第4章液压动力元件.

1第4章液压传动动力元件第4章液压传动动力元件2第4章液压传动动力元件第4章液压传动动力元件齿轮泵4.2柱塞泵4.4液压泵概述4.1叶片泵4.3液压泵的主要性能及应用4.53第4章液压传动动力元件本章主要介绍液压系统四大类液压元件中的动力元件——液压泵,本章是以后学习和分析液压基本回路和系统的重要基础。重点：1.液压泵的工作原理；液压泵的主要性能参数：压力、流量、转速|转矩、功率、容积效率、机械效率、总效率；2.齿轮泵的工作原理及结构问题；3.限压式变量叶片泵的工作原理；4.液压泵的选用。难点：1.液压泵的容积效率；2.限压式变量泵的工作原理及特征曲线。4第4章液压传动动力元件4.1液压泵概述液压泵：液压系统中的一种能量转换装置，是将原动机输出的机械能转换为工作液体压力能的动力元件（向系统提供动力源）。是液压系统中必不可少的核心元件。它性能的好坏将直接影响液压系统工作的可靠性和稳定性。5第4章液压传动动力元件4.1.1液压泵的工作原理液压传动系统中使用的液压泵都是容积式的，依靠密封容积变化的原理进行工作。下图是一个简单的单柱塞液压泵的工作原理图。观看动画6第4章液压传动动力元件特点：依靠泵的密封工作腔容积的变化来实现吸油和压油的，故称为容积式泵，液压泵都是容积式的。吸油：密封容积增大，产生真空；压油：密封容积减小，油液被迫压出。7第4章液压传动动力元件1.具有一个或若干个可周期性变化的密封容积。容积由小变大——吸油，由大变小——压油。2.须有相应的配油机构，将吸油腔和排油腔分开。如图2-1中的单向阀6和5。3.要保持油箱上的通气孔始终畅通，使油箱内为大气压力。从上述液压泵的工作原理可知要使其正常工作应具备以下条件:4.1.2容积式液压泵的基本工作条件8第4章液压传动动力元件1.压力（1）工作压力液压泵实际工作时的输出压力称为工作压力。工作压力取决于外负载的大小和排油管路上的压力损失，而与液压泵的流量无关。（2）额定压力液压泵在正常工作条件下，按试验标准规定连续运转的最高压力，它反映了泵的能力。一般讲泵铭牌上所示的是其额定压力。（3）最高允许压力在超过额定压力的条件下，根据试验标准规定，允许液压泵短暂运行的最高压力值，超过此压力，液压泵很快损坏。4.1.3液压泵的主要性能参数9第4章液压传动动力元件（1）排量(V)指泵主轴每转一周所排出液体体积的理论值，如泵排量固定，则为定量泵；排量可变则为变量泵。一般定量泵因密封性较好，泄漏小，在高压时效率较高。单位为L/r。（2）流量(q)指泵在单位时间内排出液体的体积，泵的流量有理论流量和实际流量之分。2.排量、流量10第4章液压传动动力元件•理论流量qt指不考虑泄漏条件下的流量，是泵的排量V和转速n的乘积(L/min)式中V—液压泵的排量(L/r)n—液压泵主轴转速(r/min)•实际流量q指在某一具体工况下的流量。•额定流量qn指泵在额定转速和额定压力下的输出流量。nVqt1qqqt(L/min)式中q1——泵的泄漏和压缩损失的流量11第4章液压传动动力元件⒊功率、效率（1）功率损失有容积损失和机械损失两部分容积损失指泵在流量上的损失，可用容积效率来表示，它等于实际输出流量和理论流量之比。因此液压泵的实际输出流量为111tVtttqqqqqqqVVtVnqq液压泵的容积效率随着液压泵工作压力的增大而减小，且随着液压泵的结构类型不同而异，但恒小于1。12第4章液压传动动力元件•机械损失指液压泵在转矩上的损失，可用机械效率来表示，它等于理论转矩Tt和实际输入转矩T之比。设转矩损失为T1，则机械效率为ttmTTTT11113第4章液压传动动力元件（2）功率•输入功率Pi指作用在泵主轴上的机械功率，当输入转矩为Ti，角速度为时，则•输出功率P为泵在工作过程中的实际吸、压油口间的压差和输出流量q的乘积,即式中，单位为•在工程实际中，液压泵的输出功率一般表示为60pqPiiTPpqpP)(),3(),(2WPsmqmNp式中，单位为)(min),(),(kWPLqMPap14第4章液压传动动力元件（3）总效率为泵的实际输出功率P与其输入功率Pi之比。iPPmV15第4章液压传动动力元件泵性能指标公式记忆理论转矩记住它,等于排量乘压差.理论流量记得住,等于排量乘转速.功率等于p乘q,也等转矩乘转速.能流方向分得清,乘除效率不含糊.计算单位要统一,角度一律用弧度.16第4章液压传动动力元件液压泵的各个参数和压力之间的关系图（液压泵的特性曲线）17第4章液压传动动力元件1.按其在单位时间内输出油液体积能否调节分类定量泵变量泵2.按其结构型式分类齿轮泵叶片泵柱塞泵3.按输油方向能否改变分类单向泵双向泵4.1.4液压泵的分类18第4章液压传动动力元件液压泵的图形符号19第4章液压传动动力元件齿轮泵是液压泵中结构最简单的一种，且价格便宜，故在一般机械上被广泛使用；按结构不同可分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵两种。4.2齿轮泵20第4章液压传动动力元件一、外啮合齿轮泵主要结构:一对啮合齿轮，前、后端盖，泵体21第4章液压传动动力元件4.2.1齿轮泵工作原理泵体内相互啮合的主、从动齿轮与两端盖及泵体一起构成密封工作容积。观看动画齿轮的啮合点将左、右两腔隔开，形成了吸、压油腔，无需专门的配油机构。22第4章液压传动动力元件4.2.2齿轮泵的排量和流量1.排量齿轮泵的排量是其两个齿轮的齿间槽容积之总和。如果近似地认为齿间槽的容积等于轮齿的体积，则齿轮泵的排量V为(m3/r)式中D—齿轮的节圆直径（m），h—齿轮的有效工作高度（m），B—齿宽（m）；z—齿数；m—齿轮模数（m）。BZmDhBV22实际上，齿间的容积比轮齿的体积稍大，因此，用修正系数3.33～3.5代替π值.23第4章液压传动动力元件2.流量齿轮泵实际流量q为：单位为（m3/min)式中n——齿轮泵的转速（r/min）——齿轮泵的容积效率。26.66VVqVnZmBn24第4章液压传动动力元件4.2.3外啮合齿轮泵的结构特点25第4章液压传动动力元件齿轮泵存在的三大问题泄漏困油现象径向不平衡力26第4章液压传动动力元件1、泄漏液压泵中组成密封工作容积的零件作相对运动，其间隙产生的泄漏影响液压泵的性能。外啮合齿轮泵压油主要通过三条途径泄漏到低压腔中去。端面泄漏，通过齿轮端面间隙的泄漏(75%~80%)；径向间隙泄漏，通过泵体内表面和齿顶径向间隙的泄漏；齿面啮合间隙泄漏，通过两个齿轮的啮合处（因有齿宽方向的误差，齿轮的全部宽度不可能都啮合）27第4章液压传动动力元件解决措施采用端面间隙自动补偿装置。其工作原理是把泵内压油腔的压力油引到轴套外侧或侧板上，从而自动补偿端面磨损和减小端面间隙。（a）浮动轴套式间隙补偿装置（b）弹性侧板式间隙补偿装置28第4章液压传动动力元件2、困油现象齿轮泵运转过程中，在两对轮齿同时啮合的一段时间内，常有一部分的液压油被困在封闭的齿间，如图2-3所示，称为困油现象。因齿轮相交处的封闭体积随时间改变，而液压油不可压缩将使齿轮泵产生极大的震动和噪音。29第4章液压传动动力元件当容器由大变小（由图a过渡到图b）时，困油区的油液受到挤压，压力急剧升高而从缝隙中挤出，油液发热，并使轴承等零件受到额外的负载。当容积由小变大（由图b过渡到图a）时，困油区形成真空，使溶于油液中的气体析出，形成气泡，产生气穴，使泵产生强烈的噪声。30第4章液压传动动力元件卸荷槽容积减小时与压油侧相通容积增大时与吸油侧相通解决措施：在前后端盖上开卸荷槽。两槽间距a为最小闭死空间的长度。31第4章液压传动动力元件3、径向不平衡力压力分布规律32第4章液压传动动力元件3、径向不平衡力解决措施：缩小排油口。使压力油仅作用在一个到两个齿的范围内以减小作用面积。危害：径向不平衡力很大时能使轴弯曲，齿顶与壳体接触，加速轴承的磨损，降低轴承的寿命，产生振动和噪声。33第4章液压传动动力元件优点：结构简单、体积小、重量轻、价格低、工作可靠以及对油液污染不敏感、维护方便等。齿轮泵的优缺点缺点：流量和压力的脉动较大，噪音大，排量不可改变，效率较低。应用：多用于环境差、精度要求不高的低压场合，通常p10MPa，如工程机械、建筑机械、农用机械等。34第4章液压传动动力元件4.3叶片泵叶片泵具有运转平稳，噪音小，流量均匀性好，容积效率较高等优点，在机床液压系统中获得广泛的应用。叶片泵有两类：双作用和单作用叶片泵。35第4章液压传动动力元件4.3.1双作用叶片泵观看动画双作用叶片泵工作原理1—定子；2—压油口；3—转子；4—叶片；5—吸油口工作原理36第4章液压传动动力元件特点：双作用叶片泵的两个吸油腔和两个压油腔在径向上是对称分布，所以作用在转子上的液压力相互平衡，因此又称为卸荷式叶片泵。为了要使径向力完全平衡，密封空间数（即叶片数）应当是偶数。由于改善了泵的受力情况，双作用叶片泵可承受的工作压力比普通齿轮泵要高。37第4章液压传动动力元件4.3.2单作用叶片泵观看动画吸油窗口压油窗口压油口吸油口定子单作用叶片泵工作原理1—压油口;2—转子;3—定子;4—叶片;5—吸油口工作原理第4章液压传动动力元件特点：单作用叶片泵转子上受有单方向的液压不平衡力，轴承负载较大，所以又称不平衡液压泵。通过变量机构来改变定子和转子间的偏心距e，就可改变泵的排量，使其成为一种变量泵。此外，还可以通过改变偏心的方向来变换泵的进出油口，从而改变泵的输油方向。39第4章液压传动动力元件变量叶片泵是在单作用式叶片泵的基础上加一套变量机构而成。4.3.3限压式变量叶片泵限压式变量叶片泵是一种利用负载变化自动实现流量调节的动力元件，在实际中得到广泛应用。40第4章液压传动动力元件外反馈限压式变量叶片泵1—转子；2—弹簧；3—定子；4—滑块滚针支承；5—反馈柱塞；6—流量调节螺钉41第4章液压传动动力元件限压式变量叶片泵的特性曲线•当ppB时，pAksx0定量泵•当ppB时，pA=ks（x0+x）变量泵42第4章液压传动动力元件限压式变量叶片泵的调节过程•调节螺钉5，可改变qmax，使AB段上下平移•调节螺钉10，可改变pB，使BC段左右平移•更换弹簧，可改变弹簧刚度，使BC段斜率k大，曲线平缓k小，曲线较陡43第4章液压传动动力元件限压式变量叶片泵的应用执行机构需要有快、慢速运动的场合•如：组合机床进给系统实现快进、工作进给（慢速移动）、快退等快进或快退：用AB段•进给系统工作进给：用BC段44第4章液压传动动力元件叶片泵的特点1.用于中低压、要求较高的系统中。2.油液粘度要合适，转速不能太低，500～900rpm。3.要注意油液的清洁，油不清洁容易使叶片卡死。4.通常只能单方向旋转，如果旋转方向错误，会造成叶片折断。45第4章液压传动动力元件第四节柱塞泵工作原理是柱塞在缸体内作往复运动来实现吸油和压油。与齿轮泵和叶片泵相比，该泵能以最小的尺寸和最小的重量供给最大的动力，是一种高效率的泵，且流量容易调节，但制造成本相对较高，该泵适用于高压、大流量、大功率的场合。它可分为轴向式和径向式两种形式。46第4章液压传动动力元件47第4章液压传动动力元件4.4.1径向柱塞泵的工作原理第4章液压传动动力元件当转子按图示箭头方向旋转时，上半周的柱塞皆往外滑动，通过轴向孔吸油；下半周的柱塞皆往里滑动，通过配流盘向外排油。当移动定子，改变偏心量e的大小时，泵的排量就发生改变；因此，径向柱塞泵可以是单向或双向变量泵。49第4章液压传动动力元件径向柱塞泵的特点(1)移动定子改变偏心距e的大小时，泵的排量就得到改变，移动定子改变偏心距e的方向时，泵的吸、压油口便互换。这种泵可实现双向变量，故亦可作为双向变量泵。(2)配油轴和壳体连接在一起，油液从配油轴上