第二章20140319.

第二章液压动力元件动力元件起着向系统提供动力源的作用，是系统不可缺少的核心元件。液压系统是以液压泵作为向系统提供一定的流量和压力的动力元件，液压泵将原动机（电动机或内燃机）输出的机械能转换为工作液体的压力能,是一种能量转换装置。第一节液压泵概述第二节齿轮泵第三节叶片泵第四节柱塞泵第五节液压泵的噪声第六节液压泵的选用本章目录掌握容积式液压泵的基本工作原理及分类、液压泵主要参数的定义和分析计算；掌握齿轮泵的工作原理和结构特点，了解齿轮泵的流量计算及其优缺点、提高外啮合齿轮泵压力的措施；掌握单作用和双作用叶片泵的工作原理，了解其流量计算以及提高双作用叶片泵压力的措施；掌握限压式变量叶片泵的工作原理；掌握柱塞泵的工作原理，了解其流量计算和结构特点。教学要求：容积式液压泵的工作条件液压泵的基本工作原理液压泵排量及效率的计算齿轮泵的三大问题及解决措施双作用叶片泵与单作用叶片泵的异同重点难点：常用的液压泵及液压马达按其结构形式可分为三大类：齿轮式叶片式柱塞式齿轮式液压泵齿轮式液压马达叶片式液压泵叶片式液压马达柱塞式液压泵柱塞式液压马达按输出、输入的流量是否可调又可分两大类：定量液压泵变量液压泵定量变量定量液压马达变量液压马达按输出、输入液流的方向是否可调又分两大类：单向液压泵单向液压马达单向双向双向液压泵双向液压马达第一节液压泵概述一.液压泵的工作原理及特点1.液压泵的工作原理液压泵是靠密封容腔容积的变化来工作的。一般称为容积式液压泵。当凸轮1由原动机带动旋转1－凸轮；2－柱塞；3－泵体4－弹簧；5.6－单向阀2.液压泵的特点（1)具有若干密封而又可以周期性变化的的空间容积由小变大-----吸油；容积由大变小----压油（2）油箱内液体的绝对压力必须恒等于或大于大气压力这是容积式液压泵能够吸入油液的外部条件。因此，为保证液压泵正常吸油，油箱必须与大气相通，或采用封闭的充压油箱。（3）具有相应的配流机构（单向阀、油箱）将吸液腔和排液腔隔开，保证液压泵有规律地连续吸排液体。液压泵地结构原理不同，其配流机构也不相同。二.液压泵的主要性能参数1.压力（1）工作压力指液压泵出口处的实际压力值。工作压力值取决于液压泵输出到系统中的液体在流动过程中所受的阻力。（2）额定压力指液压泵在连续工作过程中允许达到的最高压力。额定压力值的大小由液压泵零部件的结构强度和密封性来决定。（3）最高允许压力指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。压力、流量与排量、功率与效率2.排量和流量（1）排量V指在无泄漏情况下，液压泵转一转所能排出的油液体积。可见，排量的大小只与液压泵中密封工作容腔的几何尺寸和个数有关。（2）理论流量qt指在无泄漏情况下，液压泵单位时间内输出的油液体积。其值等于泵的排量V和泵轴转数n的乘积，即（3）实际流量q指单位时间内液压泵实际输出油液体积。由于工作过程泵的出口压力不等于零，因而存在内部泄漏量q1，使得泵的实际流量小于泵的理论流量，即q＝qt－q1（4）额定流量qn泵在额定转数和额定压力下输出的实际流量。tqVn3.功率和效率式中取泄漏量Δq=klp。Kl是液压泵的泄漏系数。2）机械损失指液压泵内流体粘性和机械摩擦造成的转矩损失，实际转矩大于理论需要转矩。机械损失的大小用机械效率表征，即（1）液压泵功率损失（2）液压泵的功率（3）液压泵的总效率tqVn(1)液压泵功率损失液压泵的功率损失有容积损失和机械损失两部分：1）容积损失主要是液压泵内部泄漏造成的流量损失。容积损失的大小用容积效率表征，实际输出流量与理论输出流量之比：tpmTT(2)液压泵的功率1）输入功率Pi驱动液压泵的机械功率，由电动机或柴油机给出，即在实际的计算中，若油箱通大气，液压泵吸、压油口的压力差△p往往用液压泵出口压力p代入。2）输出功率po液压泵输出的液压功率，即泵的实际流量q与泵的进、出口压差Δp的乘积。（3）液压泵的总效率液压泵的总效率是泵的输出功率与输入功率之比，即液压泵的总效率、容积效率和机械效率可以通过实验测得。下图给出了某液压泵的性能曲线。ipp=tvvmtimpqpqTT理论流量qttqVnq＝qt－q1实际流量q容积损失机械损失tpmTT输入功率Pi第二节齿轮泵齿轮泵是一种常用的液压泵，其主要特点是：1.抗油液污染能力强，体积小，价格低廉；2.内部泄漏比较大，噪声大，流量脉动大，排量不能调节。上述特点使得齿轮泵通常被用于工作环境比较恶劣的各种低压、中压系统中。液压泵分为定量泵和变量泵。齿轮泵是液压系统中广泛采用的一种液压泵，结构上分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵。外啮合齿轮泵应用广泛。一.外啮合齿轮泵在齿轮泵中，吸油区和压油区由相互啮合的轮齿和泵体分隔开来，因此没有单独的配油机构。（一）外啮合齿轮泵的工作原理1－壳体；2－主动齿轮；3－从动轮说明：由于齿轮端面与壳体端盖之间的缝隙很小，齿轮齿顶与壳体内表面的间隙也很小，因此可以看成将齿轮泵壳体内分隔成左、右两个密封容腔。右侧的齿轮逐渐脱离啮合，密封容腔的体积逐渐增大，形成局部真空，油箱中的油液在大气压力的作用下经泵的吸油口进入这个腔体，因此这个容腔称为吸油腔。齿轮转动油液从右侧被带到了左侧。在左侧，轮齿逐渐进入啮合，密封容腔的体积逐渐减小，把齿间的油液从压油口挤压输出的容腔称为压油腔。当齿轮泵不断地旋转时，齿轮泵的吸、压油口不断地吸油和压油，实现了向液压系统输送油液的过程。（二）外啮合齿轮泵的排量和流量计算1.排量V排量是液压泵每转一周所排出的液体体积。这里近似等于一个齿轮的所有齿轮体积与齿间槽容积之和。即以齿顶圆为外圆，直径为（z-2）m为内圆的圆环为底，齿宽为高的环形筒体积：222[(2)][(2)]24VZmZmBmzB式中，D—齿轮节圆直径；h—齿轮齿高；B—齿轮齿宽；Z—齿轮齿数；m—齿轮模数。由于齿间容积比轮齿的体积稍大，所以通常修正为：2.流量q理论流量：实际流量：26.66tqVnzmBn26.66tvvqqzmBn式中，—齿轮泵的容积效率。vmaxminqqq实际上，在齿轮啮合过程齿轮泵的瞬时流量是脉动变化的。设qmax和qmin分别表示齿轮泵的最大、最小瞬时流量，则流量脉动率为：齿数越小，脉动率越大。（三）外啮合齿轮泵的结构特点和优缺点外啮合齿轮泵的泄漏、困油和径向液压力不平衡是影响齿轮泵性能指标和寿命的三大问题。各种不同齿轮泵的结构特点不同，都采用了不同结构措施来解决这三大问题所致。1.泄漏（内部泄漏：压油腔流回吸油腔）外啮合齿轮泵的泄漏存在着三个可能产生泄漏的部位：齿轮端面和端盖间（泄漏量75%－80%）；齿轮外圆和壳体内孔间以及两个齿轮的齿面啮合处。轴向间隙过大，泄漏量多，会使容积效率降低；但间隙过小，齿轮端面和端盖间的机械摩擦损失增加，会使泵的机械效率降低。因此设计和制造时必须严格控制泵的轴向间隙。2.困油为了使齿轮平稳地啮合运转，根据齿轮啮合原理，齿轮的重叠系数应该大于1,即存在两对轮齿同时进入啮合的时候。封闭容腔先随齿轮转动逐渐减小以后又逐渐增大。困油现象使齿轮泵产生强烈的噪声和气蚀，影响、缩短其工作的平稳性和寿命。容腔减小：容腔增大：使被困油液受挤压而产生高压，并从缝隙中流出，导致油液发热，同时也使轴承受到不平衡负载的作用；会造成局部真空，使溶于油液中的气体分离出来，产生气穴。消除困油方法开槽原则：封闭容腔减小，让卸荷槽与泵的压油腔相通，这样可使封闭容腔中的高压油排到压油腔中去；封闭容腔增大，使卸荷槽与泵的吸油腔相通，使吸油腔的油及时补入到封闭容腔中，从而避免产生真空，这样使困油现象得以消除。两端盖板上开一对矩形卸荷槽卸荷槽消除困油现象的方法注意事项：在开卸荷槽时，必须保证齿轮泵吸、压油腔任何时候不能通过卸荷槽直接相通，否则将使泵的容积效率降低很多。若卸荷槽间距过大则困油现象不能彻底消除。课程回顾一.液压泵的工作原理及特点1.液压泵的工作原理液压泵是靠密封容腔容积的变化来工作的。一般称为容积式液压泵。当凸轮1由原动机带动旋转1－凸轮；2－柱塞；3－泵体4－弹簧；5.6－单向阀2.排量和流量（2）理论流量qt指在无泄漏情况下，液压泵单位时间内输出的油液体积。（3）实际流量q指单位时间内液压泵实际输出油液体积.q＝qt－q1tqVn式中取泄漏量Δq=klp。Kl是液压泵的泄漏系数。tqVn3.液压泵功率损失液压泵的功率损失有容积损失和机械损失两部分：1）容积损失主要是液压泵内部泄漏造成的流量损失。容积损失的大小用容积效率表征，实际输出流量与理论输出流量之比：2）机械损失指液压泵内流体粘性和机械摩擦造成的转矩损失，实际转矩大于理论需要转矩。机械损失的大小用机械效率表征，即tpmTT液压泵的总效率是泵的输出功率与输入功率之比，即ipp=tvvmtimpqpqTT（三）外啮合齿轮泵的结构特点和优缺点外啮合齿轮泵的泄漏、困油和径向液压力不平衡是影响齿轮泵性能指标和寿命的三大问题。各种不同齿轮泵的结构特点不同，都采用了不同结构措施来解决这三大问题所致。1.泄漏（内部泄漏：压油腔流回吸油腔）外啮合齿轮泵的泄漏存在着三个可能产生泄漏的部位：齿轮端面和端盖间（泄漏量75%－80%）；齿轮外圆和壳体内孔间以及两个齿轮的齿面啮合处。轴向间隙过大，泄漏量多，会使容积效率降低；但间隙过小，齿轮端面和端盖间的机械摩擦损失增加，会使泵的机械效率降低。因此设计和制造时必须严格控制泵的轴向间隙。2.困油为了使齿轮平稳地啮合运转，根据齿轮啮合原理，齿轮的重叠系数应该大于1,即存在两对轮齿同时进入啮合的时候。封闭容腔先随齿轮转动逐渐减小以后又逐渐增大。困油现象使齿轮泵产生强烈的噪声和气蚀，影响、缩短其工作的平稳性和寿命。容腔减小：容腔增大：使被困油液受挤压而产生高压，并从缝隙中流出，导致油液发热，同时也使轴承受到不平衡负载的作用；会造成局部真空，使溶于油液中的气体分离出来，产生气穴。消除困油方法开槽原则：封闭容腔减小，让卸荷槽与泵的压油腔相通，这样可使封闭容腔中的高压油排到压油腔中去；封闭容腔增大，使卸荷槽与泵的吸油腔相通，使吸油腔的油及时补入到封闭容腔中，从而避免产生真空，这样使困油现象得以消除。两端盖板上开一对矩形卸荷槽卸荷槽消除困油现象的方法注意事项：在开卸荷槽时，必须保证齿轮泵吸、压油腔任何时候不能通过卸荷槽直接相通，否则将使泵的容积效率降低很多。若卸荷槽间距过大则困油现象不能彻底消除。水银h11pA22pA3.径向不平衡力原因：1.压油腔压力高，吸油腔压力低2.压力油沿齿顶圆周泄漏使压力沿齿轮旋转方向递增工作压力越大，径向不平衡力越大。后果：轴弯曲，齿顶接触泵体。解决办法：减小压油口？，单向旋转。4.优缺点优点:结构简单，尺寸小，重量轻，制造方便，价格低廉，工作可靠，自吸能力强(容许的吸油真空度大)，对油液污染不敏感，维护容易。缺点:一些机件承受径向不平衡力，磨损严重，泄漏大，工作压力的提高受到限制。此外，它的流量脉动大，因为压力脉动和噪声都比较大。例2齿轮泵转速为1200rpm，理论流量为16.286L/min，齿数z=8，齿宽B=30mm，机械效率和容积效率均为0.9，工作压力为50×105Pa，试求：（1）模数m；（2）输出功率；（3）输入功率。316.286100.332283.01200tqmcmmmzBn解：（1）求模数m根据公式：zBnmVnqt223516.2861050100.91.22260PKW（2）求输出功率根据公式：tvPpq（3）求输入功率根据公式：1.2220.90.91.51rvmPPPKW第三节叶片泵叶片泵具有结构紧凑、流量均匀、噪声小、运转平稳等优点，因而被广泛用于中、低压液压系统中。但它也存在着结构复杂，吸油能力差，对油液污染比较敏感等缺点。叶片泵按结构可分为单作用式(完成一次吸、排油液)和双作用