液压传动的工作原理

液压传动的工作原理一液压传动定义传动——传递运动和动力的方式机械常见传动〈电气气体流体〈液力—流力（动量矩定理）液体〈液压*—物理（帕斯卡原理）液压传动——利用液体压力能实现运动和动力的传动方式气压传动——利用气体压力能实现运动和动力的传动方式二液压传动系统的工作原理举例：液压千斤顶组成：工作原理：特点：（1）用具有一定压力的液体来传动；（2）传动过程中必须经过两次能量转换；（3）传动必须在密封容器内进行，而且容积要进行变化(3)是机械能转换为液压与气压能必要条件a在密封容器内进行bV密可周而复始发生变化内带漏气--气的压力上不去（不密封）如自行车加气〈内带虽好，但气筒无往复运动，仍加不上气（v密不变化）同样：液压与气压能转化为机械能也必须满足上述条件系统的组成及图形符号1机床工作台液压传动系统举例组成：工作原理；油路--图示、左位、右位换向--换向阀调速--节流阀调压--溢流阀2液压与气压传动系统的组成及作用1)动力元件--液压泵，将原动机输入的机械能转换为液体或气体的压力能，作为系统供油能源或气源装置。2)控制调节元件--各种控制阀，用以控制流体的方向、压力和流量，以保证执行元件完成预期的工作任务。3)执行元件--缸（或马达），将流体的压力能转换为机械能，而对负载作功。4)辅助元件--油箱、油管、滤油器、压力表、冷却器、分水滤水起、油雾器、消声器、管件、管接头和各种信号转换器等，创造必要条件，保证系统正常工作。5)工作介质--液压油或压缩空气3液压传动系统的图形符号结构或半结构式图形--表示结构原理,直观性强，易理解，但结构复杂。表示方法〈图形符号*--只表示元件功能，不表示元件结构和参数，简单明了,易于绘制(GB786--76)（GB786--93）液压传动的优缺点及应用1液压传动的特点优点：独特之处--力大无穷（P=32MP以上）如：所拿液压千斤顶，可顶起1.6吨重物，若每位男同学体重为128斤，可举起25位男同学。缺点：不宜远距离传递1）泄漏严重〈不宜保证严格的传动比污染地面2）对T变化敏感3）难于检查故障2气压传动的特点取之不尽，用之不竭，且无污染，低成本，综合自动化，但功率较小。3液压与气压传动的应用和发展发展应用：1)液压传动从17世纪帕斯卡提出静压传递原理、1795年世界上第一台水压机诞生，已有200多年的历史,但由于没有成熟的液压传动技术和液压元件，且工艺制造水平低下发展缓慢，几乎停滞气压传动早在公元前，埃及人就开始采用风箱产生压缩空气助燃。从18世纪的产业革命开始逐渐应用于各类行业中。2）上世纪30年代，由于工艺制造水平提高，开始生产液压元件，并首先应用于机床。3）上世纪50、60、70年代，工艺水平很大提高，液压与气压传动技术也迅速发展，国民经济各个领域，从蓝天到水下，从军用到民用，从重工业到轻工业，到处都有液压与气压传动术，且其水平高低已成为一个国家工业发展水平的标志。如：火炮跟踪、飞机和导弹的动、炮塔稳定、海底石油探测平台固定、煤矿矿井支承、矿山用的风钻、火车的刹车装置、液压装载、起重、挖掘、轧钢机组、数控机床、多工位组合机床、全自动液压车床、液压机械手等等。我国液压与气压传动技术从60年代开始发展较快，但其发展速度远远落后于同期发展的日本,主要由于工艺制造水平跟不上，新产品研制开发和发达国家不差上下，但制造比较困难，希望在坐各位能用自己所学为液压与气压传动技术作出贡献。发展趋势：向高压、高速、高效率、大流量、大功率、微型化、低噪声、低能耗、经久耐用、高度集成化方向发展，向用计算机控制的机电一体化方向发展。总之：流体技术+电气控制，好比老虎插上翅膀，而今同计算机控制相结合，又将进入一个崭新的历史阶段，因此，学好本门课，有助于大家在今后的工作中多出成果。液压泵概述功用：将原动机输入的机械能转换为液体的压力能向系统供油。概述：3、1、1液压泵的基本原理及分类1基本工作原理吸油：密封容积增大，产生真空压油：密封容积减小，油液被迫压出容积式2基本工作条件（必要条件）（1）形成密封容积（2）密封容积变化（3）吸压油口隔开３分类按结构形式:齿轮式叶片式柱塞式按输油方向能否改变:单向泵、双向泵按输出排量能否调节：定量泵、变量泵按工作压力：低压泵、中压泵、中高压泵、高压泵3、1、2液压泵的性能参数1压力（1）工作压力——指泵实际工作时输出油液的压力，（其值取决于外界负载：管阻、摩擦、外负载*）（2）额定压力——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（受泵本身泄漏和结构强度的限制）ppn即泵过载（3）最高允许压力—泵在短时间内允许超载使用的极限压力（4）吸入压力——泵的吸入压力2排量和流量（1）排量V——在没有泄露的情况下，泵每转一周所排出的液体体积（2）理论流量qt——不考虑泄露的情况下，单位时间内qt=Vn（3）实际流量q——指泵工作时实际输出的流量q=qt-Δq（4）额定流量qn——指泵在正常工作条件下，按试验标准规定必须保证的输出流量。q≤qn≤qt（5）瞬时流量qm——泵在某一瞬时的几何流量3功率理论功率——Pt=Δpqt输入功率——即泵轴的驱动功率PI=ωT=2πnT输出功率——PO=Δpq结论：液压传动系统中，液体所具有的功率，即液压功率等于压力和流量的乘积。若忽略能量损失，则：PO=PI、Pt=Δpqt=ΔpVn=ωTt=2πnTt∵实际上有能量损失∴POPI4效率容积效率——液压泵实际流量与理论流量的比值ηpv=q/qt=qt-△q/qt=1-△q/qt△q=kLp△q∝pηpv=1-kLp/vn机械效率——理论转矩与实际输入转矩之比值ηpm=Tt/T=ωTt/2πnT=ΔpVω/2πnT=qtΔp/pi=pt/pi总效率——泵的输出功率与输入功率之比值η=PO/PI=qΔp/pi=qvΔpηpm/qtΔp=ηvηm结论：液压泵的总效率等于容积效率与机械效率之乘积。[回主目录][回本章目录][返回上一节][下一节]齿轮泵分类：按啮合形式可分为：外啮合内啮合外啮合齿轮泵的组成：分离三片式，前、后泵盖，泵体，一对齿数、模数、齿形完全相同的渐开线外啮合齿轮装在泵体内，将其分为两部分（吸和压）。【工程图】外啮合齿轮泵的工作原理：∵容积式泵∴满足三句话十八个字密封容积形成——齿轮的齿槽、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齿轮泵的排量和流量∵齿轮啮合时，啮合点位置瞬间变化，其工作容积变化率不等∴瞬时流量不均匀——即脉动，计算瞬时流量时须积分计算才精确，比较麻烦，一般用近似计算法。排量:假设：齿槽容积=轮齿体积排量=齿槽容积+轮齿体积即相当于有效齿高和齿宽所构成的平面所扫过的环形体积，则V=πDhB=2πZm2B实际上：∵齿槽容积=轮齿体积∴V=6.66zm2B流量:理论流量：qt=Vn=6.66zm2Bn实际流量：q=qtηv=6.66zm2Bnηv结论：（1）流量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，∴为定量泵(3)流量与出口压力无关∵容积式泵∴与压力无关瞬时流量∵每一对轮齿啮合时，啮合点位置变化∴瞬时流量也变化：从最小变到最大又从最大变到最小故出现流量脉动，其流量脉动率为δq=（qvmax）sh-(qvmin)sh/qv100%结论：齿数越少，脉动率越大，最大可达20%以上。流量脉动是容积式泵的共同弊病：既会引起系统的压力脉动，产生振动和噪声，又会影响传动的平稳性。齿轮泵的结构要点1泄漏（1）径向泄漏占总泄漏量的20%—25%（2）齿侧泄漏5%（3）端面泄漏*75%—80%∵齿轮泵存在间隙∴p↑△q↑故应减小端面泄漏2径向不平衡作用力径向力的产生：液压力*、啮合力液体沿圆周分布规律：从高压腔到低压腔，压力沿齿轮外圆逐齿分步降低F=K△pBD所以齿轮和轴承受到径向不平衡力，p↑，径向不平衡力增大。结果：加速轴承磨损，降低轴承寿命，还可能使齿轮轴弯曲，导致齿顶与泵体摩擦加剧，使泵不能正常工作。改善措施：1）缩小压油口，以减小压力油作用面积。2）减小泵体内表面和齿顶间隙3）开压力平衡槽，但泄漏量增大，容积效率减小。3困油现象产生原因：为保证齿轮连续平稳运转，齿轮啮合的重合度必须大于1，所以有时会出现两对轮齿同时啮合的情况，在齿向啮合线间形成一个封闭容积。a→b容积缩小b→c容积增大产生结果：a→bp↑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b→cp↓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，所以，我们希望容积式泵：“围而不困，困而不死。”消除困油的方法：原则：a→b密封容积减小，使之通压b→c密封容积增大，使之通吸b密封容积最小，隔开吸压油口方法：在泵盖（或轴承座）上开卸荷槽为彻底消除困油，CB——B形泵将卸荷槽整个向吸油腔侧平移一段距离，效果更好。提高外啮合齿轮泵压力的措施∵齿轮泵存在间隙∴p↑△q↑又∵径向不平衡力也∝p∴p↑径向力↑故上述齿轮泵常用于低压场合，为使其成高压泵，减小径向力可采用如下方法增大轴与轴承刚度自动补偿轴向间隙*1浮动轴套式原理: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2弹性侧板式原理：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。内啮合齿轮泵1渐开线齿形内啮合齿轮泵组成：小齿轮、内齿环、月牙形隔板等工作原理：小齿轮带动内齿环同向异速旋转，左半部分轮齿退出啮合，形成真空，吸油。右半部分轮齿退出啮合，容积减小，压油。月牙板同两齿轮将吸压油口隔开。2摆线齿形内啮合齿轮泵（摆线转子泵）组成：内、外转子相差一齿，且有一偏心距工作原理：吸油—左半部分，轮齿脱开啮合容积↑压油—右半部分，轮齿进入啮合，容积↓特点：结构紧凑，尺寸小，重量轻，运转平稳，噪声小，流量脉动小。但齿形复杂，加工困难，价格昂贵。叶片泵分类:单作用非卸荷式——变量泵双作用卸荷式——定量泵【工程图】双作用叶片泵:1双作用叶片泵的工作原理1）组成定子、转子、叶片、配油盘、传动轴、壳体等2）工作原理V密形成：定子、转子和相邻两叶片、配流盘围成右上、左下，叶片伸出，V密↑吸油V密变化：转子逆转左上、右下，叶片缩回，V密↓压油吸压油口隔开：配油盘上封油区及叶片3）特点（1）转子转一周，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2双作用叶片泵的排量和流量1）排量∵叶片每伸缩一次，每两叶片间油液的排出量为V密max-V密min∴（V密max-V密min）Z即一转压出油液的体积，即等于一环形体积又∵双作用式∴应为两倍的环形体积即V0=2π(R2-r2)B还∵叶片有一定厚度∴叶片所占体积为V'=2Bbz（R-r）/COSθ故双作用叶片泵的实际排量为V=V0-V=2B[π(R2-r2)-（R-r）bz/COSθ]双作用叶片泵的理论流量为qt=2B[π(R2-r2)-（R-r）bz/COSθ]泵输出的实际流量为q=2B[π(R2-r2)-（R-r）bz/COSθ]ηpv理论上：若不考虑叶片厚度，双作用叶片泵无流量脉动实际上：由于存在制造工艺误差，定子大小圆弧不同心，造成了少量流量脉动。但脉动率比较小。为减小脉动：叶片数应为4的整数倍、且大于8时最小，故通常取叶片数为12或163双作用叶片泵的结构要点（1）定子工作表面曲线两段R组成：四段圆弧四段过渡曲线，其类型如下：两段r阿基米德螺线：v径=c,qsh均匀,但因v突变，a无穷大，引起刚冲，产生噪声、磨损等加速等减速曲线：v径↑,a=c，↓刚冲，但有柔性冲击，R/r↑，q↑∴我国YB型叶片泵采用等加速等减速曲线作为过渡曲线（2）配流盘分配油液作用β≥ε≥2π/Z既可配油，又减小困油支承缸体(3)叶片倾角问题的提出：叶片泵在工作过程中，叶片对定子内表面有作用力，定子内表面对叶片产生一反作用力FN，此力可分解为：FT=FNsinβ——垂直于叶片，增大了摩擦，