，也可变为液压泵工况。它们具有同样的基本条件：密闭而又可以周期变化的容积和相应的配油机构。二、液压泵和液压马达基本参数(一)液压泵的基本参数液压泵是由原动机驱动，输入量是转矩和转速，输出量是液体的压力和流量。液压泵是输出液压能量的元件，压力p和流量q是它的主要性能参数。1、压力：工作压力：指泵实际工作时的压力，其大小取决于外负载。额定压力：是指泵正常工作条件下(按试验标准规定、保证一定的容积效率和使用寿命条件下)连续运转允许的最高压力。最大压力：指泵在短时间内超载所允许承受的极限压力。(一)液压泵的基本参数(一)液压泵的基本参数2、排量液压泵排量V：指泵每转一转密封工作容积的变化量。泵主轴每转一周所排出液体体积的理论值。泵的排量只取决于泵的结构参数。泵排量固定，则为定量泵；排量可变，则为变量泵。3、流量：理论流量：指单位时间内，由密封容腔几何尺寸变化而计算得到的排出的液体体积，用qt表示。不考虑泄漏，液压泵排出的液体体积。实际流量:指单位时间内液压泵实际排出的液体的体积，用q表示。额定流量：是指在正常工作条件下，按试验标准必须保证的流量，亦即在额定转速和额定压力下由泵输出的流量，用qn表示。因为泵存在内泄漏，所以额定流量和理论流量是不同的。(一)液压泵的基本参数4、转速额定转速：保持液压泵在正常工作情况下(额定压力下)连续运转最高的转速。最高转速：在额定压力下，超过额定转速而允许短暂运行的最高转速。齿轮泵转速300r/min~3000r/min，国外可达4000r/min。叶片泵转速600~2800r/min。轴向柱塞泵转速600~7500r/min。液压泵的基本参数液压泵的基本参数6、液压泵的功率和效率(1)输入功率ppiTP理论输入功率实际输入功率tttiTpqP.理论转矩2pVn2pnVpqTtt...TTTtp实际转矩转矩(2)输出功率pqPpop.理论输出功率实际输出功率pqPtot.容积损失：因内泄漏、气穴和油液在高压下的压缩造成流量上的损失，容积损失用容积效率表征；机械损失：因摩擦而造成转矩上的损失，机械损失用机械效率表征。机械效率：理论转矩与实际输入转矩的比值。ttttVqqqqqqq1ttttmTT11TTTTT容积效率：实际输出流量和理论流量比值。(一)液压泵的基本参数(3)效率：液压泵的总效率是输出的液压功率与输入功率之比。VmioTpq.PPmVioT2Vp.nVqVTn2Vpq.Tpq.PP特性曲线：随负载压力变化的曲线η757060204080100(n=1300r/min)160140120ηvηm80908510095(%)ηηvηmp(MPa)图3-2CB-L型齿轮泵的特性曲线7、自吸能力液压泵的自吸能力是指泵在额定转速下，从低于吸油口以下的开式油箱中自行吸油的能力。这种能力的大小，常以吸油高度或真空度表示。各种液压泵的自吸能力是不同的，一般泵的吸油高度不超过500mm。1、转矩TTTtm理论转矩实际转矩pqTtt.2Vp液压马达基本参数液压马达输入的是压力和流量，输出的是转矩和转速，这是它的主要性能参数。2、转速液压马达基本参数液压马达常规定有最高转速和最低稳定转速。不同形式和排量的马达最高和最低稳定转速不同。VVqn液压马达基本参数3、液压马达的功率和效率p.qMP三、液压泵、液压马达的分类液压泵分类螺杆泵卧式径向柱塞泵回转式径向柱塞泵径向柱塞泵可变量斜轴式轴向柱塞泵可变量斜盘式轴向柱塞泵轴向柱塞泵柱塞泵双作用叶片泵单作用叶片泵叶片泵内啮合齿轮泵外啮合齿轮泵齿轮泵液压泵液压马达分类摆线转子马达轴向马达中速中转矩马达可变速内曲线马达径向钢球可变速静力平衡式马达可变速曲轴连杆式马达可变速内曲线马达径向柱塞马达低速大转矩马达可变速斜轴式轴向柱塞马达可变速斜盘式轴向柱塞马达轴向柱塞马达叶片马达齿轮马达高速小转矩马达液压马达液压泵和液压马达的工作原理齿轮泵和齿轮马达叶片泵和叶片式马达柱塞泵和柱塞式液压马达四、液压泵和液压马达的职能符号第二节齿轮泵齿轮泵是液压泵中结构最简单的一种，液压系统中常用的液压泵。按啮合形式可分为:外啮合齿轮泵;内啮合齿轮泵。图为外啮合齿轮泵实物结构10-滚针轴承11-闷盖12-定位销13-螺钉1-后盖2-泵体3-前盖4-套5-密封圈6-输入轴7-主动齿轮8-轴9-齿轮图3-3CB-B型齿轮的结构456789BBA-A3211110A12AB-B1-后盖2-泵体3-前盖4-套5-密封圈6-输入轴7-主动齿轮8-轴9-齿轮13一外啮合齿轮泵工作原理de图3-4齿轮泵的工作原理吸油压油吸排方向取决于转向，脱开啮合的一侧与吸入管连通，插入啮合的一侧与排出管连通。二、流量计算和流量脉动齿轮泵的实际输出流量为：由于齿轮啮合过程中压油腔的容积变化不均匀，因此齿轮泵的瞬时流量是脉动的。外啮合齿轮泵齿数越少，脉动率就越大。vbnzmQ266.6QQQ三、外啮合齿轮泵的结构特点1.困油2.泄露3.径向不平衡力φ（III）（II）（I）(a)V0B3A3B2（III）（II）B1A1闭死容积产生真空产生挤压（I）A2(b)图3-5齿轮泵的闭死容积图3-5齿轮泵的闭死容积（a）齿轮及闭死容积抛面图（b）曲线图φ（III）（II）（I）(a)V0B3A3B2（III）（II）B1A1闭死容积产生真空产生挤压（I）A2(b)图3-5齿轮泵的闭死容积图3-5齿轮泵的闭死容积（a）齿轮及闭死容积抛面图（b）曲线图困油闭死容积：留在两对啮合齿间的液体既不与低压腔通也不与高压腔通，称这两对啮合齿间所形成的封闭空间为“闭死容积”。困油困油现象：在闭死容积中造成油压急剧变化的现象。φ（III）（II）（I）(a)V0B3A3B2（III）（II）B1A1闭死容积产生真空产生挤压（I）A2(b)图3-5齿轮泵的闭死容积图3-5齿轮泵的闭死容积（a）齿轮及闭死容积抛面图（b）曲线图危害：困油现象使泵工作时产生振动和噪声，产生气穴，并影响泵的工作平稳性和寿命。解决办法：为消除困油现象，应使闭死容积变化时不全然闭死。卸荷措施：在前后盖板或浮动轴套上开卸荷槽。图3-6齿轮泵卸荷槽的位置ααb图3-6齿轮泵卸荷槽的位置主动D-DDDhcBAabt0ABccmin（b）(a)t0主动aa图3-6齿轮泵卸荷槽的位置ααba图3-6齿轮泵卸荷槽的位置主动D-DDDhcBAabt0ABccmin（b）(a)t0主动泄漏外啮合齿轮泵高压腔的压力油可通过三种途径泄漏到低压腔中去：一是通过齿轮啮合线处间隙；二是通过泵体和齿顶圆间的径向间隙；三是通过齿轮两侧和侧盖板间的端面间隙。通过端面间隙的泄漏量最大，可占总泄漏量的75%～80%。径向不平衡力图3-7齿轮泵径向受力图图3-7齿轮泵径向受力图压油腔FO1F2F1F2'F1'F'O2ω2ω1吸油腔主动主、从动齿轮所受径向力大小不等(从动齿轮受力较大)，方向不同。具体措施：为了减小径向不平衡力的影响，常采用缩小压油口的办法，使压力油径向作用于齿轮上的面积减小。四齿轮泵的优缺点及其应用1、齿轮泵体积小，重量轻，结构简单，制造方便，维修容易，价格低廉；2、齿轮泵可靠性好，因此可用于飞机上；3、齿轮泵对油液污染不敏感，因此可以用在工程机械、矿山机械等外界条件差的地方；4、齿轮泵自吸性能好，转速低至300～400r/min时仍能稳定、可靠地实现自吸；5、齿轮泵流量和压力有脉动，因此一般不用于加工精度高的精密机床上。六、齿轮马达1、齿轮马达的工作原理图3-9齿轮液压马达的工作原理图3-9齿轮液压马达的工作原理O1O2231′3′4′2′1齿轮马达和齿轮泵在结构上的主要区别如下：1、为满足正、反转的要求，液压马达的结构应完全对称，包括进、出油口，卸荷结构和轴向间隙自动补偿结构;2、液压马达泄漏的油必须用泄漏管道引至油箱，而不能象泵那样引到吸油口，故称液压马达为外泄，而称液压泵为内泄:3、为了减少磨擦损失，改善起动性能，一般液压马达均用滚动轴承。4、齿轮液压马达的齿数较液压泵的齿数多，以减小转矩脉动幅度。2、结构特点第三节叶片泵优点是：运转平稳、压力脉动小，噪音小；结构紧凑、尺寸小、流量大；缺点是：对油液要求高，如油液中有杂质，则叶片容易卡死；与齿轮泵相比结构较复杂。它广泛的应用于机械制造中的专用机床、自动线等中、低压液压系统中。叶片泵的结构根据各密封工作容积在转子旋转一周吸、排油液次数的不同，叶片泵分为两类：完成一次吸、排油液的单作用叶片泵；完成两次吸、排油液的双作用叶片泵。一、单作用叶片泵工作原理吸油O2压油eO2134图3-10单作用叶片泵工作原理图1－转子2－定子3－叶片4－壳体1－转子2－定子3－叶片4－壳体单作用叶片泵的流量理论流量：实际流量：结论：1)qT=f(几何参数、n、e)2）∵n=ce变化q≠C∴变量泵e=0q=0e：大小变化，流量大小变化方向变化，输油方向变化故单作用叶片泵可做双向变量泵4ReiqVnBn4ReivvqqBn单作用叶片泵的结构特征1、定子内表面为圆柱面，转子相对于定子有一偏心距。改变定子和转子间的偏心量e，就可改变泵的排量(变量泵)。2、叶片泵圆周方向上划分为一个压油腔和一个吸油腔，转子轴及其轴承受到很大的不平衡径向力作用。单作用叶片泵的结构特征3、要使叶片顶部可靠地和定子内表面相接触，压油腔一侧的叶片底部可通过特殊的沟槽和压油腔相通；吸油腔一侧的叶片底部则要和吸油腔相通，以平衡叶片上下的液压力。叶片是靠离心力甩出，顶在定子内表面上与定子内表面接触，保证密封。单作用叶片泵的结构特征4、容积变化不均匀，流量也有脉动。理论分析表明,泵内叶片数越多,流量脉动率越小,此外,奇数叶片的泵的脉动率比偶数叶片的泵的脉动率小,所以单作用叶片泵的叶片数均为奇数,一般为13或15片。单作用叶片泵的结构特征5、普通中、低压非平衡式叶片泵的叶片通常倾斜安放，且倾斜方向与转子旋转方向相反，其目的是使叶片容易被甩出。单作用叶片泵的结构特征1、定子内表面为圆柱面，转子相对于定子有一偏心距。2、转子轴及其轴承受到很大的不平衡径向力作用；3、要使叶片顶部可靠地和定子内表面相接触，单作用泵叶片底端在吸排区分别通吸排腔。4、容积变化不均匀，流量也有脉动。单作用叶片泵的叶片数总取奇数，一般为13或1